(57)【要約】【課題】  演算量が少ないエコーキャンセラを提供する。【解決手段】  「自己相関関数」と「経路推定係数」との畳み込みを行う代わりに、「受信信号」と「推定経路の係数」との畳み込みを行うようにした。たとえば、自己相関関数との畳み込みを行う場合は、その畳み込みにＮの二乗オーダの演算を必要とするが、「受信信号」と「推定経路の係数」との畳み込みの場合は、高々、Ｎのオーダの演算で済み、エコーキャンセラの演算量を大幅に削減できる。【選択図】  図１
2012253647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号と受信信号とのＮ＋１次の相互相関関数を求める第一の相互相関関数回路と、Ｎ＋１までのサンプル遅れの受信信号の電力を求める受信電力計算回路と、擬似エコー信号と前記受信信号とのＮ＋１次の相互相関関数を求める第二の相互相関関数回路と、推定経路の係数を記憶する係数記憶回路と、前記受信信号と前記推定経路の係数との畳み込みを行って前記擬似エコー信号を生成する畳み込み回路と、前記受信電力計算回路の出力と前記係数記憶回路の記憶情報（推定経路の係数）とを乗算する乗算器と、前記送信信号から前記擬似エコー信号を減算した信号を残差信号として出力する第一の減算器と、前記第二の相互相関関数回路の出力から前記乗算器の出力を減算する第二の減算器と、前記第一の相互相関関数回路の出力から前記第二の減算器の出力を減算する第三の減算器と、前記第三の減算器の出力を前記受信信号電力で除算する割り算器とを備えたことを特徴とするエコーキャンセラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エコーキャンセラに関し、詳細には、経路推定アルゴリズムに高速相互相関を用いたエコーキャンセラに関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、離隔地点間で行われる音声会議においては、各々の地点にマイクとスピーカのペアを配置し、互いの音声をマイクで拾いつつ、その音声をスピーカで拡声しながら会議を進めるが、しばしば、スピーカからの音がマイクに回り込み、いわゆるハウリングが発生して耳障りになることがある。エコーキャンセラは、こうした回り込みを防止してハウリングを抑制するために用いられる。ハウリング防止装置または反響防止装置ともいう。
【０００３】
図２は、エコーキャンセラの概念図である。この図において、エコーキャンセラ１００は、マイク１０１の出力経路１０２（送信信号の経路）に挿入された減算器１０３と、この減算器１０３とスピーカ１０４の入力経路１０５（受信信号の経路）との間に入れられた疑似エコー発生回路１０６とを備え、減算器１０３によって送信信号から疑似エコー信号を取り除いた信号（残差信号）を真の送信信号（回り込みを抑制した信号）として遠端側に出力する。
【０００４】
エコーキャンセラにおける「疑似エコー信号」（回り込みを模擬した信号）の発生の仕組みについては、様々な公知技術がある。
【０００５】
たとえば、下記の特許文献１には、特性が未知の系に信号を送出し、その応答から同系が与える伝達関数を推定して得られた値を、同系を模擬する非巡回型適応フィルタの係数とする処理において、該系の応答と該系へ送出した信号との相互相関関数と、該非巡回型適応フィルタのタップ係数から１つを除いたタップ係数群と該系へ送出する信号の自己相関関数との積との差分を求め、この差分を該送出信号のパワーで除した値を、先に除いた１つのタップ係数の新しい推定値とし、の同様の処理を他のタップ係数について実行することにより該非巡回型適応フィルタのタップ係数を逐次的に更新することを特徴とする「適応フィルタのタップ係数の高速抽出法」が記載されている。
また、下記の特許文献２には、擬似エコー信号を合成する非巡回型フィルタと、非巡回型フィルタの出力と入力信号との相互相関関数を計算する相互相関関数計算回路と、非巡回型フィルタの出力の自己相関関数を計算する自己相関関数計算回路と、非巡回型フィルタのタップ係数を記憶するタップ係数メモリと、自己相関関数とタップ係数から推定しようとするタップ係数を除いた係数列との積から合成した擬似エコー信号に対応する成分を計算する擬似エコー信号対応成分計算回路と、擬似エコー信号対応成分計算回路で合成した擬似エコー信号対応成分と相互相関関数計算回路で求めた相互相関関数との差分をとる減算器と、その差分を出力信号のパワーで正規化する除算器とを備えた「エコーキャンセラ」が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０５−２５２０６６号公報
【特許文献２】特開平０５−２５２０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の特許文献１や特許文献２に記載の技術にあっては、受信信号と送信信号との相互相関関数から不要な信号を除去するための信号を生成する際に、係数毎に「自己相関関数」と「経路推定係数」との畳み込み演算が必要となり、この部分の計算にＮの二乗オーダの演算が必要になっていた。ここで、Ｎは「自己相関関数」あるいは「経路推定係数」の係数の数である。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、受信信号と送信信号の相互相関関数から不要な信号を除去するための信号を少ない演算量で得られるようにすることにあり、要するに、演算量が少ないエコーキャンセラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のエコーキャンセラは、送信信号と受信信号とのＮ＋１次の相互相関関数を求める第一の相互相関関数回路と、Ｎ＋１までのサンプル遅れの受信信号の電力を求める受信電力計算回路と、擬似エコー信号と前記受信信号とのＮ＋１次の相互相関関数を求める第二の相互相関関数回路と、推定経路の係数を記憶する係数記憶回路と、前記受信信号と前記推定経路の係数との畳み込みを行って前記擬似エコー信号を生成する畳み込み回路と、前記受信電力計算回路の出力と前記係数記憶回路の記憶情報（推定経路の係数）とを乗算する乗算器と、前記送信信号から前記擬似エコー信号を減算した信号を残差信号として出力する第一の減算器と、前記第二の相互相関関数回路の出力から前記乗算器の出力を減算する第二の減算器と、前記第一の相互相関関数回路の出力から前記第二の減算器の出力を減算する第三の減算器と、前記第三の減算器の出力を前記受信信号電力で除算する割り算器とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、受信信号と送信信号の相互相関関数から不要な信号を除去するための信号を少ない演算量で得ることができ、演算量が少ないエコーキャンセラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態のエコーキャンセラの構成図である。
【図２】エコーキャンセラの概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、実施形態のエコーキャンセラの構成図である。この図において、エコーキャンセラ１は、第一の相互相関関数回路２、第二の相互相関関数回路３、受信電力計算回路４、係数記憶回路５、畳み込み回路６、第一の減算器７、第二の減算器８、第三の減算器９、乗算器１０及び割り算器１１を備える。
【００１３】
第一の相互相関関数回路２は、送信信号と受信信号とのＮ＋１次の相互相関関数を求める回路であり、第二の相互相関関数回路３は、擬似エコー信号と受信信号とのＮ＋１次の相互相関関数を求める回路である。また、受信電力計算回路４は、Ｎ＋１までのサンプル遅れの受信信号の電力を求める回路であり、係数記憶回路５は、推定経路の係数を記憶する回路である。
【００１４】
また、畳み込み回路６は、受信信号と推定経路の係数との畳み込みを行って擬似エコー信号を生成する回路である。ここで、“畳み込み”という名前の点で冒頭の従来技術における畳み込み（演算）と共通するが、冒頭の従来技術は「自己相関関数」と「経路推定係数」との畳み込みを行うのに対して、この実施形態の畳み込み回路６は、「受信信号」と「推定経路の係数」との畳み込みを行う点で相違する。
【００１５】
また、第一の減算器７は、送信信号から擬似エコー信号を減算（消去）した信号を残差信号として出力し、第二の減算器８は、第二の相互相関関数回路３の出力から乗算器１０の出力を減算し、第三の減算器９は、第一の相互相関関数回路２の出力から第二の減算器８の出力を減算し、乗算器１０は、受信電力計算回路４の出力と係数記憶回路５の記憶情報（推定経路の係数）とを乗算し、割り算器１１は、前記第三の減算器９の出力を受信信号電力で除算する。
【００１６】
次に、実施形態の動作を説明する。
まず、各部の信号を定義する。時刻ｊのときの受信信号をｘｊ、送信信号をｙｊ、擬似エコー信号をｚｊ、残差信号をｅｊとし、また、経路推定の係数をタップ位置ｍ（以下、単に位置という）においてｈｍ（ｊ）、求める係数を位置ｍにおいてｈｍとすると、受信ベクトルＸ（ｊ）と、送信ベクトルＹ（ｊ）及び擬似エコー信号ベクトルＺ（ｊ）は、それぞれ、
Ｘ（ｊ）＝（ｘｊ，ｘｊ−１，ｘｊ−２，ｘｊ−３，・・・・ｘｊ−Ｎ）
Ｙ（ｊ）＝（ｙｊ，ｙｊ−１，ｙｊ−２，ｙｊ−３，・・・・ｙｊ−Ｎ）
Ｚ（ｊ）＝（ｚｊ，ｚｊ−１，ｚｊ−２，ｚｊ−３，・・・・ｚｊ−Ｎ）
・・・・（式１）
となり、求める経路のインパルス応答ベクトルＨは、
Ｈ＝（ｈ０，ｈ１，ｈ２，ｈ３，・・・・ｈＮ）      ・・・・（式２）
経路推定の係数ベクトルＨ（ｊ）は、
Ｈ（ｊ）＝
（ｈ０（ｊ），ｈ１（ｊ），ｈ２（ｊ），ｈ３（ｊ），・・・・ｈＮ（ｊ））
・・・・（式３）
受信ベクトルの受信電力計算回路４での位置ｍの表現は、
Ｐｘ（ｍ）＝＜Ｘ（ｊ−ｍ），Ｘ（ｊ−ｍ）＞    ・・・・（式４）
となる。ただし、＜，＞はベクトルの内積を表す。
Ｐｘ（ｍ）は、受信電力計算回路４の出力を表しており、したがって、受信電力計算回路４は、式４に相当する演算機能を備えている。
【００１７】
これらの式１〜式４より、送信信号と受信信号の第一の相互相関関数回路２での位置ｍの表現は、
Ｒｘｙ（ｊ，ｍ）＝
＜Ｙ（ｊ），Ｘ（ｊ−ｍ）＞＝Σｙ（ｊ−ｋ）ｘ（ｊ−ｍ−ｋ）＝
Σ＜Ｈ，Ｘ（ｊ−ｋ）＞ｘ（ｊ−ｍ−ｋ）＝
Σｈｋ＜Ｘ（ｊ−ｋ），Ｘ（ｊ−ｍ）＞
・・・・（式５）
となる。
Ｒｘｙ（ｊ，ｍ）は、第一の相互相関関数回路２の出力を表しており、したがって、第一の相互相関関数回路２は、式５に相当する演算機能を備えている。
【００１８】
ここで、受信入力信号が完全に“無相関”であるとするならば、
＜Ｘ（ｊ−ｋ），Ｘ（ｊ−ｍ）＞            ・・・・（式６）
のｋ＝ｍ以外は零となり、ｈｍの項以外が除去される。
【００１９】
したがって、無相関のＲｘｙ（ｊ，ｍ）を、Ｐｘ（ｍ）で除算すれば、新しい経路推定の係数は、
ｈｍ（ｊ）＝ｈｍ                            ・・・・（式７）
となり、真の経路インパルス応答が求められる。
【００２０】
しかしながら、実際の受信信号Ｘ（ｊ）は有限長であるし、相関も存在するので、上記の真の経路インパルス応答は誤差を含む。そこで、ｋ＝ｍ以外の項を消去するための信号Ａ（ｊ，ｍ）を求める。
【００２１】
これまでに求めた推定係数ベクトルＨ（ｊ）と受信信号を畳み込み回路６で求めた擬似エコー信号と受信信号の第二の相互相関関数回路３での位置ｍの表現は、
Ｒｘｚ（ｊ，ｍ）＝
＜Ｚ（ｊ），Ｘ（ｊ−ｍ）＞＝
Σｈｋ（ｊ）＜Ｘ（ｊ−ｋ）＞，Ｘ（ｊ−ｍ）＞
・・・・（式８）
となる。この値からｋ＝ｍの項を除去するために、
Ａ（ｊ，ｍ）＝
Ｒｘｚ（ｊ，ｍ）−ｈｍ（ｊ−１）Ｐｘ（ｍ）  ・・・・（式９）
として、ｋ＝ｍ以外の項を消去するための信号Ａ（ｊ，ｍ）を求める。
【００２２】
これらを使って、次の時刻ｊ＋１の推定経路の位置ｍの係数を求めると、
ｈｍ（ｊ＋１）＝
（Ｒｘｙ（ｊ，ｍ）−Ａ（ｊ，ｍ））／Ｐｘ（ｍ）
・・・・（式１０）
となり、誤差のない推定経路係数が求められる。
Ｒｘｚ（ｊ，ｍ）は、第二の相互相関関数回路３の出力を表しており、したがって、第二の相互相関関数回路３は、式８に相当する演算機能を備えている。
また、Ａ（ｊ，ｍ）は、第二の減算器８の出力を表しており、したがって、第二の減算器８は、式９に相当する演算機能を備えている。
【００２３】
以上説明したように、実施形態によれば、受信信号ｘｊと送信信号ｙｊの相互相関関数から不要な信号を除去するための信号を生成する際に、擬似エコー信号ｚｊと受信信号ｘｊとの相互相関関数Ｒｘｊ（ｊ，ｍ）を用いるようにしたので、冒頭の従来技術（特許文献１、２に記載の技術）のような「自己相関関数」と「経路推定の係数」との畳み込み演算を不要にすることができ、演算量の大幅な削減を行うことができる。
たとえば、自己相関関数との畳み込みを行う場合は、その畳み込みにＮの二乗オーダの演算が必要であったが、本実施形態では、高々、Ｎのオーダの演算で済むから、その演算量の削減効果はきわめて顕著である。
ここで、Ｎの二乗オーダの演算とは、「自己相関関数」と「経路推定係数」の畳み込みを実施するための計算量のことをいい、また、Ｎのオーダの演算とは、「経路推定係数」と入力信号との（本来エコーキャンセラの過程で計算される）畳み込み積から計算される擬似エコー信号との自己相関を用いることにより数回のＮオーダの計算で「経路推定係数」を算出できることをいう。
【００２４】
なお、本実施形態は、冒頭で説明した電話会議への適用に限定されない。エコー（回り込み）が問題となる様々な用途にも適用できることは当然であり、たとえば、有線電話の末端側で利用される二線式伝送において、通常の四線伝送に変換する部分の反射によるエコーを除去する場合などにも適用することができる。
【００２５】
以下、本発明の特徴を付記する。
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
（付記１）
図１に示すように、付記１記載のエコーキャンセラ（１）は、送信信号（ｙｊ）と受信信号（ｘｊ）とのＮ＋１次の相互相関関数（Ｒｘｙ（ｊ，ｍ））を求める第一の相互相関関数回路（２）と、Ｎ＋１までのサンプル遅れの受信信号（ｘｊ）の電力（Ｒｘ（ｍ））を求める受信電力計算回路（４）と、擬似エコー信号（ｚｊ）と前記受信信号（ｘｊ）とのＮ＋１次の相互相関関数（Ｒｘｚ（ｊ，ｍ））を求める第二の相互相関関数回路（３）と、推定経路の係数（Ｈｊ）を記憶する係数記憶回路（５）と、前記受信信号（ｘｊ）と前記推定経路の係数（Ｈｊ）との畳み込みを行って前記擬似エコー信号（ｚｊ）を生成する畳み込み回路（６）と、前記受信電力計算回路４の出力（Ｒｘ（ｍ））と前記係数記憶回路５の記憶情報（推定経路の係数（Ｈｊ））とを乗算する乗算器（１０）と、前記送信信号（ｙｊ）から前記擬似エコー信号（ｚｊ）を減算した信号を残差信号（ｅｊ）として出力する第一の減算器（７）と、前記第二の相互相関関数回路（３）の出力（Ｒｘｚ（ｊ，ｍ））から前記乗算器（１０）の出力を減算する第二の減算器（８）と、前記第一の相互相関関数回路（２）の出力（Ｒｘｙ（ｊ，ｍ））から前記第二の減算器（８）の出力（Ａ（ｊ，ｍ））を減算する第三の減算器（９）と、前記第三の減算器（９）の出力を前記受信信号電力（Ｒｘ（ｍ））で除算する割り算器（１１）とを備えたことを特徴とする。
【符号の説明】
【００２６】
１  エコーキャンセラ
２  第一の相互相関関数回路
３  第二の相互相関関数回路
４  受信電力計算回路
５  係数記憶回路
６  畳み込み回路
７  第一の減算器
８  第二の減算器
９  第三の減算器
１０  乗算器
１１  割り算器
【図１】
2012253647.tif 000003
【図２】
2012253647.tif 000004