JPH09504668A - 雑音に強いエコーキャンセラ用の可変ブロックサイズ適応アルゴリズム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 入力の信号対雑音比（ＳＮＲ）に依存して最小平均自乗（ＬＭＳ）最適フィルタのための適応ブロックサイズを自動的に調整する装置を開示する。この装置は瞬間的なＳＮＲを監視し（２２）、ブロックサイズを連続的に調節して（２０，２６）、高い雑音免疫性をもたらし、それによってフィルタの収束性を増大し、漸進的な平均自乗誤差を減少する。この発明の実施例は音響エコー打消しの範疇で示されているが、この発明の最適フィルタは雑音特性が変化するような環境で有用であることが示されいている。

Description

【発明の詳細な説明】 雑音に強いエコーキャンセラ用の 可変ブロックサイズ適応アルゴリズム 発明の背景 Ｉ．発明の分野 この発明は通信システムに関する。とくに、この発明は新しい、改良された適 応フィルタであって、適応フィルタのタップ値を調整するために実行される平均 化過程の対象となる継続するサンプルの数が、適応フィルタが作動するチャンネ ルの内容に従って変化するようにした適応フィルタに関する。II．関連する技術の説明 音響的なエコーキャンセラ（ＡＥＣ）が電気通信を利用した会議や手を使わな い電話応答で使われ、ラウドスピーカーとマイクロホンとの間の音響帰還を除去 するために使われている。移動電話システムでは、車輛占有者が手を使わない電 話を使用し、音響的なエコーキャンセラが移動局で使われて、完全デュープレッ クス通信を提供している。 参考のために、運転者は近端話者であり、接続の他端にいる人が遠端話者であ るとする。遠端話者の言語が移動体内のラウドスピーカで放送される。もし、こ の言語がマイクロホンによってピックアップされると、遠端話者は自分の声の不 快なエコーを聞くことになる。音響的なエコーキャンセラは適応フィルタを用い てラウドスピーカとマイクロホンの間の未知のエコーチャンネルを識別し、エコ ーのレプリカを生成 し、それをマイクロホン入力から減算して遠端話者のエコーを打消す。 伝統的な、音響的なエコーキャンセラの構成図が図１に示され、そこではエコー 経路が破線で示されている。遠端言語ｘ（ｎ）がラウドスピーカ出力として放送 され、未知のエコーチャンネル６を通って送られてエコー信号ｙ（ｎ）を作る。 ここでチャンネル６は、その存在は近端ラウドスピーカと同じところにある近端 マイクロホンの人為的物品としてにすぎないが、一つの素子として図示してある 。近端マイクロホン入力はエコー信号ｙ（ｎ）、チャンネル雑音ｗ（ｎ）及び近 端言語ｖ（ｎ）の和を受領し、この和は加算用素子手段８，１０によって示され ているが、これらは例示にすぎない。近端受領信号ｒ（ｎ）はエコー信号ｙ（ｎ ）、チャンネル雑音ｗ（ｎ）及び近端言語ｖ（ｎ）の和である。 遠端話者が唯一人の話をするのであれば、フィルタ係数は ルのインパルス応答を追跡するために適応される。適応制御素子２は誤り又は残 留信号ｅ（ｎ）と遠端言語ｘ（ｎ）とを受領して、これに応答して適応フィルタ ４にタップ補正信号を送る。適応フィルタ４はタップ補正信号を受けて、それに 従ってそのフィルタタップ値を補正する。適応されたフィル 素子１２に送る。減算素子１２は近端受領信号ｒ（ｎ）から 典型的な場合として、エコー回路応答を追跡するフィルタタップ係数を更新す るために使用されるアルゴリズムは、最小平均自乗（ＬＭＳ）適応アルゴリズム である。フィルタ次 フィルタタップ係数ベクトルが次のように表わされる。 各新サンプルｒ（ｎ）が受領される度に、アルゴリズムはエ 算されて、エコー残留分が次式で与えられる。 適応アルゴリズムは近端話者が話をしているときはディスエーブルとされるか ら、タップ係数ベクトルはそこで次のよ うに更新される。 ここでαは適応段階の大きさ（サイズ）で、近端言語ｖ（ｎ）と雑音ｗ（ｎ）と がないときの誤差信号は次で与えられる。 ＬＭＳアルゴリズムはその名の通り、誤差の自乗の平均を最小しようとする事 実から来ている。 ＬＭＳアルゴリズムは“ストカスティックグラディエント(stochastic gradient )＝推形学的勾配”法とも呼ばれる。その理由はタップベクトルに対するＭＳＥ （ｎ）の勾配の近似が次式で与えられることによる。 この勾配は平均自乗誤差が最も急速に増大する方向を示すから、各タップ更新は 反転した勾配に関係するタップ値を適応させることによって勾配の反対方向への 舵取りをする。 ＬＭＳアルゴリズムの主たる利点は、他の適応化方法より も計算量が小さくてよいことと、安定性が適切な段階の大きさの選択によって保 証できるということである。このアルゴリズムはサンプル毎の基準で実行できる 。すなわち、タップベクトルｈ（ｎ）は新しいサンプル毎に更新される。 別なやり方として、ブロックＬＭＳアルゴリズムと呼ばれるものでは、Ｌサン プルのブロックを用いてタップベクトルを更新する。前のように、各新サンプル ｒ（ｎ）が受領されると、アルゴリズムはエコー推定ｙ（ｎ）とエコー残留信号 ｅ（ｎ）とを計算する。しかし、フィルタ係数を直ちに更新するのに代って、こ のアルゴリズムはＬの継続する瞬間の負 の大きさα内に吸収されてしまっている）について平均をと る。このブロックＬＭＳアルゴリズムは次のように書ける。 もしＬ＝１であれば、この式が（５）で表わしたサンプルＬＭＳになり、従っ て、サンプルＬＭＳアルゴリズムはブロックＬＭＳアルゴリズムの縮退（degene rate）の場合であると考えられることに注意したい。ブロックの大きさＬを１よ りも大きく選ぶことの利点は、雑音が存在する場合によく分かる。図１に示すよ うに、雑音ｗ（ｎ）がエコーチャンネル内に存在するときは、それがエコー信号 ｙ（ｎ）に加算されて、エコー信号内に現れる。 従って、各サンプル勾配の方向は雑音によってゆらぎ、それが原因でサンプル （Ｌ＝１）ＬＭＳアルゴリズムは長い収束時間と大きな漸近的平均自乗誤差をも つようになる。しかし、Ｌ＞１を選ぶことにより、もっと正確な推定を得るため に勾配のＬ個の継続する瞬間の平均をとる。 発明の要約 この発明は、変動する雑音エネルギーがある環境で一層強固にした、新しい改 良された適応フィルタであり、この発明の実際例として音響的なエコーキャンセ ラの実施例をとりあげている。 雑音ｗ（ｎ）がエコーの大きさに比して小さいときは、サンプルＬＭＳ（Ｌ＝ １）は同じ段階の大きさαに対して、ブロックＬＭＳ（Ｌ＞１）アルゴリズムよ り一層急速に収束する。雑音の振幅が増大すると、最適ブロックの大きさＬ´で 最大収束度に対するものもまた増加する。 この発明では、チャンネル上の雑音の内容に応答してブロックの大きさＬを調 整する方法と装置が示されている。実施例では、ブロックの大きさＬは瞬間的な 信号対雑音比（ＳＮＲ）に応答して調節される。この発明の実施例では、エコー キャンセラを開示するが、その構成は適応フィルタで、そのタップがこの発明の 可変ブロックサイズ（大きさ）ＬＭＳ法 に従って適応化されるもので成る。 エコーキャンセラの実施例では、適応フィルタが推定され （ｎ）から減算されて、残留信号ｅ（ｎ）が作られる。チャンネルの雑音成分が 監視され、チャンネルの雑音成分に従って、最適のブロックサイズＬが選定され る。最適のフィルタタップ値が、そこで、式９に示したように、遠端言語ｘ（ｎ ）、残留信号ｅ（ｎ）及び最適ブロックサイズＬに従って補正され、最適化され る。 この発明の実施例は音響的なエコーキャンセラの形態を取っているが、この発 明の領域は、最適フィルタが採用されて、チャンネル雑音特性が変化しうるよう な環境において使用することに発展することを想定している。 図面の簡単な説明 この発明の特徴、目的及び利点は以下に述べる詳細な記述と図面とを参照して 一層明らかになると思う。参照文字は図面全体で統一して使用されている。 図１は伝統的な固定ブロックサイズＬＭＳアルゴリズムを採用したエコーキャ ンセラの構成図であり； 図２は音響的なエコーキャンセラ内の可変ブロックサイズＬＭＳアルゴリズム のこの発明の実施例の構成図である。 実施例の詳細な記述 この発明では、チャンネル上の雑音の内容に応答するブロ ックサイズＬを調節する方法及び装置が提示されている。実施例では、ブロック サイズＬは瞬間的な信号対雑音比（ＳＮＲ）に応答して調節される。理想的には 、瞬間ＳＮＲ内で参照される信号はエコー信号であり、ある時刻ｎにおける信号 対雑音比ＳＮＲ（ｎ）は次により計算される。 ここで、Ｅｙ（ｎ）は時刻ｎにおけるエコー信号のエネルギーで、Ｅｗ（ｎ）は 時刻ｎにおける雑音信号のエネルギーである。 しかしながら、ｙ（ｎ）のフィルタでの実際の値は未知であるから、エコーエ ネルギーＥｙ（ｎ）は次のように近似される。 この近似は遠端話者が一人だけで話している時間に適用される。同様に、雑音信 号ｗ（ｎ）はフィルタでは未知であるから、雑音エネルギーＥｗ（ｎ）は次のよ うに計算される。 ただし、遠端及び近端話者ともに沈黙しているときとする。式１０、１１の近似 を用いて、式１１の信号対雑音（ＳＮＲ） 比の近似は次のように計算される。 今度は図２を参照して、言語検出素子３０は信号ｘ（ｎ），ｒ（ｎ）及びｅ（ ｎ）のエネルギーを監視して、遠端話者が一人だけで話しているとき及びいずれ の話者も話をしていないときを判断する。言語検出素子３０は制御信号をＳＮＲ 計算素子２２に送る。ＳＮＲ計算素子２２は近端受領信号ｒ （ｎ）を上述のように言語検出素子３０からの制御信号に応 て最適ブロックサイズＬを選択する。ブロックサイズ選択素子２０は最適ブロッ クサイズＬを適応制御素子２６に送る。 適応制御素子２６は最適ブロックサイズＬに加えて遠端言語ｘ（ｎ）と誤差信 号ｅ（ｎ）とを受領し、これらの入力信 に応答して、適応フィルタ２８は補正したフィルタタップ値 適応フィルタ２８はまた、遠端言語信号ｘ（ｎ）を受領して、 から減算素子３６によって減算される。 実施例では、この発明は音響的なエコーキャンセラの範疇で記述してきた。こ れは、この発明が、車の中で雑音がいろいろな因子によって連続して変るので、 有用な応用となるからである。因子としては車輛の速度、道路の平坦さ、天候状 態、変動する外部雑音、及び窓が開いているか閉じているかなどがある。例えば 、運転者は静かな駐車中の車から発呼することができ、その場合はこの発明の装 置は一番速く収束するためのＬ＝１に設定することになる。運転者が車を始動さ せ、エンジンを回すと、機械はＳＮＲの低下を検出し、自動的にＬを上昇させ、 例えば３２とする。静かな住宅地を通って運転する間は、この発明の装置はＬを １６に低減することができる。でこぼこした高速道路に入ると、この発明の装置 は再びＬを６４に上げる。最高速の収束に対する自動ブロックサイズ選定が重要 なのであり、その理由は適応フィルタがラウドスピーカとマイクロホンとの間の 音響チャンネル内の 変化を償うように連続的に更新する必要があることによる。 この発明の別の実施例は複数の適応フィルタで構成されており、その各々がフ ィルタ係数値を最適化するために可変の平均の長さを採用しているものである。 次に出力ソースが最適フィルタのバンク（集合）の出力から動的に選択される。 さらに別の実施例では、ブロックサイズを直接的に変える代わりに、一つのサイ ズ（大きさ）を時間的にスタガーしたブロックを使用するものがある。 この発明の実施例は音響的なエコーキャンセラの環境で使うものとしてきたが 、適応フィルタが採用され、チャンネル雑音特性が変りうる（網エコーキャンセ ル及びチャンネル等化のような）環境にも応用できる。 これまでに好ましい実施例について述べてきたところは、当業者がこの発明を 製造し、使用できるようにするものである。これらの実施例の様々な修正が当業 者に自明であり、ここで定義した一般的な原理は、発明的な才能を用いなくとも 他の実施例に応用できる。従って、この発明はここに示した実施例に限定されず 、原理と新特徴としてここで開示したものと同一の広い範囲で採用される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，Ｎ Ｌ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．可変の適応ブロックサイズ値を判断して送出するためのブロックサイズ選択 手段と； 該可変の適応ブロックサイズ値を受領して、該可変の適応ブロックサイズ値に 応答する少くとも１のフィルタ係数値を判断して送出するためのフィルタ係数計 算手段と； 該少くとも１のフィルタ係数を受領して、該少くとも１のフィルタ係数値に従 って信号にフィルタをかけるフィルタ手段とから成る適応フィルタ。 ２．さらに、通信チャンネルの雑音内容を監視し、該通信チャンネルの雑音内容 を示す信号を送出するための雑音計算手段を備え； 該ブロックサイズ選択手段は該通信チャンネルの雑音内容を示す該信号に応答 するものである請求項１の装置。 ３．遠端言語信号のエコー信号を打消すためのエコーキャンセラであって、可変 の適応ブロックサイズ値を判断して送出するためのブロックサイズ選択手段と； 該可変の適応ブロックサイズ値を受領して、該可変の適応ブロックサイズ値に 応答して少くとも１のフィルタ係数値を送出するためのフィルタ係数計算手段と ； 該少くとも１のフィルタ係数値と遠端言語信号とを受領して、該遠端言語信号 と該少くとも１のフィルタ係数値とに従って、該エコー信号の推定を送出するた めのフィルタ手段と； 残留信号を送出するために該エコー信号推定を近端受領信 号から減ずるための手段とから成るエコーキャンセラ。 ４．さらに、通信チャンネルの雑音内容を監視して、該通信チャンネルの雑音内 容を示す信号を送出するための雑音計算手段を備え、 前記ブロックサイズ選択手段が前記通信チャンネルの雑音内容を示す該信号に 応答するものである請求項３の装置。 ５．さらに、前記遠端言語信号と近端言語信号とを検出して、該遠端言語信号と 該近端言語信号の存在に応答して制御信号を送出するための言語検出手段を備え 、 前記雑音計算手段が該制御信号に応答するものである請求項４記載の装置。 ６．可変の適応ブロックサイズ値を判断する段階と； 該可変の適応ブロックサイズ値に応答する少くとも１のフィルタ係数値を判断 して送出する段階と； 該少くとも１のフィルタ係数値に従って信号をフイルタにかける段階とで成る 信号に適応フィルタをかけるための方法。 ７．さらに、通信チャンネルの雑音内容を監視して、該通信チャンネルの雑音内 容を示す信号を送出する段階とを備え、可変の適応ブロックサイズ値を判断する 前記段階が該通信チャンネルの雑音内容を示す該信号に応答するものである請求 項６記載の方法。 ８．可変の適応ブロックサイズ値を判断し送出するための段階と；該可変の適応 ブロックサイズ値に応答して少くとも１のフィルタ係数値を判断して送出する段 階と； 前記遠端言語信号と該少くとも１のフィルタ係数値に従って前記エコー信号の 推定を送出する段階と； 近端受領信号から該エコー信号の推定を減算してエコー打消しした近端信号を 送出する段階とから成る遠端言語信号のエコー信号を打消すための方法。 ９．さらに、通信チャンネルの雑音内容を監視して、該通信チャンネルの雑音内 容を示す信号を送出するための段階を備え； 前記可変の適応ブロックサイズ値を判断して送出するための段階が該通信チャ ンネルの雑音内容を示す信号に応答するものである請求項８記載の方法。 １０．さらに、前記遠端言語信号と近端言語信号との存在に応答する制御信号を 送出する段階を備え； 前記通信チャンネルの雑音内容を示す信号を送出する前記段階が該制御信号に 応答するものである請求項９記載の方法。