JPH0748679B2 - エコ−キヤンセラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は長距離電話通信回線等における反響信号（以下
エコーという）を消去するエコーキャンセラに係り、特
に、エコーに外乱信号が重畳したときこれを検出する重
畳通話（以下ダブルトークという）検出回路を備えるエ
コーキャンセラに関する。

〔従来の技術〕

従来から、長距離回線、拡声電話機、双方向中継器など
におけるエコーを制御するため、エコー阻止装置、音声
スイッチ、エコーキャンセラなどが使用されている。こ
れら３つのエコー制御手段のうち、前２者は、回線をオ
ンオフするための話頭切断やクリック雑音等の障害が発
生してしまうという不具合がある。エコーキャンセラ
は、このような不具合を補うために開発されたものであ
る。エコーキャンセラは、エコーパスの測定を行なって
得たエコーパスの特性を基に、エコーに近似的な模写
（以下レプリカという）を合成し、このレプリカで実際
のエコーをキャンセルするものであり、話頭切断やクリ
ック雑音等の障害の原因となる構成は有していない。

しかし、エコーキャンセラは、エコーに外乱信号などが
重畳して送信入力端子に入力してきた場合、エコーパス
の測定精度が低下し、また、キャンセル量も、送信入力
端子のエコーと他信号とのレベル比で決まる値まで低下
してしまうという不具合を基本的に有している。そこ
で、この重畳状態でのキャンセル量の低下を防ぐため
に、従来から、ダブルトーク検出回路が用いられてい
る。

ダブルトーク検出回路を備える従来のエコーキャンセラ
を第３図で説明する。

同図において、４線側からの受信信号は受信入力端子10
に加えられる。この信号は受信出力端子20から疑似的に
表現したエコーパス300に送出される。そしてエコー成
分は送信入力端子30に反響入力し、送信出力端子40から
４線側にリターンしようとする。ここで適応ディジタル
フィルタ（ADF）100は受信入力信号成分からエコー成分
の予測値を作成し減算器110にてエコー成分を消去しよ
うとする。しかも、その消去残信号が零に近づく様に消
去残信号成分を利用して適応制御が行なわれる。一方、
疑似的に表現した外来雑音（近端話者の音声）400が送
信入力端子30に加算されると、前記適応制御は誤った方
向に発散するので、ダブルトーク検出器200がこれを検
出し、適応制御を停止する様に動作する。同図のダブル
トーク検出器はごく一般に用いられているもので、エコ
ーキャンセラの受信電力と送信電力を比較し、例えば送
信電力が受信電力をこえたらダブルトークと判断するも
のである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術によると、ダブルトークが発生した場合、
外来雑音（即ち近端話者の音声）レベルが、遠端話者音
声に比べて低い場合、明らかにダブルトーク検出器は動
作せず、従って誤った適応動作が続行されてしまい、ひ
いてはエコー消去能力が低下してしまうという問題があ
った。

この様な問題を解決するために、消去残エコーレベルを
推定し、この消去残エコーレベル推定値と実際の消去残
エコーレベル測定値を比較して後者が前者を上まわった
らダブルトーク有と判断する方式が下記文献に提案され
ている。

『適応形エコーキャンセラにおける重畳通話検出の一方
式と実験結果』昭和59年度電子通信学会総合全国大会.N
o2343。

本発明の目的は、前記したダブルトーク検出上の問題点
を上記文献とは異なったアプローチにより解決し、高性
能なダブルトーク検出器、ひいては高性能なエコーキャ
ンセラを得ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明では、エコーパスの入
出力信号によりエコーパスの特性を同定し、かつ近似エ
コーレプリカ信号を合成する適応ディジタルフィルタを
含み、前記エコーレプリカを実際のエコー成分から差し
引く様に構成したエコーキャンセラにおいて、送信入力
信号ｙ（ｎ）（標本値表現とし、ｎは時間番号とする）
と近似エコーレプリカ信号（ｎ）との相互相関係数ρ
ｙ（ｎ）， （ここにＥ｛・｝は期待値演算を表わす） を計算し，ρｙ（ｎ）が時間と共に増大してゆく場合
はダブルトーク無しと判断し，ρｙ（ｎ）が時間と共
に減少が認められた場合ダブルトークと判断して適応デ
ィジタルフィルタの適応動作をただちに停止させる様に
構成する。

〔作用〕

周知のごとく、適応ディジタルフィルタは実際の入力信
号ｙ（ｎ）に対してそのレプリカ（ｎ）を演算し、か
つ、誤差信号 ｅ（ｎ）＝ｙ（ｎ）−（ｎ） ……（２） に対しＥ｛(n)²｝が限りなく零に近づく様に適応動作す
る。実際,y（ｎ）に外来雑音が含まれなければＥ｛e(n)
²｝→０の動作はスムースに進行する。これはとりもな
おさずレプリカ（ｎ）の波形は信号ｙ（ｎ）の波形に
限りなく近づいていることを意味するから、ｙ（ｎ）と
（ｎ）の相互相関関数ψｙ（ｎ）＝Ｅ｛ｙ（ｎ）・
（ｎ）｝は増大しているはずである。しかしながら、
音声のごとき広いダイナミックレンジにわたってレベル
変動する信号に対してはこの測度は不適当であり、その
電力でノルマライズした（１）式のごとき相互相関係数
ρｙ（ｎ）が適している。相互相関係数ρｙ（ｎ）
は限りなく値１に近づくが、ダブルトークが発生すると
信号ｙ（ｎ）の中に（ｎ）とは無相関な成分が含まれ
てくることになるから、ρｙ（ｎ）は感度良く低下す
る様になる。本発明のエコーキャンセラは、この瞬間を
捉えて適応ディジタルフィルタの適応制御を停止する様
に構成してある。つまり、外来信号が発生すると相互相
関係数ρｙ（ｎ）は感度良く値１から低下するという
性質があり、その検出は瞬時に行なわれる。従って適応
ディジタルフィルタの誤った修正作業が素早く停止され
るので、結果としてエコー打消量の劣化が最小限にくい
止められる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図，第２図，第４図を参
照して説明する。

第１図は本発明の一実施例に係るエコーキャンセラの全
体ブロック構成図である。第１図において、10は受信信
号入力端子,20は受信信号出力端子,30は送信信号入力端
子,40は送信信号出力端子を表わす。更に、100は適応デ
ィジタルフィルタ手段,110は減算器,200は本発明の特徴
とするところのダブルトーク検出器である。

さて、遠端からの通話信号ｘ（ｎ）は受信入力端子10に
加えられ、該信号ｘ（ｎ）はエコーレプリカを合成する
適応ディジタルフィルタ100に加えられると同時に受信
出力端子20から近端話者に向けて送出される。この信号
ｘ（ｎ）のエコー成分ｙ（ｎ）はエコーパス（第１図で
は省略）を通り送信入力端子30に再来する。一方、適応
ディジタルフィルタ100は信号ｘ（ｎ）からエコーレプ
リカ（ｎ）を作成し、減算器110にてｅ（ｎ）＝ｙ
（ｎ）−（ｎ）なるエコー消去が行なわれる。消去残
エコー成分は送信出力端子40から遠端話者に向けて送出
されると同時に、適応ディジタルフィルタの適応制御と
の駆動信号となる。適応制御の内容は周知の学習同定法
であり、以下に示すアルゴリズムである。

ｅ（ｎ）＝ｙ（ｎ）−（ｎ） ……（４） ここでＮは適応ディジタルフィルタのタップ数,hn
（μ）は時点ｎにおけるそのμ番目のタップ係数値，α
は修正係数とよばれる定数値である。

ダブルトーク検出器200は２個の信号ｙ（ｎ）と
（ｎ）を取り込み、前記（１）式の演算を常時行う。そ
して相関係数の低下を検知するとダブルトーク有と判断
して前記修正係数αの制御を行う。つまり、ダブルトー
ク無のときは例えばα＝１とし、ダブルトーク有と判断
した場合はα＝０として上記（５）式の係数修正を停止
させるのである。

第２図はダブルトークの検出器200の詳細構成図であ
る。第２図において201,202,203は乗算器,211,212,213
は特性の等しい低域通過ディジタルフィルタ,204,205は
乗算器,206は割算器,207は乗算器を表わす。また221は
平均操作を行う手段,222は間引き用スイッチ手段,223は
より大きい方の値を選択して保持する手段を表わし、22
1と222と223をまとめた点数部分は相関係数を平均して
推定する手段である。更に230は比較手段,240は修正係
数αを比較手段230の結果により制御する手段である。
あまた250は信号電力を監視する手段である。

乗算器201,202,203は夫々y²（ｎ）,y（ｎ）・
（ｎ），²（ｎ）を作成し、これ等の乗算器201,202,2
03の出力は、夫々後段に設けられたフィルタ211,212,21
3により時間平均操作によって期待値として出力され
る。つまり、フィルタ211,212,213は、第（１）式の期
待値演算Ｅ｛・｝を行なう。そして、乗算器204,205及
び割算器206により第（１）式の自乗の演算結果が得ら
れる。尚、本実施例では、平方根演算をさけるため、割
算器206の出力を改めて相関係数ρｙ（ｎ）としてい
る。

この様にして算出された時点ｎにおける相関係数ρｙ
（ｎ）は、相関係数を平均化して推定する手段220に入
力され、推定された相関係数ｙが算出される。即
ち、比較的長い時間窓で平均化手段221にて平均化し、
スイッチ手段222で間引き、前回の時間窓における結果
と今回の時間窓における結果とを比較して大きい方の値
を選択して保持する手段223により保持してｙを得
る。平均値手段221および間引きスイッチ222は具体的に
はアキュームレータのごとき回路で構成される。この様
にして、時々刻々と値１に近づきつつある相関係数ρｙ
（ｎ）の、時間窓における平均推定値ｙが保持手
段223に蓄積されてゆく。一方、瞬時値ρｙ（ｎ）は
乗算器207にてβ＝１＋ε（εはわずかな正数）倍に増
幅されて比較手段230により前述のyyと比較される。

Ｗ（ｎ）＝ρｙ（ｎ）・β−ｙ ……（６） としてＷ（ｎ）０であればダブルトーク無しと判断し
て、修正係数αを制御する手段204をオン制御する。こ
の場合α＝１とされる訳である。なお、上記β倍の意味
は、小さな雑音等の変動に対してα＝１を保障するよゆ
うをもたせるため、あるいはゆっくりとした回線変動に
対してα＝１を保障するためにある。さて、ダブルトー
クが発生すると瞬時値ρｙ（ｎ）は低下を開始する。
（６）式の結果は感度良く負となり、その結果としてα
＝０と制御されるのである。そしてダブルトークで乱さ
れた相関係数値は１より大分低下するのでその平均値低
下することとなり、保持手段223に対しては捨てられる
こととなる。

ところで、受信入力信号が存在しない場合（遠端話者が
声を発していない場合）は当然のことながらエコーｙ
（ｎ）およびエコーレプリカ（ｎ）は零であり、
（１）式は演算は数学的不定となる。この様な場合、演
算をさければ良い。監視手段250はこれを実行するもの
であって２個の電力 σy²＝Ｅ｛y(n)²｝ σ²＝Ｅ｛(n)²｝ をしかるべきしきい値と比較し、いずれかの信号電力無
と判断したならば割算以降の演算をディスイネーブルす
るようにしている。従って、αの値は以前の値がそのま
ま残ることとなる。

第４図は、本実施例における測定データを示す図であ
る。L_Rは受信信号電力、L_Nは外来雑音電力を表わし、測
定値の上段はダブルトーク前の残留電力、下段はダブル
トーク後の残留電力である。尚、エコー損失条件とし
て、ハイブリッドリターンロスは6dbである。この第４
図によれば、ほとんど劣化が認められないことがわか
る。この値は、第３図のごとき従来例では10db位の劣化
はさけられないものであったのであるから、本発明の効
果は大きい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、適応形ディジタルフィルタを含むエコ
ーキャンセラにおいて、ダブルトークの発生を素早く適
格に検知可能であり、適応ディジタルフィルタの係数修
正作業をただちに停止させるとができるので、誤まった
修正作業もしくは係数の発散が防止され、エコー消去量
が低下を防ぐことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るエコーキャンセラの全
体ブロック構成図、第２図は第１図に示すダブルトーク
検出回路の詳細構成図、第３図は従来のエコーキャンセ
ラのブロック構成図、第４図は第１図に示す実施例での
ダブルトーク前後における消去残留電力比較図である。 10…受信入力端子、20…受信出力端子、30…送信入力端
子、40…送信出力端子、100…適応ディジタルフィル
タ、110…減算器、200…ダブルトーク検出器、201,202,
203,204,207…乗算器、206…割算器、211,212,213…低
域通過ディジタルフィルタ、220…相関係数推定手段、2
30…比較手段、240…修正係数制御手段、250…電力監視
手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２線４線変換部で発生するエコー成分を含
   む信号ｙ（ｎ）（ここにｎは時点番号）に対しそのレプ
   リカ（ｎ）を合成する適応ディジタルフィルタ手段
   と、誤差ｅ（ｎ）＝ｙ（ｎ）−（ｎ）を演算する手段
   とを備え、前記誤差ｅ（ｎ）によって前記適応ディジタ
   ルフィルタ手段を適応制御する構成のエコーキャンセラ
   において、前記信号ｙ（ｎ）とレプリカ（ｎ）との相
   互相関係数ρｙ（ｎ）を演算する手段と、時々刻々と
   算出される該相互相関係数ρｙ（ｎ）を時間窓Ｍで平
   均化・標本化して短時間平均相互相関係数ｙ（mM）
   を得た上、該短時間平均相互相関係数ｙ（mM）とそ
   れまでに得られ保持されている、推定値としての最大短
   時間平均相互相関係数ｙとの比較により、大なる方
   を新たなる推定値ｙとして選択保持する手段と、前
   記相互相関係数ρｙ（ｎ）と前記推定値ｙとの偏
   差Ｗ（ｎ）＝ρｙ（ｎ）・β−ｙ（ここにβは正
   の定数）の正負に応じて前記適応ディジタルフイルタ手
   段の適応制御停止を制御する適応制御停止手段とを備え
   ると共に、前記相互相関係数ρｙ（ｎ）が計算不能の
   場合には、前記適応制御停止手段をディスイネーブルし
   て以前の制御状態を保持するように構成したことを特徴
   とするエコーキャンセラ。