JPS5831129B2

JPS5831129B2 - エコ−制御方式

Info

Publication number: JPS5831129B2
Application number: JP16519678A
Authority: JP
Inventors: 誠一山本; 征士来山
Original assignee: Kokusai Denshin Denwa KK
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1978-12-28
Filing date: 1978-12-28
Publication date: 1983-07-04
Also published as: JPS5591241A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、逐次受信信号とエコー信号とを用いてエコー
パスの伝送特性を推定しつ＼エコーを打消す適応形エコ
ーキャンセラに関するものである。

衛星回線などの長遅延電話回線におけるエコーは通話品
質を著しく劣化させる原因となっている。

現用されているエコーサプレッサはエコーを効果的に阻
止することはできるが、言葉の切断並びに重畳通話時の
エコーの漏れ等の通話品質の劣化を原理的に避けること
ができないといった欠点がある。

このため、新しいエコー制御装置としてエコーキャンセ
ラが注目されている。

エコーキャンセラの原理は、受信信号とエコー信号から
エコーパスの伝送特性を推定しつつ、その結果に基づい
て擬似エコー信号を生成し、真のエコー信号から差引く
ことによりエコーを打消すことである。

従来のエコーキャンセラのエコーパス（７）伝送％性を
推定するアルゴリズムとしては、学習同定法に基づくも
のが主であったが、この方式は入力信号として音声信号
を用いた場合は、音声信号の強い相関性のために白色雑
音を入力とした場合に比して、収束時間も長くエコー打
消量も不充分であった。

本発明者等は、上記欠点をなくすために、予め定めた時
間長毎の受信信号を用いて、受信信号を自己回帰モデル
の出力とした場合の２乗誤差の意味で最適な自己回帰係
数を求め、この自己回帰係数を用いた受信信号の予測値
と受信信号との差信号および前記自己回帰係数を用いた
エコー信号の予測値とエコー信号との差信号を求め、前
記受信信号の差信号とエコー信号の差信号を用いてエコ
ーパスの伝送特性を逐次推定し、逐次推定された推定伝
送特性を用いて擬似エコー信号を作成し、真のエコー信
号から差引くことによりエコーを打消すことができるよ
うに構成され、自己回帰モデルの次数を適当に選択する
ことにより、受信信号の差信号を白色化することが可能
であり、収束時間も短くエコー打消量も従来の方式に比
して極めて犬きくなる効果を有するエコー制御方式を提
案した「特願昭５３−５７１２９号（エコー制御方式」
参照）。

この方式はメインパスにレジスタを挿入することにより
、処理の実時間性を保持している。

確かに、この方式はエコーパス同定の方式としては優れ
ているが、メインパスにレジスタを挿入するため、遅延
時間が増すという欠屯があった。

またエコーキャンセラの障害時にはメインパスが切断さ
れ通話不能になるという欠点があった。

本発明はメインパスにレジスタを挿入することなく、前
記先願方式と同程度の特性を有するエコー制御方式を提
供するものである。

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明するが、説明
の簡単化のために、真の信号と予測値との差信号を残差
信号と呼ぶ。

図１は、本発明によるエコーキャンセラの原理を説明す
るための構成図を示している。

１はエコーキャンセラ、２は受信側入力端子、３は送信
側出力端子、４は受信側出力端子、５は送信側入力端子
、６はハイブリッドコイル、７は電話機等の端末装置、
８は回帰係数算出器、９はレジスタ、１０は予測器、１
１は減算器、１２はレジスタ、１３はたたみ込み演算器
、１４は予測器、１５゜１６は減算器、１７は修正器、
１８はレジスタ、１９は加算器、２０は減算器、２１は
レジスタである。

なお説明の簡単化のために、エコーキャンセラ１内では
信号はディジタル化されているものとし、また図１では
省略されているが、当然クロックは各部に供給されてい
るものとする。

図示に沿って動作を説明すると、受信側入力端子２から
入力された受信信号は、受信側出力端子４とハイブリッ
ドコイル６を通って端末装置７へ送られるが、受信信号
の一部はハイブリッドコイル６を通ってエコーとして送
信側入力端子５に入る。

一方、エコーキャンセラ１の内部では、受信信号Ｘｊは
回帰係数算出器８へ送られると共に、レジスタ９で一定
時間遅延された後予測器１０へ送られる。

回帰・係数算出器８では、予め定めた時間内の受信信号
ｘ＝（Ｘｌ、Ｘ２・・・・・・、ＸＬ）を用いて回帰係
数ａ−（ａｌ、ａ２．・・・・・・、ａＭ）を求める。

そのアルゴリズムは例えばＤｕｒｂｉｎ方法（文
献、Ｄｕｒｂｉｎ、Ｊ、（１９６０）ＴｈｅＦｉｔ
ｔｉｎｇｏｆｔｉｍｅ−ｓｅｒｉｅｓｍｏｄｅｌｓ
Ｒｅｖ、Ｉｎ５ｔ。

５ｔａｔ、、２８，２３３−２４４）による。

すなわちとして漸化的に求められる。

回帰係数算出器８は他の部分に比して処理速度が遅くて
良いから、マイクロプロセッサを中心として構成できる
。

なお、回帰係数ａ１ｙａ２ｙ ”’ ｚａＭハ各々（
４）、（５）式（Ｄａｌ（１Ｍ）。

ａ（Ｍ）、・・・、ａ（Ｍ）に対応している。

回帰係数算出器８で求められた回帰係数中＝（ａｌｓ
ａ２＋ ”・ｓａＭ）は予測器１０および１
４に転送される。

予測器１０は回帰係数中とレジスタ９を通って送られる
受信信号を用いて、時刻ｊにお八八ける受信信号の予測値Ｘｊとして、ＸＪ二、Σ ａ１
ＸＪ−１を作成する。

ｌ二１予測器１０の構成は、図２に示される通りであり、図２
ではＭ＝５の場合について示しである。

１０１．１０２，１０３，１０４，１０５は遅延素子、
１１１，１１２，１１３，１１４，１１５は乗算器、１
２０は加算器である。

予測器１０の出力Ｘｊは減算器１１に転送される。

減算器１１では、受信信号Ｘｊと予測器１０の出へ
入力Ｘ・か
ら、残差信号Ｘｊ＝Ｘｊ−Ｘｊが作成され、レジスタ
ー２に転送される。

レジスター２内の信号Ｘｊ：（ＸＪ１．？’−２，”
’、Ｘ’−Ｎ）は、レジスター８に記憶されるエコーパ
スの推定伝送特性を示す信号１ｈ二（ｈｌ、ｈ２．・・
・、ｈＮ）とたたみ込み演算器１３内でたたみ込み演算
ｉす□ｈｉＹＪ −Ｉが行なわれ、演算結果〜二
、Σ ｈ・Ｘ・・が、１＝ｌＩＪ−１減算器１６に転送される。

一方、送信側入力端子５から入力されたエコー信号ｙ・
は、レジスタ２１および減算器２０に送られる。

レジスタ２１の出力が印加される予測器１４では回帰係
数算出器８から転送された回帰係数車とエコー信号ｙ・
を用いて、時刻ｊにおけるエバ八Ｍコー信号の予測値ｙ、として、ｙｊ−ｉ王□ａｉｙｊ−
ｉを作成し、減算器１５では、エコー信号ｙｊと予測器
八番１４の
出力ｙｊから、残差信号ｙｊ−ｙ、−ｙＪが作成され、
減算器１６に転送される。

減算器１６では、減算器１５からの信号ｙｊとたたみ込
み演算ハム器１３からの信号〜から、誤差信号ｅｊ＝ｙｊ＝ｙ７ｊが作り出され、修正器１７に転送される。

修正器１７では誤差信号ｅＪＬレジスター２の信号
Ｘｊ＝（Ｘｊ−１ｊＸｊ−２ｊ”’５Ｘｊ−Ｎ）を用０
）で、１ｈＪ＋１＝１ｈｊ−ａｅＪｘｊ
（７）１１ン・；１２トイウ学習同定法のアルゴリズム（Ｊ、Ｎａｇｕ−ｍ
ｏａｎｄＡ、Ｎｏｄａ：Ａｌｅｒｎｉｎｇｍｅ
ｔｈｏｄｆｏｒｓｙｓｔｅｍ１ｄｅｎｔｉｆｉ
ｃａｔｉｏｎ”、ＩＥＥＥＴｒａ−ｎｓ、、ＡＣ−１
２，３，Ｐ、２８２（Ｊｕｎｅ１９７６）、参照）
に従って、レジスタ１８内の値１ｈ・＝（ｈｔ。

ｈ２．・・・・・・、ｈＮ）を修正する。

（７式で１ｈは修正される前のレジスタ１８内の値を
示し、Ｉｈｊ＋１は修正された後のレジスタ１８内の値
を示している。

ここでαはＯくαく２の任意の値であるが、通常α＝１
とされる。

一方、加算器１９に転送された予測器１４の出ハ
バカｙ・は、た
たみ込み演算器１３の出力ｙｊと加えＡられて、その結果ｙ’：＝ｙｊ＋ｙｊは減算器２０
に転送される。

減算器２０ではエコー信号ｙ・から、加算器１９の出力
が差し引かれ、誤差ｅ・ニｙｊ−ｙｊは送信側出力端子
３を通って、送出される。

この場合、レジスター８内の信号がエコーパスの伝送特
性が同一となれば、誤差ｅは０となり、送話者へのエコ
ーは消滅する。

図１で、回帰係数算出器８の出力である回帰係数ｄを全
て強制的にＯにすれば、予測器１０および１４の出力は
Ｏとなり、減算器１１および１５の出力は各々受信信号
Ｘ・エコー信号ｙ・となり、従来のエコーキャンセラ
と同一の構成となる。

従って、予測器１０および１４の構成は既に説明したの
で、次に回帰係数算出器８について詳細に説明する。

図３ａは回帰係数算出器８の構成例図である。

図３で２０１はシリアルパラレル変換器、２０２゜２０
３はレジスタ、２０４はフリップフロップ、２０５は加
算器、２０６は乗算器、２０７はゲート、２０８は累積
器、２０９は定数倍器、２１０はレジスタ、２１１はフ
リップフロップ、２１２゜２１３．２１４はカウンタ、
２１６はゲート、２１７はメモリ、２１８はマイクロプ
ロセッサである。

図示に沿って、動作を説明すると、図１の受信側入力端
子２から入力された受信信号Ｘは、シリアルパラレル変
換器２０１に転送され、シリアルパラレル変換器２０１
にＬ個信号が蓄積されると、レジスタ２０２，２０３お
よびフリップフロップ２０４に転送される。

レジスタ２０２゜２０３およびフリップフロップ２０４
の信号は同期して巡回することにより、乗算器２０６で
ＸＪＸＪが求められ、累積器２０８に転送される
。

累積器２０８では乗算器２０６からの信号Ｘ・ＸＪＪの累積値、Σ Ｘ・Ｘ・を求める。

カウンタ２１２」＝１ｊＪはクロックＬ個毎に信号を出し、累積器２０８の内容を
、定数倍器２０９に送る。

定数倍器２０９では、累積器２０８からの値占ＸＪＸＪ
に対して、定数（１／Ｌ）をかけ、レジスタ２１０に送
る。

カウンタ２１２からの信号はマイクロプロセッサ２１８
の割込み線を通じて、マイクロプロセッサ２１８に、レ
ジスタ２１０内の信号を読むように指示を与える。

これに対し、マイクロプロセッサ２１８は、通常の計算
器の動作で、レジスタ２１０内の信号をメモリ２１７内
の特定番地に書き込む。

一方、カウンタ２１３はクロック（Ｌ−１−１）個毎に
信号を出すため、フリップフロップ２１１は、図３ｂの
ようにクロックＬ個毎に引き続くクロック１，２．３・
・・個の間、状態”１″を保ち、その間ゲート２０７は
閉じられる。

図３ｂで３００はクロック、３０１はカウンタ２１２の
出力、３０２はカウンタ２１３の出力、３０３はフリッ
プフロップ２１１の状態を示している。

このためレジスタ２０３内の信号は、クロックＬ個毎に
レジスタ２０２内の信号に対して１個ずつ変位して、図
３０に示す通りとなる。

図３ｃで４００はレジスタ２０２内の信号、４０１，４
０２，４０３は各各り、２Ｌ、３Ｌクロツク後のレジス
タ２０３およびフリップフロップ２０４内の信号である
。

その結果、前と同様にしてレジスタ２１０には順次、口
ＩＬＩＬ信号−０Σ ＸｊＸｊ＋ｌｓ丁、Ｘ：、ｘＪｘｊ＋
２．−がＬＪ＝ＩＪ転送される。

カウンタ２１４はカウンタ２１２の信号をＭ個計数する
と、ゲート２１６を閉じ、その結果レジスタ２１０内の
Ｍ個の信号が、マイクロプロセッサ２１８により、メモ
リ２１７に取り込まれる。

マイクロプロセッサ２１８は、レジスタ２１０から取り
込まれたメモリ２１１内のデータを用いて、式（ｉ）
、（２）、（３）、（４）、（５）、
（６）に合致するように作成されたソフトウェアに従
いａ（Ｍ）、ａ（Ｍ）、・・・。

ａＭ（Ｍ）を求め、それを予測器１０および１４に転送
する。

次に、図４に本方式全体の動作タイムチャートを示す。

図４に於てａは受信信号列Ｘ−ｂは回帰係数車の計算に
要する処理の時間、Ｃは残差成分Ｘ、の生成に要する時
間、ｄは擬似エコー残差成分列、ｆはエコー信号列、ｇ
はエコー信号の予測信号列、ｈは残差成分の誤差少ＩＪ
、ｉは擬似エコー列を示している。

なお、図１との対応では、ａは回帰係数算出器８および
レジスタ９への入力信号、ｂは回帰係数算出器８内での
処理時間、ｄは各時刻でのレジスタ１２内の内容、ｅは
たたみ込み演算器１３の出力信号、ｆはレジスタ２１へ
の入力信号、ｇは予測器１４の出力信号、ｈは引算器１
６の出力信号、ｉは加算器１９の出力信号である。

図４では、ＸｌからＸＩＯまでの信号およびＸ６からＸ
１５までの信号の自己回帰係数が一定であるとしており
、ＸｌからＸ１０’での信号の自己回帰係数はｘｌから
Ｘ５１での信号を用いて求め、Ｘ６からＸｌ、昔での
信号の自己回帰係数はＸ６からＸ１０”での信号を用い
て求めている。

レジスタ９およびレジスタ２１の導入により、このよう
な実時間処理を可能としており、このためメインパスへ
のレジスタ挿入による信号遅延の発生を防いでいる。

次に図５に示す本発明の実施例について説明する。

図５に於て、図１と同じ番号が付されているのは同じ装
置を示している。

そのためここでは、違う番号が付されているもののみ記
述すると、２２はレジスタ、２３はたたみ込み演算器、
２４は引算器である。

図１の装置では、擬似エコー信号の作成が予測誤差信号
とレジスタ１８の内容のたたみ込み演算の結果を用いて
行なわれていたが、この図５の実施例では、エコー信号
のタイミングと合せることが必ずしも必要ではないエコ
ーパスの推定伝送特性を示す信号の作成を擬似エコー信
号の作成とは別の回路で実現したものである。

このためエコーパスの推定伝送特性を示す信号の作成は
、それ自身で完結した系となり、伝送特性を一定とみな
す区間及び自己回帰係数を算出する区間を自由に設定す
ることができる。

なお、図１の実施例においてタイミングを合せるために
用いられていたレジスタ９，２１は、図５の実施例では
それぞれ予測器１０と１４内に含めて設けである。

本発明を用いた場合、従来の方式に比して、エコーキャ
ンセラの収束速度は早くまた打消量も犬きくなる。

また、先願である特願昭５３−５７１２９号（エコー制
御方式）と異なり、メインパスにレジスタを挿入するこ
とによる信号遅延も生じない。

かつ、エコーキャンセラの障害時に於ても、メインパス
の信号伝搬は保証される。

以上、述べたように本発明は若干の計算量およびハード
ウェアの増加のみで、エコーキャンセラの打消量、収束
速度等の性能を飛躍的に向上させるものであり、従来の
エコーキャンセラで使用されていたセンタクリッパ等の
付属物をも取り除くことも可能とする。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明によるエコーキャンセラの原理を説明する
ための構成図、図２は本発明に用いる予測器の詳細な構
成側図、図３ａは本発明に用いる回帰係数算出器の詳細
な構成側図、図３ｂ、ｃは図３ａの予測器の動作を説明
するための図、図４は図１の装置の動作を説明するため
のタイムチャート、図５は本発明の実施例の構成図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

ｉ−ｔめ定められた時間長毎の受信信号に対して該受信
信号を自己回帰モデルの出力信号とみなした場合の自己
回帰係数を求める回帰係数算出器と、該自己回帰係数及
び前記受信信号を用いて該受信信号の予測量を作成する
第１の予測器と、前記自己回帰係数とエコー信号とを用
いて該エコー信号の予測値を作成する第２の予測器と、
前記受信信号と前記受信信号の予測値との第１の残差信
号をとり出す第１の減算器と、前記エコー信号と前記エ
コー信号の予測値との第２の残差信号を作成する第２の
減算器と、前記エコー信号が経由するエコーパスの推定
伝送特性を記憶する第１の記憶手段と、前記第１の残差
信号を予め定めた個数たけ蓄積する第２の記憶手段と、
前記第１の記憶手段に記憶される内容と前記第２の記憶
手段に記憶される内容とをたたき込み演算することによ
り前記第２の残差信号の推定値を求める第１のたたみ込
み演算器と、該推定値と該第２の残差信号との差分を前
記推定伝送特性の推定誤差信号として求める第３の減算
器と、該誤差信号と前記第２の記憶手段の内容とを用い
て学習による同定法に従って前記第１の記憶内容を修正
して前記推定伝送特性を逐次修正する修正器と、前記受
信信号を予め定めた個数だけ蓄積する第３の記憶手段と
、該第３の記憶手段に蓄積された受信信号と前記第２の
記憶手段の内容とでたたみ込み演算を行うことにより擬
似エコー信号を作成する第２のたたみ込み演算器と、前
記エコー信号から前記擬似エコー信号を差引くことによ
り前記エコー信号を打消す手段とを備えたエコー制御方
式。