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JP2985675B2 - 帯域分割適応フィルタによる未知システム同定の方法及び装置 - Google Patents
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JP2985675B2 - 帯域分割適応フィルタによる未知システム同定の方法及び装置 - Google Patents

帯域分割適応フィルタによる未知システム同定の方法及び装置

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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H21/00—Adaptive networks
    • H03H21/0012—Digital adaptive filters

Landscapes

  • Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
  • Noise Elimination (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、伝送路や空間音響結合
経路などの未知システムを同定するための方法及び装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】適応フィルタによる未知システム同定の
応用として、エコー・キャンセラ、ノイズ・キャンセ
ラ、ハウリング・キャンセラ、適応等化器などが知られ
ている。ここでは、空間音響結合経路においてスピーカ
からマイクロホンへ漏れ込む音響エコーを除去する音響
エコー・キャンセラを例として、従来技術を説明する。
【０００３】エコー・キャンセラはエコー経路のインパ
ルス応答長より多くのタップ係数を有する適応フィルタ
を用いて、送信信号に対応した疑似エコー（エコー・レ
プリカ）を生成することにより、空間音響結合経路にお
いてスピーカからマイクロホンへ漏れ込む音響エコーを
抑圧するように動作する。このとき、適応フィルタの各
タップ係数は、エコーと近端信号の混在する混在信号か
らエコー・レプリカを差引いて得られる誤差信号と遠端
信号との相関をとることにより修正される。このような
適応フィルタの係数修正アルゴリズムの代表的なものと
して、「ＬＭＳＡｌｇｏｒｉｔｈｍ」（Ｐｒｏｃｅｅｄ
ｉｎｇｓ ｏｆ ＩＥＥＥ ６３巻１２号、１９７５
年、１６９２〜１７１６ページ；以下「文献１」）と、
「Ｌｅａｒｎｉｎｇ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
Ｍｅｔｈｏｄ；ＬＩＭ」（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔ
ｉｏｎｓ ｏｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ
１２巻３号、１９６７年、２８２〜２８７ページ；以下
「文献２」）とが知られている。
【０００４】実際に音響エコー・キャンセラの用いられ
る音響空間のインパルス応答長は、音響空間の物理的寸
法や壁などの反射率に依存する。例えば、テレビ会議な
どで使用される部屋を想定すると、インパルス応答長は
１０００タップ、時には数千タップにも及び、演算量／
ハードウェア規模の観点から実現が極めて困難な場合が
珍しくない。このような主として演算量増大の問題を解
決するために、帯域分割型（サブバンド型）の適応フィ
ルタが提案されている（ＩＥＥＥ ＳＰ Ｍａｇａｚｉ
ｎｅ、１９９２年１月、１４〜３７ページ；以下「文献
３」）。各サブバンドにおける適応フィルタの構造につ
いては様々な形のものを取り得るが、最も一般的なもの
はＦＩＲ型と呼ばれるものである（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎ
ｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ，Ｓｐｅ
ｅｃｈ ａｎｄ ＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ２
７巻６号、１９７９年、７６８−７８１；以下、「文献
４」）。
【０００５】各サブバンドに対応するＦＩＲ型適応フィ
ルタのタップ数Ｎは、対応するインパルス応答長に等し
いか、それよりも長くなければならない。一般に、音響
エコーを帯域分割すると、低域のインパルス応答の方が
高域のインパルス応答よりも長い。これは、音響エコー
が主として反射によってインパルス応答長が決まること
と、高域成分の方が反射係数が小さく減衰しやすいこと
による。図６に、音響エコーを４帯域に分割した場合の
各帯域の代表的なインパルス応答を示す。帯域１から帯
域４に対応したインパルス応答長をそれぞれＭ1 ，
Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 とすると、Ｍ1 ≧Ｍ2 ≧Ｍ3 ≧Ｍ4 と
なる。
【０００６】これらの特徴を考慮して、各サブバンドの
適応フィルタタップ数を適応的に制御することにより、
演算量を削減し、収束時間を短縮することのできる帯域
分割適応フィルタが提案されている（電子情報通信学会
１９９４年春季大会講演論文集、１９９４年３月、１−
１７３ページ；以下「文献５」）。文献５に記述された
帯域分割適応フィルタのブロック図を、図７に示す。適
応フィルタのタップ数は、各適応フィルタから得られた
係数値と参照信号の情報を評価し、その評価結果に応じ
て適応的に決定される。
【０００７】図７に示した「文献５」の方法は、まず入
力端子１からの入力信号を分析フィルタバンク（ＡＦ
Ｂ）３で複数帯域に分割し、サブバンド入力信号を生成
する。各サブバンド入力信号は、間引き回路５０i （ｉ
＝１，２，…，Ｋ）で１／Ｌiに間引かれ、適応フィル
タ群６０のそれぞれ独立な適応フィルタ６０i （ｉ＝
１，２，…，Ｋ）に供給される。通常、Ｌi ＝Ｋに設定
される。一方、同定しようとする未知系２の出力、すな
わちエコー・キャンセラの場合のエコーも、分析フィル
タバンク３と全く同一な特性を有した別の分析フィルタ
バンク（ＡＦＢ）４で複数帯域に分割されてサブバンド
エコーとなった後、間引き回路５１i （ｉ＝１，２，…
Ｋ）で１／Ｌi に間引かれ、適応フィルタ６０i に供給
される。適応フィルタ６０i では、適応フィルタの出力
であるサブバンドエコー・レプリカと間引かれたサブバ
ンドエコーの差であるサブバンド誤差信号が生成され
る。適応フィルタ６０i は、このサブバンド誤差信号を
用いて、係数更新を行なう。このサブバンド誤差信号
は、補間回路７０i （ｉ＝１，２，…，Ｋ）でＬi 倍に
補間されてから合成フィルタバンク（ＳＦＢ）８に供給
され、帯域合成された後に、出力端子９に伝達される。
従って、出力端子９において得られる信号は、各サブバ
ンド誤差信号が十分小さければ、すなわち、各サブバン
ドでサブバンドエコーが十分抑圧されていれば、全帯域
として見てもエコーが抑圧された信号になる。
【０００８】係数２乗値評価回路１０には、各サブバン
ドの適応フィルタ６０i （ｉ＝１，２，…，Ｋ）から係
数値信号１００が供給される。時刻ｋにおける適応フィ
ルタ６０i の係数ベクトルを
【０００９】
【外１】
【００１０】とすると、
【００１１】
【数１】
【００１２】で各係数値が定義される。但し、［・］T
は［・］の転置を表す。係数２乗値評価回路１０では、
【００１３】
【外２】
【００１４】が各サブバンドに対応して計算される。こ
こに、
【００１５】
【数２】
【００１６】Ｐは正整数、Ｎi,kは時刻ｋにおける第ｉ
サブバンドの適応フィルタタップ数である。すなわち、
各帯域とも、最後尾Ｐタップ分の係数を評価に用いる。
また、係数２乗値評価回路１０は、
【００１７】
【数３】
【００１８】を計算し、サブバンドテール係数信号ベク
トル１２０としてタップ数制御回路１１へ伝達する。タ
ップ数制御回路１１には、係数２乗値評価回路１０の出
力に加えて各適応フィルタの入力信号電力１３０が供給
されている。いま、時刻ｋにおける入力信号ベクトル
【００１９】
【外３】
【００２０】を、第ｉ番目サブバンドにおける入力信号
電力ｖi,k （ｉ＝１，２，…，Ｋ）を用いて、
【００２１】
【数４】
【００２２】と表わすことにする。
【００２３】タップ数制御回路１１は、サブバンドテー
ル係数信号
【００２４】
【外４】
【００２５】と入力信号電力ｖi,k （ｉ＝１，２，…，
Ｋ）を用いて、適応フィルタの係数更新Ｕ回に１回、各
適応フィルタのタップ数を計算する。但し、Ｕは正整数
を表わす。第ｉサブバンド適応フィルタの時刻ｍＵにお
けるタップ数Ｎi,mUは、時刻（ｍ−１）Ｕにおけるタッ
プ数Ｎi,(m-1)Uを用いて、次式で与えられる。
【００２６】
【数５】
【００２７】ここに、ｍは正整数、ｔｒａｃｅ｛−｝は
行列のトレース、ＩＮＴ［・］は整数化の演算子を表
し、Ｒは一回のタップ係数再配分に際して一つのサブバ
ンドから削減されるタップ数である。このとき、各サブ
バンドのタップ数はサブバンド入力信号の電力にも依存
し、より大きな信号電力があるサブバンドには多くのタ
ップが割り当てられることになる。
【００２８】以上の評価で得られた各帯域のタップ数信
号１４０が、適応フィルタ６０i （ｉ＝１，２，…，
Ｋ）へ伝達される。
【００２９】適応フィルタ６０i （ｉ＝１，２，…，
Ｋ）のブロック図の一例を図８に示す。入力端子６１０
には間引き回路５０i からのサブバンド入力信号が、入
力端子６２０には間引き回路５１i からのサブバンド参
照信号が供給され、出力端子６３０にはサブバンド誤差
信号が出力されて補間回路７０i に伝達される。また、
入力端子６４０には、タップ数制御回路１１からタップ
数Ｎi,k が供給される。入力端子６１０に供給された信
号は１サンプリング周期の遅延を生じる複数の遅延素子
６１１1 ，…，６１１N-1 からなるタップ付き遅延線に
供給される。遅延素子６１１1 に供給された入力信号サ
ンプルは、１クロック毎に隣接する遅延素子６１１i に
転送される。各遅延素子６１１i （ｉ＝１，２，…，Ｎ
−１）の出力信号は、それぞれスイッチ６１５0 ，６１
５1 ，…，６１５N-1 を介して対応する乗算器６１３
i+1 に供給され、対応する係数発生回路６１２i+1 から
供給される信号と乗算される。乗算器６１３1 には、入
力端子６１０から信号が直接供給される。乗算器６１３
1 ，…，６１３N の出力信号は加算器６１４で全て加算
され、減算器６１６に伝達される。減算器６１６には入
力端子６２０を介してサブバンド参照信号が供給されて
おり、加算器６１４の出力信号が減算されて、出力端子
６３０へ誤差信号として伝達される。
【００３０】データ変換回路６４１はタップ数Ｎi,k を
受けて、スイッチ６１５0 ，６１５1 ，…，６１５N-1
のための制御信号に分解する。例えば、タップ数Ｎi,k
は、Ｎi,k ＝Ｕ（Ｕは正整数）という形で供給される
が、データ変換回路６４１はこれを変換して、第ｕ要素
だけが０で他の要素が全て１の数列を生成する。ここ
に、Ｕ≦ｕ≦Ｎ−１である。この数列の第ｊ要素はスイ
ッチ６１５j に供給される。スイッチ６１５0 ，６１５
1 ，…６１５N-1 は全て、１が供給された時は回路を開
き、０が供給された時は回路を閉じる。従って、スイッ
チ６１５U ，６１５U+1 ，…，６１５N-1 が全て切断さ
れ、乗算器６１３U+1 ，…，６１３N-1 には信号が伝達
されない。これは、適応フィルタがＵタップで動作して
いることと等価である。
【００３１】いま、係数更新アルゴリズムとして「文献
１」に示されたＬＭＳアルゴリズムを仮定すれば、係数
発生回路６１２i （ｉ＝１，２，…，Ｎ）の構成を示す
ブロック図は図９のように表すことができる。図８の減
算器６１６の出力が入力端子６５０に、図８のスイッチ
６１５i-1 からの信号が入力端子６６０に供給され、出
力端子６７０で得られた信号が図８の乗算器６１３i に
伝達される。入力端子６５０からの信号と入力端子６６
０からの信号は乗算器６５１で乗算され、結果は乗算器
６５２へ供給される。乗算器６５２では、供給された信
号に予め定められた定数μを乗算し、積を加算器６５３
へ伝達する。一方、加算器６５３には遅延素子６５４を
経て１サンプリング周期遅延された加算器６５３の加算
出力も供給されており、遅延素子６５４と加算器６５３
から構成されるループ回路で乗算器６５２から供給され
る値の累算演算が実行される。ループ回路を１回まわる
ことが、係数更新を１回実行したことに相当する。
【００３２】
【発明が解決しようとする課題】これまで説明してきた
従来例では、適応フィルタ６０i （ｉ＝１，２，…，
Ｋ）のタップ数Ｎi,k を適応制御する際に１回の可変量
を定数Ｒに定めていた。適応フィルタ６０i の収束時点
において十分小さな誤差レベルを達成するためにはＲが
十分小さくなければならず、収束時間が長くなる。一
方、大きなＲを用いると、収束時間は短いが、最終誤差
が十分小さくできない。このため、Ｒの選択において、
収束時間と最終誤差のトレードオフが存在していた。
【００３３】本発明の目的は、各サブバンドの適応フィ
ルタのタップ数を適応的に制御する際に、１回の可変タ
ップ数をも適応制御することにより、最終誤差が小さ
く、収束時間が短い、帯域分割適応フィルタによる未知
システム同定の方法及び装置を提供することにある。
【００３４】
【課題を解決するための手段】本発明は、入力信号を未
知システムに供給すると同時に帯域分割して複数のサブ
バンド信号を生成し、前記複数のサブバンド信号を独立
の適応フィルタに入力信号として供給し、前記未知シス
テムの出力信号を帯域分割して複数のサブバンド参照信
号を生成し、前記複数のサブバンド参照信号と前記適応
フィルタの出力信号との差分をサブバンド誤差信号と
し、前記サブバンド誤差信号を最小化するように適応フ
ィルタの係数更新アルゴリズムを用いて前記適応フィル
タの係数を更新し、更新された係数を未知システムのイ
ンパルス応答とみなすことにより未知システムを同定す
る際に、前記適応フィルタの係数値に関する情報と前記
複数のサブバンド入力信号に関する情報を受け、前記係
数値に関する情報と 前記複数のサブバンド入力信号に
関する情報を用いて前記適応フィルタのタップ数に前記
情報によって定められるタップ数を加算又は減算するこ
とによってこれを増減させ、サブバンド間で１回の操作
によって増減するタップ数を各サブバンドで増減するタ
ップ数の継続的変化によって適応制御することを特徴と
する。
【００３５】また、本発明は、入力信号を未知システム
に供給すると同時に帯域分割して複数のサブバンド信号
を生成し、前記複数のサブバンド信号を独立の適応フィ
ルタに入力信号として供給し、前記未知システムの出力
信号を帯域分割して複数のサブバンド参照信号を生成
し、前記複数のサブバンド参照信号と前記適応フィルタ
の出力信号との差分をサブバンド誤差信号とし、前記サ
ブバンド誤差信号を最小化するように適応フィルタの係
数更新アルゴリズムを用いて前記適応フィルタの係数を
更新し、更新された係数を未知システムのインパルス応
答とみなすことにより未知システムを同定する際に、前
記適応フィルタの係数値に関する情報と前記複数のサブ
バンド入力信号に関する情報を受け、前記係数値に関す
る情報と 前記複数のサブバンド入力信号に関する情報
を用いて前記適応フィルタのタップ数に前記情報によっ
て定められるタップ数を加算又は減算することによって
これを増減させ、サブバンド間で１回の操作によって増
減するタップ数を各サブバンドで増減するタップ数の相
対的関係によって適応制御することを特徴とする。
【００３６】本発明は、未知システムの入力信号を帯域
分割フィルタバンクに供給して複数のサブバンド信号を
生成し、前記複数のサブバンド信号を複数の独立の適応
フィルタに入力信号として供給し、前記未知システムの
出力信号を帯域分割フィルタバンクに供給して複数のサ
ブバンド参照信号を生成し、前記複数のサブバンド参照
信号と前記適応フィルタの出力信号を複数の減算器に供
給して差分を求め、前記差分を最小化するように適応フ
ィルタの係数更新アルゴリズムを用いて更新された適応
フィルタの係数を未知システムのインパルス応答とみな
すことにより未知システムを同定する装置において、前
記複数の適応フィルタから受けた係数値を２乗して評価
する係数２乗値評価回路と、前記係数２乗値評価回路か
ら供給された評価結果を前記複数の適応フィルタから受
けた各サブバンド入力信号の電力で重み付けした電力重
み付け係数２乗値情報を計算し、前記電力重み付け係数
２乗値情報のサブバンド間相対関係に基づいて前記複数
の適応フィルタのタップ数を算出して、さらにタップ数
制御信号に変換するタップ数制御回路と、前記タップ数
制御回路から供給されたタップ入れ替え数と電力重み付
け係数２乗値情報を用いて計算された、各サブバンドで
増減するタップ数の継続的変化に基づいて新たなタップ
入れ替え数を算出して前記タップ数制御回路に帰還する
入れ替え数制御回路と、を具備することを特徴とする。
【００３７】また本発明は、未知システムの入力信号を
帯域分割フィルタバンクに供給して複数のサブバンド信
号を生成し、前記複数のサブバンド信号を複数の独立の
適応フィルタに入力信号として供給し、前記未知システ
ムの出力信号を帯域分割フィルタバンクに供給して複数
のサブバンド参照信号を生成し、前記複数のサブバンド
参照信号と前記適応フィルタの出力信号を複数の減算器
に供給して差分を求め、前記差分を最小化するように適
応フィルタの係数更新アルゴリズムを用いて更新された
適応フィルタの係数を未知システムのインパルス応答と
みなすことにより未知システムを同定する装置におい
て、前記複数の適応フィルタから受けた係数値を２乗し
て評価する係数２乗値評価回路と、前記係数２乗値評価
回路から供給された評価結果を前記複数の適応フィルタ
から受けた各サブバンド入力信号の電力で重み付けした
電力重み付け係数２乗値情報を計算し、サブバンド間の
前記電力重み付け係数２乗値情報の比に基づいて前記複
数の適応フィルタのタップ数を算出してさらにタップ数
制御信号に変換するタップ数制御回路と、前記タップ数
制御回路から供給されたタップ入れ替え数と電力重み付
け係数２乗値情報を用いて計算された、各サブバンドで
増減するタップ数の相互の比に基づいて新たなタップ数
入れ替え数を算出して前記タップ数制御回路に帰還する
入れ替え数制御回路と、を具備することを特徴とする。
【００３８】
【作用】本発明における適応フィルタのタップ数は、各
適応フィルタから得られた係数値、入力信号などの情報
を評価し、その評価結果に応じて適応的に決定される。
【００３９】各サブバンドの適応フィルタのタップ数を
適応的に決定する際に、１回の可変量が過去の可変量を
用いて適応制御される。
【００４０】
【実施例】図面を参照して、本発明の実施例について詳
細に説明する。
【００４１】図１は本発明の第１の実施例を示すブロッ
ク図である。図１の装置と図７に示した従来の装置との
相違点は、タップ数制御回路１２及び入れ替え数制御回
路１３にある。したがって、図１において図７の構成要
素と同一の構成要素には、同じ参照番号を付して示して
ある。
【００４２】図７に示す従来例のタップ数制御回路１１
において、第ｉサブバンド適応フィルタの時刻ｍＵにお
けるタップ数Ｎi,mUは、時刻（ｍ−１）Ｕにおけるタッ
プ数Ｎi,(m-1)Uを用いて、次式で与えられる。
【００４３】
【数６】
【００４４】Φi,mUは、第ｉサブバンド適応フィルタの
時刻ｋにおける再配分タップ数を表わす。すなわち、第
ｉサブバンド適応フィルタからは、再配分のためにＲタ
ップが取り除かれ、Ｒ・Φi,mUタップが再配分されるこ
とになる。
【００４５】Φi,mUは、第ｉサブバンド適応フィルタの
時刻ｍＵにおけるタップ不足の程度を表わす指標である
と言うことができる。一つのサブバンドに着目したとき
に、この指標Φi,mUが連続して大きいということは、対
応するサブバンドの適応サブフィルタにおけるタップ不
足が著しいことになり、一回の再配分タップ数を大きく
することが望ましい。逆に指標Φi,mUが大きくなったり
小さくなったりするということは、対応するサブバンド
の適応サブフィルタにおけるタップ不足が少ないことに
なり、一回の再配分タップ数を小さくしてタップ配分の
微調整をすることが望ましい。
【００４６】この原理に基づいて本実施例のタップ数制
御回路１２においては、第ｉサブバンド適応フィルタの
時刻ｍＵにおけるタップ数Ｎi,mUが、時刻（ｍ−１）Ｕ
におけるタップ数Ｎi,(m-1)Uを用いて、次式で与えられ
る。
【００４７】
【数７】
【００４８】従来装置のタップ数制御回路１１と本実施
例装置のタップ数制御回路１２との違いは、一回の再配
分タップ数が、定数Ｒから変数Ｒ(m-1)Uに置き換えられ
ていることである。
【００４９】タップ数制御回路１２で使用される一回の
再配分タップ数Ｒ(m-1)Uは、信号１７０として入れ替え
数制御回路１３から供給される。再配分タップ数Ｒ
mUは、入れ替え数制御回路１３において、以下のとおり
計算される。
【００５０】
【数８】
【００５１】但し、γmUはｍａｘ｛Φi,mU｝を与えるサ
ブバンド指標ｉで定義される。すなわち、ｒ連続してΦ
i,mUの最大値を与えるサブバンドが等しければθmUは＋
１、そうでなければ−１となる。また、Ｒ0 は予め定め
られた定数である。入れ替え数制御回路１３には、信号
１５０としてＲ(m-1)Uが、信号１６０としてΦi,mUが供
給されて、式（１０），（１１）の演算に使用される。
一方、入れ替え数制御回路１３で計算されたＲmUは、Ｕ
サンプリング周期遅延されてＲ(m-1)Uとなり、信号１７
０としてタップ数制御回路１２に帰還された後、式
（９）の演算に使用される。
【００５２】式（９）において再配分可能なタップ数は
ＫＲ(m-1)Uであり、整数化の結果、再配分可能なタップ
数と再配分されるタップ数が一致するとは限らない。
【００５３】
【数９】
【００５４】すなわち、タップ数に過不足がある場合
は、例えばΦi,mUの値に基づいて微調整することができ
る。以上の評価で得られた各帯域のタップ数を表わす信
号１４０が、タップ数制御回路１２から適応フィルタ６
０i （ｉ＝１，２，…，Ｋ）へ伝達される。
【００５５】図２は本発明の第２の実施例を示すブロッ
ク図である。図２は、本発明の第１の実施例を示す図１
において、係数２乗値評価回路１０を係数絶対値評価回
路１４で置き換えて得られる。したがって、図２におい
て図７の構成要素と同一の構成要素には、同じ参照番号
を付して示してある。
【００５６】図２の係数絶対値評価回路１４は、図７の
係数２乗値評価回路１０が出力する
【００５７】
【外５】
【００５８】を計算し、タップ数制御回路１２に伝達す
る。タップ数制御回路１２では、式（８），（９）のか
わりに、式（１３），（１４）が実行される。
【００５９】
【数１０】
【００６０】これ以外の構成及び動作は第１の実施例と
全く同一であるが、式（１１）のγmUはｍａｘ
｛Ψi,mU｝を与えるサブバンド指標ｉで定義される。
【００６１】本発明の第３の実施例は、第１および第２
の実施例において、入れ替え数制御回路１３における再
配分タップ数ＲmUの計算を、以下のアルゴリズムで計算
するものである。
【００６２】
【数１１】
【００６３】すなわち、Φi,mUの最大値と最小値の比に
基づいて再配分タップ数ＲmUが決定される。式（１５）
は第１の実施例に対応するもので、第２の実施例には
【００６４】
【数１２】
【００６５】が対応する。再配分タップ数ＲmUの計算以
外は、第１，第２の実施例と等しい動作なので、詳細な
説明は省略する。
【００６６】以上の各実施例の説明では分析フィルタバ
ンク３，４、及び合成フィルタバンク５の構成について
は触れなかった。これらのフィルタバンクの構成と設計
については、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ
ＩＥＥＥ、第７８巻、１号、１９９０年１月、５６〜９
３ページ（以下「文献６」）に詳細に述べられている。
代表的な構成は、図３に示すＱＭＦ（クアドラチャミラ
ーフィルタ）に基づいた木構造フィルタバンクとポリフ
ェーズフィルタバンクである。木構造フィルタバンク
は、入力信号帯域の２分割を反復することで、サブバン
ド信号を得る。ポリフェーズフィルタバンクは、最終的
に得たいサブバンドに対応した帯域通過フィルタをサブ
バンドの数だけ用い、１回の分割でサブバンド信号を得
る。
【００６７】サブバンドの分割帯域幅についてもこれま
で論じなかったが、これも複数の方式がある。最も一般
的なのは、最終的なサブバンドの帯域幅が全て等しくな
る等分割である（文献６参照）。図４に、２分割と４分
割の例を示す。帯域幅ＦB の入力信号が図４（ａ）に、
入力信号を２分割したものが図４（ｂ）に、入力信号を
４分割したものが図４（ｃ）に示されている。すなわ
ち、図４（ｂ）のサブバンド帯域はＦB ／２、図４
（ｃ）のサブバンド帯域はＦB ／４である。
【００６８】等分割に対して、最終的なサブバンドの帯
域幅が等しくならない不等分割もある。図５は、不等分
割の例を示す。図５（ａ）は帯域幅ＦB の入力信号を示
している。
【００６９】図５（ｂ）は低域２帯域の帯域幅がＦB ／
４、高域１帯域の帯域幅が低域の２倍であるＦB ／２と
なっている不等分割の例である。このような不等分割
は、オクターブ構造をなす分割と呼ばれ、低域ほど狭い
帯域に分割され、高域サブバンドの帯域は低域サブバン
ドの帯域の整数倍であるという特徴がある。自然界に存
在する音響信号の多くは低域により強力なスペクトラム
成分を含む。また、高域ではスペクトラムの変化が少な
く、かつパワーも小さい。さらに、帯域分割によってサ
ブバンド内のスペクトラム分布が一様になり、サブバン
ド適応フィルタは収束も早いが、オクターブ構造の分割
では、同じ分割数で効率良くスペクトラム分布の一様化
をはかることができる。
【００７０】図５（ｃ）は低域１帯域の帯域幅がＦB ／
４、中域２帯域の帯域幅がＦB ／８、高域１帯域の帯域
幅がＦB ／２となっている不等分割の例である。これら
の不規則な不等分割も、ＱＭＦの組合せやポリフェーズ
フィルタバンクで容易に実現できる。
【００７１】また、任意の帯域幅比率の不等分割フィル
タバンクの設計法も、第６回ディジタル信号処理シンポ
ジウム講演論文集、１９９１年１１月、２６４〜２７４
ページ（以下「文献７」）に記されている。さらに、文
献３にはサブバンドの帯域と分割前の信号の帯域との比
の値よりも小さな割合で間引きを行なうオーバサンプリ
ング方式も記載されている。本発明は、分析フィルタバ
ンク３，４、及び合成フィルタバンク５の構成について
何等制約を課していないので、これらの全ての構成に対
応できる。
【００７２】続いて、本発明の第４，第５の実施例につ
いて説明する。上記第１の実施例、及び第２の実施例で
は、タップ数制御回路１２に各適応フィルタから入力信
号の電力が供給されているが、その代りに入力信号の絶
対値が供給されていても、同様の動作が期待できる。入
力信号絶対値ベクトル
【００７３】
【外６】
【００７４】を時刻ｋの第ｉ番目サブバンドにおける入
力信号絶対値ｗi,k （ｉ＝１，２，…，Ｋ）を用いて
【００７５】
【数１３】
【００７６】と表せば、式（８），（１４）に対応する
タップ数の制御式は
【００７７】
【数１４】
【００７８】で与えられる。これ以外の構成及び動作は
実施例１，２と全く同一なので、説明を省略する。
【００７９】本発明の第６の実施例として、タップ数制
御のために、入力信号の代りに参照信号を用いることも
できる。
【００８０】本発明の第７の実施例として、各サブバン
ド適応フィルタ係数値を平均化してから第１〜６の実施
例と同様に処理することができる。
【００８１】
【外７】
【００８２】を用いれば、式（８）に対応して
【００８３】
【数１５】
【００８４】が、式（１４）に対応して
【００８５】
【数１６】
【００８６】が得られる。
【００８７】以上、第１〜第７の実施例を用いて本発明
について説明してきたが、詳細な構成等はそれぞれの実
施例で相互に交換して新たな構成とすることも容易であ
る。例えば、第３の実施例に示されたＲmUの計算アルゴ
リズムを、第４，第５の実施例に適用するなどは、その
最たる例である。
【００８８】以上、エコー・キャンセラを例として本発
明の実施例について詳細に説明してきたが、同様の原理
で本発明は、ノイズ・キャンセラ、ハウリング・キャン
セラ、適応等化器等にも適用できる。さらに、タップ係
数更新アルゴリズムに関しても、例として用いたアルゴ
リズム以外の数々のアルゴリズムが適用できる。
【００８９】最後に本発明の実施態様を、以下に列記し
ておく。 （１）入力信号を未知システムに供給すると同時に帯域
分割して複数のサブバンド信号を生成し、前記複数のサ
ブバンド信号を独立の適応フィルタに入力信号として供
給し、前記未知システムの出力信号を帯域分割して複数
のサブバンド参照信号を生成し、前記複数のサブバンド
参照信号と前記適応フィルタの出力信号との差分をサブ
バンド誤差信号とし、前記サブバンド誤差信号を用いて
前記適応フィルタの係数を更新することにより未知シス
テムを同定する際に、前記適応フィルタの係数値に関す
る情報と前記複数のサブバンド入力信号に関する情報を
受け、前記係数値に関する情報と前記複数のサブバンド
入力信号に関する情報を用いて前記適応フィルタのタッ
プ数を変化させ、サブバンド間で１回の操作によって増
減するタップ数を各サブバンドで増減するタップ数の継
続的変化によって適応制御することを特徴とする帯域分
割適応フィルタによる未知システム同定の方法。 （２）増減するタップ数の最大値に対応するサブバンド
が予め定められた回数だけ連続するときに、サブバンド
間で１回の操作によって増減するタップ数を増加させ、
それ以外の場合は減少させることを特徴とする上記
（１）記載の帯域分割適応フィルタによる未知システム
同定の方法。 （３）入力信号を未知システムに供給すると同時に帯域
分割して複数のサブバンド信号を生成し、前記複数のサ
ブバンド信号を独立の適応フィルタに入力信号として供
給し、前記未知システムの出力信号を帯域分割して複数
のサブバンド参照信号を生成し、前記複数のサブバンド
参照信号と前記適応フィルタの出力信号との差分をサブ
バンド誤差信号とし、該サブバンド誤差信号を用いて前
記適応フィルタの係数を更新することにより未知システ
ムを同定する際に、前記適応フィルタの係数値に関する
情報と前記複数のサブバンド入力信号に関する情報を受
け、前記係数値に関する情報と前記複数のサブバンド入
力信号に関する情報を用いて前記適応フィルタのタップ
数を変化させ、サブバンド間で１回の操作によって増減
するタップ数を各サブバンドで増減するタップ数の相対
的関係によって適応制御することを特徴とする帯域分割
適応フィルタによる未知システム同定の方法。 （４）各サブバンドの係数値に関する情報とサブバンド
入力信号に関する情報の積を求め、各サブバンドに対応
した積の、前記積の総和に値する割合の最大値と最小値
を求め、これら最大値と最小値の比を用いてサブバンド
間で１回の操作によって増減するタップ数を制御するこ
とを特徴とする上記（３）記載の帯域分割適応フィルタ
による未知システム同定の方法。 （５）各サブバンド入力信号の代りに、サブバンド参照
信号を用いて電力重み付け係数２乗値情報を計算するこ
とを特徴とする上記（１），（２），（３）又は（４）
記載の帯域分割適応フィルタによる未知システム同定の
方法。 （６）受けた情報の２乗値を用いて前記適応フィルタの
タップ数を変化させることを特徴とする上記（１），
（２），（３），（４）又は（５）記載の帯域分割適応
フィルタによる未知システム同定の方法。 （７）受けた情報の絶対値を用いて前記適応フィルタの
タップ数を変化させることを特徴とする上記（１），
（２），（３），（４）又は（５）記載の帯域分割適応
フィルタによる未知システム同定の方法。 （８）受けた情報の２乗値又は絶対値を平均化して得ら
れる平均化情報を用いて前記適応フィルタのタップ数を
適応制御することを特徴とする上記（６）又は（７）記
載の帯域分割適応フィルタによる未知システム同定の方
法。 （９）未知システムの入力信号を帯域分割フィルタバン
クに供給して複数のサブバンド信号を生成し、前記複数
のサブバンド信号を複数の独立の適応フィルタに入力信
号として供給し、前記未知システムの出力信号を帯域分
割フィルタバンクに供給して複数のサブバンド参照信号
を生成し、前記複数のサブバンド参照信号と前記適応フ
ィルタの出力信号を複数の減算器に供給して差分を求
め、前記差分を用いて係数を更新する適応フィルタを用
いて未知システムを同定する装置において、前記複数の
適応フィルタから受けた係数値を２乗して評価する係数
２乗値評価回路と、前記係数２乗値評価回路から供給さ
れた評価結果を前記複数の適応フィルタから受けた各サ
ブバンド入力信号の電力で重み付けした電力重み付け係
数２乗値情報を計算し、前記電力重み付け係数２乗値情
報のサブバンド間相対関係に基づいて前記複数の適応フ
ィルタのタップ数を算出して、さらにタップ数制御信号
に変換するタップ数制御回路と、前記タップ数制御回路
から供給されたタップ入れ替え数と電力重み付け係数２
乗値情報を用いて計算された、各サブバンドで増減する
タップ数の継続的変化に基づいて新たなタップ入れ替え
数を算出して前記タップ数制御回路に帰還する入れ替え
数制御回路と、を具備することを特徴とする帯域分割適
応フィルタによる未知システム同定の装置。 （１０）増減するタップ数の最大値に対応するサブバン
ドが予め定められた回数だけ不変のときに一回の操作で
増減するタップ数を増加し、そうでないときは削減し新
たなタップ入れ替え数を算出することを特徴とする上記
（９）記載の帯域分割適応フィルタによる未知システム
同定の装置。 （１１）未知システムの入力信号を帯域分割フィルタバ
ンクに供給して複数のサブバンド信号を生成し、前記複
数のサブバンド信号を複数の独立の適応フィルタに入力
信号として供給し、前記未知システムの出力信号を帯域
分割フィルタバンクに供給して複数のサブバンド参照信
号を生成し、前記複数のサブバンド参照信号と前記適応
フィルタの出力信号を複数の減算器に供給して差分を求
め、前記差分を用いて係数を更新する適応フィルタを用
いて未知システムを同定する装置において、前記複数の
適応フィルタから受けた係数値を２乗して評価する係数
２乗値評価回路と、前記係数２乗値評価回路から供給さ
れた評価結果を前記複数の適応フィルタから受けた各サ
ブバンド入力信号の電力で重み付けした電力重み付け係
数２乗値情報を計算し、前記電力重み付け係数２乗値情
報のサブバンド間相対関係に基づいて前記複数の適応フ
ィルタのタップ数を算出してさらにタップ数制御信号に
変換するタップ数制御回路と、前記タップ数制御回路か
ら供給されたタップ入れ替え数と電力重み付け係数２乗
値情報を用いて計算された、各サブバンドで増減するタ
ップ数の相対関係に基づいて新たなタップ入れ替え数を
算出して前記タップ数制御回路に帰還する入れ替え数制
御回路と、を具備することを特徴とする帯域分割適応フ
ィルタによる未知システム同定の装置。 （１２）各サブバンドで増減するタップ数の最大値と最
小値の比をもって各サブバンドで増減するタップ数の相
対関係とすることを特徴とする上記（１１）記載の帯域
分割適応フィルタによる未知システム同定の装置。 （１３）タップ数制御回路は、各サブバンド入力信号の
代りに、サブバンド参照信号を用いて電力重み付け係数
２乗値情報を計算することを特徴とする上記（９），
（１０），（１１）又は（１２）記載の帯域分割適応フ
ィルタによる未知システム同定の装置。 （１４）各サブバンド信号の電力の代りに、絶対値を用
いることを特徴とする上記（９），（１０），（１
１），（１２）又は（１３）記載の帯域分割適応フィル
タによる未知システム同定の装置。 （１５）前記係数２乗値評価回路の代りに、複数の適応
フィルタから受けた係数値の絶対値を求めて比較する係
数絶対値評価回路を具備することを特徴とする上記
（８），（９），（１０），（１２），（１３）又は
（１４）記載の帯域分割適応フィルタによる未知システ
ム同定の装置。 （１６）前記係数２乗値評価回路又は前記係数絶対値評
価回路で比較を行なう前に、比較に用いるデータを平均
化する平均化回路を具備することを特徴とする上記
（８），（９），（１０），（１１），（１２），（１
３），（１４）又は（１５）記載の帯域分割適応フィル
タによる未知システム同定の装置。 （１７）複数のサブバンド信号を間引いてから複数の適
応フィルタに伝達する複数の間引き回路と、複数のサブ
バンド参照信号を間引いてから複数の減算器に伝達する
複数の間引き回路と、を具備することを特徴とする上記
（８），（９），（１０），（１１），（１２），（１
３），（１４），（１５）又は（１６）記載の帯域分割
適応フィルタによる未知システム同定の装置。
【００９０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によって、
各サブバンドの適応フィルタのタップ数を適応的に制御
する際に、１回の可変量をも適応制御することが可能と
なり、最終誤差が小さく、収束時間が短い、帯域分割適
応フィルタによる未知システム同定の方法及び装置を提
供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すブロック図であ
る。
【図２】本発明の第２の実施例を示すブロック図であ
る。
【図３】ＱＭＦとポリフェーズフィルタバンクのブロッ
ク図である。
【図４】等帯域分割を説明する図である。
【図５】不等帯域分割を説明する図である。
【図６】サブバンド毎のインパルス応答の代表例を示す
図である。
【図７】従来例を示すブロック図である。
【図８】適応フィルタを示すブロック図である。
【図９】適応フィルタの係数発生回路を示すブロック図
である。
【符号の説明】 １ 入力端子 ２ 未知系 ３ 分析フィルタバンク ４ 分析フィルタバンク ８ 合成フィルタバンク ９ 出力端子 １０ 係数２乗値評価回路 １１，１２ タップ数制御回路 １３ 入れ替え数制御回路 １４ 係数絶対値評価回路 ５０ 間引き回路 ５１ 間引き回路 ６０ 適応フィルタ群 ７０ 補間回路 ６１１1 〜６１１N-1 ，６５４ 遅延素子 ６１２1 〜６１２L 係数発生回路 ６１３1 〜６１３L ，６５１，６５２ 乗算器 ６１５1 〜６１５N-1 スイッチ ６１６，６５３ 加算器
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H04R 3/00 G10L 7/04 H04B 1/10,3/23

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力信号を未知システムに供給すると同
    時に帯域分割して複数のサブバンド信号を生成し、前記
    複数のサブバンド信号を独立の適応フィルタに入力信号
    として供給し、前記未知システムの出力信号を帯域分割
    して複数のサブバンド参照信号を生成し、前記複数のサ
    ブバンド参照信号と前記適応フィルタの出力信号との差
    分をサブバンド誤差信号とし、前記サブバンド誤差信号
    を最小化するように適応フィルタの係数更新アルゴリズ
    ムを用いて前記適応フィルタの係数を更新し、更新され
    た係数を未知システムのインパルス応答とみなすことに
    より未知システムを同定する際に、 前記適応フィルタの係数値に関する情報と前記複数のサ
    ブバンド入力信号に関する情報を受け、前記係数値に関
    する情報と 前記複数のサブバンド入力信号に関する情
    報を用いて前記適応フィルタのタップ数に前記情報によ
    って定められるタップ数を加算又は減算することによっ
    てこれを増減させ、サブバンド間で１回の操作によって
    増減するタップ数を各サブバンドで増減するタップ数の
    継続的変化によって適応制御することを特徴とする帯域
    分割適応フィルタによる未知システム同定の方法。
  2. 【請求項２】 入力信号を未知システムに供給すると同
    時に帯域分割して複数のサブバンド信号を生成し、前記
    複数のサブバンド信号を独立の適応フィルタに入力信号
    として供給し、前記未知システムの出力信号を帯域分割
    して複数のサブバンド参照信号を生成し、前記複数のサ
    ブバンド参照信号と前記適応フィルタの出力信号との差
    分をサブバンド誤差信号とし、前記サブバンド誤差信号
    を最小化するように適応フィルタの係数更新アルゴリズ
    ムを用いて前記適応フィルタの係数を更新し、更新され
    た係数を未知システムのインパルス応答とみなすことに
    より未知システムを同定する際に、 前記適応フィルタの係数値に関する情報と前記複数のサ
    ブバンド入力信号に関する情報を受け、前記係数値に関
    する情報と 前記複数のサブバンド入力信号に関する情
    報を用いて前記適応フィルタのタップ数に前記情報によ
    って定められるタップ数を加算又は減算することによっ
    てこれを増減させ、サブバンド間で１回の操作によって
    増減するタップ数を各サブバンドで増減するタップ数の
    相対的関係によって適応制御することを特徴とする帯域
    分割適応フィルタによる未知システム同定の方法。
  3. 【請求項３】 未知システムの入力信号を帯域分割フィ
    ルタバンクに供給して複数のサブバンド信号を生成し、
    前記複数のサブバンド信号を複数の独立の適応フィルタ
    に入力信号として供給し、前記未知システムの出力信号
    を帯域分割フィルタバンクに供給して複数のサブバンド
    参照信号を生成し、前記複数のサブバンド参照信号と前
    記適応フィルタの出力信号を複数の減算器に供給して差
    分を求め、前記差分を最小化するように適応フィルタの
    係数更新アルゴリズムを用いて更新された適応フィルタ
    の係数を未知システムのインパルス応答とみなすことに
    より未知システムを同定する装置において、 前記複数の適応フィルタから受けた係数値を２乗して評
    価する係数２乗値評価回路と、 前記係数２乗値評価回路から供給された評価結果を前記
    複数の適応フィルタから受けた各サブバンド入力信号の
    電力で重み付けした電力重み付け係数２乗値情報を計算
    し、前記電力重み付け係数２乗値情報のサブバンド間相
    対関係に基づいて前記複数の適応フィルタのタップ数を
    算出して、さらにタップ数制御信号に変換するタップ数
    制御回路と、 前記タップ数制御回路から供給されたタップ入れ替え数
    と電力重み付け係数２乗値情報を用いて計算された、各
    サブバンドで増減するタップ数の継続的変化に基づいて
    新たなタップ入れ替え数を算出して前記タップ数制御回
    路に帰還する入れ替え数制御回路と、を具備することを
    特徴とする帯域分割適応フィルタによる未知システム同
    定の装置。
  4. 【請求項４】未知システムの入力信号を帯域分割フィル
    タバンクに供給して複数のサブバンド信号を生成し、前
    記複数のサブバンド信号を複数の独立の適応フィルタに
    入力信号として供給し、前記未知システムの出力信号を
    帯域分割フィルタバンクに供給して複数のサブバンド参
    照信号を生成し、前記複数のサブバンド参照信号と前記
    適応フィルタの出力信号を複数の減算器に供給して差分
    を求め、前記差分を最小化するように適応フィルタの係
    数更新アルゴリズムを用いて更新された適応フィルタの
    係数を未知システムのインパルス応答とみなすことによ
    り未知システムを同定する装置において、 前記複数の適応フィルタから受けた係数値を２乗して評
    価する係数２乗値評価回路と、 前記係数２乗値評価回路から供給された評価結果を前記
    複数の適応フィルタから受けた各サブバンド入力信号の
    電力で重み付けした電力重み付け係数２乗値情報を計算
    し、サブバンド間の前記電力重み付け係数２乗値情報の
    比に基づいて前記複数の適応フィルタのタップ数を算出
    してさらにタップ数制御信号に変換するタップ数制御回
    路と、 前記タップ数制御回路から供給されたタップ入れ替え数
    と電力重み付け係数２乗値情報を用いて計算された、各
    サブバンドで増減するタップ数の相互の比に基づいて新
    たなタップ数入れ替え数を算出して前記タップ数制御回
    路に帰還する入れ替え数制御回路と、を具備することを
    特徴とする帯域分割適応フィルタによる未知システム同
    定の装置。
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