JPH07303061A - エコーキャンセラおよびエコーパス推定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ４線路を通じて送られる音声と２線路を通じ
て送られる音声との間の伝送を行う電話回線網に設けら
れるエコーキャンセラにおいて、高速かつ高精度のエコ
ーパスの推定を行う。 【構成】 エコーパス推定／疑似エコー生成回路３はＦ
ＩＲフィルタ等、適応フィルタによって構成され、近端
音声信号Ｓｉｎおよび遠端音声信号Ｒｏｕｔが入力され
ると、前者に含まれるエコー成分をキャンセルすべく疑
似エコー信号Ｙを出力する。遅延時間測定回路７１は、
信号Ｓｉｎ，Ｒｏｕｔに基づいてエコーの遅延時間を測
定し、この結果に基づいて遅延回路７５の遅延時間を設
定する。また、形状比較回路７３は、信号Ｒｏｕｔ’，
Ｓｉｎに基づいて、波形データベース７４における何れ
かの特徴データを指定し、指定された特徴データに基づ
いてＦＩＲフィルタのタップ係数が設定される。これに
より、回路３は、当初から確度の高いエコー推定を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動通信網や長距離電
話回線網に用いて好適なエコーキャンセラおよびこのエ
コーキャンセラに用いて好適なエコーパス推定方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】海底ケーブルあるいは通信衛星などを経
由する長距離電話回線では、一般に両端に接続される加
入者線は２線式であり、中間の長距離伝送部分は信号増
幅などのために４線式となっている。同様に、移動電話
（又は、セルラーホーン（ｃｅｌｌｕｌａｒ ｐｈｏｎ
ｅ））を用いた移動通信網では、固定側アナログ電話の
加入者線は２線式であり、移動電話の端末から交換機等
に至る部分は４線式となっている。この場合、２線と４
線との接続部分には、４線／２線の変換を行うためのハ
イブリッド回路が設けられている。

【０００３】このハイブリッド回路は、２線式回線のイ
ンピーダンスと整合するように設計されるが、常に良好
な整合を得ることは困難であるため、ハイブリッド回路
の４線入力側へ到来した受信信号が４線出力側へ漏洩
し、いわゆるエコーが発生する。かかるエコーは、送話
者の音声より低レベルで、なおかつ、一定時間遅延して
送話者に到達するため、通話障害が生ずる。このような
エコーによる通話障害は、信号伝搬時間が長くなるに従
って顕著になる。特に、移動電話による移動通信の場合
は、交換機等までの無線通信区間において各種の処理を
行うため信号の遅延量が多く、エコーによる通話障害が
特に問題となる。なお、インパルス応答に対するエコー
波形の一例を図３に示す。

【０００４】上記のエコーを阻止する装置としてエコー
サプレッサやエコーキャンセラがある。図２は、移動通
信網に用いられるエコーキャンセラの概略構成を示す。
ここに示されるエコーキャンセラ１は、ハイブリッド回
路２の前段に設けられている。この図では、通常のアナ
ログ電話の加入者を近端話者といい、移動電話などの加
入者を遠端話者という。また、エコーキャンセラ１に入
力される遠端音声信号をＲｉｎ、エコーキャンセラ１か
ら出力される遠端音声信号をＲｏｕｔ、また、エコーキ
ャンセラ１に入力される近端音声信号をＳｉｎ、エコー
キャンセラ１から出力される近端音声信号をＳｏｕｔで
示す。

【０００５】図２に示すエコーキャンセラ１は、エコー
パス推定／疑似エコー生成回路３、制御装置４、加算器
５及び非線形処理回路６より構成される。ここで、エコ
ーパス推定／疑似エコー生成回路３は、遠端音声入力Ｒ
ｉｎと近端音声入力Ｓｉｎを基に、ハイブリッド回路２
の応答特性を検出し、以って、エコーパス（即ち、エコ
ーが伝搬する線路）を推定する。次に、その推定結果と
遠端音声入力Ｒｉｎとの畳み込み演算によって、予想さ
れるハイブリッド回路２からのエコー（即ち、疑似エコ
ー）を生成する。加算器５において、この疑似エコーが
近端音声入力Ｓｉｎから減算され、以って、エコーが打
ち消される。

【０００６】具体的には、エコーパス推定／疑似エコー
生成回路３はＦＩＲフィルタを有しており、ＦＩＲフィ
ルタから出力される疑似エコー信号Ｙ（ｚ）は、下記数
１によって求められる。

【数１】

【０００７】但し、数１においてＮはＦＩＲフィルタの
タップ数、ｂ_i（但しｉ＝０，１，２，・・・・Ｎ−１）は
各タップにおけるタップ係数である。エコーパス推定に
よってタップ数Ｎおよびタップ係数ｂ_iの適切な値が得
られると、疑似エコー信号Ｙ（ｚ）は現実のエコーに近
似したものとなり、加算器５においてエコーがキャンセ
ルされるのである。上記のエコーパス推定方法として
は、適応アルゴリズムの中で比較的演算量が少なく、良
好な収束特性をもつ適応フィルタ技術、例えば学習同定
法等が用いられる。なお、学習同定法の詳細について
は、例えば電子通信学会論文誌（’７７／１１ Ｖｏ
ｌ．Ｊ６０−Ａ Ｎｏ．１１「学習同定法を用いたエコ
ーキャンセラのエコー打消特性について」）に開示され
ている。

【０００８】上記の学習ができるための条件として、以
下のものが必要とされる。 エコーが近端音声入力Ｓｉｎとして返ってくるだけの
レベルの遠端音声出力Ｒｏｕｔが存在すること、換言す
れば、遠端話者が送話状態にあること。 近端音声入力Ｓｉｎがエコーのみ（もしくはエコーと
白色雑音）から構成されていること、換言すれば、近端
話者が送話状態にないこと。

【０００９】一方、遠端話者が無送話状態のとき、並び
に、遠端話者と近端話者とが同時通話の状態（この状態
をダブルトークという。）では、エコーパス推定の誤学
習を招く恐れがあるため、学習機能をＯＦＦにする必要
がある。

【００１０】ところで、伝送回線ではデジタル信号の伝
送が行われ、かかるデジタル信号の処理を行うエコーキ
ャンセラ１とアナログ回線への変換を行うハイブリッド
回路２との間ではＤ／Ａ変換（一般には、μ−ＬＡＷ変
換）が行われる。このため、遠端音声出力Ｒｏｕｔと近
端音声入力Ｓｉｎとの間では非線形特性の関係が成立す
ることとなり、エコーパス推定／疑似エコー生成回路３
等による線形演算のみでは完全なエコーキャンセルを行
うことができない。このため、キャンセルしきれないエ
コー成分が発生してしまう。

【００１１】かかるエコー成分（「残留エコー」とい
う。）を消去するため、非線形処理回路６が設けられて
いる。この非線形処理回路６は、非線形スイッチング操
作を行う。即ち、近端音声出力Ｓｏｕｔがエコーのみに
よって構成されている場合、すなわち遠端話者だけが送
話状態にある場合（この場合を「遠端話者シングルトー
ク」という。）には、近端音声出力Ｓｏｕｔの伝送を阻
止するようスイッチング操作を行うか、或いは、近端音
声出力Ｓｏｕｔを疑似雑音に置き換えるような操作を行
う。

【００１２】制御装置４は、エコーパス推定／疑似エコ
ー生成回路３及び非線形処理回路６の制御を行う。即
ち、遠端者の無送話状態の検出、或いは、ダブルトーク
の検出を行い、ダブルトーク信号ＤＴによってエコーパ
ス推定の学習機能のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うとともに、
遠端話者シングルトークの検出を行い、非線形処理回路
６のスイッチング操作の制御を行う。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した技
術においては、単に学習同定法などの適応フィルタ技術
を用いるものであったため、消去すべきエコーの遅延時
間が増大すると、適応フィルタのタップ数が増加し、推
定の精度が十分となるまでの時間が長くなり、また計算
量が増大するという問題があった。

【００１４】また、上述した技術においては、エコーキ
ャンセラは、動作する当初においてはエコーパスについ
ての情報をなんら有していなかった。しかし、本発明者
らの観察によれば、エコーパスの特性は、ほぼハイブリ
ッドの特性によって支配されることが判明した。すなわ
ち、ハイブリッドによって決定されるエコー波形を、伝
送路における遅延量に応じて時間軸上で前後にずらし、
伝送路における減衰量に応じて減衰させると、インパル
ス入力に対する該伝送路のエコー波形を相当の精度で得
ることができた。この発明は上述した事情に鑑みてなさ
れたものであり、高速かつ高精度のエコーパスの推定を
可能とするエコーキャンセラおよびエコーパス推定方法
を提供することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に係る構成にあっては、４線路を通じて送られ
る音声と２線路を通じて送られる音声との間の伝送を行
う電話回線網に設けられるエコーキャンセラにおいて、
複数のハイブリッドの応答特性を記憶する記憶手段と、
４線路側から２線路側に伝搬される伝送信号と２線路側
から４線路側に伝搬されるエコー信号との相関関係に基
づいて、何れかの前記応答特性を選択する選択手段と、
所定の学習アルゴリズムによりエコーパスの推定を行
い、前記伝送信号を適宜遅延するとともに所定のパラメ
ータによって変形して疑似エコー信号を生成する疑似エ
コー生成手段と、前記パラメータの初期値を、前記選択
手段によって選択された応答特性に基づいて設定する初
期パラメータ設定手段とを具備することを特徴としてい
る。

【００１６】また、請求項２に係る構成にあっては、４
線路を通じて送られる音声と２線路を通じて送られる音
声との間の伝送を行う電話回線網に対してエコーパスの
推定を行うエコーパス推定方法において、複数のハイブ
リッドの応答特性を記憶し、４線路側から２線路側に伝
搬される伝送信号と２線路側から４線路側に伝搬される
エコー信号との相関関係に基づいて何れかの前記応答特
性を選択し、所定の学習アルゴリズムによりエコーパス
の推定を行い、前記伝送信号を適宜遅延するとともに所
定のパラメータによって変形して疑似エコー信号を生成
し、前記パラメータの初期値を、前記選択手段によって
選択された応答特性に基づいて設定することを特徴とし
ている。

【００１７】また、請求項３に係る構成にあっては、請
求項１に係るエコーキャンセラにおいて、４線路側から
２線路側に伝搬される伝送信号と４線路側から２線路側
に伝搬されるエコー信号とに基づいて、前記伝送信号に
対する前記エコー信号の遅延時間を測定する遅延時間測
定手段と、前記疑似エコー生成手段における遅延時間
を、前記遅延時間測定手段によって測定された遅延時間
に設定する遅延量設定手段とを設けたことを特徴として
いる。

【００１８】

【作用】請求項１に係る構成にあっては、記憶手段は複
数のハイブリッドの応答特性を記憶し、選択手段は４線
路側から２線路側に伝搬される伝送信号と４線路側から
２線路側に伝搬されるエコー信号との相関関係に基づい
て、何れかの応答特性を選択する。また、疑似エコー生
成手段は、所定の学習アルゴリズムによりエコーパスの
推定を行い、伝送信号を適宜遅延するとともに所定のパ
ラメータによって変形して疑似エコー信号を生成する。
ここで、初期パラメータ設定手段は、パラメータの初期
値を、選択手段によって選択された応答特性に基づいて
設定するから、かかるパラメータは当初から確度の高い
ものになる。

【００１９】また、請求項２に係る構成にあっては、複
数のハイブリッドの応答特性が記憶され、４線路側から
２線路側に伝搬される伝送信号と４線路側から２線路側
に伝搬されるエコー信号との相関関係に基づいて、何れ
かの応答特性が選択される。また、所定の学習アルゴリ
ズムによりエコーパスの推定が行なわれ、伝送信号が適
宜遅延されるとともに所定のパラメータによって変形さ
れ疑似エコー信号が生成される。ここで、パラメータの
初期値は、選択された応答特性に基づいて設定されるか
ら、かかるパラメータは当初から確度の高いものにな
る。

【００２０】また、請求項３に係る構成にあっては、遅
延時間測定手段は伝送信号に対するエコー信号の遅延時
間を測定する。また、遅延量設定手段は、疑似エコー生
成手段における遅延時間を、遅延時間測定手段によって
測定された遅延時間に設定する。これにより、疑似エコ
ー生成手段における遅延時間は、当初から一層確度の高
いものになる。

【００２１】

【実施例】Ａ．実施例の構成 図１は、本発明の一実施例によるエコーキャンセラの要
部のブロック図である。この装置においては、図２のエ
コーキャンセラに加えて、初期推定回路７が設けられて
いる。なお、図示されていない部分は図２と同様に構成
されている。図１において７１は遅延時間測定回路であ
り、近端音声信号Ｓｉｎと遠端音声信号Ｒｏｕｔとに基
づいて遅延時間Ｔ_D（図３参照）を求め、この結果を出
力する。なお、遅延時間Ｔ_Dを求める手法としては、例
えば、所定期間内において近端音声信号Ｓｉｎのピーク
が発生する時刻と遠端音声信号Ｒｏｕｔのピークが発生
する時刻との差を求めてもよく、両信号の相互相関によ
って求めてもよい。

【００２２】次に、７５は遅延回路であり、遅延時間測
定回路７１から出力された遅延時間Ｔ_Dだけ遠端音声信
号Ｒｏｕｔを遅延させる。７２はレベル比測定回路であ
り、近端音声信号Ｓｉｎと遅延された遠端音声信号Ｒｏ
ｕｔのレベルを比較し、両者の比に相当する信号を乗算
器７６の一端に供給する。また、乗算器７６の他端に
は、遅延された遠端音声信号Ｒｏｕｔが供給される。従
って、乗算器７６からは、遅延時間およびレベルの正規
化された遠端音声信号Ｒｏｕｔ（以下、信号Ｒｏｕｔ’
という）が出力される。

【００２３】次に、７４は波形データベースであり、各
種のハイブリッドについてエコー波形の特徴データを記
憶している。ここで、特徴データとは、エコーパス推定
／疑似エコー生成回路３のＦＩＲフィルタにおけるタッ
プ係数ｂ_i（数１参照）である。なお、電話回線用に現
在用いられているハイブリッドは数十種類程度であり、
これら全てのハイブリッドについて特徴データを記憶す
ることは容易である。７３は形状比較回路であり、信号
Ｒｏｕｔ’と近端音声信号Ｓｉｎとの相関関係に基づい
て、各種の特徴データのうち現実の相関関係に最も近似
する関係を生ずるものを選択する。選択された特徴デー
タ（タップ係数ｂ_i）は、エコーパス推定／疑似エコー
生成回路３のＦＩＲフィルタのタップ係数の初期値に設
定される。

【００２４】ところで、遅延回路７５を介して遅延され
た遠端音声信号Ｒｏｕｔは、エコーパス推定／疑似エコ
ー生成回路３にも供給される。従って、エコーパス推定
／疑似エコー生成回路３においては、近端音声信号Ｓｉ
ｎと遠端音声信号Ｒｏｕｔとの間に遅延時間Ｔ_D（図３
参照）が存在しないことになる。なお、遅延時間測定回
路７１、レベル比測定回路７２および形状比較回路７３
は、制御装置４においてダブルトークが検出されている
場合（ダブルトーク信号ＤＴが出力されている場合）
は、その動作を停止する。

【００２５】Ｂ．実施例の動作 次に、本実施例の動作を説明する。まず、遠端話者が何
らかの音声を発すると、その内容が遠端音声信号Ｒｏｕ
ｔとして遅延時間測定回路７１に供給される。やがて、
これに基づくエコーである近端音声信号Ｓｉｎが遅延時
間測定回路７１に供給されると、遅延時間測定回路７１
においては遅延時間Ｔ_Dが算出され、その値が遅延回路
７５およびエコーパス推定／疑似エコー生成回路３に供
給される。

【００２６】これにより、遅延時間Ｔ_Dだけ遅延した遠
端音声信号Ｒｏｕｔがレベル比測定回路７２に供給され
る。レベル比測定回路７２は、近端音声信号Ｓｉｎと遅
延された遠端音声信号Ｒｏｕｔとのレベルの比に相当す
る信号を乗算器７６の一端に供給する。これにより、遅
延時間およびレベルの正規化された信号Ｒｏｕｔ’が形
状比較回路７３に供給される。

【００２７】形状比較回路７３においては、信号Ｒｏｕ
ｔ’と近端音声信号Ｓｉｎとの相関関係に基づいて、波
形データベース７４に記憶された特徴データのうち最も
現実の相関関係に最も近似するものが選択される。選択
された特徴データは、乗算器７７を介してレベル補正が
行われた後、エコーパス推定／疑似エコー生成回路３に
供給され、これによってＦＩＲフィルタのタップ係数の
初期値が設定される。さらに、エコーパス推定／疑似エ
コー生成回路３には、遅延回路７５を介して、遅延時間
Ｔ_Dだけ遅延された遠端音声信号Ｒｏｕｔが供給され
る。

【００２８】このように、遅延回路７５に対する遅延時
間Ｔ_Dの設定と、ＦＩＲフィルタに対するタップ係数ｂ_i
の初期値の設定とを終了した時点で初期推定回路７の動
作は終了する。以降は、エコーパス推定／疑似エコー生
成回路３において、近端音声信号Ｓｉｎおよび遠端音声
信号Ｒｏｕｔに基づいて学習同定が行われ、より確度の
高いエコーパス推定を行うべく、タップ係数ｂ_iが適宜
変更される。このように、本実施例によれば、遅延時間
測定回路７１によって遅延回路７５の遅延時間を設定す
ることができ、形状比較回路７３および波形データベー
ス７４によってエコーパス推定／疑似エコー生成回路３
におけるタップ係数ｂ_iの初期値を設定することができ
る。

【００２９】勿論、これらの初期値によってエコーパス
の推定が完了するわけではなく、エコーパス推定／疑似
エコー生成回路３においてさらに学習を重ねる必要はあ
るが、ある程度確度の高い初期値をエコーパス推定／疑
似エコー生成回路３に与えることにより、学習結果が収
束するまでの時間をきわめて短くすることができるので
ある。さらに、本実施例によれば、遅延時間Ｔ_Dだけ遅
延された遠端音声信号Ｒｏｕｔが遅延回路７５を介して
エコーパス推定／疑似エコー生成回路３に供給されるか
ら、エコーパス推定／疑似エコー生成回路３における学
習の負担が軽減され、一層高速かつ高精度のエコーパス
推定を行うことが可能である。

【００３０】Ｃ．変形例 本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、例
えば以下のように種々の変形が可能である。 上記実施例においては、波形データベース７４は、特
徴データとしてタップ係数ｂ_iを記憶していたが、特徴
データはタップ係数ｂ_iに限定されるものではなく、ア
ルファパラメータ、ＬＳＰパラメータ、あるいはパーコ
ール係数等、各種のハイブリッドの応答特性を表示でき
るものを特徴データとして記憶してもよい。

【００３１】同様に、エコーパス推定／疑似エコー生
成回路３は学習同定法を採用するものに限られるもので
はなく、カルマンフィルタ等、各種のアルゴリズムを用
いてもよい。

【００３２】エコーパス推定／疑似エコー生成回路３
は、最初は疑似エコー信号Ｙのレベルを推定した値より
も小さくするとともに、時間の経過とともに本来のレベ
ルに戻すように構成してもよい。これは、最初の段間で
は疑似エコーを正確に推定することが困難であるため、
最初から疑似エコー信号Ｙのレベルを高くしておくと、
かえって雑音を発生させる等の不具合を生ずるからであ
る。

【００３３】上記実施例においては、遠端話者の発し
た音声に基づいてエコーパスの推定を行ったが、他の信
号を用いてエコーパスの推定を行ってもよい。例えば、
近端発呼の場合はリングバックトーンを用いてエコーパ
スを推定し、遠端発呼の場合は近端側のオフフックが発
生した直後にハイブリッドにトレーニング信号を送信
し、これらに基づいてエコーパスを推定してもよい。こ
れにより、近端話者および遠端話者が実際に通話を開始
した際には、既に確度の高いエコーパス推定が完了する
ことになるからである。

【００３４】上記実施例においては、遅延回路７５を
介して遅延された遠端音声信号Ｒｏｕｔがエコーパス推
定／疑似エコー生成回路３に供給されたが、遅延されて
いない遠端音声信号Ｒｏｕｔをエコーパス推定／疑似エ
コー生成回路３に供給してもよい。この場合には、遅延
時間測定回路７１で測定された遅延時間Ｔ_Dだけ、エコ
ーパス推定／疑似エコー生成回路３の内部で遠端音声信
号Ｒｏｕｔを遅延させるとよい（具体的には、数１にお
いて、対応するタップ係数ｂ_iを「０」にするとよ
い）。これにより、遅延時間Ｔ_Dが変動した場合におい
ても、エコーパス推定／疑似エコー生成回路３内部の学
習によって、疑似エコーパスを変動後の遅延時間Ｔ_Dに
追従させることが可能になる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のエコー
キャンセラおよびエコーパス推定方法によれば、疑似エ
コー生成時における遅延時間を予め設定し、またはパラ
メータの初期値を確度の高いものに設定することができ
るから、高速かつ高精度のエコーパス推定を行うことが
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例のエコーキャンセラの要部を示すブロ
ック図である。

【図２】従来のエコーキャンセラのブロック図である。

【図３】エコーの波形図である。

【符号の説明】

３ エコーパス推定／疑似エコー生成回路（疑似エコー
生成手段） ７ 初期推定回路（選択手段） ７１ 遅延時間測定回路（遅延時間測定手段、遅延量設
定手段） ７４ 波形データベース（記憶手段） ７５ 遅延回路（遅延量設定手段）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ４線路を通じて送られる音声と２線路を
   通じて送られる音声との間の伝送を行う電話回線網に設
   けられるエコーキャンセラにおいて、 複数のハイブリッドの応答特性を記憶する記憶手段と、 ４線路側から２線路側に伝搬される伝送信号と２線路側
   から４線路側に伝搬されるエコー信号との相関関係に基
   づいて、何れかの前記応答特性を選択する選択手段と、 所定の学習アルゴリズムによりエコーパスの推定を行
   い、前記伝送信号を適宜遅延するとともに所定のパラメ
   ータによって変形して疑似エコー信号を生成する疑似エ
   コー生成手段と、 前記パラメータの初期値を、前記選択手段によって選択
   された応答特性に基づいて設定する初期パラメータ設定
   手段とを具備することを特徴とするエコーキャンセラ。
2. 【請求項２】 ４線路を通じて送られる音声と２線路を
   通じて送られる音声との間の伝送を行う電話回線網に対
   してエコーパスの推定を行うエコーパス推定方法におい
   て、 複数のハイブリッドの応答特性を記憶し、 ４線路側から２線路側に伝搬される伝送信号と２線路側
   から４線路側に伝搬されるエコー信号との相関関係に基
   づいて何れかの前記応答特性を選択し、 所定の学習アルゴリズムによりエコーパスの推定を行
   い、前記伝送信号を適宜遅延するとともに所定のパラメ
   ータによって変形して疑似エコー信号を生成し、 前記パラメータの初期値を、前記選択手段によって選択
   された応答特性に基づいて設定することを特徴とするエ
   コーパス推定方法。
3. 【請求項３】請求項１に係るエコーキャンセラにおい
   て、 ４線路側から２線路側に伝搬される伝送信号と４線路側
   から２線路側に伝搬されるエコー信号とに基づいて、前
   記伝送信号に対する前記エコー信号の遅延時間を測定す
   る遅延時間測定手段と、 前記疑似エコー生成手段における遅延時間を、前記遅延
   時間測定手段によって測定された遅延時間に設定する遅
   延量設定手段とを設けたことを特徴とするエコーキャン
   セラ。