拡声通話装置
【課題】相手側の通話装置との間で伝送する音声に伝送遅延が生じる場合でも双方向（全二重）の同時通話が実現できるとともに相手側の通話装置がハンドセットを用いるものである場合にはハンドセットから聞こえる音に切断感を感じさせ難い拡声通話装置を提供する。
【解決手段】相手側の通話装置との間で伝送する音声に伝送遅延が生じる場合においても、当該伝送遅延に起因して送話側信号経路に発生する残留エコーをエコーサプレッサによって減衰させて双方向（全二重）の同時通話が実現できる。また背景騒音レベルが高くなるにつれてエコーサプレッサから送話信号経路に挿入する減衰量を減らすことにより、背景騒音の瞬時的な減衰を抑制して切断感を感じ難くすることができる。
【解決手段】相手側の通話装置との間で伝送する音声に伝送遅延が生じる場合においても、当該伝送遅延に起因して送話側信号経路に発生する残留エコーをエコーサプレッサによって減衰させて双方向（全二重）の同時通話が実現できる。また背景騒音レベルが高くなるにつれてエコーサプレッサから送話信号経路に挿入する減衰量を減らすことにより、背景騒音の瞬時的な減衰を抑制して切断感を感じ難くすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、住宅や事務所等で用いられる拡声通話装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、通話時にハンドセットを持つ必要がなく、通話装置から離れた通話者に対して相手側の通話装置から伝送されてくる音声信号をスピーカによって拡声出力し、かつ、上記通話者の発する音声をマイクロホンにより集音して相手側通話装置へ伝送することで拡声通話（ハンズフリー通話）を実現する拡声通話装置が提供されている。このような拡声通話装置では、マイクロホンとスピーカの音響結合により形成される音響帰還経路によって不快なエコー（音響エコー）が聞こえてしまう場合があり、あるいは、上記帰還経路などにより任意の周波数成分における一巡利得が１倍を超えるような閉ループが通話系に形成されると当該周波数にてハウリングが生じてしまう場合があるので、上述のような不快なエコー及びハウリングの発生を防止するためにエコーキャンセラ並びに音声スイッチを備えている。
【０００３】
音声スイッチは、通話状態（送話状態、受話状態）を常時推定し、推定結果に基づき適切な配分で送話側及び受話側の信号経路に対して損失を挿入するものである。また、エコーキャンセラは、帰還経路のインパルス応答を適応的に同定して帰還経路への入力信号から帰還経路の擬似エコー成分を推定する適応フィルタと、適応フィルタで推定された擬似エコー成分を帰還経路からの出力信号より減算する減算器とで構成されるものである。ここで、エコーキャンセラの適応フィルタが帰還経路のインパルス応答を同定するのに通常数秒の学習時間を要するため、通話開始直後からの数秒間にはエコーキャンセラによるエコーの抑圧効果が十分に期待できず、通話系に閉ループが形成された状態にあり、不快なエコーやハウリングが生じる虞がある。
【０００４】
そこで本出願人は、通話開始直後における不快なエコーやハウリングの抑制を可能とした拡声通話装置を既に提案している（特許文献１参照）。
【０００５】
この従来例では、通話開始直後のエコーキャンセラが収束していない状態においては、音声スイッチが信号経路に挿入する損失の総量（総損失量）を十分に大きい初期値に固定する固定モードで動作することで不快なエコーやハウリングを抑制し、エコーキャンセラが十分に収束した状態においては、音声スイッチが総損失量を随時更新する更新モードで動作することで双方向（全二重）の同時通話を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３５９５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、拡声通話装置同士の通信がＩＰ通信等のデジタル通信の場合、パケット処理やジッタ防止のための通信バッファ処理に起因して音声データ伝送に遅延時間が発生することがある。一般に拡声通話装置間の音声データ伝送が遅延してしまう場合、伝送遅延時間が大きくなるにつれて通話時の話者のエコー許容限界値が劣化し、少ない量のエコーでも不快なエコーと感じてしまうことがわかっている。
【０００８】
固定モードの初期値を従来のアナログ通信の場合よりも大きく設定すれば、この不快なエコーを防ぐことは可能である。しかしながら、エコー許容限界値の劣化が数十デシベルに及ぶ場合もあり、この場合は更新モードで動作してもエコーキャンセラの抑圧量が不足して双方向（全二重）通話が実現できずに片方向（半二重）通話になってしまう。その結果、周囲騒音のレベルが高い場合に音声スイッチが送話側もしくは受話側に倒れ続けてしまい、相手側からの音声が通じないという片倒れ現象が発生するという問題があった。
【０００９】
このような問題に対して本出願人は、相手側の通話装置との間で伝送する音声に伝送遅延が生じる場合においても、当該伝送遅延に起因して送話側信号経路に発生する残留エコーをエコーサプレッサによって減衰させることによって、双方向（全二重）の同時通話を可能とした拡声通話装置を既に提案している。
【００１０】
ところで、拡声通話装置とハンドセットを用いた通話装置の間の通信がＩＰ通信等のデジタル通信の場合においても、拡声通話装置の送話側信号経路に発生する残留エコーを当該拡声通話装置に搭載したエコーサプレッサで減衰させてやることにより、双方向（全二重）の同時通話が実現できる。しかしながら、拡声通話装置から相手の通話装置に伝送される送話信号に含まれる背景騒音のレベルがある程度大きい場合、拡声通話装置に搭載されているエコーサプレッサで残留エコーを減衰させることに伴って背景騒音が瞬時的に減衰してしまう。そして、このような背景騒音の瞬時的減衰が遅延を伴ってハンドセットから聞こえてしまうため、ハンドセットを用いた通話装置側の話者が、通話時に不快な音の途切れ（切断感）を感じてしまう虞がある。なお、相手の通話装置がハンドセットを用いる通話装置である場合のエコーサプレッサの減衰量を、相手の通話装置が拡声通話装置である場合のエコーサプレッサの減衰量よりも小さくすれば、上述のような切断感を防ぐことは可能であるが、逆に残留エコーがハンドセットから聞こえてしまうという問題が生じる。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、相手側の通話装置との間で伝送する音声に伝送遅延が生じる場合でも双方向（全二重）の同時通話が実現できるとともに相手側の通話装置がハンドセットを用いるものである場合にはハンドセットから聞こえる音に切断感を感じさせ難い拡声通話装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、マイクロホン及びスピーカと、相手側の通話装置から送られてくる受話信号をスピーカに伝送する受話側信号経路並びにマイクロホンで集音された送話信号を伝送して相手側の通話装置へ送る送話側信号経路に損失を挿入することで通話状態を受話及び送話に切り換える音声スイッチと、マイクロホンとスピーカの音響結合によって生じる音響エコーを抑制するエコーキャンセラと、ダブルトークを検出するダブルトーク検出手段とを備え、音声スイッチは、送話側の信号経路に損失を挿入する送話側損失挿入手段と、受話側の信号経路に損失を挿入する受話側損失挿入手段と、送話側及び受話側の損失挿入手段から挿入する損失量を制御する挿入損失量制御手段とを具備し、挿入損失量制御手段は、受話側損失挿入手段の出力点から音響エコー経路を介して送話側損失挿入手段の入力点へ帰還する経路の音響帰還利得を推定し、音響帰還利得の推定値に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出する総損失量算出部と、送話信号及び受話信号を監視して通話状態を推定し、この推定結果と総損失量算出部の算出値に応じて送話側損失挿入手段及び受話側損失挿入手段の各挿入損失量の配分を決定する挿入損失量分配処理部とからなり、総損失量算出部は、各帰還利得の推定値に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出して適応更新する更新モード、並びに総損失量を所定の初期値に固定する固定モードの２つの動作モードを有し、相手側通話装置との通話開始からエコーキャンセラが充分に収束するまでの期間には固定モードで動作するとともに、エコーキャンセラが充分収束した後の期間には更新モードで動作してなる拡声通話装置において、音声スイッチ又はダブルトーク検出手段と連動して送話側信号経路に所定の減衰量を挿入して残留エコーを減衰するエコーサプレッサを備え、エコーサプレッサは、ダブルトーク検出手段がダブルトークを検出しておらず且つ挿入損失量分配処理部が受話状態と推定している場合にのみ、送話側信号経路に前記所定の減衰量を挿入し、さらに送話信号に重畳する背景騒音のレベルを推定するとともに当該推定結果に基づいて背景騒音レベルが高くなるにつれて送話側信号経路に挿入する減衰量を減らすことを特徴とする。
【００１３】
請求項１の発明によれば、相手側の通話装置との間で伝送する音声に伝送遅延が生じる場合においても、当該伝送遅延に起因して送話側信号経路に発生する残留エコーをエコーサプレッサによって減衰させることができ、その結果、双方向（全二重）の同時通話が実現できる。しかも、背景騒音レベルが高くなるにつれてエコーサプレッサから送話信号経路に挿入する減衰量を減らすことにより、背景騒音の瞬時的な減衰を抑制して切断感を感じ難くすることができる。なお、エコーサプレッサの減衰量を減らすことで残留エコーの減衰効果が低下してしまうが、背景騒音によって残留エコーがマスクされるために実用上通話に支障を来す虞は無い。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、エコーサプレッサは、受話信号の信号レベルから推定されるエコー量に応じた減衰量と、送話信号に重畳する背景騒音レベルに応じた減衰量とを比較して相対的に絶対値が小さい方の減衰量を送話側信号経路に挿入することを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明によれば、切断感を感じ難くしつつ残留エコーも十分に減衰させることができる。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、エコーサプレッサは、背景騒音レベルが所定のレベルを超えるときは背景騒音レベルに応じた前記減衰量を一定値とすることを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明によれば、背景騒音レベルが非常に高いときに残留エコーが減衰されなくなるという事態を回避することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、相手側の通話装置との間で伝送する音声に伝送遅延が生じる場合でも双方向（全二重）の同時通話が実現できるとともに相手側の通話装置がハンドセットを用いるものである場合にはハンドセットから聞こえる音に切断感を感じさせ難い拡声通話装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】同上における音声スイッチの動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】同上におけるエコーサプレッサの動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】同上におけるエコーサプレッサの動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】同上におけるエコーサプレッサの動作を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２１】
本実施形態の拡声通話装置は、図１に示すようにマイクロホン１及びスピーカ２と、相手側の通話装置から送られてくる受話信号をスピーカ２に伝送する受話側信号経路（図１における下側の信号経路）並びにマイクロホン１で集音された送話信号を伝送して相手側の通話装置へ送る送話側信号経路（図１における上側の信号経路）に損失を挿入することで通話状態を受話及び送話に切り換える音声スイッチ１０と、マイクロホン１とスピーカ２の音響結合によって生じる音響エコーを抑制するエコーキャンセラ２０と、マイクロホン１の出力信号（送話信号）を増幅するマイクロホンアンプＧ１と、スピーカ２の入力信号（受話信号）を増幅するスピーカアンプＧ２と、送話側信号経路におけるエコーキャンセラ２０と音声スイッチ１０との間に挿入された送話音量調整用増幅器Ｇ３と、送話側信号経路に所定の減衰量を挿入して残留エコーを減衰するエコーサプレッサ３０とを備えている。
【００２２】
エコーキャンセラ２０は適応フィルタ２１と減算器２２からなる従来周知の構成を有し、スピーカ２−マイクロホン１間の音響結合により形成される帰還経路（音響エコー経路）Ｈacのインパルス応答を適応フィルタ２１により適応的に同定し、参照信号（スピーカアンプＧ２への入力信号）から推定したエコー成分（音響エコー）を減算器２２によりマイクロホンアンプＧ１の出力信号から減算することで音響エコーを抑制するものである。
【００２３】
ここで、適応フィルタ２１は音響エコー経路Ｈacのインパルス応答を適応的に同定し、遠端側の入力信号（スピーカアンプＧ２へ入力する受話信号）ｙ（ｎ）からエコー成分（音響エコー）ｇ（ｎ）を推定しているのであるが、このエコー成分ｇ（ｎ）を推定するために、次式によってフィルタ係数ｈp（ｎ）を再帰的に更新している。但し、添え字のｐはタップ番号、ｎはサンプル時間、Ｋはステップゲイン、Ｆ（ｎ）は係数更新関数である。
【００２４】
ｈp（ｎ＋１）＝ｈp（ｎ）＋Ｋ・Ｆ（Ｅｙ（ｎ））
また、Ｅｙ（ｎ）は入力信号（受話信号）ｙ（ｎ）の信号レベル平均値であって、適応フィルタ２１が具備する信号レベル平均値算出処理部２４において、次式によって求められる。但し、SPANは入力信号ｙ（ｎ）の絶対値abs[y(n)]を加算する周期である。
【００２５】
【数１】
【００２６】
そして、エコー成分（の推定値）ｇ（ｎ）は次式によって求められる。
【００２７】
【数２】
【００２８】
さらにエコーキャンセラ２０は適応フィルタ２１及び減算器２２に加えてダブルトーク検出処理部２３を備えている。ダブルトーク検出処理部２３は、適応フィルタ２１の収束を劣化させるレベルの信号がマイクロホンアンプＧ１の出力信号に含まれているか否かにより、近端側話者と遠端側話者（相手側の通話装置で通話する話者）がほぼ同時に話す状態、すなわちダブルトークを検出するものである。適応フィルタ２１では、ダブルトーク検出処理部２３によりダブルトークが検出された場合、フィルタ係数の発散を防止するためにフィルタ係数を更新せずにそれ以前の値に固定する。
【００２９】
音声スイッチ１０は、送話側信号経路に損失を挿入する送話側減衰器１１と、受話側信号経路に損失を挿入する受話側減衰器１２と、送話側及び受話側の各減衰器１１，１２から挿入する損失量を制御する挿入損失量制御部１３とを具備する。挿入損失量制御部１３は、受話側減衰器１２の出力点Ｒoutから音響エコー経路Ｈacを介して送話側減衰器１１の入力点Ｔinへ帰還する経路（以下、「音響帰還経路」という）の音響帰還利得αを推定し、音響帰還利得αの推定値α’に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和（送話側減衰器１１の挿入損失量と受話側減衰器１２の挿入損失量の和）を算出する総損失量算出部１４と、送話信号及び受話信号を監視して通話状態を推定し、この推定結果と総損失量算出部１４の算出値に応じて送話側減衰器１１及び受話側減衰器１２の各挿入損失量の配分を決定する挿入損失量分配処理部１５とからなる。なお、エコーキャンセラ２０並びに音声スイッチ１０は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）のハードウェアをエコーキャンセラ用並びに音声スイッチ用のソフトウェア（プログラム）で制御することによって実現されている。従って、以下の説明における音声スイッチ１０並びにエコーキャンセラ２０の入出力信号（送話信号並びに受話信号）は、図示しないＡ／Ｄ変換器によって所定のサンプリング周期でサンプリングされ且つ量子化されている。
【００３０】
総損失量算出部１４では、整流平滑器や低域通過フィルタ等を用いて送話側減衰器１１の入力信号の短時間における時間平均パワーを推定し、同じく整流平滑器や低域通過フィルタ等を用いて受話側減衰器１２の出力信号の短時間における時間平均パワーを推定し、音響帰還経路Ｈacにて想定される最大遅延時間において受話側減衰器１２の出力信号の時間平均パワーの推定値を求め、この推定値で送話側減衰器１１の入力信号の時間平均パワーの推定値を除算した値を音響帰還利得αの推定値α’とする。そして、総損失量算出部１４は音響帰還利得αの推定値α’から所望の利得余裕ＭＧを得るために必要な総損失量Ｌｔを算出し、その値Ｌｔを挿入損失量分配処理部１５に出力する。
【００３１】
挿入損失量分配処理部１５では、送話側減衰器１１の入出力信号及び受話側減衰器１２の入出力信号を監視し、これら信号のパワーレベルの大小関係並びに音声信号の有無などの情報から通話状態（受話状態、送話状態等）を判定するとともに、判定された通話状態に応じた割合で総損失量Ｌｔを送話側減衰器１１と受話側減衰器１２に分配するように各減衰器１１、１２の挿入損失量を調整する。
【００３２】
ところで本実施形態における総損失量算出部１４は、上述のように音響帰還利得αの推定値α’に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出して適応更新する更新モード、並びに総損失量を所定の初期値に固定する固定モードの２つの動作モードを有し、相手側の通話装置との通話開始からエコーキャンセラ２０が充分に収束するまでの期間には固定モードで動作するとともにエコーキャンセラ２０が充分に収束した後の期間には更新モードで動作する。すなわち、総損失量算出部１４では音響帰還利得αの推定値α’が通話開始から所定時間（数百ミリ秒）以上継続して所定の閾値ε（例えば、通話開始時における推定値α’に対して１０ｄＢ〜１５ｄＢ小さい値）を下回った時点でエコーキャンセラ２０が充分に収束したものとみなし、上記時点以前には総損失量を初期値に固定する固定モードで動作し、上記時点以降には推定値α’に基づいて総損失量を適応更新する更新モードに動作モードを切り換える。なお、固定モードにおける総損失量の初期値は更新モードにおいて随時更新される総損失量よりも充分に大きな値に設定される。
【００３３】
而して、通話開始直後のエコーキャンセラ２０が充分に収束していない状態においては、固定モードで動作する総損失量算出部１４によって充分に大きな値に設定される初期値の総損失量が閉ループに挿入されるため、不快なエコー（音響エコー）やハウリングの発生を抑制して安定した半二重通話を実現することができる。また、通話開始から時間が経過してエコーキャンセラ２０が充分に収束した状態においては、総損失量算出部１４の動作モードが固定モードから更新モードに切り換わって閉ループに挿入する総損失量が初期値よりも充分に低い値に減少するため、双方向の同時通話が実現できるものである。
【００３４】
ここで、更新モードにおける総損失量算出部１４の具体的な動作を図２のフローチャートを参照して説明する。
【００３５】
総損失量算出部１４は、固定モードから更新モードに移行した時点（ｔ＝ｔ１）から所定のサンプリング周期で音響帰還利得αの推定処理を実行してその推定値α’（ｎ）を算出し（ステップ１）、この推定値α’（ｎ）と利得余裕ＭＧとから、閉ループの利得余裕をＭＧ［ｄＢ］に保つために必要とされる総損失量所望値Ｌｔ（ｎ）を下式により算出する（ステップ２）。
【００３６】
Ｌｒ（ｎ）＝２０log | α’（ｎ）｜＋ＭＧ［ｄＢ］
なお、α’（ｎ），Ｌｒ（ｎ）はそれぞれ更新モード移行時点からｎ回目のサンプリングによって算出された音響帰還利得αの推定値α’並びに総損失量所望値を示す。さらに、総損失量算出部１４は上式から算出したｎ回目の総損失量所望値Ｌｒ（ｎ）と、前回（ｎ−１回目）の総損失量Ｌｔ（ｎ−１）、すなわち前回の処理で決定されて実際に挿入された総損失量に対して今回算出した総損失量所望値Ｌｒ（ｎ）が大きい場合、前回の総損失量Ｌｔ（ｎ−１）に微少な増加量Δｉ［ｄＢ］を加算した値を今回の総損失量Ｌｔ（ｎ）＝Ｌｔ（ｎ−１）＋Δｉとし（ステップ３、ステップ４）、前回の総損失量Ｌｔ（ｎ−１）に対して今回算出した総損失量所望値Ｌｒ（ｎ）が小さい場合、前回の総損失量Ｌｔ（ｎ−１）から微少な減少量Δｄ［ｄＢ］を減算した値を今回の総損失量Ｌｔ（ｎ）＝Ｌｔ（ｎ−１）−Δｄとする（ステップ５、ステップ６）。
【００３７】
このように総損失量算出部１４による総損失量の増減をΔｉまたはΔｄの微少な値に抑えることにより、相手側の通話装置との通話開始直後のようにエコーキャンセラ２０が収束に向かって活発に係数（フィルタ係数）を更新しているために音響帰還利得αの変化が激しい状態においても、聴感上の違和感をなくすことができる。
【００３８】
ここで、従来技術で説明したように拡声通話装置同士の通信がＩＰ通信等のデジタル通信の場合、パケット処理やジッタ防止のための通信バッファ処理に起因して音声データ伝送に遅延時間が発生することがある。一般に拡声通話装置間の音声データ伝送が遅延してしまう場合、伝送遅延時間が大きくなるにつれて通話時の話者のエコー許容限界値が劣化し、少ない量のエコーでも不快なエコーと感じてしまうことがわかっている。そして、固定モードの初期値を従来のアナログ通信の場合よりも大きく設定すれば、この不快なエコーを防ぐことは可能である。しかしながら、エコー許容限界値の劣化が数十デシベルに及ぶ場合もあり、この場合は更新モードで動作してもエコーキャンセラの抑圧量が不足して双方向（全二重）通話が実現できずに片方向（半二重）通話になってしまう。その結果、周囲騒音のレベルが高い場合に音声スイッチ１０が送話側もしくは受話側に倒れ続けてしまい、相手側からの音声が通じないという片倒れ現象が発生するという問題があった。
【００３９】
そこで本実施形態においては、送話側信号経路のエコーキャンセラ２０及び音声スイッチ１０の後段に、残留エコー（エコーキャンセラ２０で抑圧できなかった音響エコー。以下同じ。）を減衰させるエコーサプレッサ３０を追加している。エコーサプレッサ３０は残留エコーを効果的に減衰する一方で、送出すべき音声信号（送話信号）は減衰させない必要がある。
【００４０】
エコーサプレッサ３０は、音声スイッチ１０と、エコーキャンセラ２０のダブルトーク検出処理部２３と、エコーキャンセラ２０の適応フィルタ２１が具備する信号レベル平均値算出処理部２４と連動して送話側信号経路へ減衰量を挿入するようにしている。
【００４１】
次に、図３のフローチャートを参照してエコーサプレッサ３０の動作を詳細に説明する。
【００４２】
エコーサプレッサ３０は、音声スイッチ１０の状態を常に監視し（ステップ１）、音声スイッチ１０が受話状態であれば、エコーキャンセラ２０のダブルトーク検出処理部２３がダブルトークを検出しているか否かを判断する（ステップ２）。音声スイッチ１０が受話状態であり且つダブルトーク検出処理部２３がダブルトークを検出していない場合、エコーサプレッサ３０が入力信号に掛ける減衰係数は、信号レベル平均値算出処理部２４の算出値RS_AVE(n)（＝Ｅｙ（ｎ））に依存しており、所定の閾値THに対して、RS_AVE(n)＞THならば、
減衰係数＝SUP＿MAX×RS_AVE(n)／RS_AVEmax・・・（１）
とし、RS_AVE(n)≦THならば、
減衰係数＝SUP＿MAX×RS_AVE(n)／RS_AVEmax〜SUP_MIN・・・（２）
という判定条件により決定される。なお、SUP_MAX、SUP_MINはそれぞれ大声相当（例えば、音圧○○ｄＢ以上）及び標準音量（例えば、音圧○○〜○○ｄＢ）相当の信号レベルを抑圧するために必要な減衰係数であり、RS_AVEmaxは大声相当の信号レベル平均値RS_AVE(n)である。上記（２）の判定条件については、サンプリング周期毎に（２）の判定条件を満たし続ける限りは、所定の遷移係数を乗ずることにより、減衰係数はSUP＿MAX×RS_AVE(n)／RS_AVEmax→SUP_MINと徐々に小さくなるように変化し、SUP_MINが減衰係数の下限値として設定される。
【００４３】
具体的には、まずエコーサプレッサ３０は減衰係数としてSUP_MINが設定されているかどうかを判定する（ステップ３）。もし減衰係数としてSUP_MINが設定されていなければ、エコーサプレッサ３０は減衰係数に遷移係数を乗じて新たな減衰係数を設定し（ステップ４）、すでにSUP_MINが設定されていれば、これは下限値であるので減衰係数としてSUP_MINを用いる。次に、信号レベル平均値RS_AVE(n)が上記（１）の条件を満たす場合（ステップ５）、エコーサプレッサ３０は減衰係数としてSUP＿MAX×RS_AVE(n)／RS_AVEmaxを設定し（ステップ６）、上記（１）の条件を満たさない場合は減衰係数を変更せず、以前のステップで設定したものを用いる。
【００４４】
続いて、エコーサプレッサ３０は背景騒音レベル連動減衰量制御を実行し（ステップ７）、最後に、設定した減衰係数を入力信号に掛けることで入力信号を減衰させて出力する（ステップ８）。
【００４５】
また、音声スイッチ１０が受話状態でない場合、若しくは音声スイッチ１０が受話状態であってもダブルトーク検出処理部２３がダブルトークを検出している場合、エコーサプレッサ３０は、さらに音声スイッチ１０の状態が送話状態であるか否かを判断する（ステップ９）。そして、音声スイッチ１０が送話状態であれば、エコーサプレッサ３０は残留エコーがないかまたは送出すべき音声信号があると判断して入力信号を減衰せずにそのままのレベルで出力する（ステップ１２）。
【００４６】
ここで、本実施形態の拡声通話装置とハンドセットを用いる通話装置（以下、ハンドセット型通話装置と呼ぶ。）との間で通話する場合、拡声通話装置からハンドセット型通話装置に伝送される送話信号に含まれる背景騒音のレベルがある程度大きいと、拡声通話装置のエコーサプレッサ３０で残留エコーを減衰させることに伴って背景騒音が瞬時的に減衰してしまう。そして、このような背景騒音の瞬時的減衰が遅延を伴ってハンドセットから聞こえてしまうため、ハンドセット型通話装置側の話者が、通話時に不快な音の途切れ（切断感）を感じてしまう虞がある。
【００４７】
そこで本実施形態では、図４のフローチャートに示す背景騒音レベル連動減衰量制御をエコーサプレッサ３０で行っている。つまり、拡声通話装置側の背景騒音レベルが高くなるにつれてエコーサプレッサ３０から送話信号経路に挿入する減衰量を減らすことにより、背景騒音の瞬時的な減衰を抑制して切断感を感じ難くすることができるものである。なお、エコーサプレッサ３０の減衰量を減らすことで残留エコーの減衰効果が低下してしまうが、ハンドセット型通話装置へ伝送される背景騒音によって残留エコーがマスクされるため、実用上通話に支障を来す虞は無い。
【００４８】
以下、図４のフローチャートを参照して背景騒音レベル連動減衰量制御の内容を具体的に説明する。
【００４９】
エコーサプレッサ３０は、送話側減衰器１１の入力点Ｔinから取り込んだ送話信号の長時間時系列平均値を用いて当該送話信号中に定常的に存在（重畳）する背景騒音のレベル（背景騒音レベル）LEVEL_NOISEを検出（推定）し、推定した背景騒音レベルLEVEL_NOISEを所定の閾値Nthと比較する（ステップ２１）。背景騒音レベルLEVEL_NOISEが閾値Nth以下であれば、エコーサプレッサ３０は下式によって減衰係数の基準値ATTを算出する（ステップ２２）。
【００５０】
ATT＝α＊LEVEL_NOISE＋β（ただし、α＜０）
一方、背景騒音レベルLEVEL_NOISEが閾値Nthより大きければ、エコーサプレッサ３０は背景騒音レベルLEVEL_NOISEに依存せずに減衰係数基準値ATTを一定値ATTminとする（ステップ２３）。
【００５１】
次に、エコーサプレッサ３０はステップ３〜ステップ６の処理で算出した減衰係数（受話信号の信号レベルから推定されるエコー量に応じた減衰量）と、ステップ２１〜ステップ２３の処理で算出した減衰係数基準値ATTとを比較する（ステップ２４）。そして、減衰係数が減衰係数基準値ATT以下であれば、エコーサプレッサ３０は減衰係数を減衰係数基準値ATTに更新し（ステップ２５）、ステップ８の処理に進む。また、減衰係数が減衰係数基準値ATTより大きければ、エコーサプレッサ３０は減衰係数を更新せずにステップ８の処理に進む。すなわち、ステップ２４〜ステップ２５の処理では、受話側信号経路の音声信号レベルから推定されるエコー量に応じた減衰量（図５における曲線イ参照）と、背景騒音レベルに応じて一意に定められる減衰量（図５における折れ線ロ参照）とが比較され、少ない方の減衰量がエコーサプレッサ３０によって送話信号経路に挿入されることになる。なお、エコーサプレッサ３０では、背景騒音レベルLEVEL_NOISEが所定のレベル（閾値Nth）を超えるときは背景騒音レベルLEVEL_NOISEに応じた減衰量（減衰係数）を一定値ATTminとしている。これは、背景騒音レベルが非常に高いときに残留エコーが減衰されなくなるという事態を回避するためである。
【００５２】
ところで、上述の処理は拡声通話装置の音声スイッチ１０が受話状態であり且つダブルトーク検出処理部２３がダブルトークを検出していないという条件が満たされている場合に行われるものである。これに対して、音声スイッチ１０が受話状態又は送話状態の何れでもない場合（図３のフローチャートにおけるステップ９の判断がＮの場合）、例えば、挿入損失量分配処理部１５が送話側減衰器１１と受話側減衰器１２に同じ損失量を挿入させている場合（以下、中立状態という）においては、エコーサプレッサ３０は送話側信号経路に挿入する減衰量を単調減少させている。具体的には、エコーサプレッサ３０では、ステップ９で音声スイッチ１０の状態が送話でないと判断すれば、その時点の減衰係数がゼロか否かを判断し（ステップ１０）、ゼロであれば減衰係数を変更せずにステップ１に戻る。また、減衰係数がゼロでなければ、エコーサプレッサ３０は、減衰係数に遷移係数を乗じて新たな減衰係数を設定する（ステップ１１）。つまり、エコーサプレッサ３０がステップ１→ステップ９（又はステップ２→ステップ９）→ステップ１０→ステップ１１→ステップ１と処理を繰り返すことで減衰係数（減衰量）が徐々に減少（単調減少）することになる。
【００５３】
而して、拡声通話装置からハンドセット型通話装置へ送話信号が送信されていない状態でエコーサプレッサ３０が送話側信号経路に所定の減衰量を挿入してしまうと、上述のようにハンドセット型通話装置側の話者に切断感を感じさせてしまう虞がある。このような場合において、エコーサプレッサ３０が送話側信号経路に挿入する減衰量を単調減少させれば、背景騒音が瞬時的に減衰しないためにハンドセット型通話装置側の話者に不快な切断感を感じさせ難くできるものである。
【００５４】
ところで、ステップ１→ステップ９（又はステップ２→ステップ９）→ステップ１０→ステップ１１→ステップ１の処理を繰り返して減衰係数（減衰量）を単調減少させている途中で音声スイッチ１０の通話状態が送話状態に変化したら、エコーサプレッサ３０はステップ９→ステップ１２の処理を実行して直ちに減衰係数（減衰量）をゼロに減少させる。したがって、拡声通話装置側の話者が発した音声（送話音声）がエコーサプレッサ３０で誤って減衰されることにより、相手側の通話装置から聞こえる音声に抑揚が生じるのを防ぐことができる。
【００５５】
また、ステップ１→ステップ９（又はステップ２→ステップ９）→ステップ１０→ステップ１１→ステップ１の処理を繰り返して減衰係数（減衰量）を単調減少させている途中で音声スイッチ１０の通話状態が受話状態に変化し且つダブルトーク検出処理部２３がダブルトークを検出していなければ、エコーサプレッサ３０はステップ３〜ステップ８の処理を実行して送話側信号経路に背景騒音レベルに応じた減衰量を挿入する。したがって、エコーサプレッサ３０が誤って減衰量を挿入せずに不快な残留エコーを発生させてしまうことが無く、精度よく通話時の不快なエコーのみを減衰させることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１ マイクロホン
２ スピーカ
１０ 音声スイッチ
１１ 送信側減衰器
１２ 受信側減衰器
１３ 挿入損失量制御部
１４ 総損失量算出部
１５ 挿入損失量分配処理部
２０ エコーキャンセラ
２１ 適応フィルタ
２２ 減算器
２３ ダブルトーク検出処理部
２４ 信号レベル平均値算出処理部
３０ エコーサプレッサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、住宅や事務所等で用いられる拡声通話装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、通話時にハンドセットを持つ必要がなく、通話装置から離れた通話者に対して相手側の通話装置から伝送されてくる音声信号をスピーカによって拡声出力し、かつ、上記通話者の発する音声をマイクロホンにより集音して相手側通話装置へ伝送することで拡声通話（ハンズフリー通話）を実現する拡声通話装置が提供されている。このような拡声通話装置では、マイクロホンとスピーカの音響結合により形成される音響帰還経路によって不快なエコー（音響エコー）が聞こえてしまう場合があり、あるいは、上記帰還経路などにより任意の周波数成分における一巡利得が１倍を超えるような閉ループが通話系に形成されると当該周波数にてハウリングが生じてしまう場合があるので、上述のような不快なエコー及びハウリングの発生を防止するためにエコーキャンセラ並びに音声スイッチを備えている。
【０００３】
音声スイッチは、通話状態（送話状態、受話状態）を常時推定し、推定結果に基づき適切な配分で送話側及び受話側の信号経路に対して損失を挿入するものである。また、エコーキャンセラは、帰還経路のインパルス応答を適応的に同定して帰還経路への入力信号から帰還経路の擬似エコー成分を推定する適応フィルタと、適応フィルタで推定された擬似エコー成分を帰還経路からの出力信号より減算する減算器とで構成されるものである。ここで、エコーキャンセラの適応フィルタが帰還経路のインパルス応答を同定するのに通常数秒の学習時間を要するため、通話開始直後からの数秒間にはエコーキャンセラによるエコーの抑圧効果が十分に期待できず、通話系に閉ループが形成された状態にあり、不快なエコーやハウリングが生じる虞がある。
【０００４】
そこで本出願人は、通話開始直後における不快なエコーやハウリングの抑制を可能とした拡声通話装置を既に提案している（特許文献１参照）。
【０００５】
この従来例では、通話開始直後のエコーキャンセラが収束していない状態においては、音声スイッチが信号経路に挿入する損失の総量（総損失量）を十分に大きい初期値に固定する固定モードで動作することで不快なエコーやハウリングを抑制し、エコーキャンセラが十分に収束した状態においては、音声スイッチが総損失量を随時更新する更新モードで動作することで双方向（全二重）の同時通話を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３５９５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、拡声通話装置同士の通信がＩＰ通信等のデジタル通信の場合、パケット処理やジッタ防止のための通信バッファ処理に起因して音声データ伝送に遅延時間が発生することがある。一般に拡声通話装置間の音声データ伝送が遅延してしまう場合、伝送遅延時間が大きくなるにつれて通話時の話者のエコー許容限界値が劣化し、少ない量のエコーでも不快なエコーと感じてしまうことがわかっている。
【０００８】
固定モードの初期値を従来のアナログ通信の場合よりも大きく設定すれば、この不快なエコーを防ぐことは可能である。しかしながら、エコー許容限界値の劣化が数十デシベルに及ぶ場合もあり、この場合は更新モードで動作してもエコーキャンセラの抑圧量が不足して双方向（全二重）通話が実現できずに片方向（半二重）通話になってしまう。その結果、周囲騒音のレベルが高い場合に音声スイッチが送話側もしくは受話側に倒れ続けてしまい、相手側からの音声が通じないという片倒れ現象が発生するという問題があった。
【０００９】
このような問題に対して本出願人は、相手側の通話装置との間で伝送する音声に伝送遅延が生じる場合においても、当該伝送遅延に起因して送話側信号経路に発生する残留エコーをエコーサプレッサによって減衰させることによって、双方向（全二重）の同時通話を可能とした拡声通話装置を既に提案している。
【００１０】
ところで、拡声通話装置とハンドセットを用いた通話装置の間の通信がＩＰ通信等のデジタル通信の場合においても、拡声通話装置の送話側信号経路に発生する残留エコーを当該拡声通話装置に搭載したエコーサプレッサで減衰させてやることにより、双方向（全二重）の同時通話が実現できる。しかしながら、拡声通話装置から相手の通話装置に伝送される送話信号に含まれる背景騒音のレベルがある程度大きい場合、拡声通話装置に搭載されているエコーサプレッサで残留エコーを減衰させることに伴って背景騒音が瞬時的に減衰してしまう。そして、このような背景騒音の瞬時的減衰が遅延を伴ってハンドセットから聞こえてしまうため、ハンドセットを用いた通話装置側の話者が、通話時に不快な音の途切れ（切断感）を感じてしまう虞がある。なお、相手の通話装置がハンドセットを用いる通話装置である場合のエコーサプレッサの減衰量を、相手の通話装置が拡声通話装置である場合のエコーサプレッサの減衰量よりも小さくすれば、上述のような切断感を防ぐことは可能であるが、逆に残留エコーがハンドセットから聞こえてしまうという問題が生じる。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、相手側の通話装置との間で伝送する音声に伝送遅延が生じる場合でも双方向（全二重）の同時通話が実現できるとともに相手側の通話装置がハンドセットを用いるものである場合にはハンドセットから聞こえる音に切断感を感じさせ難い拡声通話装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、マイクロホン及びスピーカと、相手側の通話装置から送られてくる受話信号をスピーカに伝送する受話側信号経路並びにマイクロホンで集音された送話信号を伝送して相手側の通話装置へ送る送話側信号経路に損失を挿入することで通話状態を受話及び送話に切り換える音声スイッチと、マイクロホンとスピーカの音響結合によって生じる音響エコーを抑制するエコーキャンセラと、ダブルトークを検出するダブルトーク検出手段とを備え、音声スイッチは、送話側の信号経路に損失を挿入する送話側損失挿入手段と、受話側の信号経路に損失を挿入する受話側損失挿入手段と、送話側及び受話側の損失挿入手段から挿入する損失量を制御する挿入損失量制御手段とを具備し、挿入損失量制御手段は、受話側損失挿入手段の出力点から音響エコー経路を介して送話側損失挿入手段の入力点へ帰還する経路の音響帰還利得を推定し、音響帰還利得の推定値に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出する総損失量算出部と、送話信号及び受話信号を監視して通話状態を推定し、この推定結果と総損失量算出部の算出値に応じて送話側損失挿入手段及び受話側損失挿入手段の各挿入損失量の配分を決定する挿入損失量分配処理部とからなり、総損失量算出部は、各帰還利得の推定値に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出して適応更新する更新モード、並びに総損失量を所定の初期値に固定する固定モードの２つの動作モードを有し、相手側通話装置との通話開始からエコーキャンセラが充分に収束するまでの期間には固定モードで動作するとともに、エコーキャンセラが充分収束した後の期間には更新モードで動作してなる拡声通話装置において、音声スイッチ又はダブルトーク検出手段と連動して送話側信号経路に所定の減衰量を挿入して残留エコーを減衰するエコーサプレッサを備え、エコーサプレッサは、ダブルトーク検出手段がダブルトークを検出しておらず且つ挿入損失量分配処理部が受話状態と推定している場合にのみ、送話側信号経路に前記所定の減衰量を挿入し、さらに送話信号に重畳する背景騒音のレベルを推定するとともに当該推定結果に基づいて背景騒音レベルが高くなるにつれて送話側信号経路に挿入する減衰量を減らすことを特徴とする。
【００１３】
請求項１の発明によれば、相手側の通話装置との間で伝送する音声に伝送遅延が生じる場合においても、当該伝送遅延に起因して送話側信号経路に発生する残留エコーをエコーサプレッサによって減衰させることができ、その結果、双方向（全二重）の同時通話が実現できる。しかも、背景騒音レベルが高くなるにつれてエコーサプレッサから送話信号経路に挿入する減衰量を減らすことにより、背景騒音の瞬時的な減衰を抑制して切断感を感じ難くすることができる。なお、エコーサプレッサの減衰量を減らすことで残留エコーの減衰効果が低下してしまうが、背景騒音によって残留エコーがマスクされるために実用上通話に支障を来す虞は無い。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、エコーサプレッサは、受話信号の信号レベルから推定されるエコー量に応じた減衰量と、送話信号に重畳する背景騒音レベルに応じた減衰量とを比較して相対的に絶対値が小さい方の減衰量を送話側信号経路に挿入することを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明によれば、切断感を感じ難くしつつ残留エコーも十分に減衰させることができる。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、エコーサプレッサは、背景騒音レベルが所定のレベルを超えるときは背景騒音レベルに応じた前記減衰量を一定値とすることを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明によれば、背景騒音レベルが非常に高いときに残留エコーが減衰されなくなるという事態を回避することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、相手側の通話装置との間で伝送する音声に伝送遅延が生じる場合でも双方向（全二重）の同時通話が実現できるとともに相手側の通話装置がハンドセットを用いるものである場合にはハンドセットから聞こえる音に切断感を感じさせ難い拡声通話装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】同上における音声スイッチの動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】同上におけるエコーサプレッサの動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】同上におけるエコーサプレッサの動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】同上におけるエコーサプレッサの動作を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２１】
本実施形態の拡声通話装置は、図１に示すようにマイクロホン１及びスピーカ２と、相手側の通話装置から送られてくる受話信号をスピーカ２に伝送する受話側信号経路（図１における下側の信号経路）並びにマイクロホン１で集音された送話信号を伝送して相手側の通話装置へ送る送話側信号経路（図１における上側の信号経路）に損失を挿入することで通話状態を受話及び送話に切り換える音声スイッチ１０と、マイクロホン１とスピーカ２の音響結合によって生じる音響エコーを抑制するエコーキャンセラ２０と、マイクロホン１の出力信号（送話信号）を増幅するマイクロホンアンプＧ１と、スピーカ２の入力信号（受話信号）を増幅するスピーカアンプＧ２と、送話側信号経路におけるエコーキャンセラ２０と音声スイッチ１０との間に挿入された送話音量調整用増幅器Ｇ３と、送話側信号経路に所定の減衰量を挿入して残留エコーを減衰するエコーサプレッサ３０とを備えている。
【００２２】
エコーキャンセラ２０は適応フィルタ２１と減算器２２からなる従来周知の構成を有し、スピーカ２−マイクロホン１間の音響結合により形成される帰還経路（音響エコー経路）Ｈacのインパルス応答を適応フィルタ２１により適応的に同定し、参照信号（スピーカアンプＧ２への入力信号）から推定したエコー成分（音響エコー）を減算器２２によりマイクロホンアンプＧ１の出力信号から減算することで音響エコーを抑制するものである。
【００２３】
ここで、適応フィルタ２１は音響エコー経路Ｈacのインパルス応答を適応的に同定し、遠端側の入力信号（スピーカアンプＧ２へ入力する受話信号）ｙ（ｎ）からエコー成分（音響エコー）ｇ（ｎ）を推定しているのであるが、このエコー成分ｇ（ｎ）を推定するために、次式によってフィルタ係数ｈp（ｎ）を再帰的に更新している。但し、添え字のｐはタップ番号、ｎはサンプル時間、Ｋはステップゲイン、Ｆ（ｎ）は係数更新関数である。
【００２４】
ｈp（ｎ＋１）＝ｈp（ｎ）＋Ｋ・Ｆ（Ｅｙ（ｎ））
また、Ｅｙ（ｎ）は入力信号（受話信号）ｙ（ｎ）の信号レベル平均値であって、適応フィルタ２１が具備する信号レベル平均値算出処理部２４において、次式によって求められる。但し、SPANは入力信号ｙ（ｎ）の絶対値abs[y(n)]を加算する周期である。
【００２５】
【数１】
【００２６】
そして、エコー成分（の推定値）ｇ（ｎ）は次式によって求められる。
【００２７】
【数２】
【００２８】
さらにエコーキャンセラ２０は適応フィルタ２１及び減算器２２に加えてダブルトーク検出処理部２３を備えている。ダブルトーク検出処理部２３は、適応フィルタ２１の収束を劣化させるレベルの信号がマイクロホンアンプＧ１の出力信号に含まれているか否かにより、近端側話者と遠端側話者（相手側の通話装置で通話する話者）がほぼ同時に話す状態、すなわちダブルトークを検出するものである。適応フィルタ２１では、ダブルトーク検出処理部２３によりダブルトークが検出された場合、フィルタ係数の発散を防止するためにフィルタ係数を更新せずにそれ以前の値に固定する。
【００２９】
音声スイッチ１０は、送話側信号経路に損失を挿入する送話側減衰器１１と、受話側信号経路に損失を挿入する受話側減衰器１２と、送話側及び受話側の各減衰器１１，１２から挿入する損失量を制御する挿入損失量制御部１３とを具備する。挿入損失量制御部１３は、受話側減衰器１２の出力点Ｒoutから音響エコー経路Ｈacを介して送話側減衰器１１の入力点Ｔinへ帰還する経路（以下、「音響帰還経路」という）の音響帰還利得αを推定し、音響帰還利得αの推定値α’に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和（送話側減衰器１１の挿入損失量と受話側減衰器１２の挿入損失量の和）を算出する総損失量算出部１４と、送話信号及び受話信号を監視して通話状態を推定し、この推定結果と総損失量算出部１４の算出値に応じて送話側減衰器１１及び受話側減衰器１２の各挿入損失量の配分を決定する挿入損失量分配処理部１５とからなる。なお、エコーキャンセラ２０並びに音声スイッチ１０は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）のハードウェアをエコーキャンセラ用並びに音声スイッチ用のソフトウェア（プログラム）で制御することによって実現されている。従って、以下の説明における音声スイッチ１０並びにエコーキャンセラ２０の入出力信号（送話信号並びに受話信号）は、図示しないＡ／Ｄ変換器によって所定のサンプリング周期でサンプリングされ且つ量子化されている。
【００３０】
総損失量算出部１４では、整流平滑器や低域通過フィルタ等を用いて送話側減衰器１１の入力信号の短時間における時間平均パワーを推定し、同じく整流平滑器や低域通過フィルタ等を用いて受話側減衰器１２の出力信号の短時間における時間平均パワーを推定し、音響帰還経路Ｈacにて想定される最大遅延時間において受話側減衰器１２の出力信号の時間平均パワーの推定値を求め、この推定値で送話側減衰器１１の入力信号の時間平均パワーの推定値を除算した値を音響帰還利得αの推定値α’とする。そして、総損失量算出部１４は音響帰還利得αの推定値α’から所望の利得余裕ＭＧを得るために必要な総損失量Ｌｔを算出し、その値Ｌｔを挿入損失量分配処理部１５に出力する。
【００３１】
挿入損失量分配処理部１５では、送話側減衰器１１の入出力信号及び受話側減衰器１２の入出力信号を監視し、これら信号のパワーレベルの大小関係並びに音声信号の有無などの情報から通話状態（受話状態、送話状態等）を判定するとともに、判定された通話状態に応じた割合で総損失量Ｌｔを送話側減衰器１１と受話側減衰器１２に分配するように各減衰器１１、１２の挿入損失量を調整する。
【００３２】
ところで本実施形態における総損失量算出部１４は、上述のように音響帰還利得αの推定値α’に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出して適応更新する更新モード、並びに総損失量を所定の初期値に固定する固定モードの２つの動作モードを有し、相手側の通話装置との通話開始からエコーキャンセラ２０が充分に収束するまでの期間には固定モードで動作するとともにエコーキャンセラ２０が充分に収束した後の期間には更新モードで動作する。すなわち、総損失量算出部１４では音響帰還利得αの推定値α’が通話開始から所定時間（数百ミリ秒）以上継続して所定の閾値ε（例えば、通話開始時における推定値α’に対して１０ｄＢ〜１５ｄＢ小さい値）を下回った時点でエコーキャンセラ２０が充分に収束したものとみなし、上記時点以前には総損失量を初期値に固定する固定モードで動作し、上記時点以降には推定値α’に基づいて総損失量を適応更新する更新モードに動作モードを切り換える。なお、固定モードにおける総損失量の初期値は更新モードにおいて随時更新される総損失量よりも充分に大きな値に設定される。
【００３３】
而して、通話開始直後のエコーキャンセラ２０が充分に収束していない状態においては、固定モードで動作する総損失量算出部１４によって充分に大きな値に設定される初期値の総損失量が閉ループに挿入されるため、不快なエコー（音響エコー）やハウリングの発生を抑制して安定した半二重通話を実現することができる。また、通話開始から時間が経過してエコーキャンセラ２０が充分に収束した状態においては、総損失量算出部１４の動作モードが固定モードから更新モードに切り換わって閉ループに挿入する総損失量が初期値よりも充分に低い値に減少するため、双方向の同時通話が実現できるものである。
【００３４】
ここで、更新モードにおける総損失量算出部１４の具体的な動作を図２のフローチャートを参照して説明する。
【００３５】
総損失量算出部１４は、固定モードから更新モードに移行した時点（ｔ＝ｔ１）から所定のサンプリング周期で音響帰還利得αの推定処理を実行してその推定値α’（ｎ）を算出し（ステップ１）、この推定値α’（ｎ）と利得余裕ＭＧとから、閉ループの利得余裕をＭＧ［ｄＢ］に保つために必要とされる総損失量所望値Ｌｔ（ｎ）を下式により算出する（ステップ２）。
【００３６】
Ｌｒ（ｎ）＝２０log | α’（ｎ）｜＋ＭＧ［ｄＢ］
なお、α’（ｎ），Ｌｒ（ｎ）はそれぞれ更新モード移行時点からｎ回目のサンプリングによって算出された音響帰還利得αの推定値α’並びに総損失量所望値を示す。さらに、総損失量算出部１４は上式から算出したｎ回目の総損失量所望値Ｌｒ（ｎ）と、前回（ｎ−１回目）の総損失量Ｌｔ（ｎ−１）、すなわち前回の処理で決定されて実際に挿入された総損失量に対して今回算出した総損失量所望値Ｌｒ（ｎ）が大きい場合、前回の総損失量Ｌｔ（ｎ−１）に微少な増加量Δｉ［ｄＢ］を加算した値を今回の総損失量Ｌｔ（ｎ）＝Ｌｔ（ｎ−１）＋Δｉとし（ステップ３、ステップ４）、前回の総損失量Ｌｔ（ｎ−１）に対して今回算出した総損失量所望値Ｌｒ（ｎ）が小さい場合、前回の総損失量Ｌｔ（ｎ−１）から微少な減少量Δｄ［ｄＢ］を減算した値を今回の総損失量Ｌｔ（ｎ）＝Ｌｔ（ｎ−１）−Δｄとする（ステップ５、ステップ６）。
【００３７】
このように総損失量算出部１４による総損失量の増減をΔｉまたはΔｄの微少な値に抑えることにより、相手側の通話装置との通話開始直後のようにエコーキャンセラ２０が収束に向かって活発に係数（フィルタ係数）を更新しているために音響帰還利得αの変化が激しい状態においても、聴感上の違和感をなくすことができる。
【００３８】
ここで、従来技術で説明したように拡声通話装置同士の通信がＩＰ通信等のデジタル通信の場合、パケット処理やジッタ防止のための通信バッファ処理に起因して音声データ伝送に遅延時間が発生することがある。一般に拡声通話装置間の音声データ伝送が遅延してしまう場合、伝送遅延時間が大きくなるにつれて通話時の話者のエコー許容限界値が劣化し、少ない量のエコーでも不快なエコーと感じてしまうことがわかっている。そして、固定モードの初期値を従来のアナログ通信の場合よりも大きく設定すれば、この不快なエコーを防ぐことは可能である。しかしながら、エコー許容限界値の劣化が数十デシベルに及ぶ場合もあり、この場合は更新モードで動作してもエコーキャンセラの抑圧量が不足して双方向（全二重）通話が実現できずに片方向（半二重）通話になってしまう。その結果、周囲騒音のレベルが高い場合に音声スイッチ１０が送話側もしくは受話側に倒れ続けてしまい、相手側からの音声が通じないという片倒れ現象が発生するという問題があった。
【００３９】
そこで本実施形態においては、送話側信号経路のエコーキャンセラ２０及び音声スイッチ１０の後段に、残留エコー（エコーキャンセラ２０で抑圧できなかった音響エコー。以下同じ。）を減衰させるエコーサプレッサ３０を追加している。エコーサプレッサ３０は残留エコーを効果的に減衰する一方で、送出すべき音声信号（送話信号）は減衰させない必要がある。
【００４０】
エコーサプレッサ３０は、音声スイッチ１０と、エコーキャンセラ２０のダブルトーク検出処理部２３と、エコーキャンセラ２０の適応フィルタ２１が具備する信号レベル平均値算出処理部２４と連動して送話側信号経路へ減衰量を挿入するようにしている。
【００４１】
次に、図３のフローチャートを参照してエコーサプレッサ３０の動作を詳細に説明する。
【００４２】
エコーサプレッサ３０は、音声スイッチ１０の状態を常に監視し（ステップ１）、音声スイッチ１０が受話状態であれば、エコーキャンセラ２０のダブルトーク検出処理部２３がダブルトークを検出しているか否かを判断する（ステップ２）。音声スイッチ１０が受話状態であり且つダブルトーク検出処理部２３がダブルトークを検出していない場合、エコーサプレッサ３０が入力信号に掛ける減衰係数は、信号レベル平均値算出処理部２４の算出値RS_AVE(n)（＝Ｅｙ（ｎ））に依存しており、所定の閾値THに対して、RS_AVE(n)＞THならば、
減衰係数＝SUP＿MAX×RS_AVE(n)／RS_AVEmax・・・（１）
とし、RS_AVE(n)≦THならば、
減衰係数＝SUP＿MAX×RS_AVE(n)／RS_AVEmax〜SUP_MIN・・・（２）
という判定条件により決定される。なお、SUP_MAX、SUP_MINはそれぞれ大声相当（例えば、音圧○○ｄＢ以上）及び標準音量（例えば、音圧○○〜○○ｄＢ）相当の信号レベルを抑圧するために必要な減衰係数であり、RS_AVEmaxは大声相当の信号レベル平均値RS_AVE(n)である。上記（２）の判定条件については、サンプリング周期毎に（２）の判定条件を満たし続ける限りは、所定の遷移係数を乗ずることにより、減衰係数はSUP＿MAX×RS_AVE(n)／RS_AVEmax→SUP_MINと徐々に小さくなるように変化し、SUP_MINが減衰係数の下限値として設定される。
【００４３】
具体的には、まずエコーサプレッサ３０は減衰係数としてSUP_MINが設定されているかどうかを判定する（ステップ３）。もし減衰係数としてSUP_MINが設定されていなければ、エコーサプレッサ３０は減衰係数に遷移係数を乗じて新たな減衰係数を設定し（ステップ４）、すでにSUP_MINが設定されていれば、これは下限値であるので減衰係数としてSUP_MINを用いる。次に、信号レベル平均値RS_AVE(n)が上記（１）の条件を満たす場合（ステップ５）、エコーサプレッサ３０は減衰係数としてSUP＿MAX×RS_AVE(n)／RS_AVEmaxを設定し（ステップ６）、上記（１）の条件を満たさない場合は減衰係数を変更せず、以前のステップで設定したものを用いる。
【００４４】
続いて、エコーサプレッサ３０は背景騒音レベル連動減衰量制御を実行し（ステップ７）、最後に、設定した減衰係数を入力信号に掛けることで入力信号を減衰させて出力する（ステップ８）。
【００４５】
また、音声スイッチ１０が受話状態でない場合、若しくは音声スイッチ１０が受話状態であってもダブルトーク検出処理部２３がダブルトークを検出している場合、エコーサプレッサ３０は、さらに音声スイッチ１０の状態が送話状態であるか否かを判断する（ステップ９）。そして、音声スイッチ１０が送話状態であれば、エコーサプレッサ３０は残留エコーがないかまたは送出すべき音声信号があると判断して入力信号を減衰せずにそのままのレベルで出力する（ステップ１２）。
【００４６】
ここで、本実施形態の拡声通話装置とハンドセットを用いる通話装置（以下、ハンドセット型通話装置と呼ぶ。）との間で通話する場合、拡声通話装置からハンドセット型通話装置に伝送される送話信号に含まれる背景騒音のレベルがある程度大きいと、拡声通話装置のエコーサプレッサ３０で残留エコーを減衰させることに伴って背景騒音が瞬時的に減衰してしまう。そして、このような背景騒音の瞬時的減衰が遅延を伴ってハンドセットから聞こえてしまうため、ハンドセット型通話装置側の話者が、通話時に不快な音の途切れ（切断感）を感じてしまう虞がある。
【００４７】
そこで本実施形態では、図４のフローチャートに示す背景騒音レベル連動減衰量制御をエコーサプレッサ３０で行っている。つまり、拡声通話装置側の背景騒音レベルが高くなるにつれてエコーサプレッサ３０から送話信号経路に挿入する減衰量を減らすことにより、背景騒音の瞬時的な減衰を抑制して切断感を感じ難くすることができるものである。なお、エコーサプレッサ３０の減衰量を減らすことで残留エコーの減衰効果が低下してしまうが、ハンドセット型通話装置へ伝送される背景騒音によって残留エコーがマスクされるため、実用上通話に支障を来す虞は無い。
【００４８】
以下、図４のフローチャートを参照して背景騒音レベル連動減衰量制御の内容を具体的に説明する。
【００４９】
エコーサプレッサ３０は、送話側減衰器１１の入力点Ｔinから取り込んだ送話信号の長時間時系列平均値を用いて当該送話信号中に定常的に存在（重畳）する背景騒音のレベル（背景騒音レベル）LEVEL_NOISEを検出（推定）し、推定した背景騒音レベルLEVEL_NOISEを所定の閾値Nthと比較する（ステップ２１）。背景騒音レベルLEVEL_NOISEが閾値Nth以下であれば、エコーサプレッサ３０は下式によって減衰係数の基準値ATTを算出する（ステップ２２）。
【００５０】
ATT＝α＊LEVEL_NOISE＋β（ただし、α＜０）
一方、背景騒音レベルLEVEL_NOISEが閾値Nthより大きければ、エコーサプレッサ３０は背景騒音レベルLEVEL_NOISEに依存せずに減衰係数基準値ATTを一定値ATTminとする（ステップ２３）。
【００５１】
次に、エコーサプレッサ３０はステップ３〜ステップ６の処理で算出した減衰係数（受話信号の信号レベルから推定されるエコー量に応じた減衰量）と、ステップ２１〜ステップ２３の処理で算出した減衰係数基準値ATTとを比較する（ステップ２４）。そして、減衰係数が減衰係数基準値ATT以下であれば、エコーサプレッサ３０は減衰係数を減衰係数基準値ATTに更新し（ステップ２５）、ステップ８の処理に進む。また、減衰係数が減衰係数基準値ATTより大きければ、エコーサプレッサ３０は減衰係数を更新せずにステップ８の処理に進む。すなわち、ステップ２４〜ステップ２５の処理では、受話側信号経路の音声信号レベルから推定されるエコー量に応じた減衰量（図５における曲線イ参照）と、背景騒音レベルに応じて一意に定められる減衰量（図５における折れ線ロ参照）とが比較され、少ない方の減衰量がエコーサプレッサ３０によって送話信号経路に挿入されることになる。なお、エコーサプレッサ３０では、背景騒音レベルLEVEL_NOISEが所定のレベル（閾値Nth）を超えるときは背景騒音レベルLEVEL_NOISEに応じた減衰量（減衰係数）を一定値ATTminとしている。これは、背景騒音レベルが非常に高いときに残留エコーが減衰されなくなるという事態を回避するためである。
【００５２】
ところで、上述の処理は拡声通話装置の音声スイッチ１０が受話状態であり且つダブルトーク検出処理部２３がダブルトークを検出していないという条件が満たされている場合に行われるものである。これに対して、音声スイッチ１０が受話状態又は送話状態の何れでもない場合（図３のフローチャートにおけるステップ９の判断がＮの場合）、例えば、挿入損失量分配処理部１５が送話側減衰器１１と受話側減衰器１２に同じ損失量を挿入させている場合（以下、中立状態という）においては、エコーサプレッサ３０は送話側信号経路に挿入する減衰量を単調減少させている。具体的には、エコーサプレッサ３０では、ステップ９で音声スイッチ１０の状態が送話でないと判断すれば、その時点の減衰係数がゼロか否かを判断し（ステップ１０）、ゼロであれば減衰係数を変更せずにステップ１に戻る。また、減衰係数がゼロでなければ、エコーサプレッサ３０は、減衰係数に遷移係数を乗じて新たな減衰係数を設定する（ステップ１１）。つまり、エコーサプレッサ３０がステップ１→ステップ９（又はステップ２→ステップ９）→ステップ１０→ステップ１１→ステップ１と処理を繰り返すことで減衰係数（減衰量）が徐々に減少（単調減少）することになる。
【００５３】
而して、拡声通話装置からハンドセット型通話装置へ送話信号が送信されていない状態でエコーサプレッサ３０が送話側信号経路に所定の減衰量を挿入してしまうと、上述のようにハンドセット型通話装置側の話者に切断感を感じさせてしまう虞がある。このような場合において、エコーサプレッサ３０が送話側信号経路に挿入する減衰量を単調減少させれば、背景騒音が瞬時的に減衰しないためにハンドセット型通話装置側の話者に不快な切断感を感じさせ難くできるものである。
【００５４】
ところで、ステップ１→ステップ９（又はステップ２→ステップ９）→ステップ１０→ステップ１１→ステップ１の処理を繰り返して減衰係数（減衰量）を単調減少させている途中で音声スイッチ１０の通話状態が送話状態に変化したら、エコーサプレッサ３０はステップ９→ステップ１２の処理を実行して直ちに減衰係数（減衰量）をゼロに減少させる。したがって、拡声通話装置側の話者が発した音声（送話音声）がエコーサプレッサ３０で誤って減衰されることにより、相手側の通話装置から聞こえる音声に抑揚が生じるのを防ぐことができる。
【００５５】
また、ステップ１→ステップ９（又はステップ２→ステップ９）→ステップ１０→ステップ１１→ステップ１の処理を繰り返して減衰係数（減衰量）を単調減少させている途中で音声スイッチ１０の通話状態が受話状態に変化し且つダブルトーク検出処理部２３がダブルトークを検出していなければ、エコーサプレッサ３０はステップ３〜ステップ８の処理を実行して送話側信号経路に背景騒音レベルに応じた減衰量を挿入する。したがって、エコーサプレッサ３０が誤って減衰量を挿入せずに不快な残留エコーを発生させてしまうことが無く、精度よく通話時の不快なエコーのみを減衰させることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１ マイクロホン
２ スピーカ
１０ 音声スイッチ
１１ 送信側減衰器
１２ 受信側減衰器
１３ 挿入損失量制御部
１４ 総損失量算出部
１５ 挿入損失量分配処理部
２０ エコーキャンセラ
２１ 適応フィルタ
２２ 減算器
２３ ダブルトーク検出処理部
２４ 信号レベル平均値算出処理部
３０ エコーサプレッサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロホン及びスピーカと、相手側の通話装置から送られてくる受話信号をスピーカに伝送する受話側信号経路並びにマイクロホンで集音された送話信号を伝送して相手側の通話装置へ送る送話側信号経路に損失を挿入することで通話状態を受話及び送話に切り換える音声スイッチと、マイクロホンとスピーカの音響結合によって生じる音響エコーを抑制するエコーキャンセラと、ダブルトークを検出するダブルトーク検出手段とを備え、
音声スイッチは、送話側の信号経路に損失を挿入する送話側損失挿入手段と、受話側の信号経路に損失を挿入する受話側損失挿入手段と、送話側及び受話側の損失挿入手段から挿入する損失量を制御する挿入損失量制御手段とを具備し、
挿入損失量制御手段は、受話側損失挿入手段の出力点から音響エコー経路を介して送話側損失挿入手段の入力点へ帰還する経路の音響帰還利得を推定し、音響帰還利得の推定値に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出する総損失量算出部と、送話信号及び受話信号を監視して通話状態を推定し、この推定結果と総損失量算出部の算出値に応じて送話側損失挿入手段及び受話側損失挿入手段の各挿入損失量の配分を決定する挿入損失量分配処理部とからなり、
総損失量算出部は、各帰還利得の推定値に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出して適応更新する更新モード、並びに総損失量を所定の初期値に固定する固定モードの２つの動作モードを有し、相手側通話装置との通話開始からエコーキャンセラが充分に収束するまでの期間には固定モードで動作するとともに、エコーキャンセラが充分収束した後の期間には更新モードで動作してなる拡声通話装置において、
音声スイッチ又はダブルトーク検出手段と連動して送話側信号経路に所定の減衰量を挿入して残留エコーを減衰するエコーサプレッサを備え、
エコーサプレッサは、ダブルトーク検出手段がダブルトークを検出しておらず且つ挿入損失量分配処理部が受話状態と推定している場合にのみ、送話側信号経路に前記所定の減衰量を挿入し、さらに送話信号に重畳する背景騒音のレベルを推定するとともに当該推定結果に基づいて背景騒音レベルが高くなるにつれて送話側信号経路に挿入する減衰量を減らすことを特徴とする拡声通話装置。
【請求項２】
エコーサプレッサは、受話信号の信号レベルから推定されるエコー量に応じた減衰量と、送話信号に重畳する背景騒音レベルに応じた減衰量とを比較して相対的に絶対値が小さい方の減衰量を送話側信号経路に挿入することを特徴とする請求項１記載の拡声通話装置。
【請求項３】
エコーサプレッサは、背景騒音レベルが所定のレベルを超えるときは背景騒音レベルに応じた前記減衰量を一定値とすることを特徴とする請求項２記載の拡声通話装置。
【請求項１】
マイクロホン及びスピーカと、相手側の通話装置から送られてくる受話信号をスピーカに伝送する受話側信号経路並びにマイクロホンで集音された送話信号を伝送して相手側の通話装置へ送る送話側信号経路に損失を挿入することで通話状態を受話及び送話に切り換える音声スイッチと、マイクロホンとスピーカの音響結合によって生じる音響エコーを抑制するエコーキャンセラと、ダブルトークを検出するダブルトーク検出手段とを備え、
音声スイッチは、送話側の信号経路に損失を挿入する送話側損失挿入手段と、受話側の信号経路に損失を挿入する受話側損失挿入手段と、送話側及び受話側の損失挿入手段から挿入する損失量を制御する挿入損失量制御手段とを具備し、
挿入損失量制御手段は、受話側損失挿入手段の出力点から音響エコー経路を介して送話側損失挿入手段の入力点へ帰還する経路の音響帰還利得を推定し、音響帰還利得の推定値に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出する総損失量算出部と、送話信号及び受話信号を監視して通話状態を推定し、この推定結果と総損失量算出部の算出値に応じて送話側損失挿入手段及び受話側損失挿入手段の各挿入損失量の配分を決定する挿入損失量分配処理部とからなり、
総損失量算出部は、各帰還利得の推定値に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出して適応更新する更新モード、並びに総損失量を所定の初期値に固定する固定モードの２つの動作モードを有し、相手側通話装置との通話開始からエコーキャンセラが充分に収束するまでの期間には固定モードで動作するとともに、エコーキャンセラが充分収束した後の期間には更新モードで動作してなる拡声通話装置において、
音声スイッチ又はダブルトーク検出手段と連動して送話側信号経路に所定の減衰量を挿入して残留エコーを減衰するエコーサプレッサを備え、
エコーサプレッサは、ダブルトーク検出手段がダブルトークを検出しておらず且つ挿入損失量分配処理部が受話状態と推定している場合にのみ、送話側信号経路に前記所定の減衰量を挿入し、さらに送話信号に重畳する背景騒音のレベルを推定するとともに当該推定結果に基づいて背景騒音レベルが高くなるにつれて送話側信号経路に挿入する減衰量を減らすことを特徴とする拡声通話装置。
【請求項２】
エコーサプレッサは、受話信号の信号レベルから推定されるエコー量に応じた減衰量と、送話信号に重畳する背景騒音レベルに応じた減衰量とを比較して相対的に絶対値が小さい方の減衰量を送話側信号経路に挿入することを特徴とする請求項１記載の拡声通話装置。
【請求項３】
エコーサプレッサは、背景騒音レベルが所定のレベルを超えるときは背景騒音レベルに応じた前記減衰量を一定値とすることを特徴とする請求項２記載の拡声通話装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１５１６２９（Ｐ２０１１−１５１６２９Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１３８４（Ｐ２０１０−１１３８４）
【出願日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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