(57)【要約】  信号処理システムが、マイク２０と、上記マイク２０の出力を受信するよう構成される減算器２２と、上記減算器の出力を受信するよう構成されるアンプＧと、上記アンプＧの出力を受信するよう構成されるリアラウドスピーカ２４と、上記アンプＧの出力を受信するよう構成されるフロントラウドスピーカ２６と、上記アンプＧとラウドスピーカ２４、２６との間に配置される１つ又は複数の加算器２８であって、上記アンプＧから受信される信号ｓ［ｋ］にオーディオ音声信号ｍ［ｋ］を加算するよう構成される加算器２８とを有する。このシステムは、上記リア及び上記フロントラウドスピーカ２４、２６の個別の入力Ｒ、Ｆを受信し、合計信号Ｒ＋Ｆ及び差分信号Ｒ−Ｆを出力するよう構成されるミキシング行列Ｄと、上記ミキシング行列の出力Ｒ＋Ｆ、Ｒ−Ｆを受信するよう構成される適応フィルタＳＡＦ、ＭＣＡＦとを有し、上記減算器２２が、上記適応フィルタＳＡＦ、ＭＣＡＦの出力を受信するよう構成され、及び、上記減算器２２の出力は、上記適応フィルタＳＡＦ、ＭＣＡＦを制御するよう構成される。
2010509829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクと、前記マイクの出力を受信するよう構成される減算器と、前記減算器の出力を受信するよう構成されるアンプと、前記アンプの出力を受信するよう構成されるリアラウドスピーカと、前記アンプの出力を受信するよう構成されるフロントラウドスピーカと、前記アンプとラウドスピーカとの間に配置される１つ又は複数の加算器であって、前記アンプから受信される信号にオーディオ音声信号を加算するよう構成される加算器と、前記リア及び前記フロントラウドスピーカの個別の入力を受信し、合計信号及び差分信号を出力するよう構成されるミキシング行列と、前記ミキシング行列の出力を受信するよう構成される適応フィルタとを有し、前記減算器が、前記適応フィルタの出力を受信するよう構成され、及び、前記減算器の出力は、前記適応フィルタを制御するよう構成される、信号処理システム。
【請求項２】
前記減算器と前記アンプとの間に配置されるポストプロセッサを更に有し、前記ポストプロセッサが、前記減算器から受信される信号にノイズリダクションを適用するよう構成される、請求項１に記載の信号処理システム。
【請求項３】
前記減算器と前記アンプとの間に配置される周波数シフタを更に有し、前記周波数シフタが、前記減算器から受信される信号に周波数シフトを適用するように構成される、請求項１に記載の信号処理システム。
【請求項４】
前記減算器と前記アンプとの間に配置される可変ゲイン減衰器を更に有し、前記可変ゲイン減衰器が、前記減算器から受信される信号を減衰させるよう構成される、請求項１に記載の信号処理システム。
【請求項５】
前記アンプと前記フロントラウドスピーカとの間に配置される減衰器を更に有し、前記減衰器が、前記アンプから受信される信号に減衰係数を適用する、請求項１に記載の信号処理システム。
【請求項６】
信号処理システムを動作させる方法において、
マイクで信号を受信するステップと、
前記マイクの出力を減算器で受信するステップと、
前記減算器の出力をアンプで増幅するステップと、
前記アンプの出力をリアラウドスピーカで出力するステップと、
前記アンプの出力をフロントラウドスピーカで受信するステップと、
前記アンプとラウドスピーカとの間に配置される加算器で、前記アンプから受信される前記信号にオーディオ音声信号を加算するステップと、
前記リア及びフロントラウドスピーカの前記個別の入力をミキシング行列で受信し、合計信号及び差分信号を前記ミキシング行列から出力するステップと、
前記ミキシング行列の前記出力を適応フィルタでフィルタリングするステップと、
前記適応フィルタの出力を前記減算器で受信するステップと、
前記減算器の出力で前記適応フィルタを制御するステップとを有する、方法。
【請求項７】
前記減算器と前記アンプとの間に配置されるポストプロセッサで前記減算器から受信される信号にノイズリダクションを適用するステップを更に有する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記減算器と前記アンプとの間に配置される周波数シフタで、前記減算器から受信される信号に周波数シフトを適用するステップを更に有する、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記減算器と前記アンプとの間に配置される可変ゲイン減衰器で、前記減算器から受信される前記信号を減衰させるステップを更に有する、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記アンプ及び前記フロントラウドスピーカとの間に配置される減衰器で、前記アンプから受信される信号に減衰係数を適用するステップを更に有する、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号処理システム及び上記信号処理システムを動作させる方法に関する。信号処理システムは、例えば車両における会話音声補強システムにおける使用に特に適している。
【背景技術】
【０００２】
自動車のラウドスピーカシステムを介して乗客の会話音声を補強することは、車における他の乗客に対するこの会話音声の了解度を改良する。図１において、米国特許第5748751号から知られる従来技術の会話音声補強システムが示される。図１に示される信号増幅器システムでは、マイク２の出力が、信号処理システム４の入力に接続される。
【０００３】
信号処理システムの入力は、相関分離部（decorrelator）６の入力及び減算器回路１３の第１の入力に接続される。相関分離部６の出力は、エコーキャンセラ１６の入力に接続される。エコーキャンセラ１６内部で、この入力は、減算器回路８の第１の入力に接続される。減算器回路８の出力は、エコーキャンセラ１６の出力及び適応フィルタ１２の信号入力に接続される。適応フィルタ１２の出力は、追加的な相関分離部１０の入力及び減算器回路１３の第２の入力に接続される。減算器回路１３の出力は、適応フィルタ１２の残りの信号入力に接続される。追加的な相関分離手段１０の出力は、減算器回路８の第２の入力に接続される。
【０００４】
エコーキャンセラの出力は、出力がラウドスピーカ１８の入力に接続される電力アンプ１４の入力に接続される。（不必要な）フィードバック経路１１は、点連鎖線において表される。図１に示される信号増幅器システムにおいて、マイクにより生成される信号は、相関分離部６により相関分離される。その結果、相関分離部６の入力信号及び出力信号の相互相関作用が減らされる。相関分離部６は通常、時間変動システムである。これは、更に、非線形とすることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
標準的な会話音声補強システムを用いると、マイクは、話す人の音声を拾う。この音声を処理したバージョンが、聞いている者の近くに配置されるラウドスピーカにより再生される。ノイズの多い環境（例えば車）においてこの会話音声を知覚するために、ラウドスピーカから会話音声を再生する前に（アンプ１４からの）補強ゲインが必要とされる。しかしながら、補強ゲインを大きくすると、完全な電気音響ループの開ループゲインが、特定の周波数に対して１より大きくなり、これは結果として、「ハウリング」という音声アーチファクトを生じさせることになる。
【０００６】
補強ゲインを大きくしてもハウリング効果を防止するため、音響フィードバック抑圧システムが必要とされる。このフィードバック抑圧システムは、フィードバックを推定し、及び（図１における減算器８の点で）それを減算する適応フィルタ（ＡＦ）を有する。ラウドスピーカから生じる会話音声が、話す人から生じる会話音声から相関分離させられるときにのみ、適応フィルタは適切に働くだろう。この相関分離のために、周波数シフタが使用される。適応フィルタ及び周波数シフタの組合せは、フィードバックキャンセラと呼ばれる。フィードバックキャンセラを用いると、ラウドスピーカとマイクとの間の音響経路が推定される。
【０００７】
図１において、会話音声補強は、フロントからリアへの単方向の会話音声状態にのみ適用される。後ろの乗客の会話音声は前の乗客の耳の方へ指向性パターンを持つので、リアからフロントへの会話音声補強があまり有益でないことが理解される。にもかかわらず、大きいサイズの車（例えばバン）では、双方向会話音声に対する拡張は有益でありえる。斯かる双方向システムは例えば、米国特許第6674865号に示される。
【０００８】
車両において、（リアラウドスピーカにより再生される）会話音声補強の他に、（リア及びフロント両方のラウドスピーカにより再生される）オーディオ音声信号が再生されることがしばしばあるだろう。リアラウドスピーカを介して音声会話システムでフロントマイク信号を増幅する前に、このマイクにおいてオーディオ音声信号をキャンセルすることを必要とする。これは、米国特許第6674865号の従来技術において示される。しかしながら、フロントラウドスピーカにより再生されるオーディオ音声信号が、リアラウドスピーカにより再生される信号に等しい、又は、相関されるとき、米国特許第6674865号の従来技術は失敗する。この問題の理由は、両方のラウドスピーカでオーディオ音声が再生される一方で、音声会話に関する音声が単一のラウドスピーカでだけ再生されるという事実によりもたらされる。これは結果として、非一意な経路識別を生じさせるだろう。
【０００９】
この問題に対するちょっとした及び直接のソリューションは、オーディオ音声信号キャンセルのための分離した適応フィルタを導入することである。そのフィルタは、基準入力としてオーディオ音声信号を持つ。図１に、フロントからリアへの単方向の会話状態に関するフィルタが示される。図１におけるシステムの主要な不都合点は、オーディオ音声信号がフィードバックキャンセラの適合を改善することができないということにある。
【００１０】
従って、本発明の目的は、オーディオ音声信号を利用することによりフィードバックキャンセラの適合及び追跡速度を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の側面によれば、信号処理システムが与えられる。このシステムは、マイクと、上記マイクの出力を受信するよう構成される減算器と、上記減算器の出力を受信するよう構成されるアンプと、上記アンプの出力を受信するよう構成されるリアラウドスピーカと、上記アンプの出力を受信するよう構成されるフロントラウドスピーカと、上記アンプとラウドスピーカとの間に配置される１つ又は複数の加算器であって、上記アンプから受信される信号にオーディオ音声信号を加算するよう構成される加算器と、上記リア及び上記フロントラウドスピーカの個別の入力を受信し、合計信号及び差分信号を出力するよう構成されるミキシング行列と、上記ミキシング行列の出力を受信するよう構成される適応フィルタとを有し、上記減算器が、上記適応フィルタの出力を受信するよう構成され、及び、上記減算器の出力は、上記適応フィルタを制御するよう構成される。
【００１２】
本発明の第２の側面によれば、信号処理システムを動作させる方法が与えられる。この方法は、マイクで信号を受信するステップと、上記マイクの出力を減算器で受信するステップと、上記減算器の出力をアンプで増幅するステップと、上記アンプの出力をリアラウドスピーカで出力するステップと、上記アンプの出力をフロントラウドスピーカで受信するステップと、上記アンプとラウドスピーカとの間に配置される加算器で、上記アンプから受信される前記信号にオーディオ音声信号を加算するステップと、上記リア及びフロントラウドスピーカの上記個別の入力をミキシング行列で受信し、合計信号及び差分信号を上記ミキシング行列から出力するステップと、上記ミキシング行列の上記出力を適応フィルタでフィルタリングするステップと、上記適応フィルタの出力を上記減算器で受信するステップと、上記減算器の出力で上記適応フィルタを制御するステップとを有する。
【００１３】
このシステムは、車用ラウドスピーカシステムを介して、乗客の会話音声を補強することを提供し、これにより、車において他の乗客により知覚されるこの会話音声の了解度を改良する。会話音声補強システムは、周知のハウリング現象を軽減するために、フィードバックキャンセルを実行する。キャンセルされる必要のあるフィードバックを推定するため、音響経路識別が実行される。このシステムにおいて、オーディオ音声信号（例えば、ステレオ音楽）の存在は、フィードバックキャンセルのために必要とされる音響経路の識別を改善するのに利用される。
【００１４】
好ましくは、このシステムは減算器とアンプとの間に配置されるポストプロセッサを更に有する。このポストプロセッサは、減算器から受信される信号にノイズリダクションを適用するよう構成される。このシステムは、（スペクトル）ポストプロセッサ（ＰＰ）を使用することができる。このポストプロセッサの最も重要な役割は、車において存在する（付加的な）ノイズ成分を抑制することである。このノイズが十分にキャンセルされない場合、このノイズがシステムを介して補強され、車における総ノイズレベルの増加を導くことになる。
【００１５】
このポストプロセッサの別の役割は、適応フィルタにより十分にキャンセルされないフィードバック成分を抑制することである。特に車における移動の間、適応フィルタはウィーナーソリューションを迅速には追跡することができず、ポストプロセッサはバックアップとして機能する。このポストプロセッサの更に別の役割は、マイクにより拾われる信号の残響分離（dereverberation）を適用することである。（アンプからの）ゲインＧが元のハウリングバウンドより非常に高い値まで上昇されるとき、補強された会話音声が反響する。会話音声をより自然にするために、残響分離器が適用される。
【００１６】
有利には、このシステムは、減算器とアンプとの間に配置される周波数シフタを更に有する。この周波数シフタは、減算器から受信される信号に周波数シフトを適用するよう構成される。周波数シフタは、５Ｈｚ分全体の信号をシフトさせる。この周波数シフタのみを用いて、信号処理が実行されないとき可能にされるより大きなレベルにまで（アンプにより適用される）ゲイン係数Ｇが増加される状況において、単一周波数でのハウリングが回避される。周波数シフタを用いると、ゲインＧは、元のハウリングバウンドを越えて増加されることができる。ハウリングバウンド増加の理由は、すべての往復において、周波数シフトのため、各周波数での開ループゲインの代わりに、（周波数にわたり）平均化される開ループゲインが１以下でなければならない点にある。
【００１７】
周波数シフタを使用する別の利点は、所望の会話音声信号がラウドスピーカ信号から相関分離されるということである。この周波数シフトからの結果として、適応フィルタは、リアラウドスピーカとフロントマイクとの間の音響経路に等しいソリューションに収束することができる。適応フィルタ係数
2010509829.tif 000003
がオール零ベクトルから始まり、及び、音響経路において変化しないと仮定すると、適応フィルタ係数は、ウィーナーソリューションに収束する。すると、
2010509829.tif 000004
が成り立ち、−インデックス及び
2010509829.tif 000005
はウィーナーソリューションである。このソリューションは、基本的に、リアラウドスピーカからフロントマイクへの音響経路の切り取られた（及びスケール化された）バージョンである。適応フィルタに関して、例えば、正規化された最小二乗平均（ＮＬＭＳ）、周波数領域適応フィルタ（ＦＤＡＦ）等の複数の適応フィルタタイプが使用されることができる。
【００１８】
フィルタ
2010509829.tif 000006
を用いると、音響フィードバックは補償されることができ、ハウリングバウンドが一層改善される。
【００１９】
理想的には、このシステムは減算器とアンプとの間に配置される可変ゲイン減衰器を更に有する。この可変ゲイン減衰器が、減算器から受信される信号を減衰させるよう構成される。可変減衰器は、（システムが例えば乗物において使用される場合には、車において）存在する背景ノイズにより制御される。減衰の量は、車において測定される（又は推定される）ノイズ（又は音楽）の量に反比例して調整される。多くのノイズが存在する場合（例えばハイウェイ上でのドライブ）、会話音声補強システムが非常に必要とされ、可変減衰はＡ＝１にセットされる。ノイズがより少ない状況では、可変減衰器は、より低い値に調整されるだろう。
【００２０】
可変減衰器の別の目的は、ラウドスピーカの出力信号が飽和に近い場合に、会話音声補強の量を制限することである。このようにして、システムは線形に保たれ、適応フィルタは正しい態様において適合を続けることができる。
【００２１】
好ましくは、本システムは、マイクと減算器との間に配置される高域フィルタを更に有する。この高域フィルタは、マイクから受信される信号をフィルタリングするよう構成される。一般により低い周波数（５０〜２００Ｈｚ）に対しては、乗客の会話音声と比較して車両ノイズがずっと優位なので、車両ノイズの増幅を防止するためマイク信号が高域フィルタリング（ＨＰＦ）される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来技術の信号処理システムの概略図である。
【図２】本発明の目的を説明する信号処理システムの第１の実施形態の概略図である。
【図３】本発明の目的を説明する信号処理システムの第２の実施形態の概略図である。
【図４】本発明の目的を説明する信号処理システムの第３の実施形態の概略図である。
【図５】本発明による信号処理システムの第４の実施態様の概略図である。
【図６】シミュレーション運動の結果を示す図である。
【図７】本発明による信号処理システムの第５の実施態様の概略図である。
【図８】信号処理システムを動作させる方法のフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施形態が、以下、例示に過ぎないものを介して、対応する図面を参照することにより説明されることになる。
【００２４】
図２は、例えば車といった環境における乗客の会話音声の補強を提供する改良されたシステムの第１の実施形態を示す。例えば図１に示されるような従来技術のフィードバックキャンセラ用途とは対照的に（そこでは、会話の間オーディオ音声が消音されるべきと主張されている）、車内会話のために、オーディオ音声がスイッチオフされる必要がない。これは、乗客間の会話音声がランダムな瞬間に発生すること、及びこの会話音声は音楽接続時間と比較して比較的短いという事実に関係する。
【００２５】
例えば図１に示されるようなシステムでは、他のオーディオ音声が存在する状況において、音声補強システムはこのオーディオ音声も補強してしまう。これは、望ましくなく、分離した適応フィルタによりキャンセルされるべきである。図２は、第１のソリューションを示す。図２において、オーディオ音声は、ｍ［ｋ］により表され、フロント及びリアラウドスピーカ２４及び２６の両方により再生される。簡単化するため、モノチャネルオーディオ音声信号ｍ［ｋ］だけが考慮されるとする。ステレオ又は更に進んでマルチチャネルオーディオ音声信号に対する拡張も可能である。補強される会話音声は、ｓ［ｋ］により表される。加算器２８が、アンプＧとリアラウドスピーカ２４との間に配置される。この加算器２８は、アンプＧから受信される信号ｓ［ｋ］にオーディオ音声信号ｍ［ｋ］を加えるために配置される。
【００２６】
図２の信号処理システムは、マイク２０、マイク２０の出力を受信するよう構成される減算器２２、（要素ＰＰ、ＦＳ及び減衰器Ａを介して）減算器２２の出力を受信するよう構成されるアンプＧ、オーディオ音声信号ｍ［ｋ］と共にアンプＧの出力を受信するよう構成されるリアラウドスピーカ２４、オーディオ音声信号ｍ［ｋ］を受信するよう構成されるフロントラウドスピーカ２６、及びオーディオ音声信号ｍ［ｋ］を受信するよう構成される適応フィルタＡＦ２を有する。
【００２７】
減算器２２は、適応フィルタＡＦ２の出力も受信するよう構成され、減算器２２の出力は、適応フィルタＡＦ２を制御するよう構成される。第２の減算器３０は、減算器２２とアンプＧとの間に配置され、第２の適応フィルタＡＦ１は、アンプＧの入力を受信するよう構成される。第２の減算器３０は、第２の適応フィルタＡＦ１の出力を受信するよう構成され、第２の減算器３０の出力は、第２の適応フィルタＡＦ１を制御するよう構成される。
【００２８】
このシステムは、減算器２２とアンプＧとの間に配置されるポストプロセッサＰＰも有する。このポストプロセッサＰＰは、減算器２２から受信される信号にノイズリダクションを適用するよう構成される。周波数シフタＦＳも減算器２２とアンプＧとの間に配置される。この周波数シフタＦＳは、減算器２２から受信される信号に周波数シフトを適用するよう構成される。
【００２９】
可変ゲイン減衰器Ａが、減算器２２とアンプＧとの間に配置される。この可変ゲイン減衰器Ａは、減算器２２から受信される信号を減衰させるよう構成される。このシステムは、マイク２０と減算器２２との間に配置される高域フィルタＨＰＦも有する。この高域フィルタＨＰＦは、マイク２０から受信される信号をフィルタリングするよう構成される。
【００３０】
音声補強及びオーディオ音声再生を結合させるため、アップ及びダウンサンプラが更に必要とされる。通常、オーディオ音声コンテンツは４４．１又は４８ｋＨｚのサンプリングレートを持つ。一方で、会話音声信号は、８、１１．０２５又は１６ｋＨｚといったより低いサンプリングレートで処理されることができる。従って、要素Ｋにより示されるアップ及びダウンサンプラが必要とされる。この係数Ｋは、例えば、２、３、４又は６に等しい。
【００３１】
図２の実施形態において、会話音声フィードバックのキャンセルを実行する正規の適応フィルタＡＦ１に加えて、第２の適応フィルタＡＦ２が使用される。第２のフィルタは、会話音声補強が実行される前にフロントマイク２６において存在するオーディオ音声をキャンセルすることを試みる。フィルタＡＦ１はリアラウドスピーカ２６からフロントマイク２０までの音響経路を特定するが、上記の式（１）に示すように、フィルタＡＦ２は、フロント及びリアラウドスピーカ２４及び２６からフロントマイク２０までの（切り取られた）音響経路の合計に等しいソリューションを特定する。すると、
2010509829.tif 000007
が成立する。ここで、
2010509829.tif 000008
は、ｉ番目の適応フィルタの係数である。
2010509829.tif 000009
は、リアラウドスピーカ２４からフロントマイク２０への（切り取られた）音響経路である。
2010509829.tif 000010
は、ラウドスピーカ２４及び２６の両方からフロントマイク２０までの（切り取られた）音響経路である。式（２）に含まれないが、ウィーナーソリューションは、高域フィルタ（ＨＰＦ）並びにアップ及びダウンサンプラの特性も含む。
【００３２】
オーディオ音声キャンセルと会話音声フィードバックキャンセルとの間の主な違いは、オーディオ音声キャンセラがいわゆる「シングルトーク」モードにおいて主に動作する一方で、フィードバックキャンセラは常にいわゆる「ダブルトーク」モードにおいて動作する点にある。シングルトークはキャンセルされる必要のある信号を単にマイクが拾うことを意味する。一方、ダブルトーク状況下では、所望の会話音声信号も存在する。フィードバックキャンセラが常にダブルトークモードにおいて動作する理由は、（会話の開始及び終了を除いて）所望の会話音声のフィードバック及び所望の会話音声自体が常に同時に存在するということである。
【００３３】
シングルトークモードにおいて、音響経路はダブルトークモードと比較してより迅速に及びより正確に特定されることができるので、図２における２つの適応フィルタを単一の適応フィルタに結合することは有益である。その結果、シングル適応フィルタは、シングルトークの間大部分が収束する。これは、３つのすべてのシナリオにおいて得られることができる。そのすべてのシナリオにおいて、音声補強された会話音声及びオーディオ音声の両方に対して１つの経路を得ることが望ましい。これらの３つのオプションは、リアでのみオーディオ音声ｍ［ｋ］を再生する、リアにおけるオーディオ音声からフロントにおけるオーディオ音声を相関分離させる、及び、フロント及びリアの両方において会話音声ｓ［ｋ］を再生することである。
【００３４】
第１のオプションでは、オーディオ音声は車内のフロントでは再生されない。これは明らかに望ましくない。第２のオプション（米国特許第6674865号における実施形態に類似する）では、フロント及びリアで再生される異なる信号を持つ必要がある。その一方で、通常、フロント及びリアラウドスピーカ信号は等しいだろう。このソリューションは、有用な状況でない。第３のオプションが図３に示される。ここでは、会話音声ｓ［ｋ］がラウドスピーカ２４及び２６の両方から再生される。
【００３５】
図３に示される第２の実施形態は、以下の
2010509829.tif 000011
で示されるように、音響経路の合計を特定する単一の適応フィルタＡＦのみを必要とする。
【００３６】
ここで、フロントラウドスピーカ２６は、アンプＧの出力を受信するよう構成される。しかしながら、リアラウドスピーカ２４に加えてフロントラウドスピーカ２６に補強された会話音声を適用することにより、更なる問題が生じる。一般にフロントラウドスピーカ２６とフロントマイク２０との間の結合は、リアラウドスピーカ２４とフロントマイク２０との間の結合より大きいので、ハウリングバウンドが大幅に減少する。いくつかの車（例えばアウディＡ４）における実際的な実験において、フロントラウドスピーカは、フロントの乗客の足に非常に近い。それぞれの足をわずかに移動させるだけで、フィードバックキャンセルを実行する適応フィルタＡＦが新たなソリューションに収束する必要があり、システムが不安定になる。従って、図３に示されるソリューションは堅牢でない。
【００３７】
図４は、フロントラウドスピーカ２６上の会話音声の再生に追加される減衰係数Ｆを持つ、会話音声補強システムの第３の実施形態を示す。この実施形態は、会話音声又はオーディオ音声のいずれかが存在する状況において、Ｆ＜１に対するフィルタ係数
2010509829.tif 000012
のための異なるソリューションを導くだろう。
【００３８】
Ｆ＝０という特殊な場合において、フィルタ係数は、非一意なソリューションに収束する。会話音声ｓ［ｋ］のみが存在するとき、ソリューションは
2010509829.tif 000013
に等しい。オーディオ音声ｍ［ｋ］のみが存在するとき、ソリューションは
2010509829.tif 000014
に等しい。そして、
2010509829.tif 000015
が成立する。
【００３９】
ｓ［ｋ］及びｍ［ｋ］が両方存在するときは、上で示される２つのソリューションのいずれも得られない。得られる実際のソリューションは、信号ｓ［ｋ］及びｍ［ｋ］に依存する。一般に、安定したソリューションは得られず、適応フィルタは常に適応しなければならない。
【００４０】
オーディオ音声を（少なくともある程度まで）会話音声フィードバックキャンセルの役に立たせるために、会話音声／音楽比率とは関係なく安定したソリューションが得られ、音楽及び音声補強された会話に対する異なるラウドスピーカボリューム設定を可能にする態様で、ラウドスピーカ信号を結合させ、及び適応フィルタにこれらの結合された信号を供給することが望ましい。例えば（モノラル）音楽がすべてのラウドスピーカにわたり再生され、及び補強された会話音声がリアラウドスピーカでのみ再生される状況（Ｆ＝０とした図４のシナリオ）を考える。この場合、結合された信号を得るために、２つのラウドスピーカ信号を加算及び減算することが必要である。これらの結合された信号は、ステレオ適応フィルタに供給されることができる。例えば、斯かるフィルタは、米国特許第7058185号において説明される。この実施形態が、図５に示され、Ｆ＝０であり、ミキシング行列Ｄを持つ。この行列は、結合された信号を得るため、
2010509829.tif 000016
として規定される。
【００４１】
（モノラル）音楽信号のみが存在する場合、合計信号はエネルギーだけを含み、「合計」経路は、
2010509829.tif 000017
により推定される。
【００４２】
もし
2010509829.tif 000018
が収束し、補強された音声信号ｓ［ｋ］が来る場合、差分信号もエネルギーを含むことになり、「差分」経路は、
2010509829.tif 000019
に収束することになる。
【００４３】
もし
2010509829.tif 000020
及び
2010509829.tif 000021
が、独立しており、等しいエネルギーを持つ場合（実際において合理的な仮定）、以下の等式
2010509829.tif 000022
が成立する。
【００４４】
それは、「差分」経路の開始時におけるエラーが、図２の実施形態におけるエラーより３ｄＢ低いことを意味する。これは、開始時の間のみでなく、例えば人の運動が原因で音響経路が変化するときの動作中もあてはまる。図５の実施形態において、減衰係数が
2010509829.tif 000023
であるようなとき、その改善は一層大きくなる。例えばＦ＝０．５に対して、開始時の「差分」経路のエラーは、図２の実施形態における状況と比較して９ｄＢ低い。
【００４５】
図５の信号処理システムは、マイク２０、マイク２０の出力を受信するよう構成される減算器２２、及び減算器２２の出力を受信するよう構成されるアンプＧを含む。フロントラウドスピーカ２６同様、リアラウドスピーカ２４は、アンプＧの出力を受信するよう構成される。加算器２８は、アンプＧとラウドスピーカ２４、２６との間に配置される。この加算器２８は、アンプＧから受信される信号ｓ［ｋ］にオーディオ音声信号ｍ［ｋ］を加算するよう構成される。図５の実施形態は、アンプＧとフロントラウドスピーカ２６との間に配置される減衰器Ｆを持つ。この減衰器Ｆは、アンプＧから受信される信号に減衰係数を適用する。図５の実施形態は更に、アンプＧとステレオ適応フィルタＳＡＦとの間に配置されるミキシング行列Ｄを有する。このミキシング行列Ｄは、リア及びフロントラウドスピーカ２４、２６の個別の入力Ｒ、Ｆを受信するよう構成され、合計信号Ｒ＋Ｆ及び差分信号Ｒ−Ｆを出力するよう構成される。
【００４６】
図５のシステムが図２及び図４のシステムに対して好まれる実施形態であることを示すため、Ｆ＝０としたシミュレーションにおいて比較性能が測定される。しかしながら、０＜Ｆ＜１の値を用いて、図３及び図５のシステムの相対的パフォーマンスの間でソリューションを得ることが可能であることに留意されたい。シミュレーションのために、ｓ［ｋ］及びｍ［ｋ］は、無相関のガウス雑音プロセスであり、
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が成り立つ。
【００４７】
ここで、ε｛｝はアンサンブル平均演算子を表す。アンプＧのゲインは、１にセットされる。更に
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が使用された。ここで、（１，０）は、例えば、２つのタップ（それぞれ１及び０）を持つインパルス応答である。シミュレーションにおいて使用される３つのシナリオが、以下の表
【表１】
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に記載される。
【００４８】
「提案型」（図５に記載の好ましい実施形態）シナリオに対して、単一のステレオ適応フィルタの代わりに、２つのＮＬＭＳ適応フィルタが使用された。これは、実現される収束がいくらか遅くなるという不都合点を持つ。シミュレーション結果に対して、アンサンブル平均を得るために、１２０００の独立したシミュレーションが平均化された。シミュレーションの最初の６０００のサンプルに対しては、信号ｍ［ｋ］だけが存在する。一方、最後の６０００のサンプルにおいては、ｓ［ｋ］及びｍ［ｋ］の両方が存在する。これは、ｋ＝６０００でｓ［ｋ］のフィードバックキャンセルにおいてオーディオ音声ｍ［ｋ］がどのように役に立つことができるかを示すためである。シミュレーションの結果は、図６に示される。
【００４９】
図６から、０≦ｋ＜６０００に対して、ウィーナーソリューションへの収束が３つすべての実施形態（図４及び５）に対して等しいことが分かる。ｋ＝６０００では、「直接型」シナリオ（図２）は、その他の２つのシステムより劣っている。「効率型」シナリオ（図４）を用いると、追加的な（有意な）減少が得られないことが分かる。これは唯１つの適応フィルタが使用されること、及びこのフィルタのソリューションは信号ｓ［ｋ］及びｍ［ｋ］に依存するという事実によりもたらされる。ちょうど「直接型」シナリオと同じく、「提案型」シナリオ（図５）は、ｋ＝６０００の後収束する。この収束は２つのＮＬＭＳ適応フィルタが使用されたという事実が原因でいくらか遅いが、単一のステレオ適応フィルタが使用される場合には、そのシステムはより好適に機能するだろう。ｋ＝６０００での「直接型」及び「提案型」ソリューション間の差は、正確に３ｄＢである。図５は、信号処理システムの好ましい実施形態である。
【００５０】
実際、大部分の車環境において、オーディオ音声信号は、左右の成分を持つステレオ信号であるだろう。図５で概説されるのと同じ原理に従い、会話音声／音楽比率及び／又はモノラル／ステレオ比率に関係なく安定したソリューションが得られる態様で、信号成分を結合し、マルチチャネル適応フィルタ（ＭＣＡＦ）にこれらの信号を供給することが可能である。マルチチャネル適応フィルタの例は、米国特許出願公開第2002/0176585号に示される。このソリューションが、図７のシステムに示される。ミキシング行列Ｄ'は、
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により与えられる。ここでＲは、ビット反転行列であり、
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である。
【００５１】
ＲＬ、ＲＲ、ＦＬ、ＦＲがそれぞれリアレフト、リアライト、フロントレフト及びフロントライト信号を示すとすると、これは結果として
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を生じさせる。合計信号（ＲＬ＋ＲＲ＋ＦＬ＋ＦＲ）は、モノラル音楽及び会話音声を含む。リアからフロントを引いた信号（ＲＬ＋ＲＲ−ＦＬ−ＦＲ）は会話音声のみを含み（以前のモノラルの例と同じ）、レフトからライトを引いた信号（ＲＬ−ＲＲ＋ＦＬ−ＦＲ）は音楽のみを含む。第４の信号（ＲＬ−ＲＲ−ＦＬ＋ＦＲ）は、何の信号も含まず、従って無視されることができる。ミキシング行列との組合せが異なる態様において実行されることができる点に留意すべきである。しかしながら、出力が０に等しい結果を生み出すわずか２、３の組合せだけが可能である。収束されたソリューションは、
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に収束することになる。ここで、例えば
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は、リアレフトラウドスピーカからフロントマイクへの（切り取られた）音響経路である。
【００５２】
信号処理システムのさまざまな実施形態が、自動車エンタテインメントシステムに適用されることができる。ここで、会話音声補強は正規のオーディオ音声及び／又はＧＳＭ再生で同時に必要とされる。より一般的には、このシステムは、音声補強のために使用されるもの以外の他のラウドスピーカボリューム設定を使用する他の知られた音源が再生される音声補強システムにおいて使用されることができる。
【００５３】
信号処理システムを動作させる方法が、図８に示される。これは、図５の好ましい実施形態に関連する。この動作方法におけるステップは、まず、マイク２０で信号を受信する（ステップ８０）。マイク２０と減算器２２との間に配置される高域フィルタＨＰＦで、この信号は、フィルタリングされる（ステップ８１）。その後このフィルタリングされた信号が減算器２２で受信される（ステップ８２）。
【００５４】
次のステップ８３は、減算器２２から受信される信号に、ポストプロセッサＰＰで、ノイズリダクションを適用するステップである。その後、周波数シフタＦＳで周波数シフトを適用するステップ８４が実行される。ステップ８５は、可変ゲイン減衰器（Ａ）で、信号を減衰させるステップを有する（もちろん、減衰の実際のレベルは、ゼロとすることができる）。その後ステップ８６において、この信号はアンプＧにおいて増幅される。
【００５５】
アンプＧの出力は、ラウドスピーカ２４及び２６の両方に送られる。リアラウドスピーカ２４で出力されることになる信号は、適用される減衰係数を減衰器Ｆにおいて持つ（ステップ８７）。減衰される信号は、アンプＧとリアラウドスピーカ２４との間に配置される加算器２８で、アンプＧから受信される信号ｓ［ｋ］にオーディオ音声信号ｍ［ｋ］を加算する（ステップ８８）。最終的にこの信号はリアラウドスピーカ２４で出力される（ステップ８９）。同様に、フロントラウドスピーカ２６に向けられる信号は、オーディオ音声信号ｍ［ｋ］が加算され（ステップ９０）、これはその後ラウドスピーカに出力される（ステップ９１）。
【００５６】
ラウドスピーカ（Ｒ及びＦ）により出力されるこれらの２つの信号は、ミキシング行列Ｄで受信される（ステップ９２）。行列Ｄは、リア及びフロントラウドスピーカ２４、２６の個別の入力Ｒ、Ｆを受信し、ミキシング行列Ｄに基づき、合計信号Ｒ＋Ｆ及び差分信号ＲＦを出力する。これらの２つの信号はステレオ適応フィルタＳＡＦにより受信される。ここで、ステップ９３に示されるように、それらはフィルタリングされる。その後適応フィルタＳＡＦの出力が、減算器２２で受信される（ステップ９４）。減算器２２の出力を用いて、適応フィルタＳＡＦの制御が実行される。これは、点線９５により示される。減算器２２は、フィードバック抑制を実行している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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