JPH0344218A - 適応形エコーキャンセラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要］ 適応形エコーキャンセラに関し、 ｌサンプル時間内における更新演算処理に要する時間を
短縮してハードウェア規模の小型化を図りつつ、フィル
タ係数の更新処理の際に生じる累積誤差を抑圧すること
を目的とし、 エコー径路推定インパルス応答列をフィルタの係数とす
る擬似エコー発生フィルタと、この擬似エコー発生フィ
ルタの係数を適応的に更新する係数更新回路とを備え、
擬似エコー発生フィルタで発生された擬似エコーによっ
てエコーを抑圧するエコーキャンセラにおいて、係数更
新回路は、擬似エコー発生フィルタの係数を複数のグル
ープに分割し、所定の周期で順次にこれらのグループか
ら一つを選択してそのグループの係数に対して更新演算
処理の累積誤差の補正を行うように構成される。

［産業上の利用分野］ 本発明は適応形エコーキャンセラに係り、特にフィルタ
係数の更新を行う係数更新回路に関する。

適応形エコーキャンセラは例えば２線式電話回禰におけ
る２線４線変換部で発生するエコーを抑圧するために用
いられているが、かかる適応形エコーキャンセラではタ
ップ係数更新処理の高速化とハードウェア規模の小型化
が望まれている。

［従来の技術］ 例えば２線式電話回線通信システムでは、２線−４線変
換の際に２線４線変換ハイブリツドトランスで相手から
の受信信号が自局側送信信号に戻る現象が生じ得る。エ
コーキャンセラはかかるエコーを抑圧するものであり、
その従来例が第３図に示される。

第３図において、■は２線４線変換ハイブリツドトラン
ス、２は受信側入力信号格納メモリ、３はタップ係数（
エコー径路インパルス応答系列）と受信信号との畳込み
演算により擬似エーコーを発生する擬似エコー発生フィ
ルタ、４は擬似エコー発生フィルタのタップ係数を適応
的に更新するタップ係数更新部、５はタップ係数更新部
で得られたタップ係数を格納して擬似エコー発生フィル
タ３に与えるタップ係数格納メモリ、６は送信側入力信
号Ｓ　ｒｎ中のエコーを擬似エコーにより抑圧する減算
部、７はダブルトーク検出部である。

エコーキャンセラの機能は、受信側出力信号Ｒｏｕｔの
うちエコーとなって送信側に回り込んでしまう信号成分
を、エコー径路の推定インパルス応答と受信信号との畳
込みにより生成される擬似エコーを送信側人力信号Ｓ１
から差し引くことによって抑圧するものである。エコー
の大きさ、時間遅れなどは、２線４線変換ハイブリツド
トランスｌの特性、ケーブル種類、ケーブル長さなどに
より異なったものとなり、さらに温度、湿度の変化によ
っても変動するため、一般に擬似エコー発生フィルタ３
のタップ係数は適応的に変えられるものとなっている。

いま、受信（！ｉ１１入力信号Ｒ４゜の系列をｘＪ、送
信側入力信号Ｓ、ｎの系列をＹ４．擬似エコー系列をハ ＹＪ、送信側出力信号Ｓ。。、の系列をｅ、とする。た
だし、送信側人力信号Ｓ、ｎの系列にはエコー成分のみ
人力されるものとし、送信側出力信号Ｓ。Ｕ、系列とし
ては残留エコーが出力されるものとする。ここで添字ｊ
は時刻を表わす。またフィルタ３のタップ数をＮ、時刻
ｊにおけるｉ番目（０≦ｉ≦Ｎ）のタップ係数をり、ｌ
・）とすると、それぞれは以下の関係式で表わされる。

α　ｅｌ ＸＪ−（ｓ−レー１ ）＝　ｈ、　ｌｊ＋　＋ （３） 擬似エコーＹ、は（２）式で表わされるように、フィル
タのタップ係数り、と受信側入力信号Ｒ１゜の系列Ｘ、
の畳込みにより得られる。擬似エコー発生用のフィルタ
の係ｖｉｈ　、は（３）式に示される更新式によりサン
プリングを行うごと（各時刻ごと）に全てのタップの係
数が更新される。

（３）式は毎サンプルごとにｅＪの２乗値がＯに収束す
るように係数を更新しようという学習同定法と称される
適応アルゴリズムに％−ｉいている。

この学習同定法は比較的良好な収束特性が得られる上に
ハードウェアの実現が簡単であるという理由で適応形エ
コーキャンセラの適応アルゴリズムとしては一般に最も
多く用いられている。

なお上式とハードウェア規模との関係について述べると
、（１）式は１回の減算のみであるが、（２）式はＮ回
の積和処理、（３）式もＮタップに対し全て更新するこ
とが必要とされるためＮ回の積和処理を行わなくてはな
らない。従って、ハードウェア規模はフィルタのタップ
係ｆｉＮに比例して大きくなる。

［発明が解決しようとする課題］ エコーキャンセラの抑圧量とタップ係数の更新の関係を
、（３）式を固定小数点演算で行う場合について考察し
てみる。（３）式の右辺の計算結果をタップ係数格納メ
モリ５にストアする際には切り捨て演算によりある桁以
下を切り捨てて桁数の調整を行う必要があるが、この切
り捨て演算を行うと切り捨てによる誤差ε（負方向のみ
に発生）が発生し、この誤差がサンプル数ｍを重ねる毎
に８０ｍで逐次に累積されていき、遂には係数が負の最
大値にクランプしてしまい、収束できなくなってしまう
。

従ってタップ係数を更新する際には丸め演算（四捨五入
演算）を行う必要がある。ところが、狭帯域信号が入力
されたような場合にはタップ係数が他の信号入力時とは
異なった収束の仕方をするために、丸め演算を毎サンプ
ルごとに行うと、丸め演算による誤差が次第に累積され
、特性が非常に劣化してしまい、安定な動作が不可能に
なる。そこで、両者に対して安定な動作を行うためには
、例えば丸め演算を行いながら時折、切り捨て演算を行
うというような非常に複雑な処理が必要となる。

第４図はかかる処理を行う回路の例を示す。図中、４は
タップ係数更新部、５はタップ係数格納メモリ、４１は
丸め処理部、４２は切り捨て処理部、４３は丸め／切り
捨て演算の切換え制御部、４４と４５は切換えスイッチ
である。切換えスイッチ４４と４５は通常は丸め処理部
４１側に接続されているが、数サンプル毎の周期で切捨
て処理部側に切り換えられる。

さて、エコーキャンセラにおいては、タップ係数の更新
はｌサンプル周期内にフィルタの全てのタップについて
行わなくてはならない。ここでエコーキャンセラを例え
ばＤＳＰ　（ディジタル信号処理プロセッサ）を用いて
実現する場合について考えてみる。ＤＳＰでは、タップ
係数更新部で演算された結果をメモリ５に格納する際に
切り捨て処理する機能が一般に備えられており、この処
理に要する時間は短い。一方、丸め処理を例えばソフト
ウェア処理で行おうとする場合、その処理には時間がか
かり、特に全てのタップ係数について丸め処理を行うに
はかなりの長時間が必要となる。第４図のタップ係数更
新部を持つエコーキャンセラではこの丸め処理をｌサン
プル周期内に行う必要があるが、この１サンプル周期内
で処理が間に合わないような場合、ＤＳＰを複数チップ
化して並列処理により処理時間の短縮を図ることが必要
となる。このことは結果として、エコーキャンセラのハ
ードウェア規模を大きくする原因の一つとなる。

以上述べたように、擬似エコー発生用のフィルタの係数
を固定小数点演算で更新する際に、狭帯域信号を含めた
あらゆる信号に対し安定に動作を行うためには、丸め・
切り捨ての切り換え処理が必要となり、制御としても複
雑であり、かつハードウェア規模も増大するという問題
点があった。

したがって本発明の目的は、フィルタ係数の更新処理の
際に生じる累積誤差を抑圧できる適応形エコーキャンセ
ラを、演算処理に要する時間を短縮化して小規模なハー
ドウェア構成で実現可能にすることにある。

［課題を解決するための手段１ 第１図は本発明に係る原理説明図である。図において、
１１は擬似エコー発生フィルタ、１２は係数更新回路、
１３は補正処理回路である。

本発明に係る適応形エコーキャンセラは、エコー径路推
定インパルス応答列をフィルタの係数とする擬似エコー
発生フィルタ１１と、この擬似エコー発生フィルタ１１
の係数を適応的に更新する係数更新回路１２とを備え、
該擬似エコー発生フィルタで発生された擬似エコーによ
ってエコーを抑圧するエコーキャンセラにおいて、係数
更新回路１２が、擬似エコー発生フィ、ルタ１１の係数
を複数ｍのグループに分割し、所定の周期で順次にこれ
らのグループから一つを選択してそのグループの係数に
対して更新演算処理の累積誤差の補正を行うように構成
される。

［作用］ 本発明の適応形エコーキャンセラでは５全夕・ツブに対
する丸め・切り捨て処理を毎サンプル単位で行うのでは
なく、例えばｍサンプルにわたる切り捨て等の処理によ
って生じる累積誤差の期待値をもとに一率な計算式で得
られる補正値による補正処理を、ｍサンプルに１度の割
合で行うことで、累積誤差に対して毎サンプル屯位での
処理と等価が処理を実現し、それにより係数更新演算時
間の短縮化とハードウェア規模の小型化を図るものであ
る。

すなわち、擬似エコー発生フィルタ１１のＮ個のタップ
係数を例えば各ｎ個ずつのｍ個のグループに分割し、ｍ
サンプル周期に１度の割合で各グループを順次に選択し
て、その選択されたグループについてはその時のｌサン
プル時間内に、ｍ周期にわたる切り捨て等の［ｒ処理に
より累積された誤差をキャンセルするような補正処理を
補正処理回路Ｉ３で行う。かかる処理をｍ１ｌＪのグル
ープについて順次に行うものである。

［実施例］ 以下、本発明に係る適応形エコーキャンセラの実権例に
ついて説明する。この実施例のエコーキャンセラは第３
図と同様の２線式電話回線用のエコーキャンセラである
ものとし、回路はＤＳＰ等を用いて、ソフトウェア的に
制御卸を行うものであっても、あるいはハードウェア的
に構成された回路であってもよい。第２図はこの実施例
のタップ係数更新回路周辺の構成を概念的な機能ブロッ
クで表わして説明した図であり、図中、４はタップ係数
更新部、４６は切り捨て処理部、４７は補正処理部、４
８はグループ識別部、４９は切換スイッチ、５はタップ
係数格納メモリ、７はダブルトーク検出部である。

この実施例は丸め切り捨て処理を毎サンプル眼位で処理
するのではなく、切り捨てによって生じる誤差の期待値
（累積値）をもとに−率な計算式によって等価な処理を
行い、さらにＮ個のタップ係数をいくつかのグループに
分割し、１サンプル周期内ではｌグループに対しのみ、
処理を行うことでハードウェア規模の削減を可能にして
いる。

すなわち、疑似エコー発生フィルタ部３のＮ個のタップ
をそれぞれｎｌのタップからなるｍＷのグループに分割
しくすなわちＮ＝ｍＸｎ）　、各サンプル周囲ではこの
ｍグループのうちから１グループのみを順次選択して補
正処理を行うようにする。従って、１つのタップに注目
した場合、それがいずれのグループに属していても、ｍ
サンプル周期ごとには必ず１回補正処理の対象となる。

まず、Ｎ１１Ｓの全てのタップに対しタップ係数更新部
４で、前述の（３）式の更新演算を行い、その結果を切
り捨て処理してメモリ５にストアする。このストアされ
た係数をＨ、ｌｊｌとする。ここでメモリにストアする
際に丸め処理は行わないものとする。その後、ｌサンプ
ル周期毎に１つのグループのみを選択し、そのグループ
のみに対し、ｈ、　ｌ　Ｊｌ　＝ａ　Ｘ　Ｈ、ｆ　Ｊ　
ｌ　＋ｂ−−−（４）（０＜ａ＜ｌ、Ｏ＜ｂ） の補正処理を行い、タップ係ＨＲＨ％Ｊ＋を求めてメモ
リ５にストアする。ここでａはｌより苔干小さい旧の数
で、狭帯域信号に対する安定な動作を行うための係数で
あり、ｂは切り捨て処理によって累積された誤差の期待
値をもとに算出される王の数で、等価的に丸め処理を行
うための係数である。この実施例ではｌサンプル周期内
に対してのみ（４）式の補正処理を行うため、タップが
ｍグループに分割されている場合、上記に述べた通り各
タップはｍサンプルに１回のみ補正処理の対象となる。

いま１回の切り捨て処理により生じる誤差を８とする。

この誤差εは一般には−０，５である。

従ってｍサンプルの間に切り捨て処理によって累積され
る誤差の期待値（累積値）はεＸｍ＝−０，５Ｘｍとな
る。そこで本実施例では、各すンブル周期において、ｍ
グループ中から１つのグループをｍサンプルに１回の割
合で選択し、そのグループのタップ係数に対し累積誤差
の期待値ｂ＝ｍＸ０．５を加算することで累積誤差をキ
ャンセルする補正を行っている。この補正処理はｍ個の
グループのそれぞれについて、ｍサンプル周期に１回の
割合で必ず行われることになる。これにより従来毎サン
プルごとにＮタップ全てに対し丸め処理を行っていたこ
とと等価な処理を実現している。

累積誤差すを加算する上述の処理による場合、狭帯域信
号以外の入力信号に対しては十分な抑圧特性を得ること
ができる。しかしながらこの処理は丸め処理と等価であ
るため、狭帯域信号入力時に安定した動作を行うことが
できない。そこで実施例では、（４）式に示されるよう
に、ｌより若干小さな正の１７ａをＨ，１Ｊ１４こ乗算
することで、狭帯域信号に対する安定動作を実現してい
る。

なお、遠端話者と近端話者が同時に話をした場合をダブ
ルトークと一般に呼んでいるが、ダブルトーク時には送
信側入力信号Ｓ、ｏにはエコー成分と近端話者の声が加
算されて入力されるため、（３）式に基づいて更新を続
けると係数を誤った方向に修正してしまう。従って一般
にダブルトーク検出時にはタップ係数の更新を上ぬる処
理を行うが、同様に（４）式も停止することが必要であ
る。

以上述べたように、本実施例では、固定小数点演算によ
りタップ係数更新を行う場合に従来狭帯域信号を含むす
べての入力信号に対し安定に動作するために必要であっ
た複雑な丸め・切り捨て切り換え処理を廃山し、（４）
式に示す簡単な加算・乗算で等価な処理を行うことがで
きる。さらに、■サンプル周期内で処理するタップ数を
Ｎからｎへと大幅に減少することによりハードウェア規
模の縮小とタップ係数更新演算の高速化を図ることがで
きる。また、上記の処理を行ったエコーキャンセラは狭
帯域信号に対して従来の方法に比べ、より安定に動作す
ることができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、ｌサンプル晴間内における更新演算処
理に要°する時間を短縮してハードウェア規模の小型化
を図りつつ、フィルタ係数の更新処理の際に生じる累積
誤差を抑圧できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る原理説明図、 第２図は実施例を概念的な機能ブロックで説明する図、 第３図は適応形エコーキャンセラの全体構成を説明する
図、および 第４図は従来のタップ係数更新回路を説明する図である
。 図において。 ■・・・２線４！ｓ変換ハイブリツドトランス２・・・
受信側人力信号格納メモリ ３・・・疑似エコー発生フィルタ部 ４・・・タップ係′Ｆｉ更新部 ５・・・タップ係数格納メモリ ６・・・減算部 ７・・・ダブルトーク検出部 ４】・・・丸め処理部 ４２．４６・・・切り捨て処理部 ４３・・・切換え制御節部 ４４．４５．４９・・・切換えスイッチ４７・・・補正
処理部 ４８・・・グループ識別部 小託日月１；イ糸ろ原理盲楚日月記 第１ 図 Ｂ 実１性肪１１のタツプイ水収更相一部 第２ 図 ９目名御１ボカ植号Ｒｏｕｔ ’２４ｍ４１１１人力信９Ｒｉｎ 人力形エコーキャンヒフの構成図 第３ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 エコー径路推定インパルス応答列をフィルタの係数とす
   る擬似エコー発生フィルタ（１１）と、この擬似エコー
   発生フィルタ（１１）の係数を適応的に更新する係数更
   新回路（１２）とを備え、該擬似エコー発生フィルタ（
   １１）で発生された擬似エコーによってエコーを抑圧す
   るエコーキャンセラにおいて、 該係数更新回路（１２）は、該擬似エコー発生フィルタ
   （１１）の係数を複数のグループに分割し、所定の周期
   で順次にこれらのグループから一つを選択してそのグル
   ープの係数に対して更新演算処理の累積誤差の補正を行
   うように構成された適応形エコーキャンセラ。