エコーキャンセル装置、通信装置、及びエコーキャンセル方法
【課題】ダブルトーク状態においても優れたエコー除去性能を実現するエコーキャンセラを提供すること。
【解決手段】エコーキャンセラ１０は、適応フィルタ２０と、減算器３０と、誤差信号生成回路４０とを備える。適応フィルタ２０は、スピーカー３から出力される前の受信信号ｘ（ｋ）から擬似エコー信号ｙ’（ｋ）を合成する。減算器３０は、マイク２に入力された入力信号ｙｉｎ（ｋ）から擬似エコー信号ｙ’（ｋ）を引くことにより、エコー除去信号ｐ（ｋ）を生成する。誤差信号生成回路４０は、通話者の音声信号ｖ（ｋ）に相当する擬似音声信号ｒ（ｋ−１）をエコー除去信号ｐ（ｋ）から除去することにより、誤差信号ｓ（ｋ−１）を生成する。適応フィルタ２０は、この誤差信号ｓ（ｋ−１）がより小さくなるように特性を更新する。
【解決手段】エコーキャンセラ１０は、適応フィルタ２０と、減算器３０と、誤差信号生成回路４０とを備える。適応フィルタ２０は、スピーカー３から出力される前の受信信号ｘ（ｋ）から擬似エコー信号ｙ’（ｋ）を合成する。減算器３０は、マイク２に入力された入力信号ｙｉｎ（ｋ）から擬似エコー信号ｙ’（ｋ）を引くことにより、エコー除去信号ｐ（ｋ）を生成する。誤差信号生成回路４０は、通話者の音声信号ｖ（ｋ）に相当する擬似音声信号ｒ（ｋ−１）をエコー除去信号ｐ（ｋ）から除去することにより、誤差信号ｓ（ｋ−１）を生成する。適応フィルタ２０は、この誤差信号ｓ（ｋ−１）がより小さくなるように特性を更新する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信装置におけるエコーキャンセル技術に関する。特に、本発明は、ダブルトール状態でのエコーキャンセル技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、テレビ電話機能を備えた携帯電話が登場し、そのテレビ電話機能を利用するにあたりハンズフリー通話を行うユーザが増加している。このハンズフリー通話では、スピーカーの出力音量が大きいため、スピーカーから出力された音声がマイクに入力されてしまう。このような現象は「回り込み」と参照される。
【０００３】
図１に示されるように、遠端話者側で回り込みが発生すると、近端話者の声が時間をおいて近端話者側のスピーカーから聞こえる現象（いわゆる「エコー」）が発生する。このようなエコーは、近端話者にとっては不快な現象である。また、図２に示されるように、回り込みが遠端話者側と近端話者側の双方で発生すると、音響的な閉ループが形成される。ループゲインが大きくなると発振が起こり、「ブォーン」といった大きな音が聞こえる現象（いわゆる「ハウリング」）が発生する。ハウリングも不快な現象であり、双方のユーザは通話を中断せざるを得なくなる。このようなエコーやハウリングを抑制するために、エコーキャンセラが用いられる。
【０００４】
図３は、非特許文献１に記載されているエコーキャンセラの構成を示している。近端話者側の携帯端末が遠端話者側の携帯端末に送信する信号は、送信信号ｅ（ｋ）である。一方、近端話者側の携帯端末が遠端話者側の携帯端末から受信する信号は、受信信号ｘ（ｋ）である。受信信号ｘ（ｋ）は、近端話者側の携帯端末のスピーカーから出力される。また、近端話者はハンズフリー通話を行っているとする。そのため、スピーカーから出力された受信信号ｘ（ｋ）の回り込みによって発生するエコー信号ｙ（ｋ）が、近端話者側の携帯端末のマイクに入力される。このエコー信号ｙ（ｋ）は、次の式（１）で表される。
【０００５】
式（１）：
ｙ（ｋ）＝ｈ（ｋ）×ｘ（ｋ）
【０００６】
式（１）中のパラメータｈ（ｋ）は、受信信号ｘ（ｋ）からエコー信号ｙ（ｋ）への変換係数である。つまり、変換係数ｈ（ｋ）は、スピーカーからマイクへの音響エコー経路の伝達特性を示しており、近端話者側の携帯端末が置かれた環境に依存する。近端話者側の携帯端末のマイクには、上記エコー信号ｙ（ｋ）に加えて、近端話者の音声信号ｖ（ｋ）及び周囲雑音信号ｎ（ｋ）も入力される。すなわち、近端話者側の携帯端末のマイクに入力される入力信号ｙｉｎ（ｋ）は、次の式（２）で表される。
【０００７】
式（２）：
ｙｉｎ（ｋ）＝ｖ（ｋ）＋ｎ（ｋ）＋ｙ（ｋ）
【０００８】
尚、上述のパラメータにおいて、ｋは時間を表している。以下の説明においても同様である。
【０００９】
図３に示されるエコーキャンセラは、エコー信号ｙ（ｋ）をキャンセルするために、適応フィルタと減算器を備えている。まず、適応フィルタは、ＮＬＭＳアルゴリズムに基づいて、受信信号ｘ（ｋ）から擬似エコー信号ｙ’（ｋ）を合成する。この擬似エコー信号ｙ’（ｋ）は、適応フィルタによって推定されるエコー信号であり、次の式（３）で表される。
【００１０】
式（３）：
ｙ’（ｋ）＝ｈ’（ｋ）×ｘ（ｋ）
【００１１】
式（３）中のパラメータｈ’（ｋ）は、受信信号ｘ（ｋ）から擬似エコー信号ｙ’（ｋ）への変換係数である。つまり、変換係数ｈ’（ｋ）は、適応フィルタによって推定されるスピーカーからマイクへの音響エコー経路の伝達特性を示している。適応フィルタは、得られた擬似エコー信号ｙ’（ｋ）を減算器に出力する。
【００１２】
減算器は、マイクから入力される入力信号ｙｉｎ（ｋ）を受け取る。そして、減算器は、受け取った入力信号ｙｉｎ（ｋ）から上記擬似エコー信号ｙ’（ｋ）を差し引くことによって、送信信号ｅ（ｋ）を生成する。減算器によって生成される送信信号ｅ（ｋ）は、次の式（４）で表される。
【００１３】
式（４）：
ｅ（ｋ）＝ｙｉｎ（ｋ）−ｙ’（ｋ）
＝ｖ（ｋ）＋ｎ（ｋ）＋ｙ（ｋ）−ｙ’（ｋ）
【００１４】
図３中の適応フィルタは、この送信信号ｅ（ｋ）に基づくフィードバック制御を行う。具体的には、適応フィルタは、送信信号ｅ（ｋ）が０になるように上記変換係数ｈ’（ｋ）を更新する。ここで、近端話者が話しておらず、近端話者の音声信号ｖ（ｋ）がゼロである場合を考える。また、周囲雑音信号ｎ（ｋ）は無視できるレベルであるとする。この場合、減算器によって生成される送信信号ｅ（ｋ）は、次の式（５）で表される。
【００１５】
式（５）：
ｅ（ｋ）＝ｙ（ｋ）−ｙ’（ｋ）
【００１６】
適応フィルタは、式（５）で表される送信信号ｅ（ｋ）が０になるように上記変換係数ｈ’（ｋ）を更新する。すなわち、適応フィルタは、マイクに入力されるエコー信号ｙ（ｋ）がキャンセルされるように、スピーカーからマイクへの音響エコー経路の伝達特性ｈ（ｋ）を推定する。式（５）で表されるｅ（ｋ）は推定誤差であり、適応フィルタはこの推定誤差ｅ（ｋ）が０になるようにフィードバック制御を行っていると言える。適応フィルタの変換係数ｈ’（ｋ）が音響エコー経路の伝達特性ｈ（ｋ）と一致すると、擬似エコー信号ｙ’（ｋ）が実際のエコー信号ｙ（ｋ）に一致し、エコー除去が正常に実現される。
【００１７】
このように、近端話者が話しておらず、遠端話者のみが話している場合には、エコー除去が正常に実現される。しかしながら実際には、遠端話者だけでなく近端話者も同時に話している状態（以下、「ダブルトーク状態」と参照される）が頻繁に発生する。ダブルトーク状態では、減算器によって生成される送信信号ｅ（ｋ）は、上記式（４）で表される。たとえ周囲雑音信号ｎ（ｋ）が無視できるとしても、近端話者の音声信号ｖ（ｋ）は無視することはできない。この場合、適応フィルタは、式（４）で表される送信信号ｅ（ｋ）が０になるようにフィードバック制御を行うため、エコー信号ｙ（ｋ）だけを正常に除去することができない。言い換えれば、マイクに入力されるエコー信号ｙ（ｋ）以外の外乱により、適応フィルタが伝達特性ｈ（ｋ）の推定を誤ってしまうため、エコー除去の性能が著しく劣化する。
【００１８】
以上に説明されたように、図３で示されたエコーキャンセラは、外乱に対して不安定となり、特にダブルトーク状態ではエコー除去の性能が著しく劣化する。このような問題点を解決することを目的とした関連技術が、特許文献１（特開２００２−７６９９９号公報）に記載されている。
【００１９】
図４は、特許文献１に記載されているエコーキャンセラの構成を示している。図４に示されるエコーキャンセラは、適応フィルタ１０１及び減算器１０２に加えて、パワー推定回路１０３、ステップサイズ決定回路１０４、雑音レベル推定回路１０６及び近端音声レベル推定回路１０７を備えている。
【００２０】
図３の場合と同様に、適応フィルタ１０１は、受信信号ｘ（ｋ）から擬似エコー信号ｙ’（ｋ）を合成し、減算器１０２は、入力信号ｙｉｎ（ｋ）から擬似エコー信号ｙ’（ｋ）を差し引くことによって送信信号ｅ（ｋ）を生成する。送信信号ｅ（ｋ）は、上記式（４）と同じである。その一方で、パワー推定回路１０３は、遠端話者からの受信信号ｘ（ｋ）に基づいて、その受信信号ｘ（ｋ）のパワーを推定する。また、雑音レベル推定回路１０６及び近端音声レベル推定回路１０７は、送信信号ｅ（ｋ）に基づいて、周囲雑音信号ｎ（ｋ）及び音声信号ｖ（ｋ）のそれぞれのレベルを推定する。
【００２１】
ステップサイズ決定回路１０４は、受信信号ｘ（ｋ）の推定パワー、周囲雑音信号ｎ（ｋ）の推定レベル及び音声信号ｖ（ｋ）の推定レベルに基づいて、ステップサイズを決定する。ステップサイズとは、適応フィルタ１０１における変換係数ｈ’（ｋ）の更新量である。例えば、音声信号ｖ（ｋ）や周囲雑音信号ｎ（ｋ）の推定レベルが比較的小さい場合、すなわち、マイクに入力される入力信号ｙｉｎ（ｋ）が主にエコー信号ｙ（ｋ）であると判定される場合、ステップサイズ決定回路１０４は、ステップサイズを比較的大きく設定する。一方、音声信号ｖ（ｋ）や周囲雑音信号ｎ（ｋ）の推定レベルが比較的大きい場合、すなわち、マイクに入力される外乱が大きいと判定される場合、ステップサイズ決定回路１０４は、ステップサイズを比較的小さく設定する。このようにして決定されたステップサイズ（更新量）が、送信信号ｅ（ｋ）と共に、適応フィルタ１０１に入力される。
【００２２】
適応フィルタ１０１は、送信信号ｅ（ｋ）が０になるように変換係数ｈ’（ｋ）を更新する。このとき、適応フィルタ１０１は、ステップサイズ決定回路１０４によって決定されたステップサイズに従って、変換係数ｈ’（ｋ）を更新する。すなわち、音声信号ｖ（ｋ）や周囲雑音信号ｎ（ｋ）の推定レベルが比較的小さい場合、適応フィルタ１０１は変換係数ｈ’（ｋ）を大きく変更する。一方、音声信号ｖ（ｋ）や周囲雑音信号ｎ（ｋ）の推定レベルが比較的大きい場合、適応フィルタ１０１は変換係数ｈ’（ｋ）を小さく変更する。
【００２３】
このように、図４で示されるエコーキャンセラは、入力信号ｙｉｎ（ｋ）に含まれる音声信号ｖ（ｋ）や周囲雑音信号ｎ（ｋ）のレベルを推定し、状況に応じて変換係数ｈ’（ｋ）の更新量を可変に設定する。これにより、適応フィルタ１０１が伝達特性ｈ（ｋ）の推定を大きく誤ってしまうことが抑制され、外乱に対する安定度が向上する。つまり、エコー除去性能の著しい劣化が抑えられる。
【００２４】
特許文献２には、スピーカーとマイクロホンを利用して拡声通話を行う拡声通話系に用いられるエコーキャンセラが開示されている。そのエコーキャンセラは、適応フィルタ部とエコー抑圧部とを備える。適応フィルタ部は、スピーカーとマイクロホンの音響結合などにより形成される帰還経路のインパルス応答を適応的に同定して、その帰還経路に入力される入力信号から帰還経路のエコー成分を推定する。更に、適応フィルタ部は、推定されたエコー成分を、帰還経路から入力されるマイクロホン入力信号から減算する。エコー抑圧部は、適応フィルタ部から出力されるエコーキャンセル出力信号に対してエコー抑圧処理を行う。具体的には、エコー抑圧部は、ウィーナーフィルタリング法に基づくエコー抑圧量を、上記マイクロホン入力信号と帰還経路に混入する近端側音声信号の比に基づいて定義されるエコー低減量を用いて求める。そして、エコー抑圧部は、適応フィルタ部から出力されるエコーキャンセル出力信号に対してエコー抑圧量を乗算する。
【００２５】
【特許文献１】特開２００２−７６９９９号公報
【特許文献２】特開２００８−１４１７３４号公報
【非特許文献１】未来ねっと技術シリーズ、ディジタル音声・オーディオ技術２、編著者：北脇信彦、発行所：電気通信協会、発売元：オーム社、ISBN4-88549-905-4
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
図４で示されたエコーキャンセラでは、受信信号ｘ（ｋ）の推定パワー、周囲雑音信号ｎ（ｋ）の推定レベル及び音声信号ｖ（ｋ）の推定レベルの３つのパラメータに基づいて、ステップサイズが決定される。しかしながら、そのような手法では、適切なステップサイズを決定することは困難である。なぜなら、受信信号ｘ（ｋ）のパワーや周囲雑音信号ｎ（ｋ）及び音声信号ｖ（ｋ）のレベルは、通話環境により大きく変動するからである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明の第１の観点において、エコーキャンセル装置が提供される。そのエコーキャンセル装置は、適応フィルタと、減算器と、誤差信号生成回路とを備える。適応フィルタは、スピーカーから出力される前の受信信号から擬似エコー信号を合成する。減算器は、マイクに入力された入力信号から擬似エコー信号を引くことにより、エコー除去信号を生成する。誤差信号生成回路は、通話者の音声信号に相当する擬似音声信号をエコー除去信号から除去することにより、誤差信号を生成する。適応フィルタは、この誤差信号の大きさがより小さくなるように特性を更新する。
【００２８】
本発明の第２の観点において、通信装置が提供される。その通信装置は、入力信号が入力されるマイクと、受信信号が出力されるスピーカーと、エコーキャンセル装置とを備える。エコーキャンセル装置は、スピーカーから出力される前の受信信号から擬似エコー信号を合成する適応フィルタと、入力信号から擬似エコー信号を引くことによりエコー除去信号を生成する減算器と、通話者の音声信号に相当する擬似音声信号をエコー除去信号から除去することにより誤差信号を生成する誤差信号生成回路と、を備える。適応フィルタは、この誤差信号の大きさがより小さくなるように特性を更新する。
【００２９】
本発明の第３の観点において、エコーキャンセル方法が提供される。そのエコーキャンセル方法は、（Ａ）適応フィルタを用いることにより、スピーカーから出力される前の受信信号から擬似エコー信号を合成することと、（Ｂ）マイクに入力された入力信号から擬似エコー信号を引くことにより、エコー除去信号を生成することと、（Ｃ）通話者の音声信号に相当する擬似音声信号をエコー除去信号から除去することにより、誤差信号を生成することと、（Ｄ）上記誤差信号の大きさがより小さくなるように、適応フィルタの特性を更新することと、を含む。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係るエコーキャンセル技術によれば、マイクに入力されるエコー信号以外の外乱に対する適応フィルタの安定性が増す。その結果、ダブルトーク状態においても、優れたエコー除去性能が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係るエコーキャンセル技術を説明する。本実施の形態に係るエコーキャンセル技術は、例えば、携帯電話、携帯端末、固定電話、通信会議端末等の通信装置に適用され得る。
【００３２】
１．構成
図５は、本実施の形態に係るエコーキャンセル技術が適用される通信装置の一例としての携帯端末１を概略的に示している。携帯端末１は、マイク２（入力部）、スピーカー３（出力部）、アンテナ４、及びディスプレイ５を備えている。携帯端末１は、アンテナ４を通して、他の携帯端末からの通話データを受信し、また、他の携帯端末に対して通話データを送信する。図５に示される携帯端末１は、例えばテレビ電話機能を有しており、ユーザ（近端通話者）は、この携帯端末１を用いてハンズフリー通話を行うことが可能である。ハンズフリー通話において、ディスプレイ５には遠端通話者の映像等が表示され、スピーカー３からは遠端通話者の音声が出力される。近端通話者の音声、周辺雑音、エコー等は、マイク２に入力される。
【００３３】
本実施の形態に係る携帯端末１は更に、エコーキャンセラ（エコーキャンセル装置）１０を搭載している。図６は、本実施の形態に係るエコーキャンセラ１０の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係るエコーキャンセラ１０は、適応フィルタ２０、第１減算器３０、及び誤差信号生成回路４０を備えている。誤差信号生成回路４０は、残留エコー抑圧器４１、ノイズサプレッサ４２、及び第２減算器４３を含んでいる。
【００３４】
携帯端末１がアンテナ４を通して遠端話者側の携帯端末に送信する信号は、送信信号ｅ（ｋ）である。一方、携帯端末１がアンテナ４を通して遠端話者側の携帯端末から受信する信号は、受信信号ｘ（ｋ）である。受信信号ｘ（ｋ）は、携帯端末１のスピーカー３から出力される。また、近端話者はハンズフリー通話を行っているとする。そのため、スピーカー３から出力された受信信号ｘ（ｋ）の回り込みによって発生するエコー信号ｙ（ｋ）が、携帯端末１のマイク２に入力される。このエコー信号ｙ（ｋ）は、次の式（６）で表される。
【００３５】
式（６）：
ｙ（ｋ）＝ｈ（ｋ）×ｘ（ｋ）
【００３６】
式（６）中のパラメータｈ（ｋ）は、受信信号ｘ（ｋ）からエコー信号ｙ（ｋ）への変換係数である。つまり、変換係数ｈ（ｋ）は、スピーカー３からマイク２への音響エコー経路の伝達特性を示しており、携帯端末１が置かれた環境に依存する。携帯端末１のマイク２には、上記エコー信号ｙ（ｋ）に加えて、近端話者の音声信号ｖ（ｋ）及び周囲雑音信号ｎ（ｋ）も入力される。すなわち、携帯端末１のマイク２に入力される入力信号ｙｉｎ（ｋ）は、次の式（７）で表される。
【００３７】
式（７）：
ｙｉｎ（ｋ）＝ｖ（ｋ）＋ｎ（ｋ）＋ｙ（ｋ）
【００３８】
尚、上述のパラメータにおいて、ｋは時間を表している。以下の説明においても同様である。
【００３９】
２．動作
図７は、本実施の形態に係るエコーキャンセラ１０の動作を示すフローチャートである。以下、図６及び図７を参照することにより、本実施の形態に係るエコーキャンセラ１０の動作を詳しく説明する。
【００４０】
（ステップＳ１）
まず、適応フィルタ２０は、ＮＬＭＳアルゴリズムに基づいて、スピーカー３から出力される前の受信信号ｘ（ｋ）から擬似エコー信号ｙ’（ｋ）を合成する。この擬似エコー信号ｙ’（ｋ）は、適応フィルタ２０によって推定されるエコー信号であり、次の式（８）で表される。
【００４１】
式（８）：
ｙ’（ｋ）＝ｈ’（ｋ）×ｘ（ｋ）
【００４２】
式（８）中のパラメータｈ’（ｋ）は、受信信号ｘ（ｋ）から擬似エコー信号ｙ’（ｋ）への変換係数である。つまり、変換係数ｈ’（ｋ）は、適応フィルタ２０によって推定されるスピーカー３からマイク２への音響エコー経路の伝達特性を示している。適応フィルタ２０は、得られた擬似エコー信号ｙ’（ｋ）を第１減算器３０に出力する。
【００４３】
（ステップＳ２）
第１減算器３０は、マイク２から入力される入力信号ｙｉｎ（ｋ）を受け取る。そして、第１減算器３０は、受け取った入力信号ｙｉｎ（ｋ）から上記擬似エコー信号ｙ’（ｋ）を差し引くことによって、エコー除去信号ｐ（ｋ）を生成する。第１減算器３０によって生成されるエコー除去信号ｐ（ｋ）は、次の式（９）で表される。
【００４４】
式（９）：
ｐ（ｋ）＝ｙｉｎ（ｋ）−ｙ’（ｋ）
＝ｖ（ｋ）＋ｎ（ｋ）＋（ｙ（ｋ）−ｙ’（ｋ））
【００４５】
式（９）中のパラメータ「ｙ（ｋ）−ｙ’（ｋ）」は、適応フィルタ２０におけるエコー推定の誤差を示しており、以下「残留エコー信号」と参照される。
【００４６】
（ステップＳ３）
残留エコー抑圧器４１は、第１減算器３０によって生成されたエコー除去信号ｐ（ｋ）と、マイク２から入力された入力信号ｙｉｎ（ｋ）を受け取る。そして、残留エコー抑圧器４１は、エコー除去信号ｐ（ｋ）から残留エコー信号「ｙ（ｋ）−ｙ’（ｋ）」を除去することにより、残留エコー除去信号ｑ（ｋ）を生成する。残留エコー信号「ｙ（ｋ）−ｙ’（ｋ）」の除去には、上述の特許文献２（特開２００８−１４１７３４号公報）に記載されているものを使用することができる。残留エコー抑圧器４１によって生成される残留エコー除去信号ｑ（ｋ）は、次の式（１０）で表される。
【００４７】
式（１０）：
ｑ（ｋ）＝ｐ（ｋ）−（ｙ（ｋ）−ｙ’（ｋ））
＝ｖ（ｋ）＋ｎ（ｋ）
【００４８】
（ステップＳ４）
ノイズサプレッサ４２は、残留エコー抑圧器４１によって生成された残留エコー除去信号ｑ（ｋ）を受け取る。そして、ノイズサプレッサ４２は、残留エコー除去信号ｑ（ｋ）から周囲雑音信号ｎ（ｋ）と同等のノイズ信号を除去する。本実施の形態に係るノイズサプレッサ４２としては、次の論文に記載されているものを使用することができる：加藤正徳, 杉山昭彦, 芹沢昌宏, “重み付き雑音推定とＭＭＳＥ ＳＴＳＡ法に基づく高音質雑音抑圧”, 電子情報通信学会論文誌, VOL.J87-A, No.7, pp.851-860,
July 2004.
【００４９】
本実施の形態に係るノイズサプレッサ４２は、上記論文に記載されているように重み付き雑音推定とＭＭＳＥ ＳＴＳＡ法に基づいて、ノイズ成分を除去する。より詳細には、ノイズサプレッサ４２は、音声対雑音比の推定値に応じて重み付けした劣化音声を用いて、継続的に雑音推定値を更新する。雑音推定値は所定の記憶手段に記憶される。そして、ノイズサプレッサ４２は、一つ前のサンプリング期間の残留エコー除去信号ｑ（ｋ−１）から、周囲雑音信号ｎ（ｋ）と同等の雑音推定値ｎ’（ｋ−１）を差し引き、それにより次の式（１１）で示される擬似音声信号ｒ（ｋ−１）を生成する。
【００５０】
式（１１）：
ｒ（ｋ−１）＝ｑ（ｋ−１）−ｎ’（ｋ−１）
＝ｖ（ｋ−１）＋ｎ（ｋ−１）−ｎ’（ｋ−１）
【００５１】
上述の通り、擬似エコー信号ｙ’（ｋ）がステップＳ２で除去され、残留エコー信号「ｙ（ｋ）−ｙ’（ｋ）」がステップＳ３で除去され、ノイズ成分が本ステップＳ４で除去される。従って、ノイズサプレッサ４２によって生成される信号ｒ（ｋ−１）は、近端話者の音声信号ｖ（ｋ）に相当する擬似音声信号となる。つまり、ノイズサプレッサ４２は、残留エコー除去信号ｑ（ｋ）からノイズ成分を除去することにより、擬似音声信号ｒ（ｋ−１）を抽出する。ノイズサプレッサ４２は、得られた擬似音声信号ｒ（ｋ−１）を送信信号ｅ（ｋ−１）として出力する。送信信号ｅ（ｋ−１）が、音声信号ｖ（ｋ−１）とほとんど等しい擬似音声信号ｒ（ｋ−１）となるため、通話品質が改善される。更に、ノイズサプレッサ４２は、得られた擬似音声信号ｒ（ｋ−１）を第２減算器４３に出力する。
【００５２】
（ステップＳ５）
第２減算器４３は、第１減算器３０によって生成されたエコー除去信号ｐ（ｋ）を受け取る。また、第２減算器４３は、ノイズサプレッサ４２によって生成された擬似音声信号ｒ（ｋ−１）を受け取る。そして、第２減算器４３は、エコー除去信号ｐ（ｋ）から擬似音声信号ｒ（ｋ−１）を差し引くことによって、次の式（１２）で表される信号ｓ（ｋ−１）を生成する。
【００５３】
式（１２）：
ｓ（ｋ−１）＝ｐ（ｋ）−ｒ（ｋ−１）
＝（ｖ（ｋ）−ｒ（ｋ−１））＋ｎ（ｋ）＋（ｙ（ｋ）−ｙ’（ｋ））
【００５４】
本実施の形態において、周辺雑音信号ｎ（ｋ）は無視できるレベルであるとする。また、上述の通り、擬似音声信号ｒ（ｋ−１）は近端話者の音声信号ｖ（ｋ）に相当するレベルである。従って、第２減算器４３によって生成される信号ｓ（ｋ−１）は、エコー除去処理の結果としての残留エコー「ｙ（ｋ）−ｙ’（ｋ）」のレベルを示していると言える。言い換えれば、信号ｓ（ｋ−１）は、適応フィルタ２０におけるエコー推定の誤差を示している。その意味で、第２減算器４３によって生成される信号ｓ（ｋ−１）は、以下「誤差信号」と参照される。
【００５５】
上述の残留エコー抑圧器４１、ノイズサプレッサ４２及び第２減算器４３は、誤差信号ｓ（ｋ−１）を生成するための誤差信号生成回路４０を構成している。誤差信号生成回路４０は、通話者の音声信号ｖ（ｋ）に相当する擬似音声信号ｒ（ｋ−１）をエコー除去信号ｐ（ｋ）から除去することにより、誤差信号ｓ（ｋ−１）を生成する。そして、誤差信号生成回路４０によって生成された誤差信号ｓ（ｋ−１）が、適応フィルタ２０に出力される。すなわち、本実施の形態によれば、送信信号ではなく誤差信号ｓ（ｋ−１）が適応フィルタ２０にフィードバックされる。
【００５６】
（ステップＳ６）
適応フィルタ２０は、誤差信号ｓ（ｋ−１）を受け取り、この誤差信号ｓ（ｋ−１）の大きさがより小さくなるように自身の特性を更新する。つまり、適応フィルタ２０は、誤差信号ｓ（ｋ−１）ができるだけ小さくなるように変換係数ｈ’（ｋ）の更新を行う。この処理は、マイク２に入力されるエコー信号ｙ（ｋ）がキャンセルされるように、スピーカー３からマイク２への音響エコー経路の伝達特性ｈ（ｋ）を推定する処理に相当する。上述の通り、誤差信号ｓ（ｋ−１）は当該推定処理の誤差を表しており、適応フィルタ２０はこの推定誤差ｓ（ｋ−１）が０になるようにフィードバック制御を行っていると言える。適応フィルタ２０の変換係数ｈ’（ｋ）が音響エコー経路の伝達特性ｈ（ｋ）と一致すると、擬似エコー信号ｙ’（ｋ）が実際のエコー信号ｙ（ｋ）に一致し、エコーが完全にキャンセルされる。
【００５７】
（ステップＳ７）
処理データが終了するまで、上記ステップＳ１〜Ｓ６が繰り返される。
【００５８】
３．効果
以上に説明されたように、本実施の形態によれば、適応フィルタ２０は、誤差信号ｓ（ｋ−１）に基づいてフィードバック制御を行う。その誤差信号ｓ（ｋ−１）は、音声信号ｖ（ｋ）に相当する成分を含んでいない。それは、誤差信号生成回路４０が、音声信号ｖ（ｋ）に相当する擬似音声信号ｒ（ｋ−１）をエコー除去信号ｐ（ｋ）から除去することにより、誤差信号ｓ（ｋ−１）を生成しているからである。
【００５９】
誤差信号ｓ（ｋ−１）から音声信号ｖ（ｋ）に相当する成分が排除されているため、その誤差信号ｓ（ｋ−１）に基づいてフィードバック制御を行う適応フィルタ２０の外乱に対する安定性が増す。言い換えれば、音声信号ｖ（ｋ）が入力されるダブルトーク状態においても、適応フィルタ２０の特性（変換係数ｈ’（ｋ））の更新が不安定になることが防止される。すなわち、ダブルトーク状態においても、エコーキャンセラ１０の性能は低下せず、優れたエコー除去性能が実現される。
【００６０】
また、図４で示されたエコーキャンセラと異なり、受信信号ｘ（ｋ）の推定パワー、周囲雑音信号ｎ（ｋ）の推定レベル及び音声信号ｖ（ｋ）の推定レベルの３つのパラメータに基づいて、ステップサイズを決定する必要もない。簡単な構成により、優れたエコー除去性能を実現することが可能である。
【００６１】
以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、エコー発生の原理を示す概念図である。
【図２】図２は、ハウリングを示す概念図である。
【図３】図３は、関連技術に係るエコーキャンセラの構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、他の関連技術に係るエコーキャンセラの構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係る携帯端末の構成を示す概略図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態に係るエコーキャンセラ（エコーキャンセル装置）の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態に係るエコーキャンセラの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１ 携帯端末
２ マイク
３ スピーカー
４ アンテナ
５ ディスプレイ
１０ エコーキャンセラ（エコーキャンセル装置）
２０ 適応フィルタ
３０ 第１減算器
４０ 誤差信号生成回路
４１ 残留エコー抑圧器
４２ ノイズサプレッサ
４３ 第２減算器
ｅ（ｋ） 送信信号
ｘ（ｋ） 受信信号
ｙｉｎ（ｋ） 入力信号
ｙ（ｋ） エコー信号
ｙ’（ｋ） 擬似エコー信号
ｖ（ｋ） 音声信号
ｎ（ｋ） 周囲雑音信号
ｐ（ｋ） エコー除去信号
ｑ（ｋ） 残留エコー除去信号
ｒ（ｋ） 擬似音声信号
ｓ（ｋ） 誤差信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信装置におけるエコーキャンセル技術に関する。特に、本発明は、ダブルトール状態でのエコーキャンセル技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、テレビ電話機能を備えた携帯電話が登場し、そのテレビ電話機能を利用するにあたりハンズフリー通話を行うユーザが増加している。このハンズフリー通話では、スピーカーの出力音量が大きいため、スピーカーから出力された音声がマイクに入力されてしまう。このような現象は「回り込み」と参照される。
【０００３】
図１に示されるように、遠端話者側で回り込みが発生すると、近端話者の声が時間をおいて近端話者側のスピーカーから聞こえる現象（いわゆる「エコー」）が発生する。このようなエコーは、近端話者にとっては不快な現象である。また、図２に示されるように、回り込みが遠端話者側と近端話者側の双方で発生すると、音響的な閉ループが形成される。ループゲインが大きくなると発振が起こり、「ブォーン」といった大きな音が聞こえる現象（いわゆる「ハウリング」）が発生する。ハウリングも不快な現象であり、双方のユーザは通話を中断せざるを得なくなる。このようなエコーやハウリングを抑制するために、エコーキャンセラが用いられる。
【０００４】
図３は、非特許文献１に記載されているエコーキャンセラの構成を示している。近端話者側の携帯端末が遠端話者側の携帯端末に送信する信号は、送信信号ｅ（ｋ）である。一方、近端話者側の携帯端末が遠端話者側の携帯端末から受信する信号は、受信信号ｘ（ｋ）である。受信信号ｘ（ｋ）は、近端話者側の携帯端末のスピーカーから出力される。また、近端話者はハンズフリー通話を行っているとする。そのため、スピーカーから出力された受信信号ｘ（ｋ）の回り込みによって発生するエコー信号ｙ（ｋ）が、近端話者側の携帯端末のマイクに入力される。このエコー信号ｙ（ｋ）は、次の式（１）で表される。
【０００５】
式（１）：
ｙ（ｋ）＝ｈ（ｋ）×ｘ（ｋ）
【０００６】
式（１）中のパラメータｈ（ｋ）は、受信信号ｘ（ｋ）からエコー信号ｙ（ｋ）への変換係数である。つまり、変換係数ｈ（ｋ）は、スピーカーからマイクへの音響エコー経路の伝達特性を示しており、近端話者側の携帯端末が置かれた環境に依存する。近端話者側の携帯端末のマイクには、上記エコー信号ｙ（ｋ）に加えて、近端話者の音声信号ｖ（ｋ）及び周囲雑音信号ｎ（ｋ）も入力される。すなわち、近端話者側の携帯端末のマイクに入力される入力信号ｙｉｎ（ｋ）は、次の式（２）で表される。
【０００７】
式（２）：
ｙｉｎ（ｋ）＝ｖ（ｋ）＋ｎ（ｋ）＋ｙ（ｋ）
【０００８】
尚、上述のパラメータにおいて、ｋは時間を表している。以下の説明においても同様である。
【０００９】
図３に示されるエコーキャンセラは、エコー信号ｙ（ｋ）をキャンセルするために、適応フィルタと減算器を備えている。まず、適応フィルタは、ＮＬＭＳアルゴリズムに基づいて、受信信号ｘ（ｋ）から擬似エコー信号ｙ’（ｋ）を合成する。この擬似エコー信号ｙ’（ｋ）は、適応フィルタによって推定されるエコー信号であり、次の式（３）で表される。
【００１０】
式（３）：
ｙ’（ｋ）＝ｈ’（ｋ）×ｘ（ｋ）
【００１１】
式（３）中のパラメータｈ’（ｋ）は、受信信号ｘ（ｋ）から擬似エコー信号ｙ’（ｋ）への変換係数である。つまり、変換係数ｈ’（ｋ）は、適応フィルタによって推定されるスピーカーからマイクへの音響エコー経路の伝達特性を示している。適応フィルタは、得られた擬似エコー信号ｙ’（ｋ）を減算器に出力する。
【００１２】
減算器は、マイクから入力される入力信号ｙｉｎ（ｋ）を受け取る。そして、減算器は、受け取った入力信号ｙｉｎ（ｋ）から上記擬似エコー信号ｙ’（ｋ）を差し引くことによって、送信信号ｅ（ｋ）を生成する。減算器によって生成される送信信号ｅ（ｋ）は、次の式（４）で表される。
【００１３】
式（４）：
ｅ（ｋ）＝ｙｉｎ（ｋ）−ｙ’（ｋ）
＝ｖ（ｋ）＋ｎ（ｋ）＋ｙ（ｋ）−ｙ’（ｋ）
【００１４】
図３中の適応フィルタは、この送信信号ｅ（ｋ）に基づくフィードバック制御を行う。具体的には、適応フィルタは、送信信号ｅ（ｋ）が０になるように上記変換係数ｈ’（ｋ）を更新する。ここで、近端話者が話しておらず、近端話者の音声信号ｖ（ｋ）がゼロである場合を考える。また、周囲雑音信号ｎ（ｋ）は無視できるレベルであるとする。この場合、減算器によって生成される送信信号ｅ（ｋ）は、次の式（５）で表される。
【００１５】
式（５）：
ｅ（ｋ）＝ｙ（ｋ）−ｙ’（ｋ）
【００１６】
適応フィルタは、式（５）で表される送信信号ｅ（ｋ）が０になるように上記変換係数ｈ’（ｋ）を更新する。すなわち、適応フィルタは、マイクに入力されるエコー信号ｙ（ｋ）がキャンセルされるように、スピーカーからマイクへの音響エコー経路の伝達特性ｈ（ｋ）を推定する。式（５）で表されるｅ（ｋ）は推定誤差であり、適応フィルタはこの推定誤差ｅ（ｋ）が０になるようにフィードバック制御を行っていると言える。適応フィルタの変換係数ｈ’（ｋ）が音響エコー経路の伝達特性ｈ（ｋ）と一致すると、擬似エコー信号ｙ’（ｋ）が実際のエコー信号ｙ（ｋ）に一致し、エコー除去が正常に実現される。
【００１７】
このように、近端話者が話しておらず、遠端話者のみが話している場合には、エコー除去が正常に実現される。しかしながら実際には、遠端話者だけでなく近端話者も同時に話している状態（以下、「ダブルトーク状態」と参照される）が頻繁に発生する。ダブルトーク状態では、減算器によって生成される送信信号ｅ（ｋ）は、上記式（４）で表される。たとえ周囲雑音信号ｎ（ｋ）が無視できるとしても、近端話者の音声信号ｖ（ｋ）は無視することはできない。この場合、適応フィルタは、式（４）で表される送信信号ｅ（ｋ）が０になるようにフィードバック制御を行うため、エコー信号ｙ（ｋ）だけを正常に除去することができない。言い換えれば、マイクに入力されるエコー信号ｙ（ｋ）以外の外乱により、適応フィルタが伝達特性ｈ（ｋ）の推定を誤ってしまうため、エコー除去の性能が著しく劣化する。
【００１８】
以上に説明されたように、図３で示されたエコーキャンセラは、外乱に対して不安定となり、特にダブルトーク状態ではエコー除去の性能が著しく劣化する。このような問題点を解決することを目的とした関連技術が、特許文献１（特開２００２−７６９９９号公報）に記載されている。
【００１９】
図４は、特許文献１に記載されているエコーキャンセラの構成を示している。図４に示されるエコーキャンセラは、適応フィルタ１０１及び減算器１０２に加えて、パワー推定回路１０３、ステップサイズ決定回路１０４、雑音レベル推定回路１０６及び近端音声レベル推定回路１０７を備えている。
【００２０】
図３の場合と同様に、適応フィルタ１０１は、受信信号ｘ（ｋ）から擬似エコー信号ｙ’（ｋ）を合成し、減算器１０２は、入力信号ｙｉｎ（ｋ）から擬似エコー信号ｙ’（ｋ）を差し引くことによって送信信号ｅ（ｋ）を生成する。送信信号ｅ（ｋ）は、上記式（４）と同じである。その一方で、パワー推定回路１０３は、遠端話者からの受信信号ｘ（ｋ）に基づいて、その受信信号ｘ（ｋ）のパワーを推定する。また、雑音レベル推定回路１０６及び近端音声レベル推定回路１０７は、送信信号ｅ（ｋ）に基づいて、周囲雑音信号ｎ（ｋ）及び音声信号ｖ（ｋ）のそれぞれのレベルを推定する。
【００２１】
ステップサイズ決定回路１０４は、受信信号ｘ（ｋ）の推定パワー、周囲雑音信号ｎ（ｋ）の推定レベル及び音声信号ｖ（ｋ）の推定レベルに基づいて、ステップサイズを決定する。ステップサイズとは、適応フィルタ１０１における変換係数ｈ’（ｋ）の更新量である。例えば、音声信号ｖ（ｋ）や周囲雑音信号ｎ（ｋ）の推定レベルが比較的小さい場合、すなわち、マイクに入力される入力信号ｙｉｎ（ｋ）が主にエコー信号ｙ（ｋ）であると判定される場合、ステップサイズ決定回路１０４は、ステップサイズを比較的大きく設定する。一方、音声信号ｖ（ｋ）や周囲雑音信号ｎ（ｋ）の推定レベルが比較的大きい場合、すなわち、マイクに入力される外乱が大きいと判定される場合、ステップサイズ決定回路１０４は、ステップサイズを比較的小さく設定する。このようにして決定されたステップサイズ（更新量）が、送信信号ｅ（ｋ）と共に、適応フィルタ１０１に入力される。
【００２２】
適応フィルタ１０１は、送信信号ｅ（ｋ）が０になるように変換係数ｈ’（ｋ）を更新する。このとき、適応フィルタ１０１は、ステップサイズ決定回路１０４によって決定されたステップサイズに従って、変換係数ｈ’（ｋ）を更新する。すなわち、音声信号ｖ（ｋ）や周囲雑音信号ｎ（ｋ）の推定レベルが比較的小さい場合、適応フィルタ１０１は変換係数ｈ’（ｋ）を大きく変更する。一方、音声信号ｖ（ｋ）や周囲雑音信号ｎ（ｋ）の推定レベルが比較的大きい場合、適応フィルタ１０１は変換係数ｈ’（ｋ）を小さく変更する。
【００２３】
このように、図４で示されるエコーキャンセラは、入力信号ｙｉｎ（ｋ）に含まれる音声信号ｖ（ｋ）や周囲雑音信号ｎ（ｋ）のレベルを推定し、状況に応じて変換係数ｈ’（ｋ）の更新量を可変に設定する。これにより、適応フィルタ１０１が伝達特性ｈ（ｋ）の推定を大きく誤ってしまうことが抑制され、外乱に対する安定度が向上する。つまり、エコー除去性能の著しい劣化が抑えられる。
【００２４】
特許文献２には、スピーカーとマイクロホンを利用して拡声通話を行う拡声通話系に用いられるエコーキャンセラが開示されている。そのエコーキャンセラは、適応フィルタ部とエコー抑圧部とを備える。適応フィルタ部は、スピーカーとマイクロホンの音響結合などにより形成される帰還経路のインパルス応答を適応的に同定して、その帰還経路に入力される入力信号から帰還経路のエコー成分を推定する。更に、適応フィルタ部は、推定されたエコー成分を、帰還経路から入力されるマイクロホン入力信号から減算する。エコー抑圧部は、適応フィルタ部から出力されるエコーキャンセル出力信号に対してエコー抑圧処理を行う。具体的には、エコー抑圧部は、ウィーナーフィルタリング法に基づくエコー抑圧量を、上記マイクロホン入力信号と帰還経路に混入する近端側音声信号の比に基づいて定義されるエコー低減量を用いて求める。そして、エコー抑圧部は、適応フィルタ部から出力されるエコーキャンセル出力信号に対してエコー抑圧量を乗算する。
【００２５】
【特許文献１】特開２００２−７６９９９号公報
【特許文献２】特開２００８−１４１７３４号公報
【非特許文献１】未来ねっと技術シリーズ、ディジタル音声・オーディオ技術２、編著者：北脇信彦、発行所：電気通信協会、発売元：オーム社、ISBN4-88549-905-4
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
図４で示されたエコーキャンセラでは、受信信号ｘ（ｋ）の推定パワー、周囲雑音信号ｎ（ｋ）の推定レベル及び音声信号ｖ（ｋ）の推定レベルの３つのパラメータに基づいて、ステップサイズが決定される。しかしながら、そのような手法では、適切なステップサイズを決定することは困難である。なぜなら、受信信号ｘ（ｋ）のパワーや周囲雑音信号ｎ（ｋ）及び音声信号ｖ（ｋ）のレベルは、通話環境により大きく変動するからである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明の第１の観点において、エコーキャンセル装置が提供される。そのエコーキャンセル装置は、適応フィルタと、減算器と、誤差信号生成回路とを備える。適応フィルタは、スピーカーから出力される前の受信信号から擬似エコー信号を合成する。減算器は、マイクに入力された入力信号から擬似エコー信号を引くことにより、エコー除去信号を生成する。誤差信号生成回路は、通話者の音声信号に相当する擬似音声信号をエコー除去信号から除去することにより、誤差信号を生成する。適応フィルタは、この誤差信号の大きさがより小さくなるように特性を更新する。
【００２８】
本発明の第２の観点において、通信装置が提供される。その通信装置は、入力信号が入力されるマイクと、受信信号が出力されるスピーカーと、エコーキャンセル装置とを備える。エコーキャンセル装置は、スピーカーから出力される前の受信信号から擬似エコー信号を合成する適応フィルタと、入力信号から擬似エコー信号を引くことによりエコー除去信号を生成する減算器と、通話者の音声信号に相当する擬似音声信号をエコー除去信号から除去することにより誤差信号を生成する誤差信号生成回路と、を備える。適応フィルタは、この誤差信号の大きさがより小さくなるように特性を更新する。
【００２９】
本発明の第３の観点において、エコーキャンセル方法が提供される。そのエコーキャンセル方法は、（Ａ）適応フィルタを用いることにより、スピーカーから出力される前の受信信号から擬似エコー信号を合成することと、（Ｂ）マイクに入力された入力信号から擬似エコー信号を引くことにより、エコー除去信号を生成することと、（Ｃ）通話者の音声信号に相当する擬似音声信号をエコー除去信号から除去することにより、誤差信号を生成することと、（Ｄ）上記誤差信号の大きさがより小さくなるように、適応フィルタの特性を更新することと、を含む。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係るエコーキャンセル技術によれば、マイクに入力されるエコー信号以外の外乱に対する適応フィルタの安定性が増す。その結果、ダブルトーク状態においても、優れたエコー除去性能が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係るエコーキャンセル技術を説明する。本実施の形態に係るエコーキャンセル技術は、例えば、携帯電話、携帯端末、固定電話、通信会議端末等の通信装置に適用され得る。
【００３２】
１．構成
図５は、本実施の形態に係るエコーキャンセル技術が適用される通信装置の一例としての携帯端末１を概略的に示している。携帯端末１は、マイク２（入力部）、スピーカー３（出力部）、アンテナ４、及びディスプレイ５を備えている。携帯端末１は、アンテナ４を通して、他の携帯端末からの通話データを受信し、また、他の携帯端末に対して通話データを送信する。図５に示される携帯端末１は、例えばテレビ電話機能を有しており、ユーザ（近端通話者）は、この携帯端末１を用いてハンズフリー通話を行うことが可能である。ハンズフリー通話において、ディスプレイ５には遠端通話者の映像等が表示され、スピーカー３からは遠端通話者の音声が出力される。近端通話者の音声、周辺雑音、エコー等は、マイク２に入力される。
【００３３】
本実施の形態に係る携帯端末１は更に、エコーキャンセラ（エコーキャンセル装置）１０を搭載している。図６は、本実施の形態に係るエコーキャンセラ１０の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係るエコーキャンセラ１０は、適応フィルタ２０、第１減算器３０、及び誤差信号生成回路４０を備えている。誤差信号生成回路４０は、残留エコー抑圧器４１、ノイズサプレッサ４２、及び第２減算器４３を含んでいる。
【００３４】
携帯端末１がアンテナ４を通して遠端話者側の携帯端末に送信する信号は、送信信号ｅ（ｋ）である。一方、携帯端末１がアンテナ４を通して遠端話者側の携帯端末から受信する信号は、受信信号ｘ（ｋ）である。受信信号ｘ（ｋ）は、携帯端末１のスピーカー３から出力される。また、近端話者はハンズフリー通話を行っているとする。そのため、スピーカー３から出力された受信信号ｘ（ｋ）の回り込みによって発生するエコー信号ｙ（ｋ）が、携帯端末１のマイク２に入力される。このエコー信号ｙ（ｋ）は、次の式（６）で表される。
【００３５】
式（６）：
ｙ（ｋ）＝ｈ（ｋ）×ｘ（ｋ）
【００３６】
式（６）中のパラメータｈ（ｋ）は、受信信号ｘ（ｋ）からエコー信号ｙ（ｋ）への変換係数である。つまり、変換係数ｈ（ｋ）は、スピーカー３からマイク２への音響エコー経路の伝達特性を示しており、携帯端末１が置かれた環境に依存する。携帯端末１のマイク２には、上記エコー信号ｙ（ｋ）に加えて、近端話者の音声信号ｖ（ｋ）及び周囲雑音信号ｎ（ｋ）も入力される。すなわち、携帯端末１のマイク２に入力される入力信号ｙｉｎ（ｋ）は、次の式（７）で表される。
【００３７】
式（７）：
ｙｉｎ（ｋ）＝ｖ（ｋ）＋ｎ（ｋ）＋ｙ（ｋ）
【００３８】
尚、上述のパラメータにおいて、ｋは時間を表している。以下の説明においても同様である。
【００３９】
２．動作
図７は、本実施の形態に係るエコーキャンセラ１０の動作を示すフローチャートである。以下、図６及び図７を参照することにより、本実施の形態に係るエコーキャンセラ１０の動作を詳しく説明する。
【００４０】
（ステップＳ１）
まず、適応フィルタ２０は、ＮＬＭＳアルゴリズムに基づいて、スピーカー３から出力される前の受信信号ｘ（ｋ）から擬似エコー信号ｙ’（ｋ）を合成する。この擬似エコー信号ｙ’（ｋ）は、適応フィルタ２０によって推定されるエコー信号であり、次の式（８）で表される。
【００４１】
式（８）：
ｙ’（ｋ）＝ｈ’（ｋ）×ｘ（ｋ）
【００４２】
式（８）中のパラメータｈ’（ｋ）は、受信信号ｘ（ｋ）から擬似エコー信号ｙ’（ｋ）への変換係数である。つまり、変換係数ｈ’（ｋ）は、適応フィルタ２０によって推定されるスピーカー３からマイク２への音響エコー経路の伝達特性を示している。適応フィルタ２０は、得られた擬似エコー信号ｙ’（ｋ）を第１減算器３０に出力する。
【００４３】
（ステップＳ２）
第１減算器３０は、マイク２から入力される入力信号ｙｉｎ（ｋ）を受け取る。そして、第１減算器３０は、受け取った入力信号ｙｉｎ（ｋ）から上記擬似エコー信号ｙ’（ｋ）を差し引くことによって、エコー除去信号ｐ（ｋ）を生成する。第１減算器３０によって生成されるエコー除去信号ｐ（ｋ）は、次の式（９）で表される。
【００４４】
式（９）：
ｐ（ｋ）＝ｙｉｎ（ｋ）−ｙ’（ｋ）
＝ｖ（ｋ）＋ｎ（ｋ）＋（ｙ（ｋ）−ｙ’（ｋ））
【００４５】
式（９）中のパラメータ「ｙ（ｋ）−ｙ’（ｋ）」は、適応フィルタ２０におけるエコー推定の誤差を示しており、以下「残留エコー信号」と参照される。
【００４６】
（ステップＳ３）
残留エコー抑圧器４１は、第１減算器３０によって生成されたエコー除去信号ｐ（ｋ）と、マイク２から入力された入力信号ｙｉｎ（ｋ）を受け取る。そして、残留エコー抑圧器４１は、エコー除去信号ｐ（ｋ）から残留エコー信号「ｙ（ｋ）−ｙ’（ｋ）」を除去することにより、残留エコー除去信号ｑ（ｋ）を生成する。残留エコー信号「ｙ（ｋ）−ｙ’（ｋ）」の除去には、上述の特許文献２（特開２００８−１４１７３４号公報）に記載されているものを使用することができる。残留エコー抑圧器４１によって生成される残留エコー除去信号ｑ（ｋ）は、次の式（１０）で表される。
【００４７】
式（１０）：
ｑ（ｋ）＝ｐ（ｋ）−（ｙ（ｋ）−ｙ’（ｋ））
＝ｖ（ｋ）＋ｎ（ｋ）
【００４８】
（ステップＳ４）
ノイズサプレッサ４２は、残留エコー抑圧器４１によって生成された残留エコー除去信号ｑ（ｋ）を受け取る。そして、ノイズサプレッサ４２は、残留エコー除去信号ｑ（ｋ）から周囲雑音信号ｎ（ｋ）と同等のノイズ信号を除去する。本実施の形態に係るノイズサプレッサ４２としては、次の論文に記載されているものを使用することができる：加藤正徳, 杉山昭彦, 芹沢昌宏, “重み付き雑音推定とＭＭＳＥ ＳＴＳＡ法に基づく高音質雑音抑圧”, 電子情報通信学会論文誌, VOL.J87-A, No.7, pp.851-860,
July 2004.
【００４９】
本実施の形態に係るノイズサプレッサ４２は、上記論文に記載されているように重み付き雑音推定とＭＭＳＥ ＳＴＳＡ法に基づいて、ノイズ成分を除去する。より詳細には、ノイズサプレッサ４２は、音声対雑音比の推定値に応じて重み付けした劣化音声を用いて、継続的に雑音推定値を更新する。雑音推定値は所定の記憶手段に記憶される。そして、ノイズサプレッサ４２は、一つ前のサンプリング期間の残留エコー除去信号ｑ（ｋ−１）から、周囲雑音信号ｎ（ｋ）と同等の雑音推定値ｎ’（ｋ−１）を差し引き、それにより次の式（１１）で示される擬似音声信号ｒ（ｋ−１）を生成する。
【００５０】
式（１１）：
ｒ（ｋ−１）＝ｑ（ｋ−１）−ｎ’（ｋ−１）
＝ｖ（ｋ−１）＋ｎ（ｋ−１）−ｎ’（ｋ−１）
【００５１】
上述の通り、擬似エコー信号ｙ’（ｋ）がステップＳ２で除去され、残留エコー信号「ｙ（ｋ）−ｙ’（ｋ）」がステップＳ３で除去され、ノイズ成分が本ステップＳ４で除去される。従って、ノイズサプレッサ４２によって生成される信号ｒ（ｋ−１）は、近端話者の音声信号ｖ（ｋ）に相当する擬似音声信号となる。つまり、ノイズサプレッサ４２は、残留エコー除去信号ｑ（ｋ）からノイズ成分を除去することにより、擬似音声信号ｒ（ｋ−１）を抽出する。ノイズサプレッサ４２は、得られた擬似音声信号ｒ（ｋ−１）を送信信号ｅ（ｋ−１）として出力する。送信信号ｅ（ｋ−１）が、音声信号ｖ（ｋ−１）とほとんど等しい擬似音声信号ｒ（ｋ−１）となるため、通話品質が改善される。更に、ノイズサプレッサ４２は、得られた擬似音声信号ｒ（ｋ−１）を第２減算器４３に出力する。
【００５２】
（ステップＳ５）
第２減算器４３は、第１減算器３０によって生成されたエコー除去信号ｐ（ｋ）を受け取る。また、第２減算器４３は、ノイズサプレッサ４２によって生成された擬似音声信号ｒ（ｋ−１）を受け取る。そして、第２減算器４３は、エコー除去信号ｐ（ｋ）から擬似音声信号ｒ（ｋ−１）を差し引くことによって、次の式（１２）で表される信号ｓ（ｋ−１）を生成する。
【００５３】
式（１２）：
ｓ（ｋ−１）＝ｐ（ｋ）−ｒ（ｋ−１）
＝（ｖ（ｋ）−ｒ（ｋ−１））＋ｎ（ｋ）＋（ｙ（ｋ）−ｙ’（ｋ））
【００５４】
本実施の形態において、周辺雑音信号ｎ（ｋ）は無視できるレベルであるとする。また、上述の通り、擬似音声信号ｒ（ｋ−１）は近端話者の音声信号ｖ（ｋ）に相当するレベルである。従って、第２減算器４３によって生成される信号ｓ（ｋ−１）は、エコー除去処理の結果としての残留エコー「ｙ（ｋ）−ｙ’（ｋ）」のレベルを示していると言える。言い換えれば、信号ｓ（ｋ−１）は、適応フィルタ２０におけるエコー推定の誤差を示している。その意味で、第２減算器４３によって生成される信号ｓ（ｋ−１）は、以下「誤差信号」と参照される。
【００５５】
上述の残留エコー抑圧器４１、ノイズサプレッサ４２及び第２減算器４３は、誤差信号ｓ（ｋ−１）を生成するための誤差信号生成回路４０を構成している。誤差信号生成回路４０は、通話者の音声信号ｖ（ｋ）に相当する擬似音声信号ｒ（ｋ−１）をエコー除去信号ｐ（ｋ）から除去することにより、誤差信号ｓ（ｋ−１）を生成する。そして、誤差信号生成回路４０によって生成された誤差信号ｓ（ｋ−１）が、適応フィルタ２０に出力される。すなわち、本実施の形態によれば、送信信号ではなく誤差信号ｓ（ｋ−１）が適応フィルタ２０にフィードバックされる。
【００５６】
（ステップＳ６）
適応フィルタ２０は、誤差信号ｓ（ｋ−１）を受け取り、この誤差信号ｓ（ｋ−１）の大きさがより小さくなるように自身の特性を更新する。つまり、適応フィルタ２０は、誤差信号ｓ（ｋ−１）ができるだけ小さくなるように変換係数ｈ’（ｋ）の更新を行う。この処理は、マイク２に入力されるエコー信号ｙ（ｋ）がキャンセルされるように、スピーカー３からマイク２への音響エコー経路の伝達特性ｈ（ｋ）を推定する処理に相当する。上述の通り、誤差信号ｓ（ｋ−１）は当該推定処理の誤差を表しており、適応フィルタ２０はこの推定誤差ｓ（ｋ−１）が０になるようにフィードバック制御を行っていると言える。適応フィルタ２０の変換係数ｈ’（ｋ）が音響エコー経路の伝達特性ｈ（ｋ）と一致すると、擬似エコー信号ｙ’（ｋ）が実際のエコー信号ｙ（ｋ）に一致し、エコーが完全にキャンセルされる。
【００５７】
（ステップＳ７）
処理データが終了するまで、上記ステップＳ１〜Ｓ６が繰り返される。
【００５８】
３．効果
以上に説明されたように、本実施の形態によれば、適応フィルタ２０は、誤差信号ｓ（ｋ−１）に基づいてフィードバック制御を行う。その誤差信号ｓ（ｋ−１）は、音声信号ｖ（ｋ）に相当する成分を含んでいない。それは、誤差信号生成回路４０が、音声信号ｖ（ｋ）に相当する擬似音声信号ｒ（ｋ−１）をエコー除去信号ｐ（ｋ）から除去することにより、誤差信号ｓ（ｋ−１）を生成しているからである。
【００５９】
誤差信号ｓ（ｋ−１）から音声信号ｖ（ｋ）に相当する成分が排除されているため、その誤差信号ｓ（ｋ−１）に基づいてフィードバック制御を行う適応フィルタ２０の外乱に対する安定性が増す。言い換えれば、音声信号ｖ（ｋ）が入力されるダブルトーク状態においても、適応フィルタ２０の特性（変換係数ｈ’（ｋ））の更新が不安定になることが防止される。すなわち、ダブルトーク状態においても、エコーキャンセラ１０の性能は低下せず、優れたエコー除去性能が実現される。
【００６０】
また、図４で示されたエコーキャンセラと異なり、受信信号ｘ（ｋ）の推定パワー、周囲雑音信号ｎ（ｋ）の推定レベル及び音声信号ｖ（ｋ）の推定レベルの３つのパラメータに基づいて、ステップサイズを決定する必要もない。簡単な構成により、優れたエコー除去性能を実現することが可能である。
【００６１】
以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、エコー発生の原理を示す概念図である。
【図２】図２は、ハウリングを示す概念図である。
【図３】図３は、関連技術に係るエコーキャンセラの構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、他の関連技術に係るエコーキャンセラの構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係る携帯端末の構成を示す概略図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態に係るエコーキャンセラ（エコーキャンセル装置）の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態に係るエコーキャンセラの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１ 携帯端末
２ マイク
３ スピーカー
４ アンテナ
５ ディスプレイ
１０ エコーキャンセラ（エコーキャンセル装置）
２０ 適応フィルタ
３０ 第１減算器
４０ 誤差信号生成回路
４１ 残留エコー抑圧器
４２ ノイズサプレッサ
４３ 第２減算器
ｅ（ｋ） 送信信号
ｘ（ｋ） 受信信号
ｙｉｎ（ｋ） 入力信号
ｙ（ｋ） エコー信号
ｙ’（ｋ） 擬似エコー信号
ｖ（ｋ） 音声信号
ｎ（ｋ） 周囲雑音信号
ｐ（ｋ） エコー除去信号
ｑ（ｋ） 残留エコー除去信号
ｒ（ｋ） 擬似音声信号
ｓ（ｋ） 誤差信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピーカーから出力される前の受信信号から擬似エコー信号を合成する適応フィルタと、
マイクに入力された入力信号から前記擬似エコー信号を引くことにより、エコー除去信号を生成する第１減算器と、
通話者の音声信号に相当する擬似音声信号を前記エコー除去信号から除去することにより、誤差信号を生成する誤差信号生成回路と
を備え、
前記適応フィルタは、前記誤差信号の大きさがより小さくなるように特性を更新する
エコーキャンセル装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエコーキャンセル装置であって、
前記入力信号は、前記スピーカーから出力された前記受信信号に応じたエコー信号を含み、
前記誤差信号生成回路は、
前記エコー信号と前記擬似エコー信号との差である残留エコー信号を前記エコー除去信号から除去することにより、残留エコー除去信号を生成する残留エコー抑圧器と、
前記残留エコー除去信号からノイズ成分を除去することにより、前記擬似音声信号を生成するノイズサプレッサと、
前記エコー除去信号から前記擬似音声信号を引くことにより、前記誤差信号を生成する第２減算器と
を含む
エコーキャンセル装置。
【請求項３】
入力信号が入力されるマイクと、
受信信号を出力するスピーカーと、
エコーキャンセル装置と
を備え、
前記エコーキャンセル装置は、
前記スピーカーから出力される前の前記受信信号から擬似エコー信号を合成する適応フィルタと、
前記入力信号から前記擬似エコー信号を引くことにより、エコー除去信号を生成する第１減算器と、
通話者の音声信号に相当する擬似音声信号を前記エコー除去信号から除去することにより、誤差信号を生成する誤差信号生成回路と
を備え、
前記適応フィルタは、前記誤差信号の大きさがより小さくなるように特性を更新する
通信装置。
【請求項４】
請求項３に記載の通信装置であって、
前記入力信号は、前記スピーカーから出力された前記受信信号に応じたエコー信号を含み、
前記誤差信号生成回路は、
前記エコー信号と前記擬似エコー信号との差である残留エコー信号を前記エコー除去信号から除去することにより、残留エコー除去信号を生成する残留エコー抑圧器と、
前記残留エコー除去信号からノイズ成分を除去することにより、前記擬似音声信号を生成するノイズサプレッサと、
前記エコー除去信号から前記擬似音声信号を引くことにより、前記誤差信号を生成する第２減算器と
を含む
通信装置。
【請求項５】
適応フィルタを用いることにより、スピーカーから出力される前の受信信号から擬似エコー信号を合成することと、
マイクに入力された入力信号から前記擬似エコー信号を引くことにより、エコー除去信号を生成することと、
通話者の音声信号に相当する擬似音声信号を前記エコー除去信号から除去することにより、誤差信号を生成することと、
前記誤差信号の大きさがより小さくなるように、前記適応フィルタの特性を更新することと
を含む
エコーキャンセル方法。
【請求項６】
請求項５に記載のエコーキャンセル方法であって、
前記入力信号は、前記スピーカーから出力された前記受信信号に応じたエコー信号を含み、
前記誤差信号を生成することは、
前記エコー信号と前記擬似エコー信号との差である残留エコー信号を前記エコー除去信号から除去することにより、残留エコー除去信号を生成することと、
前記残留エコー除去信号からノイズ成分を除去することにより、前記擬似音声信号を生成することと、
前記エコー除去信号から前記擬似音声信号を引くことにより、前記誤差信号を生成することと
を含む
エコーキャンセル方法。
【請求項７】
受信した信号である第１の信号を出力する出力部と、
入力すべき信号である第２の信号と前記出力部から出力された前記第１の信号から発生するエコー信号とを含む第３の信号を入力する入力部と、
変換係数に基づいて前記エコー信号に相当する信号である擬似エコー信号を生成する適応フィルタと、
前記第３の信号から前記擬似エコー信号を差し引いた信号と、前記入力部に入力すべき信号であって前記第２の信号より前の時点で前記入力部に入力された信号に相当する擬似信号と、の差分である誤差信号を出力する誤差信号生成回路と、
を有し、
前記適応フィルタは前記誤差信号に基づいて前記変換係数を更新することを特徴とするエコーキャンセラ。
【請求項８】
前記適応フィルタは、前記誤差信号の大きさが小さくなるように前記変換係数を更新することを特徴とする請求項７に記載のエコーキャンセラ。
【請求項１】
スピーカーから出力される前の受信信号から擬似エコー信号を合成する適応フィルタと、
マイクに入力された入力信号から前記擬似エコー信号を引くことにより、エコー除去信号を生成する第１減算器と、
通話者の音声信号に相当する擬似音声信号を前記エコー除去信号から除去することにより、誤差信号を生成する誤差信号生成回路と
を備え、
前記適応フィルタは、前記誤差信号の大きさがより小さくなるように特性を更新する
エコーキャンセル装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエコーキャンセル装置であって、
前記入力信号は、前記スピーカーから出力された前記受信信号に応じたエコー信号を含み、
前記誤差信号生成回路は、
前記エコー信号と前記擬似エコー信号との差である残留エコー信号を前記エコー除去信号から除去することにより、残留エコー除去信号を生成する残留エコー抑圧器と、
前記残留エコー除去信号からノイズ成分を除去することにより、前記擬似音声信号を生成するノイズサプレッサと、
前記エコー除去信号から前記擬似音声信号を引くことにより、前記誤差信号を生成する第２減算器と
を含む
エコーキャンセル装置。
【請求項３】
入力信号が入力されるマイクと、
受信信号を出力するスピーカーと、
エコーキャンセル装置と
を備え、
前記エコーキャンセル装置は、
前記スピーカーから出力される前の前記受信信号から擬似エコー信号を合成する適応フィルタと、
前記入力信号から前記擬似エコー信号を引くことにより、エコー除去信号を生成する第１減算器と、
通話者の音声信号に相当する擬似音声信号を前記エコー除去信号から除去することにより、誤差信号を生成する誤差信号生成回路と
を備え、
前記適応フィルタは、前記誤差信号の大きさがより小さくなるように特性を更新する
通信装置。
【請求項４】
請求項３に記載の通信装置であって、
前記入力信号は、前記スピーカーから出力された前記受信信号に応じたエコー信号を含み、
前記誤差信号生成回路は、
前記エコー信号と前記擬似エコー信号との差である残留エコー信号を前記エコー除去信号から除去することにより、残留エコー除去信号を生成する残留エコー抑圧器と、
前記残留エコー除去信号からノイズ成分を除去することにより、前記擬似音声信号を生成するノイズサプレッサと、
前記エコー除去信号から前記擬似音声信号を引くことにより、前記誤差信号を生成する第２減算器と
を含む
通信装置。
【請求項５】
適応フィルタを用いることにより、スピーカーから出力される前の受信信号から擬似エコー信号を合成することと、
マイクに入力された入力信号から前記擬似エコー信号を引くことにより、エコー除去信号を生成することと、
通話者の音声信号に相当する擬似音声信号を前記エコー除去信号から除去することにより、誤差信号を生成することと、
前記誤差信号の大きさがより小さくなるように、前記適応フィルタの特性を更新することと
を含む
エコーキャンセル方法。
【請求項６】
請求項５に記載のエコーキャンセル方法であって、
前記入力信号は、前記スピーカーから出力された前記受信信号に応じたエコー信号を含み、
前記誤差信号を生成することは、
前記エコー信号と前記擬似エコー信号との差である残留エコー信号を前記エコー除去信号から除去することにより、残留エコー除去信号を生成することと、
前記残留エコー除去信号からノイズ成分を除去することにより、前記擬似音声信号を生成することと、
前記エコー除去信号から前記擬似音声信号を引くことにより、前記誤差信号を生成することと
を含む
エコーキャンセル方法。
【請求項７】
受信した信号である第１の信号を出力する出力部と、
入力すべき信号である第２の信号と前記出力部から出力された前記第１の信号から発生するエコー信号とを含む第３の信号を入力する入力部と、
変換係数に基づいて前記エコー信号に相当する信号である擬似エコー信号を生成する適応フィルタと、
前記第３の信号から前記擬似エコー信号を差し引いた信号と、前記入力部に入力すべき信号であって前記第２の信号より前の時点で前記入力部に入力された信号に相当する擬似信号と、の差分である誤差信号を出力する誤差信号生成回路と、
を有し、
前記適応フィルタは前記誤差信号に基づいて前記変換係数を更新することを特徴とするエコーキャンセラ。
【請求項８】
前記適応フィルタは、前記誤差信号の大きさが小さくなるように前記変換係数を更新することを特徴とする請求項７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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−８１００４（Ｐ２０１０−８１００４Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４３７０２（Ｐ２００８−２４３７０２）
【出願日】平成２０年９月２４日（２００８．９．２４）
【出願人】（３０２０６２９３１）ＮＥＣエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２４日（２００８．９．２４）
【出願人】（３０２０６２９３１）ＮＥＣエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
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