エコーキャンセラ
【課題】 トーン信号が入力されても、以後の会話でエコー感を少なくできるようにする。
【解決手段】 本発明は、擬似エコーの生成に適応フィルタを用いた、ハイブリッド回路によるエコーを除去するエコーキャンセラに関する。そして、遠端入力信号が所定種別のトーン信号であるか否かを判定するトーン種別判定手段と、トーン種別判定手段が、遠端入力信号が所定種別のトーン信号であると判定したときに、適応フィルタへの遠端入力信号から、判定された所定種別のトーン信号の周波数成分を除去する、適応フィルタの入力段に設けられた帯域阻止フィルタとを有することを特徴とする。
【解決手段】 本発明は、擬似エコーの生成に適応フィルタを用いた、ハイブリッド回路によるエコーを除去するエコーキャンセラに関する。そして、遠端入力信号が所定種別のトーン信号であるか否かを判定するトーン種別判定手段と、トーン種別判定手段が、遠端入力信号が所定種別のトーン信号であると判定したときに、適応フィルタへの遠端入力信号から、判定された所定種別のトーン信号の周波数成分を除去する、適応フィルタの入力段に設けられた帯域阻止フィルタとを有することを特徴とする。
【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、例えば、電話端末を収容したＶｏＩＰ端末に設けられるエコーキャンセラに適用し得るものである。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド回路におけるエコー成分を除去するエコーキャンセラは、一般には、受信信号がハイブリッド回路を介して送信信号の経路に流れ、エコー成分になって音声品質を低下させることを防止するために設けられている。ところで、エコー成分となり得る受信信号は、音声信号が一般的であるが、トーン信号が受信信号になることもある。
【０００３】
従来、トーン信号が受信信号になった場合を考慮したエコーキャンセラとして、特許文献１に記載されているものがある。特許文献１に記載されているエコーキャンセラの構成などについては、課題の説明の項で明らかにする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１０３０７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のエコーキャンセラは、以下のような課題１〜課題４を有するものであった。特許文献１に記載のエコーキャンセラを、以下では、従来技術と呼ぶ。
【０００６】
（課題１）
トーン信号によって適応フィルタの係数が破壊され後でしか、エコーキャンセラ（又は適応フィルタ）にトーン信号が入力されたことが分からないので、多くの場合、何らかの対策を施しても手遅れであり、また、再収束しようにも、係数値が収束の初期状態としては不適であるので、再び性能が発揮できるまで時間がかかってしまう。
【０００７】
従来技術は、基本的に適応フィルタがトーン成分に収束してからトーン信号であることが検出できる仕組みになっている。すなわち、適応フィルタにトーン信号が入力される前には、音声などによって、せっかく広い帯域の好適な周波数特性を持った係数を推定できていたとしても、一旦、フィルタ係数がトーン性を持つように破壊された後で、係数がトーンの周波数特性に一致するかどうかを判定するため、判定後に続くいろいろな処理、例えば、適応フィルタの係数更新の可否などに使うには手遅れであることが多い。また、エコーキャンセラが仮に初期状態であったり、一旦収束状態で再収束を実行する場合であったりしても、トーン信号によって誤収束した適応フィルタの係数は再収束のための初期値としては適切でないので、再収束に時間がかかり、その間、エコー成分が消えないので通話品質が劣化してしまう。
【０００８】
（課題２）
初期遅延が小さいとき、所望の動作をしない。
【０００９】
従来技術によれば、エコーキャンセラがトーン性の信号を参照信号としてエコー経路を推定したとき、エコーキャンセラの適応フィルタ係数レジスタは当該入力トーン周波数に収束する。しかし、エコー経路の初期遅延が小さいとき、従来技術は効果を発揮しない場合が多い。なぜならば、エコー経路の初期遅延が小さいときは、実際には係数レジスタは当該入力トーン周波数に収束しない場合が多いからである。
【００１０】
以下、従来技術の課題２を、図２及び図３を参照しながら説明する。最初に、従来技術が適用できるケースを示し、その後に、従来技術が適用できないケースの実例を示すことにする。
【００１１】
図２（ａ）は初期遅延５０サンプルのエコー経路を示し、このエコー経路は、図２（ｃ）に示すように、周波数特性が０〜８ｋＨｚまでほぼ平坦なエコー経路である。エコーキャンセラにトーン（この説明例ではダイヤルトーン４００Ｈｚにしている）を入力し、係数レジスタを収束させた結果を図２（ｂ）に示している。図２（ｃ）には、エコー経路の周波数特性と収束後の係数レジスタの周波数特性の両方を示している。図２（ｂ）から分かるように、エコーキャンセラの適応フィルタ係数は、波形的にも入力トーンに良く似た状態に収束しており、周波数特性を示した図２（ｃ）からもエコー経路のうち、トーン周波数部分だけが大きな成分を持っていることが分かる。
【００１２】
一方、初期遅延が１０サンプルのエコー経路でエコーキャンセラを動作した場合の様子を図３（ａ）〜図３（ｃ）に示している。図３（ａ）は初期遅延１０サンプルのエコー経路を示し、周波数特性は、図３（ｃ）に示すように、０〜８ｋＨｚまでほぼ平坦なエコー経路である。上述と同様に、エコーキャンセラにトーン（ダイヤルトーン４００Ｈｚ）を入力し、係数レジスタを収束させた結果を図３（ｂ）に示している。図３（ｂ）においては、エコーキャンセラの適応フィルタ係数は入力トーンとは異なっており、周波数特性である図３（ｃ）からも入力トーンの４００Ｈｚではピ−クを持っていないのが分かる。より詳細に言えば、図３（ｃ）において、は周波数特性の最大は０Ｈｚである。
【００１３】
しかしながら、図２及び図３に示した両ケースとも、トーン入力に対するエコーの除去に関しては十分な性能を発揮する。説明の例では、双方ともＥＲＬＥ（受信信号と残差のパワー比）が３５ｄＢ程度を示している。言い換えれば、エコー経路の特性を十分に推定しないにも拘わらず、入力周波数に限定しては、エコー除去性能を発揮しているという状態が起こっている。このような現象は、エコー経路の初期遅延が、トーン周期より小さい場合に頻発する。具体的には、エコーキャンセラと、エコー発生源であるハイブリッド回路の配置が近いとき、例えば、同一装置内にある場合などに必ず発生する。都合の悪いことに、ＶｏＩＰ端末装置などでは、ハイブリッド回路とエコーキャンセラは同一装置内に配置されることの方が通常である。従って、このような場合、係数レジスタの周波数特性は入力トーンを持たないから、係数のトーン性も検出できないことになり、従来技術は効果を発揮しない。
【００１４】
（課題３）
エコーキャンセラにトーンが入力された直後のダブルトークでエコー除去性能が激しく劣化する。
【００１５】
ここで、ダブルトークについて説明しておくと、発呼話者、着呼話者の両者が音声を発生している状態をダブルトークといい、エコーキャンセラでは、送信信号と受信信号が同時に入力されている状態になっている。従来技術でも述べられているように、エコーキャンセラにおいては、ダブルトークのときには、適応フィルタの係数更新を停止する制御を行うため、ＥＲＬＥを監視してダブルトークの検出を実施することが多い。従来技術では、上述した課題１で示したように、一旦トーン性信号に誤収束した適応フィルタを用いた結果で残差を使ってダブルトーク判定をする。誤収束のフィルタ残差を使うので、正しいダブルトークの判定ができないばかりか、従来技術では、トーン収束後の一定期間は係数更新の速さを制御するステップゲインを大きく設定してしまう。その結果、トーン収束後の一定期間は係数更新の追従性が最も俊敏な状態で、適応フィルタ係数を適応してしまう。このような結果、不適なキャンセルを受けるので非常に音質が劣化する。また、ダブルトークにならないときも、適応フィルタの再収束は、トーン信号への誤収束状態を初期状態として開始されたのと同じであり、たとえ、係数更新を実行しても、安定にエコーを除去できるようになるためには長い時間がかかる。当然に、話者は再収束までの長い時間エコーを聞くことになり通話品質が劣化してしまう。
【００１６】
（課題４）
従来技術をそのまま用いた場合、内線転送など電話の転送の際、エコーの除去性が劣化する。以下、図４を参照しながら、従来技術の課題４である内線転送時の課題について説明する。
【００１７】
図４において、電話機１００から電話機１０９に発呼して、しばらく通話した後、内線転送して電話機１１０に転送する場合について説明する。従来技術の通り、エコーキャンセラ１０４は、加算器１１９の出力と受信入力端子１０３の入力を用いて、ハイブリッド回路１０８をエコー経路としてエコー経路の推定を行い、適応フィルタ１１８の係数をハイブリッド回路１０８のインパルス応答に等しくなるように推定する。このような推定の結果、電話機１００からの話者信号は、ハイブリッド回路１０１を通り、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）１０２でデジタル変換されてデジタル信号になった後、デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）１０５でアナログ信号に変換されてスイッチ１０６を通り、ハイブリッド回路１０８で２線変換された後、電話機１０９に至る。電話機１０９への話者信号の一部は、ハイブリッド回路１０８で反射され、エコー信号ｙ１となり、スイッチ１１２を経由してＡ／Ｄ変換器１１３でデジタル信号に変換された後、加算器１１９に入力される。加算器１１９には適応フィルタ（ＡＤＦ）１１８から出力された擬似エコー信号ｙ’が入力されており、適応フィルタ１１８が収束していれば、ｙ’≒ｙ１であるのでエコー（エコー信号ｙ’）が打ち消される。
【００１８】
適応フィルタ１１８の係数更新には、公知のＮＬＭＳ等のアルゴリズムが用いられる。ここで、ＮＬＭＳアルゴリズムの係数更新の様子を簡単に解説する。
【００１９】
遠端電話機１００から受信入力端子に入力される音声信号をｘ（ｎ）、適応フィルタ１１８のフィルタ係数をｈｋ（ｎ）とすると、フィルタ係数ｈｋ（ｎ）を（１）式及び（２）式に従うように更新する。
【数１】
【００２０】
なお、（１）式の右辺第２項の分母が０のときには係数更新量＝０とするか、又は係数更新を停止する。フィルタ係数をｈｋ（ｎ）は、第ｎサンプル時刻の第ｋ番目の適応フィルタのタップ係数を表している。また、αはステップゲインであり、適応フィルタ１１８の収束速度を決める定数であり、０＜α＜２である。αが大きければ、収束速度が速いが定常特性のぶれ幅が大きく、また、ノイズの影響も大きい。一方、αが小さければ、収束速度は遅いが定常特性のぶれ幅が小さく、また、ノイズの影響も小さい。従来技術によれば、十分に適応フィルタ１１８が収束した後はステップゲインを小さい値にすることが示されている。
【００２１】
さて、内線転送の際は、一旦、電話機１００及び１０９間で通話がされており、適応フィルタ１１８の係数もある程度までハイブリッド回路１０８を推定して収束している。ここで、適応フィルタ１１８が完全に収束していれば、（２）式のエコー除去残差ｅ（ｎ）＝０となるため、係数更新は停止したと同様である。
【００２２】
その後、構内交換機などによって、電話機１０９から電話機１１０に通話が転送される場合を、以下、４つのケースについて説明する。ここで、転送が発生すると、スイッチ１０６の端子はａ２に閉じられ、スイッチ１１２の端子はｂ２に閉じられる。Ｄ／Ａ変換器１０５から出力された信号は、スイッチ１０６の端子ａ２を通り、ハイブリッド回路１１１を経由して一部は電話機１１０に出力され、一部はハイブリッド回路１１１で反射されてエコー信号ｙ２となってスイッチ１１２の端子ｂ２を経由してＡ／Ｄ変換器１１３に入力されてＳｉｎ端子１１４に入力される。以後、エコーキャンセラの収束状態の良否と転送によるエコー経路変化の大小の組み合わせについて各々説明する。
【００２３】
（課題４；内線転送ケースＡ）
内線転送ケースＡは、適応フィルタ１１８の収束が不十分であり、ハイブリッド回路１０８、１１１の特性がほとんど変わらないときである。
【００２４】
このケースＡの転送前の状態の場合、（２）式のエコー除去残差ｅ（ｎ）は０でないので、（１）式の係数更新は有効のまま実行される。つまり、従来技術の通り、ｘ（ｎ）がトーン性の信号であれば、適応フィルタ１１８の係数は、（１）式に従って、入力ｘ（ｎ）に応じて更新される。その結果、適応フィルタ１１８の係数は、ハイブリッド回路１０８の特性というよりもむしろ、トーン性のエコー信号ｙ１を消去するように係数が収束していく。当然、適応フィルタ１１８の係数は図２で示したように、ハイブリッド回路１０８のインパルス応答とは異なる特性に収束することになる。その後、転送が発生し、ハイブリッド回路１１１が接続され、電話機１１０に接続されて通話が始まる。
【００２５】
本ケースの場合、ハイブリッド回路特性は転送前後で等しいと考えることができるのだが、適応フィルタ１１８の係数は、トーンに応じて収束している。その後、非トーン性の信号である音声信号ｘ（ｎ）が入力されると、適応フィルタ１１８ではトーン信号の成分しか推定していないので、課題２の項目で説明したように、適応フィルタ１１８の収束状態はハイブリッド回路の応答特性を反映していない。従って、トーン周波数よりも広い周波数成分を持つ音声信号のエコーはほとんど全ての成分で打消し不可能となり、加算器１１９から出力される。加算器１１９の出力は、図４に示したようにダブルトーク検出器（ＤＴＤ）１１７に入力されている。ダブルトーク検出器１１７では、加算器出力と受信入力端子からの入力ｒｉｎ（ｎ）との比ＥＲＬＥの大小を計算し、ＥＲＬＥの値の大小若しくはＥＲＬＥの変化の大小でダブルトークを検出する。ＥＲＬＥは、例えば、（３）式に示すように計算される。
【数２】
【００２６】
従来技術に述べられているように、ＥＲＬＥが３０ｄＢなどのように値が大きければ、ｅ（ｎ）が十分小さいとして収束状態若しくは収束可能とし、ＥＲＬＥが６ｄＢなどのように小さければ、ｅ（ｎ）がまだ大きいので着呼側の音声があるとして適応フィルタ１１８の係数更新を停止するなどする。又は、別方法として、ＥＲＬＥの急激な劣化を検出して、着呼側の送話音声があると判断して適応フィルタの係数更新を停止するなどする。
【００２７】
しかし、前述したようにトーン誤収束の直後は、受信入力端子からの音声信号によるエコー成分はほとんどの成分で打ち消されないから、ＥＲＬＥは小さな値を持ち、また、ＥＲＬＥ変化の観点からみても、トーン直後の音声によるＥＲＬＥは急激に劣化する。ダブルトーク検出器１１７は、これを着呼側の送話音声信号有りとして判定し、もってダブルトーク状態が発生したと検出してしまう。その結果、ダブルトーク検出器１１７は、適応フィルタ１１８の係数更新を停止するので、適応フィルタ１１８は以後係数を凍結し、以後、それを維持してしまう。すなわち、エコーが消えない状態で適応フィルタ１１８の係数更新を凍結してしまう。さらに、初期遅延が小さい応答のハイブリッド回路１０８、１１１であれば、適応フィルタ１１８の係数は入力トーン性と同じにはならない。すなわち、適応フィルタ１１８は入力信号の性質ともハイブリッド回路１０８、１１１の性質とも異なる特性しか反映していない。その結果、誤収束の状態から復帰することができない。
【００２８】
運良く、ダブルトーク検出にならない場合でも、適応フィルタ１１８の係数は、ハイブリッド回路１０８、１１１の特性というよりも、むしろ、トーン信号を反映したようなエコー打消しには不適切な状態に収束しており、改めて、ハイブリッド回路１１１の特性を収束するにしても、適応フィルタ１１８の再収束のための初期設定としては不適であるので、再収束するにも時間がかかり、その間、エコーを発生してしまう。
【００２９】
（課題４；内線転送ケースＢ）
内線転送ケースＢは、適応フィルタ１１８の収束が不十分であり、ハイブリッド回路１０８及び１１１の特性が異なっているケースである。
【００３０】
ケースＢにおいては、ケースＡよりも問題が顕著である。なぜならば、トーン誤収束後にはハイブリッド回路１１１の特性は、ハイブリッド回路１０８の特性とは全く別物になっており、一旦、ハイブリッド回路１０８とトーンで誤収束した適応フィルタ１１８のフィルタ係数は、新たに接続されたハイブリッド回路１１１のインパルス応答の特性を全く反映していないので、トーン信号後の広い周波数成分の持つ音声のエコーは全く打消し不可能となり、エコーは顕著になる。さらに、ダブルトーク検出器１１７の誤判定を逃れることはできない。その結果、ケースＡで述べたと同様に、エコーが消えない状態で適応フィルタ１１８は係数更新を凍結してしまう。さらに、初期遅延が小さい応答のハイブリッド回路１０８、１１１であれば、適応フィルタ１１８の係数は入力トーン性と同じにはならないから、凍結の状態から復帰することができない。
【００３１】
従って、転送後は、エコーは発生した状態を維持してしまうのである。
【００３２】
（課題４；内線転送ケースＣ）
内線転送ケースＣは、適応フィルタ１１８の収束が十分であり、ハイブリッド回路１０８、１１１の特性がほとんど変わらないケースである。
【００３３】
ケースＣのときは、本来、（２）式のエコー除去残差ｅ（ｎ）＝０となるので、（１）式に従う係数の更新は、更新量０になるので、更新されない。さらに、従来技術のように、収束に応じてステップゲインを小さくするならば、係数更新は防止される。
【００３４】
しかし、実際には、近端話者（Ｓｉｎ話者）側の背景雑音などによって、エコー除去残差ｅ（ｎ）は完全に０になることは稀である。このような場合、相当の長期間、トーン信号を受信入力端子１０３から入力すると、徐々に適応フィルタ１１８の係数はトーン性に収束してゆく。このとき、一旦、適応フィルタ１１８がトーン信号に誤収束してしまうと、ケースＡと同様の問題が発生してしまう。ケースＣの場合は、従来技術のように、適応フィルタ１１８の誤収束の結果を検出するのではなく、適応フィルタ１１８のトーン誤収束が進行しないうちに、係数更新を停止してしまうのが望ましい。
【００３５】
（課題４；内線転送ケースＤ）
内線転送ケースＤは、適応フィルタ１１８の収束が十分であり、ハイブリッド回路１０８及び１１１の特性が異なっているときである。
【００３６】
ケースＤにおいても、電話機１００からの長時間に渡るトーン信号が入力される場合には、適応フィルタ１１８の係数がトーン信号で誤収束してしまう。このようなトーン誤収束の直後に発生する課題はケースＢと同様である。しかし、ケースＤでは、たとえ、適応フィルタ１１８のトーン誤収束が進行しないうちに、係数更新を停止したとしても、内線転送後のハイブリッド回路１１１の応答特性は、転送前のハイブリッド回路１０８の特性とは別物であるので、いずれにせよ転送後にはエコー打消しはほとんど不可能となる。従って、ＥＲＬＥは小さい値になる。変化として捉えても、ＥＲＬＥの変化の仕方も転送発生を境に急激に小さくなるので、ダブルトーク検出器１１７は、ＥＲＬＥの変化をダブルトーク状態と誤判定する。そのうえ、仮に、適応フィルタ１１８の係数をトーン誤収束進行の前に停止しても、そのまま音声信号で収束した係数を凍結するということであるから、従来技術では、更新停止された適応フィルタ１１８の係数を分析してもトーン性がなく、かつ、ＥＲＬＥは小さいので、ダブルトーク誤判定の状態から脱出することができない。従って、エコーキャンセラの適応フィルタ１１８はエコーを消すことができない状態で係数を凍結してしまい、転送発生後は継続的にエコーを出し続けることになる。つまり、誤収束しても、ケースＢのような不具合が発生し、また、誤収束前に係数更新を停止しても転送後にエコーを出し続けてしまうことになる。
【００３７】
本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、トーン信号が入力されても、以後の会話でエコー感を少なくできるエコーキャンセラを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
本発明は、擬似エコーの生成に適応フィルタを用いた、ハイブリッド回路によるエコーを除去するエコーキャンセラにおいて、（１）遠端入力信号が所定種別のトーン信号であるか否かを判定するトーン種別判定手段と、（２）上記トーン種別判定手段が、遠端入力信号が所定種別のトーン信号であると判定したときに、上記適応フィルタへの遠端入力信号から、判定された所定種別のトーン信号の周波数成分を除去する、上記適応フィルタの入力段に設けられた第１の帯域阻止フィルタとを有することを特徴とする。
【００３９】
ここで、遠端話者及び近端話者のダブルトーク状態を検出するダブルトーク検出手段に、上記第１の帯域阻止フィルタを通過した近端入力信号を入力することが好ましい。
【００４０】
また、近端入力信号から、適応フィルタからの擬似エコー信号を減算する加算手段を有し、トーン種別判定手段が、遠端入力信号が所定種別のトーン信号であると判定したときに、上記加算手段への近端入力信号から、判定された所定種別のトーン信号の周波数成分を除去する、上記加算手段の入力段に設けられた第２の帯域阻止フィルタを有することが好ましい。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、トーン信号が入力されても、それ以後の会話でエコー感を少なくできる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】
【００４２】
【図１】第１の実施形態のエコーキャンセラの詳細構成を示すブロック図である。
【図２】従来技術の課題２の説明図（１）である。
【図３】従来技術の課題２の説明図（２）である。
【図４】従来技術の課題４の説明用ブロック図である。
【図５】第１の実施形態のエコーキャンセラを含めた電話通信システムの構成を示すブロック図である。
【図６】第１の実施形態の信号種別判定器の判定動作の説明図である。
【図７】第２の実施形態のエコーキャンセラの詳細構成を示すブロック図である。
【図８】第２の実施形態の信号種別判定器の判定結果と出力との関係の説明図である。
【図９】第３の実施形態のエコーキャンセラの詳細構成を示すブロック図である。
【図１０】第３の実施形態の信号種別判定器の判定結果と出力との関係の説明図である。
【図１１】第４の実施形態のエコーキャンセラの詳細構成を示すブロック図である。
【図１２】第５の実施形態のエコーキャンセラの詳細構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明によるエコーキャンセラを、ＶｏＩＰ端末に設けられるエコーキャンセラに適用した第１の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００４４】
第１の実施形態のエコーキャンセラは、従来技術の上述した課題１、２に鑑みてなされたものであり、トーン信号誤収束での実害が、通話の設定開始時に最も良く発生する事実に基づいてなされたものである。第１の実施形態のエコーキャンセラは、当該エコーキャンセラが再収束するときに、初期値が適切になるようにしたものである。
【００４５】
（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図５は、第１の実施形態のエコーキャンセラを含めた電話通信システムの構成を示すブロック図である。
【００４６】
図５に示す電話通信システムは、例えば、既存の電話機１及び９による通信をＩＰ網５を介して実行させるシステムである。各電話機１及び９はそれぞれ、対応するＶｏＩＰ端末４、６に収容されており、ＶｏＩＰ端末４、６を介してＩＰ網５に接続されている。
【００４７】
図５において、拠点Ａ側が着呼側、拠点Ｂ側が発呼側になっており、図５は、拠点Ａから拠点Ｂに到達した通話信号が、拠点Ｂから拠点Ａへエコーとして流れ込むのを防止する観点から図示されている。
【００４８】
ＶｏＩＰ端末４は、電話機１に対して２線で接続しているハイブリッド回路２と、電話機１へ向かうデジタル通話信号をデジタル／アナログ変換してハイブリッド回路２に出力するデジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）１１と、電話機１が出力したハイブリッド回路２経由のアナログ通話信号をアナログ／デジタル変換するアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）３とを有している。なお、ＶｏＩＰ端末４にエコーキャンセラが搭載されていても良いことは当然である。
【００４９】
一方、ＶｏＩＰ端末６は、第１の実施形態のエコーキャンセラ１２と、電話機９に対して２線で接続しているハイブリッド回路８と、エコーキャンセラ１２から出力されて電話機９へ向かうデジタル通話信号をデジタル／アナログ変換してハイブリッド回路８に出力するデジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）７と、電話機９が出力したハイブリッド回路８経由のアナログ通話信号をアナログ／デジタル変換してエコーキャンセラ１２に与えるアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）１０とを有している。
【００５０】
図１は、上述したような位置に設けられた第１の実施形態のエコーキャンセラ１２の詳細構成を周囲の構成と共に示すブロック図であり、図５との同一、対応部分には同一符号を付して示している。なお、第１の実施形態のエコーキャンセラ１２は、入出力信号がデジタル信号であるものである。
【００５１】
図１において、第１の実施形態のエコーキャンセラ１２は、入出力端子として、受信入力端子Ｒｉｎ、受信出力端子Ｒｏｕｔ、送信入力端子Ｓｉｎ及び送信出力端子Ｓｏｕｔを有する。エコーキャンセラ１２は、加算器１３、ダブルトーク検出器（ＤＴＤ）１４、トーン性判定器１５、信号種別判定器１６、係数制御器１７及び適応フィルタ（ＡＤＦ）１８を有する。
【００５２】
加算器１３は、送信入力端子Ｓｉｎからの信号から擬似エコー信号ｙ’を減算してエコー成分を除去するものである。
【００５３】
ダブルトーク検出器１４は、受信入力端子Ｒｉｎからの信号、及び、加算器１３の出力信号に基づいて、ダブルトーク状態などのトーク状態を検出するものである。第１の実施形態のダブルトーク検出器１４は、係数制御器１７からの制御信号によって、内部状態をクリアすることも行う。
【００５４】
トーン性判定器１５は、受信入力端子Ｒｉｎからの入力された信号がトーン性を有する信号か否かを判定するものである。トーン性を有する信号とは、呼制御のための各種トーン（例えばダイヤルトーン）のような所定周期を有する繰り返し波形信号をいう。トーン性判定器１５は、トーン性を有するか否かを判定できるものであればどのような方式のものであっても良いが、例えば、特開２０００−２９５６４１号公報に記載のものを適用し得る。
【００５５】
信号種別判定器１６は、トーン性判定器１５がトーン性を有する信号と判定した場合に、その信号がいずれかの呼制御信号（呼制御に係るトーン信号）かを判定するものである。判定方法については、動作説明の項で明らかにする。
【００５６】
係数制御器１７は、ダブルトーク検出器１４の検出結果や信号種別判定器１６の判定結果に応じて、適応フィルタ１８におけるフィルタ係数の更新を実行するか否かや、フィルタ係数をクリアするなどを制御するものである。
【００５７】
適応フィルタ１８は、受信入力端子Ｒｉｎからの入力信号と内部のフィルタ係数とから、擬似エコー信号ｙ’を生成して加算器１３に減算入力として与えるものである。また、適応フィルタ１８は、エコー除去残差信号ｅをも考慮しながら、フィルタ係数を更新するものである。但し、適応フィルタ１８は、係数制御器１７によって、フィルタ係数のクリアが指示されたときにはフィルタ係数のクリアを行う。
【００５８】
（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態のエコーキャンセラ１２の動作を、このエコーキャンセラ１２を含む電話通信システムの動作と共に説明する。
【００５９】
発呼側電話機９が、電話機１の話者（図示せず）に電話しようと受話器を持ち上げると、電話機９に向かってダイヤルトーンが出力される。ダイヤルトーンは、例えば、図５のＶｏＩＰ端末６とＩＰ網５の間の図示しないＩＰゲ−トウェイ装置から出力され、受信入力端子Ｒｉｎに入力されることもあり、また、ＶｏＩＰ端末６の内部に設けられたトーン発生器（図示せず）から受信入力端子Ｒｉｎに入力されることもある。以下では、図示しないＩＰゲ−トウェイ装置から出力された後、受信入力端子Ｒｉｎに入力されるとして説明する。ダイヤルトーンは、いわゆる受話器を持ち上げたときに聞こえる「ツー」音であり、日本においては周波数４００Ｈｚのトーン信号である。
【００６０】
受信入力端子Ｒｉｎから入力された受信信号（トーン信号や通話信号など；デジタル信号）は、ダブルトーク検出器１４、トーン性判定器１５、受信出力端子Ｒｏｕｔ及び適応フィルタ１８に入力される。
【００６１】
受信入力端子Ｒｉｎから入力され、受信出力端子Ｒｏｕｔからそのまま出力された受信信号（デジタル信号）は、Ｄ／Ａ変換器７によってアナログ信号に変換され、そのアナログ信号はハイブリッド回路８を介して電話機９に出力される。しかし、変換されたアナログ信号の一部はハイブリッド回路８で反射される。ハイブリッド回路８で反射された信号は、Ａ／Ｄ変換器１０を経由して、送信入力端子Ｓｉｎに入力される。
【００６２】
送信入力端子Ｓｉｎに入力された信号は、加算器１３を経由して適宜エコー成分が除去された後、ダブルトーク検出器１４、適応フィルタ１８及び送信出力端子Ｓｏｕｔに入力される。送信出力端子Ｓｏｕｔからは、ＩＰ網５側に向かって信号が出力される。
【００６３】
トーン性判定器１５に入力された信号は、トーン性判定器１５によって、トーン性の信号か否かが判定される。トーン性判定器１５は、入力された信号がトーン性信号であればトーン性ありの信号ＴＯＮを、そうでなければ、トーン性なしの信号ＴＯＦＦを信号種別判定器１６に出力すると共に、入力信号をそのまま信号種別判定器１６に出力する。トーン性判定器１５に入力された信号がダイヤルトーンであれば、通常は、トーン性判定器１５によってトーン性ありと判定される。
【００６４】
信号種別判定器１６においては、例えば、公知のＦＦＴ（高速フーリエ変換）や公知のゼロクロス法等によって入力信号の周波数を分析する。以下では、ゼロクロス法、すなわち、信号振幅の水平軸との交差数検出の方法を用いているとして説明する。
【００６５】
ここで、デジタルサンプリング周波数を１６ｋＨｚとすると、入力信号波形の同一方向へのゼロ交差する周期（間隔）のサンプル数Ｔ１が、（４）式を満たす場合には、入力信号が４００Ｈｚの信号であると判定する。
【００６６】
４０−Ｍ１≦Ｔ１≦４０＋Ｍ１ …（４）
（４）式における４０は、１６ｋＨｚ／４００Ｈｚであり、入力信号が正弦波信号のようなトーン信号の場合の同一方向（負から正、又は、正から負のいずれか一方）のゼロ交差の周期のサンプル数になっている。Ｍ１は、許容する誤差範囲を規定するパラメータであり、例えば、５を用いることができる。すなわち、ゼロ交差してから次にゼロ交差するまでのサンプル数Ｔ１が（４）式を満たすときに、入力信号が４００Ｈｚの信号であると判定する。他の周波数ｆの信号に関しても、ゼロ交差の間隔が１６０００／ｆサンプルになることから、同様に周波数を検出する式を定めておけば良い。（５）式は、周波数ｆの信号に関する、（４）式に対応する式である。
【００６７】
１６０００／ｆ−Ｍ１≦Ｔ１≦１６０００／ｆ＋Ｍ１ …（５）
信号種別判定器１６は、トーン性判定器１５から与えられたトーン性の有無信号ＴＯＮ、ＴＯＦＦと、周波数分析によって得た周波数情報とから、入力信号が既知の呼制御信号であるか否かを判定し、呼制御信号と判定した際には、係数制御器１７及びダブルトーク検出器１４に対して、係数リセット信号ＲＳＴを出力する。信号種別判定器１６は、例えば、トーン性ありの信号ＴＯＮが入力され、周波数分析によって得た周波数情報が所定周波数（例えば、４００Ｈｚ又は２１００Ｈｚ）のときに係数リセット信号ＲＳＴを出力する。例えば、ダイヤルトーンの入力時には、所定周波数４００Ｈｚを有するので、信号種別判定器１６は、ダイヤルトーンという種別の特定はなされなくても、係数リセット信号ＲＳＴを出力する。
【００６８】
図６は、呼制御信号（トーン信号）と周波数との関係を示す説明図である。ダイヤルトーン（ＤＴ）、リングバックトーン（ＲＢＴ）、ビジートーンなどは４００Ｈｚのトーン信号であり、ＦＡＸ通信開始トーンは２１００Ｈｚのトーン信号である。そのため、信号種別判定器１６は、例えば、内部メモリに４００、２１００を記憶しておき、（５）式を適用する際に、記憶されている４００又は２１００を周波数ｆとして読み出して、（５）式に従った判定を行う。図６では、２種類の所定周波数を示しているが、３種類以上の所定周波数を記述しておくようにしても良い。
【００６９】
係数制御器１７は、係数リセット信号ＲＳＴが入力されると、適応フィルタ１８の係数をクリアする信号ＣＬ＿Ｔを適応フィルタ１８に出力する。なお、係数制御器１７は、係数リセット信号ＲＳＴが入力されないときにはクリア指示信号ＣＬ＿Ｔを出力しない。クリア指示信号ＣＬ＿Ｔを受けた適応フィルタ１８は、フィルタ係数をクリアする。適応フィルタ１８は、クリア指示信号ＣＬ＿Ｔが到来しなくなったときに、フィルタ係数の更新を初期状態から実行し直す。
【００７０】
また、クリア指示信号ＣＬ＿Ｔ信号は上述のようにダブルトーク検出器１４にも与えられる。ダブルトーク検出器１４は、ＥＲＬＥを用いてダブルトークの検出を行うものであるが、クリア指示信号ＣＬ＿Ｔが与えられると、内部状態をクリアする。
【００７１】
以上のように、受信入力端子Ｒｉｎに入力された信号がＤＴなどの呼制御信号のときには、適応フィルタ１８の係数がクリアされるようになっている。実際、電話機９側の発呼側話者がダイヤル操作をおえて、人間音声の信号が通話経路を流れ始めると、信号種別判定器１６からは係数リセット信号ＲＳＴが出力されなくなり、これにより、適応フィルタ１８は、係数クリアの望ましい初期状態からエコー経路の推定を開始することができ、迅速に、エコー経路推定を実行することができる。また、ダブルトーク検出器１４は、クリアされた望ましい初期状態から収束を始めた適応フィルタ１８の打ち消し加算出力と、受信入力端子Ｒｉｎからの入力信号を用いてＥＲＬＥを計算して正しいダブルトーク検出を実施することができる。
【００７２】
（Ａ−３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、通話開始時などに不可避的に発生する呼制御信号を検出し、適応フィルタの係数をクリアすると共に、ダブルトーク検出器の内部状態をクリアするようにしたので、トーン信号（呼制御トーン）による誤収束を防止し、望ましい初期状態からエコーキャンセラの適応フィルタの更新を開始させることができ、迅速にエコー経路推定を実行し、ダブルトークによる性能劣化も少ないエコーキャンセラを提供することができる。ここで、エコー経路の初期遅延が短い場合であったにしても、エコーのない良好な通話を実現することができる。
【００７３】
（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明によるエコーキャンセラを、ＶｏＩＰ端末に設けられるエコーキャンセラに適用した第２の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００７４】
第２の実施形態のエコーキャンセラは、従来技術の上述した課題１、２、３に鑑みてなされたものである。
【００７５】
また、第１の実施形態を適用した場合において、ＶｏＩＰ端末６内の以下の位置に図１で図示していないトーン検出器が設けられた場合に生じる課題に鑑みてなされたものである。なお、以下のような位置に、トーン検出器が設けられていなければ、第１の実施形態は有効に機能するものである。
【００７６】
上述した図１（第１の実施形態）のように、ＶｏＩＰ端末６内にエコーキャンセラ１２を配置した場合、送信出力端子Ｓｏｕｔの出力側に、トーン性判定器１５とは無関係に、図示しないトーン検出器を設けることが多い。その理由は、電話機９から入力されるプッシュボタン信号（ＤＴＭＦ信号：ＰＢ信号）などを検出するためである。しかし、第１の実施形態のように、受信入力端子Ｒｉｎからの出力信号についてトーン性の信号として検出し、エコーキャンセラをリセットしてエコー除去しないように動作させると、下記のような不都合が発生する。
【００７７】
例えば、受信入力端子Ｒｉｎから入力されたダイヤルトーン信号の一部は、受信出力端子Ｒｏｕｔ、Ｄ／Ａ変換器７、ハイブリッド回路８、Ａ／Ｄ変換器１０を経由して、送信入力端子Ｓｉｎにエコーｙ１として入力される。上述したように、電話機９からプッシュボタン信号であるＤＴＭＦ信号ｓ１が出力されたとき、ハイブリッド回路８でエコーｙ１とＤＴＭＦ信号ｓ１が合算され、Ａ／Ｄ変換器１０を経由してエコーキャンセラ１２内に入力されるが、エコー除去なしのまま送信出力端子Ｓｏｕｔに出力される。その結果、上述したトーン検出器は、ＤＴＭＦ信号以外の余分なエコー信号ｙ１に妨害され、プッシュボタン番号をうまく検出できないなどの不都合が発生してしまう。このような問題は、上述のエコーによる不都合を想定していないＶｏＩＰ端末では頻発し、受話器を持ち上げ、ダイヤルトーン（ツー音）を聞いている状態で、ダイヤルボタンを押しても、なかなか電話番号を認識させられないという現象を引き起こす。最悪の場合、電話がかけられないなどの深刻な問題として発現する。
【００７８】
第２の実施形態は、このような課題にも鑑みたものであり、第１の実施形態と同様な効果に加え、受信入力端子Ｒｉｎからダイヤルトーン等の信号が入力されていても、電話機９からのプッシュボタン信号を検出できるようなエコーキャンセラを提供することをも目的としている。
【００７９】
（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
図７は、第２の実施形態のエコーキャンセラ１２Ａの詳細構成を周囲の構成と共に示すブロック図であり、第１の実施形態に係る上述した図１との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
【００８０】
図７において、第２の実施形態のエコーキャンセラ１２Ａは、第１の実施形態と同様に、加算器１３、ダブルトーク検出器１４、トーン性判定器１５、信号種別判定器１６Ａ及び適応フィルタ１８を有する。一方、第２の実施形態のエコーキャンセラ１２Ａは、係数制御器１７を備えず、代わりに、帯域阻止フィルタ（ＮＦ）２１、２２が設けられており、また、信号種別判定器１６Ａも、第１の実施形態のものとは多少異なる処理を行うものである。
【００８１】
第２の実施形態の信号種別判定器１６Ａは、呼制御信号か否かでなく、入力信号の具体的な呼制御信号の種別をも判定するものである。例えば、同じ４００Ｈｚのダイヤルトーンとビジートーンを区別して判定するものである。第２の実施形態の信号種別判定器１６Ａは、例えば、ＦＦＴなどによって得たスペクトラムパターンを基準のスペクトラムパターンと照合したり、入力信号の波形パターンをダイナミックレンジを揃えた後に基準の波形パターンと照合したりなどして、呼制御信号の具体的な種別をも判定する。信号種別判定器１６Ａは、入力信号がトーン信号であって具体的な種別を得たときには、帯域阻止フィルタ２１及び２２に種別情報を与えるものである。
【００８２】
帯域阻止フィルタ２１は、送信入力端子Ｓｉｎと加算器１６との間に設けられたものである。一方、帯域阻止フィルタ２２は、受信入力端子Ｒｉｎとダブルトーク検出器１４の間、及び、受信入力端子Ｒｉｎと適応フィルタ１８の間に設けられたものである。
【００８３】
各帯域阻止フィルタ２１、２２は、信号種別判定器１６Ａから種別情報が与えられたときには、その種別情報で定まる周波数成分の通過を阻止するものである。すなわち、帯域阻止フィルタ２１、２２は、通過阻止帯域などを可変し得る帯域阻止フィルタである。
【００８４】
（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
次に、第２の実施形態のエコーキャンセラ１２Ａの動作を、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００８５】
第２の実施形態の信号種別判定器１６Ａは、入力信号の具体的な種別を判定すると、その判定結果、すなわち、信号の種別を表す信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥを両帯域阻止フィルタ２１及び２２に出力する。信号種別判定器１６Ａは、入力信号が非トーン性の信号の場合にはなにも出力しない。
【００８６】
図８は、信号種別判定器１６Ａの判定結果と出力信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥとの関係の説明図である。信号種別判定器１６Ａは、図８に示すような関係を表す情報を内部記憶しており、判定結果に応じた値を有する信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥを出力する。図８の例の場合、ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥ＝１はダイヤルトーンを表している。信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥの値は、周波数と信号の種類を表すものであればどのような体系に従っているものであっても良く、図８とは異なるが、例えば、周波数を直接表す数値４００等を直接信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥの出力値とするようにしても良い。なお、入力信号が非トーン性の信号である場合にも、非トーン性の信号であることを表す値（例えば、０）を有する信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥを出力するようにしても良い。
【００８７】
信号種別判定信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥが入力された各帯域阻止フィルタ２１、２２はそれぞれ、信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥに応じた周波数を阻止するように、入力信号に対し、公知の帯域阻止フィルタ処理を施す。各帯域阻止フィルタ２１、２２はそれぞれ、信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥがないときには入力信号を通過させる。
【００８８】
帯域阻止フィルタ２１、２２は、予め用意した複数のフィルタ、すなわち、予め定めた周波数（例えば４００Ｈｚ）やその他の周波数を阻止する帯域阻止フィルタの中から一つ又は複数を選択して信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥで指示された周波数を阻止するフィルタを実現するようにしても良く、また、入力された周波数から適宜その都度適応的に周波数阻止フィルタが構成されるようにしても良い。適応的に帯域阻止フィルタ２１、２２を実現する方法について説明すると、例えば、いま信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥが指示する阻止周波数が４００Ｈｚであり、サンプリング周波数が１６ｋＨｚであるとすると、入力信号を４０（＝１６ｋＨｚ／４００Ｈｚ）サンプルだけ遅延させた信号を反転し（４００Ｈｚ周期に相当する）、遅延なしの入力信号と加算することにより４００Ｈｚトーンを除去するフィルタを実現することができる。要は、信号種別や周波数の情報に応じて、所定の周波数を除去するフィルタが実現できれば、どのような方法を用いても良い。上述のように帯域阻止フィルタ２１、２２では入力された信号種類に呼制御信号の通過を阻止する。
【００８９】
帯域阻止フィルタ２１からの出力信号は加算器１３に入力され、適宜、エコー除去がなされる。一方、帯域阻止フィルタ２２からの出力信号はダブルトーク検出器１４及び適応フィルタ１８に入力され、適宜、ダブルトーク状態の検出や擬似エコー信号ｙ’の形成に用いられる。
【００９０】
仮に、受信入力端子Ｒｉｎからの入力信号が信号種別判定器１６Ａでトーン信号と判定されたときには、帯域阻止フィルタ２２でそのトーン信号が除去されるので、適応フィルタ１８とダブルトーク検出器１４には何も入力されないと同じである。このとき、電話機９からＤＴＭＦ信号ｓ１がハイブリッド回路８に向かって出力されても、帯域阻止フィルタ２１で帯域阻止された後の信号は信号ｓ１だけとなって加算器１３に入力される。一方、受信入力端子Ｒｉｎからのトーン信号は帯域阻止フィルタ２２によって阻止され、適応フィルタ１８及びダブルトーク検出器１４には何も入力されない。すなわち、このとき、適応フィルタ１８への入力信号ｘ（ｎ）＝０となり、上述した（１）式は、（６）式のように表すことができ、係数更新は、実質上停止される。
【００９１】
ｈｋ（ｎ＋１）＝ｈｋ（ｎ＋１）＋０ …（６）
また、このような係数更新の制御に加えて、（１）式の右辺第２項の分母＝０となって割算が発散しないように、分母である入力信号の２乗総和≦ＭＩＮ（ｄＢｍ０）×積和数のときには更新を停止するようにしている（ｄＢｍ０の０ｄＢｍ０基準値＝０ｄＢｍ０は公知のＩＴＵ（国際電気通信連合）−Ｔ（通信部門）規格勧告Ｇ．７１１に記載の通り）。例えば、ＭＩＮ＝−５０ｄＢｍ０を適用できるが、これに限定されず、適宜設定すれば良い。
【００９２】
上述のように帯域阻止フィルタ２１、２２を用いると、帯域阻止フィルタ２１、２２が受信入力端子Ｒｉｎからのトーン信号及びトーンよるエコーを阻止するので、適応フィルタ１８の係数更新を手続き上、相当長時間実行したとしても、実質の更新量が０になり、係数の値自体は更新されず変化しない。また、参照入力が０である適応フィルタ１８は何も出力しないので、加算器１３に対して余分な擬似エコーｙ’を出力しない。従って、加算器１３に入力されたＤＴＭＦ信号ｓ１は一切の劣化を受けることなく、エコーｙ１だけを除去されて送信出力端子Ｓｏｕｔに出力される。送信出力端子Ｓｏｕｔからの出力信号（ＤＴＭＦ信号）は、図示しないトーン検出器で正しく検出される。
【００９３】
また、トーン信号での誤収束がないので、ダブルトーク検出器１４の内部状態も乱れることがなく、トーンに続く通常音声でのダブルトーク検出も精度良く行ってエコーを除去することができる。
【００９４】
（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
以上説明したように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果に加え、以下の効果を奏することができる。受信入力端子Ｒｉｎからトーン信号があり、収容している電話機が反対方向にＤＴＭＦ信号などのトーン信号を出力しても、エコーキャンセラ出力を用いたトーン検出器が正しくＤＴＭＦ信号を識別して電話をかけることができ、エコー経路の初期遅延の大小にかかわりなくトーン信号での誤収束がないので、ダブルトーク検出器の内部状態も乱れることがなく、トーンに続く通常音声でのダブルトーク検出も精度良く行ってエコーを除去することができる。
【００９５】
（Ｃ）第３の実施形態
次に、本発明によるエコーキャンセラを、構内交換装置に設けられるエコーキャンセラに適用した第３の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００９６】
第３の実施形態のエコーキャンセラは、内線交換が発生するＰＢＸ接続のようなエコー経路切り替えがある大規模系に適用したとき、エコー打消し不可能状態から自動的に脱出して、エコーのない通話を実現することを達成しようとしたものであり、従来技術の上述した課題１〜４に鑑みてなされている。
【００９７】
（Ｃ−１）第３の実施形態の構成
図９は、第３の実施形態のエコーキャンセラの詳細構成を、周囲の構成と共に示すブロック図であり、既述した第１、第２の実施形態に係る図１、図７との同一、対応部分には同一、対応符号を付して示している。
【００９８】
図９において、第３の実施形態のエコーキャンセラ１２Ｂは、内線転送機能を有する構内交換装置（ＰＢＸ）６Ｂに設けられている。構内交換装置６Ｂは、例えば、転送前後の電話機９−１、９−２を収容し、４線２線変換するハイブリッド回路８−１、８−２と、電話機９−１又は９−２へ向かうデジタル信号をデジタル／アナログ変換するデジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）７、電話機９−１又は９−２が出力した信号をアナログ／デジタル変換するアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）１０と、Ｄ／Ａ変換器７の出力信号をハイブリッド回路８−１又は８−２に与えるスイッチ３０−１と、ハイブリッド回路８−１又は８−２から出力された信号をＡ／Ｄ変換器１０に与えるスイッチ３０−２と、第３の実施形態のエコーキャンセラ１２Ｂとを有している。なお、スイッチ３０−１及び３０−２は連動して切替動作するものである。
【００９９】
第３の実施形態のエコーキャンセラ１２Ｂは、加算器１３、ダブルトーク検出器１４Ｂ、トーン性判定器１５Ｂ、信号種別判定器１６Ｂ、係数制御器１７Ｂ、適応フィルタ１８、帯域阻止フィルタ２１、２２、フィルタ状態判定器３１及びエコー消去量計算器（ＡＣＡＮＣ）３２を有する。
【０１００】
加算器１３、適応フィルタ１８及び帯域阻止フィルタ２１、２２は第２の実施形態のものと同様である。
【０１０１】
第３の実施形態のトーン性判定器１５Ｂは、既述した実施形態の機能に加え、ＤＴＭＦ信号のような２種類の合成トーン信号をも判定し得るものである。
【０１０２】
第３の実施形態の信号種別判定器１６Ｂは、トーン性判定器１５Ｂの判定結果を利用し、ＤＴＭＦ信号のような２種類の合成トーン信号の種別も判定し得るものである。信号種別判定器１６Ｂは、また、トーン信号の終了も判定するものである。
【０１０３】
エコー消去量計算器３２は、加算器１３の入出力信号から、言い換えると、エコー成分を有する入力信号と、エコー除去動作がなされた後の出力信号とから、エコー消去量を計算するものである。
【０１０４】
フィルタ状態判定器３１は、信号種別判定器１６Ｂの判定結果と、エコー消去量計算器３２の計算結果とから、適応フィルタ１８の状態を判定するものである。
【０１０５】
第３の実施形態の係数制御器１７Ｂは、フィルタ状態判定器３１による判定結果から、適応フィルタ１８の係数更新の停止や係数のクリアなどの制御内容を定めるものである。
【０１０６】
第３の実施形態のダブルトーク検出器１４Ｂは、係数制御器１７Ｂによる制御内容と、自己におけるダブルトークの検出結果とに応じて、適応フィルタ１８に対する係数更新を制御するものである。
【０１０７】
（Ｃ−２）第３の実施形態の動作
次に、第３の実施形態のエコーキャンセラ１２Ｂの動作を説明する。以下では、着呼側電話機９−１から着呼側の他の電話機９−２に切り替える転送が発生するときの様子を説明する。ここで、転送が発生する前後の説明であるので、図示しない発呼電話機と着呼側電話機９−１は既に一旦、通話している状態であるとして説明をする。
【０１０８】
まず、図示しない発呼側電話機から出力された音声信号は、エコーキャンセラ１２Ｂの前段の図示しないＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換されて受信入力端子Ｒｉｎに入力される。受信入力端子Ｒｉｎに入力された信号は、帯域阻止フィルタ２２、トーン性判定器１５Ｂに与えられると共に、受信出力端子Ｒｏｕｔからそのまま出力されてＤ／Ａ変換器７に入力される。
【０１０９】
Ｄ／Ａ変換器７でアナログ信号に変換された信号は、スイッチ３０−１を経由してハイブリッド回路８−１に入力され、このハイブリッド回路８−１を介して電話機９−１に与えられると共に、信号の一部はハイブリッド回路８−１で反射され、エコー信号ｙ１となる。エコー信号ｙ１は、スイッチ３０−２を経由してＡ／Ｄ変換器１０に与えられ、再びデジタル信号に変換されてエコーキャンセラ１２Ｂの送信入力端子Ｓｉｎに入力される。
【０１１０】
送信入力端子Ｓｉｎに入力された信号は、帯域阻止フィルタ２１に入力される。各帯域阻止フィルタ２１、２２では、後述するように、信号種別判定器１６Ｂの出力に応じたトーン性信号を除去し、トーン除去後の信号Ｓｉｎ＿ＡＣをエコー消去量計算器３２に出力すると共に、加算器１３に出力する。加算器１３はトーン除去後の信号Ｓｉｎ＿ＡＣと擬似エコーｙ’を加算してエコーを除去する。加算器１３からの出力信号ｒｅｓは、ダブルトーク検出器１４Ｂ、エコー消去量計算器３２に入力され、また、送信出力端子Ｓｏｕｔから、図示しない遠方の発呼側電話機に向かって送出される。
【０１１１】
ここで、エコー消去量計算器３２の動作について説明する。エコー消去量計算器３２は、例えば、（４）式に従って、エコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ）を計算する。（４）式において、ｎは第ｎ回目の計算値であることを表している。
【数３】
【０１１２】
（４）式では、直接Ｓｉｎ＿ＡＣ（ｎ）、ｒｅｓ（ｎ）の自乗比を対数計算したものであるが、信号のおおまかな振る舞いに重点をおき、緩やかな特性の変化を監視するためであれば、（５）式のように、Ｓｉｎ＿ＡＣ、ｒｅｓを所定サンプル数（例えば１６０サンプル）ずつ集め、その総和をとってから両方の比をとり、対数計算するなどしても良い。また、自乗ではなく絶対値を用いるようにしても良い。（５）式において、Ｍは平均したいサンプル数であり、例えば１６０などにすれば良いが、このサンプル数に限定されるものではない。
【数４】
【０１１３】
要は、加算器１３の前後の信号のレベル比やパワー比を計算する方法であれば、エコー消去量計算器３２による計算方法はどのような方法であっても良い。（４）式で得られたエコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ）は、加算器１３の前後の信号の自乗を対数比で計算したものであり、エコーキャンセラ１２Ｂの収束に従って加算器１３からの出力信号ｒｅｓが小さくなると、エコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ）の値は大きくなっていく。エコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ）の初期値としては０を適用できるが、これに限定されるものではない。エコー消去量計算器３２は、計算したエコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ）をフィルタ状態判定器３１に入力する。
【０１１４】
この第３の実施形態では、エコーの除去量を計算するために、加算器１３の前後の信号を用いてエコー消去量計算器３２によってエコー消去量を計算するようにしたが、別な方法の例を挙げれば、以下の通りである。受信入力端子Ｒｉｎ及び受信出力端子Ｒｏｕｔ間の任意の１点と、加算器１３の直後の点から信号をとり、エコー経路の減衰分を含んだエコー減衰量を計算するようにしても良い。
【０１１５】
フィルタ状態判定器３１には、エコー消去量計算器３２からエコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ）が与えられ、また、信号種別判定器１６Ｂから後述する帯域阻止フィルタ制御信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥ、トーン終了信号ＴＥＮＤが与えられる。
【０１１６】
以下、第３の実施形態のトーン性判定器１５Ｂ及び信号種別判定器１６Ｂの動作を説明する。
【０１１７】
信号種別判定器１６Ｂにはトーン性判定器１５Ｂの出力信号が入力されている。第３の実施形態のトーン性判定器１５Ｂは、第２の実施形態のトーン性判定器の機能に加え、ＤＴＭＦ信号、すなわち、２種類の合成トーン信号を判定できるようになされている。トーン性判定器１５Ｂは、２種類の合成トーン信号を判定できるように、予め信号を大まかな二つの帯域に分けるようになされている。これは、ＤＴＭＦ信号が、高周波数で構成される「高群」と低周波数で構成される「低群」の２種のトーンを合成して生成されていることに基づいている。
【０１１８】
この第３の実施形態においては、トーン性判定器１５Ｂは、「高群」を分離するために、１０００Ｈｚから１７００Ｈｚを通過域にしているバンドパスフィルタと、「低群」を分離するために、６００Ｈｚから９８０Ｈｚを通過域にしているバンドパスフィルタと、第１、第２の実施形態で説明したような４００Ｈｚ近辺の「呼制御信号群」を分離するための０Ｈｚから５００Ｈｚを通過域にしているバンドパスフィルタとを内蔵しており、トーン性判定器１５Ｂは、これら各バンドパスフィルタによる帯域分割後の信号に対して、第１の実施形態で説明したと同様のゼロクロスによるトーン周波数の判定を行うようになされている。
【０１１９】
第３の実施形態の信号種別判定器１６Ｂは、「呼制御信号群」の周波数帯域の信号に関しては、上述した第２の実施形態のように信号種別を判定し（図８参照）、「高群」及び「低群」の周波数帯域を共に有する信号に関しては、内部に記憶している図１０に示すような入力と判定結果と出力との関係情報に基づき、信号の種別を判定する。なお、「呼制御信号群」と「高群」とが検出された場合や、「呼制御信号群」と「低群」とが検出された場合や、「呼制御信号群」と「高群」と「低群」とが検出された場合などでは、トーン性の信号ではないと取り扱うようにしても良いが、これに限定されるものではない。
【０１２０】
信号種別判定器１６Ｂは信号種別を判定すると、その判定結果、すなわち、信号の種別を表す信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥを帯域阻止フィルタ２１、２２とフィルタ状態判定器３１とに出力する。信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥは、例えば、信号を識別する値（番号）と信号種類とが図８及び図１０のように関連付けされているなど、周波数と信号の種類が対応付けられるものであれば、どのような値の体系をもっているものであっても良い。
【０１２１】
図８及び図１０の例であれば、ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥ＝１であればダイヤルトーン（ＤＴ）を表し、ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥ＝５であればＤＴＭＦ信号の「１」を表している。
【０１２２】
信号種別判定器１６Ｂから信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥが入力された各帯域阻止フィルタ２１、２２はそれぞれ、信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥに応じて定まる周波数を阻止するように、入力信号に対し、公知の帯域阻止フィルタ処理を施す。帯域阻止フィルタ２１、２２の振る舞いは、第２の実施形態と同様であるが、この第３の実施形態の場合、信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥがＤＦＭＦ信号を指示しているときに、２種類の信号を除去する点が第２の実施形態のものとは異なっている。例えば、「高群」及び「低群」用に予め用意されている複数の帯域阻止フィルタの中から、それぞれ、信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥに応じて定まる「高群」及び「低群」用のフィルタを選択することで（これらは縦続接続される）ＤＴＭＦ信号に応じた帯域除去を行うようにする。なお、ＤＴＭＦ信号の帯域を阻止する構成方法はこの方法に限定されるものではない。
【０１２３】
第３の実施形態の場合、信号種別判定器１６Ｂはフィルタ状態判定器３１にも信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥを出力する。また、信号種別判定器１６Ｂは、トーン性判定器１５Ｂからの信号がトーン性あり信号ＴＯＮからトーン性なし信号ＴＯＦＦに変化したときに、トーン終了信号ＴＥＮＤをフィルタ状態判定器３１に出力する。
【０１２４】
フィルタ状態判定器３１は、信号種別判定器１６Ｂからの出力信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥ及びＴＥＮＤと、エコー消去量計算器３２からの出力信号に応じて以下のように動作する。
【０１２５】
フィルタ状態判定器３１は、信号種別判定器１６Ｂから信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥが入力されていないときには、すなわち、受信入力端子Ｒｉｎからの入力信号がトーン性を持っていない期間では、エコー消去量計算器３２からの出力信号を、予め定められた一定時間の間隔で更新しながら保持する。例えば、２０ｍｓおきに更新保持を実行するが、更新間隔はこれに限定されるものではない。
【０１２６】
一方、フィルタ状態判定器３１は、信号種別判定器１６Ｂから信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥが入力されると、エコー消去量計算器３２の出力信号を、下記のように、条件１〜条件４に分類して動作する。
【０１２７】
条件１： ＡＣＡＮＣ（ｎ）≧Ｅ＿ＡＣＡＮＣ ｄＢ
条件２： ＡＣＡＮＣ（ｎ）＜Ｅ＿ＡＣＡＮＣ ｄＢ
なお、条件１及び条件２を規定する閾値パラメータＥ＿ＡＣＡＮＣとして、例えば、２０ｄＢを適用する。但し、閾値パラメータＥ＿ＡＣＡＮＣの値は、この値に限定されるものではない。
【０１２８】
条件１が成立するときには、言い換えると、エコー消去量が大きいときには、フィルタ状態判定器３１は、係数制御器１７Ｂに適応フィルタ１８の係数更新停止を促す信号ＡＤＰ＿ＳＴＰを出力する。係数制御器１７Ｂは、信号ＡＤＰ＿ＳＴＰをダブルトーク検出器１４Ｂを経由して適応フィルタ１８に出力し、適応フィルタ１８の係数更新を停止させる。
【０１２９】
トーン信号の期間が終わり、フィルタ状態判定器３１に信号種別判定器１６Ｂからの信号ＴＥＮＤが入力されると、一旦、フィルタ状態判定器３１は、エコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ）の更新保持を停止し、次回のエコー消去量ＡＣＡＮＣの更新期間がくるのを待つ。そして、フィルタ状態判定器３１は、新たにエコー消去量計算器３２でエコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ＋１）が計算されて、フィルタ状態判定器３１に出力されてくると、エコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ＋１）と先に保持したＡＣＡＮＣ（ｎ）との比較を行う。
【０１３０】
つまり、トーン性信号がエコーキャンセラ１２Ｂに入力された前後のエコー消去量ＡＣＡＮＣ（．）を比較する。（．）は任意のｎを表す。その後、条件１に続いて、後述する条件３、４の判定を実行し、各々の結果に応じた動作を実行する。
【０１３１】
一方、条件２が成立するときには、言い換えると、エコー消去量が小さいときには、フィルタ状態判定器３１は、係数制御器１７Ｂに適応フィルタ１８の係数更新停止を促す信号ＡＤＰ＿ＳＴＰを出力しない。
【０１３２】
フィルタ状態判定器３１は、下記の条件３、４を判定し、結果に応じて各々動作する。なお、条件３及び４におけるΔ１として３ｄＢ、Δ２として０ｄＢを適用できるが、これらに限定されるものではない。
【０１３３】
条件３： Δ２＜ＡＣＡＮＣ（ｎ＋１）＜ＡＣＡＮＣ（ｎ）−Δ１
条件４： ＡＣＡＮＣ（ｎ＋１）＜Δ２
条件３が成立したときには、言い換えると、トーン性信号が入力されているが、エコー消去量が入力前よりかなり小さいときには、フィルタ状態判定器３１は、係数制御器１７Ｂに係数更新促進信号ＡＤＰ＿Ｆを出力する。
【０１３４】
条件４が成立したときには、言い換えると、エコー除去動作を行うことによりエコー消去量が負になってしまったときには、係数リセット信号ＡＤＰ＿ＲＳＴを係数制御器１７Ｂに出力する。
【０１３５】
なお、条件３も条件４も成立しないときには、フィルタ状態判定器３１は、係数制御器１７Ｂに何ら出力しない。
【０１３６】
上記の条件３に代え、下記の条件３の変形例を適用するようにしても良い。条件３の変形例は、下限固定値Δ２の代わりに、ＡＣＡＮＣ（ｎ）を利用して、上下にマージン幅を設定したものである。
【０１３７】
条件３の変形例：
ＡＣＡＮＣ（ｎ）−Δ３＜ＡＣＡＮＣ（ｎ＋１）＜ＡＣＡＮＣ（ｎ）−Δ１
係数制御器１７Ｂは、フィルタ状態判定器３１から係数リセット信号ＡＤＰ＿ＲＳＴが入力されたときは、ダブルトーク検出器１４Ｂに対して、リセット信号ＲＳＴを出力する。このリセット信号ＲＳＴは、ダブルトーク検出器１４Ｂを経由して適応フィルタ１８に与えられ、適応フィルタ１８は、フィルタ係数をリセットしてから係数更新を再開させる。ここでは、ダブルトーク検出器１４Ｂと適応フィルタ１８の両方をリセットさせるようにしたが、適応フィルタ１８だけをリセットさせるようにしても良い。
【０１３８】
また、係数制御器１７Ｂは、フィルタ状態判定器３１から係数更新促進信号ＡＤＰ＿Ｆが入力されたときには、ダブルトーク検出器１４Ｂをリセットさせるが、適応フィルタ１８をリセットさせず、係数更新動作を強制的に実行するように制御する。
【０１３９】
この第３の実施形態では、係数制御器１７Ｂが適応フィルタ１８の制御をダブルトーク検出器１４Ｂを経由して行うようにしたが、係数制御器１７Ｂが、適応フィルタ１８とダブルトーク検出器１４Ｂを各々制御するようにしても良い。
【０１４０】
第３の実施形態の動作が、従来技術における課題４をどのように解決しているかを説明する。ここでも、課題の項で述べた通り、転送時点のエコーキャンセラの適応フィルタの収束状態の良否と転送前後のエコー経路特性の変化の大小の組み合わせに応じて説明する。
【０１４１】
内線転送が発生する最も典型的な例は、図示しない遠端話者（図９の発呼側話者）が転送のための操作をプッシュボタンに対して行い（ＤＴＭＦ信号が出力される）、その後に、構内交換装置（ＰＢＸ）６Ｂの転送機能により、着呼側電話機が電話機９−１から電話機９−２に変わるときである。つまり、初めにつながった電話機９−１とは異なる電話機９−２を指定するプッシュボタンを操作し、実際に、別の電話機９−２に再接続されるケースである。
【０１４２】
（内線転送ケースＡ）
内線転送ケースＡは、適応フィルタ１８の収束が不十分であり、転送前後のハイブリッド回路８−１及び８−２の応答特性がほとんど変わらないケースである。
【０１４３】
転送前に多少の通話が行われ、音声によって適応フィルタ１８は収束の途中である。又は、トーン検出までの間に多少の係数擾乱を受けた場合、このケースＡにあてはまる。
【０１４４】
適応フィルタ１８の収束が不十分なときにおいて、遠端話者は、例えば、プッシュボタンを操作する（ＤＴＭＦ信号を入力する）などして、異なる電話機９−２に対する接続を要求する。
【０１４５】
受信入力端子Ｒｉｎに入力されたＤＴＭＦ信号は、帯域阻止フィルタ２２、トーン性判定器１５Ｂに入力され、また、受信出力端子Ｒｏｕｔからそのまま出力されてＤ／Ａ変換器７に与えられる。
【０１４６】
トーン性判定器１５Ｂはトーン性を検出する。トーン性判定器１５Ｂの出力に応じて、信号種別判定器１６Ｂから信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥが出力され、各帯域阻止フィルタ２１、２２において、信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥに応じた周波数の通過が阻止される。
【０１４７】
この結果、ＤＴＭＦ信号が生じている間は帯域阻止フィルタ２１によってＤＴＭＦ信号は阻止されるので、適応フィルタ１８及びダブルトーク検出器１４Ｂには、ＤＴＭＦ信号が入力されていないのと同様な状態になっている。従って、ＤＴＭＦ信号が受信入力端子Ｒｉｎに長時間入力されても、適応フィルタ１８の係数が乱れることはないが、係数の収束が最適状態に進行することもない。
【０１４８】
ケースＡは、適応フィルタ１８の収束が不十分なときであり、エコー消去量が少ないので、条件２が成立する（条件１が成立したときは後述する）。ＤＴＭＦ信号が終了すると、信号種別判定器１６Ｂからはトーン終了信号ＴＥＮＤが出力される。この信号ＴＥＮＤを受けたフィルタ状態判定器３１は、前回保持したエコー消費量ＡＣＡＮＣ（ｎ）と新たにエコー消去量計算器３２から出力されたエコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ＋１）を比較する。このケースＡの場合、ハイブリッド回路８−１の特性とハイブリッド回路８−２の特性がほぼ同様であるので、適応フィルタ１８が係数更新を実行すれば、ＡＣＡＮＣ（ｎ＋１）≧ＡＣＡＮＣ（ｎ）となる。従って、係数制御器１７Ｂはなにも出力しない。
【０１４９】
条件１が成立したときは、一旦、フィルタ状態判定器３１は、係数制御器１７Ｂを経由して適応フィルタ１８の係数更新を停止するが、そもそも条件１が成立するということはＤＴＭＦ信号の前の信号でハイブリッド回路の特性を推定できていたということである。ケースＡは、転送前後のハイブリッド回路８−１とハイブリッド回路８−２の特性が等しいときであるので、適応フィルタ１８はそのまま係数の更新を進行することが望ましく、係数制御器１７Ｂは、なにも出力しない。その結果、適応フィルタ１８、ダブルトーク検出器１４Ｂは所望の通り、通常のエコー除去動作を進行し、トーン信号の発生前後でエコーの劣化なくエコー除去を進行できる。
【０１５０】
（内線転送ケースＢ）
内線転送ケースＢは、適応フィルタ１８の収束が不十分であり、転送前後でハイブリッド回路８−１、８−２の特性が変わるケースである。
【０１５１】
ケースＢでも、ＤＴＭＦ信号が終了し、信号種別判定器１６Ｂからトーン終了信号ＴＥＮＤが出力され、この信号ＴＥＮＤを受けたフィルタ状態判定器３１が、前回保持したエコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ）と新たにエコー消去量計算器３２から出力されたエコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ＋１）を比較するまでの各部の動作は、ケースＡの場合と同様である。
【０１５２】
フィルタ状態判定器３１は、信号種別判定器１６Ｂから信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥが入力されると、エコー消去量計算器３２からの出力に基づいて、条件１又は条件２が成立するかを判定する。適応フィルタ１８の収束が不十分であるので、このケースＢでは、ほとんどの場合、条件２が成立する（条件１が成立したときは後述する）。
【０１５３】
しかも、このケースＢでは、転送を境にしてハイブリッド回路の応答特性が、一致していないハイブリッド回路８−１の特性から、ハイブリッド回路８−２の特性に変化する。適応フィルタ１８が係数更新を実行しようとしても、エコー経路推定の対象が、ハイブリッド回路８−１からハイブリッド回路８−２に変化してしまっている。当然、適応フィルタ１８で発生する擬似エコーは不適切なものとなり、ＡＣＡＮＣ（ｎ＋１）＜ＡＣＡＮＣ（ｎ）となる。多くの場合、ＡＣＡＮＣ（ｎ＋１）＜０となる。
【０１５４】
従って、フィルタ状態判定器３１の判定結果が条件１であれ、条件２であれ、その後の条件判定は必ず条件３又は４のどちらかになる。また、ダブルトーク検出器１４Ｂは、急激なエコー消費量の劣化に伴って、経路変動後のエコーを近端の話者信号と誤判定し、状態をダブルトークと判定し、適応フィルタ１８の係数更新を一旦停止する。
【０１５５】
フィルタ状態判定器３１は、上述したように、信号種別判定器１６Ｂからの出力ＴＥＮＤを受ける前後のエコー消去量ＡＣＡＮＣの変化が条件３若しくは条件４に合致するかどうかを判定し、まず、ダブルトーク検出器１４Ｂのリセットを行い、ダブルトーク検出器１４Ｂの誤判定を解除する。フィルタ状態判定器３１は、次に、適応フィルタ１８の制御を行うが、下記のように条件３、条件４に応じて制御を変える。
【０１５６】
ａ）条件３が成立するとき
条件３が成立するということは、エコー消去量ＡＣＡＮＣが所定の許容範囲で劣化していることを表すものである。従って、多少のエコー除去が可能な状態ではあるが、最適なエコー経路推定のためには、収束をさらに実行することが望ましい。そのため、フィルタ状態判定器３１は、係数制御器１７Ｂに係数更新促進信号ＡＤＰ＿Ｆを出力し、適応フィルタ１８のフィルタ係数を更新させる。
【０１５７】
ｂ）条件４が成立するとき
条件４におけるパラメータΔ２が例えば０ｄＢである場合において、条件４が成立するということは、エコー消去量ＡＣＡＮＣが負、すなわち、エコー除去が失敗し、むしろ、エコーを強調していることを示している。この場合には、最適なエコー経路推定のためには、適応フィルタ１８の係数を一旦破棄して再収束動作を実行することが望ましい。従って、係数制御器１７Ｂは、係数リセット信号ＡＤＰ＿ＲＳＴをダブルトーク検出器１４Ｂを経由して適応フィルタ１８に出力し、フィルタ係数をリセットしてから係数更新を再開させる。なお、第３の実施形態では、ダブルトーク検出器１４Ｂを経由して適応フィルタ１８をリセットするようにしたが、係数制御器１７Ｂが直接適応フィルタ１８をリセットするようにしても良い。
【０１５８】
上記条件３及び条件４に応じた適応フィルタ１８の制御がなされるため、ハイブリッド回路の特性が転送前後で変化しても、エコーキャンセラ１２Ｂは、速やかに新しく接続されたハイブリッド回路８−２の特性に再追従するので、速やかにエコーを除去した通話が可能になる。
【０１５９】
（内線転送ケースＣ）
内線転送ケースＣは、適応フィルタ１８の収束が十分であって、転送前後で、ハイブリッド回路の特性がほとんど変わらないケースである。
【０１６０】
このケースＣでは、適応フィルタ１８の収束は十分であるので、フィルタ状態判定器３１では条件１が成立する。推定済みエコー経路は、音声周波数帯域を満遍なく推定できており、音声信号だけでなく、トーン性信号のエコーも当然除去できる。一方、エコー除去残差ｒｅｓもほぼ０であるから、（１）式における係数更新量も０になり、たとえ、トーン性信号が入力されても、係数更新はほとんど止まったのと同然である。
【０１６１】
例外的に、長時間（例えば１分）の間、ＤＴＭＦ信号を入力するなどすれば、徐々に適応フィルタ１８の係数が破壊されていく場合があり、ケースＣでは、これを防止すれば良い。
【０１６２】
既述したように、フィルタ状態判定器３１、信号種別判定器１６Ｂ及び帯域阻止フィルタ２１、２２の組み合わせがこの役目を担っている。信号種別判定器１６Ｂから信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥが出力されている状態で条件１が成立したときは、フィルタ状態判定器３１は、係数制御器１７Ｂに、適応フィルタ１８の係数更新停止を促す信号ＡＤＰ＿ＳＴＰを出力するので、適応フィルタ１８の係数更新は停止され、転送後に、係数更新を再開するので問題なくエコーを除去し続けることができる。
【０１６３】
転送ケースＣにおいても、その後、条件３、条件４に応じた同様の動作をするのであるが、ケースＣでは、転送前後のハイブリッド回路の特性は変化しないとみなせる。従って、応答特性の面からは、ハイブリッド回路８−１とハイブリッド回路８−２とがほぼ等しいので、ＤＴＭＦ信号の入力がさほど長時間でなければ適応フィルタ１８の係数は乱されず、転送前後で、エコー消去量ＡＣＡＮＣの劣化はない。従って、エコーキャンセラ１２Ｂはそのまま動作を続けてもなんら問題ない。
【０１６４】
また、ＤＴＭＦ信号が長時間入力されても、信号種別判定器１６Ｂの出力ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥを受けたフィルタ状態判定器３１が、以後の適応フィルタ１８の係数擾乱を防止している。万が一、トーン種別の判定が遅れ、信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥの入力によるフィルタ状態判定器３１による適応フィルタ１８の係数更新停止が遅れた場合には、適応フィルタ１８の係数が乱されるが、その場合は、転送を境にエコー消去量ＡＣＡＮＣが劣化するので、ＤＴＭＦ信号の終了後に、信号種別判定器１６Ｂから信号ＴＥＮＤが入力されたフィルタ状態判定器３１が、再びエコー消去量ＡＣＡＮＣの条件３、４で判定し、以後、ケースＡ、Ｂと同様に動作する。つまり、最悪でも、転送後には、前述のケースＡ、Ｂと同様に、速やかに適応フィルタ１８を再収束させ、エコーを除去できる。
【０１６５】
（内線転送ケースＤ）
内線転送ケースＤは、適応フィルタ１８の収束が十分であって、転送を境にハイブリッド回路の特性が変わるケースである。
【０１６６】
このケースでは、転送の前に、エコーキャンセラ１２Ｂは十分収束しているので、条件１が成立している。
【０１６７】
従って、上述したように、フィルタ状態判定器３１の出力によって、係数制御器１７Ｂは、適応フィルタ１８の係数更新を一旦停止するが、ＤＴＭＦ信号の通過後は、条件３又は条件４が成立するので、適応フィルタ１８の収束が再開され、転送後、速やかに適応フィルタ１８は再収束を開始し、エコーを除去することができる。
【０１６８】
（Ｃ−３）第３の実施形態の効果
以上詳細に説明したように、第３の実施形態によれば、受信入力端子からダイヤルトーンなどのトーン信号があり、収容している電話機が反対方向にＤＴＭＦ信号を出力しても、エコーキャンセラの出力を用いるトーン検出器が正しくＤＴＭＦ信号を識別して電話番号を判別して電話をかけることができ、プッシュボタン操作での転送があっても、迅速に、エコー経路の再推定を実行し、ダブルトークによる性能劣化も少なく、エコー経路の初期遅延が小さい場合であったにしても、速やかに再収束してエコーのない良好な通話を実現でき、このような効果に加え、さらに、内線転送などが発生する大規模な系に適用しても、内線転送によって、エコー除去性能が劣化することがないので、優れた音声品質を提供可能にするエコーキャンセラが実現できる。
【０１６９】
（Ｄ）第４の実施形態
次に、本発明によるエコーキャンセラを、構内交換装置に設けられるエコーキャンセラに適用した第４の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【０１７０】
第４の実施形態は、人間同士の通話において、偶発的に人間の音声がトーン性を示す場合があることに鑑みてなされたものである。
【０１７１】
（Ｄ−１）第４の実施形態の構成
図１１は、第４の実施形態のエコーキャンセラの詳細構成を、周囲の構成と共に示すブロック図であり、第３の実施形態に係る図９との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
【０１７２】
図１１において、第４の実施形態のエコーキャンセラ１２Ｃは、第３の実施形態のトーン性判定器１５Ｂ及び信号種別判定器１６Ｂの構成部分を、信号成分判定器４０に置き換えている点が第３の実施形態と異なっており、その他は、第３の実施形態と同様である。
【０１７３】
信号成分判定器４０は、受信入力端子Ｒｉｎからの入力信号に基づき、信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥ及びＴＥＮＤを形成するものであり、その形成方法については、動作説明の項で明らかにする。
【０１７４】
（Ｄ−２）第４の実施形態の動作
第４の実施形態が第３の実施形態と異なっているのは、信号成分判定器４０の動作だけであるので、それについて説明し、他の部分についての説明は省略する。
【０１７５】
信号成分判定器４０は、入力信号が、既知の呼制御信号（例えばＤＴ、ＤＴＭＦなど）の種別かそれ以外かに拘わらず、入力信号が広帯域性の信号（入力信号の成分が広帯域に渡っている）か、そうでないかを判定するものである。信号成分判定器４０は、例えば、呼制御信号ではない１５００Ｈｚなどのトーン信号などもトーン信号として判定するように動作する。
【０１７６】
以下、信号成分判定器４０における判定方法を説明する。
【０１７７】
信号成分判定器４０は、例えば、入力信号に高速離散フーリエ変換（ＦＦＴ）を施し、個々の単一周波数成分に分解する。例えば、２５６点のＦＦＴを用いて、入力信号を周波数成分に変換する。サンプリング周波数を１６ｋＨｚとし、２５６点のＦＦＴを用いると、入力信号の０〜８ｋＨｚの帯域に対し１２８個の分解能で各周波数成分を計算し、パワースペクトルＰ＿ｆ（ｋ）を求めることができる。この第４の実施形態では、各パワースペクトルのうち、最も小さい周波数ｍｉｎ＿ｆのパワーＰ＿ｍｉｎ＿ｆをノイズフロア周波数パワーレベルとみなし、下記の条件５を満たすとき、「周波数成分あり」とみなすようにした。
【０１７８】
条件５： Ｐ＿ｆ（ｋ）＞Ｐ＿ｍｉｎ＿ｆ＋δｆ
ここで、δｆは、判定用オフセット値であり、１５ｄＢを適用できるが、この値に限定されるものではない。ｋは分解した周波数のうち何番目の周波数であるかを表しており、０≦ｋ≦１２７の１２８個の値をとり得る。
【０１７９】
信号成分判定器４０は、条件５を満足した周波数ｆ（ｋ）の個数を内蔵するカウンタでカウントし、そのカウント結果Ｃ＿ＦがＣ＿Ｆ＜ＴＨ＿ＶＯＩＣＥであるとき、入力された信号が任意トーン性信号とみなして信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥをフィルタ状態判定器３１に出力する。閾値パラメータＴＨ＿ＶＯＩＣＥとして、例えば、４を適用できるが、これに限定されない。
【０１８０】
この第４の実施形態ではトーン信号の種別を判定する必要がないので、第１〜第３の実施形態のように、信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥを形成するための情報を予め格納しておき、その情報を参照する必要がなく、信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥの出力の有無だけが問題である。
【０１８１】
なお、帯域阻止フィルタ２１、２２やフィルタ状態判定器３１の構成との関係で、信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥに番号を付与する必要があるときには、例えば、上述した図８や図１０で適用されていない番号を用いる。
【０１８２】
第４の実施形態の場合、検出されるトーン信号の周波数が予め定まっていないので、帯域阻止フィルタ２１、２２には、周波数情報を盛り込んだ信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥを与えてフィルタ動作させれば良い。
【０１８３】
信号成分判定器４０は、トーン信号を上述したように条件５に従って検出している状態から検出し得なくなった状態に変化したときに、トーン信号の終了を表す信号ＴＥＮＤをフィルタ状態判定器３１に出力する。
【０１８４】
（Ｄ−３）第４の実施形態の効果
第４の実施形態によれば、呼制御信号に分類されない任意のトーン信号（例えば、人間同士の通話における偶発的な人間のトーン性音声）に対する誤収束と、それに続くエコーキャンセラの誤動作を防止することができる。
【０１８５】
任意のトーン信号が入力される現象は、例えば、片方、あるいは両方の話者の背景音として話者音声と同じレベルで音楽がかかっている場合や、話者が通話中に歌唱を行う、話者個人の音声周波数特性が特異的にトーン性を持つ、などの場合に非常にまれではあるが発生する。そして、発生するトーン性の周波数は、呼制御トーンの周波数に限らず、任意であるので、既知の周波数表を参照することができない。第４の実施形態は、信号成分判定器４０を設けて、たとえ周波数が任意であっても入力信号のトーン性を検出し、検出結果後は、第３の実施形態と同様に、適応フィルタとダブルトーク検出器を制御するようにしたので、適応フィルタの誤収束を防止し、エコー経路の初期遅延が小さくても誤収束の状態からすみやかに復帰し、ダブルトーク検出器も誤判定の状態から復帰でき、その結果、エコーを劣化することなく除去し続けることができるエコーキャンセラを実現できる。
【０１８６】
（Ｅ）第５の実施形態
次に、本発明によるエコーキャンセラを、構内交換装置に設けられるエコーキャンセラに適用した第５の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【０１８７】
第５の実施形態のエコーキャンセラは、第３や第４の実施形態より、ハード規模を小さくしようとしたものである。
【０１８８】
（Ｅ−１）第５の実施形態の構成
図１２は、第５の実施形態のエコーキャンセラの詳細構成を、周囲の構成と共に示すブロック図であり、第３の実施形態に係る図９との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
【０１８９】
図１２において、第５の実施形態のエコーキャンセラ１２Ｄは、第３の実施形態と比較すると、帯域阻止フィルタ２１、２２が設けられていないこと、信号種別判定器１６Ｄの機能が第３の実施形態のものから多少変わっていることが異なっている。
【０１９０】
（Ｅ−２）第５の実施形態の動作
次に、第５の実施形態のエコーキャンセラ１２Ｄの、第３の実施形態のものと異なっている動作を説明する。
【０１９１】
着呼側電話機９−１、９−２の間に転送が発生するときの様子を説明する。転送が発生する前後の説明であるので、図示しない発呼側電話機と着呼側電話機９−１とは、既に通話している状態であるとして説明をする。
【０１９２】
信号種別判定器１６Ｄは、トーン性判定器１５Ｂの出力がトーン性あり信号ＴＯＮからトーン性なし信号ＴＯＦＦになったとき、フィルタ状態判定器３１にトーン信号の終了を表す信号ＴＥＮＤを出力する。
【０１９３】
フィルタ状態判定器３１は、信号種別判定器１６Ｄからの出力ＴＥＮＤがあったときには、第３の実施形態と同様に上述した条件１〜条件４の判定を行い、判定結果に応じて、係数制御器１７Ｂに係数制御用の信号ＡＤＰ＿Ｆ、ＡＤＰ＿ＳＴＰ又はＡＤＰ＿ＲＳＴを出力し、適応フィルタ１８の係数更新を制御する。このような制御時以外では、適応フィルタ１８はダブルトーク検出器１４Ｂの係数更新制御に従う。
【０１９４】
以下、転送時の動作について説明するが、既述した実施形態と異なり、この第５の実施形態では、ハイブリッド回路の応答特性の変動、及び、適応フィルタの収束状態の良否を細かく分ける必要がないので、まとめて説明する。
【０１９５】
転送前に多少の通話が行われ、音声によって適応フィルタ１８は収束の途中である。このとき、図示しない遠端話者は、ＤＴＭＦ信号を入力するなどして異なる電話機に対する接続を要求する。
【０１９６】
受信入力端子Ｒｉｎに入力されたＤＴＭＦ信号は、トーン性判定器１５Ｂに入力されると共に、受信出力端子Ｒｏｕｔをそのまま通過して、Ｄ／Ａ変換器７に入力される。
【０１９７】
このとき、トーン性判定器１５Ｂは、入力信号についてトーン性を検出するが、信号種別判定器１６Ｄは、この時点では何も出力しない。従って、フィルタ状態判定器３１もなにもせず、適応フィルタ１８は係数更新を継続し、トーン由来のエコーを除去する。このとき、適応フィルタ１８の係数は、上述したように、エコー経路の特性とは異なるが、トーンは良く消せるような係数に更新されていく。従って、加算器１３の出力は小さくなり、ＥＲＬＥは大きい値を持つようになる。
【０１９８】
次に、トーン信号が終了すると、信号種別判定器１６Ｄは、フィルタ状態判定器３１にトーン終了信号ＴＥＮＤを出力する。
【０１９９】
この信号ＴＥＮＤを受けたフィルタ状態判定器３１は、前回保持したエコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ）と新たにエコー消去量計算器３２から出力されたエコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ＋１）を比較する。本ケースの場合、ハイブリッド回路８−１の特性がハイブリッド回路８−２の特性と同様であるとすると、トーン終了信号ＴＥＮＤの前後の収束状態に拘わらず、信号ＴＥＮＤが入力される時点では、適応フィルタ１８の係数はトーン信号だけを除去するのに都合良く擾乱をうけており、その後の通常音声信号でのエコー消去量によって、条件２、条件３若しくは条件４が成立する。このとき、条件３若しくは条件４に基づき、第３の実施形態のように、ダブルトーク検出器１４Ｂと適応フィルタ１８の再更新が実行される。
【０２００】
また、条件１が成立するのは、信号ＴＥＮＤの入力タイミング前後で、ＤＴＭＦ信号によって係数が擾乱をさほど受けなかったということであり、その後の音声信号でも十分にエコーを除去できる場合であるから、事前の適応フィルタ１８の収束が十分で、ハイブリッド回路の特性が変化しない内線転送ケースＣのみで起こる。このとき、適応フィルタ１８は、そのまま係数の更新を進行するのが望ましく、係数制御器１７Ｂはなにも出力しなので、適応フィルタ１８、ダブルトーク検出器１４Ｂは所望のとおり、通常のエコー除去動作を進行し、トーン信号発生前後でエコーの劣化なくエコー除去を進行できる。
【０２０１】
（Ｅ−３）第５の実施形態の効果
第５の実施形態によれば、トーン信号の擾乱を未然に防止することはできないが、転送発生時にほとんどの場合に適応フィルタ係数をリセットするようにし、ダブルトーク検出器をリセットして再開の係数更新を阻害しないようにし、エコー経路の初期遅延の大小に拘わらず、再収束が可能なので、一瞬エコーの発生を伴うが、誤収束の状態から直ちに復帰して再収束を開始し、予め複数の帯域阻止フィルタを準備する必要がない分、ハード規模を小さいエコーキャンセラを提供できる。
【０２０２】
（Ｆ）他の実施形態
上記各実施形態の技術思想のうち、組み合わせが可能なものを組み合わせてエコーキャンセラを構成するようにしても良い。
【０２０３】
上記第３、第４の実施形態では、エコー消去量を計算するのに加算器前後の入力の自乗比を計算するエコー消去量計算器を用いたが、加算器の出力信号と受信入力端子Ｒｉｎの出力信号、又は、加算器の出力信号と受信出力端子Ｒｏｕｔの入力信号を用いるようにしても良い。この場合、第３、第４の実施形態で説明したΔ１、Δ２にエコー経路自体がもつ減衰量を加えるなどすれば良い。
【０２０４】
また、第４の実施形態において、信号成分判定器４０において、任意トーン周波数を検出するためにＦＦＴを利用する方法を用いたが、任意単一トーンを検出できる方法であればＦＦＴ以外の方法を使っても良く、ＦＦＴを利用する方法に限定されない。
【０２０５】
さらに、第２〜第４の実施形態においては、２個の帯域阻止フィルタを有するものを示したが、少なくとも、適応フィルタの入力段に、帯域阻止フィルタを備えるようにしても良い。
【０２０６】
さらにまた、上記各実施形態の説明では、各構成要素がハードウェアで構成されているイメージで説明したが、一部の構成要素をソフトウェアによって実現しても良いことは勿論である。
【０２０７】
第１及び第２の実施形態では、エコーキャンセラがＶｏＩＰ端末に搭載され、第３〜第５の実施形態では、エコーキャンセラが構内交換装置に搭載された用途例を示したが、本発明のエコーキャンセラが搭載される装置はこれらに限定されないことは勿論である。
【符号の説明】
【０２０８】
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ…エコーキャンセラ、１３…加算器、１４、１４Ｂ…ダブルトーク検出器、１５、１５Ｂ…トーン性判定器、１６、１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｄ…信号種別判定器、１７、１７Ｂ…係数制御器、１８…適応フィルタ、２１、２２…帯域阻止フィルタ、３１…フィルタ状態判定器、３２…エコー消去量計算器、４０…信号成分判定器。
【技術分野】
【０００１】
本発明はエコーキャンセラに関し、例えば、電話端末を収容したＶｏＩＰ端末に設けられるエコーキャンセラに適用し得るものである。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド回路におけるエコー成分を除去するエコーキャンセラは、一般には、受信信号がハイブリッド回路を介して送信信号の経路に流れ、エコー成分になって音声品質を低下させることを防止するために設けられている。ところで、エコー成分となり得る受信信号は、音声信号が一般的であるが、トーン信号が受信信号になることもある。
【０００３】
従来、トーン信号が受信信号になった場合を考慮したエコーキャンセラとして、特許文献１に記載されているものがある。特許文献１に記載されているエコーキャンセラの構成などについては、課題の説明の項で明らかにする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１０３０７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のエコーキャンセラは、以下のような課題１〜課題４を有するものであった。特許文献１に記載のエコーキャンセラを、以下では、従来技術と呼ぶ。
【０００６】
（課題１）
トーン信号によって適応フィルタの係数が破壊され後でしか、エコーキャンセラ（又は適応フィルタ）にトーン信号が入力されたことが分からないので、多くの場合、何らかの対策を施しても手遅れであり、また、再収束しようにも、係数値が収束の初期状態としては不適であるので、再び性能が発揮できるまで時間がかかってしまう。
【０００７】
従来技術は、基本的に適応フィルタがトーン成分に収束してからトーン信号であることが検出できる仕組みになっている。すなわち、適応フィルタにトーン信号が入力される前には、音声などによって、せっかく広い帯域の好適な周波数特性を持った係数を推定できていたとしても、一旦、フィルタ係数がトーン性を持つように破壊された後で、係数がトーンの周波数特性に一致するかどうかを判定するため、判定後に続くいろいろな処理、例えば、適応フィルタの係数更新の可否などに使うには手遅れであることが多い。また、エコーキャンセラが仮に初期状態であったり、一旦収束状態で再収束を実行する場合であったりしても、トーン信号によって誤収束した適応フィルタの係数は再収束のための初期値としては適切でないので、再収束に時間がかかり、その間、エコー成分が消えないので通話品質が劣化してしまう。
【０００８】
（課題２）
初期遅延が小さいとき、所望の動作をしない。
【０００９】
従来技術によれば、エコーキャンセラがトーン性の信号を参照信号としてエコー経路を推定したとき、エコーキャンセラの適応フィルタ係数レジスタは当該入力トーン周波数に収束する。しかし、エコー経路の初期遅延が小さいとき、従来技術は効果を発揮しない場合が多い。なぜならば、エコー経路の初期遅延が小さいときは、実際には係数レジスタは当該入力トーン周波数に収束しない場合が多いからである。
【００１０】
以下、従来技術の課題２を、図２及び図３を参照しながら説明する。最初に、従来技術が適用できるケースを示し、その後に、従来技術が適用できないケースの実例を示すことにする。
【００１１】
図２（ａ）は初期遅延５０サンプルのエコー経路を示し、このエコー経路は、図２（ｃ）に示すように、周波数特性が０〜８ｋＨｚまでほぼ平坦なエコー経路である。エコーキャンセラにトーン（この説明例ではダイヤルトーン４００Ｈｚにしている）を入力し、係数レジスタを収束させた結果を図２（ｂ）に示している。図２（ｃ）には、エコー経路の周波数特性と収束後の係数レジスタの周波数特性の両方を示している。図２（ｂ）から分かるように、エコーキャンセラの適応フィルタ係数は、波形的にも入力トーンに良く似た状態に収束しており、周波数特性を示した図２（ｃ）からもエコー経路のうち、トーン周波数部分だけが大きな成分を持っていることが分かる。
【００１２】
一方、初期遅延が１０サンプルのエコー経路でエコーキャンセラを動作した場合の様子を図３（ａ）〜図３（ｃ）に示している。図３（ａ）は初期遅延１０サンプルのエコー経路を示し、周波数特性は、図３（ｃ）に示すように、０〜８ｋＨｚまでほぼ平坦なエコー経路である。上述と同様に、エコーキャンセラにトーン（ダイヤルトーン４００Ｈｚ）を入力し、係数レジスタを収束させた結果を図３（ｂ）に示している。図３（ｂ）においては、エコーキャンセラの適応フィルタ係数は入力トーンとは異なっており、周波数特性である図３（ｃ）からも入力トーンの４００Ｈｚではピ−クを持っていないのが分かる。より詳細に言えば、図３（ｃ）において、は周波数特性の最大は０Ｈｚである。
【００１３】
しかしながら、図２及び図３に示した両ケースとも、トーン入力に対するエコーの除去に関しては十分な性能を発揮する。説明の例では、双方ともＥＲＬＥ（受信信号と残差のパワー比）が３５ｄＢ程度を示している。言い換えれば、エコー経路の特性を十分に推定しないにも拘わらず、入力周波数に限定しては、エコー除去性能を発揮しているという状態が起こっている。このような現象は、エコー経路の初期遅延が、トーン周期より小さい場合に頻発する。具体的には、エコーキャンセラと、エコー発生源であるハイブリッド回路の配置が近いとき、例えば、同一装置内にある場合などに必ず発生する。都合の悪いことに、ＶｏＩＰ端末装置などでは、ハイブリッド回路とエコーキャンセラは同一装置内に配置されることの方が通常である。従って、このような場合、係数レジスタの周波数特性は入力トーンを持たないから、係数のトーン性も検出できないことになり、従来技術は効果を発揮しない。
【００１４】
（課題３）
エコーキャンセラにトーンが入力された直後のダブルトークでエコー除去性能が激しく劣化する。
【００１５】
ここで、ダブルトークについて説明しておくと、発呼話者、着呼話者の両者が音声を発生している状態をダブルトークといい、エコーキャンセラでは、送信信号と受信信号が同時に入力されている状態になっている。従来技術でも述べられているように、エコーキャンセラにおいては、ダブルトークのときには、適応フィルタの係数更新を停止する制御を行うため、ＥＲＬＥを監視してダブルトークの検出を実施することが多い。従来技術では、上述した課題１で示したように、一旦トーン性信号に誤収束した適応フィルタを用いた結果で残差を使ってダブルトーク判定をする。誤収束のフィルタ残差を使うので、正しいダブルトークの判定ができないばかりか、従来技術では、トーン収束後の一定期間は係数更新の速さを制御するステップゲインを大きく設定してしまう。その結果、トーン収束後の一定期間は係数更新の追従性が最も俊敏な状態で、適応フィルタ係数を適応してしまう。このような結果、不適なキャンセルを受けるので非常に音質が劣化する。また、ダブルトークにならないときも、適応フィルタの再収束は、トーン信号への誤収束状態を初期状態として開始されたのと同じであり、たとえ、係数更新を実行しても、安定にエコーを除去できるようになるためには長い時間がかかる。当然に、話者は再収束までの長い時間エコーを聞くことになり通話品質が劣化してしまう。
【００１６】
（課題４）
従来技術をそのまま用いた場合、内線転送など電話の転送の際、エコーの除去性が劣化する。以下、図４を参照しながら、従来技術の課題４である内線転送時の課題について説明する。
【００１７】
図４において、電話機１００から電話機１０９に発呼して、しばらく通話した後、内線転送して電話機１１０に転送する場合について説明する。従来技術の通り、エコーキャンセラ１０４は、加算器１１９の出力と受信入力端子１０３の入力を用いて、ハイブリッド回路１０８をエコー経路としてエコー経路の推定を行い、適応フィルタ１１８の係数をハイブリッド回路１０８のインパルス応答に等しくなるように推定する。このような推定の結果、電話機１００からの話者信号は、ハイブリッド回路１０１を通り、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）１０２でデジタル変換されてデジタル信号になった後、デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）１０５でアナログ信号に変換されてスイッチ１０６を通り、ハイブリッド回路１０８で２線変換された後、電話機１０９に至る。電話機１０９への話者信号の一部は、ハイブリッド回路１０８で反射され、エコー信号ｙ１となり、スイッチ１１２を経由してＡ／Ｄ変換器１１３でデジタル信号に変換された後、加算器１１９に入力される。加算器１１９には適応フィルタ（ＡＤＦ）１１８から出力された擬似エコー信号ｙ’が入力されており、適応フィルタ１１８が収束していれば、ｙ’≒ｙ１であるのでエコー（エコー信号ｙ’）が打ち消される。
【００１８】
適応フィルタ１１８の係数更新には、公知のＮＬＭＳ等のアルゴリズムが用いられる。ここで、ＮＬＭＳアルゴリズムの係数更新の様子を簡単に解説する。
【００１９】
遠端電話機１００から受信入力端子に入力される音声信号をｘ（ｎ）、適応フィルタ１１８のフィルタ係数をｈｋ（ｎ）とすると、フィルタ係数ｈｋ（ｎ）を（１）式及び（２）式に従うように更新する。
【数１】
【００２０】
なお、（１）式の右辺第２項の分母が０のときには係数更新量＝０とするか、又は係数更新を停止する。フィルタ係数をｈｋ（ｎ）は、第ｎサンプル時刻の第ｋ番目の適応フィルタのタップ係数を表している。また、αはステップゲインであり、適応フィルタ１１８の収束速度を決める定数であり、０＜α＜２である。αが大きければ、収束速度が速いが定常特性のぶれ幅が大きく、また、ノイズの影響も大きい。一方、αが小さければ、収束速度は遅いが定常特性のぶれ幅が小さく、また、ノイズの影響も小さい。従来技術によれば、十分に適応フィルタ１１８が収束した後はステップゲインを小さい値にすることが示されている。
【００２１】
さて、内線転送の際は、一旦、電話機１００及び１０９間で通話がされており、適応フィルタ１１８の係数もある程度までハイブリッド回路１０８を推定して収束している。ここで、適応フィルタ１１８が完全に収束していれば、（２）式のエコー除去残差ｅ（ｎ）＝０となるため、係数更新は停止したと同様である。
【００２２】
その後、構内交換機などによって、電話機１０９から電話機１１０に通話が転送される場合を、以下、４つのケースについて説明する。ここで、転送が発生すると、スイッチ１０６の端子はａ２に閉じられ、スイッチ１１２の端子はｂ２に閉じられる。Ｄ／Ａ変換器１０５から出力された信号は、スイッチ１０６の端子ａ２を通り、ハイブリッド回路１１１を経由して一部は電話機１１０に出力され、一部はハイブリッド回路１１１で反射されてエコー信号ｙ２となってスイッチ１１２の端子ｂ２を経由してＡ／Ｄ変換器１１３に入力されてＳｉｎ端子１１４に入力される。以後、エコーキャンセラの収束状態の良否と転送によるエコー経路変化の大小の組み合わせについて各々説明する。
【００２３】
（課題４；内線転送ケースＡ）
内線転送ケースＡは、適応フィルタ１１８の収束が不十分であり、ハイブリッド回路１０８、１１１の特性がほとんど変わらないときである。
【００２４】
このケースＡの転送前の状態の場合、（２）式のエコー除去残差ｅ（ｎ）は０でないので、（１）式の係数更新は有効のまま実行される。つまり、従来技術の通り、ｘ（ｎ）がトーン性の信号であれば、適応フィルタ１１８の係数は、（１）式に従って、入力ｘ（ｎ）に応じて更新される。その結果、適応フィルタ１１８の係数は、ハイブリッド回路１０８の特性というよりもむしろ、トーン性のエコー信号ｙ１を消去するように係数が収束していく。当然、適応フィルタ１１８の係数は図２で示したように、ハイブリッド回路１０８のインパルス応答とは異なる特性に収束することになる。その後、転送が発生し、ハイブリッド回路１１１が接続され、電話機１１０に接続されて通話が始まる。
【００２５】
本ケースの場合、ハイブリッド回路特性は転送前後で等しいと考えることができるのだが、適応フィルタ１１８の係数は、トーンに応じて収束している。その後、非トーン性の信号である音声信号ｘ（ｎ）が入力されると、適応フィルタ１１８ではトーン信号の成分しか推定していないので、課題２の項目で説明したように、適応フィルタ１１８の収束状態はハイブリッド回路の応答特性を反映していない。従って、トーン周波数よりも広い周波数成分を持つ音声信号のエコーはほとんど全ての成分で打消し不可能となり、加算器１１９から出力される。加算器１１９の出力は、図４に示したようにダブルトーク検出器（ＤＴＤ）１１７に入力されている。ダブルトーク検出器１１７では、加算器出力と受信入力端子からの入力ｒｉｎ（ｎ）との比ＥＲＬＥの大小を計算し、ＥＲＬＥの値の大小若しくはＥＲＬＥの変化の大小でダブルトークを検出する。ＥＲＬＥは、例えば、（３）式に示すように計算される。
【数２】
【００２６】
従来技術に述べられているように、ＥＲＬＥが３０ｄＢなどのように値が大きければ、ｅ（ｎ）が十分小さいとして収束状態若しくは収束可能とし、ＥＲＬＥが６ｄＢなどのように小さければ、ｅ（ｎ）がまだ大きいので着呼側の音声があるとして適応フィルタ１１８の係数更新を停止するなどする。又は、別方法として、ＥＲＬＥの急激な劣化を検出して、着呼側の送話音声があると判断して適応フィルタの係数更新を停止するなどする。
【００２７】
しかし、前述したようにトーン誤収束の直後は、受信入力端子からの音声信号によるエコー成分はほとんどの成分で打ち消されないから、ＥＲＬＥは小さな値を持ち、また、ＥＲＬＥ変化の観点からみても、トーン直後の音声によるＥＲＬＥは急激に劣化する。ダブルトーク検出器１１７は、これを着呼側の送話音声信号有りとして判定し、もってダブルトーク状態が発生したと検出してしまう。その結果、ダブルトーク検出器１１７は、適応フィルタ１１８の係数更新を停止するので、適応フィルタ１１８は以後係数を凍結し、以後、それを維持してしまう。すなわち、エコーが消えない状態で適応フィルタ１１８の係数更新を凍結してしまう。さらに、初期遅延が小さい応答のハイブリッド回路１０８、１１１であれば、適応フィルタ１１８の係数は入力トーン性と同じにはならない。すなわち、適応フィルタ１１８は入力信号の性質ともハイブリッド回路１０８、１１１の性質とも異なる特性しか反映していない。その結果、誤収束の状態から復帰することができない。
【００２８】
運良く、ダブルトーク検出にならない場合でも、適応フィルタ１１８の係数は、ハイブリッド回路１０８、１１１の特性というよりも、むしろ、トーン信号を反映したようなエコー打消しには不適切な状態に収束しており、改めて、ハイブリッド回路１１１の特性を収束するにしても、適応フィルタ１１８の再収束のための初期設定としては不適であるので、再収束するにも時間がかかり、その間、エコーを発生してしまう。
【００２９】
（課題４；内線転送ケースＢ）
内線転送ケースＢは、適応フィルタ１１８の収束が不十分であり、ハイブリッド回路１０８及び１１１の特性が異なっているケースである。
【００３０】
ケースＢにおいては、ケースＡよりも問題が顕著である。なぜならば、トーン誤収束後にはハイブリッド回路１１１の特性は、ハイブリッド回路１０８の特性とは全く別物になっており、一旦、ハイブリッド回路１０８とトーンで誤収束した適応フィルタ１１８のフィルタ係数は、新たに接続されたハイブリッド回路１１１のインパルス応答の特性を全く反映していないので、トーン信号後の広い周波数成分の持つ音声のエコーは全く打消し不可能となり、エコーは顕著になる。さらに、ダブルトーク検出器１１７の誤判定を逃れることはできない。その結果、ケースＡで述べたと同様に、エコーが消えない状態で適応フィルタ１１８は係数更新を凍結してしまう。さらに、初期遅延が小さい応答のハイブリッド回路１０８、１１１であれば、適応フィルタ１１８の係数は入力トーン性と同じにはならないから、凍結の状態から復帰することができない。
【００３１】
従って、転送後は、エコーは発生した状態を維持してしまうのである。
【００３２】
（課題４；内線転送ケースＣ）
内線転送ケースＣは、適応フィルタ１１８の収束が十分であり、ハイブリッド回路１０８、１１１の特性がほとんど変わらないケースである。
【００３３】
ケースＣのときは、本来、（２）式のエコー除去残差ｅ（ｎ）＝０となるので、（１）式に従う係数の更新は、更新量０になるので、更新されない。さらに、従来技術のように、収束に応じてステップゲインを小さくするならば、係数更新は防止される。
【００３４】
しかし、実際には、近端話者（Ｓｉｎ話者）側の背景雑音などによって、エコー除去残差ｅ（ｎ）は完全に０になることは稀である。このような場合、相当の長期間、トーン信号を受信入力端子１０３から入力すると、徐々に適応フィルタ１１８の係数はトーン性に収束してゆく。このとき、一旦、適応フィルタ１１８がトーン信号に誤収束してしまうと、ケースＡと同様の問題が発生してしまう。ケースＣの場合は、従来技術のように、適応フィルタ１１８の誤収束の結果を検出するのではなく、適応フィルタ１１８のトーン誤収束が進行しないうちに、係数更新を停止してしまうのが望ましい。
【００３５】
（課題４；内線転送ケースＤ）
内線転送ケースＤは、適応フィルタ１１８の収束が十分であり、ハイブリッド回路１０８及び１１１の特性が異なっているときである。
【００３６】
ケースＤにおいても、電話機１００からの長時間に渡るトーン信号が入力される場合には、適応フィルタ１１８の係数がトーン信号で誤収束してしまう。このようなトーン誤収束の直後に発生する課題はケースＢと同様である。しかし、ケースＤでは、たとえ、適応フィルタ１１８のトーン誤収束が進行しないうちに、係数更新を停止したとしても、内線転送後のハイブリッド回路１１１の応答特性は、転送前のハイブリッド回路１０８の特性とは別物であるので、いずれにせよ転送後にはエコー打消しはほとんど不可能となる。従って、ＥＲＬＥは小さい値になる。変化として捉えても、ＥＲＬＥの変化の仕方も転送発生を境に急激に小さくなるので、ダブルトーク検出器１１７は、ＥＲＬＥの変化をダブルトーク状態と誤判定する。そのうえ、仮に、適応フィルタ１１８の係数をトーン誤収束進行の前に停止しても、そのまま音声信号で収束した係数を凍結するということであるから、従来技術では、更新停止された適応フィルタ１１８の係数を分析してもトーン性がなく、かつ、ＥＲＬＥは小さいので、ダブルトーク誤判定の状態から脱出することができない。従って、エコーキャンセラの適応フィルタ１１８はエコーを消すことができない状態で係数を凍結してしまい、転送発生後は継続的にエコーを出し続けることになる。つまり、誤収束しても、ケースＢのような不具合が発生し、また、誤収束前に係数更新を停止しても転送後にエコーを出し続けてしまうことになる。
【００３７】
本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、トーン信号が入力されても、以後の会話でエコー感を少なくできるエコーキャンセラを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
本発明は、擬似エコーの生成に適応フィルタを用いた、ハイブリッド回路によるエコーを除去するエコーキャンセラにおいて、（１）遠端入力信号が所定種別のトーン信号であるか否かを判定するトーン種別判定手段と、（２）上記トーン種別判定手段が、遠端入力信号が所定種別のトーン信号であると判定したときに、上記適応フィルタへの遠端入力信号から、判定された所定種別のトーン信号の周波数成分を除去する、上記適応フィルタの入力段に設けられた第１の帯域阻止フィルタとを有することを特徴とする。
【００３９】
ここで、遠端話者及び近端話者のダブルトーク状態を検出するダブルトーク検出手段に、上記第１の帯域阻止フィルタを通過した近端入力信号を入力することが好ましい。
【００４０】
また、近端入力信号から、適応フィルタからの擬似エコー信号を減算する加算手段を有し、トーン種別判定手段が、遠端入力信号が所定種別のトーン信号であると判定したときに、上記加算手段への近端入力信号から、判定された所定種別のトーン信号の周波数成分を除去する、上記加算手段の入力段に設けられた第２の帯域阻止フィルタを有することが好ましい。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、トーン信号が入力されても、それ以後の会話でエコー感を少なくできる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】
【００４２】
【図１】第１の実施形態のエコーキャンセラの詳細構成を示すブロック図である。
【図２】従来技術の課題２の説明図（１）である。
【図３】従来技術の課題２の説明図（２）である。
【図４】従来技術の課題４の説明用ブロック図である。
【図５】第１の実施形態のエコーキャンセラを含めた電話通信システムの構成を示すブロック図である。
【図６】第１の実施形態の信号種別判定器の判定動作の説明図である。
【図７】第２の実施形態のエコーキャンセラの詳細構成を示すブロック図である。
【図８】第２の実施形態の信号種別判定器の判定結果と出力との関係の説明図である。
【図９】第３の実施形態のエコーキャンセラの詳細構成を示すブロック図である。
【図１０】第３の実施形態の信号種別判定器の判定結果と出力との関係の説明図である。
【図１１】第４の実施形態のエコーキャンセラの詳細構成を示すブロック図である。
【図１２】第５の実施形態のエコーキャンセラの詳細構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明によるエコーキャンセラを、ＶｏＩＰ端末に設けられるエコーキャンセラに適用した第１の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００４４】
第１の実施形態のエコーキャンセラは、従来技術の上述した課題１、２に鑑みてなされたものであり、トーン信号誤収束での実害が、通話の設定開始時に最も良く発生する事実に基づいてなされたものである。第１の実施形態のエコーキャンセラは、当該エコーキャンセラが再収束するときに、初期値が適切になるようにしたものである。
【００４５】
（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図５は、第１の実施形態のエコーキャンセラを含めた電話通信システムの構成を示すブロック図である。
【００４６】
図５に示す電話通信システムは、例えば、既存の電話機１及び９による通信をＩＰ網５を介して実行させるシステムである。各電話機１及び９はそれぞれ、対応するＶｏＩＰ端末４、６に収容されており、ＶｏＩＰ端末４、６を介してＩＰ網５に接続されている。
【００４７】
図５において、拠点Ａ側が着呼側、拠点Ｂ側が発呼側になっており、図５は、拠点Ａから拠点Ｂに到達した通話信号が、拠点Ｂから拠点Ａへエコーとして流れ込むのを防止する観点から図示されている。
【００４８】
ＶｏＩＰ端末４は、電話機１に対して２線で接続しているハイブリッド回路２と、電話機１へ向かうデジタル通話信号をデジタル／アナログ変換してハイブリッド回路２に出力するデジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）１１と、電話機１が出力したハイブリッド回路２経由のアナログ通話信号をアナログ／デジタル変換するアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）３とを有している。なお、ＶｏＩＰ端末４にエコーキャンセラが搭載されていても良いことは当然である。
【００４９】
一方、ＶｏＩＰ端末６は、第１の実施形態のエコーキャンセラ１２と、電話機９に対して２線で接続しているハイブリッド回路８と、エコーキャンセラ１２から出力されて電話機９へ向かうデジタル通話信号をデジタル／アナログ変換してハイブリッド回路８に出力するデジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）７と、電話機９が出力したハイブリッド回路８経由のアナログ通話信号をアナログ／デジタル変換してエコーキャンセラ１２に与えるアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）１０とを有している。
【００５０】
図１は、上述したような位置に設けられた第１の実施形態のエコーキャンセラ１２の詳細構成を周囲の構成と共に示すブロック図であり、図５との同一、対応部分には同一符号を付して示している。なお、第１の実施形態のエコーキャンセラ１２は、入出力信号がデジタル信号であるものである。
【００５１】
図１において、第１の実施形態のエコーキャンセラ１２は、入出力端子として、受信入力端子Ｒｉｎ、受信出力端子Ｒｏｕｔ、送信入力端子Ｓｉｎ及び送信出力端子Ｓｏｕｔを有する。エコーキャンセラ１２は、加算器１３、ダブルトーク検出器（ＤＴＤ）１４、トーン性判定器１５、信号種別判定器１６、係数制御器１７及び適応フィルタ（ＡＤＦ）１８を有する。
【００５２】
加算器１３は、送信入力端子Ｓｉｎからの信号から擬似エコー信号ｙ’を減算してエコー成分を除去するものである。
【００５３】
ダブルトーク検出器１４は、受信入力端子Ｒｉｎからの信号、及び、加算器１３の出力信号に基づいて、ダブルトーク状態などのトーク状態を検出するものである。第１の実施形態のダブルトーク検出器１４は、係数制御器１７からの制御信号によって、内部状態をクリアすることも行う。
【００５４】
トーン性判定器１５は、受信入力端子Ｒｉｎからの入力された信号がトーン性を有する信号か否かを判定するものである。トーン性を有する信号とは、呼制御のための各種トーン（例えばダイヤルトーン）のような所定周期を有する繰り返し波形信号をいう。トーン性判定器１５は、トーン性を有するか否かを判定できるものであればどのような方式のものであっても良いが、例えば、特開２０００−２９５６４１号公報に記載のものを適用し得る。
【００５５】
信号種別判定器１６は、トーン性判定器１５がトーン性を有する信号と判定した場合に、その信号がいずれかの呼制御信号（呼制御に係るトーン信号）かを判定するものである。判定方法については、動作説明の項で明らかにする。
【００５６】
係数制御器１７は、ダブルトーク検出器１４の検出結果や信号種別判定器１６の判定結果に応じて、適応フィルタ１８におけるフィルタ係数の更新を実行するか否かや、フィルタ係数をクリアするなどを制御するものである。
【００５７】
適応フィルタ１８は、受信入力端子Ｒｉｎからの入力信号と内部のフィルタ係数とから、擬似エコー信号ｙ’を生成して加算器１３に減算入力として与えるものである。また、適応フィルタ１８は、エコー除去残差信号ｅをも考慮しながら、フィルタ係数を更新するものである。但し、適応フィルタ１８は、係数制御器１７によって、フィルタ係数のクリアが指示されたときにはフィルタ係数のクリアを行う。
【００５８】
（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態のエコーキャンセラ１２の動作を、このエコーキャンセラ１２を含む電話通信システムの動作と共に説明する。
【００５９】
発呼側電話機９が、電話機１の話者（図示せず）に電話しようと受話器を持ち上げると、電話機９に向かってダイヤルトーンが出力される。ダイヤルトーンは、例えば、図５のＶｏＩＰ端末６とＩＰ網５の間の図示しないＩＰゲ−トウェイ装置から出力され、受信入力端子Ｒｉｎに入力されることもあり、また、ＶｏＩＰ端末６の内部に設けられたトーン発生器（図示せず）から受信入力端子Ｒｉｎに入力されることもある。以下では、図示しないＩＰゲ−トウェイ装置から出力された後、受信入力端子Ｒｉｎに入力されるとして説明する。ダイヤルトーンは、いわゆる受話器を持ち上げたときに聞こえる「ツー」音であり、日本においては周波数４００Ｈｚのトーン信号である。
【００６０】
受信入力端子Ｒｉｎから入力された受信信号（トーン信号や通話信号など；デジタル信号）は、ダブルトーク検出器１４、トーン性判定器１５、受信出力端子Ｒｏｕｔ及び適応フィルタ１８に入力される。
【００６１】
受信入力端子Ｒｉｎから入力され、受信出力端子Ｒｏｕｔからそのまま出力された受信信号（デジタル信号）は、Ｄ／Ａ変換器７によってアナログ信号に変換され、そのアナログ信号はハイブリッド回路８を介して電話機９に出力される。しかし、変換されたアナログ信号の一部はハイブリッド回路８で反射される。ハイブリッド回路８で反射された信号は、Ａ／Ｄ変換器１０を経由して、送信入力端子Ｓｉｎに入力される。
【００６２】
送信入力端子Ｓｉｎに入力された信号は、加算器１３を経由して適宜エコー成分が除去された後、ダブルトーク検出器１４、適応フィルタ１８及び送信出力端子Ｓｏｕｔに入力される。送信出力端子Ｓｏｕｔからは、ＩＰ網５側に向かって信号が出力される。
【００６３】
トーン性判定器１５に入力された信号は、トーン性判定器１５によって、トーン性の信号か否かが判定される。トーン性判定器１５は、入力された信号がトーン性信号であればトーン性ありの信号ＴＯＮを、そうでなければ、トーン性なしの信号ＴＯＦＦを信号種別判定器１６に出力すると共に、入力信号をそのまま信号種別判定器１６に出力する。トーン性判定器１５に入力された信号がダイヤルトーンであれば、通常は、トーン性判定器１５によってトーン性ありと判定される。
【００６４】
信号種別判定器１６においては、例えば、公知のＦＦＴ（高速フーリエ変換）や公知のゼロクロス法等によって入力信号の周波数を分析する。以下では、ゼロクロス法、すなわち、信号振幅の水平軸との交差数検出の方法を用いているとして説明する。
【００６５】
ここで、デジタルサンプリング周波数を１６ｋＨｚとすると、入力信号波形の同一方向へのゼロ交差する周期（間隔）のサンプル数Ｔ１が、（４）式を満たす場合には、入力信号が４００Ｈｚの信号であると判定する。
【００６６】
４０−Ｍ１≦Ｔ１≦４０＋Ｍ１ …（４）
（４）式における４０は、１６ｋＨｚ／４００Ｈｚであり、入力信号が正弦波信号のようなトーン信号の場合の同一方向（負から正、又は、正から負のいずれか一方）のゼロ交差の周期のサンプル数になっている。Ｍ１は、許容する誤差範囲を規定するパラメータであり、例えば、５を用いることができる。すなわち、ゼロ交差してから次にゼロ交差するまでのサンプル数Ｔ１が（４）式を満たすときに、入力信号が４００Ｈｚの信号であると判定する。他の周波数ｆの信号に関しても、ゼロ交差の間隔が１６０００／ｆサンプルになることから、同様に周波数を検出する式を定めておけば良い。（５）式は、周波数ｆの信号に関する、（４）式に対応する式である。
【００６７】
１６０００／ｆ−Ｍ１≦Ｔ１≦１６０００／ｆ＋Ｍ１ …（５）
信号種別判定器１６は、トーン性判定器１５から与えられたトーン性の有無信号ＴＯＮ、ＴＯＦＦと、周波数分析によって得た周波数情報とから、入力信号が既知の呼制御信号であるか否かを判定し、呼制御信号と判定した際には、係数制御器１７及びダブルトーク検出器１４に対して、係数リセット信号ＲＳＴを出力する。信号種別判定器１６は、例えば、トーン性ありの信号ＴＯＮが入力され、周波数分析によって得た周波数情報が所定周波数（例えば、４００Ｈｚ又は２１００Ｈｚ）のときに係数リセット信号ＲＳＴを出力する。例えば、ダイヤルトーンの入力時には、所定周波数４００Ｈｚを有するので、信号種別判定器１６は、ダイヤルトーンという種別の特定はなされなくても、係数リセット信号ＲＳＴを出力する。
【００６８】
図６は、呼制御信号（トーン信号）と周波数との関係を示す説明図である。ダイヤルトーン（ＤＴ）、リングバックトーン（ＲＢＴ）、ビジートーンなどは４００Ｈｚのトーン信号であり、ＦＡＸ通信開始トーンは２１００Ｈｚのトーン信号である。そのため、信号種別判定器１６は、例えば、内部メモリに４００、２１００を記憶しておき、（５）式を適用する際に、記憶されている４００又は２１００を周波数ｆとして読み出して、（５）式に従った判定を行う。図６では、２種類の所定周波数を示しているが、３種類以上の所定周波数を記述しておくようにしても良い。
【００６９】
係数制御器１７は、係数リセット信号ＲＳＴが入力されると、適応フィルタ１８の係数をクリアする信号ＣＬ＿Ｔを適応フィルタ１８に出力する。なお、係数制御器１７は、係数リセット信号ＲＳＴが入力されないときにはクリア指示信号ＣＬ＿Ｔを出力しない。クリア指示信号ＣＬ＿Ｔを受けた適応フィルタ１８は、フィルタ係数をクリアする。適応フィルタ１８は、クリア指示信号ＣＬ＿Ｔが到来しなくなったときに、フィルタ係数の更新を初期状態から実行し直す。
【００７０】
また、クリア指示信号ＣＬ＿Ｔ信号は上述のようにダブルトーク検出器１４にも与えられる。ダブルトーク検出器１４は、ＥＲＬＥを用いてダブルトークの検出を行うものであるが、クリア指示信号ＣＬ＿Ｔが与えられると、内部状態をクリアする。
【００７１】
以上のように、受信入力端子Ｒｉｎに入力された信号がＤＴなどの呼制御信号のときには、適応フィルタ１８の係数がクリアされるようになっている。実際、電話機９側の発呼側話者がダイヤル操作をおえて、人間音声の信号が通話経路を流れ始めると、信号種別判定器１６からは係数リセット信号ＲＳＴが出力されなくなり、これにより、適応フィルタ１８は、係数クリアの望ましい初期状態からエコー経路の推定を開始することができ、迅速に、エコー経路推定を実行することができる。また、ダブルトーク検出器１４は、クリアされた望ましい初期状態から収束を始めた適応フィルタ１８の打ち消し加算出力と、受信入力端子Ｒｉｎからの入力信号を用いてＥＲＬＥを計算して正しいダブルトーク検出を実施することができる。
【００７２】
（Ａ−３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、通話開始時などに不可避的に発生する呼制御信号を検出し、適応フィルタの係数をクリアすると共に、ダブルトーク検出器の内部状態をクリアするようにしたので、トーン信号（呼制御トーン）による誤収束を防止し、望ましい初期状態からエコーキャンセラの適応フィルタの更新を開始させることができ、迅速にエコー経路推定を実行し、ダブルトークによる性能劣化も少ないエコーキャンセラを提供することができる。ここで、エコー経路の初期遅延が短い場合であったにしても、エコーのない良好な通話を実現することができる。
【００７３】
（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明によるエコーキャンセラを、ＶｏＩＰ端末に設けられるエコーキャンセラに適用した第２の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００７４】
第２の実施形態のエコーキャンセラは、従来技術の上述した課題１、２、３に鑑みてなされたものである。
【００７５】
また、第１の実施形態を適用した場合において、ＶｏＩＰ端末６内の以下の位置に図１で図示していないトーン検出器が設けられた場合に生じる課題に鑑みてなされたものである。なお、以下のような位置に、トーン検出器が設けられていなければ、第１の実施形態は有効に機能するものである。
【００７６】
上述した図１（第１の実施形態）のように、ＶｏＩＰ端末６内にエコーキャンセラ１２を配置した場合、送信出力端子Ｓｏｕｔの出力側に、トーン性判定器１５とは無関係に、図示しないトーン検出器を設けることが多い。その理由は、電話機９から入力されるプッシュボタン信号（ＤＴＭＦ信号：ＰＢ信号）などを検出するためである。しかし、第１の実施形態のように、受信入力端子Ｒｉｎからの出力信号についてトーン性の信号として検出し、エコーキャンセラをリセットしてエコー除去しないように動作させると、下記のような不都合が発生する。
【００７７】
例えば、受信入力端子Ｒｉｎから入力されたダイヤルトーン信号の一部は、受信出力端子Ｒｏｕｔ、Ｄ／Ａ変換器７、ハイブリッド回路８、Ａ／Ｄ変換器１０を経由して、送信入力端子Ｓｉｎにエコーｙ１として入力される。上述したように、電話機９からプッシュボタン信号であるＤＴＭＦ信号ｓ１が出力されたとき、ハイブリッド回路８でエコーｙ１とＤＴＭＦ信号ｓ１が合算され、Ａ／Ｄ変換器１０を経由してエコーキャンセラ１２内に入力されるが、エコー除去なしのまま送信出力端子Ｓｏｕｔに出力される。その結果、上述したトーン検出器は、ＤＴＭＦ信号以外の余分なエコー信号ｙ１に妨害され、プッシュボタン番号をうまく検出できないなどの不都合が発生してしまう。このような問題は、上述のエコーによる不都合を想定していないＶｏＩＰ端末では頻発し、受話器を持ち上げ、ダイヤルトーン（ツー音）を聞いている状態で、ダイヤルボタンを押しても、なかなか電話番号を認識させられないという現象を引き起こす。最悪の場合、電話がかけられないなどの深刻な問題として発現する。
【００７８】
第２の実施形態は、このような課題にも鑑みたものであり、第１の実施形態と同様な効果に加え、受信入力端子Ｒｉｎからダイヤルトーン等の信号が入力されていても、電話機９からのプッシュボタン信号を検出できるようなエコーキャンセラを提供することをも目的としている。
【００７９】
（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
図７は、第２の実施形態のエコーキャンセラ１２Ａの詳細構成を周囲の構成と共に示すブロック図であり、第１の実施形態に係る上述した図１との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
【００８０】
図７において、第２の実施形態のエコーキャンセラ１２Ａは、第１の実施形態と同様に、加算器１３、ダブルトーク検出器１４、トーン性判定器１５、信号種別判定器１６Ａ及び適応フィルタ１８を有する。一方、第２の実施形態のエコーキャンセラ１２Ａは、係数制御器１７を備えず、代わりに、帯域阻止フィルタ（ＮＦ）２１、２２が設けられており、また、信号種別判定器１６Ａも、第１の実施形態のものとは多少異なる処理を行うものである。
【００８１】
第２の実施形態の信号種別判定器１６Ａは、呼制御信号か否かでなく、入力信号の具体的な呼制御信号の種別をも判定するものである。例えば、同じ４００Ｈｚのダイヤルトーンとビジートーンを区別して判定するものである。第２の実施形態の信号種別判定器１６Ａは、例えば、ＦＦＴなどによって得たスペクトラムパターンを基準のスペクトラムパターンと照合したり、入力信号の波形パターンをダイナミックレンジを揃えた後に基準の波形パターンと照合したりなどして、呼制御信号の具体的な種別をも判定する。信号種別判定器１６Ａは、入力信号がトーン信号であって具体的な種別を得たときには、帯域阻止フィルタ２１及び２２に種別情報を与えるものである。
【００８２】
帯域阻止フィルタ２１は、送信入力端子Ｓｉｎと加算器１６との間に設けられたものである。一方、帯域阻止フィルタ２２は、受信入力端子Ｒｉｎとダブルトーク検出器１４の間、及び、受信入力端子Ｒｉｎと適応フィルタ１８の間に設けられたものである。
【００８３】
各帯域阻止フィルタ２１、２２は、信号種別判定器１６Ａから種別情報が与えられたときには、その種別情報で定まる周波数成分の通過を阻止するものである。すなわち、帯域阻止フィルタ２１、２２は、通過阻止帯域などを可変し得る帯域阻止フィルタである。
【００８４】
（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
次に、第２の実施形態のエコーキャンセラ１２Ａの動作を、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００８５】
第２の実施形態の信号種別判定器１６Ａは、入力信号の具体的な種別を判定すると、その判定結果、すなわち、信号の種別を表す信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥを両帯域阻止フィルタ２１及び２２に出力する。信号種別判定器１６Ａは、入力信号が非トーン性の信号の場合にはなにも出力しない。
【００８６】
図８は、信号種別判定器１６Ａの判定結果と出力信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥとの関係の説明図である。信号種別判定器１６Ａは、図８に示すような関係を表す情報を内部記憶しており、判定結果に応じた値を有する信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥを出力する。図８の例の場合、ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥ＝１はダイヤルトーンを表している。信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥの値は、周波数と信号の種類を表すものであればどのような体系に従っているものであっても良く、図８とは異なるが、例えば、周波数を直接表す数値４００等を直接信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥの出力値とするようにしても良い。なお、入力信号が非トーン性の信号である場合にも、非トーン性の信号であることを表す値（例えば、０）を有する信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥを出力するようにしても良い。
【００８７】
信号種別判定信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥが入力された各帯域阻止フィルタ２１、２２はそれぞれ、信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥに応じた周波数を阻止するように、入力信号に対し、公知の帯域阻止フィルタ処理を施す。各帯域阻止フィルタ２１、２２はそれぞれ、信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥがないときには入力信号を通過させる。
【００８８】
帯域阻止フィルタ２１、２２は、予め用意した複数のフィルタ、すなわち、予め定めた周波数（例えば４００Ｈｚ）やその他の周波数を阻止する帯域阻止フィルタの中から一つ又は複数を選択して信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥで指示された周波数を阻止するフィルタを実現するようにしても良く、また、入力された周波数から適宜その都度適応的に周波数阻止フィルタが構成されるようにしても良い。適応的に帯域阻止フィルタ２１、２２を実現する方法について説明すると、例えば、いま信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥが指示する阻止周波数が４００Ｈｚであり、サンプリング周波数が１６ｋＨｚであるとすると、入力信号を４０（＝１６ｋＨｚ／４００Ｈｚ）サンプルだけ遅延させた信号を反転し（４００Ｈｚ周期に相当する）、遅延なしの入力信号と加算することにより４００Ｈｚトーンを除去するフィルタを実現することができる。要は、信号種別や周波数の情報に応じて、所定の周波数を除去するフィルタが実現できれば、どのような方法を用いても良い。上述のように帯域阻止フィルタ２１、２２では入力された信号種類に呼制御信号の通過を阻止する。
【００８９】
帯域阻止フィルタ２１からの出力信号は加算器１３に入力され、適宜、エコー除去がなされる。一方、帯域阻止フィルタ２２からの出力信号はダブルトーク検出器１４及び適応フィルタ１８に入力され、適宜、ダブルトーク状態の検出や擬似エコー信号ｙ’の形成に用いられる。
【００９０】
仮に、受信入力端子Ｒｉｎからの入力信号が信号種別判定器１６Ａでトーン信号と判定されたときには、帯域阻止フィルタ２２でそのトーン信号が除去されるので、適応フィルタ１８とダブルトーク検出器１４には何も入力されないと同じである。このとき、電話機９からＤＴＭＦ信号ｓ１がハイブリッド回路８に向かって出力されても、帯域阻止フィルタ２１で帯域阻止された後の信号は信号ｓ１だけとなって加算器１３に入力される。一方、受信入力端子Ｒｉｎからのトーン信号は帯域阻止フィルタ２２によって阻止され、適応フィルタ１８及びダブルトーク検出器１４には何も入力されない。すなわち、このとき、適応フィルタ１８への入力信号ｘ（ｎ）＝０となり、上述した（１）式は、（６）式のように表すことができ、係数更新は、実質上停止される。
【００９１】
ｈｋ（ｎ＋１）＝ｈｋ（ｎ＋１）＋０ …（６）
また、このような係数更新の制御に加えて、（１）式の右辺第２項の分母＝０となって割算が発散しないように、分母である入力信号の２乗総和≦ＭＩＮ（ｄＢｍ０）×積和数のときには更新を停止するようにしている（ｄＢｍ０の０ｄＢｍ０基準値＝０ｄＢｍ０は公知のＩＴＵ（国際電気通信連合）−Ｔ（通信部門）規格勧告Ｇ．７１１に記載の通り）。例えば、ＭＩＮ＝−５０ｄＢｍ０を適用できるが、これに限定されず、適宜設定すれば良い。
【００９２】
上述のように帯域阻止フィルタ２１、２２を用いると、帯域阻止フィルタ２１、２２が受信入力端子Ｒｉｎからのトーン信号及びトーンよるエコーを阻止するので、適応フィルタ１８の係数更新を手続き上、相当長時間実行したとしても、実質の更新量が０になり、係数の値自体は更新されず変化しない。また、参照入力が０である適応フィルタ１８は何も出力しないので、加算器１３に対して余分な擬似エコーｙ’を出力しない。従って、加算器１３に入力されたＤＴＭＦ信号ｓ１は一切の劣化を受けることなく、エコーｙ１だけを除去されて送信出力端子Ｓｏｕｔに出力される。送信出力端子Ｓｏｕｔからの出力信号（ＤＴＭＦ信号）は、図示しないトーン検出器で正しく検出される。
【００９３】
また、トーン信号での誤収束がないので、ダブルトーク検出器１４の内部状態も乱れることがなく、トーンに続く通常音声でのダブルトーク検出も精度良く行ってエコーを除去することができる。
【００９４】
（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
以上説明したように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果に加え、以下の効果を奏することができる。受信入力端子Ｒｉｎからトーン信号があり、収容している電話機が反対方向にＤＴＭＦ信号などのトーン信号を出力しても、エコーキャンセラ出力を用いたトーン検出器が正しくＤＴＭＦ信号を識別して電話をかけることができ、エコー経路の初期遅延の大小にかかわりなくトーン信号での誤収束がないので、ダブルトーク検出器の内部状態も乱れることがなく、トーンに続く通常音声でのダブルトーク検出も精度良く行ってエコーを除去することができる。
【００９５】
（Ｃ）第３の実施形態
次に、本発明によるエコーキャンセラを、構内交換装置に設けられるエコーキャンセラに適用した第３の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００９６】
第３の実施形態のエコーキャンセラは、内線交換が発生するＰＢＸ接続のようなエコー経路切り替えがある大規模系に適用したとき、エコー打消し不可能状態から自動的に脱出して、エコーのない通話を実現することを達成しようとしたものであり、従来技術の上述した課題１〜４に鑑みてなされている。
【００９７】
（Ｃ−１）第３の実施形態の構成
図９は、第３の実施形態のエコーキャンセラの詳細構成を、周囲の構成と共に示すブロック図であり、既述した第１、第２の実施形態に係る図１、図７との同一、対応部分には同一、対応符号を付して示している。
【００９８】
図９において、第３の実施形態のエコーキャンセラ１２Ｂは、内線転送機能を有する構内交換装置（ＰＢＸ）６Ｂに設けられている。構内交換装置６Ｂは、例えば、転送前後の電話機９−１、９−２を収容し、４線２線変換するハイブリッド回路８−１、８−２と、電話機９−１又は９−２へ向かうデジタル信号をデジタル／アナログ変換するデジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）７、電話機９−１又は９−２が出力した信号をアナログ／デジタル変換するアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）１０と、Ｄ／Ａ変換器７の出力信号をハイブリッド回路８−１又は８−２に与えるスイッチ３０−１と、ハイブリッド回路８−１又は８−２から出力された信号をＡ／Ｄ変換器１０に与えるスイッチ３０−２と、第３の実施形態のエコーキャンセラ１２Ｂとを有している。なお、スイッチ３０−１及び３０−２は連動して切替動作するものである。
【００９９】
第３の実施形態のエコーキャンセラ１２Ｂは、加算器１３、ダブルトーク検出器１４Ｂ、トーン性判定器１５Ｂ、信号種別判定器１６Ｂ、係数制御器１７Ｂ、適応フィルタ１８、帯域阻止フィルタ２１、２２、フィルタ状態判定器３１及びエコー消去量計算器（ＡＣＡＮＣ）３２を有する。
【０１００】
加算器１３、適応フィルタ１８及び帯域阻止フィルタ２１、２２は第２の実施形態のものと同様である。
【０１０１】
第３の実施形態のトーン性判定器１５Ｂは、既述した実施形態の機能に加え、ＤＴＭＦ信号のような２種類の合成トーン信号をも判定し得るものである。
【０１０２】
第３の実施形態の信号種別判定器１６Ｂは、トーン性判定器１５Ｂの判定結果を利用し、ＤＴＭＦ信号のような２種類の合成トーン信号の種別も判定し得るものである。信号種別判定器１６Ｂは、また、トーン信号の終了も判定するものである。
【０１０３】
エコー消去量計算器３２は、加算器１３の入出力信号から、言い換えると、エコー成分を有する入力信号と、エコー除去動作がなされた後の出力信号とから、エコー消去量を計算するものである。
【０１０４】
フィルタ状態判定器３１は、信号種別判定器１６Ｂの判定結果と、エコー消去量計算器３２の計算結果とから、適応フィルタ１８の状態を判定するものである。
【０１０５】
第３の実施形態の係数制御器１７Ｂは、フィルタ状態判定器３１による判定結果から、適応フィルタ１８の係数更新の停止や係数のクリアなどの制御内容を定めるものである。
【０１０６】
第３の実施形態のダブルトーク検出器１４Ｂは、係数制御器１７Ｂによる制御内容と、自己におけるダブルトークの検出結果とに応じて、適応フィルタ１８に対する係数更新を制御するものである。
【０１０７】
（Ｃ−２）第３の実施形態の動作
次に、第３の実施形態のエコーキャンセラ１２Ｂの動作を説明する。以下では、着呼側電話機９−１から着呼側の他の電話機９−２に切り替える転送が発生するときの様子を説明する。ここで、転送が発生する前後の説明であるので、図示しない発呼電話機と着呼側電話機９−１は既に一旦、通話している状態であるとして説明をする。
【０１０８】
まず、図示しない発呼側電話機から出力された音声信号は、エコーキャンセラ１２Ｂの前段の図示しないＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換されて受信入力端子Ｒｉｎに入力される。受信入力端子Ｒｉｎに入力された信号は、帯域阻止フィルタ２２、トーン性判定器１５Ｂに与えられると共に、受信出力端子Ｒｏｕｔからそのまま出力されてＤ／Ａ変換器７に入力される。
【０１０９】
Ｄ／Ａ変換器７でアナログ信号に変換された信号は、スイッチ３０−１を経由してハイブリッド回路８−１に入力され、このハイブリッド回路８−１を介して電話機９−１に与えられると共に、信号の一部はハイブリッド回路８−１で反射され、エコー信号ｙ１となる。エコー信号ｙ１は、スイッチ３０−２を経由してＡ／Ｄ変換器１０に与えられ、再びデジタル信号に変換されてエコーキャンセラ１２Ｂの送信入力端子Ｓｉｎに入力される。
【０１１０】
送信入力端子Ｓｉｎに入力された信号は、帯域阻止フィルタ２１に入力される。各帯域阻止フィルタ２１、２２では、後述するように、信号種別判定器１６Ｂの出力に応じたトーン性信号を除去し、トーン除去後の信号Ｓｉｎ＿ＡＣをエコー消去量計算器３２に出力すると共に、加算器１３に出力する。加算器１３はトーン除去後の信号Ｓｉｎ＿ＡＣと擬似エコーｙ’を加算してエコーを除去する。加算器１３からの出力信号ｒｅｓは、ダブルトーク検出器１４Ｂ、エコー消去量計算器３２に入力され、また、送信出力端子Ｓｏｕｔから、図示しない遠方の発呼側電話機に向かって送出される。
【０１１１】
ここで、エコー消去量計算器３２の動作について説明する。エコー消去量計算器３２は、例えば、（４）式に従って、エコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ）を計算する。（４）式において、ｎは第ｎ回目の計算値であることを表している。
【数３】
【０１１２】
（４）式では、直接Ｓｉｎ＿ＡＣ（ｎ）、ｒｅｓ（ｎ）の自乗比を対数計算したものであるが、信号のおおまかな振る舞いに重点をおき、緩やかな特性の変化を監視するためであれば、（５）式のように、Ｓｉｎ＿ＡＣ、ｒｅｓを所定サンプル数（例えば１６０サンプル）ずつ集め、その総和をとってから両方の比をとり、対数計算するなどしても良い。また、自乗ではなく絶対値を用いるようにしても良い。（５）式において、Ｍは平均したいサンプル数であり、例えば１６０などにすれば良いが、このサンプル数に限定されるものではない。
【数４】
【０１１３】
要は、加算器１３の前後の信号のレベル比やパワー比を計算する方法であれば、エコー消去量計算器３２による計算方法はどのような方法であっても良い。（４）式で得られたエコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ）は、加算器１３の前後の信号の自乗を対数比で計算したものであり、エコーキャンセラ１２Ｂの収束に従って加算器１３からの出力信号ｒｅｓが小さくなると、エコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ）の値は大きくなっていく。エコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ）の初期値としては０を適用できるが、これに限定されるものではない。エコー消去量計算器３２は、計算したエコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ）をフィルタ状態判定器３１に入力する。
【０１１４】
この第３の実施形態では、エコーの除去量を計算するために、加算器１３の前後の信号を用いてエコー消去量計算器３２によってエコー消去量を計算するようにしたが、別な方法の例を挙げれば、以下の通りである。受信入力端子Ｒｉｎ及び受信出力端子Ｒｏｕｔ間の任意の１点と、加算器１３の直後の点から信号をとり、エコー経路の減衰分を含んだエコー減衰量を計算するようにしても良い。
【０１１５】
フィルタ状態判定器３１には、エコー消去量計算器３２からエコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ）が与えられ、また、信号種別判定器１６Ｂから後述する帯域阻止フィルタ制御信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥ、トーン終了信号ＴＥＮＤが与えられる。
【０１１６】
以下、第３の実施形態のトーン性判定器１５Ｂ及び信号種別判定器１６Ｂの動作を説明する。
【０１１７】
信号種別判定器１６Ｂにはトーン性判定器１５Ｂの出力信号が入力されている。第３の実施形態のトーン性判定器１５Ｂは、第２の実施形態のトーン性判定器の機能に加え、ＤＴＭＦ信号、すなわち、２種類の合成トーン信号を判定できるようになされている。トーン性判定器１５Ｂは、２種類の合成トーン信号を判定できるように、予め信号を大まかな二つの帯域に分けるようになされている。これは、ＤＴＭＦ信号が、高周波数で構成される「高群」と低周波数で構成される「低群」の２種のトーンを合成して生成されていることに基づいている。
【０１１８】
この第３の実施形態においては、トーン性判定器１５Ｂは、「高群」を分離するために、１０００Ｈｚから１７００Ｈｚを通過域にしているバンドパスフィルタと、「低群」を分離するために、６００Ｈｚから９８０Ｈｚを通過域にしているバンドパスフィルタと、第１、第２の実施形態で説明したような４００Ｈｚ近辺の「呼制御信号群」を分離するための０Ｈｚから５００Ｈｚを通過域にしているバンドパスフィルタとを内蔵しており、トーン性判定器１５Ｂは、これら各バンドパスフィルタによる帯域分割後の信号に対して、第１の実施形態で説明したと同様のゼロクロスによるトーン周波数の判定を行うようになされている。
【０１１９】
第３の実施形態の信号種別判定器１６Ｂは、「呼制御信号群」の周波数帯域の信号に関しては、上述した第２の実施形態のように信号種別を判定し（図８参照）、「高群」及び「低群」の周波数帯域を共に有する信号に関しては、内部に記憶している図１０に示すような入力と判定結果と出力との関係情報に基づき、信号の種別を判定する。なお、「呼制御信号群」と「高群」とが検出された場合や、「呼制御信号群」と「低群」とが検出された場合や、「呼制御信号群」と「高群」と「低群」とが検出された場合などでは、トーン性の信号ではないと取り扱うようにしても良いが、これに限定されるものではない。
【０１２０】
信号種別判定器１６Ｂは信号種別を判定すると、その判定結果、すなわち、信号の種別を表す信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥを帯域阻止フィルタ２１、２２とフィルタ状態判定器３１とに出力する。信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥは、例えば、信号を識別する値（番号）と信号種類とが図８及び図１０のように関連付けされているなど、周波数と信号の種類が対応付けられるものであれば、どのような値の体系をもっているものであっても良い。
【０１２１】
図８及び図１０の例であれば、ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥ＝１であればダイヤルトーン（ＤＴ）を表し、ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥ＝５であればＤＴＭＦ信号の「１」を表している。
【０１２２】
信号種別判定器１６Ｂから信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥが入力された各帯域阻止フィルタ２１、２２はそれぞれ、信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥに応じて定まる周波数を阻止するように、入力信号に対し、公知の帯域阻止フィルタ処理を施す。帯域阻止フィルタ２１、２２の振る舞いは、第２の実施形態と同様であるが、この第３の実施形態の場合、信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥがＤＦＭＦ信号を指示しているときに、２種類の信号を除去する点が第２の実施形態のものとは異なっている。例えば、「高群」及び「低群」用に予め用意されている複数の帯域阻止フィルタの中から、それぞれ、信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥに応じて定まる「高群」及び「低群」用のフィルタを選択することで（これらは縦続接続される）ＤＴＭＦ信号に応じた帯域除去を行うようにする。なお、ＤＴＭＦ信号の帯域を阻止する構成方法はこの方法に限定されるものではない。
【０１２３】
第３の実施形態の場合、信号種別判定器１６Ｂはフィルタ状態判定器３１にも信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥを出力する。また、信号種別判定器１６Ｂは、トーン性判定器１５Ｂからの信号がトーン性あり信号ＴＯＮからトーン性なし信号ＴＯＦＦに変化したときに、トーン終了信号ＴＥＮＤをフィルタ状態判定器３１に出力する。
【０１２４】
フィルタ状態判定器３１は、信号種別判定器１６Ｂからの出力信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥ及びＴＥＮＤと、エコー消去量計算器３２からの出力信号に応じて以下のように動作する。
【０１２５】
フィルタ状態判定器３１は、信号種別判定器１６Ｂから信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥが入力されていないときには、すなわち、受信入力端子Ｒｉｎからの入力信号がトーン性を持っていない期間では、エコー消去量計算器３２からの出力信号を、予め定められた一定時間の間隔で更新しながら保持する。例えば、２０ｍｓおきに更新保持を実行するが、更新間隔はこれに限定されるものではない。
【０１２６】
一方、フィルタ状態判定器３１は、信号種別判定器１６Ｂから信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥが入力されると、エコー消去量計算器３２の出力信号を、下記のように、条件１〜条件４に分類して動作する。
【０１２７】
条件１： ＡＣＡＮＣ（ｎ）≧Ｅ＿ＡＣＡＮＣ ｄＢ
条件２： ＡＣＡＮＣ（ｎ）＜Ｅ＿ＡＣＡＮＣ ｄＢ
なお、条件１及び条件２を規定する閾値パラメータＥ＿ＡＣＡＮＣとして、例えば、２０ｄＢを適用する。但し、閾値パラメータＥ＿ＡＣＡＮＣの値は、この値に限定されるものではない。
【０１２８】
条件１が成立するときには、言い換えると、エコー消去量が大きいときには、フィルタ状態判定器３１は、係数制御器１７Ｂに適応フィルタ１８の係数更新停止を促す信号ＡＤＰ＿ＳＴＰを出力する。係数制御器１７Ｂは、信号ＡＤＰ＿ＳＴＰをダブルトーク検出器１４Ｂを経由して適応フィルタ１８に出力し、適応フィルタ１８の係数更新を停止させる。
【０１２９】
トーン信号の期間が終わり、フィルタ状態判定器３１に信号種別判定器１６Ｂからの信号ＴＥＮＤが入力されると、一旦、フィルタ状態判定器３１は、エコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ）の更新保持を停止し、次回のエコー消去量ＡＣＡＮＣの更新期間がくるのを待つ。そして、フィルタ状態判定器３１は、新たにエコー消去量計算器３２でエコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ＋１）が計算されて、フィルタ状態判定器３１に出力されてくると、エコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ＋１）と先に保持したＡＣＡＮＣ（ｎ）との比較を行う。
【０１３０】
つまり、トーン性信号がエコーキャンセラ１２Ｂに入力された前後のエコー消去量ＡＣＡＮＣ（．）を比較する。（．）は任意のｎを表す。その後、条件１に続いて、後述する条件３、４の判定を実行し、各々の結果に応じた動作を実行する。
【０１３１】
一方、条件２が成立するときには、言い換えると、エコー消去量が小さいときには、フィルタ状態判定器３１は、係数制御器１７Ｂに適応フィルタ１８の係数更新停止を促す信号ＡＤＰ＿ＳＴＰを出力しない。
【０１３２】
フィルタ状態判定器３１は、下記の条件３、４を判定し、結果に応じて各々動作する。なお、条件３及び４におけるΔ１として３ｄＢ、Δ２として０ｄＢを適用できるが、これらに限定されるものではない。
【０１３３】
条件３： Δ２＜ＡＣＡＮＣ（ｎ＋１）＜ＡＣＡＮＣ（ｎ）−Δ１
条件４： ＡＣＡＮＣ（ｎ＋１）＜Δ２
条件３が成立したときには、言い換えると、トーン性信号が入力されているが、エコー消去量が入力前よりかなり小さいときには、フィルタ状態判定器３１は、係数制御器１７Ｂに係数更新促進信号ＡＤＰ＿Ｆを出力する。
【０１３４】
条件４が成立したときには、言い換えると、エコー除去動作を行うことによりエコー消去量が負になってしまったときには、係数リセット信号ＡＤＰ＿ＲＳＴを係数制御器１７Ｂに出力する。
【０１３５】
なお、条件３も条件４も成立しないときには、フィルタ状態判定器３１は、係数制御器１７Ｂに何ら出力しない。
【０１３６】
上記の条件３に代え、下記の条件３の変形例を適用するようにしても良い。条件３の変形例は、下限固定値Δ２の代わりに、ＡＣＡＮＣ（ｎ）を利用して、上下にマージン幅を設定したものである。
【０１３７】
条件３の変形例：
ＡＣＡＮＣ（ｎ）−Δ３＜ＡＣＡＮＣ（ｎ＋１）＜ＡＣＡＮＣ（ｎ）−Δ１
係数制御器１７Ｂは、フィルタ状態判定器３１から係数リセット信号ＡＤＰ＿ＲＳＴが入力されたときは、ダブルトーク検出器１４Ｂに対して、リセット信号ＲＳＴを出力する。このリセット信号ＲＳＴは、ダブルトーク検出器１４Ｂを経由して適応フィルタ１８に与えられ、適応フィルタ１８は、フィルタ係数をリセットしてから係数更新を再開させる。ここでは、ダブルトーク検出器１４Ｂと適応フィルタ１８の両方をリセットさせるようにしたが、適応フィルタ１８だけをリセットさせるようにしても良い。
【０１３８】
また、係数制御器１７Ｂは、フィルタ状態判定器３１から係数更新促進信号ＡＤＰ＿Ｆが入力されたときには、ダブルトーク検出器１４Ｂをリセットさせるが、適応フィルタ１８をリセットさせず、係数更新動作を強制的に実行するように制御する。
【０１３９】
この第３の実施形態では、係数制御器１７Ｂが適応フィルタ１８の制御をダブルトーク検出器１４Ｂを経由して行うようにしたが、係数制御器１７Ｂが、適応フィルタ１８とダブルトーク検出器１４Ｂを各々制御するようにしても良い。
【０１４０】
第３の実施形態の動作が、従来技術における課題４をどのように解決しているかを説明する。ここでも、課題の項で述べた通り、転送時点のエコーキャンセラの適応フィルタの収束状態の良否と転送前後のエコー経路特性の変化の大小の組み合わせに応じて説明する。
【０１４１】
内線転送が発生する最も典型的な例は、図示しない遠端話者（図９の発呼側話者）が転送のための操作をプッシュボタンに対して行い（ＤＴＭＦ信号が出力される）、その後に、構内交換装置（ＰＢＸ）６Ｂの転送機能により、着呼側電話機が電話機９−１から電話機９−２に変わるときである。つまり、初めにつながった電話機９−１とは異なる電話機９−２を指定するプッシュボタンを操作し、実際に、別の電話機９−２に再接続されるケースである。
【０１４２】
（内線転送ケースＡ）
内線転送ケースＡは、適応フィルタ１８の収束が不十分であり、転送前後のハイブリッド回路８−１及び８−２の応答特性がほとんど変わらないケースである。
【０１４３】
転送前に多少の通話が行われ、音声によって適応フィルタ１８は収束の途中である。又は、トーン検出までの間に多少の係数擾乱を受けた場合、このケースＡにあてはまる。
【０１４４】
適応フィルタ１８の収束が不十分なときにおいて、遠端話者は、例えば、プッシュボタンを操作する（ＤＴＭＦ信号を入力する）などして、異なる電話機９−２に対する接続を要求する。
【０１４５】
受信入力端子Ｒｉｎに入力されたＤＴＭＦ信号は、帯域阻止フィルタ２２、トーン性判定器１５Ｂに入力され、また、受信出力端子Ｒｏｕｔからそのまま出力されてＤ／Ａ変換器７に与えられる。
【０１４６】
トーン性判定器１５Ｂはトーン性を検出する。トーン性判定器１５Ｂの出力に応じて、信号種別判定器１６Ｂから信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥが出力され、各帯域阻止フィルタ２１、２２において、信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥに応じた周波数の通過が阻止される。
【０１４７】
この結果、ＤＴＭＦ信号が生じている間は帯域阻止フィルタ２１によってＤＴＭＦ信号は阻止されるので、適応フィルタ１８及びダブルトーク検出器１４Ｂには、ＤＴＭＦ信号が入力されていないのと同様な状態になっている。従って、ＤＴＭＦ信号が受信入力端子Ｒｉｎに長時間入力されても、適応フィルタ１８の係数が乱れることはないが、係数の収束が最適状態に進行することもない。
【０１４８】
ケースＡは、適応フィルタ１８の収束が不十分なときであり、エコー消去量が少ないので、条件２が成立する（条件１が成立したときは後述する）。ＤＴＭＦ信号が終了すると、信号種別判定器１６Ｂからはトーン終了信号ＴＥＮＤが出力される。この信号ＴＥＮＤを受けたフィルタ状態判定器３１は、前回保持したエコー消費量ＡＣＡＮＣ（ｎ）と新たにエコー消去量計算器３２から出力されたエコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ＋１）を比較する。このケースＡの場合、ハイブリッド回路８−１の特性とハイブリッド回路８−２の特性がほぼ同様であるので、適応フィルタ１８が係数更新を実行すれば、ＡＣＡＮＣ（ｎ＋１）≧ＡＣＡＮＣ（ｎ）となる。従って、係数制御器１７Ｂはなにも出力しない。
【０１４９】
条件１が成立したときは、一旦、フィルタ状態判定器３１は、係数制御器１７Ｂを経由して適応フィルタ１８の係数更新を停止するが、そもそも条件１が成立するということはＤＴＭＦ信号の前の信号でハイブリッド回路の特性を推定できていたということである。ケースＡは、転送前後のハイブリッド回路８−１とハイブリッド回路８−２の特性が等しいときであるので、適応フィルタ１８はそのまま係数の更新を進行することが望ましく、係数制御器１７Ｂは、なにも出力しない。その結果、適応フィルタ１８、ダブルトーク検出器１４Ｂは所望の通り、通常のエコー除去動作を進行し、トーン信号の発生前後でエコーの劣化なくエコー除去を進行できる。
【０１５０】
（内線転送ケースＢ）
内線転送ケースＢは、適応フィルタ１８の収束が不十分であり、転送前後でハイブリッド回路８−１、８−２の特性が変わるケースである。
【０１５１】
ケースＢでも、ＤＴＭＦ信号が終了し、信号種別判定器１６Ｂからトーン終了信号ＴＥＮＤが出力され、この信号ＴＥＮＤを受けたフィルタ状態判定器３１が、前回保持したエコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ）と新たにエコー消去量計算器３２から出力されたエコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ＋１）を比較するまでの各部の動作は、ケースＡの場合と同様である。
【０１５２】
フィルタ状態判定器３１は、信号種別判定器１６Ｂから信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥが入力されると、エコー消去量計算器３２からの出力に基づいて、条件１又は条件２が成立するかを判定する。適応フィルタ１８の収束が不十分であるので、このケースＢでは、ほとんどの場合、条件２が成立する（条件１が成立したときは後述する）。
【０１５３】
しかも、このケースＢでは、転送を境にしてハイブリッド回路の応答特性が、一致していないハイブリッド回路８−１の特性から、ハイブリッド回路８−２の特性に変化する。適応フィルタ１８が係数更新を実行しようとしても、エコー経路推定の対象が、ハイブリッド回路８−１からハイブリッド回路８−２に変化してしまっている。当然、適応フィルタ１８で発生する擬似エコーは不適切なものとなり、ＡＣＡＮＣ（ｎ＋１）＜ＡＣＡＮＣ（ｎ）となる。多くの場合、ＡＣＡＮＣ（ｎ＋１）＜０となる。
【０１５４】
従って、フィルタ状態判定器３１の判定結果が条件１であれ、条件２であれ、その後の条件判定は必ず条件３又は４のどちらかになる。また、ダブルトーク検出器１４Ｂは、急激なエコー消費量の劣化に伴って、経路変動後のエコーを近端の話者信号と誤判定し、状態をダブルトークと判定し、適応フィルタ１８の係数更新を一旦停止する。
【０１５５】
フィルタ状態判定器３１は、上述したように、信号種別判定器１６Ｂからの出力ＴＥＮＤを受ける前後のエコー消去量ＡＣＡＮＣの変化が条件３若しくは条件４に合致するかどうかを判定し、まず、ダブルトーク検出器１４Ｂのリセットを行い、ダブルトーク検出器１４Ｂの誤判定を解除する。フィルタ状態判定器３１は、次に、適応フィルタ１８の制御を行うが、下記のように条件３、条件４に応じて制御を変える。
【０１５６】
ａ）条件３が成立するとき
条件３が成立するということは、エコー消去量ＡＣＡＮＣが所定の許容範囲で劣化していることを表すものである。従って、多少のエコー除去が可能な状態ではあるが、最適なエコー経路推定のためには、収束をさらに実行することが望ましい。そのため、フィルタ状態判定器３１は、係数制御器１７Ｂに係数更新促進信号ＡＤＰ＿Ｆを出力し、適応フィルタ１８のフィルタ係数を更新させる。
【０１５７】
ｂ）条件４が成立するとき
条件４におけるパラメータΔ２が例えば０ｄＢである場合において、条件４が成立するということは、エコー消去量ＡＣＡＮＣが負、すなわち、エコー除去が失敗し、むしろ、エコーを強調していることを示している。この場合には、最適なエコー経路推定のためには、適応フィルタ１８の係数を一旦破棄して再収束動作を実行することが望ましい。従って、係数制御器１７Ｂは、係数リセット信号ＡＤＰ＿ＲＳＴをダブルトーク検出器１４Ｂを経由して適応フィルタ１８に出力し、フィルタ係数をリセットしてから係数更新を再開させる。なお、第３の実施形態では、ダブルトーク検出器１４Ｂを経由して適応フィルタ１８をリセットするようにしたが、係数制御器１７Ｂが直接適応フィルタ１８をリセットするようにしても良い。
【０１５８】
上記条件３及び条件４に応じた適応フィルタ１８の制御がなされるため、ハイブリッド回路の特性が転送前後で変化しても、エコーキャンセラ１２Ｂは、速やかに新しく接続されたハイブリッド回路８−２の特性に再追従するので、速やかにエコーを除去した通話が可能になる。
【０１５９】
（内線転送ケースＣ）
内線転送ケースＣは、適応フィルタ１８の収束が十分であって、転送前後で、ハイブリッド回路の特性がほとんど変わらないケースである。
【０１６０】
このケースＣでは、適応フィルタ１８の収束は十分であるので、フィルタ状態判定器３１では条件１が成立する。推定済みエコー経路は、音声周波数帯域を満遍なく推定できており、音声信号だけでなく、トーン性信号のエコーも当然除去できる。一方、エコー除去残差ｒｅｓもほぼ０であるから、（１）式における係数更新量も０になり、たとえ、トーン性信号が入力されても、係数更新はほとんど止まったのと同然である。
【０１６１】
例外的に、長時間（例えば１分）の間、ＤＴＭＦ信号を入力するなどすれば、徐々に適応フィルタ１８の係数が破壊されていく場合があり、ケースＣでは、これを防止すれば良い。
【０１６２】
既述したように、フィルタ状態判定器３１、信号種別判定器１６Ｂ及び帯域阻止フィルタ２１、２２の組み合わせがこの役目を担っている。信号種別判定器１６Ｂから信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥが出力されている状態で条件１が成立したときは、フィルタ状態判定器３１は、係数制御器１７Ｂに、適応フィルタ１８の係数更新停止を促す信号ＡＤＰ＿ＳＴＰを出力するので、適応フィルタ１８の係数更新は停止され、転送後に、係数更新を再開するので問題なくエコーを除去し続けることができる。
【０１６３】
転送ケースＣにおいても、その後、条件３、条件４に応じた同様の動作をするのであるが、ケースＣでは、転送前後のハイブリッド回路の特性は変化しないとみなせる。従って、応答特性の面からは、ハイブリッド回路８−１とハイブリッド回路８−２とがほぼ等しいので、ＤＴＭＦ信号の入力がさほど長時間でなければ適応フィルタ１８の係数は乱されず、転送前後で、エコー消去量ＡＣＡＮＣの劣化はない。従って、エコーキャンセラ１２Ｂはそのまま動作を続けてもなんら問題ない。
【０１６４】
また、ＤＴＭＦ信号が長時間入力されても、信号種別判定器１６Ｂの出力ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥを受けたフィルタ状態判定器３１が、以後の適応フィルタ１８の係数擾乱を防止している。万が一、トーン種別の判定が遅れ、信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥの入力によるフィルタ状態判定器３１による適応フィルタ１８の係数更新停止が遅れた場合には、適応フィルタ１８の係数が乱されるが、その場合は、転送を境にエコー消去量ＡＣＡＮＣが劣化するので、ＤＴＭＦ信号の終了後に、信号種別判定器１６Ｂから信号ＴＥＮＤが入力されたフィルタ状態判定器３１が、再びエコー消去量ＡＣＡＮＣの条件３、４で判定し、以後、ケースＡ、Ｂと同様に動作する。つまり、最悪でも、転送後には、前述のケースＡ、Ｂと同様に、速やかに適応フィルタ１８を再収束させ、エコーを除去できる。
【０１６５】
（内線転送ケースＤ）
内線転送ケースＤは、適応フィルタ１８の収束が十分であって、転送を境にハイブリッド回路の特性が変わるケースである。
【０１６６】
このケースでは、転送の前に、エコーキャンセラ１２Ｂは十分収束しているので、条件１が成立している。
【０１６７】
従って、上述したように、フィルタ状態判定器３１の出力によって、係数制御器１７Ｂは、適応フィルタ１８の係数更新を一旦停止するが、ＤＴＭＦ信号の通過後は、条件３又は条件４が成立するので、適応フィルタ１８の収束が再開され、転送後、速やかに適応フィルタ１８は再収束を開始し、エコーを除去することができる。
【０１６８】
（Ｃ−３）第３の実施形態の効果
以上詳細に説明したように、第３の実施形態によれば、受信入力端子からダイヤルトーンなどのトーン信号があり、収容している電話機が反対方向にＤＴＭＦ信号を出力しても、エコーキャンセラの出力を用いるトーン検出器が正しくＤＴＭＦ信号を識別して電話番号を判別して電話をかけることができ、プッシュボタン操作での転送があっても、迅速に、エコー経路の再推定を実行し、ダブルトークによる性能劣化も少なく、エコー経路の初期遅延が小さい場合であったにしても、速やかに再収束してエコーのない良好な通話を実現でき、このような効果に加え、さらに、内線転送などが発生する大規模な系に適用しても、内線転送によって、エコー除去性能が劣化することがないので、優れた音声品質を提供可能にするエコーキャンセラが実現できる。
【０１６９】
（Ｄ）第４の実施形態
次に、本発明によるエコーキャンセラを、構内交換装置に設けられるエコーキャンセラに適用した第４の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【０１７０】
第４の実施形態は、人間同士の通話において、偶発的に人間の音声がトーン性を示す場合があることに鑑みてなされたものである。
【０１７１】
（Ｄ−１）第４の実施形態の構成
図１１は、第４の実施形態のエコーキャンセラの詳細構成を、周囲の構成と共に示すブロック図であり、第３の実施形態に係る図９との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
【０１７２】
図１１において、第４の実施形態のエコーキャンセラ１２Ｃは、第３の実施形態のトーン性判定器１５Ｂ及び信号種別判定器１６Ｂの構成部分を、信号成分判定器４０に置き換えている点が第３の実施形態と異なっており、その他は、第３の実施形態と同様である。
【０１７３】
信号成分判定器４０は、受信入力端子Ｒｉｎからの入力信号に基づき、信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥ及びＴＥＮＤを形成するものであり、その形成方法については、動作説明の項で明らかにする。
【０１７４】
（Ｄ−２）第４の実施形態の動作
第４の実施形態が第３の実施形態と異なっているのは、信号成分判定器４０の動作だけであるので、それについて説明し、他の部分についての説明は省略する。
【０１７５】
信号成分判定器４０は、入力信号が、既知の呼制御信号（例えばＤＴ、ＤＴＭＦなど）の種別かそれ以外かに拘わらず、入力信号が広帯域性の信号（入力信号の成分が広帯域に渡っている）か、そうでないかを判定するものである。信号成分判定器４０は、例えば、呼制御信号ではない１５００Ｈｚなどのトーン信号などもトーン信号として判定するように動作する。
【０１７６】
以下、信号成分判定器４０における判定方法を説明する。
【０１７７】
信号成分判定器４０は、例えば、入力信号に高速離散フーリエ変換（ＦＦＴ）を施し、個々の単一周波数成分に分解する。例えば、２５６点のＦＦＴを用いて、入力信号を周波数成分に変換する。サンプリング周波数を１６ｋＨｚとし、２５６点のＦＦＴを用いると、入力信号の０〜８ｋＨｚの帯域に対し１２８個の分解能で各周波数成分を計算し、パワースペクトルＰ＿ｆ（ｋ）を求めることができる。この第４の実施形態では、各パワースペクトルのうち、最も小さい周波数ｍｉｎ＿ｆのパワーＰ＿ｍｉｎ＿ｆをノイズフロア周波数パワーレベルとみなし、下記の条件５を満たすとき、「周波数成分あり」とみなすようにした。
【０１７８】
条件５： Ｐ＿ｆ（ｋ）＞Ｐ＿ｍｉｎ＿ｆ＋δｆ
ここで、δｆは、判定用オフセット値であり、１５ｄＢを適用できるが、この値に限定されるものではない。ｋは分解した周波数のうち何番目の周波数であるかを表しており、０≦ｋ≦１２７の１２８個の値をとり得る。
【０１７９】
信号成分判定器４０は、条件５を満足した周波数ｆ（ｋ）の個数を内蔵するカウンタでカウントし、そのカウント結果Ｃ＿ＦがＣ＿Ｆ＜ＴＨ＿ＶＯＩＣＥであるとき、入力された信号が任意トーン性信号とみなして信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥをフィルタ状態判定器３１に出力する。閾値パラメータＴＨ＿ＶＯＩＣＥとして、例えば、４を適用できるが、これに限定されない。
【０１８０】
この第４の実施形態ではトーン信号の種別を判定する必要がないので、第１〜第３の実施形態のように、信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥを形成するための情報を予め格納しておき、その情報を参照する必要がなく、信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥの出力の有無だけが問題である。
【０１８１】
なお、帯域阻止フィルタ２１、２２やフィルタ状態判定器３１の構成との関係で、信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥに番号を付与する必要があるときには、例えば、上述した図８や図１０で適用されていない番号を用いる。
【０１８２】
第４の実施形態の場合、検出されるトーン信号の周波数が予め定まっていないので、帯域阻止フィルタ２１、２２には、周波数情報を盛り込んだ信号ＫＩＮＤ＿ＴＯＮＥを与えてフィルタ動作させれば良い。
【０１８３】
信号成分判定器４０は、トーン信号を上述したように条件５に従って検出している状態から検出し得なくなった状態に変化したときに、トーン信号の終了を表す信号ＴＥＮＤをフィルタ状態判定器３１に出力する。
【０１８４】
（Ｄ−３）第４の実施形態の効果
第４の実施形態によれば、呼制御信号に分類されない任意のトーン信号（例えば、人間同士の通話における偶発的な人間のトーン性音声）に対する誤収束と、それに続くエコーキャンセラの誤動作を防止することができる。
【０１８５】
任意のトーン信号が入力される現象は、例えば、片方、あるいは両方の話者の背景音として話者音声と同じレベルで音楽がかかっている場合や、話者が通話中に歌唱を行う、話者個人の音声周波数特性が特異的にトーン性を持つ、などの場合に非常にまれではあるが発生する。そして、発生するトーン性の周波数は、呼制御トーンの周波数に限らず、任意であるので、既知の周波数表を参照することができない。第４の実施形態は、信号成分判定器４０を設けて、たとえ周波数が任意であっても入力信号のトーン性を検出し、検出結果後は、第３の実施形態と同様に、適応フィルタとダブルトーク検出器を制御するようにしたので、適応フィルタの誤収束を防止し、エコー経路の初期遅延が小さくても誤収束の状態からすみやかに復帰し、ダブルトーク検出器も誤判定の状態から復帰でき、その結果、エコーを劣化することなく除去し続けることができるエコーキャンセラを実現できる。
【０１８６】
（Ｅ）第５の実施形態
次に、本発明によるエコーキャンセラを、構内交換装置に設けられるエコーキャンセラに適用した第５の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【０１８７】
第５の実施形態のエコーキャンセラは、第３や第４の実施形態より、ハード規模を小さくしようとしたものである。
【０１８８】
（Ｅ−１）第５の実施形態の構成
図１２は、第５の実施形態のエコーキャンセラの詳細構成を、周囲の構成と共に示すブロック図であり、第３の実施形態に係る図９との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
【０１８９】
図１２において、第５の実施形態のエコーキャンセラ１２Ｄは、第３の実施形態と比較すると、帯域阻止フィルタ２１、２２が設けられていないこと、信号種別判定器１６Ｄの機能が第３の実施形態のものから多少変わっていることが異なっている。
【０１９０】
（Ｅ−２）第５の実施形態の動作
次に、第５の実施形態のエコーキャンセラ１２Ｄの、第３の実施形態のものと異なっている動作を説明する。
【０１９１】
着呼側電話機９−１、９−２の間に転送が発生するときの様子を説明する。転送が発生する前後の説明であるので、図示しない発呼側電話機と着呼側電話機９−１とは、既に通話している状態であるとして説明をする。
【０１９２】
信号種別判定器１６Ｄは、トーン性判定器１５Ｂの出力がトーン性あり信号ＴＯＮからトーン性なし信号ＴＯＦＦになったとき、フィルタ状態判定器３１にトーン信号の終了を表す信号ＴＥＮＤを出力する。
【０１９３】
フィルタ状態判定器３１は、信号種別判定器１６Ｄからの出力ＴＥＮＤがあったときには、第３の実施形態と同様に上述した条件１〜条件４の判定を行い、判定結果に応じて、係数制御器１７Ｂに係数制御用の信号ＡＤＰ＿Ｆ、ＡＤＰ＿ＳＴＰ又はＡＤＰ＿ＲＳＴを出力し、適応フィルタ１８の係数更新を制御する。このような制御時以外では、適応フィルタ１８はダブルトーク検出器１４Ｂの係数更新制御に従う。
【０１９４】
以下、転送時の動作について説明するが、既述した実施形態と異なり、この第５の実施形態では、ハイブリッド回路の応答特性の変動、及び、適応フィルタの収束状態の良否を細かく分ける必要がないので、まとめて説明する。
【０１９５】
転送前に多少の通話が行われ、音声によって適応フィルタ１８は収束の途中である。このとき、図示しない遠端話者は、ＤＴＭＦ信号を入力するなどして異なる電話機に対する接続を要求する。
【０１９６】
受信入力端子Ｒｉｎに入力されたＤＴＭＦ信号は、トーン性判定器１５Ｂに入力されると共に、受信出力端子Ｒｏｕｔをそのまま通過して、Ｄ／Ａ変換器７に入力される。
【０１９７】
このとき、トーン性判定器１５Ｂは、入力信号についてトーン性を検出するが、信号種別判定器１６Ｄは、この時点では何も出力しない。従って、フィルタ状態判定器３１もなにもせず、適応フィルタ１８は係数更新を継続し、トーン由来のエコーを除去する。このとき、適応フィルタ１８の係数は、上述したように、エコー経路の特性とは異なるが、トーンは良く消せるような係数に更新されていく。従って、加算器１３の出力は小さくなり、ＥＲＬＥは大きい値を持つようになる。
【０１９８】
次に、トーン信号が終了すると、信号種別判定器１６Ｄは、フィルタ状態判定器３１にトーン終了信号ＴＥＮＤを出力する。
【０１９９】
この信号ＴＥＮＤを受けたフィルタ状態判定器３１は、前回保持したエコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ）と新たにエコー消去量計算器３２から出力されたエコー消去量ＡＣＡＮＣ（ｎ＋１）を比較する。本ケースの場合、ハイブリッド回路８−１の特性がハイブリッド回路８−２の特性と同様であるとすると、トーン終了信号ＴＥＮＤの前後の収束状態に拘わらず、信号ＴＥＮＤが入力される時点では、適応フィルタ１８の係数はトーン信号だけを除去するのに都合良く擾乱をうけており、その後の通常音声信号でのエコー消去量によって、条件２、条件３若しくは条件４が成立する。このとき、条件３若しくは条件４に基づき、第３の実施形態のように、ダブルトーク検出器１４Ｂと適応フィルタ１８の再更新が実行される。
【０２００】
また、条件１が成立するのは、信号ＴＥＮＤの入力タイミング前後で、ＤＴＭＦ信号によって係数が擾乱をさほど受けなかったということであり、その後の音声信号でも十分にエコーを除去できる場合であるから、事前の適応フィルタ１８の収束が十分で、ハイブリッド回路の特性が変化しない内線転送ケースＣのみで起こる。このとき、適応フィルタ１８は、そのまま係数の更新を進行するのが望ましく、係数制御器１７Ｂはなにも出力しなので、適応フィルタ１８、ダブルトーク検出器１４Ｂは所望のとおり、通常のエコー除去動作を進行し、トーン信号発生前後でエコーの劣化なくエコー除去を進行できる。
【０２０１】
（Ｅ−３）第５の実施形態の効果
第５の実施形態によれば、トーン信号の擾乱を未然に防止することはできないが、転送発生時にほとんどの場合に適応フィルタ係数をリセットするようにし、ダブルトーク検出器をリセットして再開の係数更新を阻害しないようにし、エコー経路の初期遅延の大小に拘わらず、再収束が可能なので、一瞬エコーの発生を伴うが、誤収束の状態から直ちに復帰して再収束を開始し、予め複数の帯域阻止フィルタを準備する必要がない分、ハード規模を小さいエコーキャンセラを提供できる。
【０２０２】
（Ｆ）他の実施形態
上記各実施形態の技術思想のうち、組み合わせが可能なものを組み合わせてエコーキャンセラを構成するようにしても良い。
【０２０３】
上記第３、第４の実施形態では、エコー消去量を計算するのに加算器前後の入力の自乗比を計算するエコー消去量計算器を用いたが、加算器の出力信号と受信入力端子Ｒｉｎの出力信号、又は、加算器の出力信号と受信出力端子Ｒｏｕｔの入力信号を用いるようにしても良い。この場合、第３、第４の実施形態で説明したΔ１、Δ２にエコー経路自体がもつ減衰量を加えるなどすれば良い。
【０２０４】
また、第４の実施形態において、信号成分判定器４０において、任意トーン周波数を検出するためにＦＦＴを利用する方法を用いたが、任意単一トーンを検出できる方法であればＦＦＴ以外の方法を使っても良く、ＦＦＴを利用する方法に限定されない。
【０２０５】
さらに、第２〜第４の実施形態においては、２個の帯域阻止フィルタを有するものを示したが、少なくとも、適応フィルタの入力段に、帯域阻止フィルタを備えるようにしても良い。
【０２０６】
さらにまた、上記各実施形態の説明では、各構成要素がハードウェアで構成されているイメージで説明したが、一部の構成要素をソフトウェアによって実現しても良いことは勿論である。
【０２０７】
第１及び第２の実施形態では、エコーキャンセラがＶｏＩＰ端末に搭載され、第３〜第５の実施形態では、エコーキャンセラが構内交換装置に搭載された用途例を示したが、本発明のエコーキャンセラが搭載される装置はこれらに限定されないことは勿論である。
【符号の説明】
【０２０８】
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ…エコーキャンセラ、１３…加算器、１４、１４Ｂ…ダブルトーク検出器、１５、１５Ｂ…トーン性判定器、１６、１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｄ…信号種別判定器、１７、１７Ｂ…係数制御器、１８…適応フィルタ、２１、２２…帯域阻止フィルタ、３１…フィルタ状態判定器、３２…エコー消去量計算器、４０…信号成分判定器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
擬似エコーの生成に適応フィルタを用いた、ハイブリッド回路によるエコーを除去するエコーキャンセラにおいて、
遠端入力信号が所定種別のトーン信号であるか否かを判定するトーン種別判定手段と、
上記トーン種別判定手段が、遠端入力信号が所定種別のトーン信号であると判定したときに、上記適応フィルタへの遠端入力信号から、判定された所定種別のトーン信号の周波数成分を除去する、上記適応フィルタの入力段に設けられた第１の帯域阻止フィルタと
を有することを特徴とするエコーキャンセラ。
【請求項２】
遠端話者及び近端話者のダブルトーク状態を検出するダブルトーク検出手段を有し、
上記ダブルトーク検出手段には、上記第１の帯域阻止フィルタを通過した近端入力信号を入力する
ことを特徴とする請求項１に記載のエコーキャンセラ。
【請求項３】
近端入力信号から、上記適応フィルタからの擬似エコー信号を減算する加算手段を有し、
上記トーン種別判定手段が、遠端入力信号が所定種別のトーン信号であると判定したときに、上記加算手段への近端入力信号から、判定された所定種別のトーン信号の周波数成分を除去する、上記加算手段の入力段に設けられた第２の帯域阻止フィルタを有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のエコーキャンセラ。
【請求項１】
擬似エコーの生成に適応フィルタを用いた、ハイブリッド回路によるエコーを除去するエコーキャンセラにおいて、
遠端入力信号が所定種別のトーン信号であるか否かを判定するトーン種別判定手段と、
上記トーン種別判定手段が、遠端入力信号が所定種別のトーン信号であると判定したときに、上記適応フィルタへの遠端入力信号から、判定された所定種別のトーン信号の周波数成分を除去する、上記適応フィルタの入力段に設けられた第１の帯域阻止フィルタと
を有することを特徴とするエコーキャンセラ。
【請求項２】
遠端話者及び近端話者のダブルトーク状態を検出するダブルトーク検出手段を有し、
上記ダブルトーク検出手段には、上記第１の帯域阻止フィルタを通過した近端入力信号を入力する
ことを特徴とする請求項１に記載のエコーキャンセラ。
【請求項３】
近端入力信号から、上記適応フィルタからの擬似エコー信号を減算する加算手段を有し、
上記トーン種別判定手段が、遠端入力信号が所定種別のトーン信号であると判定したときに、上記加算手段への近端入力信号から、判定された所定種別のトーン信号の周波数成分を除去する、上記加算手段の入力段に設けられた第２の帯域阻止フィルタを有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のエコーキャンセラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−５５４９４（Ｐ２０１１−５５４９４Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９２２０８（Ｐ２０１０−１９２２０８）
【出願日】平成２２年８月３０日（２０１０．８．３０）
【分割の表示】特願２００５−３７０１７１（Ｐ２００５−３７０１７１）の分割
【原出願日】平成１７年１２月２２日（２００５．１２．２２）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月３０日（２０１０．８．３０）
【分割の表示】特願２００５−３７０１７１（Ｐ２００５−３７０１７１）の分割
【原出願日】平成１７年１２月２２日（２００５．１２．２２）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【Ｆターム（参考）】
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