(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受話音声に対して、パワー制御を行うパワー制御部と、
該パワー制御部の出力に対し、特定成分を除去する第１のフィルタと、
送話音声に、該受話音声のエコー成分が加わった入力信号に対して、該エコー成分の除去を行うエコーキャンセラ部と、
該受話音声及び、該送話音声の特定成分を抽出する第２のフィルタ部の出力から、該受話音声と該送話音声の存否を判定し、該判断結果から該パワー制御部のパワー減衰量を制御する状態判定部とを有し、
前記エコーキャンセラ部は、前記入力信号を減衰させた信号を基に予測エコーを推測し、該推測された予測エコーを前記入力信号の減衰に対応して増幅し、前記入力信号から該増幅された予測エコーを減算することを特徴とするエコーキャンセラ。
【請求項２】
請求項１において、
前記状態判定部は、前記受話音声及び、前記第２のフィルタ部の出力のＮサンプルを基に、該受話音声及び前記送話音声の有音／無音の判定結果及び、Ｎサンプルの受話音声のパワーを算出し、更に、
該受話音声の判定結果及び、受話音声のパワーを、Ｎサンプルを１ブロックとして、Ｔブロック分を保持する遅延バッファを有することを特徴とするエコーキャンセラ。
【請求項３】
請求項１において、
前記状態判定部は、前記受話音声と前記送話音声が共に存在する時、前記パワー制御部のパワー制御を有効とする制御を行うことを特徴とするエコーキャンセラ。
【請求項４】
請求項１において、
前記状態判定部は、前記受話音声と前記送話音声のいずれかが存在しない時、前記パワー制御部のパワー制御による減衰量を、該受話音声と該送話音声の両方が存在する時に比べて小さくすることを特徴とするエコーキャンセラ。
【請求項５】
請求項１において、
前記エコーキャンセラ部への前記入力信号を減衰させる減衰量を、外部から設定されるボリューム情報の最大値で決定することを特徴とするエコーキャンセラ。
【請求項６】
請求項１において、
前記エコーキャンセラ部への前記入力信号を減衰させる減衰量を、外部から設定されるボリューム情報に応じて可変とすることを特徴とするエコーキャンセラ。
【請求項７】
請求項１において、
前記エコーキャンセラ部への前記入力信号を減衰させる減衰量を、外部から設定されるボリューム情報に応じて段階的に変え、且つ該段階的な減衰量をテーブルとして保持することを特徴とするエコーキャンセラ。
【請求項８】
請求項２において、
前記Ｎサンプル数を可変にすることを特徴とするエコーキャンセラ。
【請求項９】
請求項１において、
さらにアナログ系の回路を有し、前記状態判定部は、該アナログ系の回路での信号のクリップを検知し、前記パワー制御部の減衰量を算出することを特徴とするエコーキャンセラ。
【請求項１０】
請求項１において、
前記状態判定部における前記受話音声及び前記送話音声の有音／無音の判定閾値を、該受話音声及び前記送話音声の有無の状態により可変とすることを特徴とするエコーキャンセラ。
【請求項１１】
請求項１において、
前記第１のフィルタ部を高域通過フィルタとし、前記第２のフィルタを低域通過フィルタとすることを特徴とするエコーキャンセラ。
【請求項１２】
請求項１において、
前記第１のフィルタ部を低域通過フィルタとし、前記第２のフィルタを高域通過フィルタとすることを特徴とするエコーキャンセラ。
【請求項１３】
請求項１において、
前記第１のフィルタ部及び、前記第２のフィルタのそれぞれを低域通過フィルタ及び、高域通過フィルタで構成し、該第２のフィルタの該低域通過フィルタ及び、高域通過フィルタの出力から送話音声の状態判定を行うことを特徴とするエコーキャンセラ。
【請求項１４】
請求項１において、
前記予測エコーを前記エコーキャンセラ部への前記入力信号の減衰に対応して増幅する際、残留エコーパワーを反映させることを特徴とするエコーキャンセラ。
【請求項１５】
請求項１において、さらに、前記予測エコーを前記エコーキャンセラ部への前記入力信号の減衰に対応して増幅する際、残留エコーパワーを反映させる手段と、該予測エコーを前記エコーキャンセラ部への入力信号の減衰に対応して増幅した出力又は、該予測エコーを前記エコーキャンセラ部への入力信号の減衰に対応して増幅する際、残留エコーパワーを反映させる手段の出力のいずれか小さい方を選択するセレクタを有することを特徴とするエコーキャンセラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話装置等における、ハンズフリー通話時に発生するエコーをキャンセルするためのエコーキャンセラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハンズフリー通話時に発生するエコーとは、通信装置のスピーカから発する受信音声が、送信用マイクに入力し、送信回路を通して送話者側にエコーとなって送信されることを言う。
【０００３】
したがって、受話者側の通信装置で、かかる受信音声が送信回路を通して送話者側に送出されない様にすることが必要である。この為にエコーをキャンセルする技術が必要となる。
【０００４】
かかるハンズフリー通話時に発生するエコーをキャンセルするためのエコーキャンセラを備えた通信装置に関する従来技術として、特開平７−２９７９０１号公報に記載の技術がある。
【０００５】
ここで、エコーキャンセルは、受信音声から送話信号に含まれるエコーを推定し、差し引くことにより可能である。かかるエコーキャンセル技術において、特に特開平７−２９７９０１号公報に記載の技術は、ハンズフリー通話時に、送受信者同時に通話中でない時は、送話信号レベルを一定にするように可変減衰器を動作させ、雑音レベルを常に相手側に送り、相手側に不自然さを与えない様にすることを意図している。
【０００６】
また、ハンズフリー通話時に発生するエコーをキャンセルするためのエコーキャンセラに関する別の技術として、特開平６−２１６８１１号公報に記載の技術がある。かかる技術では、信号レベルの大きい受話音声信号が入力された時、音声信号に歪みが発生し、したがって、送話信号路において、十分にエコー信号をキャンセル出来なくなる不都合を解消することを目的としている。
【０００７】
さらに、この目的の為に、特開平６−２１６８１１号公報に記載の技術では、受話音声信号の信号レベルを、エコーキャンセラ及び、スピーカに供給する以前に、所定の振幅制限レベル以下に制限する様に制御している。しかし、かかる場合、スピーカ出力音声に好ましくない影響が生じる恐れがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、上記技術では未だ十分でない好ましいエコーキャンセルを実現したエコーキャンセラを提供することにある。
【０００９】
より具体的には、受話音声パワーの最適制御を可能とし、スピーカ音声の歪みを軽減するエコーキャンセラを提供することにある。
【００１０】
さらに、本発明の目的は、エコーキャンセラ入力音声を減衰させ、また減衰量を可変とし、音声データの歪みを無くし、安定したエコーキャンセラ動作の実現するエコーキャンセラを提供することにある。
【００１１】
また、本発明の目的は、エコーパス遅延、エコーパス利得、アナログ系のクリップ状態の自動測定を行い、エコーパスの遅延量、利得に依存しない汎用的なエコーキャンセラを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の本発明の課題を達成するエコーキャンセラの基本構成は、受話音声に対して、パワー制御を行うパワー制御部と、パワー制御部の出力に対し、特定成分を除去する第１のフィルタと、送話音声に、受話音声のエコー成分が加わった信号に対して、エコー成分の除去を行うエコーキャンセラ部と、受話音声及び、送話音声の特定成分を抽出する第２のフィルタ部の出力から、受話音声と送話音声の存否を判定し、判断結果からパワー制御部のパワー減衰量を制御する状態判定部とを有する。
【００１３】
一の態様として、前記状態判定部は、前記受話音声及び、前記第２のフィルタ部の出力のＮサンプルを基に、前記受話音声及び前記送話音声の有音／無音の判定結果及び、Ｎサンプルの受話音声のパワーを算出し、更に、受話音声の判定結果及び、受話音声のパワーを、Ｎサンプルを１ブロックとして、Ｔブロック分を保持する遅延バッファを有する。
【００１４】
前記構成において、前記状態判定部は、前記受話音声と前記送話音声が共に存在する時、前記第１のパワー制御部のパワー制御を有効とする制御を行う。
【００１５】
別も態様として、前記状態判定部は、前記受話音声と前記送話音声のいずれかが存在しない時、前記パワー制御部のパワー制御による減衰量を、受話音声と該送話音声の両方が存在する時に比べて小さくする。
【００１６】
さらに、前記エコーキャンセラ部は、エコーキャンセラ部への入力信号を減衰させた信号を基に予測エコーを推測し、推測された予測エコーを該入力信号の減衰に対応して増幅し、入力信号から増幅された予測エコーを減算する。
【００１７】
本発明の更なる特徴は、以下の図面を参照しての実施の形態の説明から明らかとなる。
【００１８】
【実施例】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、図において、同一又は類似のものには同一又は、類似の参照番号又は、参照記号を付して説明する。
【００１９】
図１は、本発明のエコーキャンセラの基本構成を示すブロック図である。破線１で囲まれた部分がエコーキャンセラの基本構成部であり、実施例としてＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）により構成される。
【００２０】
ＤＳＰ１からの受信音声信号（Ｒ３）は、Ｄ／Ａ変換回路２により、アナログ音声信号に変換され、スピーカアンプ３を通してスピーカ４に入力されて、音声出力（Ｒ４）として出力される。
【００２１】
一方、マイク５に入力した送話音声（Ｓ１）は、マイクアンプ６により増幅され、Ａ／Ｄ変換回路７により、デジタル音声信号に変換されて、送話音声信号（Ｓ２）として、ＤＳＰ１に入力される。
【００２２】
ここで、スピーカ４から出力された音声出力（Ｒ４）は、その一部がマイク５に回り込みエコーとなる。したがって、ＤＳＰ１がエコーキャンセラの機能を有し、マイク５に回り込んだエコーのキャンセルが行われる。
【００２３】
ＤＳＰ１において、受話音声（Ｒ１）は第１のパワー制御部１０に入力される。パワー制御部１０では受話音声パワー（Ｐ0 ）を基に、図２に示す方法により最終減衰量（Ｇ）を算出し、受話音声（Ｒ１）を減衰させる。
【００２４】
これは、後に説明する様に、エコーキャンセラ部１３の入力（Ｒ５，Ｓ２）に過大信号が入力され，エコー除去が出来なくなることを抑えるためである。
【００２５】
図２を参照して、第１のパワー制御部１０における受話音声（Ｒ１）のパワー制御の内容を説明する。図２は、縦軸にミュート（減衰量Ｇ）、横軸に受話音声パワー（Ｐx ）を取って、パワー制御の特性曲線が示される。
【００２６】
受話音声パワー（Ｐx ）が、Ｐx ＝Ｐmax （最大値）で、Ｇ＝０（受話音声を完全にミュートする状態）となる。
【００２７】
パワー制御の特性曲線は、Ｇ＝α（Ｐx −Ｐmax ）で表される。したがって、受話音声パワー（Ｐx ）が小さい程、最終減衰量（Ｇ）が小さくなる（Ｇ＝−１．０は全く減衰しない状態である）。
【００２８】
但し、［−１．０≦Ｇ≦ＴＨ２、但し、ＴＨ２≦０．０］とし、音声パワーを増幅したり、減衰しすぎないようにし、スピーカ出力音声（Ｒ４）に違和感を与えないようにしている。
【００２９】
さらに、受話音声（Ｒ１）のパワーがＴＨ１以下の時は、Ｇ＝固定値βとする。但し、−１．０≦β，ＴＨ２≦０．０を条件とする。
【００３０】
次に、第１のパワー制御部１０の出力音声（Ｒ２）は、第１のフィルタ部１１に入力され、図３に示す特定成分が除去され（実線の周波数特性）、高音域と低音域が残る。これは、後述の第２のフィルタ１５と合わせて、送話音声（Ｓ１）の有音／無音判定を行うためである。
【００３１】
第１のフィルタ部１１の出力信号（Ｒ３）は、Ｄ／Ａ変換器２によりアナログ信号に変換される。次いで、変換されたアナログ信号は、スピーカアンプ３により増幅され、スピーカ４より音声出力（Ｒ４）として出力される。
【００３２】
同時に、第１のフィルタ部１１の出力信号（Ｒ３）は、第１の遅延バッファ１２に入力され一定時間保持される。スピーカ出力音声（Ｒ４）は、送話音声（Ｓ１）と共にマイク５に入力し、マイクアンプ６で増幅され、Ａ／Ｄ変換器７により、ディジタル音声送信信号（Ｓ２）に変換される。
【００３３】
このディジタル音声送信信号（Ｓ２）は、図３に示す先の第１のフィルタ部１１とは逆の通過域特性を有する（図３. 破線の周波数特性）第２のフィルタ部１５に入力される。第２のフィルタ部１５の出力信号（Ｓ５）は、状態判定部１６に入力される。
【００３４】
状態判定部１６は、送られたディジタル音声送信信号（Ｓ２）の有音/ 無音判定を行う。すなわち、出力音声（Ｒ４）のエコーについては、前述の第１のフィルタ部１１で特定成分がカットされている。このために、第２のフィルタ部１５を通過した後の信号（Ｓ５）中のエコー成分は、パワーが殆どなくなっている。
【００３５】
これに対して送話音声（Ｓ１）は、第１のフィルタ部１１を通過していないため全成分が残っている。従って、送話音声（Ｓ１）が存在する場合、第２のフィルタ部１５の出力信号パワーが大きくなる。
【００３６】
一方、Ａ／Ｄ変換器７の出力であるデジタル音声送信信号（Ｓ２）は、エコーキャンセラ部１３に入力され、前述の遅延バッファ１２の出力（Ｒ５）を基に、エコーキャンセル処理が実施される。
【００３７】
すなわち、図４に示すように、エコーキャンセラ部１３では、遅延バッファ１２の出力（Ｒ５）から出力音声（Ｒ４）のエコー成分［以降、これをエコー（Ｒ４）と表記する］を推定する。推定されたエコーを予測エコー（Ｅ１）とする。
【００３８】
次いで、予測エコー（Ｅ１）を、デジタル音声送信信号（Ｓ２）から減算する。これにより、［送信音声Ｓ１＋エコー（Ｒ４）］を含むデジタル音声送信（Ｓ２）からエコー（Ｒ４）が除去される。
【００３９】
ここで、エコー（Ｒ４）は、スピーカ４やマイク５の周波数特性、エコーパス特性などにより変化するため完全なエコー（Ｅ１＝Ｒ４）を推定することは、困難である。そのため、残留エコー（Ｓ３）と受話音声（Ｒ５）を基にエコーキャンセラ部１３の内部状態を更新し、エコーの変化に対応させることが必要である。
【００４０】
エコーキャンセラ部１３は、内部状態の更新及び、入力信号（Ｓ２）から予測エコー（Ｅ１）の減算を行いながらエコーの除去処理を行っている。これらの処理は、下記表１中に示すように、ＯＮ／ＯＦＦの制御により行われる。
【００４１】
【表１】
0004036542.tif 000002
【００４２】
すなわち、上記表１中において、受話音声（Ｒ１）が無い場合（Ｒ１ ｆｌａｇ１＝０）は、エコーが発生しないため、更新、減算共に行わない（ＯＦＦ，ＯＦＦ）。一方、受話音声（Ｒ１）のみ存在する場合（Ｓ１ ｆｌａｇ＝０、Ｒ１＿ｆｌａｇ１＝１）は、エコー成分（Ｒ４）しかないと判断して、更新、減算共に実施する（ＯＮ，ＯＮ）。
【００４３】
ダブルトーク時即ち、受話音声（Ｒ１），送信音声（Ｓ１）が共にある場合（Ｓ１ ｆｌａｇ＝１、Ｒ１＿ｆｌａｇ１＝１）は、一般的には減算のみが行われ、更新は停止される（ＯＮ／ＯＦＦ）。この場合、前述のように遅延バッファ１２の出力である受話音声（Ｒ５）を基に、予測エコー（Ｅ１）を推定することで、入力信号（Ｓ２）からエコー（Ｒ４）を除去し、送話信号（Ｓ１）のみを出力する。したがって、残留エコー（Ｅ２）には送話音声（Ｓ１）が残っている。
【００４４】
一方、内部状態の更新は、残留エコー（Ｅ２）と受話音声（Ｒ５）を基に行われるため、送話音声（Ｓ１）が存在する場合、送話音声（Ｓ１）が更新に影響を与える。このため内部状態が最適にならずエコー推定が出来なくなってしまう。
【００４５】
しかしながら、エコーパス特性次第では、特にエコーパス利得が大きい場合（Ｒ４≫Ｓ１）、常時更新する方がよい場合が有る。このため、ダブルトーク時の内部状態更新のＯＮ／ＯＦＦを切り替えられる構成を使用することが、適当である。
【００４６】
さらに、エコーキャンセルされた音声信号（Ｓ３）は、第２のパワー制御部１４に入力され、受話音声（Ｒ１）やエコーパス特性の変動によりエコーキャンセル部１３で除去しきれないエコーを低減する。受話音声（Ｒ１）と送話音声（Ｓ１）の有音/ 無音結果（Ｓ１ ｆｌａｇ，Ｒ１ ｆｌａｇ１）により，表２に示す制御を行う。
【００４７】
【表２】
0004036542.tif 000003
【００４８】
すなわち、受話音声（Ｒ１）が無い場合（Ｒ１ ｆｌａｇ１＝０）、エコー（Ｒ４）が無いため減衰を行わない（ＯＦＦ）。受話音声（Ｒ１）のみである場合（Ｓ１ ｆｌａｇ＝０，Ｒ１ ｆｌａｇ１＝１）、エコーキャンセラ部３の入力信号（Ｓ２）がエコーだけと見なして受話音声パワー（Ｐ-t）のレベルに応じて、図２において説明した第１のパワー制御部１０の制御と同様に、減衰制御を行う。
【００４９】
ダブルトーク時には一定量の減衰（固定ミュート量：γ）とする。ダブルトーク時は送話音声（Ｓ１）がある程度自然な形で残す必要がある。このために、受話音声のパワーにより減衰量を決定すると、送話音声（Ｓ１）のパワーも変動してしまう（受話音声が大きい場合は減衰も大きく、場合によっては聞こえなくなってしまう）ため、減衰量を一定にしている。
【００５０】
一方、図１において、受話音声（Ｒ１）と第２のフィルタ１５の出力音声（Ｓ５）は、状態判定部１６に入力される。状態判定部１６では、概略構成２０に示されるように、Ｎサンプル毎のパワーから受話音声（Ｒ１）と送話音声（Ｓ１）の有音／無音判定を行う。
【００５１】
この判定結果から上記の（Ｓ１ ｆｌａｇ，Ｒ１ ｆｌａｇ１）を算出して、エコーキャンセラ部１３に送られる。ここで、計算したパワーが閾値以上であれば有音”１”と判定し、閾値以下であれば無音”０”と判定する。
【００５２】
また、受話音声（Ｒ１）のＮサンプルの平均パワー（Ｐ0 ）が算出され、レジスタ２００にセットされる。Ｒ１ ｆｌａｇ１，Ｐ0 は、第２の遅延バッファ２０１に送られ、過去Ｔブロック（Ｎサンプルを１ブロックとする）のデータが格納される。
【００５３】
ここで、Ｄ／Ａ変換回路２, Ａ／Ｄ変換回路７における処理遅延や、アンプ等のアナログ回路、エコーパスの遅延等によりフィルタ部１１の出力（Ｒ３）とマイク５の出力（Ｓ２）には時間的なずれが存在する。この時間的ずれは、遅延バッファ１２及び第２の遅延バッファ２０１を用いて、データを遅延させることで、吸収している。
【００５４】
上記の本発明に従う基本構成において、第１のパワー制御部１０の出力音声（Ｒ２）は、スピーカ４の出力音声に影響し、パワー制御部１０の減衰量が大きくなるとスピーカ出力音声が小さくなり聞きづらくなる可能性がある。
【００５５】
受話音声（Ｒ１）が無い場合は、平均パワー（Ｐ0 ）が小さくなるので減衰量を小さくでき、或いは全く減衰させなくてもよい。また、受話音声（Ｒ１）のみ存在する場合は、エコーが発生するが、第２のパワー制御部１４により減衰可能なために、第１のパワー制御部１０で減衰させなくても対処が可能である。
【００５６】
ダブルトーク時即ち、受話音声（Ｒ１）及び、送話音声（Ｓ１）が共にある場合は、第２のパワー制御部１４で減衰を大きくすると、送話音声（Ｓ１）まで減衰されてしまうため、パワー制御部１４の減衰量はあまり大きく出来ず、第１のパワー制御部１１で出来る限り減衰させることが望ましい。
【００５７】
したがって、図５の実施例構成に示すように、送話音声（Ｓ１）、受話音声（Ｒ１）の有音/ 無音判定結果（Ｓ１ ｆｌａｇ，Ｒ１ ｆｌａｇ１）を基に、ダブルトーク時以外は第１のパワー制御部１０において、減衰量を−１．０にすることにより、受話音声（Ｒ１）をそのまま出力する。
【００５８】
但し、受話音声（Ｒ１）のみ存在する場合は、有音/ 無音判定結果（Ｒ１ ｆｌａｇ２）を基に、第２のパワー制御部１４の減衰量は、エコーが除去できる程度に大きくする必要がある。これにより、ダブルトーク時以外は受話音声（Ｒ１）が減衰されないため、スピーカ音声が小さくなることはない。
【００５９】
なお、ダブルトーク時にスピーカ音声が小さくなる可能性があるが、自分が話している状態で相手の声を良く聞き取れることは少ないため、若干スピーカ出力が小さくなっても影響は無い。また、図２において、減衰量を−１．０にするには、閾値ＴＨ２＝−１．０にすることで容易に実現できるため、閾値ＴＨ２を外部より設定可能な構成にすれば、どちらでも選択が可能となる。
【００６０】
ここで、上記実施例では、ダブルトーク時のみパワー制御を行った場合，切り替わりでスピーカ音声が若干変動するため、違和感を覚える可能性がある。そこで、ダブルトーク時以外は減衰量を−１．０に固定にするのではなく、受話音声を基に緩やかに変化するように制御することが可能である。。
【００６１】
例えば、図２の特性において、特性係数α値をダブルトーク時は小さくし、ダブルトーク時以外は大きくすることが考えられる。これにより、ダブルトーク時の減衰量（Ｇ）が０に近くなるため、減衰が大きくなるのに対し、ダブルトーク時以外では減衰量が−１．０に近くなる。これにより、ダブルトーク時と、それ以外の時の切り替わり時のパワー変動が小さくなる。
【００６２】
したがって、スピーカ出力音声の切り替わりの違和感が少ない、自然な出力音声とすることができる。
【００６３】
図６は、本発明の更に別の、エコーキャンセラ部１３の構成例である。携帯端末装置等において、エコーキャンセラを実現する場合、小型化・ 低消費電力化が非常に重要になる。これに対して、ＤＳＰ１を固定小数点で動作処理させる場合、ＤＳＰ１の内部では特定範囲内の数値しか表現できない（例えば−１．０ｄＢ〜１．０ｄＢ）場合がある。
【００６４】
一方、エコーキャンセラを拡声電話などに適用する場合は、エコーパス利得が０ｄＢより大きくなる、フィルタ部１１の出力である受話音声（Ｒ３）より、エコーキャンセラ部１３の入力である送信音声（Ｓ２）の方が大きくなってしまう可能性がある。
【００６５】
したがって、受話音声（Ｒ３）が大きくなると、エコーキャンセラブロック１３の入力である送話音声（Ｓ２）は更に大きくなる。このために、エコーキャンセラ部１３内での処理すべきデータ値が、ＤＳＰ１で表現できる範囲を超えてしまう可能性が大きい。もし、表現範囲を超えてクリップなどが発生した場合は、エコーキャンセラ処理は、殆ど不可能となる。また、疑似的に浮動小数点化することも可能だが、演算量がかなり増加する。
【００６６】
そこで、図６に示すようにエコーキャンセラ入力である送信音声（Ｓ２）を利得制御手段３０で減衰（−ｇａｉｎ）させ、エコーパス利得の増減を吸収する。これにより、ＤＳＰ１内部の処理データが表現範囲を超えないようにすることが可能である。
【００６７】
これにより、エコーパス利得に左右されることなく固定小数点ＤＳＰ１でもエコーキャンセラを実現することが出来る。この減衰した信号（Ｓ２ １）と遅延バッファ１２からの出力信号（Ｒ５）を用いてエコーキャンセラ部１３を動作させ、予測エコー（Ｅ１）を算出する。
【００６８】
エコーキャンセラ部１３の内部状態は減衰信号（Ｓ２ １）から予測エコー（Ｅ１）を減算した残留エコー（Ｅ２）を用いて更新される。また、エコーキャンセラ部１３の出力（Ｓ３）は、減衰前の入力信号（Ｓ２）から、予測エコー（Ｅ１）を利得制御手段３１により増幅（＋ｇａｉｎ）した信号（Ｅ３）を減算することで算出し、出力信号のレベルを合わせている。
【００６９】
また、エコーパス利得が極端に違う系（回線エコーキャンセラと拡声電話に適用する場合など）を考えると、エコーパス利得を図示しない利得制御回路で調整できるようにしておけば、エコーパス利得に関係なく使用可能である。
【００７０】
ここで、図６の構成において、別の方式として、受話音声（Ｒ１）のみ存在する場合、予測エコー（Ｅ１）を利得制御手段３１で（＋gain）する際に，残留エコー（Ｅ２）のパワーを反映させることで、エコーキャンセラの追従が悪い場合に特性を確保することが可能である。
【００７１】
受話音声（Ｒ１）のみ存在する場合、エコーキャンセラがうまく追従できて，エコーを確実に消している場合、残留エコー（Ｅ２）が０になるはずである。そこで、エコーキャンセラ部１３の入力信号（Ｓ２）と予測エコー（Ｅ１）のパワーを比較し、Ｓ２＞（Ｅ１を＋gainした信号パワー）の場合、予測エコー（Ｅ１）の増加を「gain＋Ｅ２」とし、逆の場合は、「gain−Ｅ２パワー」とすることで、エコーキャンセラで追従できなかった場合のエコーキャンセルを補助することが可能である。
【００７２】
図６の構成において、前記２つの方式を切り替え可能とするようにしてもよい。エコーキャンセラ部１３の出力をモニタし、パワーの小さいほうを選択するようにする。また、ユーザからの切替信号によりどちらかを選択することも考えられる。受話音声のみある場合のエコーキャンセルで、よりエコーが除去できている信号を選択できるため、特性向上につながることが可能である。
【００７３】
さらに、上記図６の実施例において、スピーカアンプ３の利得値を図示しないボリュームの変更等により、ユーザが適宜変更できる場合が多い。したがって、ボリュームの最大値で利得の値を調整しておけば、ボリューム値に関係なくＤＳＰ１内部でデータが表現範囲を超えることが回避できる。すなわち、ボリューム値が最大の状態でＤＳＰ１内部データが表現範囲を超えない程度に利得制御手段３０の利得値（＋ｇａｉｎ）を調整しておけばよい。
【００７４】
また、上記利得値をボリューム値に応じて可変にすることが可能である。すなわち、ボリュームレベルが大きくなった場合、利得を大きくし、ボリュームレベルが小さくなった場合、利得を小さくすることにより、利得の値を最適にし、エコーキャンセラの特性を向上させることが可能である。
【００７５】
すなわち、ボリュームの最大値から利得の最大値を設定し、その後はボリューム値に応じて利得を可変にすることにより更に特性をよくすることが可能である。
【００７６】
また、ボリューム値が連続に変化せず、段階的に変化していく場合がある。この場合は、エコーキャンセラ部１３の入力信号（Ｓ２）に利得（実数）を掛ける（固定小数点ＤＳＰ１などの場合は、表現範囲を超える場合があるため、指数部と仮数部を持つ場合がある）を掛けるよりも、桁シフト処理により変化させたほうが演算量が少なくて済む。
【００７７】
さらに、各ボリューム値に対する利得の値をＲＯＭ等にテーブル化して格納しておき、対応する値を読み出す様に構成することも可能である。これにより、さらに演算量を削減することが可能である。
【００７８】
ここで、エコーキャンセラ部１３のデジタル処理において、予測エコー（Ｅ１）を利得制御部３１で増幅した場合、その分データの下位ビットには０データが挿入される。このデータを入力信号（Ｓ２）から減算するため、入力信号（Ｓ２）の下位数ビット（減衰量: 利得に依存する）は、そのまま残ることになる。
【００７９】
通常使用される場合、スピーカ４及び、マイク５から離れた位置で話す場合が多いため、スピーカゲイン、マイクゲインを上げる機会が多い。このような場合、周囲の雑音などを拾いやすく、従って入力音声（Ｓ２）の下位ビットには雑音成分が多く含まれている可能性が高い。
【００８０】
また、下位ビットに含まれるエコー成分がそのまま出力されることになる。そこで、図７に示すエコーキャンセラ部１３の構成により、利得制御手段３０により減衰された後の入力信号（Ｓ２ １）から予測エコー（Ｅ１）を減算した信号（Ｅ２）を減衰された利得分利得制御手段３２により増幅した信号をそのまま出力（Ｓ３）とすることにより、下位ビットに含まれるエコー成分、雑音成分を除去することが可能である。
【００８１】
また、この構成では増幅（＋ｇａｉｎ）を行う利得制御手段３２を第２のパワー制御部１４に含めて構成することが可能である。これにより、エコーキャンセラ部１３のプログラムサイズや回路規模が低減できる。
【００８２】
さらに、上記実施例において、ダブルトーク状態では下位ビットを無視することで送話音声（Ｓ１）の下位ビットが削られる。したがって、雑音の少ない環境では送話音声（Ｓ１）のパワーが小さいところが無くなるため、話頭切れ・ 語尾切れなどが発生し音質が劣化する。
【００８３】
そこで、図８に示すように、受話音声（Ｒ１）、送話音声（Ｓ１）の有音/ 無音判定結果（Ｓ１ ｆｌａｇ，Ｒ１ ｆｌａｇ１）及び、エコーキャンセラ部１３への入力信号（Ｓ２）の雑音検出結果を基に切り替えることにより、品質の良い音声を出力する。
【００８４】
図８において、雑音検出部４０において、線形予測係数手法により、雑音成分の大きさを検知する。そして、雑音成分の大きさに対応して、次の基準により、セレクタ４１により、選択処理を行う。
【００８５】
例えば、
（１）雑音成分が多い場合は、利得制御手段３２の出力ＳA を選択
（２）雑音成分が少なくシングルトークの場合は、利得制御手段３２の出力ＳA を選択
（３）雑音成分が少なくダブルトークの場合は入力信号（Ｓ２）と利得制御手段３１の出力との差分であるＳB を選択
することで、雑音及びエコー成分が多い場合には極力除去し、少ない場合には音質重視の出力を選択する。
【００８６】
ここで、図１に戻り説明すると、状態判定部１６において、判定単位Ｎの値をダブルトーク状態に合わせて変更することにより、エコーを除去しつつ、状態判定部１６の演算量を抑えることが可能となる。
【００８７】
例えば、ダブルトークとシングルトーク状態が頻繁に繰り返す場合にＮを小さくして、短い間隔での切替を可能にすることで、追従性を向上させる。また、無音状態が続く場合にはＮを大きくし、処理量を抑える様に制御する。
【００８８】
また、図１において、遅延バッファ１２、２０１の遅延量ｔを可変にすることにより、Ａ/ Ｄ変換器２，Ｄ/ Ａ変換器７やアンプ３、６等のアナログ回路の遅延を簡単に吸収できるようにする。また、遅延量ｔを通話時に自動的に推定して、エコーパス（エコー遅延）の変化に追従可能とする。
【００８９】
例えば、ダブルトーク検出結果で受話音声（Ｒ１）のみ存在すると判断された場合、受話音声の変動（無音→有音と判断された瞬間）等を起点として、マイク５の入力信号（Ｓ１）の変動をモニタする。変動が一致する時点の時間差から、遅延量ｔを算出することができる。
【００９０】
また、図示しない回路により、スピーカ４からフィルタ部１５の通過帯域内のトーンを発生させる。したがって、フィルタ部１５の出力信号のトーンによる変化があるまでの時間差で遅延量ｔとして算出することができる。その際、スピーカ４の出力トーンパワーとマイク５の入力パワーを比較し、エコー利得の推定を行う。次いで、この利得の推定値をエコーキャンセラ部１３における利得値反映させる。
【００９１】
すなわち、図９においてトーン発生時刻（Ｔ0 ）とフィルタ部１５の出力信号変化時刻（Ｔ1 ）から遅延サンプル数［（Ｔ1 −Ｔ0 ）サンプル］を求める。これを状態判定単位Ｎで割ることにより遅延量ｔを算出する。
【００９２】
また、スピーカ４からの出力トーン信号パワー（Ｐ0 ）とフィルタ部１５の出力トーン検出時のパワー（Ｐ1 ）からレベル差（Ｐ1 −Ｐ0 ）を算出し、利得を求め、エコーキャンセル部１３の利得値を調整する。これにより、適用する系に有った最適な遅延量ｔ及び、減衰量の算出が可能となる。
【００９３】
また別の方法として、上記のスピーカ４の出力トーンパワーを段階的に上げ、アナログ系のクリップ状況をチェックして、第１のパワー制御部１０のパラメータを設定し、受話音声が大きくなってもクリップが発生しないように減衰量Ｇを決定する。
【００９４】
すなわち、図１０に示すように、出力するトーンパワーを０から徐々に大きくしていく。これにより、フィルタ部１５から出力される信号は、それに合わせて大きくなる。しかし、アナログ系の部品の規格等の要因により信号のクリップ等が発生した場合は、図１０に示すように、フィルタ部１５の出力信号もクリップするようになる。
【００９５】
したがって、クリップ時のトーンレベル（Ｐ2 ）を基に第１のパワー制御部１０のパラメータ: αを変更する。例えば、
α＊（Ｐ2 −Ｐmax ）＝−１．０
によりαを計算すれば、アナログ系でクリップを引き起こす時点から受話音声が抑圧されるため、クリップが発生しなくなる。
【００９６】
この方法は、先に説明した図９の実施例における遅延量ｔや、減衰量の決定にも適用が可能である。
【００９７】
前述したようにマイク感度の向上などからマイク５から背景雑音が多く入力することが考えられる。状態判定部１６において、特にフィルタ部１５の出力信号（Ｓ５）のパワーは、この背景雑音の影響を受けやすい。
【００９８】
そこで、図１１に示すようにフィルタ部１５の出力信号（Ｓ５）に応じて閾値を変動させる。出力信号（Ｓ５）が閾値ＴＨ以下の場合、過去数ブロックにおける出力信号（Ｓ５）の平均パワーＰ0 から閾値ＴＨを更新する。
【００９９】
閾値ＴＨ以上となった送話音声（Ｓ１）が有ると判断する時（図１１のIIの期間）は、閾値ＴＨの更新を停止し、音声パワーによって閾値が大きくなることを抑える。図１１のI 、III の期間は、音声パワーに対応して閾値ＴＨが変動する。
これにより背景雑音レベルに応じた閾値ＴＨの算出が可能となり、精度の高い送話音声（Ｓ１）の有音/ 無音検出が可能となる。
【０１００】
なお、上記では閾値ＴＨの更新を過去数ブロックの出力信号（Ｓ５）の平均で算出したが、過去数ブロックの出力信号（Ｓ５）の最大値や最小値を基に算出することも可能である。
【０１０１】
図１２は、別のパワー制御の方法を説明する図である。第１、第２のパワー制御部１０，１４において、最終ミュート量（Ｇ）を算出後直ちにそのミュート量で入力信号を減衰（実線I）させず、減衰量を最終ミュート量（Ｇ）に向かって徐々に変動させる（破線II）。これにより、出力音声の急激な変化を抑え、音質の劣化が防がれる。エコーキャンセラ部１３の入力変動が緩やかになるため、エコーキャンセラの追従が容易になる。
【０１０２】
さらに、図１３に示す様に、送話音声の有音/ 無音判定を行うフィルタを、第１のフィルタ部１１を高域通過フィルタ（ＨＰＦ）とし、第２のフィルタ部１５を低域通過フィルタ（ＬＰＦ）として構成する。そして、低域成分の信号で送話音声（Ｓ１）の有音/ 無音判定を行い、スピーカ音声に違和感のないようにする。
【０１０３】
反対に、図１４に示す様に、送話音声（Ｓ１）の有音/ 無音判定を行うフィルタを、第１のフィルタ部１１を低域通過フィルタ（ＬＰＨ）とし、第２のフィルタ部１５を高域通過フィルタ（ＨＰＦ）としてで構成する。高域成分の信号で送話音声（Ｓ１）の有音/ 無音判定を行い、スピーカ音声に違和感のないようにする。
【０１０４】
図１５は、更に別の本発明に従うエコーキャンセラの構成例ブロック図である。図１５の構成は、第１のフィルタ部１１及び、第２のフィルタ部１５をそれぞれ、低域通過フィルタ１１０、高域通過フィルタ１１１及び、低域通過フィルタ１５０、高域通過フィルタ１５１で構成している。
【０１０５】
すなわち、高域成分、低域成分の両方で送話音声の有音/ 無音判定を行う。男性音声は低域成分が強く、女性音声は高域成分が強いため、両方で検出することにより男女共に好ましい判定結果が得られる。
【０１０６】
【発明の効果】
以上図面に従い説明したように、本発明により受話音声パワーの最適制御を可能とし、スピーカ音声の歪みを軽減するエコーキャンセラが提供される。
【０１０７】
さらに、エコーキャンセラ入力音声を減衰させ、また減衰量を可変とすることにより、音声データの歪みを無くし、安定したエコーキャンセラ動作の実現するエコーキャンセラが提供される。
【０１０８】
また、本発明により、エコーパス遅延、エコーパス利得、アナログ系のクリップ状態の自動測定を行い、エコーパスの遅延量、利得に依存しない汎用的なエコーキャンセラが提供される。
【０１０９】
したがって、本発明に従うエコーキャンセラを適用することにより、通話品質の優れた通信装置が提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエコーキャンセラの基本構成を示すブロック図である。
【図２】縦軸にミュート（減衰量Ｇ）、横軸に受話音声パワー（Ｐx ）とするパワー制御の特性曲線である。
【図３】第１のフィルタ部１１のフィルタ特性を示す図である。
【図４】エコーキャンセラ部１３の一構成を説明する図である。
【図５】ダブルトーク状態を利用したパワー制御を有するエコーキャンセラの構成例ブロック図である。
【図６】エコーキャンセラ部１３の他の構成例を説明する図である。
【図７】エコーキャンセラ部１３の別の構成例を説明する図である。
【図８】エコーキャンセラ部１３の更に別の構成例を説明する図である。
【図９】トーン出力による遅延量及びエコー利得の自動測定の概念を説明する図である。
【図１０】アナログ系のクリップ状態の自動測定の概念を説明する図である。
【図１１】変動閾値による有音／無音判定を説明する図である。
【図１２】連続ミュート量変更制御を説明する図である。
【図１３】低域成分の信号で送話音声（Ｓ１）の有音/ 無音判定を行う例を説明する図である。
【図１４】高域成分の信号で送話音声（Ｓ１）の有音/ 無音判定を行う例を説明する図である。
【図１５】高域及び、低域両成分の信号で送話音声（Ｓ１）の有音/ 無音判定を行うエコーキャンセラの実施例構成ブロック図である。
【符号の説明】
１  エコーキャンセラの基本構成部
２  Ｄ／Ａ変換器
３  スピーカアンプ
４  スピーカ
５  マイク
６  マイクアンプ
７  Ａ／Ｄ変換器
１０  第１のパワー制御部
１１、１５  フィルタ部
１２、２０１  遅延バッファ
１３  エコーキャンセラ部
１４  第２のパワー制御部
１６  状態判定部
２０  状態判定部の概略構成
２００，２０１  レジスタ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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