(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生信号に起因する反響成分が収録信号に重畳して生じる反響を抑圧する反響抑圧装置において、
前記再生信号を、フレーム毎の各周波数の周波数帯域再生信号に変換する第１周波数分析手段と、
前記収録信号に前記反響成分が重畳された重畳信号を、フレーム毎の各周波数の周波数帯域重畳信号に変換する第２周波数分析手段と、
各周波数毎に、現フレームの前記周波数帯域再生信号と、前記再生信号および前記重畳信号から計算される反響経路結合量とから、現フレームにおける初期反響強度を計算する初期反響強度計算手段と、
各周波数毎に、前フレームの総反響強度と、残響時間から算出されるフレームあたりの減衰比率とを乗算して得られる予測反響強度を、現フレームにおける前記初期反響強度に加えて、現フレームの総反響強度を計算する総反響強度計算手段と、
各周波数毎に、少なくとも現フレームの前記周波数帯域重畳信号と現フレームの前記総反響強度とから、前記周波数帯域重畳信号中の前記反響成分を抑圧するよう、現フレームの前記周波数帯域重畳信号の電力から現フレームの前記総反響強度を減算したものを現フレームの前記周波数帯域重畳信号の電力で除算したものを含んだ、現フレームの反響抑圧利得を計算する反響抑圧利得計算手段と、
各周波数毎に、現フレームの前記周波数帯域重畳信号に現フレームの前記反響抑圧利得を乗じて、現フレームの周波数帯域抑圧信号を計算する反響抑圧利得重畳手段と、
フレーム毎に各周波数について計算された周波数帯域抑圧信号を、時間領域における時間領域抑圧信号に変換する周波数合成手段とを有することを特徴とする反響抑圧装置。
【請求項２】
前記反響抑圧利得計算手段は、各周波数毎に、現フレームの反響抑圧利得G(m,f)を、現フレームの前記周波数帯域重畳信号Y(m,f)と現フレームの前記総反響強度PB(m,f)と１つ前のフレームの周波数帯域抑圧信号S'(m-1,f)と重みβとから、
G(m,f)=(1-β)*{|Y(m,f)|^2-PB(m,f)}/|Y(m,f)|^2+β*|S'(m-1,f)|^2/|Y(m,f)|^2
により算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の反響抑圧装置。
【請求項３】
再生信号に起因する反響成分が収録信号に重畳して生じる反響を抑圧する反響抑圧方法において、
前記再生信号を、フレーム毎の各周波数の周波数帯域再生信号に変換する第１周波数分析過程と、
前記収録信号に前記反響成分が重畳された重畳信号を、フレーム毎の各周波数の周波数帯域重畳信号に変換する第２周波数分析過程と、
各周波数毎に、現フレームの前記周波数帯域再生信号と、前記再生信号および前記重畳信号から計算される反響経路結合量とから、現フレームにおける初期反響強度を計算する初期反響強度計算過程と、
各周波数毎に、前フレームの総反響強度と、残響時間から算出されるフレームあたりの減衰比率とを乗算して得られる予測反響強度を、現フレームにおける前記初期反響強度に加えて、現フレームの総反響強度を計算する総反響強度計算過程と、
各周波数毎に、少なくとも現フレームの前記周波数帯域重畳信号と現フレームの前記総反響強度とから、前記周波数帯域重畳信号中の前記反響成分を抑圧するよう、現フレームの前記周波数帯域重畳信号の電力から現フレームの前記総反響強度を減算したものを現フレームの前記周波数帯域重畳信号の電力で除算したものを含んだ、現フレームの反響抑圧利得を計算する反響抑圧利得計算過程と、
各周波数毎に、現フレームの前記周波数帯域重畳信号に現フレームの前記反響抑圧利得を乗じて、現フレームの周波数帯域抑圧信号を計算する反響抑圧利得重畳過程と、
フレーム毎に各周波数について計算された周波数帯域抑圧信号を、時間領域における時間領域抑圧信号に変換する周波数合成過程とを有することを特徴とする反響抑圧方法。
【請求項４】
前記反響抑圧利得計算過程においては、各周波数毎に、現フレームの反響抑圧利得G(m,f)を、現フレームの前記周波数帯域重畳信号Y(m,f)と現フレームの前記総反響強度PB(m,f)と１つ前のフレームの周波数帯域抑圧信号S'(m-1,f)と重みβとから、
G(m,f)=(1-β)*{|Y(m,f)|^2-PB(m,f)}/|Y(m,f)|^2+β*|S'(m-1,f)|^2/|Y(m,f)|^2
により算出する、
ことを特徴とする請求項３に記載の反響抑圧方法。
【請求項５】
再生信号に起因する反響成分が収録信号に重畳して生じる反響を抑圧する反響抑圧プログラムにおいて、
前記再生信号を、フレーム毎の各周波数の周波数帯域再生信号に変換する第１周波数分析過程と、
前記収録信号に前記反響成分が重畳された重畳信号を、フレーム毎の各周波数の周波数帯域重畳信号に変換する第２周波数分析過程と、
各周波数毎に、現フレームの前記周波数帯域再生信号と、前記再生信号および前記重畳信号から計算される反響経路結合量とから、現フレームにおける初期反響強度を計算する初期反響強度計算過程と、
各周波数毎に、前フレームの総反響強度と、残響時間から算出されるフレームあたりの減衰比率とを乗算して得られる予測反響強度を、現フレームにおける前記初期反響強度に加えて、現フレームの総反響強度を計算する総反響強度計算過程と、
各周波数毎に、少なくとも現フレームの前記周波数帯域重畳信号と現フレームの前記総反響強度とから、前記周波数帯域重畳信号中の前記反響成分を抑圧するよう、現フレームの前記周波数帯域重畳信号の電力から現フレームの前記総反響強度を減算したものを現フレームの前記周波数帯域重畳信号の電力で除算したものを含んだ、現フレームの反響抑圧利得を計算する反響抑圧利得計算過程と、
各周波数毎に、現フレームの前記周波数帯域重畳信号に現フレームの前記反響抑圧利得を乗じて、現フレームの周波数帯域抑圧信号を計算する反響抑圧利得重畳過程と、
フレーム毎に各周波数について計算された周波数帯域抑圧信号を、時間領域における時間領域抑圧信号に変換する周波数合成過程とをコンピュータに実行させることを特徴とする反響抑圧プログラム。
【請求項６】
前記反響抑圧利得計算過程においては、各周波数毎に、現フレームの反響抑圧利得G(m,f)を、現フレームの前記周波数帯域重畳信号Y(m,f)と現フレームの前記総反響強度PB(m,f)と１つ前のフレームの周波数帯域抑圧信号S'(m-1,f)と重みβとから、
G(m,f)=(1-β)*{|Y(m,f)|^2-PB(m,f)}/|Y(m,f)|^2+β*|S'(m-1,f)|^2/|Y(m,f)|^2
により算出する、
ことを特徴とする請求項５に記載の反響抑圧プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、反響抑圧装置、反響抑圧方法及びプログラムに関し、例えば２線４線変換系および拡声通話系などにおいて、ハウリングの原因および聴覚上の障害となるエコー信号を抑圧し、送話者音声信号を強調する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、このようなハウリングの原因および聴覚上の障害となるエコー信号について図５に示す拡声通話系を参照して説明する。図５において、１０１、１０３は送話用マイクロホン、１０２、１０４は受話スピーカ、１０５、１０７は収録（送話）信号増幅器、１０６、１０８は再生（受話）信号増幅器、１０９は伝送路、１１０は送話者、１１１は受話者をそれぞれ表す。送話者１１０の発声した送話音声は、送話用マイクロホン１０１、収録（送話）信号増幅器１０５、伝送路１０９、再生（受話）信号増幅器１０８、受話スピーカ１０４を経て受話者１１１に伝わる。この拡声通話系は、従来の電話通話系のように送受話器を手に持つ必要がないため、作業をしながらの通話が可能であったり、また、自然な対面通話が実現できるという長所を持ち、通信会議やテレビ電話、拡声電話機などに広く利用が進められている。
【０００３】
しかしながら、この通話系の欠点として、エコーの存在が問題となっている。すなわち、図５において、スピーカ１０４から受話側に伝わった音声が、マイクロホン１０３で受音され、収録（送話）信号増幅器１０７、伝送路１０９、再生（受話）信号増幅器１０６、スピーカ１０２を経て送話側に再生される。送話者１１０にとって、この現象は、自分の発声した音声が、スピーカ２から再生されるというエコー現象であり、音響エコーなどと呼ばれている。このエコー現象は、拡声通話系において通話の障害や不快感などの悪影響を生じる。さらに、スピーカ１０２から再生された音は、マイクロホン１０１で受音されて信号の閉ループを形成する。そして、ループゲインが１より大きい場合にはハウリング現象が発生して、通話は不能となる。
【０００４】
このような拡声通話系の問題点を克服するために、反響消去装置（エコーキャンセラ）が利用されている。エコーキャンセラは適応フィルタ部、非線形エコー抑圧処理部のどちらか、もしくはそれらを組み合わせて構成される。ここで、非線形エコー抑圧処理は、音声スイッチやセンタクリッパなどの適応フィルタ（線形処理）以外のエコー抑圧処理を指す。適応フィルタ、非線形エコー抑圧処理に関しては、辻井重男監修の「エコーキャンセラ技術」（日本工業技術センター、昭６１）などが詳しい。また、ITUの勧告P.201、P.204、G.165、G.167などにも、構成および要求性能が提示されている。これらの処理によって、比較的静かな環境で利用する従来の通信会議やテレビ電話、拡声電話機などは、十分な通話品質を保証することが可能であった。
【０００５】
しかし、昨今、拡声通話の利用形態が拡大している。例えば、伝送遅延の大きいパケット網を用いたデスクトップテレビ会議、残響の大きい講堂を用いる遠隔講義などが挙げられる。このような利用環境ではエコーが増大するために、従来の適応フィルタや非線形エコー抑圧処置では、十分な通話品質の保証が困難となっている。
【０００６】
適応フィルタのフィルタ係数長（タップ長）は、エコー経路の残響時間に基づいて設定される。しかし、残響時間があまりにも長い場合には、装置のハードウェア規模の問題でタップ長が不足し、残留エコーの増大すなわち、エコーの消し残りが発生する。さらに、伝送遅延が大きい場合には、エコーがより聞こえやすくなり、適応フィルタだけでは消去しきれない残留エコーが通話品質の劣化を引き起こす。対して、非線形エコー抑圧処理は、挿入損失の制御などにより大きくロバストにエコー抑圧できる利点がある。しかし、エコーと同時に送話音声が存在する場合は、それらを区別なく抑圧してしまうために、送話音声に歪みや、音の途切れを引き起こしてしまうといった問題が発生してしまう。すなわち、非線形エコー抑圧処理は、双方向同時通話（ダブルトーク）時に、通話品質の劣化を引き起こすという問題がある。
【０００７】
以上のような問題に対し、ダブルトーク中でも送話音声に歪みを引き起こすことなく、エコーを十分に抑圧するため、周波数領域のエコー抑圧方法が提案されている。その抑圧方法について、図６を用いて簡単に説明する。なお、該エコー抑圧方法として、特願平2000-274031に記載されている方法を用いる。図６において、３０１がエコー抑圧装置、３０２がエコー経路伝搬遅延推定部、３０３が遅延器、３０４がエコー経路結合量推定部、３０５がエコー抑圧ゲイン算出部、３０６が乗算器、４０１、４０２が周波数分析部、４０３が周波数合成部である。
【０００８】
はじめに、再生（受話）信号x(k)およびエコー重畳信号y(k)をそれぞれ、周波数分析部４０１、４０２で周波数領域に変換し信号の短時間スペクトルX,Yをそれぞれ求める（特願平2000-274031では、再生（受話）信号に対してエコー経路の伝搬遅延を考慮した方法が記載されているが、ここではその説明は省略する）。次に、変換した再生（受話）信号およびエコー重畳信号それぞれのパワーPX,PYの比の極小値から、エコー経路結合量推定部３０４において、推定エコー経路結合量PHeを計算する。具体的には、所定期間毎にエコー重畳信号のパワーに対する再生（受話）信号のパワーの比を算出し、前回取得した比と今回取得した比とを比較して、小さい方を推定エコー経路結合量とする。そして、エコー抑圧ゲイン算出部において、まず再生（受話）信号パワーPXに推定エコー経路結合量PHeを乗じて、予測エコー信号パワーPBeを計算する。その予測エコー信号パワーPBeと、エコー重畳信号の短時間スペクトルYを用いて、エコー抑圧ゲインGを計算する。エコー抑圧ゲインはエコー重畳信号y(k)に含まれる収録（送話）信号s(k)のパワー比率に等しくなるよう決定する。その値を、乗算器でエコー重畳信号y(k)に乗じることにより、エコーを抑圧した処理信号Seが得られ、周波数合成部４０３で変換することにより、エコー信号b(k)を抑圧し収録（送話）信号s(k)を強調した時間信号se(k)が得られる。以上の説明では、それぞれの信号を周波数領域に変換し処理を行っているが、周波数領域に変換せず、時間領域での処理も可能である。この処理については、特願平2000-274031にも記載されている。
【０００９】
この方法を用いると、エコーが重畳された送信信号y(k)からエコー信号b(k)だけを抑圧し、収録（送話）信号s(k)だけを強調し、相手側に送信することができる。すなわち、非線形エコー抑圧処理でありながら、ダブルトーク時にも収録（送話）信号s(k)が途切れることなく、エコー信号b(k)だけを抑圧することが可能となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来方法は、エコー経路の残響時間が短い場合には十分な性能を有するが、エコー経路の残響時間が長い場合は以下のような問題がある。残響時間が長い場合には、音声がエコーとなって反響し戻ってくる時間（エコー継続時間長）が長くなる。従来方法は、エコーをエコー経路結合量（音響結合量）と再生（受話）信号から計算する。ここで、再生（受話）信号は周波数分析のために任意の時間窓で切り出しを行うため、その窓長は通常32msから多くても64ms程度である。この値は、時間分解能と周波数分解能のトレードオフのためにこれ以上増加させることはできない。すなわち、窓長を増加させると、周波数分解能は向上するが、時間分解能は低下してしまうので、前記の値が適当な値と言える。この時間窓長に対して、通常の会議室の残響時間は約400ms程度である。すなわち、従来方法ではエコーの時間的な前半部分は十分に抑圧可能だが、窓長を超過した後半部分に対応することができないために、エコー抑圧性能が劣化する問題がある。したがって、残響時間が長い場合にも、エコーを十分に抑圧することが本発明の課題となる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、再生信号（実施形態では再生（受話）信号x(k)）に起因する反響成分（実施形態ではエコー信号b(k)）が収録信号（実施形態では収録（送話）信号s(k)）に重畳して生じる反響を抑圧する反響抑圧装置において、前記再生信号を、フレーム毎の各周波数の周波数帯域再生信号（実施形態では短時間スペクトルX(m,f)）に変換する第１周波数分析手段（実施形態では周波数分析手段４０１）と、前記収録信号に前記反響成分が重畳された重畳信号（実施形態ではエコー重畳信号y(k)）を、フレーム毎の各周波数の周波数帯域重畳信号（実施形態では短時間スペクトルY(m,f)）に変換する第２周波数分析手段（実施形態では周波数分析手段４０２）と、各周波数毎に、現フレームの前記周波数帯域再生信号と、前記再生信号および前記重畳信号から計算される反響経路結合量（実施形態ではエコー経路結合量（音響結合量）C(m,f)）とから、現フレームにおける初期反響強度（実施形態では先頭エコーパワースペクトルPB0(m,f)）を計算する初期反響強度計算手段（実施形態では先頭エコーパワー計算手段５０６）と、各周波数毎に、前フレームの総反響強度（実施形態では１処理フレーム前の総エコーパワースペクトルPB(m-1,f)）と、残響時間（実施形態では残響時間Tr(f)）から算出されるフレームあたりの減衰比率とを乗算して得られる予測反響強度を、現フレームにおける前記初期反響強度に加えて、現フレームの総反響強度（実施形態では総エコーパワースペクトルPB(m,f)）を計算する総反響強度計算手段（実施形態では総エコーパワー計算手段５０７）と、各周波数毎に、少なくとも現フレームの前記周波数帯域重畳信号と現フレームの前記総反響強度とから、前記周波数帯域重畳信号中の前記反響成分を抑圧するよう、現フレームの前記周波数帯域重畳信号の電力から現フレームの前記総反響強度を減算したものを現フレームの前記周波数帯域重畳信号の電力で除算したものを含んだ、現フレームの反響抑圧利得（実施形態ではエコー抑圧ゲインG(m,f)）を計算する反響抑圧利得計算手段（実施形態ではエコー抑圧ゲイン計算手段５０８）と、各周波数毎に、現フレームの前記周波数帯域重畳信号に現フレームの前記反響抑圧利得を乗じて、現フレームの周波数帯域抑圧信号（実施形態では短時間スペクトルS'(m,f)）を計算する反響抑圧利得重畳手段（実施形態ではエコー抑圧ゲイン重畳手段５０９）と、フレーム毎に各周波数について計算された周波数帯域抑圧信号を、時間領域における時間領域抑圧信号（実施形態では処理信号s'(k)）に変換する周波数合成手段（実施形態では周波数合成手段４０３）とを有することを特徴とする。
また、本発明は、上述する反響抑圧装置であって、前記反響抑圧利得計算手段は、各周波数毎に、現フレームの反響抑圧利得G(m,f)を、現フレームの前記周波数帯域重畳信号Y(m,f)と現フレームの前記総反響強度PB(m,f)と１つ前のフレームの周波数帯域抑圧信号S'(m-1,f)と重みβとから、
G(m,f)=(1-β)*{|Y(m,f)|^2-PB(m,f)}/|Y(m,f)|^2+β*|S'(m-1,f)|^2/|Y(m,f)|^2
により算出する、ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、再生信号に起因する反響成分が収録信号に重畳して生じる反響を抑圧する反響抑圧方法において、前記再生信号を、フレーム毎の各周波数の周波数帯域再生信号に変換する第１周波数分析過程と、前記収録信号に前記反響成分が重畳された重畳信号を、フレーム毎の各周波数の周波数帯域重畳信号に変換する第２周波数分析過程と、各周波数毎に、現フレームの前記周波数帯域再生信号と、前記再生信号および前記重畳信号から計算される反響経路結合量とから、現フレームにおける初期反響強度を計算する初期反響強度計算過程と、各周波数毎に、前フレームの総反響強度と、残響時間から算出されるフレームあたりの減衰比率とを乗算して得られる予測反響強度を、現フレームにおける前記初期反響強度に加えて、現フレームの総反響強度を計算する総反響強度計算過程と、各周波数毎に、少なくとも現フレームの前記周波数帯域重畳信号と現フレームの前記総反響強度とから、前記周波数帯域重畳信号中の前記反響成分を抑圧するよう、現フレームの前記周波数帯域重畳信号の電力から現フレームの前記総反響強度を減算したものを現フレームの前記周波数帯域重畳信号の電力で除算したものを含んだ、現フレームの反響抑圧利得を計算する反響抑圧利得計算過程と、各周波数毎に、現フレームの前記周波数帯域重畳信号に現フレームの前記反響抑圧利得を乗じて、現フレームの周波数帯域抑圧信号を計算する反響抑圧利得重畳過程と、フレーム毎に各周波数について計算された周波数帯域抑圧信号を、時間領域における時間領域抑圧信号に変換する周波数合成過程とを有することを特徴とする。
また、本発明は、上述する反響抑圧方法であって、前記反響抑圧利得計算過程においては、各周波数毎に、現フレームの反響抑圧利得G(m,f)を、現フレームの前記周波数帯域重畳信号Y(m,f)と現フレームの前記総反響強度PB(m,f)と１つ前のフレームの周波数帯域抑圧信号S'(m-1,f)と重みβとから、
G(m,f)=(1-β)*{|Y(m,f)|^2-PB(m,f)}/|Y(m,f)|^2+β*|S'(m-1,f)|^2/|Y(m,f)|^2
により算出する、ことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、再生信号に起因する反響成分が収録信号に重畳して生じる反響を抑圧する反響抑圧プログラムにおいて、前記再生信号を、フレーム毎の各周波数の周波数帯域再生信号に変換する第１周波数分析過程と、前記収録信号に前記反響成分が重畳された重畳信号を、フレーム毎の各周波数の周波数帯域重畳信号に変換する第２周波数分析過程と、各周波数毎に、現フレームの前記周波数帯域再生信号と、前記再生信号および前記重畳信号から計算される反響経路結合量とから、現フレームにおける初期反響強度を計算する初期反響強度計算過程と、各周波数毎に、前フレームの総反響強度と、残響時間から算出されるフレームあたりの減衰比率とを乗算して得られる予測反響強度を、現フレームにおける前記初期反響強度に加えて、現フレームの総反響強度を計算する総反響強度計算過程と、各周波数毎に、少なくとも現フレームの前記周波数帯域重畳信号と現フレームの前記総反響強度とから、前記周波数帯域重畳信号中の前記反響成分を抑圧するよう、現フレームの前記周波数帯域重畳信号の電力から現フレームの前記総反響強度を減算したものを現フレームの前記周波数帯域重畳信号の電力で除算したものを含んだ、現フレームの反響抑圧利得を計算する反響抑圧利得計算過程と、各周波数毎に、現フレームの前記周波数帯域重畳信号に現フレームの前記反響抑圧利得を乗じて、現フレームの周波数帯域抑圧信号を計算する反響抑圧利得重畳過程と、フレーム毎に各周波数について計算された周波数帯域抑圧信号を、時間領域における時間領域抑圧信号に変換する周波数合成過程とをコンピュータに実行させることを特徴とする。
また、本発明は、上述する反響抑圧プログラムであって、前記反響抑圧利得計算過程においては、各周波数毎に、現フレームの反響抑圧利得G(m,f)を、現フレームの前記周波数帯域重畳信号Y(m,f)と現フレームの前記総反響強度PB(m,f)と１つ前のフレームの周波数帯域抑圧信号S'(m-1,f)と重みβとから、
G(m,f)=(1-β)*{|Y(m,f)|^2-PB(m,f)}/|Y(m,f)|^2+β*|S'(m-1,f)|^2/|Y(m,f)|^2
により算出する、ことを特徴とする。
【００１４】
本発明では、以下に説明するエコーの推定手段を用いて、上記の課題を解決する。なお、以下の数式で変数xのy乗はx^yとして表す。
【００１５】
任意のフレームmにおける再生（受話）信号の短時間スペクトルXの周波数fにおけるパワースペクトルをPX(m,f)、エコー経路結合量（音響結合量）をC(m,f)とする。ここで、エコー経路結合量（音響結合量）C(m,f)の定義はエコー経路への入力信号（再生（受話）信号）に対する出力信号（エコー信号）のパワー比（真数）の短時間平均である。
【００１６】
実際のエコー経路結合量の推定においては、再生（受話）信号x(k)及びエコー重畳信号y(k)を用いて、エコー重畳信号y(k)に対する再生（受話）信号x(k)の比の最小値を更新することにより、エコー経路結合量を算出する。
【００１７】
エコー経路の出力信号であるエコー信号の現フレームのパワースペクトル（先頭エコーパワースペクトル）PB0(m,f)は、エコー経路結合量C(m,f)に再生（受話）信号のパワースペクトルPX(m,f)を乗じて式（１）のように求められる。
PB0(m,f)=C(m,f)*PX(m,f)                                        …（1）
【００１８】
従来方法ではこの値をエコーの推定パワーとして用いていた。しかし、エコー経路から出力されるエコー信号は、現フレームの再生（受話）信号に起因するエコーだけではない。現フレーム以前に発生し、長いエコー経路を経由し反響するために、現フレームのエコーに遅延して加算（重畳）される過去のエコーのフレーム長を超える「尾」の部分がある。以下では、この過去エコーのフレーム長を超える部分についても考慮した処理を行う。なお、従来方法では推定されたエコーパワーは実際より小さく見積もられていたことになる。
【００１９】
エコーは時間が経つにつれて、段々とその振幅が減衰する。この減衰比率を１処理（エコー測定）時刻（もし処理が１フレームに１回の場合は、フレーム長L間隔）あたりにr(r<1)とすると、エコー信号パワーの合計（総エコー信号パワー）PB(m,f)は以下の式で表すことができる。
PB(m,f)=PB0(m,f)+r*PB0(m-1,f)+r^2*PB0(m-2,f)+r^3*PB0(m-3,f)+‥ …（2）
同様に、１処理時刻前m-1の総エコー信号パワーPB(m-1,f)は、
PB(m-1,f)=PB0(m-1,f)+r*PB0(m-2,f)+r^2*PB0(m-3,f)+‥            …（3）
であり、この同辺にrを掛けると以下の様に変形できる。
r*PB(m-1,f)=r*PB0(m-1,f)+r^2*PB0(m-2,f)+r^3*PB0(m-3,f)+‥      …（4）
従って、式（4）を式（2）に代入し整理すると、総エコー信号パワーは以下の式で計算可能となる。
PB(m,f)=PB0(m,f)+r*PB(m-1,f)                                   …（5）
式（5）中の比率rは、エコー経路の残響時間Tr(f)[秒]から以下の様に計算できる。処理回数をn、処理を行うフレーム長をL（サンプル）、サンプリング周波数をfsとすると、任意の時刻tは、
t=n*L/fs                                                       …（6）
t=Tr(f)の場合に、式（6）をnについて解くと
n=Tr*fs/L                                                      …（7）
となる。残響時間Trは、系に出力された信号のエネルギーが最初の状態から例えば60dB減衰するまでの時間で定義される。残響時間は予めインパルス応答を測定し、そのインパルス応答を積分して得られるエネルギーを用いて求められる。最初のエコー信号のエネルギーをPB(0,f)とすると、
10*1og10[{r^(Tr(f)*fs/L)*PB(0,f)}/PB(0,f)]=-60                …（8）
式（8）をrについて解いてから、式（5）に代入すると以下の式が得られる。
PB(m,f)=PB0(m,f)+10^[-6*L/{Tr(f)*fs}]*PB(m-1,f)                …（9）
式（1）および式（9）により、総エコー信号パワーPB(m,f)が、再生（受話）信号のパワーPX(m,f)、エコー経路結合量（音響結合量）C(m,f)、１処理フレーム前m-1までの総エコー信号パワーPB(m-1,f)、処理フレーム長L、残響時間Tr(f)、サンプリング周波数fsから求めることが可能となる。式（9）で計算可能となった総エコー信号パワーは、従来方法で用いていたエコーの推定パワー（PB0(m,f)に等しい）よりも正確な値となる。すなわちこの総エコー信号パワーによって計算したエコー抑圧ゲインGを用いてエコーを抑圧すれば、従来方法で課題となった残響時間が多い場合にもエコーが十分に抑圧可能となる。
【００２０】
以上は周波数領域においてフレーム間隔で処理を行う場合について説明した。同様に、時間領域においてサンプリング間隔で処理を行う場合についても以下の通り適用できる。任意のサンプリング時刻kにおける再生（受話）信号x(k)のパワーをPx(k)、エコー経路結合量（音響結合量）をC(k)とすると、エコー信号の現サンプリング時刻のパワーPb0(k)は式（1）と同様に、
Pb0(k)=C(k)*Px(k)                                             …（10）
となる。以下、式（2）から式（8）についても同様に導くことができ、式（9）に対応する以下の式が得られる。
Pb(k)=Pb0(k)+10^{-6/(Tr*fs)}*Pb(k-1)                          …（11）
ここで、PB(k)およびPB(k-1)はそれぞれ、サンプリング時刻kおよび１サンプリング時刻前k-1における総エコーパワーである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
第一実施形態は、音響エコーを抑圧するためのエコー抑圧装置であり、図１にその構成図、図２にそのフローチャートを示す。なお、以下の文中における［］内の符号は、フローチャート中のステップを表す。入力端２０１から入力された再生（受話）信号x(k)は出力端２０２から出力されエコー経路を伝搬した後にエコー信号b(k)となる。そして、収録（送話）信号s(k)に加算され、エコー重畳信号y(k)となる。ここで、エコー抑圧装置には、音響エコーを抑圧するためのものと、回線エコーを抑圧するためのものがある。音響エコーを抑圧するためのエコー抑圧装置の場合、再生信号x(k)は受話信号に相当し、エコー経路はスピーカ（拡声器）・マイクロホン（収音器）間の音響エコー経路に相当し、収録信号s(k)は送話信号に相当する。一方、回線エコーを抑圧するためのエコー抑圧装置の場合、再生信号x(k)は送話信号に相当し、エコー経路は２線４線変換用ハイブリッド回路のインピーダンス不整合によって発生する回線エコー経路に相当し、収録信号s(k)は受話信号に相当する。以下では、これらを代表して、音響エコーを抑圧するためのエコー抑圧装置を例に挙げて説明を行う。エコー重畳信号y(k)は入力端２０３から入力され、周波数分析手段４０２で周波数領域に変換され短時間スペクトルY(m,f)となり、エコー抑圧装置５０１へと入力される。同時に、再生（受話）信号x(k)も周波数分析手段４０１で周波数領域に変換され短時間スペクトルX(m,f)となり、エコー抑圧装置５０１に入力される［Ｓ１］。ここで、kは任意のサンプリング時刻、mは周波数変換を行う際に切り取ったフレーム、fは任意の周波数とする。
【００２２】
エコー抑圧装置５０１では、はじめに先頭エコーパワー計算手段５０６において、エコー経路結合量記憶手段５０２（メモリ11）からエコー経路結合量（音響結合量）C(m,f)を読み込み［Ｓ２］、式（1）に従いパワースペクトルPX(m,f)から先頭エコーパワースペクトルPB0(m,f)を求める［Ｓ３］。次に、総エコーパワー計算手段５０７において、エコー経路残響時間記憶手段５０３（メモリ12）から残響時間Tr(f)を読み込み［Ｓ４］、総エコーパワー記憶手段５０４（メモリ13）から１処理フレーム前の総エコーパワースペクトルPB(m-1,f)を読み込み［Ｓ５］、式（9）に従い総エコーパワースペクトルPB(m,f)を求める［Ｓ６］。そして、求めた総エコーパワースペクトルPB(m,f)を、総エコーパワー記憶手段５０４（メモリ13）に書き込む［Ｓ７］。次にエコー抑圧ゲイン計算手段５０８において、抑圧処理信号記憶手段５０５（メモリ14）から１処理フレーム前の処理信号の短時間スペクトルS'(m-1,f)を読み込み［Ｓ８］、短時間スペクトルY(m,f)および総エコーパワースペクトルPB(m,f)から以下の式に従いエコー抑圧ゲインG(m,f)を計算する［Ｓ９］。
0003753996.tif 000002
そして、エコー抑圧ゲイン重畳手段５０９において、短時間スペクトルY(m,f)にエコー抑圧ゲインG(m,f)を乗じてエコー信号を抑圧し、抑圧処理信号である短時間スペクトルS'(m,f)を出力する［Ｓ１０］。
【００２３】
そして、抑圧処理信号である短時間スペクトルS'(m,f)を、抑圧処理信号記億手段５０５（メモリ14）に書き込む［Ｓ１１］と共に、エコー抑圧装置５０１から出力し［Ｓ１２］、周波数合成手段４０３において時間領域に変換し、エコーを抑圧した処理信号s'(k)を得て、出力端２０４に出力する。なお、本処理は、周波数分析手段４０１、４０２および周波数合成手段４０３を用いることなく、時間領域の信号によっても処理可能である。また、図３に示すように入出力がNチャネル(N>1)の場合にも、全てのチャネルに対して独立に処理を行うことにより、Nチャネルのエコー抑圧が可能である。
【００２４】
第二実施形態は、音響エコー抑圧装置の前段に適応フィルタで構成されたエコーキャンセラ２０５を組み合わせた実施例であり、図４にその構成図を示す。エコー抑圧装置５０１の処理は、第一実施形態と等しいが、エコー重畳信号y(k)の替わりにエコーキャンセラ（適応フィルタ）２０５によってある程度まで消去された残留エコーe(k)の重畳した信号を入力信号とする。この場合、周波数帯域毎エコー経路結合量は、前段のエコーキャンセラ（適応フィルタ）２０５を含んだ結合量となるが、エコー抑圧装置５０１の処理として不具合が生じることはない。
【００２５】
なお、上記の各実施形態を構成する各構成要素（各手段）は専用のハードウェアによって実現されるものであってもよいが、全体がメモリやＣＰＵ（中央演算処理装置）等を有するコンピュータによって構成され、各構成要素の機能が、コンピュータのメモリにロードされ、ＣＰＵによって実行されるプログラムによって実現されるものであってもよい。このとき、上記の各記憶手段は、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＷ（CD-ReWritable）、光磁気ディスク、フラッシュメモリ、ＲＡＭ（Random Access Memory）あるいはこれらの組み合わせによって構成される。
【００２６】
また、上記のプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータに読み込ませ、実行することにより、上記の各構成要素の機能を実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ（CD-Recordable）、ＣＤ−ＲＷ等の可搬媒体や、コンピュータに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことである。
【００２７】
さらに、上記の「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」は、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの（伝送媒体ないしは伝送波）や、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータ内の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば以下の効果が生じる。残響時間の大きい場合に、長いエコー経路を反響して遅延を伴い返ってくるエコーに対しても、エコー信号パワーの合計を正確に計算することが可能となり、エコーを十分に抑圧することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】   本発明の第一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】   本発明の第一実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図３】   入出力がNチャネル(N>1)の場合の構成を示すブロック図である。
【図４】   本発明の第二実施形態の構成を示すブロック図である。
【図５】   従来の拡声通話系の構成を示すブロック図である。
【図６】   従来のエコー抑圧装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
２０１、２０３  入力端
２０２、２０４  出力端
２０５  エコーキャンセラ（適応フィルタ）
４０１  周波数分析手段（第１周波数分析手段）
４０２  周波数分析手段（第２周波数分析手段）
４０３  周波数合成手段
５０１  エコー抑圧装置
５０２  エコー経路結合量記憶手段
５０３  エコー経路残響時間記憶手段
５０４  総エコーパワー記憶手段
５０５  抑圧処理信号記憶手段
５０６  先頭エコーパワー計算手段（初期反響強度計算手段）
５０７  総エコーパワー計算手段（総反響強度計算手段）
５０８  エコー抑圧ゲイン計算手段（反響抑圧利得計算手段）
５０９  エコー抑圧ゲイン重畳手段（反響抑圧利得重畳手段）
１０１、１０３  送話用マイクロホン
１０２、１０４  受話スピーカ
１０５、１０７  収録（送話）信号増幅器
１０６、１０８  再生（受話）信号増幅器
１０９  伝送路
１１０  送話者
１１１  受話者
３０１  エコー抑圧装置
３０２  エコー経路伝搬遅延推定部
３０３  遅延器
３０４  エコー経路結合量推定部
３０５  エコー抑圧ゲイン算出部
３０６  乗算器
【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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