JPH06311074A - エコーキャンセラの内部状態切替え制御方法および装置 - Google Patents

エコーキャンセラの内部状態切替え制御方法および装置

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JPH06311074A
JPH06311074A JP9262393A JP9262393A JPH06311074A JP H06311074 A JPH06311074 A JP H06311074A JP 9262393 A JP9262393 A JP 9262393A JP 9262393 A JP9262393 A JP 9262393A JP H06311074 A JPH06311074 A JP H06311074A
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JP
Japan
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echo
signal
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switching control
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JP9262393A
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Masako Kato
雅子 加藤
Kaoru Nakajo
薫 中条
Yoshihiro Tomita
吉弘 富田
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】適応形のエコーキャンセラに関し、受信入力信
号の有音時のみエコー消去量を観測して、その内部状態
を切り替えるようにした、エコーキャンセラの内部状態
切り替え制御方法および装置を提供することを目的とす
る。 【構成】疑似エコー発生部1で、受信側入力信号とエコ
ー信号とからエコー経路の信号伝播特性を推定して疑似
エコー信号を発生し、減算部2で、送信入力信号から疑
似エコー信号を減算して送信出力信号を発生し、エコー
消去量判定部3で、送信出力信号のエコー消去量を判定
し、内部状態切替え制御部4で、エコー消去量判定結果
に応じて疑似エコー発生部1での疑似エコー信号発生時
のフィルタ係数更新のループゲインを初期状態から定常
状態に切り替える制御を行う適応形エコーキャンセラ
に、有音/無音判定部5を設け、有音判定時のみエコー
消去量判定部3でエコー消去量の判定を行って内部状態
切替え制御部4の制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、適応形のエコーキャン
セラに関し、特に適応形のエコーキャンセラにおいて、
受信入力信号の有音時のみエコー消去量を観測して、エ
コーキャンセラの内部状態を切り替えるようにした、エ
コーキャンセラの内部状態切替え制御方法および装置に
関するものである。
【0002】エコーキャンセラは、長距離回線(衛星通
信回線を含む)で生じるエコーに基づく、通話品質の劣
化を防止することを目的として開発されたものであっ
て、近年におけるLSI技術の進歩に伴って、装置の小
型化,高速化が進み、現在では、実時間処理が可能で経
済的なシステムの構築が可能となった。そのため、エコ
ーキャンセラ技術は、鳴音余裕度の改善を目的として、
着信転送サービス用双方向中継器や電話会議用中継器等
にも適用されるようになった。
【0003】またディジタル移動無線システムや、企業
内通信システム等において用いられる高能率音声符号器
では、伝送路の利用効率の向上を図るために、長い符号
化遅延を持っているので、エコーを生じる場合がある
が、このような場合のエコーの消去にも、エコーキャン
セラ技術が適用されている。
【0004】このようなエコーキャンセラにおいては、
エコーキャンセラの収束特性の高速化と、エコー消去量
の最終到達値の向上とを同時に可能にする、エコーキャ
ンセラの内部状態切替え制御方法および装置が求められ
ている。
【0005】
【従来の技術】図5は、エコー現象を説明するものであ
って、長距離電話回線の場合のエコーを説明している。
図中、111,112 は2線式回線、12は4線式回線、
131,132 は2線式回線111,112 と4線式回線1
2とを接続するハイブリッドトランス(H)である。
【0006】一般に、長距離回線では、両端の加入者回
路は2本の線路を用いて信号の送受を行う2線式回線1
1,112 であり、それらを結ぶ長距離回線は、送受に
それぞれ別の2本の線路を用いる4線式回線12で構成
される。
【0007】この際、2線式回線111,112 と4線式
回線12との変換には、それぞれハイブリッドトランス
131,132 が用いられるが、接続点におけるインピー
ダンスの不整合によって、受信側入力信号の一部がこの
部分から送信側に漏れ込むことがあり、これを一般にエ
コーと呼んでいる。
【0008】国内通話では、音声信号の伝播時間が短
く、送信信号と、相手側の接続点を経由して戻ってくる
エコーとの時間的なずれは、最大でも50ms程度であっ
て小さいため、通話者には側音として聞こえるだけであ
って、通話の妨害になることはない。
【0009】一方、衛星回線等を使用する国際通話で
は、通話者間の往復の信号伝播時間が300ms以上にな
る場合があるため、通話者は、自分の話声のエコーを聞
きながら送話することになるので、話しずらく、相互の
通話がスムーズに行われなくなる。エコーキャンセラ
は、このようなエコーを抑圧する目的で開発されたもの
である。
【0010】図6は、エコーキャンセラの原理を説明す
るものであって、図5におけると同じものを同じ番号で
示し、15は4線式回線12の両端にそれぞれ設けられ
たエコーキャンセラである。
【0011】エコーキャンセラ15は、エコー経路の特
性を推定することによってエコーを疑似する疑似エコー
信号を出力する疑似エコー発生部16と、実際のエコー
信号を含む送信入力信号から疑似エコー信号を差し引く
処理を行う減算部17とから構成されている。
【0012】疑似エコー発生部16は、受信信号とエコ
ー信号とを用いて、エコー経路の信号伝播特性を逐次推
定する、適応形FIRフィルタで構成されている。適応
形FIRフィルタに対するフィルタ係数更新のための適
応アルゴリズムとしては、一般に、ハードウェア構成が
簡単であって、比較的、特性のよい学習同定法が用いら
れている。
【0013】いま、時刻t=jT(T:標本化周期,
j:整数)における適応フィルタの係数ベクトルを
j 、受信入力信号ベクトルをXj 、エコー信号をyj
とすると、エコーキャンセラの誤差出力ej は、次式の
ようになる。 ej = yj −Hj T j ・・・(式−1) ただしHj T は、ベクトルHj の転置を表す。
【0014】学習同定法によるフィルタ係数更新式は、
次式によって示される。 Hj+1 = Hj +ΔHj = Hj +α(ej j )/‖Xj T j ‖ ・・・(式−2)
【0015】式−2における右辺の分母は、ベクトルX
j T と、ベクトルXj の内積をとることを示している。
αは係数更新用のループゲインであり、その安定条件
は、次式で示される。 0 < α < 2 ・・・(式−3)
【0016】エコーキャンセラの特性を表すものとし
て、エコー消去量ERLEと収束時間Tがあるが、これ
らはいずれも上述のループゲインαに依存する変数であ
る。
【0017】一般に、エコーキャンセラの収束時間T
は、ループゲインα=1のとき最小となり、エコー消去
量ERLEは、αが小さくなるほど改善されることが知
られている。そこで、エコー消去量ERLEを観測しな
がら、ループゲインαを制御することによって、エコー
キャンセラの特性を向上させる手法が、広く用いられて
いる。このように、エコー消去量によって、エコーキャ
ンセラの内部状態の制御を行う手法を、内部状態切替え
制御方式と呼ぶこととする。
【0018】具体的には、エコーキャンセラの内部状態
を、エコー消去量ERLEによって、初期収束状態と収
束後の定常状態とに区別し、初期収束状態では、ループ
ゲインα=1として収束特性の高速化を図り、定常状態
では、αを小さくしてエコー消去量ERLEの最終到達
値を大きくする方法が用いられている。
【0019】エコーキャンセラの内部状態を遷移する手
法の一つとして、ある一定時間内のエコー消去量(ER
LE)が、ある閾値を超えた回数を計上し、一定回数を
超えた場合に、内部状態の切替えを行う方法がある。例
えば、1sec 間にERLEが閾値を超えた回数が400
0回以上ならば、初期状態から定常状態に状態遷移を行
う。
【0020】この場合、従来は、無条件に一定フレーム
ごとのエコー消去量を観測し、エコー消去量が閾値を超
えた回数を計上する方法が一般に用いられていた。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】エコーキャンセラの内
部状態を遷移する際のエコー消去量の判定方法として、
無条件に一定フレームごとのエコー消去量を観測し、エ
コー消去量が閾値を超えた回数を計上する方法では、極
めて短い音声信号が断続的に入力されて、一定フレーム
内での有音部分が規定回数に達しなかった場合は、エコ
ーキャンセラ自身は収束しているのに、収束特性が正確
に評価されないため、内部状態の切替えを行うことがで
きない場合が生じるという問題がある。
【0022】そこで、入力音声信号の性質に依存するこ
となく、的確にエコーキャンセラの内部状態の遷移を制
御できる手法が必要となるが、従来、このようなエコー
キャンセラの内部状態切替え制御方式は、全く提案され
ていなかった。
【0023】本発明は、このような従来技術の課題を解
決しようとするものであって、入力音声信号の性質に依
存することなく、的確にエコーキャンセラの内部状態の
遷移を行うことができる、エコーキャンセラの内部状態
切替え制御方法および装置を提供することを目的として
いる。
【0024】
【課題を解決するための手段】(1) 本発明のエコーキャ
ンセラの内部状態切替え制御方法は、受信側入力信号と
エコー信号とからエコー経路の信号伝播特性を推定して
疑似エコー信号を発生し、送信入力信号から該疑似エコ
ー信号を減算して送信出力信号を発生するとともに、こ
の際のエコー消去量を観測して疑似エコー信号発生時の
フィルタ係数更新のためのループゲインを初期状態から
定常状態に切り替える内部状態切替え制御を適応的に行
う適応形エコーキャンセラにおいて、受信側入力信号の
有音または無音を判定して、有音判定時のみエコー消去
量を観測して、内部状態切替え制御を行うようにしたも
のである。
【0025】(2)(1)において、受信側入力信号の有音期
間を判定してその積算値を求めるとともに、この有音期
間についてエコー消去量が一定閾値を超える時間を積算
し、有音期間の積算値が一定期間に達したときの、エコ
ー消去量についての積算値が所定値を超えたことによっ
て、内部状態切替え制御を行うようにする。
【0026】(3)(1)において、受信側入力信号の有音期
間を判定して、有音期間についてエコー消去量が一定閾
値を超える時間を積算し、この積算値が所定値を超えた
ことによって、内部状態切替え制御を行うようにする。
【0027】(4) また本発明のエコーキャンセラの内部
状態切替え制御装置は、図1にその原理的構成を示すよ
うに、受信側入力信号とエコー信号とからエコー経路の
信号伝播特性を推定して疑似エコー信号を発生する疑似
エコー発生部1と、送信入力信号から疑似エコー信号を
減算して送信出力信号を発生する減算部2と、送信出力
信号におけるエコー消去量を判定するエコー消去量判定
部3と、このエコー消去量判定結果に応じて疑似エコー
発生部1における疑似エコー信号発生時のフィルタ係数
更新のためのループゲインを初期状態から定常状態に切
り替える制御を行う内部状態切替え制御部4とを備えた
適応形エコーキャンセラにおいて、受信側入力信号の有
音または無音を判定する有音/無音判定部5を設けて、
有音判定時のみエコー消去量判定部3においてエコー消
去量の判定を行って、内部状態切替え制御部4における
制御を行うようにしたものである。
【0028】
【作用】図2は、エコーキャンセラの内部状態切替え制
御方式の作用を説明するものであって、従来方式の場合
と、本発明方式の場合とを対比して示している。各場合
において、斜線を施して示す部分は、エコー消去量を測
定可能な領域である。
【0029】いま、図6に示されたように、受信側入力
信号をRin,受信側出力信号をRou t,送信側入力信号を
in,送信側出力信号をSout とし、エコー消去量の観
測時間を1sec,エコー消去量ERLEの閾値をERLE
TH,内部状態遷移の閾値を4000回とする。
【0030】従来方式では、図2に示すように、受信側
入力信号Rinが有音か無音かに関わらず、1sec を1フ
レームとして、一定時間間隔で、エコー消去量ERLE
がERLETHを超えたか否かを観測して、超えた回数
が1フレーム内で4000回以上のとき、内部状態が初
期状態から定常状態に遷移したものと判断して、ループ
ゲインαの切替えを行うという手法が用いられていた。
【0031】これに対して本発明方式では、まず受信側
入力信号Rinの有音または無音の判定を行い、無音状態
のときは、エコー消去量の観測を行わず、無音部分は1
secのフレームに計上しない。そして、受信側入力信号
inが有音状態と判定された場合の、有音部分の合計が
1sec に達した時点を1フレームと計測する。
【0032】このようにして計測した1sec のフレーム
内で、エコー消去量がERLETHを超えた回数が40
00回以上の場合に、エコーキャンセラの内部状態が初
期状態から定常状態に移行したものと判断して、ループ
ゲインα=1から、αの小さい値(0.2または0.3
程度)に切り替える。
【0033】図3は、内部状態の切替えタイミングを示
したものである。内部状態の切替え方法としては、次の
2つの方法が考えられる。 受信側入力信号Rinの有音部分の積算が一定フレー
ム(ここでは1sec ) に達した時点で、ERLE>ER
LETHとなる回数がある閾値(ここでは4000回)
を超えていた場合、ループゲインαの切替えを行う。
【0034】 受信側入力信号Rinの有音部分におい
て、ERLE>ERLETHとなる回数がある閾値(こ
こでは4000回)を超えた場合、一定フレーム(ここ
では1sec ) に達していなくても直ちに切替えを行う。
【0035】このように、エコーキャンセラの内部状態
に応じて的確にループゲインαの切替えを行うことによ
って、エコーキャンセラの収束特性の高速化と、エコー
消去量の最終到達値の向上とを同時に実現することが可
能となる。
【0036】
【実施例】図4は、本発明の一実施例を示したものであ
って、図6におけると同じものを同じ番号で示し、21
は受信信号の有音状態と無音状態とを判定する有音/無
音判定部、22はエコー消去量が一定の閾値を超えてい
るか否かを判定するエコー消去量判定部、23はエコー
キャンセラの内部状態の切替えを制御する内部状態切替
え制御部、24は受信音声と送信音声とのフィルタ処理
を行う際のタップ係数の更新処理を行うタップ係数更新
部、25は更新されたタップ係数を格納するタップ係数
格納部、26は受信音声に対するフィルタ処理を行う際
のタップ値を格納するタップ値格納部である。
【0037】いま、図示のように、受信側入力信号をR
in,受信側出力信号をRout,送信側入力信号をSin,送
信側出力信号をSout とする。受信側入力信号Rinを有
音/無音判定部21に入力し、受信側入力信号Rinが有
音であるか、または無音であるかの判定を行う。ここで
は、受信側入力信号Rinのパワーがある一定のレベルを
超えているか否かで判定を行って、あるレベルを超えて
いない入力は、すべて無音であると判定するものとす
る。
【0038】有音/無音判定部21における有音/無音
判定の結果、有音と判定されたとき、これを示すフラグ
を一定間隔でエコー消去量判定部22と、内部状態切替
え制御部23に入力する。エコー消去量判定部22は、
有音判定のフラグを受け取ったときのみ、送信側入力信
号Sinと送信側出力信号Sout とからエコー消去量の観
測を行い、エコー消去量ERLEが一定の閾値ERLE
THを超えたときは、これを示すフラグを一定間隔で内
部状態切替え制御部23に送る。
【0039】内部状態切替え制御部23は、有音判定フ
ラグの受信回数と、エコー消去量判定フラグの受信回数
とを計上し、有音判定フラグが1フレーム長分計上され
たときのエコー消去量判定フラグの受信回数に応じて、
エコーキャンセラの内部状態を切り替える。
【0040】すなわち、内部状態切替え制御部23は、
そのときの内部状態に従って、ループゲインαを切り替
えて、タップ係数更新部24に送信することによって、
エコーキャンセラの内部状態の切替え制御を行う。
【0041】タップ係数更新部24は、送信側出力信号
out と受信側入力信号Rinとにフィルタ処理を行う際
のタップ係数を、内部状態切替え制御部23からのルー
プゲインαの切替え情報に従って更新してフィルタ処理
を行い、タップ係数格納部25は、タップ係数更新部2
4において更新されたタップ係数値を格納する。
【0042】一方、タップ値格納部26は、受信側入力
信号Rinに対するフィルタ処理のタップ値を格納して、
これによってフィルタ処理を行う。疑似エコー発生部1
6は、タップ係数格納部25からのタップ係数値と、タ
ップ値格納部26におけるフィルタ処理結果とから疑似
エコーを発生して、減算部17へ出力することによっ
て、送信側入力信号Sinにおけるエコーの消去が行われ
る。
【0043】なお、前述のように、有音期間の積算値が
一定期間に達したときの、エコー消去量の積算値が所定
値を超えた場合に、内部状態切替え制御を行う代わり
に、エコー消去量の積算値が所定値を超えたとき、直ち
に内部状態切替え制御を行うようにしてもよい。
【0044】この場合、エコー消去量ERLEが閾値E
RLETHを超える頻度が高いときは、エコー消去量の
積算値が所定値を超えたとき、直ちに内部状態切替え制
御を行うことによって、エコーキャンセラの収束を早く
することができる。またエコー消去量ERLEが閾値E
RLETHを超える頻度が低いときは、有音期間の積算
値が一定期間に達したとき、エコー消去量の積算値が所
定値を超えた場合に、内部状態切替え制御を行うことに
よって、エコーキャンセラの収束を早くすることができ
る。
【0045】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、適
応形エコーキャンセラにおいて、受信側入力信号の有音
と無音の判定を行い、有音時のみエコー消去量を観測し
て、エコーキャンセラの内部状態の切替え制御を行うよ
うにしたので、入力音声信号の性質に依存することな
く、ループゲインα=1の状態からループゲインαのさ
らに小さい値(0.2または0.3程度)に切り替える
制御を的確に行うことができる。
【0046】従って本発明によれば、エコーキャンセラ
の収束特性の高速化と、エコー消去量の最終到達値の向
上とを同時に達成することができ、エコーキャンセラの
性能向上に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理的構成を示す図である。
【図2】エコーキャンセラの内部状態切替え制御方式の
作用を説明する図である。
【図3】内部状態の切替えタイミングを示す図である。
【図4】本発明の一実施例を示す図である。
【図5】エコー現象を説明する図である。
【図6】エコーキャンセラの原理を説明する図である。
【符号の説明】
1 疑似エコー発生部 2 減算部 3 エコー消去量判定部 4 内部状態切替え制御部 5 有音/無音判定部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 受信側入力信号とエコー信号とからエコ
    ー経路の信号伝播特性を推定して疑似エコー信号を発生
    し、送信入力信号から該疑似エコー信号を減算して送信
    出力信号を発生するとともに、この際のエコー消去量を
    観測して疑似エコー信号発生時のフィルタ係数更新のた
    めのループゲインを初期状態から定常状態に切り替える
    内部状態切替え制御を適応的に行う適応形エコーキャン
    セラにおいて、 受信側入力信号の有音または無音を判定して、該有音判
    定時のみエコー消去量を観測して前記内部状態切替え制
    御を行うようにしたことを特徴とするエコーキャンセラ
    の内部状態切替え制御方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のエコーキャンセラの内
    部状態切り替え制御方法において、受信側入力信号の有
    音期間を判定してその積算値を求めるとともに、該有音
    期間についてエコー消去量が一定閾値を超える時間を積
    算し、有音期間の積算値が一定期間に達したときのエコ
    ー消去量の前記積算値が所定値を超えたことによって前
    記内部状態切替え制御を行うことを特徴とするエコーキ
    ャンセラの内部状態切替え制御方法。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載のエコーキャンセラの内
    部状態切り替え制御方法において、受信側入力信号の有
    音期間を判定して、該有音期間についてエコー消去量が
    一定閾値を超える時間を積算し、該積算値が所定値を超
    えたことによって前記内部状態切替え制御を行うことを
    特徴とするエコーキャンセラの内部状態切替え制御方
    法。
  4. 【請求項4】 受信側入力信号とエコー信号とからエコ
    ー経路の信号伝播特性を推定して疑似エコー信号を発生
    する疑似エコー発生部(1)と、送信入力信号から該疑
    似エコー信号を減算して送信出力信号を発生する減算部
    (2)と、該送信出力信号におけるエコー消去量を判定
    するエコー消去量判定部(3)と、該エコー消去量判定
    結果に応じて前記疑似エコー発生部(1)における疑似
    エコー信号発生時のフィルタ係数更新のためのループゲ
    インを初期状態から定常状態に切り替える制御を行う内
    部状態切替え制御部(4)とを備えた適応形エコーキャ
    ンセラにおいて、 受信側入力信号の有音または無音を判定する有音/無音
    判定部(5)を設け、該有音判定時のみ前記エコー消去
    量判定部(3)においてエコー消去量の判定を行って前
    記内部状態切替え制御部(4)における制御を行うこと
    を特徴とするエコーキャンセラの内部状態切替え制御装
    置。
JP9262393A 1993-04-20 1993-04-20 エコーキャンセラの内部状態切替え制御方法および装置 Pending JPH06311074A (ja)

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A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20031224