JP5086969B2 - Echo canceling apparatus, method thereof, program thereof, and recording medium thereof - Google Patents
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Description
この発明は、例えば、拡声ステレオ通信会議などで用いるエコーキャンセル装置、その方法、そのプログラム、およびその記録媒体に関する。 The present invention relates to an echo canceling apparatus, a method thereof, a program thereof, and a recording medium thereof used in, for example, a loud stereo communication conference.
図1に従来のエコーキャンセル装置の機能構成例の一部のブロック図を示す。従来のエコーキャンセル装置は例えば、非特許文献1に記載されている。図1のエコーキャンセル装置50は、2つの適応フィルタ部71、72、2つの擬似反響路部51、52と加算部8と減算部6とを具備する。また、この例では、エコーキャンセル装置が適用される環境として、ステレオ信号である場合、つまり、受話端11、12から送られてくる受話信号x1(k)、x2(k)(ただし、kは離散時刻)は再生手段(例えばスピーカ)21、22で再生され、収音手段(例えば、マイクロホン)3で収音された収音信号は、送話端4へ入力される、という環境である場合を説明する。以下の説明では、ベクトルまたは行列を示す記号を太字で示し、スカラー量を小文字で示し、この[背景技術]では、各構成部の説明は簡略化して説明する。
FIG. 1 shows a partial block diagram of a functional configuration example of a conventional echo canceling apparatus. A conventional echo canceling device is described in Non-Patent Document 1, for example. 1 includes two
受話端11、12よりの受話信号x1(k)、x2(k)はそれぞれ、適応フィルタ部71、72および擬似反響路部51、52に入力される。擬似反響路部51、52はそれぞれ、適応フィルタベクトルW1(k)、W2(k)を有し、受話信号x1(k)、x2(k)にそれぞれ適応フィルタベクトルW1(k)、W2(k)を畳み込むことで、y1(k)、y2(k)を生成する。つまり、以下の式を演算する。
y1(k)=W1 T(k)X1(k) (1)
y2(k)=W2 T(k)X2(k) (2)
ただし、Wm(k)=[wm1(k)、wm2(k)、...、wmL(k)](3)
Xm(k)=[xm(k)、xm(k−1)、...、xm(k−L+1)](4)
ここで、mを受話信号の数(チャネル数)とし、この例ではm=1、2であり、Tはベクトルの転置を示し、Lは適応フィルタのフィルタ長(タップ数)を示し、wmj(k)(j=1〜L)は適応フィルタベクトルWm(k)の各係数を示す。
Received signals x 1 (k) and x 2 (k) from the receiving ends 1 1 and 1 2 are respectively input to the
y 1 (k) = W 1 T (k) X 1 (k) (1)
y 2 (k) = W 2 T (k) X 2 (k) (2)
However, W m (k) = [w m1 (k), w m2 (k),. . . , W mL (k)] (3)
X m (k) = [x m (k), x m (k−1),. . . , X m (k−L + 1)] (4)
Here, m is the number of received signals (number of channels), m = 1, 2 in this example, T indicates transposition of the vector, L indicates the filter length (number of taps) of the adaptive filter, and w mj (K) (j = 1 to L) indicates each coefficient of the adaptive filter vector W m (k).
そして、加算部8でy1(k)とy2(k)との和が演算され、つまり、y(k)=y1(k)+y2(k)が演算され、総合擬似反響信号y(k)が求められる。総合擬似反響信号y(k)は、減算部6に入力される。
Then, the sum of y 1 (k) and y 2 (k) is calculated by the
一方、再生手段21、22から再生された再生音が、収音手段3で廻りこんで収音された場合に、当該収音された音声信号をエコー信号d(k)とする。減算部6では、エコー信号d(k)と擬似反響信号y(k)との差を計算することで残差信号e(k)を求める。具体的には、以下の式により求める。
e(k)=d(k)−y(k) (5)
On the other hand, when the reproduced sound reproduced from the reproducing
e (k) = d (k) -y (k) (5)
適応フィルタ部71、72は、残差信号e(k)、受話信号x1(k)、x2(k)を用いて、逐次、適応フィルタベクトルW1(k)、W2(k)を推定する。そして、推定された適応フィルタベクトルW1(k)、W2(k)は擬似反響路部51、52にコピーされる。適応フィルタベクトルW1(k)、W2(k)は、以下のように逐次更新される。
W1(k+1)=W1(k)+μΔW1(k) (6)
W2(k+1)=W2(k)+μΔW2(k) (7)
The
W 1 (k + 1) = W 1 (k) + μΔW 1 (k) (6)
W 2 (k + 1) = W 2 (k) + μΔW 2 (k) (7)
ここで、μは更新量を制御するパラメータである。ΔWm(k)は、時刻kにおける更新量を示し、適応アルゴリズムによって異なる。例えば、学習同定法であると、以下のようになる。
ところで、ステレオ信号で通信会議を行うためには、スピーカ2つと、マイクロホン2つ必要である。話者が話した音声は、2つのマイクロホンに収音される(上述したように、図1ではマイクロホンは1つしか示さず。)。このとき、音声は、話者から各マイクロホンまでのそれぞれのインパルス応答と畳み込まれて生成されるため、収音されたステレオ信号は相互相関が強く、かつ、相互相関は変動しない。学習同定法をはじめとする適応フィルタは、エコー信号e(k)を0にするように、適応フィルタベクトルを更新(修正)する。しかし、Hm(m=1〜M この例では、m=1、2)を、スピーカ2mからマイクロホン3までのインパルス応答と定義すると、ステレオ信号の相互相関が強く、かつ、相互相関が変動しない場合には、Wm(k)=Hmとなる真の解ではなく、
d(k)−y(k)
=H1 TX1(k)+H2 TX2(k)−(W1 TX1(k)+W2 TX2(k))
=0 (10)
となる局所解を求めてしまう。このような局所解を求めてしまうと、話者が動いたり、話者が変わるなど、ステレオ信号の相互相関が変動した際に、エコーが発生する。
By the way, two speakers and two microphones are necessary to perform a communication conference using stereo signals. The voice spoken by the speaker is picked up by two microphones (as described above, only one microphone is shown in FIG. 1). At this time, since the voice is generated by convolution with each impulse response from the speaker to each microphone, the collected stereo signal has a strong cross-correlation and the cross-correlation does not change. The adaptive filter including the learning identification method updates (corrects) the adaptive filter vector so that the echo signal e (k) becomes zero. However, when H m (m = 1 to M in this example, m = 1, 2) is defined as an impulse response from the
d (k) -y (k)
= H 1 TX 1 (k) + H 2 TX 2 (k) − (W 1 TX 1 (k) + W 2 TX 2 (k))
= 0 (10)
To find a local solution. If such a local solution is obtained, an echo is generated when the cross-correlation of the stereo signal fluctuates, such as when the speaker moves or the speaker changes.
この問題を回避するために、ステレオのエコーキャンセル装置では、受話信号に対して、非線形前処理を加える場合がある。非線形前処理は、ステレオ信号の相互相関を変動させることができるが、加える非線形前処理の量が多いと、適応フィルタが局所解に陥らない効果がある反面、音声品質やステレオの定位感を劣化させることが多い。加える非線形処理の量が少ないと、適応フィルタが局所解に陥らず、音声品質やステレオの定位感を劣化量も少ないが、適応フィルタの真値が求められるまでの収束速度が遅くなる。つまり、加える非線形前処理の量によって、適応フィルタの真値が求められるまでの収束速度と、再生音質の向上や定位感の安定度とのトレードオフとなる。この問題を解決する手法として、ステレオ信号の和差信号に相関が無いことに着目し、和差信号と収音信号のクロススペクトル演算を行う方法(例えば、特許文献1)や直交化フィルタを用いてステレオ信号を無相関化し、その無相関化されたステレオ信号をスピーカから再生する方法(特許文献2)などが提案されている。
非特許文献1に記載の発明では、ステレオエコーキャンセル装置の非線形前処理量は、再生音質の保持のため、あまり大きくできない。その結果Wm(k)=Hmとなる真値への収束速度を高速化することが難しく、エコーを消去できるまでの時間が長くなる。 In the invention described in Non-Patent Document 1, the amount of non-linear preprocessing of the stereo echo cancellation apparatus cannot be increased so much as to maintain the reproduced sound quality. As a result, it is difficult to increase the convergence speed to the true value where W m (k) = H m, and the time until the echo can be canceled becomes long.
また、特許文献1記載の発明では、和差信号の無相関を仮定しているため、無相関の仮定が成り立たない場合に、フィルタ係数を全く推定できず、エコーが消去できない場合がある。 Further, since the invention described in Patent Document 1 assumes that the sum / difference signal is uncorrelated, there is a case where the filter coefficient cannot be estimated at all and the echo cannot be canceled if the uncorrelated assumption is not satisfied.
また、特許文献2記載の発明では、直交化したステレオ信号は一定フレーム毎に無相関化されるため、そのまま再生されると、フレーム単位で定位感が変動する可能性が高いという問題がある。
Further, in the invention described in
この発明のエコーキャンセル装置は、M(M≧2)個の受話端からのM個の受話信号がM個の再生手段により再生音に変換、放出され、N個(N≧1)の収音手段に入力された収音信号から、当該再生音が収音手段により収音されたエコー信号を除去する。そしてこのエコーキャンセル装置は、ベクトル直交化部と、ベクトル正規化部と、MN個の擬似反響路部と、N個の加算部と、
前記M個の受話信号のM個の受話信号ベクトルについて、それぞれ互いに直交するM個の直交ベクトルを求めるベクトル直交化部と、N個の減算部と、MN個の直交正規化適応部と、を有する。ベクトル正規化部は、前記M個の直交ベクトルをそれぞれ正規化することで、M個の直交正規化ベクトルを求める。MN個の擬似反響路部は、それぞれが、受話信号に推定された適応フィルタを畳み込むことで、擬似反響信号を求める。N個の加算部は、それぞれが、M個の前記擬似反響信号を加算することで、総合擬似反響信号を求める。N個の減算部は、それぞれが総合擬似反響信号から前記収音信号を差し引くことで、残差信号を求める。MN個の直交正規化適応部はそれぞれが、残差信号と、前記M個の受話信号と、前記M個の直交正規化ベクトルと、から前記適応フィルタの更新量を求めるものであって、 前記ベクトル直交化部は、m番目の受話信号ベクトルをそれぞれX m (k)(m=1、...、M、以下同じ。)とし、m番目の直交ベクトルをそれぞれZ m (k)として式(11)によって前記M個の直交ベクトルZ m (k)を求め、n(n=1、...、N)番目の前記直交正規化適応部は、前記m番目の受話信号ベクトルX m (k)についての適応フィルタの更新量をΔW mn (k)とし、S m (k)をm番目の直交正規化ベクトルとし、e n (k)をn番目の収音手段についての誤差信号として式(17)により適応フィルタの更新量ΔW mn (k)を求める。
In the echo canceling apparatus of the present invention, M received signals from M (M ≧ 2) receiving ends are converted and emitted into reproduced sound by M reproducing means, and N (N ≧ 1) collected sound signals. An echo signal obtained by collecting the reproduction sound by the sound collecting means is removed from the sound collecting signal input to the means. The echo cancellation apparatus includes a vector orthogonalizing unit, a vector normalizing unit, MN pseudo echo path units, N adding units,
For M received signal vectors of the M received signals, a vector orthogonalizing unit for obtaining M orthogonal vectors orthogonal to each other, N subtracting units, and MN orthogonal normalizing adaptive units, Have. The vector normalization unit obtains M orthogonal normalization vectors by normalizing the M orthogonal vectors. Each of the MN pseudo echo path units obtains a pseudo echo signal by convolving an adaptive filter estimated to the received signal. Each of the N adders adds up the M pseudo echo signals to obtain a total pseudo echo signal. Each of the N subtracting units obtains a residual signal by subtracting the collected sound signal from the total simulated echo signal. Each of the MN orthogonal normalization adaptation units obtains an update amount of the adaptive filter from a residual signal, the M reception signals, and the M orthogonal normalization vectors , The vector orthogonalizing unit sets the m-th received signal vector to X m (k) (m = 1,..., M, and so on), and sets the m-th orthogonal vector to Z m (k). The M orthogonal vectors Z m (k) are obtained in accordance with (11) , and the n (n = 1,..., N) th orthogonal normalization adaptive unit transmits the mth received signal vector X m ( The update amount of the adaptive filter for k) is ΔW mn (k), S m (k) is the mth orthogonal normalization vector, and e n (k) is the error signal for the nth sound collecting means. (17) by the adaptive filter update amount ΔW mn (k) Seek.
この発明のエコーキャンセル装置によれば、M個の受話信号ベクトルについて、それぞれ互いに直交するM個の直交ベクトルを求めることで、相互相関を弱めることができるため、適応フィルタの収束速度を速めることができる。 According to the echo cancellation apparatus of the present invention, the cross-correlation can be weakened by obtaining M orthogonal vectors that are orthogonal to each other for the M received signal vectors, so that the convergence speed of the adaptive filter can be increased. it can.
以下に、発明を実施するための最良の形態を示す。なお、同じ機能を持つ構成部や同じ処理を行う過程には同じ番号を付し、重複説明を省略する。 The best mode for carrying out the invention will be described below. In addition, the same number is attached | subjected to the process which performs the structure part which has the same function, and the same process, and duplication description is abbreviate | omitted.
図2に、この実施例1のエコーキャンセル装置100の機能構成例を示し、図3に主な処理の流れを示す。また、この実施例では、エコーキャンセル装置100が適用される環境を説明する。M個(M≧2)の受話端1mはそれぞれ対応するスピーカ2mに接続されており、M個の受話端からの受話信号xm(k)(m=1、...、M)がM個の再生手段2mにより再生音に変換され放出される。当該再生音が1個の収音手段3で収音され、収音信号に変換され、この収音信号(つまり、再生音が収音手段3に回り込んで入力された信号)をエコー信号d(k)とする。エコーキャンセル装置100は、ベクトル直交化部8と正規化部9とM個の第m直交正規化適応部10m(m=1、...、M)、M個の第m擬似反響路部5m、加算部7、減算部6により構成されている。ベクトル直交化部8は、M個の第m直交化手段を有し、正規化部9はM個の第m正規化手段を有する。上述のように、受話信号ベクトルをXm(k)とする(前記式(4)参照)。また、本発明では、ある程度、相互相関が変動されていることを前提とする。このエコーキャンセル装置が電話会議装置で使用される場合、相互相関の変動が生じる原因となるのは、送話側の音声符号化、受話側の音声復号化、送話側の送話ノイズ抑圧処理、受話側の受話ノイズ抑圧処理、送話側の各マイクロホンのノイズ混入、その他送話側/受話側の非線形な処理、が行われた場合である。一般的に、マイクロホンに入力された信号については、ノイズ抑圧などの非線形処理を行うことが一般的であり、この発明で必要とされる相互相関の変動は必然的に生じているとする。
FIG. 2 shows a functional configuration example of the
まず、M個の受話信号xm(k)がそれぞれ第m直交化手段8mに入力されると、第m直交化手段8mは前記M個の受話信号のM個の受話信号ベクトルについて、それぞれ互いに直交するM個の直交ベクトルZm(k)を求める(ステップS2)。つまり、全てのベクトルの内積の値が0になるような直交ベクトルを求めればよい。M個の直交ベクトルZm(k)の求め方として、例えば以下のように求めることができる。
First, when the M received signals x m (k) is input to the m
この例では、第1直交化手段81、...、第m直交化手段8m、...、
第M直交化手段8Mがそれぞれ、Z1(k)、...、Zm(k)、...、ZM(k)を求める。この発明では、受話信号ベクトルXm(k)について直交ベクトルを求めることで、相互相関を弱めることが経験的に分かっているため、適応フィルタの収束速度を速めることができる。求められた直交ベクトルZm(k)(m=1、...、M)はそれぞれ対応する第m正規化手段9mに入力される。
In this example, the first orthogonalizing means 8 1 ,. . . , The m orthogonal unit 8 m,. . . ,
The M-th orthogonalizing means 8 M is respectively Z 1 (k),. . . , Z m (k),. . . , Z M (k). In the present invention, since it is empirically known that the cross-correlation is weakened by obtaining the orthogonal vector for the received signal vector X m (k), the convergence speed of the adaptive filter can be increased. The obtained orthogonal vectors Z m (k) (m = 1,..., M) are respectively input to the corresponding m-th normalization means 9 m .
第m正規化手段9mは、直交ベクトルZm(k)を正規化することで、直交正規化ベクトルSm(k)を求める(ステップS4)。つまり、正規化部9は、M個の直交ベクトルをそれぞれ正規化することで、M個の直交正規化ベクトルを求める(ステップS4)。正規化は例えば、以下のように行うことができる。 The m-th normalization means 9 m obtains an orthogonal normalized vector S m (k) by normalizing the orthogonal vector Z m (k) (step S4). That is, the normalization unit 9 obtains M orthogonal normalization vectors by normalizing M orthogonal vectors, respectively (step S4). For example, normalization can be performed as follows.
このような正規化を行うことで、それぞれの受話信号のパワー差が大きい場合であっても、適応フィルタの収束速度の高速化が実現できる。第m正規化手段9mよりの直交正規化ベクトルSm(k)(m=1、...、M)は全て、第m直交正規化適応部10mそれぞれに入力される。
By performing such normalization, the convergence speed of the adaptive filter can be increased even when the power difference between the received signals is large. Orthogonal normalized vector than the m normalization means 9 m S m (k) ( m = 1, ..., M) are all input to each of the m orthogonal
直交正規化適応部はM個あり、それぞれの直交正規化適応部が減算部6よりの残差信号e(k)と、M個の受話信号ベクトルXm(k)と、M個の直交正規化ベクトルSm(k)と、から適応フィルタベクトルWm(k)の更新量ΔWm(k)を求める(ステップS12)。例えば、第1の手法として、以下の式により、更新量ΔWm(k)を求めることができる。
There are M orthogonal normalization adaptation units, and each orthogonal normalization adaptation unit has a residual signal e (k) from the
そして、第m直交正規化適応部10mは、第m擬似反響路部のフィルタ係数W(k)を
Wm(k+1)=Wm(k)+μΔWm(k) (14)
により更新する。
Then, the m-th orthogonal
Update with
また、式(13)の右辺の分母または分子の演算処理はどちらを先に行っても良い。また、ΔWm(k)(m=1、...、M)全ての演算処理において、分母は共通している。従って、最初に分母を演算して記憶部(図示せず)に記憶させ、その後、適応フィルタベクトルWm(k)の更新量ΔWm(k)を求めてもよい。 In addition, either the denominator on the right side of Equation (13) or the numerator computation processing may be performed first. In addition, ΔW m (k) (m = 1,..., M) has a common denominator in all arithmetic processes. Therefore, the denominator may be calculated first and stored in a storage unit (not shown), and then the update amount ΔW m (k) of the adaptive filter vector W m (k) may be obtained.
次に、更新量ΔWm(k)を求める第2の手法として、例えば、p個の過去の値を使う以下の更新式を用いても良い。
ΔWm(k)=Um(k)[Σi=1 mUi T(k)Vi(k)]−1E(k)
Um(k)=[Sm(k)、Sm(k−1)、...、Sm(k−p+1)]
Vm(k)=[Xm(k)、Xm(k−1)、...、Xm(k−p+1)]
E(k)=[e(k)、(1−μ)e(k−1)、...、(1−μ)p−1e(k−p+1)]
Next, as a second method for obtaining the update amount ΔW m (k), for example, the following update formula using p past values may be used.
ΔW m (k) = U m (k) [Σ i = 1 m U i T (k) V i (k)] −1 E (k)
U m (k) = [S m (k), S m (k−1),. . . , S m (k−p + 1)]
V m (k) = [X m (k), X m (k−1),. . . , X m (k−p + 1)]
E (k) = [e (k), (1-μ) e (k−1),. . . , (1-μ) p−1 e (k−p + 1)]
第m擬似反響路部5m、加算部7、減算部6の処理内容は、従来と同様であるが、念のため、簡単に説明する。第m擬似反響路部5mは受話信号ベクトルXm(k)にWm(k)を畳み込むことで、第m擬似反響信号ym(k)を求める(ステップS6)。つまり、以下の式により求める。
ym(k)=Wm(k)Xm(k) (15)
The processing contents of the m-th pseudo
y m (k) = W m (k) X m (k) (15)
加算部7は、M個の擬似反響信号ym(k)を加算することで、総合擬似反響信号y(k)を求める。つまり、以下の式により求める(ステップS8)。
y(k)=Σm=1 Mym(k) (16)
The
y (k) = Σ m = 1 M y m (k) (16)
減算部6は、総合擬似反響信号y(k)から収音信号d(k)を差し引くことで、残差信号e(k)を求める(ステップS10)。そして、残差信号e(k)は、第m直交正規化適応部10mそれぞれに入力される。
The subtracting
また、上記説明や図2では、ベクトル直交化部8と正規化部9とは、個別に処理を行う旨を記載したが、ベクトル直交化部8と正規化部9とを統合した構成にしても良い。また、再生手段、収音手段のうち少なくとも1つを含めたものをエコーキャンセル装置としても良い。
In the above description and FIG. 2, it has been described that the
このように、多チャネル(ステレオでは2チャネル)のエコーキャンセル装置の適応フィルタにおいては、再生音質や定位感の確保のため、収音信号の相互相関を変動させるための非線形前処理を少なくする必要がある。そのため、適応フィルタが真値に収束するのに時間がかかる。この実施例では、ある程度相互相関が変動されている受話信号を適応フィルタに畳み込む前に、直交化することで、音質や定位感を損なわずに相互相関を弱めることができることが経験的にわかっており、収束速度を速めることができる。また、直交化後の受話信号を正規化することにより、元々の受話信号のパワー差によらず、収束速度の高速化が実現できる。 Thus, in an adaptive filter of a multi-channel (two channels in stereo) echo cancellation device, it is necessary to reduce non-linear pre-processing for changing the cross-correlation of the collected sound signals in order to ensure reproduction sound quality and a sense of localization There is. Therefore, it takes time for the adaptive filter to converge to the true value. In this embodiment, it has been empirically found that cross-correlation can be weakened without deteriorating sound quality and localization by orthogonalizing the received signal whose cross-correlation has been fluctuated to some extent before convolution with the adaptive filter. The convergence speed can be increased. In addition, by normalizing the received signal after orthogonalization, the convergence speed can be increased regardless of the power difference of the original received signal.
実施例1では、収音手段が1つである場合について説明をした。実施例2では、収音手段がN個(N≧2であり、以下、収音手段3n(n=1、...、N)と示す。)ある場合について説明する。図4に、実施例2のエコーキャンセル装置200を示す。また、説明簡略化のために、ベクトル直交化部8と正規化部9をまとめて第1演算部20とし、M個の第m直交正規化適応部10mと、M個の第m擬似反響路部5mと、加算部7と、減算部6と、をまとめて、第2演算部30n(n=1、...、N)とする。第2演算部30nは対応する収音手段3nに接続されている。つまり、直交正規化適応部および擬似反響路部はそれぞれMN個あり、以下ではこれらをそれぞれ、第mn直交正規化適応部10mn(m=1、...、M n=1、...、N)、第mn擬似反響路部5mnという。
In the first embodiment, the case where there is one sound collecting unit has been described. In the second embodiment, a case will be described in which there are N sound collecting means (N ≧ 2, and hereinafter referred to as sound collecting means 3 n (n = 1,..., N)). FIG. 4 shows an echo cancellation apparatus 200 according to the second embodiment. For simplification of description, the
第1演算部20中の第m正規化部9m(m=1、...、M)よりの直交正規化ベクトルSmはそれぞれ、添え字mが対応する第mn直交正規化適応部10mnに入力される。
Orthogonal normalization vectors S m from the m-th normalization unit 9 m (m = 1,..., M) in the
第mn直交正規化適応部10mnで求まる更新量をΔWmn(k)とし、第2演算部30n中の減算部6nから出力される誤差信号をen(k)とする。第mn擬似反響路部が有する適応フィルタベクトルをWmn(k)とする。第mn直交正規化適応部10mnは更新量ΔWmn(k)を例えば、以下のように求めることができる。
The update amount obtained by the mn orthogonal
そして、第mn直交正規化適応部10mnは、第mn擬似反響路部5mnが有する適応フィルタベクトルWmn(k)を以下のように更新する。
Wmn(k+1)=Wmn(k)+ΔWmn(k) (18)
このように、収音手段が2以上ある場合であっても、この発明のエコーキャンセル装置であれば、効果的に適応できる。
Then, the mn orthogonal
W mn (k + 1) = W mn (k) + ΔW mn (k) (18)
Thus, even if there are two or more sound collecting means, the echo canceling apparatus of the present invention can be effectively applied.
[シミュレーション結果]
次に、従来と本願のエコーキャンセル装置について、効果を確かめるためのシミュレーション結果を示す。シミュレーション条件を述べる。再生手段を2つとし(つまり、ステレオ方式)、受話端1mからの受話信号は白色雑音に実測した2つのインパルス応答を畳み込み、ステレオ信号とした。そして、従来のエコーキャンセル装置では、非線形前処理として、以下で示される半波整流付加を行った。ただし、r=0.3とする。
[simulation result]
Next, simulation results for confirming the effects of the conventional echo canceling apparatus and the present application will be shown. The simulation conditions are described. Two reproducing means (that is, a stereo system) were used, and the received signal from the receiving end 1 m was convoluted with two impulse responses measured on white noise to obtain a stereo signal. And in the conventional echo cancellation apparatus, the half wave rectification addition shown below was performed as nonlinear pre-processing. However, r = 0.3.
従来のエコーキャンセル装置で用いたアルゴリズムは学習同定法である。また、2つの独立した白色雑音を指数減衰させて、近端のインパルス応答とした。実験結果を図5に示す。図5の横軸は時間を示し、縦軸を係数誤差とする。係数誤差ce(k)の式は、以下の式で表される The algorithm used in the conventional echo cancellation apparatus is a learning identification method. Two independent white noises were exponentially attenuated to obtain a near-end impulse response. The experimental results are shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 5 represents time, and the vertical axis represents coefficient error. The equation of the coefficient error ce (k) is expressed by the following equation:
そして、このシミュレーションでは、係数誤差が−20dBになるまでの収束時間を比較する(図5では破線で示している部分)。図5からも理解されるように、本発明の手法は、従来の学習同定法と比較して、収束速度を約1.8倍速めることができる。 In this simulation, the convergence time until the coefficient error becomes −20 dB is compared (portion indicated by a broken line in FIG. 5). As understood from FIG. 5, the method of the present invention can increase the convergence speed by about 1.8 times compared with the conventional learning identification method.
図6に2つの受話信号x1(k)、x2(k)について、それぞれのパワー差がある場合の効果を確かめるためのシミュレーション結果を示す。図6の場合のシミュレーション条件とは、受話信号の生成方法が異なり、インパルス応答の応答実測の際に、ステレオ信号間(つまり、受話信号x1(k)とx2(k)の間)にパワー差が発生するような配置で測定を行った。その他のシミュレーション条件は図5の場合と同様である。図6からも理解できるように、本発明の手法は、従来の学習同定法と比較して、収束速度を約2.5倍速めることができる。 FIG. 6 shows a simulation result for confirming the effect when there is a power difference between the two received signals x 1 (k) and x 2 (k). 6 differs from the simulation conditions in the case of FIG. 6 in that the method of generating the received signal is different, and between the stereo signals (that is, between the received signals x 1 (k) and x 2 (k)) in the response measurement of the impulse response. Measurements were taken in an arrangement that would cause a power difference. Other simulation conditions are the same as in FIG. As can be understood from FIG. 6, the method of the present invention can increase the convergence speed by about 2.5 times as compared with the conventional learning identification method.
以上の各実施形態の他、本発明であるエコーキャンセル装置は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。また、エコーキャンセル装置において説明した処理は、記載の順に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されるとしてもよい。 In addition to the above embodiments, the echo canceling apparatus according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. Further, the processes described in the echo canceling apparatus are not only executed in time series in the order described, but may be executed in parallel or individually as required by the processing capability of the apparatus that executes the processes. .
また、この発明のエコーキャンセル装置における処理をコンピュータによって実現する場合、エコーキャンセル装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、エコーキャンセル装置における処理機能がコンピュータ上で実現される。 Further, when the processing in the echo cancellation apparatus of the present invention is realized by a computer, the processing contents of the functions that the echo cancellation apparatus should have are described by a program. Then, by executing this program on the computer, the processing function in the echo canceling apparatus is realized on the computer.
この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。具体的には、例えば、磁気記録装置として、ハードディスク装置、フレキシブルディスク、磁気テープ等を、光ディスクとして、DVD(DigitalVersatileDisc)、DVD−RAM(RandomAccessMemory)、CD−ROM(CompactDiscReadOnlyMemory)、CD−R(Recordable)/RW(ReWritable)等を、光磁気記録媒体として、MO(Magneto−Opticaldisc)等を、半導体メモリとしてEEP−ROM(ElectronicallyErasableandProgrammable−ReadOnlyMemory)等を用いることができる。 The program describing the processing contents can be recorded on a computer-readable recording medium. As the computer-readable recording medium, for example, any recording medium such as a magnetic recording device, an optical disk, a magneto-optical recording medium, and a semiconductor memory may be used. Specifically, for example, as a magnetic recording device, a hard disk device, a flexible disk, a magnetic tape, or the like, and an optical disk such as a DVD (Digital Versatile Disc), a DVD-RAM (Random Access Memory), a CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), a CD-R (Recordable). ) / RW (ReWritable), etc., magneto-optical recording medium, MO (Magneto-Optical disc), etc., semiconductor memory, EEP-ROM (Electronically Erasable Programmable-Read Only Memory), etc. can be used.
また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したDVD、CD−ROM等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。 The program is distributed by selling, transferring, or lending a portable recording medium such as a DVD or CD-ROM in which the program is recorded. Furthermore, the program may be distributed by storing the program in a storage device of the server computer and transferring the program from the server computer to another computer via a network.
このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の記録媒体に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。また、サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるASP(ApplicationServiceProvider)型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。なお、本形態におけるプログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの(コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータ等)を含むものとする。 A computer that executes such a program first stores, for example, a program recorded on a portable recording medium or a program transferred from a server computer in its own storage device. When executing the process, the computer reads a program stored in its own recording medium and executes a process according to the read program. As another execution form of the program, the computer may directly read the program from a portable recording medium and execute processing according to the program, and the program is transferred from the server computer to the computer. Each time, the processing according to the received program may be executed sequentially. Further, the above-described processing may be executed by a so-called ASP (Application Service Provider) type service that realizes a processing function only by an execution instruction and result acquisition without transferring a program from the server computer to the computer. Good. Note that the program in this embodiment includes information that is used for processing by an electronic computer and that conforms to the program (data that is not a direct command to the computer but has a property that defines the processing of the computer).
また、この形態では、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、エコーキャンセル装置を構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。 In this embodiment, the echo canceling apparatus is configured by executing a predetermined program on a computer. However, at least a part of these processing contents may be realized by hardware.
Claims (4)
前記M個の受話信号のM個の受話信号ベクトルについて、それぞれ互いに直交するM個の直交ベクトルを求めるベクトル直交化部と、
前記M個の直交ベクトルをそれぞれ正規化することで、M個の直交正規化ベクトルを求めるベクトル正規化部と、
それぞれが、受話信号に推定された適応フィルタを畳み込むことで、擬似反響信号を求めるMN個の擬似反響路部と、
それぞれが、M個の前記擬似反響信号を加算することで、総合擬似反響信号を求めるN個の加算部と、
それぞれが総合擬似反響信号から前記収音信号を差し引くことで、残差信号を求めるN個の減算部と、
それぞれが、残差信号と、前記M個の受話信号ベクトルと、前記M個の直交正規化ベクトルと、から前記適応フィルタの更新量を求めるMN個の直交正規化適応部と、を具備し、
前記ベクトル直交化部は、
m番目の受話信号ベクトルをそれぞれX m (k)(m=1、...、M、以下同じ。)とし、m番目の直交ベクトルをそれぞれZ m (k)とすると、
により、前記M個の直交ベクトルZ m (k)を求め、
n(n=1、...、N)番目の前記直交正規化適応部は、前記m番目の受話信号ベクトルX m (k)についての適応フィルタの更新量をΔW mn (k)とし、S m (k)をm番目の直交正規化ベクトルとし、e n (k)をn番目の収音手段についての誤差信号とすると、
により適応フィルタの更新量ΔW mn (k)を求めることを特徴とするエコーキャンセル装置。 M received signals from M (M ≧ 2) receiving ends are converted and emitted into reproduced sound by M reproducing means, and are input to N (N ≧ 1) sound collecting means. From the echo canceller for removing the echo signal from which the reproduced sound is picked up by the sound pickup means,
A vector orthogonalization unit for obtaining M orthogonal vectors orthogonal to each other for M reception signal vectors of the M reception signals;
A vector normalization unit for obtaining M orthogonal normalization vectors by normalizing the M orthogonal vectors;
Each of the MN pseudo-resonance path units for obtaining the pseudo-resonance signal by convolving the estimated adaptive filter with the received signal,
N adders for obtaining a total simulated echo signal by adding M pseudo echo signals,
N subtracting units each for obtaining a residual signal by subtracting the collected sound signal from the total simulated echo signal;
Each comprising MN orthogonal normalization adaptation units for obtaining an update amount of the adaptive filter from a residual signal, the M received signal vectors, and the M orthogonal normalization vectors ,
The vector orthogonalization unit includes:
If the m-th received signal vector is X m (k) (m = 1,..., M, and so on), and the m-th orthogonal vector is Z m (k) , respectively .
To obtain the M orthogonal vectors Z m (k),
The n (n = 1,..., N) th orthogonal normalization adaptation unit sets ΔW mn (k) as the adaptive filter update amount for the mth received signal vector X m (k) , and S If m (k) is the mth orthogonal normalization vector and e n (k) is the error signal for the nth sound collection means,
An echo cancellation apparatus characterized by obtaining an update amount ΔW mn (k) of the adaptive filter by
前記M個の受話信号のM個の受話信号ベクトルについて、それぞれ互いに直交するM個の直交ベクトルを求めるベクトル直交化過程と、
前記M個の直交ベクトルをそれぞれ正規化することで、M個の直交正規化ベクトルを求めるベクトル正規化過程と、
受話信号に推定された適応フィルタを畳み込むことで、擬似反響信号を求める擬似反響路過程と、
M個の前記擬似反響信号を加算することで、総合擬似反響信号を求めるN個の加算過程と、
総合擬似反響信号から前記収音信号を差し引くことで、残差信号を求めるN個の減算過程と、
残差信号と、前記M個の受話信号と、前記M個の直交正規化ベクトルと、から前記適応フィルタの更新量を求めるMN個の直交正規化適応過程と、を有し、
前記ベクトル直交化過程は、
m番目の受話信号ベクトルをそれぞれX m (k)(m=1、...、M、以下同じ。)とし、m番目の直交ベクトルをそれぞれZ m (k)とすると、
により、前記M個の直交ベクトルZ m (k)を求め、
前記直交正規化適応過程は、前記m番目の受話信号ベクトルX m (k)についての適応フィルタの更新量をΔW mn (k)とし、S m (k)をm番目の直交正規化ベクトルとし、e n (k)をn番目の収音手段についての誤差信号とすると、
により適応フィルタの更新量ΔW mn (k)を求めることを特徴とするエコーキャンセル方法。 M received signals from M (M ≧ 2) receiving ends are converted and emitted into reproduced sound by M reproducing means, and are input to N (N ≧ 1) sound collecting means. From the echo cancellation method for removing the echo signal from which the reproduced sound is picked up by the sound pickup means,
A vector orthogonalization process for obtaining M orthogonal vectors orthogonal to each other for M received signal vectors of the M received signals;
A vector normalization process for obtaining M orthogonal normalization vectors by normalizing the M orthogonal vectors;
By convolving the estimated adaptive filter with the received signal, a pseudo echo path process for obtaining a pseudo echo signal,
N addition processes for obtaining a total pseudo echo signal by adding the M pseudo echo signals;
N subtraction processes for obtaining a residual signal by subtracting the collected sound signal from the total simulated echo signal;
Possess a residual signal, wherein the M pieces of received signals, wherein the M pieces orthogonal normalized vector of the MN number of orthogonal normalized adaptation process for obtaining the update amount of the adaptive filter from a
The vector orthogonalization process is:
If the m-th received signal vector is X m (k) (m = 1,..., M, and so on), and the m-th orthogonal vector is Z m (k) , respectively .
To obtain the M orthogonal vectors Z m (k),
In the orthogonal normalization adaptation process, the update amount of the adaptive filter for the m-th received signal vector X m (k) is ΔW mn (k), S m (k) is the m-th orthogonal normalization vector, If e n (k) is an error signal for the nth sound collecting means,
An echo cancellation method characterized in that the update amount ΔW mn (k) of the adaptive filter is obtained by
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