音声通信装置、方法及びプログラム
【課題】 残留エコー抑圧機能が過度に作用しても、通話品質を劣化させない音声通信装置を提供する。
【解決手段】 本発明の音声通信装置は、疑似エコーを生成して送話信号に含まれているエコー成分を除去するエコーキャンセラ本体と、当該エコーキャンセラ本体からの出力送話信号に含まれている残留エコー成分を抑圧する残留エコー成分抑圧手段とを有するエコーキャンセラを有する。また、送話信号から、背景雑音成分を抽出する背景雑音成分抽出手段と、エコーキャンセラから出力された送話信号に、抽出された背景雑音成分を重畳する雑音重畳手段とを有する。
【解決手段】 本発明の音声通信装置は、疑似エコーを生成して送話信号に含まれているエコー成分を除去するエコーキャンセラ本体と、当該エコーキャンセラ本体からの出力送話信号に含まれている残留エコー成分を抑圧する残留エコー成分抑圧手段とを有するエコーキャンセラを有する。また、送話信号から、背景雑音成分を抽出する背景雑音成分抽出手段と、エコーキャンセラから出力された送話信号に、抽出された背景雑音成分を重畳する雑音重畳手段とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は音声通信装置、方法及びプログラムに関し、例えば、送受話路間で発生するエコーを消去するために用いるエコーキャンセラと送話マイクロフォンから入力されるノイズを消去するために用いるノイズキャンセラとを併用する場合に適用し得るものである。
【背景技術】
【０００２】
電話通信網には、ハイブリッド回路（２線４線変換回路）で発生するエコー（回線エコー）や、電話端末のスピーカからマイクロフォンに回り込むエコー（音響エコー）を除去するために、適応型エコーキャンセラが広く用いられている。
【０００３】
一般的に、エコーキャンセラは、適応フィルタを用いて、相手話者からの受話信号と、その受話信号のエコーが混じった送話信号を入力として、疑似エコーを生成し、送話信号から減算する方法が採られている。さらに、エコーキャンセラの機能の一部として、アッテネータやセンタークリッパ等を用いて、適応フィルタを用いて推定した疑似エコーによる減算処理で消し残ったエコーのレベルを非線形に抑圧する方法も併用されている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、エコーキャンセラとは別に、マイクロフォンから拾うノイズを除去するためにノイズキャンセラを有する音声通信装置もある。
【０００５】
さらに、これらのエコーキャンセラとノイズキャンセラの両機能を有する音声通信装置がある（特許文献２参照）。このような両機能を有する音声通信装置は、ノイズキャンセラの挿入位置として、２つのパターンが考えられる。すなわち、ノイズを先にキャンセルした後に、エコーをキャンセルする音声通信装置と、エコーを先にキャンセルした後に、ノイズをキャンセルする音声通信装置とがある。
【０００６】
ノイズを先にキャンセルした後に、エコーをキャンセルする音声通信装置のエコーキャンセラは、遠端入力（Ｒｉｎ）端からの受話信号と近端入力（Ｓｉｎ）端からの送話信号のノイズキャンセラ出力を入力とする。
【０００７】
エコーを先にキャンセルした後に、ノイズをキャンセルする音声通信装置のエコーキャンセラは、Ｒｉｎ端からの受話信号とＳｉｎ端からの送話信号を入力とする。エコーキャンセラの出力信号を、ノイズキャンセラの入力とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−３２４９４
【特許文献２】特開２００２−１１８５０４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、エコーキャンセラとノイズキャンセラを併用する場合、以下の課題を有するものであった。
【００１０】
ノイズを先にキャンセルした後でエコーをキャンセルする場合には、ノイズをキャンセルするフィルタが時間によって変化するため、エコーを学習する際、ノイズキャンセラの影響が入って正確な学習ができないという課題がある。
【００１１】
一方、エコーを先にキャンセルした後でノイズをキャンセルする場合には、エコーキャンセラが学習中はエコーキャンセラ出力に誤差が多く残り、ノイズキャンセラが、これを雑音又は音声と誤判断し、状態判定及びパラメータ推定に誤りが生ずる。
【００１２】
特許文献２に記載の音声通信装置では、エコーキャンセラとノイズキャンセラ間でパラメータの受け渡すことで、エコー抑圧とノイズ抑圧の効果を向上させようとしている。しかし、エコーキャンセラの誤学習やノイズキャンセラの打ち消し誤りを防ぐことは不完全であり、通話品質に劣化が生じることがあった。
【００１３】
本発明は、以上の点に鑑みなされたものであり、残留エコー抑圧機能が過度に作用しても、通話品質を劣化させることがない音声通信装置、方法及びプログラムを提供しようとしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１の本情報の音声通信装置は、（１）疑似エコーを生成して送話信号に含まれているエコー成分を除去するエコーキャンセラ本体と、当該エコーキャンセラ本体からの出力送話信号に含まれている残留エコー成分を抑圧する残留エコー成分抑圧手段とを有するエコーキャンセラと、（２）上記送話信号から、背景雑音成分を抽出する背景雑音成分抽出手段と、（３）上記エコーキャンセラから出力された送話信号に、上記背景雑音成分抽出手段が抽出した背景雑音成分を第１の所定倍して重畳する雑音重畳手段とを有することを特徴とする。
【００１５】
第２の本発明の音声通信方法は、（１）エコーキャンセラのエコーキャンセラ本体は、疑似エコーを生成して送話信号に含まれているエコー成分を除去し、上記エコーキャンセラの残留エコー成分抑圧手段は、上記エコーキャンセラ本体からの出力送話信号に含まれている残留エコー成分を抑圧し、（２）背景雑音成分抽出手段は、上記送話信号から背景雑音成分を抽出し、（３）雑音重畳手段は、上記エコーキャンセラから出力された送話信号に、上記背景雑音成分抽出手段が抽出した背景雑音成分を第１の所定倍して重畳することを特徴とする。
【００１６】
第３の本発明の音声通信プログラムは、コンピュータを、（１）疑似エコーを生成して送話信号に含まれているエコー成分を除去するエコーキャンセラ本体と、当該エコーキャンセラ本体からの出力送話信号に含まれている残留エコー成分を抑圧する残留エコー成分抑圧手段とを有するエコーキャンセラと、（２）上記送話信号から、背景雑音成分を抽出する背景雑音成分抽出手段と、（３）上記エコーキャンセラから出力された送話信号に、上記背景雑音成分抽出手段が抽出した背景雑音成分を第１の所定倍して重畳する雑音重畳手段として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、残留エコー抑圧機能が過度に作用した期間に背景雑音成分を重畳できるので、その期間の通話品質が劣化することを防止できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態に係る音声通信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態におけるノイズ抽出部の構成例を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態における、背景雑音（ノイズ）のレベルが大きい状況下での遠端話者によるシングルトーク状態前後の各部信号波形図である。
【図４】第２の実施形態に係る音声通信装置の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】
【００１９】
（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明に係る音声通信装置、方法及びプログラムの第１の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００２０】
（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図１は、第１の実施形態に係る音声通信装置の構成を示すブロック図である。例えば、第１の実施形態の音声通信装置がソフトフォンであって、ＣＰＵと、ＣＰＵが実行するプログラム（第１の実施形態の音声通信プログラム）で実現される場合であっても、機能的には、図１の機能ブロック図で表すことができる。
【００２１】
図１において、第１の実施形態の音声通信装置１は、電話端末のスピーカ２からマイクロフォン３に回り込む音響エコーを消去するためのエコーキャンセラ４を有する音声通信装置である。なお、図１に示す第１の実施形態のエコーキャンセラ４は、音響エコーを消去するものになっているが、電話通信網に存在するハイブリッド回路で発生する回線エコーを消去するものであっても良い。
【００２２】
第１の実施形態のエコーキャンセラ４は、適応フィルタ１０１、減算器１０２及びアッテネータ１０３を有する。
【００２３】
適応フィルタ１０１は、スピーカ２からマイクロフォン３へ回り込むエコーのインパルス応答を推定し、疑似エコーを生成するものである。
【００２４】
減算器１０２は、マイクロフォン３が捕捉した送話信号から、適応フィルタ１０１によって生成された疑似エコーを減算することにより、音声通信装置１が送信する送話信号からエコー成分を消去するものである。
【００２５】
アッテネータ１０３は、減算器１０２から出力された送話信号における、消去し切れなかったエコー成分のレベルを減衰するものである。アッテネータ１０３は、近端からマイクロフォン３へ近端話者の音声信号が入力されることがなく、遠端話者の音声信号を受信してスピーカ２に遠端話者の音声信号が出力されている状態（遠端話者のシングルトーク状態）のときに動作するものである。
【００２６】
なお、図１では、消去し切れなかったエコー成分のレベルを減衰するものとして、アッテネータ１０３を適用したものを示したが、他の構成によって、消去し切れなかったエコー成分のレベルを減衰するようにしても良い。例えば、アッテネータ１０３に代えて、センタークリッパを適用することができる。
【００２７】
ここで、マイクロフォン３が拾う背景雑音のレベルが高い場合には、アッテネータ１０３は、消し残りのエコー成分のみならずその背景雑音まで除去してしまう。このような背景雑音の除去によって、相手通話者には、音声が途切れるように聴こえ、通話に違和感が生まれることになる。また、遠端話者及び近端話者の音声信号がない区間における、マイクロフォン３が拾う背景雑音のレベルがアッテネータ１０３の抑圧動作が働かないレベルである場合には、アッテネータ１０３からは背景雑音が出力される。
【００２８】
第１の実施形態の場合、背景雑音に対する処理を、近端話者が選択し得るようになされている。例えば、近端話者は遠端話者から希望を聴き取り、背景雑音に対する処理を選択する。
【００２９】
図１において、第１の実施形態の音声通信装置１は、背景雑音に対する処理構成として、ノイズ抽出部１０４、レベル可変器１０５、加算器１０６、レベル可変器１０７、減算器１０８、スイッチ１０９及び１１０を有する。ここで、ノイズ抽出部１０４、レベル可変器１０７及び減算器１０８は、ノイズキャンセラを構成している。
【００３０】
ノイズ抽出部１０４には、マイクロフォン３が捕捉して得た信号が入力され、ノイズ抽出部１０４は、その信号に基づいてノイズ（背景雑音）成分を生成（抽出）するものである。ノイズ抽出部１０４として、既存のノイズキャンセラにおけるノイズ成分の抽出構成を適用することができる。図２は、ノイズ抽出部１０４の構成例を示すブロック図である。なお、図２では、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いた周波数領域での方式の例を挙げたが、この方式に限るものではない。
【００３１】
図２において、ノイズ抽出部１０４は、窓関数処理部１１１、ＦＦＴ処理部１１２、抑圧器１１３、ＩＦＦＴ処理部１１４及び窓関数オーバーラップ部１１５を有する。
【００３２】
窓関数処理部１１１は、マイクロフォン３が捕捉して得た信号を入力し、窓関数処理によって、ＦＦＴ処理の分析区間データを切り出すものである。
【００３３】
ＦＦＴ処理部１１２は、窓関数処理部１１１から出力された実時間領域データを入力とし、ＦＦＴ処理によって、その時間信号をＦＦＴポイント数個の周波数領域データに変換するものである。
【００３４】
抑圧器１１３は、ＦＦＴ処理部１１２から出力された周波数領域データを入力とし、ノイズ成分を抑圧せずに音声成分のみを抑圧し、ノイズ成分のみの周波数領域データを出力するものである。
【００３５】
ＩＦＦＴ処理部１１４は、抑圧器１１３によってノイズ成分だけとなった周波数領域データを入力し、逆ＦＦＴ処理によって、周波数領域データから実時間領域データに逆変換するものである。
【００３６】
窓関数オーバーラップ部１１５は、切り出されている状態のデータを連続するデータにつなぎ合わせて出力するものである。
【００３７】
スイッチ１０９及び１１０は、ユーザ（近端話者）の操作に応じて択一的かつ相補的にオン動作するものである。
【００３８】
スイッチ１０９は、例えば、アッテネータ１０３によって非線形に減衰された信号部分に対し、ノイズを付加し、信号の途切れによる通話の違和感を解消したい場合にオンにされるものである。スイッチ１０９のオン時には、レベル可変器１０５及び加算器１０６が有効に機能する。
【００３９】
レベル可変器１０５は、スイッチ１０９のオン時に、ノイズ抽出部１０４によって抽出されたノイズ成分のレベルを可変して加算器１０６に与えるものである。レベル可変器１０５は、ユーザ（近端話者）の操作に応じて、可変利得を変化させるものである。
【００４０】
加算器１０６は、アッテネータ１０３から出力された信号に、レベル可変器１０５から出力されたノイズ成分を加算するものである。なお、加算器１０６は、スイッチ１１０のオン時には、アッテネータ１０３から出力された信号をそのまま通過させるものとなっている。
【００４１】
スイッチ１１０は、例えば、アッテネータ１０３による減衰がなされないとき（遠端話者のシングルトーク状態でないとき）、ノイズを減算するノイズキャンセラとして動作させ、ノイズによる音質劣化を解消したい場合にオンにされるものである。
【００４２】
レベル可変器１０７は、スイッチ１１０のオン時に、ノイズ抽出部１０４によって抽出されたノイズ成分のレベルを可変して減算器１０８に与えるものである。レベル可変器１０７は、ユーザ（近端話者）の操作に応じて、可変利得を変化させるものである。
【００４３】
減算器１０８は、アッテネータ１０３から出力された信号から、レベル可変器１０７から出力されたノイズ成分を減算するものである。なお、減算器１０８は、スイッチ１０９のオン時には、加算器１０６から出力された信号をそのまま通過させるものとなっている。
【００４４】
（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態に係る音声通信装置１の動作を、スイッチ１０９のオン時の動作、スイッチ１１０のオン時の動作の順に、説明する。
【００４５】
背景雑音（ノイズ）のレベルが大きく、アッテネータ１０３による減衰によって、背景雑音までが大きく抑圧され、遠端話者への信号に途切れが生じ、遠端話者が通話の違和感を抱くような状況では、ユーザ（近端話者）は、スイッチ１０９をオン操作する。
【００４６】
このときには、マイクロフォン３が捕捉して得た信号からノイズ抽出部１０４によって抽出されたノイズ成分が、スイッチ１０９を介してレベル可変器１０５に与えられ、そのレベルが調整される。このようにして調整されたノイズ成分が、加算器１０５によって、アッテネータ１０３から出力された信号に加算される。この加算により、アッテネータ１０３から出力された信号に途切れがあったとしても、その途切れがなくなり、信号の途切れによる通話の違和感を解消することができる。
【００４７】
図３は、背景雑音（ノイズ）のレベルが大きい状況における、遠端話者のシングルトーク状態前後の各部の信号波形を示している。マイクロフォン３が捕捉した信号は、図３（Ａ）に示すように、エコー成分と背景雑音（ノイズ）とが重畳されたものとなっている。疑似エコーを利用したエコーの除去動作を経ても、背景雑音（ノイズ）のレベルが大きく適応フィルタの１０１のフィルタ係数の収束性などが悪いと、図３（Ｂ）に示すように、残留エコーにノイズが重畳した信号が減算器１０２から出力される。アッテネータ１０３の非線形な抑圧特性により、残留エコーが大きい区間で大きく抑圧され、アッテネータ１０３からの出力信号は、図３（Ｃ）に示すように、一部区間でノイズも有効な信号成分も存在しないようになる。このようなアッテネータ１０３からの出力信号に、ノイズ抽出部１０４によって抽出され、レベル可変器１０５によってレベル調整されたノイズを、加算器１０６で加算することにより、当該音声通信装置１からは、図３（Ｄ）に示すような概ねレベル調整されたノイズだけを含む信号が、遠端側に送信される。
【００４８】
アッテネータ１０３の動作が背景雑音（ノイズ）の途切れを生じさせない場合には、ノイズキャンセラを有効に機能させるべく、ユーザ（近端話者）は、スイッチ１１０をオン操作する。
【００４９】
遠端話者の音声信号も近端話者の音声信号も存在しない状態や、遠端話者の音声信号だけが存在する状態においては、アッテネータ１０３からの出力信号は、概ね背景雑音（ノイズ）だけを含むものとなっている。
【００５０】
スイッチ１１０のオンによって、マイクロフォン３が捕捉して得た信号からノイズ抽出部１０４によって抽出されたノイズ成分が、スイッチ１１０を介してレベル可変器１０７に与えられ、そのレベルが調整される。このようにして調整されたノイズ成分が、減算器１０８によって、アッテネータ１０３から出力された信号から減算され、これにより、当該音声通信装置１からは、ノイズが除去された信号が遠端側に送信される。
【００５１】
なお、ノイズキャンセラとして動作させる際の各部信号波形図は、従来のノイズキャンセラのものと同様であるので、その図示は省略する。
【００５２】
（Ａ−３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、エコーキャンセラとして、アッテネータやセンタークリッパなどの残留エコーを抑圧する補器を有するものを適用した場合でも、大きなエコー消去量を確保しつつ途切れ感の少ない通話を可能とすることができる。
【００５３】
また、ユーザの選択によっては、途切れ感の補償に代え、ノイズ除去に重みをおいた動作を実行させることもできる。
【００５４】
（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明に係る音声通信装置、方法及びプログラムの第２の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００５５】
図４は、第２の実施形態に係る音声通信装置の構成を示すブロック図であり、第１の実施形態に係る図１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。
【００５６】
第１の実施形態ではスイッチ１０９及び１１０はユーザ（近端話者）が手動操作するものであったが、この第２の実施形態の音声通信装置１Ａでは、スイッチ制御回路１２０がスイッチ１０９及び１１０のオンオフ状態を制御する。
【００５７】
スイッチ制御回路１２０は、例えば、（１）適応フィルタ１０１が適応動作を開始した時点から所定時間の間（若しくは収束したと捉えられるまで）、（２）受話信号だけがあるシングルトーク状態においてアッテネータ１０３への入力レベルの平均レベルが所定閾値を越えているとき、（３）アッテネータ１０３に設定されているアッテネート量が大きい（例えば６ｄＢ）ときに、スイッチ１０９をオンさせ、（１）〜（３）以外ではスイッチ１１０をオンさせる。
【００５８】
このようなスイッチ１０９及び１１０に対する制御を除けば、第２の実施形態の構成及び動作は、第１の実施形態と同様である。
【００５９】
第２の実施形態によっても、残留エコーを抑圧する補器を有するものを適用した場合でも、大きなエコー消去量を確保しつつ途切れ感の少ない通話を可能とすることができ、しかも、途切れ感の補償に代え、ノイズ除去に重みをおいた動作を実行させることもできる。
【００６０】
第２の実施形態によれば、このような種類の動作モードを自動的に設定することができるという効果を奏することができる。
【００６１】
（Ｃ）他の実施形態
上記各実施形態の説明においても、種々変形実施形態に言及したが、さらに、以下に例示するような変形実施形態を挙げることができる。
【００６２】
上記各実施形態では、残留エコーを抑圧する補器の機能のために途切れ感が生じることを補償する構成に加え、ノイズキャンセラの構成を備える音声通信装置を示したが、ノイズキャンセラ構成をも備えないように音声通信装置を構成しても良い。
【００６３】
また、上記各実施形態では、途切れ感が生じることを補償する構成と、ノイズキャンセラの構成との切換えを瞬間的に行うものを示したが、徐々に切り替えるようにしても良い。例えば、有効に動作していた一方のレベル可変器１０５又は１０７の利得を徐々に小さくしていくと共に、無効となっていた他方のレベル可変器１０７又は１０５の利得を徐々に大きくしていくことで切り替えるようにしても良い。
【００６４】
さらに、上記各実施形態では、スイッチ１０９及び１１０が、択一的かつ相補的にオン動作するものを示したが、同時にオンするものでなければ良い。例えば、第２の実施形態の変形例として、スイッチ１０９をオンしない期間に常にスイッチ１１０をオンするのに代え、スイッチ１０９をオンしない期間で、しかも、受話音声がなく、ノイズパワーが所定の閾値以上のときだけスイッチ１１０をオンするようにしても良い。
【００６５】
上記実施形態の電話通信装置が適用される装置は、電話端末に限定されるものではなく、ＰＢＸなどであっても良い。
【符号の説明】
【００６６】
１、１Ａ…音声通信装置、４…エコーキャンセラ、１０４…ノイズ抽出部、１０５、１０７…レベル可変器、１０６…加算器、１０８…減算器、１０９、１１０…スイッチ、１２０…スイッチ制御回路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は音声通信装置、方法及びプログラムに関し、例えば、送受話路間で発生するエコーを消去するために用いるエコーキャンセラと送話マイクロフォンから入力されるノイズを消去するために用いるノイズキャンセラとを併用する場合に適用し得るものである。
【背景技術】
【０００２】
電話通信網には、ハイブリッド回路（２線４線変換回路）で発生するエコー（回線エコー）や、電話端末のスピーカからマイクロフォンに回り込むエコー（音響エコー）を除去するために、適応型エコーキャンセラが広く用いられている。
【０００３】
一般的に、エコーキャンセラは、適応フィルタを用いて、相手話者からの受話信号と、その受話信号のエコーが混じった送話信号を入力として、疑似エコーを生成し、送話信号から減算する方法が採られている。さらに、エコーキャンセラの機能の一部として、アッテネータやセンタークリッパ等を用いて、適応フィルタを用いて推定した疑似エコーによる減算処理で消し残ったエコーのレベルを非線形に抑圧する方法も併用されている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、エコーキャンセラとは別に、マイクロフォンから拾うノイズを除去するためにノイズキャンセラを有する音声通信装置もある。
【０００５】
さらに、これらのエコーキャンセラとノイズキャンセラの両機能を有する音声通信装置がある（特許文献２参照）。このような両機能を有する音声通信装置は、ノイズキャンセラの挿入位置として、２つのパターンが考えられる。すなわち、ノイズを先にキャンセルした後に、エコーをキャンセルする音声通信装置と、エコーを先にキャンセルした後に、ノイズをキャンセルする音声通信装置とがある。
【０００６】
ノイズを先にキャンセルした後に、エコーをキャンセルする音声通信装置のエコーキャンセラは、遠端入力（Ｒｉｎ）端からの受話信号と近端入力（Ｓｉｎ）端からの送話信号のノイズキャンセラ出力を入力とする。
【０００７】
エコーを先にキャンセルした後に、ノイズをキャンセルする音声通信装置のエコーキャンセラは、Ｒｉｎ端からの受話信号とＳｉｎ端からの送話信号を入力とする。エコーキャンセラの出力信号を、ノイズキャンセラの入力とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−３２４９４
【特許文献２】特開２００２−１１８５０４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、エコーキャンセラとノイズキャンセラを併用する場合、以下の課題を有するものであった。
【００１０】
ノイズを先にキャンセルした後でエコーをキャンセルする場合には、ノイズをキャンセルするフィルタが時間によって変化するため、エコーを学習する際、ノイズキャンセラの影響が入って正確な学習ができないという課題がある。
【００１１】
一方、エコーを先にキャンセルした後でノイズをキャンセルする場合には、エコーキャンセラが学習中はエコーキャンセラ出力に誤差が多く残り、ノイズキャンセラが、これを雑音又は音声と誤判断し、状態判定及びパラメータ推定に誤りが生ずる。
【００１２】
特許文献２に記載の音声通信装置では、エコーキャンセラとノイズキャンセラ間でパラメータの受け渡すことで、エコー抑圧とノイズ抑圧の効果を向上させようとしている。しかし、エコーキャンセラの誤学習やノイズキャンセラの打ち消し誤りを防ぐことは不完全であり、通話品質に劣化が生じることがあった。
【００１３】
本発明は、以上の点に鑑みなされたものであり、残留エコー抑圧機能が過度に作用しても、通話品質を劣化させることがない音声通信装置、方法及びプログラムを提供しようとしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１の本情報の音声通信装置は、（１）疑似エコーを生成して送話信号に含まれているエコー成分を除去するエコーキャンセラ本体と、当該エコーキャンセラ本体からの出力送話信号に含まれている残留エコー成分を抑圧する残留エコー成分抑圧手段とを有するエコーキャンセラと、（２）上記送話信号から、背景雑音成分を抽出する背景雑音成分抽出手段と、（３）上記エコーキャンセラから出力された送話信号に、上記背景雑音成分抽出手段が抽出した背景雑音成分を第１の所定倍して重畳する雑音重畳手段とを有することを特徴とする。
【００１５】
第２の本発明の音声通信方法は、（１）エコーキャンセラのエコーキャンセラ本体は、疑似エコーを生成して送話信号に含まれているエコー成分を除去し、上記エコーキャンセラの残留エコー成分抑圧手段は、上記エコーキャンセラ本体からの出力送話信号に含まれている残留エコー成分を抑圧し、（２）背景雑音成分抽出手段は、上記送話信号から背景雑音成分を抽出し、（３）雑音重畳手段は、上記エコーキャンセラから出力された送話信号に、上記背景雑音成分抽出手段が抽出した背景雑音成分を第１の所定倍して重畳することを特徴とする。
【００１６】
第３の本発明の音声通信プログラムは、コンピュータを、（１）疑似エコーを生成して送話信号に含まれているエコー成分を除去するエコーキャンセラ本体と、当該エコーキャンセラ本体からの出力送話信号に含まれている残留エコー成分を抑圧する残留エコー成分抑圧手段とを有するエコーキャンセラと、（２）上記送話信号から、背景雑音成分を抽出する背景雑音成分抽出手段と、（３）上記エコーキャンセラから出力された送話信号に、上記背景雑音成分抽出手段が抽出した背景雑音成分を第１の所定倍して重畳する雑音重畳手段として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、残留エコー抑圧機能が過度に作用した期間に背景雑音成分を重畳できるので、その期間の通話品質が劣化することを防止できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態に係る音声通信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態におけるノイズ抽出部の構成例を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態における、背景雑音（ノイズ）のレベルが大きい状況下での遠端話者によるシングルトーク状態前後の各部信号波形図である。
【図４】第２の実施形態に係る音声通信装置の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】
【００１９】
（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明に係る音声通信装置、方法及びプログラムの第１の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００２０】
（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図１は、第１の実施形態に係る音声通信装置の構成を示すブロック図である。例えば、第１の実施形態の音声通信装置がソフトフォンであって、ＣＰＵと、ＣＰＵが実行するプログラム（第１の実施形態の音声通信プログラム）で実現される場合であっても、機能的には、図１の機能ブロック図で表すことができる。
【００２１】
図１において、第１の実施形態の音声通信装置１は、電話端末のスピーカ２からマイクロフォン３に回り込む音響エコーを消去するためのエコーキャンセラ４を有する音声通信装置である。なお、図１に示す第１の実施形態のエコーキャンセラ４は、音響エコーを消去するものになっているが、電話通信網に存在するハイブリッド回路で発生する回線エコーを消去するものであっても良い。
【００２２】
第１の実施形態のエコーキャンセラ４は、適応フィルタ１０１、減算器１０２及びアッテネータ１０３を有する。
【００２３】
適応フィルタ１０１は、スピーカ２からマイクロフォン３へ回り込むエコーのインパルス応答を推定し、疑似エコーを生成するものである。
【００２４】
減算器１０２は、マイクロフォン３が捕捉した送話信号から、適応フィルタ１０１によって生成された疑似エコーを減算することにより、音声通信装置１が送信する送話信号からエコー成分を消去するものである。
【００２５】
アッテネータ１０３は、減算器１０２から出力された送話信号における、消去し切れなかったエコー成分のレベルを減衰するものである。アッテネータ１０３は、近端からマイクロフォン３へ近端話者の音声信号が入力されることがなく、遠端話者の音声信号を受信してスピーカ２に遠端話者の音声信号が出力されている状態（遠端話者のシングルトーク状態）のときに動作するものである。
【００２６】
なお、図１では、消去し切れなかったエコー成分のレベルを減衰するものとして、アッテネータ１０３を適用したものを示したが、他の構成によって、消去し切れなかったエコー成分のレベルを減衰するようにしても良い。例えば、アッテネータ１０３に代えて、センタークリッパを適用することができる。
【００２７】
ここで、マイクロフォン３が拾う背景雑音のレベルが高い場合には、アッテネータ１０３は、消し残りのエコー成分のみならずその背景雑音まで除去してしまう。このような背景雑音の除去によって、相手通話者には、音声が途切れるように聴こえ、通話に違和感が生まれることになる。また、遠端話者及び近端話者の音声信号がない区間における、マイクロフォン３が拾う背景雑音のレベルがアッテネータ１０３の抑圧動作が働かないレベルである場合には、アッテネータ１０３からは背景雑音が出力される。
【００２８】
第１の実施形態の場合、背景雑音に対する処理を、近端話者が選択し得るようになされている。例えば、近端話者は遠端話者から希望を聴き取り、背景雑音に対する処理を選択する。
【００２９】
図１において、第１の実施形態の音声通信装置１は、背景雑音に対する処理構成として、ノイズ抽出部１０４、レベル可変器１０５、加算器１０６、レベル可変器１０７、減算器１０８、スイッチ１０９及び１１０を有する。ここで、ノイズ抽出部１０４、レベル可変器１０７及び減算器１０８は、ノイズキャンセラを構成している。
【００３０】
ノイズ抽出部１０４には、マイクロフォン３が捕捉して得た信号が入力され、ノイズ抽出部１０４は、その信号に基づいてノイズ（背景雑音）成分を生成（抽出）するものである。ノイズ抽出部１０４として、既存のノイズキャンセラにおけるノイズ成分の抽出構成を適用することができる。図２は、ノイズ抽出部１０４の構成例を示すブロック図である。なお、図２では、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いた周波数領域での方式の例を挙げたが、この方式に限るものではない。
【００３１】
図２において、ノイズ抽出部１０４は、窓関数処理部１１１、ＦＦＴ処理部１１２、抑圧器１１３、ＩＦＦＴ処理部１１４及び窓関数オーバーラップ部１１５を有する。
【００３２】
窓関数処理部１１１は、マイクロフォン３が捕捉して得た信号を入力し、窓関数処理によって、ＦＦＴ処理の分析区間データを切り出すものである。
【００３３】
ＦＦＴ処理部１１２は、窓関数処理部１１１から出力された実時間領域データを入力とし、ＦＦＴ処理によって、その時間信号をＦＦＴポイント数個の周波数領域データに変換するものである。
【００３４】
抑圧器１１３は、ＦＦＴ処理部１１２から出力された周波数領域データを入力とし、ノイズ成分を抑圧せずに音声成分のみを抑圧し、ノイズ成分のみの周波数領域データを出力するものである。
【００３５】
ＩＦＦＴ処理部１１４は、抑圧器１１３によってノイズ成分だけとなった周波数領域データを入力し、逆ＦＦＴ処理によって、周波数領域データから実時間領域データに逆変換するものである。
【００３６】
窓関数オーバーラップ部１１５は、切り出されている状態のデータを連続するデータにつなぎ合わせて出力するものである。
【００３７】
スイッチ１０９及び１１０は、ユーザ（近端話者）の操作に応じて択一的かつ相補的にオン動作するものである。
【００３８】
スイッチ１０９は、例えば、アッテネータ１０３によって非線形に減衰された信号部分に対し、ノイズを付加し、信号の途切れによる通話の違和感を解消したい場合にオンにされるものである。スイッチ１０９のオン時には、レベル可変器１０５及び加算器１０６が有効に機能する。
【００３９】
レベル可変器１０５は、スイッチ１０９のオン時に、ノイズ抽出部１０４によって抽出されたノイズ成分のレベルを可変して加算器１０６に与えるものである。レベル可変器１０５は、ユーザ（近端話者）の操作に応じて、可変利得を変化させるものである。
【００４０】
加算器１０６は、アッテネータ１０３から出力された信号に、レベル可変器１０５から出力されたノイズ成分を加算するものである。なお、加算器１０６は、スイッチ１１０のオン時には、アッテネータ１０３から出力された信号をそのまま通過させるものとなっている。
【００４１】
スイッチ１１０は、例えば、アッテネータ１０３による減衰がなされないとき（遠端話者のシングルトーク状態でないとき）、ノイズを減算するノイズキャンセラとして動作させ、ノイズによる音質劣化を解消したい場合にオンにされるものである。
【００４２】
レベル可変器１０７は、スイッチ１１０のオン時に、ノイズ抽出部１０４によって抽出されたノイズ成分のレベルを可変して減算器１０８に与えるものである。レベル可変器１０７は、ユーザ（近端話者）の操作に応じて、可変利得を変化させるものである。
【００４３】
減算器１０８は、アッテネータ１０３から出力された信号から、レベル可変器１０７から出力されたノイズ成分を減算するものである。なお、減算器１０８は、スイッチ１０９のオン時には、加算器１０６から出力された信号をそのまま通過させるものとなっている。
【００４４】
（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態に係る音声通信装置１の動作を、スイッチ１０９のオン時の動作、スイッチ１１０のオン時の動作の順に、説明する。
【００４５】
背景雑音（ノイズ）のレベルが大きく、アッテネータ１０３による減衰によって、背景雑音までが大きく抑圧され、遠端話者への信号に途切れが生じ、遠端話者が通話の違和感を抱くような状況では、ユーザ（近端話者）は、スイッチ１０９をオン操作する。
【００４６】
このときには、マイクロフォン３が捕捉して得た信号からノイズ抽出部１０４によって抽出されたノイズ成分が、スイッチ１０９を介してレベル可変器１０５に与えられ、そのレベルが調整される。このようにして調整されたノイズ成分が、加算器１０５によって、アッテネータ１０３から出力された信号に加算される。この加算により、アッテネータ１０３から出力された信号に途切れがあったとしても、その途切れがなくなり、信号の途切れによる通話の違和感を解消することができる。
【００４７】
図３は、背景雑音（ノイズ）のレベルが大きい状況における、遠端話者のシングルトーク状態前後の各部の信号波形を示している。マイクロフォン３が捕捉した信号は、図３（Ａ）に示すように、エコー成分と背景雑音（ノイズ）とが重畳されたものとなっている。疑似エコーを利用したエコーの除去動作を経ても、背景雑音（ノイズ）のレベルが大きく適応フィルタの１０１のフィルタ係数の収束性などが悪いと、図３（Ｂ）に示すように、残留エコーにノイズが重畳した信号が減算器１０２から出力される。アッテネータ１０３の非線形な抑圧特性により、残留エコーが大きい区間で大きく抑圧され、アッテネータ１０３からの出力信号は、図３（Ｃ）に示すように、一部区間でノイズも有効な信号成分も存在しないようになる。このようなアッテネータ１０３からの出力信号に、ノイズ抽出部１０４によって抽出され、レベル可変器１０５によってレベル調整されたノイズを、加算器１０６で加算することにより、当該音声通信装置１からは、図３（Ｄ）に示すような概ねレベル調整されたノイズだけを含む信号が、遠端側に送信される。
【００４８】
アッテネータ１０３の動作が背景雑音（ノイズ）の途切れを生じさせない場合には、ノイズキャンセラを有効に機能させるべく、ユーザ（近端話者）は、スイッチ１１０をオン操作する。
【００４９】
遠端話者の音声信号も近端話者の音声信号も存在しない状態や、遠端話者の音声信号だけが存在する状態においては、アッテネータ１０３からの出力信号は、概ね背景雑音（ノイズ）だけを含むものとなっている。
【００５０】
スイッチ１１０のオンによって、マイクロフォン３が捕捉して得た信号からノイズ抽出部１０４によって抽出されたノイズ成分が、スイッチ１１０を介してレベル可変器１０７に与えられ、そのレベルが調整される。このようにして調整されたノイズ成分が、減算器１０８によって、アッテネータ１０３から出力された信号から減算され、これにより、当該音声通信装置１からは、ノイズが除去された信号が遠端側に送信される。
【００５１】
なお、ノイズキャンセラとして動作させる際の各部信号波形図は、従来のノイズキャンセラのものと同様であるので、その図示は省略する。
【００５２】
（Ａ−３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、エコーキャンセラとして、アッテネータやセンタークリッパなどの残留エコーを抑圧する補器を有するものを適用した場合でも、大きなエコー消去量を確保しつつ途切れ感の少ない通話を可能とすることができる。
【００５３】
また、ユーザの選択によっては、途切れ感の補償に代え、ノイズ除去に重みをおいた動作を実行させることもできる。
【００５４】
（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明に係る音声通信装置、方法及びプログラムの第２の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００５５】
図４は、第２の実施形態に係る音声通信装置の構成を示すブロック図であり、第１の実施形態に係る図１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。
【００５６】
第１の実施形態ではスイッチ１０９及び１１０はユーザ（近端話者）が手動操作するものであったが、この第２の実施形態の音声通信装置１Ａでは、スイッチ制御回路１２０がスイッチ１０９及び１１０のオンオフ状態を制御する。
【００５７】
スイッチ制御回路１２０は、例えば、（１）適応フィルタ１０１が適応動作を開始した時点から所定時間の間（若しくは収束したと捉えられるまで）、（２）受話信号だけがあるシングルトーク状態においてアッテネータ１０３への入力レベルの平均レベルが所定閾値を越えているとき、（３）アッテネータ１０３に設定されているアッテネート量が大きい（例えば６ｄＢ）ときに、スイッチ１０９をオンさせ、（１）〜（３）以外ではスイッチ１１０をオンさせる。
【００５８】
このようなスイッチ１０９及び１１０に対する制御を除けば、第２の実施形態の構成及び動作は、第１の実施形態と同様である。
【００５９】
第２の実施形態によっても、残留エコーを抑圧する補器を有するものを適用した場合でも、大きなエコー消去量を確保しつつ途切れ感の少ない通話を可能とすることができ、しかも、途切れ感の補償に代え、ノイズ除去に重みをおいた動作を実行させることもできる。
【００６０】
第２の実施形態によれば、このような種類の動作モードを自動的に設定することができるという効果を奏することができる。
【００６１】
（Ｃ）他の実施形態
上記各実施形態の説明においても、種々変形実施形態に言及したが、さらに、以下に例示するような変形実施形態を挙げることができる。
【００６２】
上記各実施形態では、残留エコーを抑圧する補器の機能のために途切れ感が生じることを補償する構成に加え、ノイズキャンセラの構成を備える音声通信装置を示したが、ノイズキャンセラ構成をも備えないように音声通信装置を構成しても良い。
【００６３】
また、上記各実施形態では、途切れ感が生じることを補償する構成と、ノイズキャンセラの構成との切換えを瞬間的に行うものを示したが、徐々に切り替えるようにしても良い。例えば、有効に動作していた一方のレベル可変器１０５又は１０７の利得を徐々に小さくしていくと共に、無効となっていた他方のレベル可変器１０７又は１０５の利得を徐々に大きくしていくことで切り替えるようにしても良い。
【００６４】
さらに、上記各実施形態では、スイッチ１０９及び１１０が、択一的かつ相補的にオン動作するものを示したが、同時にオンするものでなければ良い。例えば、第２の実施形態の変形例として、スイッチ１０９をオンしない期間に常にスイッチ１１０をオンするのに代え、スイッチ１０９をオンしない期間で、しかも、受話音声がなく、ノイズパワーが所定の閾値以上のときだけスイッチ１１０をオンするようにしても良い。
【００６５】
上記実施形態の電話通信装置が適用される装置は、電話端末に限定されるものではなく、ＰＢＸなどであっても良い。
【符号の説明】
【００６６】
１、１Ａ…音声通信装置、４…エコーキャンセラ、１０４…ノイズ抽出部、１０５、１０７…レベル可変器、１０６…加算器、１０８…減算器、１０９、１１０…スイッチ、１２０…スイッチ制御回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
疑似エコーを生成して送話信号に含まれているエコー成分を除去するエコーキャンセラ本体と、当該エコーキャンセラ本体からの出力送話信号に含まれている残留エコー成分を抑圧する残留エコー成分抑圧手段とを有するエコーキャンセラと、
上記送話信号から、背景雑音成分を抽出する背景雑音成分抽出手段と、
上記エコーキャンセラから出力された送話信号に、上記背景雑音成分抽出手段が抽出した背景雑音成分を第１の所定倍して重畳する雑音重畳手段と
を有することを特徴とする音声通信装置。
【請求項２】
上記エコーキャンセラから出力された送話信号から、上記背景雑音成分抽出手段が抽出した背景雑音成分を第２の所定倍して除去する雑音除去手段と
上記雑音重畳手段及び上記雑音除去手段の多くても一方だけを有効にさせる雑音処理選択手段と
をさらに備えることを特徴とする音声通信装置。
【請求項３】
エコーキャンセラのエコーキャンセラ本体は、疑似エコーを生成して送話信号に含まれているエコー成分を除去し、上記エコーキャンセラの残留エコー成分抑圧手段は、上記エコーキャンセラ本体からの出力送話信号に含まれている残留エコー成分を抑圧し、
背景雑音成分抽出手段は、上記送話信号から背景雑音成分を抽出し、
雑音重畳手段は、上記エコーキャンセラから出力された送話信号に、上記背景雑音成分抽出手段が抽出した背景雑音成分を第１の所定倍して重畳する
ことを特徴とする音声通信方法。
【請求項４】
雑音除去手段は、上記エコーキャンセラから出力された送話信号から、上記背景雑音成分抽出手段が抽出した背景雑音成分を第２の所定倍して除去し、
雑音処理選択手段は、上記雑音重畳手段及び上記雑音除去手段の多くても一方だけを有効にさせる
ことを特徴とする音声通信方法。
【請求項５】
コンピュータを、
疑似エコーを生成して送話信号に含まれているエコー成分を除去するエコーキャンセラ本体と、当該エコーキャンセラ本体からの出力送話信号に含まれている残留エコー成分を抑圧する残留エコー成分抑圧手段とを有するエコーキャンセラと、
上記送話信号から、背景雑音成分を抽出する背景雑音成分抽出手段と、
上記エコーキャンセラから出力された送話信号に、上記背景雑音成分抽出手段が抽出した背景雑音成分を第１の所定倍して重畳する雑音重畳手段と
して機能させることを特徴とする音声通信プログラム。
【請求項６】
コンピュータをさらに、
上記エコーキャンセラから出力された送話信号から、上記背景雑音成分抽出手段が抽出した背景雑音成分を第２の所定倍して除去する雑音除去手段と
上記雑音重畳手段及び上記雑音除去手段の多くても一方だけを有効にさせる雑音処理選択手段と
して機能させることを特徴とする請求項５に記載の音声通信プログラム。
【請求項１】
疑似エコーを生成して送話信号に含まれているエコー成分を除去するエコーキャンセラ本体と、当該エコーキャンセラ本体からの出力送話信号に含まれている残留エコー成分を抑圧する残留エコー成分抑圧手段とを有するエコーキャンセラと、
上記送話信号から、背景雑音成分を抽出する背景雑音成分抽出手段と、
上記エコーキャンセラから出力された送話信号に、上記背景雑音成分抽出手段が抽出した背景雑音成分を第１の所定倍して重畳する雑音重畳手段と
を有することを特徴とする音声通信装置。
【請求項２】
上記エコーキャンセラから出力された送話信号から、上記背景雑音成分抽出手段が抽出した背景雑音成分を第２の所定倍して除去する雑音除去手段と
上記雑音重畳手段及び上記雑音除去手段の多くても一方だけを有効にさせる雑音処理選択手段と
をさらに備えることを特徴とする音声通信装置。
【請求項３】
エコーキャンセラのエコーキャンセラ本体は、疑似エコーを生成して送話信号に含まれているエコー成分を除去し、上記エコーキャンセラの残留エコー成分抑圧手段は、上記エコーキャンセラ本体からの出力送話信号に含まれている残留エコー成分を抑圧し、
背景雑音成分抽出手段は、上記送話信号から背景雑音成分を抽出し、
雑音重畳手段は、上記エコーキャンセラから出力された送話信号に、上記背景雑音成分抽出手段が抽出した背景雑音成分を第１の所定倍して重畳する
ことを特徴とする音声通信方法。
【請求項４】
雑音除去手段は、上記エコーキャンセラから出力された送話信号から、上記背景雑音成分抽出手段が抽出した背景雑音成分を第２の所定倍して除去し、
雑音処理選択手段は、上記雑音重畳手段及び上記雑音除去手段の多くても一方だけを有効にさせる
ことを特徴とする音声通信方法。
【請求項５】
コンピュータを、
疑似エコーを生成して送話信号に含まれているエコー成分を除去するエコーキャンセラ本体と、当該エコーキャンセラ本体からの出力送話信号に含まれている残留エコー成分を抑圧する残留エコー成分抑圧手段とを有するエコーキャンセラと、
上記送話信号から、背景雑音成分を抽出する背景雑音成分抽出手段と、
上記エコーキャンセラから出力された送話信号に、上記背景雑音成分抽出手段が抽出した背景雑音成分を第１の所定倍して重畳する雑音重畳手段と
して機能させることを特徴とする音声通信プログラム。
【請求項６】
コンピュータをさらに、
上記エコーキャンセラから出力された送話信号から、上記背景雑音成分抽出手段が抽出した背景雑音成分を第２の所定倍して除去する雑音除去手段と
上記雑音重畳手段及び上記雑音除去手段の多くても一方だけを有効にさせる雑音処理選択手段と
して機能させることを特徴とする請求項５に記載の音声通信プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−２３９２４３（Ｐ２０１０−２３９２４３Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８２７３３（Ｐ２００９−８２７３３）
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【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２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【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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