(57)【要約】【課題】携帯電話などによる通信装置のハンズフリー通話時における残留エコーを高精度に検出し、通話品質を大幅に向上する【解決手段】ノイズキャンセラ装置において、ダブルトーク判定部３は、遅延バッファ２によって遅延された受信信号、送信信号、および残留エコー信号に基づいて、エコー成分残留度／近端話者の有音／無音の判定を行い、これらの判定情報を雑音抑圧部５、およびエコー抑圧調整部６に出力する。雑音抑圧部５では、ダブルトーク判定部３が雑音フレームと判断した場合にだけ雑音信号の推定を行い、受信信号が含まれているフレームでは雑音信号の推定を行わない。また、エコー抑圧調整部６では、フレームパワー包絡にエコー成分残留度を積算した値を残留エコー量と見積もり、予め設定した残留エコー許容量との差分を計算し、差分に応じて送信信号の抑圧を行う。【選択図】図１
2009094802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠端話者からの受信信号を任意の時間遅延させて出力する信号遅延部と、
遠端話者からの受信信号、近端話者からの送信信号、および残留エコー信号に基づいて、遠端話者と近端話者が同時に話しているかどうかを判定するダブルトーク判定と有音／無音判定とを行い、これら判定結果を判定情報として出力するダブルトーク判定部と、
前記ダブルトーク判定部から出力された判定情報に基づいて、送信信号の雑音を抑制する雑音抑制部とを備えたエコーキャンセリング装置を設け、
前記雑音抑制部は、
前記ダブルトーク判定部が、有音／無音判定において雑音信号と判定したフレームに対して雑音成分を推定して抑制する処理を行うことを特徴とする通信装置。
【請求項２】
請求項１記載の通信装置において、
遠端話者からの受信信号を任意の時間遅延させて出力する信号遅延部を備え、
前記ダブルトーク判定部には、前記信号遅延部によって遅延された受信信号が入力されることを特徴とする通信装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の通信装置において、
前記ダブルトーク判定部は、
フレームパワー包絡と雑音フレームパワー包絡とのレベル比が、任意の基準値よりも小さく、近端話者からの送信信号、およびエコー成分がない場合に雑音信号と判定することを特徴とする通信装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の通信装置において、
前記ダブルトーク判定部は、
受信信号に対して有音／無音の判定を行う第１の判定部と、
送信信号に対して有音／無音の判定を行う第２の判定部とを備え、
前記第２の判定部は、
送信信号、残留エコー信号、および前記第１の判定部から出力された判定結果に基づいて、有音／無音の判定とエコー成分残留度の情報を生成し、判定情報として出力することを特徴とする通信装置。
【請求項５】
請求項４記載の通信装置において、
前記第１の判定部は、
入力された受信信号から、任意の時間で区切られたフレームからなる短時間音声パワースペクトルを生成する第１の周波数分析部と、
前記第１の周波数分析部から出力された信号に対してフレームパワー包絡、および雑音フレームパワー包絡のパラメータをそれぞれ生成して出力する第１のパラメータ算出部と、
前記第１のパラメータ算出部から出力されたパラメータから、有音／無音の判定を行う第１の有音／無音判定部とを備え、
前記第２の判定部は、
入力された送信信号、および残留エコー信号から、任意の時間で区切られたフレームからなる短時間音声パワースペクトルを生成する第２の周波数分析部と、
前記第２の周波数分析部から出力された信号に対して、残留エコー信号に対するフレームパワー包絡と雑音フレームパワー包絡の、および送信信号に対するフレームパワー包絡のパラメータをそれぞれ生成して出力する第２のパラメータ算出部と、
前記第２のパラメータ算出部が算出したパラメータ、および前記第１のパラメータ算出部が算出したフレームパワー包絡に基づいて、音声、雑音、およびエコー成分残留度を判定する第２の有音／無音判定部とを備えたことを特徴とする通信装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の通信装置において、
前記ダブルトーク判定部は、
エコー成分残留度を算出して判定情報に含めて出力し、
フレームパワー包絡に前記ダブルトーク判定部が算出したエコー成分残留度を積算した値を残留エコー量と見積もり、予め設定した残留エコー許容量との差分を計算し、差分に応じて送信信号の抑圧を行うエコー成分調整抑制部を備えたことを特徴とする通信装置。
【請求項７】
請求項６記載の通信装置において、
前記エコー成分調整抑制部によるエコー信号の抑制は、前記雑音抑制部による雑音抑制処理の後に行われることを特徴とする通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信装置によるハンズフリー通話の技術に関し、特に、ハンズフリー通話時におけるエコー抑制に有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロホンとスピーカによって携帯電話などでのハンズフリー通話を実現するハンズフリー通話の需要が広まっている。この携帯電話によるハンズフリー通話の場合、マイクロホンに入力される送信信号は、近端話者の音声の他に、近端話者周辺の雑音、およびスピーカから音響空間を経て回り込む遠端話者の音声などがある。この遠端話者の音声が再び遠端側に到達すると、遠端側ではエコーのように聞こえるため、通話の妨げになる。
【０００３】
従って、ハンズフリー通話では、エコー成分を遠端に送信しないように、近端側でエコー成分を減衰させるエコーキャンセラが必須技術となっている。
【０００４】
この種のエコーキャンセラは、たとえば、加算器、適応フィルタ部、ダブルトーク判定部、および雑音抑圧部を備えており、最初に、送信音声に含まれるエコー成分を除去し、次に雑音成分を抑圧する処理を実施する。
【０００５】
まず、受信信号入力端子に入力された遠端話者の音声は、適応フィルタ部に与えられる。適応フィルタ部は、時刻ｔから時刻ｔ−ｐ＋１までのｐ個の信号ｘ（ｔ），ｘ（ｔ−１），・・・，ｘ（ｔ−ｐ＋１）に、それぞれフィルタ係数ｗ（０），ｗ（１），・・・，ｗ（ｐ−１）を乗じた信号の和ｙを出力する。このフィルタ出力ｙをエコーレプリカ信号といい、ｙは加算器に入力される。
【０００６】
そして、加算器において、マイクロホンから入力されたエコー成分信号（ここでｄとおく）と、適応フィルタ部からのエコーレプリカ信号ｙとを減算することでエコー成分信号ｄを除去することができる。
【０００７】
適応フィルタ部では、エコー成分信号ｄとエコーレプリカ信号ｙの誤差、つまり、残留エコー成分ｅ＝ｄ−ｙの大きさが小さくなるように、適応フィルタ部のフィルタ係数が時々刻々と調整される。
【０００８】
この調整手続きが適応信号処理アルゴリズムであり、その最も公知な例として、たとえば、学習同定法（ＮＬＭＳ法：Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ  Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅｓ）などがある。
【０００９】
ダブルトーク判定部は、遠端話者と近端話者が同時に話しているかどうかを判定するものである。これは、ＮＬＭＳアルゴリズムなどで実装される適応フィルタ部では、残留エコー成分ｅを使用してフィルタ係数の更新を実行するが、ダブルトークの状態の時は、残留エコー成分ｅには近端話者の音声が含まれているため、フィルタ係数を更新する適切なタイミングといえない。
【００１０】
そこで、エコーキャンセラは、ダブルトーク判定部を保持し、該ダブルトーク判定部の結果を受けて適応フィルタ部のフィルタ係数更新のタイミングを制御する。
【００１１】
さらに、エコーキャンセラは雑音抑圧部を保持する。雑音抑圧部では、エコー成分を除去後の送信音声に対して雑音成分の抑圧を行う。雑音成分の抑圧方法として最も公知な例として、たとえば、スペクトルサブトラクション法などがある。
【００１２】
スペクトルサブトラクション法とは、音声信号に対してＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理を実行して周波数領域に変換したスペクトルを用い、音声がない無音区間の信号から雑音信号を推定し、音声信号からこの雑音信号成分を除去することで雑音の抑圧を行うものである。
【００１３】
携帯電話端末を使用したハンズフリー通話でエコーを抑圧する一般的な方法は、上述した雑音を抑圧する機能を持つエコーキャンセラを搭載することであるが、たとえば、携帯電話を持って移動した場合、エコーパスの伝達特性の変化が大きくなる状態や、適応フィルタ部で適応できない非線形要素がエコー成分に付加される状態が発生してしまう恐れがある。
【００１４】
この場合、エコーキャンセラでは、正確なエコーレプリカ信号の生成が行えず、エコー成分が残留してしまう。このような状態では、適応フィルタを使用してエコー成分信号を除去した後の送信信号には、近端話者の音声、残留エコー信号、および背景雑音の、主に３つの信号成分が混在している状態が考えられる。
【００１５】
エコーキャンセラの目的は、どのような場合でも例外なく、近端話者が発話した音声のみを遠端話者へ送信することであり、エコー成分、および雑音成分を送信信号から除去する必要がある。
【００１６】
このため、エコーキャンセラでは、送信信号を使用して、ダブルトーク部分を判定する技術や音声信号部分と非音声信号部分を判定する技術を保持し、それから得られる判定情報を使用して、エコーキャンセラ装置に含まれる適応フィルタのフィルタ係数更新タイミング、および、雑音抑圧制御、残留エコー抑圧制御を実施する必要がある。
【００１７】
これらの解決技術として、たとえば、送信信号に対して有音・無音判定などを行って残留エコーを検出し、検出した残留エコーの代わりに擬似背景雑音を送信信号に混合することで、送信信号中の残留エコー成分を軽減するものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１０１４４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ところが、上記のような携帯電話などのハンズフリー通話によるエコーキャンセリング技術では、次のような問題点があることが本発明者により見い出された。
【００１９】
前述した特許文献１の技術では、受信入力信号とエコー消去後の信号のレベルを比較して混合する擬似背景雑音量を決定しているが、適応フィルタの初期状態以外は、常に、適応フィルタが比較的収束した状態を想定していると考えられる。
【００２０】
その場合は上記技術を使用して残留エコーの問題を解決できるが、送信信号中の残留エコー信号のレベルは、携帯電話を使用する環境によって大きく変化するという問題がある。
【００２１】
具体的には、エコーキャンセラを開始時や携帯電話を持って移動する時のように、適応フィルタ部で十分にフィルタが収束していない場合には正確にエコーレプリカ信号が生成されないため、残留エコー信号のレベルは大きいが、その他の状況においては、たとえば、残留エコー信号のレベルは雑音レベルと同程度になる。
【００２２】
そういった条件において、特許文献１の技術では適応フィルタの収束状態を判断する手段を持たないため、残留エコー量の見積もりを誤る可能性がある。また、たとえば、背景雑音レベルが大きくなるような場合には、送信信号のＳ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ／Ｎｏｉｓｅ）比は小さくなる。
【００２３】
その結果、残留エコー成分を雑音として判断してしまう可能性があり、その場合には、擬似背景雑音で置換されないため、遠端側で残留エコーが聞こえてしまうという問題が発生してしまう恐れがある。
【００２４】
本発明の目的は、携帯電話などによる通信装置のハンズフリー通話時における残留エコーを高精度に検出し、通話品質を大幅に向上させることのできる技術を提供することにある。
【００２５】
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００２７】
本発明の通信装置は、遠端話者からの受信信号を任意の時間遅延させて出力する信号遅延部と、遠端話者からの受信信号、近端話者からの送信信号、および残留エコー信号に基づいて、遠端話者と近端話者が同時に話しているかどうかを判定するダブルトーク判定と有音／無音判定とを行い、これら判定結果を判定情報として出力するダブルトーク判定部と、該ダブルトーク判定部から出力された判定情報に基づいて、送信信号の雑音を抑制する雑音抑制部とを備えたエコーキャンセリング装置を有し、該雑音抑制部は、ダブルトーク判定部が、有音／無音判定において雑音信号と判定したフレームに対して雑音成分を推定して抑制する処理を行うものである。
【００２８】
また、本願のその他の発明の概要を簡単に示す。
【００２９】
本発明の通信装置は、遠端話者からの受信信号を任意の時間遅延させて出力する信号遅延部を備え、ダブルトーク判定部には、信号遅延部によって遅延された受信信号が入力されるものである。
【００３０】
また、本発明の通信装置は、前記ダブルトーク判定部が、フレームパワー包絡と雑音フレームパワー包絡とのレベル比が、任意の基準値よりも小さく、近端話者からの送信信号、およびエコー成分がない場合に雑音信号と判定するものである。
【００３１】
さらに、本発明の通信装置は、前記ダブルトーク判定部が、受信信号に対して有音／無音の判定を行う第１の判定部と、送信信号に対して有音／無音の判定を行う第２の判定部とを備え、該第２の判定部は、送信信号、残留エコー信号、および第１の判定部から出力された判定結果に基づいて、有音／無音の判定とエコー成分残留度の情報を生成し、判定情報として出力するものである。
【００３２】
また、本発明の通信装置は、前記第１の判定部が、入力された受信信号から、任意の時間で区切られたフレームからなる短時間音声パワースペクトルを生成する第１の周波数分析部と、該第１の周波数分析部から出力された信号に対してフレームパワー包絡、および雑音フレームパワー包絡のパラメータをそれぞれ生成して出力する第１のパラメータ算出部と、該第１のパラメータ算出部から出力されたパラメータから、有音／無音の判定を行う第１の有音／無音判定部とを備え、該第２の判定部は、入力された送信信号、および残留エコー信号から、任意の時間で区切られたフレームからなる短時間音声パワースペクトルを生成する第２の周波数分析部と、該第２の周波数分析部から出力された信号に対して、残留エコー信号に対するフレームパワー包絡と雑音フレームパワー包絡の、および送信信号に対するフレームパワー包絡のパラメータをそれぞれ生成して出力する第２のパラメータ算出部と、該第２のパラメータ算出部が算出したパラメータ、および該第１のパラメータ算出部が算出したフレームパワー包絡に基づいて、音声、雑音、およびエコー成分残留度を判定する第２の有音／無音判定部とを備えたものである。
【００３３】
さらに、本発明の通信装置は、前記ダブルトーク判定部が、エコー成分残留度を算出して判定情報に含めて出力し、フレームパワー包絡に該ダブルトーク判定部が算出したエコー成分残留度を積算した値を残留エコー量と見積もり、予め設定した残留エコー許容量との差分を計算し、差分に応じて送信信号の抑圧を行うエコー成分調整抑制部を備えたものである。
【００３４】
また、本発明の通信装置は、前記エコー成分調整抑制部によるエコー信号の抑制が、雑音抑制部による雑音抑制処理の後に行われるものである。
【発明の効果】
【００３５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００３６】
ハンズフリー通話時の残留エコーの検出を高精度に行うことができるので、通話品質を大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００３８】
図１は、本発明の一実施の形態によるエコーキャンセラ装置の構成を示すブロック図、図２は、図１のエコーキャンセラ装置に設けられたダブルトーク判定部の構成を示すブロック図、図３は、図２のダブルトーク判定部に設けられたパラメータ算出部の処理例を示すフローチャート、図４は、図２のダブルトーク判定部に設けられた受信側の有音／無音判定部の処理例を示すフローチャート、図５は、図２のダブルトーク判定部に設けられた送信側の有音／無音判定部の処理例を示すフローチャート、図６は、図５のフローチャートに示したエコー成分残留度算出処理の一例を示すフローチャートである。
【００３９】
本実施の形態において、エコーキャンセラ装置１は、たとえば、携帯電話などの通信装置に設けられており、該通信装置によるハンズフリー通話の際に発生するエコーを取り除く。
【００４０】
通信装置として携帯電話に設けられる場合には、たとえば、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を実行するアプリケーションプロセッサ、あるいはベースバンドプロトコルスタック処理などのベースバンド処理を行うベースバンドプロセッサなどに備えられている。
【００４１】
エコーキャンセラ装置１は、図１に示すように、遅延バッファ２、ダブルトーク判定部３、適応フィルタ部４、雑音抑圧部５、エコー抑圧調整部６、および加算器７を備えている。
【００４２】
受信信号入力端子Ｒｘら取り込まれた受信信号ｄ０６は、遅延バッファ２に格納されるとともに、外部接続されたＤ／Ａ変換器ＤＡを介してスピーカＳＰから出力される。
【００４３】
スピーカＳＰから音響空間を経て回り込む受信信号ｄ０６は、近端話者の音声ｋ０４、および、外部接続されたＡ／Ｄ変換器ＡＤを介して接続されているマイクロホンＭＩＣの周辺の雑音ｎ０５とともに送信信号ｓ０３として、再びマイクロホンＭＩＣから入力される。
【００４４】
受信信号ｄ０６がマイクロホンＭＩＣを経由して再び送信信号に入力されるまでの時間は毎回一定であるため、その遅延時間（Ｄ（ｍｓ）と記載する）を考慮して、受信信号ｄ０６は、遅延バッファ２からダブルトーク判定部３、および適応フィルタ部４に出力される。
【００４５】
ダブルトーク判定部３は、時間Ｄ（ｍｓ）遅延させて遅延バッファ２から出力された受信信号ｄ０６、送信信号ｓ０３、および残留エコー信号ｅ１０８の３つの信号が入力されて、ダブルトーク判定、ならびに有音／無音判定が実施され、出力された判定情報Ｊ１０９は適応フィルタ部４、雑音抑圧部５、およびエコー抑圧調整部６でそれぞれ使用される。
【００４６】
適応フィルタ部４では、たとえば、ダブルトーク状態であるならばフィルタ係数を更新しないなどのように、判定情報に応じてフィルタ係数が更新される。フィルタ係数の更新に関しては、たとえば、学習同定法（ＮＬＭＳ法）などを用いればよい。
【００４７】
また、適応フィルタ部４は、受信／送信信号の状況に応じて随時更新されるフィルタ係数と受信信号ｄ０６からエコーレプリカ信号ｙ１０６が出力され、そのエコーレプリカ信号ｙ１０６が加算器７に入力される。
【００４８】
加算器７では、送信信号ｓ０３からエコーレプリカ信号ｙ１０６を減算し、その減算結果である残留エコー信号ｅ１０８が雑音抑圧部５、ならびにエコー抑圧調整部６を経て、送信信号出力端子Ｔｘより出力される。
【００４９】
次に、ダブルトーク判定部３の詳細について、図２のブロック図を用いて説明する。
【００５０】
ダブルトーク判定部３は、図示するように、有音／無音分析判定部８，９から構成されている。第１の判定部となる有音／無音分析判定部８には、受信信号ｄ０６が入力される。
【００５１】
また、第２の判定部となる有音／無音分析判定部９には、送信信号ｓ０３と残留エコー信号ｅ１０８、および有音／無音分析判定部８の判定結果がそれぞれ入力される。
【００５２】
有音／無音分析判定部８の出力は、受信信号ｄ０６の周波数分析結果、および音声有信頼度（Ｃｆ＿ｒｖ）であり、有音／無音分析判定部９の出力は、エコー成分残留度（Ｒ＿ｅｃｈ）である。
【００５３】
また、有音／無音分析判定部８は、第１の周波数解析部となる周波数分析部１０、第１のパラメータ算出部となるパラメータ算出部１１、ならびに第１の有音／無音判定部となる有音／無音判定部１２から構成されている。
【００５４】
また、有音／無音分析判定部９は、第２の周波数解析部となる周波数分析部１３、第２のパラメータ算出部となるパラメータ算出部１４、および第２の有音／無音判定部となる有音／無音判定部１５から構成されている。
【００５５】
周波数分析部１０，１３では、入力された音声信号から、たとえば、１０ｍｓ単位のように所定時間で区切られたフレームが作成され、ハニング窓などを使用して窓掛け処理が実施された後、たとえば、ＦＦＴを実施して周波数領域に変換され、短時間音声パワースペクトルが生成され、パラメータ算出部１１，１４に出力される。
【００５６】
ここで、パラメータ算出部１１の動作について説明する。
【００５７】
図３は、パラメータ算出部１１の処理例を示すフローチャートである。このパラメータ算出部１１は、入力信号に対してフレームパワー包絡、および雑音フレームパワー包絡という２つのパラメータをそれぞれ出力する。
【００５８】
なお、図３では、パラメータ算出部１１について説明しているが、パラメータ算出部１４についても同様の動作が行われる。
【００５９】
まず、フレーム単位で音声パワースペクトルの総和であるフレームパワーＰｘを算出する（ステップＳ１０１）。なお、送信側のパラメータ算出部１４は、送信信号ｓ０３に対するフレームパワーと残留エコー信号ｅ１０８に対してフレームパワーをそれぞれに算出する。
【００６０】
また、ステップＳ１０１の処理において、フレームパワーＰｘからフレームパワー包絡Ｐｅｎｖ、および雑音フレームパワー包絡Ｐｎの２つのパラメータを算出する。詳細には、Ｎフレーム目のフレームパワー包絡をＰｅｎｖ（ｎ）とすると、その算出には前フレームまでのフレームパワー包絡Ｐｅｎｖ（ｎ−１）とフレームパワーＰｘ（ｎ）が用いられる。
【００６１】
続いて、フレームパワー包絡Ｐｅｎｖ（ｎ−１）とフレームパワーＰｘ（ｎ）との大きさを比較する（ステップＳ１０２）。そして、フレームパワーＰｘ（ｎ）が、フレームパワー包絡Ｐｅｎｖ（ｎ−１）よりも大きい場合には、フレームパワー包絡Ｐｅｎｖの値が、フレームパワーＰｘで更新される（ステップＳ１０３）。
【００６２】
また、ステップＳ１０２の処理において、フレームパワーＰｘ（ｎ）が、フレームパワー包絡Ｐｅｎｖ（ｎ−１）よりも大きい以外の場合には、フレームパワー包絡Ｐｅｎｖ（ｎ−１）とフレームパワーＰｘとの移動平均値でフレームパワー包絡Ｐｅｎｖの値が更新される（ステップＳ１０４）。
【００６３】
雑音フレームパワー包絡Ｐｎの算出には、前フレームまでの雑音フレームパワー包絡Ｐｎ（ｎ−１）とフレームパワーＰｘ（ｎ）とが用いられる。
【００６４】
そして、雑音フレームパワー包絡Ｐｎ（ｎ−１）とフレームパワーＰｘ（ｎ）との大きさを比較する（ステップＳ１０５）。このステップＳ１０５の処理において、雑音フレームパワー包絡ＰｎがフレームパワーＰｘよりも小さい場合、固定値αを使用して雑音フレームパワー包絡ＰｎとフレームパワーＰｘとの移動平均値を算出し、雑音フレームパワー包絡Ｐｎの値を更新する（ステップＳ１０６）。
【００６５】
ステップＳ１０５の処理において、雑音フレームパワー包絡ＰｎがフレームパワーＰｘよりも小さい以外の場合には、固定値γを使用して雑音フレームパワー包絡Ｐｎ（ｎ−１）とフレームパワーＰｘとの移動平均値を算出して、雑音フレームパワー包絡の値を更新する（ステップＳ１０７）。
【００６６】
パラメータ算出部１１によるステップＳ１０１〜Ｓ１０７の処理は、毎フレーム実行される。なお、送信側のパラメータ算出部１４は受信側のパラメータ算出部１１と同様に、送信信号ｓ０３のフレームパワーを使用してフレームパワー包絡と雑音フレームパワー包絡を算出し、さらに、残留エコー信号ｅ１０８のフレームパワーを使用してフレームパワー包絡と雑音フレームパワー包絡を算出する。
【００６７】
また、有音／無音判定部１２の詳細な動作について、図４を用いて説明する。
【００６８】
図４は、有音／無音判定部１２の処理例を示すフローチャートである。有音／無音判定部１２には、パラメータ算出部１１で計算されたフレームパワー包絡Ｐｅｎｖと雑音フレームパワー包絡Ｐｒ＿ｎがそれぞれ入力される。
【００６９】
受信側の有音／無音判定部１２は、音声と雑音を判定する必要がある。そこで、フレームパワー包絡Ｐｒ＿ｅｎｖと雑音フレームパワー包絡Ｐｒ＿ｎとのレベル比Ｒｒを算出する（ステップＳ２０１）。
【００７０】
そして、ある基準値αよりも、レベル比Ｒｒが大きい場合には音声が存在する音声フレームと判断し（ステップ２０２）、それ以外の場合には雑音フレームと判断する（ステップ２０３）。
【００７１】
ここで、ステップＳ２０１の基準値αは、使用環境として想定しているのが携帯電話の環境であり、信号と雑音のレベル比が＋６デシベル（ｄＢ）の高雑音環境が考えられるので、例えばαは＋６ｄＢと設定する。
【００７２】
続いて、信号と雑音のレベル比をさらに数段階のレベルに分割し段階毎に音声有信頼度（Ｃｆ＿ｒｖ）を算出する（ステップＳ２０４）。このステップＳ２０４におけるレベル比の値は、たとえば、４段階に分割され、その基準値は｛α１，α２，α３｝は、たとえば｛＋１５ｄＢ，＋１２ｄＢ，＋９ｄＢ｝などと設定し、音声有信頼度の値｛ａ１，ａ２，ａ３，ａ４｝はたとえば｛１.０，０．８，０．６，０．５｝などと設定する。
【００７３】
そして、同様に、信号と雑音のレベル比を数段階のレベルに分割し、段階毎に音声有信頼度（Ｃｆ＿ｒｖ）が算出される（ステップＳ２０５）。ステップＳ２０５のレベル比の値は、４段階に分割され、その基準値は｛β１，β２，β３｝は、たとえば｛＋３ｄＢ，＋０ｄＢ，−３ｄＢ｝などと設定し、音声有信頼度の値｛ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４｝は、たとえば｛０．４，０．２５，０．１，０｝などと設定する。
【００７４】
図３のフローチャートの記載のように、フレームパワー包絡と雑音パワーフレーム包絡は必ず毎フレーム更新するので、雑音レベルが大きく変動した場合も、雑音パワーフレーム包絡は、実際の雑音レベルに追従して変化することが可能である。
【００７５】
また、追従速度を決定するのはステップＳ１０７の処理におけるγ、ステップＳ１０６の処理におけるα、およびステップＳ２０１の処理におけるαなどの値であり、たとえば、ステップＳ１０７のγを０．１と設定し、ステップＳ２０１のαを＋６ｄＢと仮定する。雑音レベルが０から３２７６７に変化し、雑音レベルが３２７６７で一定あるような場合を考えると、雑音パワー数フレーム後には雑音フレームであると判定することが可能である。このように、受信側の有音／無音判定部１２は、雑音レベルが大きく変動した場合でも有音／無音の判定精度を略均一にすることができる。
【００７６】
次に、有音／無音判定部１５の詳細な動作について図５を用いて説明する。
【００７７】
図５は、有音／無音判定部１５の処理例を示したフローチャートである。有音／無音判定部１５には、パラメータ算出部１４において、残留エコー信号ｅ１０８に対して算出されたフレームパワー包絡Ｐｅ＿ｅｎｖと雑音フレームパワー包絡Ｐｅ＿ｎ、送信信号ｓ０３のフレームパワー包絡Ｐｓｉｎ＿ｅｎｖ、および受信信号ｄ０６のフレームパワー包絡Ｐｒ＿ｅｎｖが入力される。この送信側の有音／無音判定部１５では、音声と雑音および残留エコーを判定する必要がある。
【００７８】
まず、フレームパワー包絡Ｐｅ＿ｅｎｖと雑音フレームパワー包絡Ｐｅ＿ｎとのレベル比Ｒｅを算出する（ステップＳ３０１）。ある基準値αよりも、レベル比Ｒｅが大きい場合は、音声が存在する音声フレームと判断し、それ以外の場合には、一旦は雑音フレームと判断する。
【００７９】
ここで、ステップＳ３０１の基準値αは、使用環境として想定しているのが携帯電話の環境であり、信号と雑音のレベル比が＋６ｄＢの高雑音環境が考えられるので、たとえばαに＋６ｄＢと設定する。
【００８０】
そして、受信信号の音声有信頼度Ｃｆ＿ｒｖの値を用いて受信信号の有無を判定する（ステップＳ３０２）。また、受信信号がない場合には、近端話者音声のみの音声フレームと判断する（ステップＳ３０４）。
【００８１】
続いて、受信側のフレームパワー包絡Ｐｒ＿ｅｎｖと送信側のフレームパワー包絡Ｐｓｉｎ＿ｅｎｖとのレベル比Ｇｒ＿ｓｉｎを算出し（ステップＳ３０５）、ある基準値γよりもレベル比Ｇｒ＿ｓｉｎが大きい場合には、遠端音声と近端音声の両方が存在するダブルトーク状態であると判断する（ステップＳ３０６）。また、ステップＳ３０５の処理において、ダブルトーク以外と判断した場合には、エコー成分のみの音声フレームである可能性が高い（ステップＳ３０７）。
【００８２】
ここで、ステップＳ３０５の処理における基準値γは、外部ゲインであり、外部ゲインの算出手順は、[１]遠端側音声のみをスピーカから出力し音響空間を経て回り込んだ受信信号のフレームパワー包絡を送信側で測定し、[２]送信側のフレームパワー包絡と受信側のフレームパワー包絡のレベル比を算出する。この[２]によって算出されたレベル比が外部ゲインである。外部ゲインは、遠端側の音声のレベルに依存するので、受信側のフレームパワー包絡Ｐｒ＿ｅｎｖの強度に応じて外部ゲインの基準値γを設定する。
【００８３】
また、ステップＳ３０１の処理において、雑音フレームと判断した場合には、さらに、ステップＳ３０３の処理において、受信信号の音声有信頼度Ｃｆ＿ｒｖの値を用いて受信信号の有無を判定し、受信信号がない場合には近端話者音声もエコー成分も存在しない雑音フレームと判断する（ステップＳ３０８）。
【００８４】
ステップＳ３０３の処理において、受信信号があると判断した場合には、送信側のフレームパワー包絡Ｐｓｉｎ＿ｅｎｖとフレームパワー包絡Ｐｅ＿ｅｎｖとのレベル比Ｇｓｉｎ＿ｅを算出し（ステップＳ３０９）、ある基準値βよりもレベル比Ｇｓｉｎ＿ｅが大きい場合には、エコー成分が残留している音声フレーム状態であると判断する（ステップＳ３１０）。それ以外の場合には、残留エコーが少ない音声フレームであると判断する（ステップＳ３１１）。
【００８５】
ここで、ステップＳ３０９の処理における基準値βにはエコーゲインを設定する。このエコーゲインとは、適応フィルタを使用して生成されたエコーレプリカを送信信号から減算することによって生成したエコー抑圧量である。
【００８６】
エコーゲイン値の算出手順は、[１]遠端側音声のみをスピーカから出力し音響空間を経て回り込んだ受信信号のフレームパワー包絡Ｐｓｉｎ＿ｅｎｖを送信側で測定し、[２]加算器７にて減算処理をした後の送信信号のフレームパワー包絡Ｐｅ＿ｅｎｖを測定し、[３]送信側のフレームパワー包絡Ｐｓｉｎ＿ｅｎｖと加算器７にて減算処理をした後の送信信号のフレームパワー包絡Ｐｅ＿ｅｎｖのレベル比θを算出する。この上記[３]によって算出されたレベル比がエコーゲインである。
【００８７】
エコーゲインは、遠端側の音声レベルに依存するので、受信側のフレームパワー包絡Ｐｒ＿ｅｎｖの強度に応じてエコーゲインの基準値θを設定する。さらに、ステップＳ３１２，Ｓ３１３，Ｓ３１４，Ｓ３１５の処理において、エコー成分残留度（Ｒ＿ｅｃｈ）を算出する。なお、ステップＳ３０４，Ｓ３０８の処理では、残留エコー成分がないと判断しているため、エコー成分残留度（Ｒ＿ｅｃｈ）は０に設定される。
【００８８】
また、図６は、図５のステップＳ３１２，Ｓ３１３，Ｓ３１４，Ｓ３１５の処理でそれぞれ使用されるエコー成分残留度の算出処理を示したフローチャートであり、エコー成分残留度を算出する処理の一例を示している。
【００８９】
この図６では、送信信号のフレームパワー包絡Ｐｓｉｎ＿ｅｎｖと残留エコー信号ｅ１０８のフレームパワー包絡Ｐｅ＿ｅｎｖのレベル比を数段階のレベルに分割し（ステップＳ４０１〜Ｓ４０３）、段階毎にエコー成分残留度（Ｒ＿ｅｃｈ）を算出する（ステップＳ４０４〜Ｓ４０７）。
【００９０】
この例では、レベル比の値は４段階に分割され、初期化の段階で、基準値｛β１，β２，β３｝とエコー成分残留度の値｛ａ１，ａ２，ａ３，ａ４｝を設定する。
【００９１】
ステップＳ３１２の処理では、ステップＳ３０５の判定結果から近端話者の信号が混在している可能性が低いと判断できるため、たとえば、｛β１，β２，β３｝＝｛（β＋０）ｄＢ，（β−６）ｄＢ，（β−１２）ｄＢ｝と設定した時、エコー成分残留度（Ｒ＿ｅｃｈ）がａ１に該当する場合は、適応フィルタの収束速度を加速する必要がある。
【００９２】
したがって、｛ａ１，ａ２，ａ３，ａ４｝＝｛１．０，０．８，０．６，０．５｝のようにエコー成分残留度（Ｒ＿ｅｃｈ）は比較的大きく設定される。
【００９３】
ステップＳ３１３の処理では、ステップＳ３０５の判定から近端話者の信号が混在しているダブルトーク状態である可能性が高いと判断できるため、たとえば、｛β１，β２，β３｝= ｛（β＋０）ｄＢ，（β−６）ｄＢ，（β−１２）ｄＢ｝と設定した時、エコー成分残留度（Ｒ＿ｅｃｈ）がａ１に該当する場合は、近端話者成分の占める割合が大きいと判断できる。反対に、エコー成分残留度（Ｒ＿ｅｃｈ）がａ４に該当する場合は、遠端話者成分の占める割合が大きく、且つ、適応フィルタの収束状況も良好であると判断できる。
【００９４】
したがって、｛ａ１，ａ２，ａ３，ａ４｝＝｛０．４，０．３５，０．３５，０．３｝のようにエコー成分残留度（Ｒ＿ｅｃｈ）は比較的小さく設定される。
【００９５】
ステップＳ３１４の処理におけるエコー成分残留度算出処理では、残留エコーのレベルが雑音レベルに近いことが推測できるので、たとえば、｛β１，β２，β３｝= ｛（β＋９）ｄＢ，（β＋６）ｄＢ，（β＋３）ｄＢ｝、および｛ａ１，ａ２，ａ３，ａ４｝＝｛１．０，０．８，０．６，０．４｝のようにエコー成分残留度（Ｒ＿ｅｃｈ）を比較的大きく設定する。
【００９６】
また、ステップＳ３１５の処理におけるエコー成分残留度算出処理では、残留エコーが比較的除去できている状況にあると推測できるので、たとえば、｛β１，β２，β３｝= ｛（β−３）ｄＢ，（β−６）ｄＢ，（β−９）ｄＢ｝、および｛ａ１，ａ２，ａ３，ａ４｝＝｛０．５，０．４，０．４，０．３｝のようにエコー成分残留度を低く設定する。
【００９７】
これらの基準値｛β１，β２，β３｝とエコー成分残留度の値｛ａ１，ａ２，ａ３，ａ４｝は、遠端側の音声レベルに依存するので、受信側のフレームパワー包絡Ｐｒ＿ｅｎｖの強度に応じて値を設定するとよい。
【００９８】
以上がダブルトーク判定部３の詳細動作であり、残留エコー信号／近端話者の有音／無音の判定が可能になる。これらの判定情報は、適応フィルタ部４、雑音抑圧部５、およびエコー抑圧調整部６にそれぞれ出力される。
【００９９】
このように、受信信号に対して、有音／無音判定を実施することで、残留エコーの発生する可能性のある箇所を精度よく検出することができる。
【０１００】
次に、ダブルトーク判定部３による残留エコー信号／近端話者の有音／無音の判定情報を使用した適応フィルタ部４、雑音抑圧部５、およびエコー抑圧調整部６の動作について説明する。
【０１０１】
適応フィルタ部４は、上記に記載したエコー成分残留度（Ｒ＿ｅｃｈ）を使用してフィルタ係数の更新を実施する。たとえば、学習同定法（ＮＬＭＳ法）では、下記に示す式（１）でフィルタ係数ｈを更新する。
【０１０２】
【数１】
2009094802.tif 000003
【０１０３】
ただし、ｔは時刻、ｍは係数の番号、ｅ（ｔ）は残留エコー成分、ｓ（ｔ）は送信信号、ｄ（ｔ）は受信信号、Ｍはフィルタのタップ長である。
【０１０４】
また、μは適応フィルタの追従速度を決める定数である（ただし、μは０≦μ≦１の定数）。μが大きければ収束は早くなる一方で定常状態でのエコー消去が悪く、μが小さい場合は収束が遅くなるが定常状態でのエコー消去が良いという特徴がある。
【０１０５】
本発明では、定数μにエコー成分残留度（Ｒ＿ｅｃｈ）を積算した値（μ＊Ｒ＿ｅｃｈ）を用いて、フィルタ係数の更新を行う。具体的には式（２）のようになる。
【０１０６】
【数２】
2009094802.tif 000004
【０１０７】
このようにすると、ステップＳ３０４、およびステップＳ３０８の処理のようなエコー成分がない場合にはエコー成分残留度（Ｒ＿ｅｃｈ）の値は０であるため、フィルタ係数の更新は実施されない。
【０１０８】
また、ステップＳ３０６の処理のような近端音声の信号が混在するダブルトーク時には、受信側のフレームパワー包絡Ｐｒ＿ｅｎｖと送信側のフレームパワー包絡Ｐｓｉｎ＿ｅｎｖのレベル比Ｇｒ＿ｓｉｎに応じてＲ＿ｅｃｈの値が決定されるが、レベル比Ｇｒ＿ｓｉｎの値が大きい場合には近端音声が存在すると判断し、エコー成分残留度（Ｒ＿ｅｃｈ）の値は小さくなるため、フィルタ係数の更新量を小さくすることができ、ダブルトーク時のフィルタ係数更新を回避することができる。
【０１０９】
また、ステップＳ３１１のようなエコー抑圧量が限界に近い収束状態では、送信側のフレームパワー包絡Ｐｓｉｎ＿ｅｎｖと残留エコー成分のフレームパワー包絡Ｐｅ＿ｅｎｖのレベル比Ｇｓｉｎ＿ｅに応じてエコー成分残留度（Ｒ＿ｅｃｈ）の値が決定されるが、レベル比Ｇｓｉｎ＿ｅが大きい場合には、エコー成分残留度（Ｒ＿ｅｃｈ）の値は小さくなるためフィルタ更新量が減少してフィルタ係数に変動がなくなるため、エコー消去量を安定させることができる。
【０１１０】
雑音抑圧部５は、ダブルトーク判定部３が雑音フレーム（ステップＳ３０８）と判断した場合にだけ雑音信号の推定を行い、受信信号が含まれているフレームでは雑音信号の推定を行わない。
【０１１１】
また、ステップＳ３１０，Ｓ３１１の処理の場合には、エコー成分残留度に一定の基準値を設け、その基準値以下ならば雑音フレームの推定を実施する。
【０１１２】
雑音抑制部５においては  受信側の有音／無音判定の情報を雑音抑圧部の雑音成分推定のタイミング制御に利用することで、残留エコーが存在するフレームで雑音成分の推定が実施されなくなるため、雑音成分推定の精度が向上し、雑音抑圧後の音声の音質を向上させることができる。
【０１１３】
エコー抑圧調整部６は、フレームパワー包絡Ｐｅ＿ｅｎｖにエコー成分残留度（Ｒ＿ｅｃｈ）を積算した値Ｐｅ＿ｅｎｖ＊Ｒ＿ｅｃｈを残留エコー量と見積もり、予め設定した残留エコー許容量との差分を計算し、差分に応じて送信信号の抑圧を行う。
【０１１４】
このように、エコー抑圧調整部６は、受信側の有音／無音判定の情報を利用することで、エコー成分となる音声が残留しているフレームを送信信号から検出することができる。
【０１１５】
それにより、本実施の形態によれば、ハンズフリー通話時におけるエコー成分の除去やノイズの抑制を実現することが可能となり、通話品質を大幅に向上させることができる。
【０１１６】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明は、携帯電話などのマイクロホン、およびスピーカが組み込まれた通信装置に用いられるエコーキャンセリング技術に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の一実施の形態によるエコーキャンセラ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のエコーキャンセラ装置に設けられたダブルトーク判定部の構成を示すブロック図である。
【図３】図２のダブルトーク判定部に設けられたパラメータ算出部の処理例を示すフローチャートである。
【図４】図２のダブルトーク判定部に設けられた受信側の有音／無音判定部の処理例を示すフローチャートである。
【図５】図２のダブルトーク判定部に設けられた送信側の有音／無音判定部の処理例を示すフローチャートである。
【図６】図５のフローチャートに示したエコー成分残留度算出処理の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１９】
１  エコーキャンセラ装置
２  遅延バッファ
３  ダブルトーク判定部
４  適応フィルタ部
５  雑音抑圧部
６  エコー抑圧調整部
７  加算器
８  有音／無音分析判定部
９  有音／無音分析判定部
１０  周波数分析部
１１  パラメータ算出部
１２  有音／無音判定部
１３  周波数分析部
１４  パラメータ算出部
１５  有音／無音判定部
ＤＡ  Ｄ／Ａ変換器
ＳＰ  スピーカ
ＡＤ  Ａ／Ｄ変換器
ＭＩＣ  マイクロホン
【図１】
2009094802.tif 000005
【図２】
2009094802.tif 000006
【図３】
2009094802.tif 000007
【図４】
2009094802.tif 000008
【図５】
2009094802.tif 000009
【図６】
2009094802.tif 000010