JPH0897753A - エコーキャンセラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 計算精度を維持しつつ演算速度を向上させ
る。 【構成】 送信信号ｘと受信信号であるエコー信号ｙか
ら減衰量βを算出する演算装置１０５と、この演算装置
１０５が算出した減衰量βの値に応じて送信信号ｘの信
号レベルを減衰させた参照入力信号ｘ’を出力するプリ
アンプ１０６と、このプリアンプ１０６から出力された
参照入力信号ｘ’を入力し、擬似エコー信号ｙ’を生成
するＤＳＰ１０７とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、テレビ電話システムや
拡声通信システム等において送信側から受信側に回り込
む信号（エコー）を消去するエコーキャンセラに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、衛星や海底ケーブル等の長距離回
線を用いた通信需要が増大している一方、多様な通信サ
ービスに対応するため、複雑な処理を行う信号処理装置
が通信システムに導入されるようになってきていること
から、各種通信システムにおいては信号の伝搬遅延時間
が大きくなる傾向がある。遅延時間が大きくなると、送
信側から受信側に回り込むエコーの消去が不可欠となる
ことから、このエコーを消去するエコーキャンセラは広
く通信システムに用いられるようになってきている。

【０００３】このエコーキャンセラは、一般に、それが
接続された回線固有のエコー伝搬経路（以降、エコー経
路と記す）の周波数特性を時間系列のインパルス応答と
してトランスバーサルフィルタを用いて適応的に推定
し、疑似的なエコー信号（擬似エコー）を生成してエコ
ーと相殺させるものである。

【０００４】例えば、テレビ会議システムにおける音声
通信は、スピーカ／マイクロホンを用いて高品質な音声
でテレビ（相手）をみながら会議を行うものである。し
かし、このようなシステムではスピーカとマイクロホン
が音響的に結合し、エコーが発生することから、このよ
うなシステムにおいてもエコーキャンセラが用いられて
いる。

【０００５】図３は、従来のエコーキャンセラが適用さ
れたシステム構成（テレビ会議システム）を示す概略ブ
ロック図であり、３０１はエコーキャンセラ、３０２は
スピーカ、３０３はマイクロホンである。図３を参照し
て、このエコーキャンセラ３０１の動作について説明す
る。

【０００６】端子ｃには特には図示しない送信回路が接
続されており、スピーカ３０２は、この送信回路から出
力された送信信号ｘを入力することで音声を放音する。
一方のマイクロホン３０３は、音声を収音することで得
た受信信号を、加算器３０４を介して端子ｄに出力す
る。この端子ｄには、特には図示していないが受信信号
を受信する受信回路が接続されている。

【０００７】このシステムでは、スピーカ３０２が放音
した音声は音響空間を経てマイクロホン３０３に収音さ
れることでエコーが発生する。マイクロホン３０３は、
スピーカ３０２が放音した音声を収音することで、エコ
ー信号ｙを出力する。

【０００８】エコーキャンセラ３０１はＤＳＰ（Digita
l Signal Processor）を用いたものであり、ＬＭＳアル
ゴリズム等のアルゴリズムに基づいた演算処理を実行す
ることでエコー信号ｙを消去するための処理を実行す
る。具体的には、先ず、送信信号ｘを参照入力信号ｘと
して入力し、この参照入力信号ｘと、逐次推定したスピ
ーカ３０２とマイクロホン３０３間の音響空間（エコー
経路）のインパルス応答ｈとを用いた畳み込み積分を行
うことにより擬似エコー信号ｙ’を生成し、これを加算
器３０４に出力する。

【０００９】インパルス応答ｈの推定は、アダプティブ
トランスバーサルフィルタを用いて行われる。このトラ
ンスバーサルフィルタは、一般に、所定時間毎に配置し
た各タップの係数をアダプティブに調整することで、エ
コー経路の特性に合った最適のインパルス応答ｈを得る
ものであり、シフトレジスタ、乗算器、加算器等からＤ
ＳＰ１０７内に構成されたものである。

【００１０】生成された擬似エコー信号ｙ’は、エコー
キャンセラ３０１からその信号レベルを反転されて加算
器３０４に出力される。加算器３０４は、擬似エコー信
号ｙ’を入力すると、マイクロホン３０３から出力され
た受信信号と擬似エコー信号ｙ’を加算することで、受
信信号から擬似エコー信号ｙ’分を差し引く。これによ
り、この受信信号に含まれているエコー信号ｙが消去さ
れる。

【００１１】以上がエコーキャンセラ３０１の概略動作
である。次に、図４を参照して、上述したエコーキャン
セラ３０１の動作を詳細に説明する。図４は、この従来
における擬似エコー信号生成処理を示すフローチャート
である。

【００１２】この処理では、先ず、アダプティブトラン
スバーサルフィルタの初期化、即ちそれが備えた各タッ
プの係数に初期値をセットする（Ｓ４０１）。このフィ
ルタ係数の初期化が終了すると、次に送信信号ｘ（ｋ）
を参照入力信号ｘ（ｋ）として入力する（Ｓ４０２）。
この参照入力信号ｘ（ｋ）の入力は、アダプティブトラ
ンスバーサルフィルタへの入力であり、上記のｘ（ｋ）
は、時刻ｋのときの参照入力信号（送信信号）ｘを表し
ている（以下、他の記号においても同様）。

【００１３】参照入力信号ｘ（ｋ）の入力が終了する
と、次にエコー信号ｙ（ｋ）、即ちマイクロホン３０３
が出力した受信信号を入力する（Ｓ４０３）。エコー信
号ｙを入力すると、既に入力した参照入力信号ｘ（ｋ）
とインパルス応答ｈ（ｎ）（ｎは各タップを表す数）を
用いて畳み込み積分演算を実行し、擬似エコー信号ｙ’
を生成する（Ｓ４０４）。この擬似エコー信号ｙ’の生
成は、例えば、以下に示す数１を用いて行われる。

【００１４】

【数１】

【００１５】このようにして擬似エコー信号ｙ’を生成
すると、この生成した擬似エコー信号ｙ’を加算器３０
４に出力することでエコー信号ｙの打ち消しを行うとと
もに、エコー信号ｙと擬似エコー信号ｙ’の差である誤
差ｅ（ｋ）を算出する（Ｓ４０５）。この誤差ｅ（ｋ）
は、ノイズを無視したとすると、数２で算出されるもの
である（ノイズを考慮する場合は、ノイズをＮｚ（ｋ）
とすると、このＮｚ（ｋ）を右辺に加算する形で挿入し
た式となる）。

【００１６】

【数２】ｅ（ｋ） ＝ ｙ（ｋ）−ｙ’（ｋ） ステップＳ４０５の処理が終了すると、例えば、数３を
用いてアダプティブトランスバーサルフィルタのフィル
タ係数、即ちインパルス応答ｈ（ｋ）を修正して（Ｓ４
０６）、ステップＳ４０２に戻って次の時刻（ｋ＋１）
の処理に移行する。このインパルス応答ｈ（ｋ）の修正
は、上記した誤差ｅ（ｋ）を最小化する、即ち０に近づ
けるための修正である。

【００１７】

【数３】

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】エコーキャンセラにお
いては、経済的な面からＬＳＩ（Large Scale Integrat
ed Circuit）化が図られており、ＬＳＩとしては汎用Ｌ
ＳＩのエコーキャンセラへの適用が注目されている。こ
れは、汎用ＬＳＩはそれ自体を新たに開発することがな
く、既存のＬＳＩに所望の処理を実行させるためのソフ
トウェアの開発費用が主となることから、経済性や開発
期間といった点でカスタムＬＳＩといった他の種類と比
べて大きな利点があるためである。

【００１９】エコーキャンセラに適用される汎用ＬＳＩ
としては、ＭＰＵ（マイクロプロセッサ）、或いはＤＳ
Ｐとなる。この両者を対比すると、ＭＰＵはメモリ管
理、判断機能、割り込み機能といった比較的複雑な制御
機能や論理処理についてはＤＳＰより優れているが、乗
算器のような強力な演算器をＤＳＰのように内蔵してい
ないので、演算処理の高速性においてはＤＳＰのほうが
優れている。

【００２０】エコーキャンセラはエコー信号を消去する
ためにリアルタイムで処理を実行しなければならない。
しかし、例えば、５０ｍｓ程度のエコー遅延量をカバー
しようとすると、アダプティブトランスバーサルフィル
タの長さ、即ちそのタップの総数は４００程必要とな
り、また、上記の数１、及び数３に示したように、擬似
エコー信号の生成には乗算を行う回数も多いことから、
演算処理を高速に行えることが必要である。このため、
従来例のように、通常はＤＳＰがエコーキャンセラに用
いられている。

【００２１】しかし、アダプティブトランスバーサルフ
ィルタのタップの総数は多く、また、演算式には乗算も
多く登場するので、エコーキャンセラが１つの時刻（サ
ンプル周期毎）で実行する演算処理は膨大である。この
ため、演算処理を含む各種の処理の負担を軽減するため
の研究が行われている。

【００２２】エコーキャンセラにおいては、擬似エコー
信号を生成するためのアルゴリズム（図４の例では、Ｌ
ＭＳアルゴリズムである）は大体数式で表現できるの
で、サンプリング周期毎に実行される演算量のそのおよ
その値をつかむことができる。しかし、この値は有力な
指標とはなるが、ＤＳＰが備えた演算器やメモリといっ
た基本のハードウェアによって同じ演算量であってもそ
の演算量を処理する時間が異なることになる。

【００２３】最近では、浮動小数点方式の乗算器を備え
たＤＳＰも製造されているが、この乗算器は固定小数点
方式のものと比較してハードウェアが重いことから、固
定小数点方式の乗算器を備えたＤＳＰと比較して高価で
ある。

【００２４】通常、エコー信号は送信信号よりもかなり
小さいことから、インパルス応答はエコー信号よりもさ
らに小さいことになる。このため、例えば、１６ビット
の固定小数点方式の乗算器を用いて数１の演算を実行し
た場合、送信信号ｘを１６ビットで表すと、インパルス
応答ｈを表すには通常１６ビット以上必要となる。

【００２５】エコーキャンセラは、演算処理を高速に行
うことの他に、計算精度を維持することも重要である。
１６ビットの固定小数点方式の乗算器において、たとえ
インパルス応答ｈを１６ビットで表せたとしてもその有
効桁数が少ないと、その計算精度は低くなるので、計算
精度を維持させる必要がある。このため、実際上、何方
か一方の信号を表すデータのビット操作等が必要とな
り、この操作を実行することで演算速度が低下すること
から、必要な演算速度が得にくいという問題点が発生す
ることになる。これは、特にＲＩＳＣ（Reduced Instru
ction Set Computer）等をエコーキャンセラに適用する
ときにその問題点が大きくなる。

【００２６】本発明の課題は、計算精度を維持しつつ演
算速度を向上させることにある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明のエコーキャンセ
ラにおいて、先ず、参照入力信号生成手段は、送信信
号、受信信号、及び所定のアルゴリズムに基づいて、送
信信号を変更した参照入力信号を生成する、擬似エコー
生成手段は、この参照入力信号生成手段が生成した参照
入力信号を入力し、所定のアルゴリズムに基づいた演算
処理を実行することで擬似エコー信号を生成する。

【００２８】上記の構成において、擬似エコー生成手段
は、演算処理を高速に行ううえで、各種の演算器を備
え、該演算器を用いて前記所定のアルゴリズムに基づい
た演算処理を実行することが望ましい。

【００２９】また、参照信号生成手段は、送信信号と受
信信号を予め決定された数式に従って算定し、所定のア
ルゴリズムを表現した数式に基づき、該算定した送信信
号、及び受信信号を用いて送信信号の変更量を算出する
算出手段と、算出手段が算出した変更量に応じて送信信
号を変更し、参照入力信号を出力する信号出力手段と、
を備えていることが望ましい。

【００３０】

【作用】本発明のエコーキャンセラは、相手先に音声等
を出力するための送信信号、受信した受信信号、及び所
定のアルゴリズムに基づいて、送信信号の信号レベルを
変更した参照入力信号を生成し、所定のアルゴリズムに
基づいた演算処理をこの参照入力信号を用いて実行する
ことで擬似エコー信号を生成する。

【００３１】演算処理は、乗算器等の演算器を用いるこ
とでこの処理を高速に行うことができる。送信信号の信
号レベルの変更は、例えば乗数と乗算結果の値の比を１
に近づけるようにすることで、乗算器が扱う全てのデー
タの精度が常に高く維持されることになる。これによ
り、固定小数点方式の乗算器においては、計算精度を維
持させるためのビット操作等の演算処理に付随する処理
の実行が回避され、演算速度が向上される。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して詳細に説明する。図１は、本発明が適用されたエコ
ーキャンセラ１０１を用いたシステム構成を示す概略ブ
ロック図であり、１０１は本実施例によるエコーキャン
セラ、１０２はスピーカ、１０３はマイクロホン、１０
４は加算器である。この図１の構成を参照して、その概
略動作を説明する。

【００３３】端子ａには特には図示しない送信回路が接
続されており、スピーカ１０２は、送信回路から出力さ
れた送信信号ｘを入力することで音声を放音する。一方
のマイクロホン１０３は、音声を収音することで得た受
信信号を、加算器１０４を介して端子ｂに出力する。こ
の端子ｂには、特には図示していないが受信信号を受信
する受信回路が接続されている。

【００３４】このシステムでは、スピーカ１０２が放音
した音声は音響空間を経てマイクロホン１０３に収音さ
れることでエコーが発生する。マイクロホン１０３は、
スピーカ１０２が放音した音声を収音することで、エコ
ー信号ｙを出力する。

【００３５】エコーキャンセラ１０１は、図１に示す如
く、後述するようにして送信信号ｘの減衰量βを算出す
る演算装置１０５と、この演算装置１０５が算出した減
衰量βに応じて送信信号ｘの信号レベルを変更した参照
入力信号ｘ’を生成するプリアンプ１０６と、このプリ
アンプ１０６により生成された参照入力信号ｘ’を入力
し、擬似エコー信号ｙ’を生成するＤＳＰ１０７とから
構成されている。

【００３６】このＤＳＰ１０７は、アダプティブトラン
スバーサルフィルタ（ＦＩＲフィルタ）をその内部に有
するものであり、所定のビット数を有する固定小数点方
式の乗算器（図示せず）を備えたものである。また、詳
細は後述するが、入力した参照入力信号ｘ’をこのアダ
プティブトランスバーサルフィルタに与え、逐次更新し
たスピーカ１０２とマイクロホン１０３間のエコー経路
のインパルス応答ｈを用いた畳み込み積分を行うことに
より擬似エコー信号ｙ’を生成する。

【００３７】生成した擬似エコー信号ｙ’は、その信号
レベルが反転されて加算器１０４に出力される。加算器
１０４は、擬似エコー信号ｙ’を入力すると、マイクロ
ホン１０３が出力した受信信号にこの擬似エコー信号
ｙ’を加算することで、受信信号からこの擬似エコー信
号ｙ’分を差し引く。

【００３８】ＤＳＰ１０７は、擬似エコー信号ｙ’を加
算器１０４に出力した後、端子ｂに出力される受信信号
の信号レベル、即ち受信信号に残留した分のエコー信号
ｙ（誤差ｅ）を算出する。この誤差ｅを算出すると、こ
の誤差ｅから新たにタップ係数を更新することで、イン
パルス応答ｈを修正する。

【００３９】以上がエコーキャンセラ１０１の概略動作
である。次に、図２を参照して、上述したエコーキャン
セラ１０１の動作を詳細に説明する。図２は、本実施例
による擬似エコー信号生成処理を示すフローチャートで
ある。

【００４０】電源が投入され、擬似エコー信号ｙ’の生
成が指示されると、先ず、ＤＳＰ１０７はアダプティブ
トランスバーサルフィルタを初期化、即ちそれが備えた
各タップの係数に初期値をセットする（Ｓ２０１）。こ
のフィルタの初期化が終了すると、次に参照入力信号
ｘ’（ｋ）を入力し（Ｓ２０２）、続けてエコー信号ｙ
（ｋ）、即ちマイクロホン１０３から出力された受信信
号を入力する（Ｓ２０３）。

【００４１】ＤＳＰ１０７がエコー信号ｙを入力する
と、演算装置１０５は参照入力として送信信号ｘ
（ｋ）、及び受信信号（エコー信号ｙ（ｋ））を入力し
て、これら２つの入力信号のエネルギ値（信号レベル）
を各々算定し（Ｓ２０４）、続けて送信信号ｘ（ｋ）を
減衰させる減衰量βを計算する（Ｓ２０５）。以下に示
す数４は上記したエネルギ値を算定する計算式、数５は
減衰量βを算出する計算式である。

【００４２】

【数４】 Ｐ１（ｋ）＝（１−ρ）×Ｐ１（ｋ−１）＋ρ×ｙ（ｋ） Ｐ２（ｋ）＝（１−ρ）×Ｐ２（ｋ−１）＋ρ×ｘ（ｋ） 但し、Ｐ１（ｋ）：受信信号のエネルギ値（時刻ｋのと
き） Ｐ２（ｋ）：送信信号のエネルギ値（時刻ｋのとき） ρ ：所定の定数

【００４３】

【数５】β ＝ Ｐ１（ｋ）／Ｐ２（ｋ） 数４から分かるように、本実施例では入力信号ｘ、ｙの
急激な変化に追随しないようにエネルギ値Ｐ１及びＰ２
を算定しているので、ノイズ等の影響を低減させること
ができる。減衰量βの計算が終了すると、演算装置１０
５は、この減衰量βの値に応じてプリアンプ１０６を調
整する。これにより、プリアンプ１０６は、この減衰量
βに応じて送信信号ｘを減衰させてＤＳＰ１０７に出力
することになる。

【００４４】ところで、減衰量βの計算（更新）は、Ｄ
ＳＰ１０７が参照入力信号ｘ’（ｋ）を入力した後に行
われることから、ＤＳＰ１０７が入力したこの参照入力
信号ｘ’（ｋ）は、前回に計算された減衰量βに応じて
送信信号ｘ（ｋ）が変更されたものである。本実施例で
このようにした理由は、プリアンプ１０６の調整には比
較的時間がかかり、また、サンプリング周期（時刻ｋと
時刻ｋ−１の時間間隔）は短いことから、この周期間で
の信号の変動は通常小さいためである。

【００４５】演算装置１０５が減衰量βを計算すると、
次にＤＳＰ１０７は既に入力した参照入力ｘ’（ｋ）を
アダプティブトランスバーサルフィルタに与え、参照入
力信号ｘ’（ｋ）とインパルス応答ｈ（ｎ）を用いて畳
み込み積分演算を実行することにより擬似エコー信号
ｙ’を生成する（Ｓ２０６）。この擬似エコー信号ｙ’
の生成は、数６を用いて行われる。

【００４６】

【数６】

【００４７】擬似エコー信号ｙ’を生成すると、ＤＳＰ
１０７は、この生成した擬似エコー信号ｙ’を加算器１
０４に出力することでエコー信号ｙの打ち消しを行うと
ともに、エコー信号ｙと擬似エコー信号ｙ’の差である
誤差ｅ（ｋ）を算出する（Ｓ２０７）。この誤差ｅ
（ｋ）の算出は、前述した数２を用いて行われる誤差ｅ
（ｋ）を検出すると、次にこの誤差ｅ（ｋ）を用いてフ
ィルタ係数、即ちインパルス応答ｈ（ｋ）を修正して
（Ｓ２０８）、ステップＳ２０２に戻って次の時刻（ｋ
＋１）の処理に移行する。このインパルス応答ｈ（ｋ）
の修正は、数７に示す計算式を用いて行われる。

【００４８】

【数７】

【００４９】本実施例では、上記した数４及び数５から
も明らかなように、減衰量βで減衰された後の信号であ
る参照入力信号ｘ’（ｋ）は、エコー信号ｙ（ｋ）と同
じレベル（２つの信号の比は０〜２間）となる。このた
め、数６の演算処理、即ちステップＳ２０６の処理を実
行する場合、例えば、乗算器（固定小数点方式）が１６
ビットとすると、インパルス応答ｈ（ｎ）もビット操作
等の処理を行うことなく１６ビットで表すことができる
ようになるので、計算精度を維持しつつ、演算処理の速
度を向上させることができる。

【００５０】図２に示したフローチャートにおいて、演
算処理量は特にステップＳ２０６とステップＳ２０８に
集中、即ち擬似エコー信号ｙ’の生成とフィルタ係数ｈ
（ｎ）の修正に時間がかかる。これは、タップの総数Ｎ
が大きくなる程その傾向がある。

【００５１】しかし、本実施例では、ステップＳ２０６
の擬似エコー信号ｙ’の生成において、それに要する処
理時間を短縮することができる。従って、特に処理時間
を要する処理の１つが高速に行われることから、処理時
間を大きく短縮、即ち演算処理の速度を大きく向上させ
ることができる。これは、固定小数点方式の乗算器を備
えた安価なＤＳＰをエコーキャンセラに適用できる、即
ちエコーキャンセラのコストを抑えることができること
を意味している。この本実施例に示した構成、及び動作
により実験を行った結果、計算精度、及び演算速度の向
上において良好な結果が得られることが確認されてい
る。

【００５２】本実施例は、擬似エコー信号ｙ’を生成す
るアルゴリズム（数式）に応じてその送信信号ｘを変更
するものであるが、これの変更は図１からも分かるよう
に、簡易な構成で行われるものである。このため、エコ
ーキャンセラのコストを抑えることができるという効果
の他に、既存のエコーキャンセラに対しても本発明を容
易に適用できるという効果もある。

【００５３】なお、本実施例では、擬似エコー信号ｙ’
の生成にＬＭＳアルゴリズムを用いているが、このアル
ゴリズムだけに限定されるものではなく、各種アルゴリ
ズムに対応することができるものである。

【００５４】また、本実施例はテレビ電話等のシステム
に適用されたものであるが、本願発明は、このようなシ
ステムに限定されるものではなく、電話網といった他の
システムにも同様に適用できるものである。

【００５５】

【発明の効果】以上、説明したように本発明のエコーキ
ャンセラは、相手先に音声等を出力するための送信信
号、受信した受信信号、及び所定のアルゴリズムに基づ
いて、送信信号の信号レベルを変更した参照入力信号を
生成し、所定のアルゴリズムに基づいた演算処理をこの
参照入力信号を用いて実行することで擬似エコー信号を
生成するため、計算精度を維持しつつ演算速度を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例によるエコーキャンセラが適用された
システム構成を示す概略ブロック図である。

【図２】本実施例による擬似エコー信号生成処理を示す
フローチャートである。

【図３】従来のエコーキャンセラが適用されたシステム
構成を示す概略ブロック図である。

【図４】従来における擬似エコー信号生成処理を示すフ
ローチャートである。

【符号の説明】

１０１ エコーキャンセラ １０５ 演算装置 １０６ プリアンプ １０７ ＤＳＰ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送信信号、受信信号、及び所定のアルゴ
   リズムに基づいて、前記送信信号を変更した参照入力信
   号を生成する参照入力信号生成手段と、 この参照入力信号生成手段が生成した参照入力信号を入
   力し、前記所定のアルゴリズムに基づいた演算処理を実
   行することで擬似エコー信号を生成する擬似エコー生成
   手段と、 を具備したことを特徴とするエコーキャンセラ。
2. 【請求項２】 前記擬似エコー生成手段は各種の演算器
   を備え、該演算器を用いて前記所定のアルゴリズムに基
   づいた演算処理を実行する、 ことを特徴とする請求項１記載のエコーキャンセラ。
3. 【請求項３】 前記参照信号生成手段は、前記送信信号
   と受信信号を予め決定された数式に従って算定し、前記
   所定のアルゴリズムを表現した数式に基づき、該算定し
   た送信信号、及び受信信号を用いて前記送信信号の変更
   量を算出する算出手段と、 前記算出手段が算出した変更量に応じて前記送信信号を
   変更して、前記参照入力信号を出力する信号出力手段
   と、 を備えたことを特徴とする請求項１、または２記載のエ
   コーキャンセラ。