回波消除器的制作方法

專利名稱：回波消除器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種回波消除器，例如優選適用于除去在寬帶語音電話中的混合電路所產生的線路回波。
背景技術：
如眾所周知那樣，回波消除器(echo canceller回波抵消器)是利用自適應濾波器形成回波復制品信號，并借助于所形成的回波復制品信號來除去近端輸入信號中的回波分量的。然后，通過規定的算法(例如LMS)使對于自適應濾波器的濾波器系數更新、收斂，以形成適當的回波復制品信號。在這里，最好是濾波器系數的收斂速度越快，使適當的回波復制品信號形成的時間也越得以縮短。
一般而言，濾波器系數是基于遠端輸入信號和回波分量除去后的近端輸入信號被更新控制。一直以來，人們知道如果在遠端輸入信號中存在諸如偏置(bias)那樣的噪聲(加入直流偏移)，則回波消除器就不能夠適當地更新濾波器的系數、回波除去性能將會惡化。
非專利文獻1，公開了與主動噪音控制相關的技術，而不是回波消除器，但因為是與涉及自適應濾波器的偏置補償相關的技術，所以被認為也可沿用于回波消除器。
非專利文獻1野本等著，[Filterd-X法中的偏置補償和可變步長算法的研究]，信學技報，DSP97-14(1997-05)。

發明內容
但是，非專利文獻1中記載的技術，存在如下面那樣的課題。
1.由于對每個取樣周期進行用于所希望信號的偏置除去的計算，所以需要較多的計算處理量。
2.假定所希望信號中的偏置分量(非專利文獻1的技術，不僅是直流，緩慢變化的分量也被列入上述的偏置的范疇中)必定是“噪音等引起”，并從所希望信號中直接將偏置分量除去。從而，例如，如果把這個技術直接用于通信，則即便在所希望信號之中有真正地想使其通過的低頻分量(緩慢變化的分量)時，也會將其視為偏置分量而除去，給音質帶來不良影響。
本發明就是鑒于上述課題而完成的，其目的是提供一種計算量較少并減小硬件規模和軟件規模，即使在要使其通過的信號中包含低頻分量的情況下也不會損失通過信號的分量的、音質良好的回波消除器。
為了解決這樣的課題，本發明的技術方案提供一種回波消除器，具有利用備有濾波器部和系數更新部的自適應濾波器，由遠端輸入信號形成回波復制品信號的回波復制品形成單元；從近端輸入信號把回波復制品信號減去以除去近端輸入信號中的回波分量的回波除去單元，其特征在于，還具有，從上述自適應濾波器的濾波器系數中，把由于低頻影響產生的偏移分量除去的偏移除去單元。
根據本發明，就能夠實現計算量較少且能夠減小硬件規模和軟件規模，即使在要使其通過的信號中包含低頻分量的情況下也能夠適當地把回波除去的回波消除器。


圖1是表示第1實施方式的回波消除器的構成的框圖。
圖2(A)和(B)是在第1實施方式中設置了除去抽頭(tap)系數的偏移(offet)的偏移除去部的原因的說明圖(其1)。
圖3(A)、(B1)～(B3)是在第1實施方式中設置了除去抽頭系數的偏移的偏移除去部的原因的說明圖(其2)。
圖4(A)、(B1)～(B3)、(C1)～(C3)是在第1實施方式中設置了除去抽頭系數的偏移的偏移除去部的原因的說明圖(其3)。
圖5是表示第2的實施方式的回波消除器的結構的框圖。
圖6是表示第3的實施方式的回波消除器的結構的框圖。
圖7是表示第4的實施方式的回波消除器的結構的框圖。
附圖標記的說明8加法器；10雙向通信檢測部；11系數更新部；12濾波器部；13、22偏移除去部；14、14A、14B、14C回波消除器；15、45自適應濾波器；16計數器；20發送側FFT部；21接收側FFT部；30、40發送側低通濾波器部；31、41接收側低通濾波器部；具體實施方式
以下，一邊參考附圖一邊對把根據本發明的回波消除器應用在線路回波除去之用的第1實施方式進行詳細說明。
(A-1)第1實施方式的構成圖1是表示第1實施方式的回波消除器的構成的框圖。在圖1中，第1實施方式的回波消除器14，具有來自處于通信遠方的說話者(以下稱為遠端沒有圖示)的數字語音信號Rin的輸入端子1；將來自遠端的語音信號Rout朝向接收者(以下稱為近端)輸出的輸出端子2；來自近端的信號Sin的輸入端子7；以及輸出至遠端的信號Sout的輸出端子9。
來自回波消除器14的輸出端子2的信號Rout，通過數字/模擬變換器3被變換成模擬信號后，再通過混合電路4被提供給電話機5。來自電話機5的語音信號，通過混合電路4及模擬/數字變換器6被輸入到回波消除器14的輸入端子7。這里，來自輸出端子2的信號Rout的一部分，照原樣通過混合電路4并作為回波被輸入到輸入端7，回波消除器14把這個回波分量除去。
回波消除器14，具有加法器8、雙向通信檢測部10、系數更新部11、濾波器部12、偏移除去部13以及計數器16，系數更新部11和濾波器部12構成自適應濾波器15。
在此第1實施方式的情況下，偏移除去部13和計數器16是在一般的結構上添加設置的，與此相應，濾波器部12也多少有些不同。
這些濾波器部12、偏移除去部13以及計數器16的作用，通過以下的動作說明中也將會明了。
(A-2)第1實施方式的動作下面，對第1實施方式的回波消除器14的動作進行說明。以下，設電話機5例如為近年來正快速普及的IP電話機來進行說明。在IP電話機中，與以往的電話機不同，在語音信號的頻帶上沒有設置限制。
例如，在以往的固定電話機中，語音信號的頻帶被限制在300～3400Hz(以下，稱這個信號為以往帶寬信號)。但是，在IP電話機中，由于語音信號的頻帶沒有被限制在300～3400Hz，所以可以收發寬頻帶的信號。例如，在國際規格ITU-T G.722中，公開了用于在50～7000Hz的帶寬內進行通信的語音編碼技術。如果利用這樣的技術，就可以傳遞與以往相比頻帶寬、音質好的語音信號。例如，在這個第1實施方式中，引用處理20～7000Hz的信號(以下，稱為寬帶信號)的例子來進行說明。當然，頻帶并不限定于此。
輸入到圖1的遠端輸入端子1的寬帶信號Rin，被輸入到雙向通信檢測部10、濾波器部12以及遠端輸出端子2。有關雙向通信檢測部10和濾波器12的功能在后面敘述。從遠端輸出端子2輸出的信號Rout，經由數字/模擬變換器3成為模擬信號，被輸出到電話機5。另一方面，從遠端輸出端子2輸出的信號Rout，一部分信號在混合電路4進行反射，在模擬/數字變換器6被變換成數字信號Sin，被輸入到近端輸入端子7。被輸入到近端輸入端子7的信號Sin，被變換成回波除去后的信號Sout，經由近端輸出端子9到達至處于遠端的說話者。一旦遠端輸出端子2的輸出信號Rout被輸入到近端輸入端子7，則沒有圖示的遠端說話者就會以回波分量y的形式聽到自己的聲音，而妨礙會話。為了除去這樣的回波分量y而設置有回波消除器14。
在回波消除器14中，包含從近端輸入端子7輸入的回波分量y的信號Sin被輸入到加法器8。在加法器8中，從這個信號Sin中，減去由自適應濾波器15如后所述那樣所創建的回波復制品信號(疑似回波信號)y’。通過加法器8除去了回波分量y后的信號Sout(e)，被輸出到至遠端說話者的輸出端子9。這個信號Sout通過IP網等路徑，朝向沒有圖示的遠端的說話者電話機進行輸出。這樣，除去回波后的信號就到達遠端語音說話者。
其次，對回波復制品信號y’的創建方法進行說明。在這個第1實施方式中，回波復制品信號的生成算法使用了眾所周知的學習同定法。當然，回波復制品信號的生成算法并不限于此。
如上所述，自適應濾波器15由系數更新部11和濾波器部12構成。首先，對自適應濾波器15的動作進行說明。從遠端輸入端子1輸入的信號Rin被輸入到濾波器部12。濾波器部12是眾知的FIR(有限長脈沖響應)濾波器。自適應濾波器15的抽頭系數如后述那樣與時間一起進行更新。
現在，設在時刻k、濾波器部12的第m個的抽頭系數為h(k，m)。如果把來自遠端輸入端子1的信號Rin的在時刻k的值設為x(k)，則在濾波器部12中，按照公式(1)創建回波復制品信號y’。這里，M是濾波器部12的抽頭系數(例如可以采用256，但是并不限定于此)。如根據公式(1)可知那樣，回波復制品信號y’通過x(k)的過去M次取樣的數據與抽頭系數的乘積求和運算而得以形成。
y′=Σm=0M-1h(k,m)·x(k-m)...(1)]]>濾波器部12的抽頭系數，按照公式(2)來進行更新控制，以備下一次的濾波處理。在公式(2)中，h和x的初始值為0。另外，μ是決定回波消除器14的跟蹤速度的常數(0≤μ≤1)。例如，可以采用0.5，但是并不限定于此。如果加大此跟蹤速度決定常數μ，則回波消除器14的跟蹤速度就變快，但穩定狀態下的回波消除性能就變得不好。另一方面，如果減小跟蹤速度決定常數μ，則回波消除器14的在穩定狀態下的回波消除性能就變好，但是跟蹤速度將會變慢。

h(k+1,m)=h(k,m)+μe(k)·y(k)Σi=0M-1x2(k-i)...(2)]]>公式(2)中的e(k)是加法器8的輸出(回波除去殘差)，若設在時刻k的回波分量y為y(k)，回波復制品信號y’為y’(k)，則可用公式(3)來表示。
e(k)＝y(k)-y’(k)(3)如上所述，按照公式(2)與公式(3)的抽頭系數控制是眾所周知的“學習同定法”。抽頭系數h(k，m)是以使公式(3)所示的除去殘差(或其功率)逐漸為0的方式而推移下去，這是眾所周知的事實。也就是，以使回波分量y用加法器8逐漸除去的方式來更新抽頭系數(濾波器收斂)。通過以上處理，把作為回波路徑的混合電路4的特性作為濾波器部12的抽頭系數來推定，并進行回波分量y的除去。但是，若近端說話者的信號s也被輸入到近端輸入端子7，則近端說話者的信號s也混入在公式(3)的右邊而成為公式(4)，抽頭系數的更新就不能很好地進行下去。在公式(4)中，s(k)是在時刻k時的近端說話者信號的值。
e(k)＝y(k)-y’(k)+s(k) (4)因此，當存在按照公式(4)那樣的近端說話者信號時，有必要停止系數更新。雙向通信檢測部10是用于檢測按照公式(4)那樣的狀態等的部件。從遠端輸入端子1過來的輸出信號x(k)和加法器8的輸出e(k)被輸入到雙向通信檢測部10中，并按照公式(5)、公式(6)分別求出這些信號的功率平滑值。
pow_x(k)＝pow_x(k·1)·δ+x2(k)·(1-δ)(5)pow_e(k)＝pow_e(k·1)·δ+e2(k)·(1-δ)(6)這里，δ是表示平滑的平滑度的常數(1≥δ≥0)。平滑常數δ大的話，反映的是信號x、e的大體趨勢的變化，噪音的影響小。另一方面，如果平滑常數δ小的話，對信號x、e的急劇的變化靈敏地反應，但是也容易受到噪音的影響。例如，可以采用δ＝0.5，但是并不限定于此。
雙向通信檢測部10，通過如后述的方法，根據功率平滑值pow_x(k)、pow_e(k)來檢測各個信號的有無(有音/無音)，當僅在從遠端輸入端子1到遠端輸出端子2的信號路徑一側有信號時，就執行自適應濾波器15的系數更新。在除此以外的期間，雙向通信檢測部10將用于停止系數更新的信號nt輸出給系數更新部11。
雙向通信檢測部10，如下面那樣判斷信號的有無。當條件1成立時，雙向通信檢測部10，為了執行系數更新而不向系數更新部11輸出任何信號。
條件1pow_x(k)＞無音閥值，且pow_x(k)＞pow_e(k)+容限值例如，可以采用無音閥值＝-38dBm、容限值＝6dB，但并不限定于此。
另一方面，在條件1以外時，判定為(1)在近端輸入端子7有輸入信號；還是(2)在遠端輸入端子1沒有輸入信號；還是(3)在遠端輸入端子1及近端輸入端子7都沒有輸入信號；還是(4)在遠端輸入端子1及近端輸入端子7都有輸入信號，并對系數更新部11輸出系數更新停止信號nt。系數更新部11當被輸入了系數更新停止信號nt時，就不執行按照公式(2)的系數更新。
如上所述，雙向通信檢測部10，當在滿足公式(4)的狀態(雙方說話狀態)時不更新系數。另外，如果在遠端輸入端子1沒有信號，則由于回波本身沒有發生，所以不更新系數。也就是，因為只有在滿足公式(3)的狀態時執行系數更新，所以如果使用眾所周知的學習同定法，濾波器部12的系數就能夠正確地收斂。雖然在上述中表示了雙向通信檢測部10使用x(k)、e(k)的功率平滑值來進行向遠端輸入端子1輸入的輸入信號的有音/無音和向近端輸入端子7輸入的輸入信號的有音/無音的檢測。但是，只要至少能夠執行向遠端輸入端子1輸入的輸入信號的無音和向近端輸入端子7輸入的輸入信號的有音(近端說話者)的檢測，則使用怎樣的方法都沒有關系。
其次，對構成第1實施方式的回波消除器14的特征的偏移除去部13的功能、動作進行說明。
一直以來，眾所周知如果在輸入信號中加入直流偏移，則回波消除器的回波除去性能就會惡化。過去，這個偏移分量都被認為是源于模擬/數字變換器6的特性或者近端輸入端子7側的背景噪聲。
但是，在如同寬帶電話機那樣穩定地用寬范圍的頻帶進行通信的情況下，即使沒有背景噪聲和模擬/數字變換器的影響，回波消除器也要受到偏移分量或被視為偏移的分量的影響，這一事實已經明確。下面使用圖2(A)和(B)對這一現象的發生進行說明。
在以往的一般電話通信中，語音信號的頻帶被限制在300～3400Hz的頻帶內，頻率下限充其量是300Hz。另外，在以往的電話機中，通常所用的采樣頻率為8000Hz。在現有技術中，當使用了上述的FIR濾波器時，在能夠再現的頻率上存在界限。根據眾所周知的取樣定理上限是采樣頻率的一半既4000Hz。下限取決于FIR濾波器的抽頭長度。例如，在采樣頻率為8000Hz、回波消除器的抽頭長度為256抽頭時，用這個FIR濾波器能夠表達的最低頻率在256抽頭下直至1個周期的波形。即，下限頻率為1/(256×(1/8000))＝31.25Hz。
如果是如以往那樣的電話機，則輸入信號的最低頻率是300Hz，所以回波消除器能夠充分地表達信號。從而，回波消除器的濾波器的抽頭系數不會受到低頻偏移的影響。在圖2(A)中表示了其狀態。
另一方面，對寬帶通信下的情形進行說明。設采樣頻率為16kHz。此時，若把回波消除器的抽頭長度設為與上述相同的256抽頭，則用回波消除器的抽頭長度能夠表達的下限頻率為1/(256×(1/16000))＝62.5Hz。由于一個周期的長度超過濾波器的抽頭長度，故其以下的頻率分量用回波消除器的濾波器部12無法表達。但是，在寬帶電話機中，低頻20Hz～50Hz的分量也被用于通信中的情況屢見不鮮，就會導致在回波消除器的FIR濾波器中不能表達寬帶電話通信中的低頻。
為了單純地解決這個問題，可以考慮增大回波消除器的抽頭長度以增大可以FIR濾波器能夠表達的頻帶(進一步降低可以表達的頻率)。但是，增大濾波器的抽頭長度就意味著乘積求和運算量的增大。其結果，在通過數字信號處理器來實現回波消除器等情況下，導致運算量增大、或硬件規模變大等弊端就不可避免地發生。例如，當希望得到采樣頻率為16kHz能夠表達至20Hz的濾波器時，就需要是具有800抽頭的長大的濾波器，實際上就不可能實現。而且，當在輸入中存在不可能表達程度的低頻分量時，回波消除器就受到超過了表達界限的低頻的影響，如圖2(B)所示，在時間區間a～c，表現為恰如外加了對每個時間段不同的偏移那樣。這時，將發生與每時每刻相應的偏離(偏移)，抽頭系數就恰如疊加了偏移那樣、平均值不為0(有偏移)。
在回波消除器中，按道理說，抽頭系數是為了直接表現回波路徑的傳遞函數而收斂的。也就是說，在寬帶電話通信中，由于在抽頭系數中發生了偏移，而使回波消除器不能收斂到本來應該收斂的真正的傳遞函數。在圖3(A)以及(B1)～(B3)中表示接受偏移時的抽頭系數和回波路徑的真正的傳遞函數的情形。圖3(A)表示每個時間區間a～c的抽頭系數的平均值，圖3(B1)～(B3)表示每個時間區間a～c的抽頭系數的收斂情況。區間b是低頻過零的情況，在這個區間b，從表面上看沒有偏移。如同圖3(A)以及(B1)～(B3)所示，由于真正的回波路徑的傳遞函數與所推定的抽頭系數不一致，故回波除去特性嚴重惡化。
因此，在這個第1實施方式中，設置偏移除去部13和計數器16，通過偏移除去部13和計數器16，如下所述那樣除去抽頭系數的偏移。
如同上述公式(3)所示，每當新的取樣x(k)被輸入到遠端輸入端子1，回波消除器14就每次都進行回波除去處理。計數器16，對由自適應濾波器15、按n個取樣輸入次數相應執行回波復制品信號的創建處理(從而，回波除去處理)進行計數。然后，計數器16對偏移除去部13輸出表示n個取樣次數的處理已結束的信號。也就是，這個信號是對每n個取樣進行輸出的。
偏移除去部13，接受從計數器16輸出的n個取樣計時信號、按照公式(7)進行偏移除去處理。公式(7)中的右邊第2項表示將進行除去的偏移分量。公式(7)表示應用從作為時刻k+1的第m個的抽頭系數h(k+1，m)根據(2)式所求出的值中除去了偏移后的值。偏移作為通過計算曾求出的時刻k+1的、長度M個的抽頭系數的平均值而求出。
h(k+1,m)=h(k+1,m)-1MΣi=0M-1h(k+1,i)...(7)]]>此外，偏移除去部13也可以代替公式(7)而按照公式(8)來除去偏移。公式(8)中的偏移計算方法與公式(7)不同。也就是，在公式(7)中，把M個的抽頭系數的平均作為對全部抽頭共用的偏移而計算出來，但是，在公式(8)中，對于抽頭系數的各個抽頭，把時間軸上的平均作為偏移來計算。也可以用關于時間軸和抽頭位置雙方的平均來計算偏移。
h(k+1,m)=h(k+1,m)-1nΣi=0n-1h(k+i,m)...(8)]]>當然，也可以在h(k+1，m)的時間定時不進行作為偏移分量除去計算的公式(7)或者公式(8)的計算，而在h(k，m)的定時執行。作為n，例如可以采用160，當然不限于此。例如，當把遠端輸入端子1和近端輸入端子7的數據分別匯總160個取樣作為1幀來處理時，作為n采用160比較好，但是，當然也可以使n與濾波器長度(例如256)一致。
實際上，上述偏移的除去最低限度對與抽頭長度相同的取樣數執行一次即可，不是對每個取樣執行也可以。之后，由于要進行按照公式(2)的抽頭系數的更新，故執行了一次以后的偏移除去在其以后也被反映出來。另外，在這個第1實施方式中，不執行從向近端輸入端子7的輸入信號Sin本身直接除去偏置信號(偏移信號)。諸如以上的方面，與上述非專利文獻1所記載的方法不同。
圖4(A)、(B1)～(B3)以及(C1)～(C3)表示除圖3(A)以及(B1)～(B3)中的圖示內容以外，還按照公式(7)在每個區間a～c，對低頻偏移進行補償后的情形(特別是圖4(C1～C3))。在區間a，把抽頭系數為正的偏移補償為0，在區間c，把抽頭系數為負的偏移補償為0。
(A-3)第1實施方式的效果如上所述，由于在每個區間除去抽頭系數的偏移，故可以一面節約計算量，一面不給發送信號(近端語音信號)本身帶來回波除去以外的影響、即使通信信號是寬帶也可以有效地除去回波分量。可以節省計算量，在利用DSP等的軟件來實現回波除去時，就意味著處理速度的縮短化，在用硬件實現時就意味著裝置規模的縮小化。
(B)第2實施方式其次，一邊參照附圖一邊對把根據本發明的回波消除器應用于線路回波除去之用的第2實施方式進行說明。圖5是將第2實施方式的回波消除器14A的結構和其周圍結構一起進行表示的框圖，對與涉及上述第1實施方式的圖1相同的部分附與同一標記來表示。
如從圖5和圖1的比較可知那樣，第2實施方式的回波消除器14A，在第1實施方式構成的基礎上還設置有對來自近端輸入端子7的輸入信號Sin進行頻率分析并提供給偏移除去部22的發送側FFT部20；對來自遠端輸入端子1的輸入信號Rin進行頻率分析并提供給偏移除去部22的接收側FFT部21。據此，偏移除去部22的功能也與第1實施方式的偏移除去部13多少有所不同。
第1實施方式是以彼此用寬帶電話機進行通話為前提。但是，實際上，在近端與遠端之間，也有可能是寬帶電話機與以往頻帶的電話機(以往電話機)進行通話。第2實施方式，在該回波消除器14A被介于諸如以往電話機與寬帶電話機進行通話，或者是以往的電話機彼此之間進行通話那樣，近端和遠端的電話機的種類沒有明確定下來的位置時，也能夠使在第1實施方式中說明過的那樣的效果適當地發揮出來。也就是要根據電話機種類，適當除去寬帶電話信號特有的低頻分量下的偏移。
首先，對寬帶電話機在遠端、以往的電話機5在近端時的第2實施方式的回波消除器14A的動作進行說明。
從遠端輸入端子1輸入的信號Rin被輸入到接收側FFT部21。在接收側FFT部21進行輸入信號的頻率分析、檢測是否存在300Hz以下的分量和/或者3400Hz以上的分量。分量的有無檢測，按作為FFT的結果所求出的功率譜是否超過例如-30dBm來判斷即可。接收側FFT部21，當存在300Hz以下的分量和/或者3400Hz以上的分量時(無論以一方為條件還是以雙方為條件都可以)，就設在遠端連接著寬帶電話機，把偏移除去執行信號輸出給偏移除去部22。使偏移除去部22在從接收側FFT部21或者發送側FFT部20的任何一方輸入了偏移除去執行信號時，就執行與第1實施方式同樣的偏移除去。當從接收側FFT部21提供了偏移除去執行信號時執行偏移除去。此外，這時，不管是否從發送側FFT部20提供了偏移除去執行信號。
其次，對以往電話機在遠端、寬帶電話機在近端時的第2實施方式的回波消除器14A的動作進行說明。
從近端輸入端子7輸入的信號Sin被輸入到發送側FFT部20。發送側FFT部20，進行輸入信號的頻率分析、檢測是否存在300Hz以下的分量和/或者3400Hz以上的分量。分量的有無檢測，按作為FFT的結果而求出的功率譜是否超過例如-30dBm來判斷即可。發送側FFT部20，當存在300Hz以下的分量和/或者3400Hz以上的分量時(無論以一方為條件還是以雙方為條件都可以)，因為在近端連接著寬帶電話機，故把偏移除去執行信號輸出給偏移除去部22。由于從發送側FFT部20輸入了偏移除去執行信號，所以偏移除去部22執行與第1實施方式同樣的偏移除去。此外，這時，不管是否從接收側FFT部21提供了偏移除去執行信號。
其次，對在遠端和近端兩方都是以往電話機時的第2實施方式的回波消除器14A的動作進行說明。
這時，由于在頻率分析對象的信號中既不存在300Hz以下的分量也不存在3400Hz以上的分量，所以不論發送側FFT部20還是接收側FFT部21都不向回波除去部22輸出回波除去執行信號。由于不從任何的FFT部20、21輸入回波除去執行信號，所以回波除去部22不執行回波除去。
此外，在遠端和近端雙方都是寬帶電話機時，由于不論發送側FFT部20還是接收側FFT部21都向回波除去部22輸出回波除去執行信號，所以不執行與第1實施方式同樣的回波除去。
不論發送側FFT部20還是接收側FFT部21的判斷，既可以在線路剛連接之后只進行一次，其后一直等待直到下次線路被重新連接。也可以在最初的判斷后還繼續地(不管是連續性的繼續，還是間斷性的繼續)進行判斷。
根據第2實施方式，判斷遠端和近端的電話機種類，并根據經過判斷后的遠端及近端電話機種類的組合，來決定是否進行抽頭系數的偏移除去，因此可以省略無用的運算和減小數字信號處理器(軟件的處理主體)的運算規模，減小電力消費或減小硬件規模等。
(C)第3實施方式接著，一邊參考附圖一邊對把根據本發明的回波消除器應用在線路回波除去之用的第3實施方式進行說明。圖6是將第3實施方式的回波消除器14B的結構和其周圍結構一起進行表示的框圖，在與涉及上述第2實施方式的圖5相同的部分附與相同的標記來表示。
如從圖6和圖5的比較可以知道那樣，第3實施方式把第2實施方式的接收側FFT部21置換成接收側低通濾波器部31，把第2實施方式的發送側FFT部20置換成發送側低通濾波器部30.
發送側低通濾波器部30和接收側低通濾波器部31，分別檢測在向自己的輸入信號中是否存在300Hz以下的分量(檢測作為低通濾波器的結果所求出的等級是否超過例如-30dBm)，當檢測出300Hz以下的分量時，就向回波除去部22輸出回波除去執行信號。
因此，遠端和近端的電話機種類的組合，與偏移除去部22是否執行抽頭系數的偏移除去之間的關系，與第2實施方式的情況相同。
在上述的第2實施方式中，在電話機種類的判斷中利用了基于FFT部的頻率分析。但是，如同眾所周知那樣，FFT基于FFT窗口長度取樣數，從低頻到高頻非遍歷地進行頻率分析。例如，當使用16000Hz的采樣頻率、FFT的窗口長度為256點時，作為正的頻率分量要等分地算出從62.5Hz到8000Hz(或者0Hz到7937.5Hz)的分量。但是，只限于涉及對回波消除器重要的偏移，感興趣的只是極端的低頻帶的分量。因此，僅低頻分量的檢測和根據檢測結果來進行偏移除去處理的控制，不論從數字信號處理中的處理器運算量的節約還是電力節約的觀點來看都好。因此，在第3的實施方式中，取代FFT部而采用了低通濾波器部。
根據這個第3實施方式，就能夠獲得與伴隨著根據電話機種類的組合而進行偏移除去控制的第2實施方式同樣的效果，在此基礎上，還能夠進一步期待可顯著省略無用的計算之類的效果。
(D)第4實施方式下面，一邊參考附圖一邊對把根據本發明的回波消除器應用在線路回波除去之用的第4實施方式進行詳細說明。圖7是將第4實施方式的回波消除器14C的結構和其周圍結構一起進行表示的框圖，在與涉及上述第3實施方式的圖6相同的部分附與相同標記來表示。
第4實施方式與第3實施方式相同，也備有發送側低通濾波器部40和接收側低通濾波器部41。但是，與第3實施方式不同，發送側的低通濾波器部40及接收側的低通濾波器部41內的低通濾波器為可變低通濾波器，使用于決定是否執行偏移除去處理的低頻帶的頻率分量能夠可變。使自適應濾波器45輸出用于決定發送側低通濾波器部40及接收側低通濾波器部41的低頻帶的頻率分量的信息。
在發送側低通濾波器部40及接收側低通濾波器部41中，采用可變結構的原因如下所述。
第4實施方式，與第3實施方式相比更加削減低通濾波處理的運算，而且考慮了容易地進行實際裝置的設定而實現的，并且自動地進行低通濾波器的頻率設定。
在第3實施方式中，以300Hz為閥值進行低頻帶檢測，并判斷是否執行偏移除去。這樣的判定方法在普通電話線路中有用。但是，在鋪設著獨自的專用線路等情況下，線路允許下限的頻率不限于300Hz，有時還會發生不能應用第3實施方式的事情。在第3實施方式中，在這種時候就必須重新設計低通濾波器的截止頻率。另一方面，在回波消除器中，濾波器部12的抽頭長度必須根據混合電路4的情形(交換機的種類、直到混合電路的距離)等進行適當變更的情況較多。
也就是，回波消除器的可以表達的低頻頻率還因回波消除器的抽頭長度而受到影響。如上所述，這時，如果存在用在回波消除器中所設定的濾波器部的抽頭長度不能表達的低頻分量，就一定會發生由低頻分量所引起的回波消除器的性能的惡化。在第4實施方式中，如下所述，不論線路允許的低頻頻率的值和回波消除器的濾波器抽頭長度的情形如何都要適當地除去偏移。
在第4實施方式中，把抽頭長度作為參數并如后述那樣檢測(參考公式(8))是否存在用回波消除器的濾波器部12不能表達的頻率。也就是，在第4實施方式中，即便因上述的情形而變更回波消除器的抽頭長度，也能夠自動地判斷是否存在設定抽頭長度不能表達的頻率分量，以執行最佳的偏移除去而確保回波消除器性能。
由設計者等來設定自適應濾波器45的濾波器部12的抽頭長度L。抽頭長度，如上所述設計者考慮混合電路4的情形適當設定即可。例如，可以采用256抽頭，但是不限定于此。自適應濾波器45，把抽頭長度L輸出到發送側低通濾波器部40及接收側低通濾波器部41。
在發送側低通濾波器部40，根據抽頭長度L如公式(9)那樣計算下限頻率LF(Hz)。在公式(9)中，sf是采樣頻率，例如，可以使用1600Hz，但不限于此。
LF＝sf/(L-1) (9)接下來，發送側低通濾波器部40，使按照公式(9)所求出的下限頻率LF以下的頻率通過。接收側低通濾波器部41也同樣如此，按照公式(9)求出下限頻率LF，并使所求出的下限頻率LF以下的頻率通過。這樣設定后的動作與第3實施方式相同，其說明省略。
根據第4實施方式，可以獲得與第3實施方式同樣的效果。更進一步，由于發送側低通濾波器部和接收側低通濾波器部，與自適應濾波器的抽頭長度L的可變設定聯動自動地變更下限頻率LF(Hz)，所以即使根據設置情況來變更回波消除器的抽頭長度也可以自動地進行最佳的偏移除去，實現沒有回波的寬帶通信。
(E)其他的實施方式雖然在第4實施方式中說明了使用了可變低通濾波器的情況，但是，在使用FFT等頻率分析的情況下也可以采用可變結構，把按濾波器抽頭系數所定的下限頻率LF(Hz)設定成檢測閥值。
雖然在第2～第4的實施方式中表示了設置處理接收信號和發送信號的頻率分量的FFT部或者低通濾波器部的情況。但是，也可以設置只處理接收信號的頻率分量的FFT部或者低通濾波器部來進行抽頭系數的偏移分量的除去控制。
雖然在以上的各實施方式中是打算進行寬帶VoIP通信中的應用來說明的。但是，例如，也能夠將本發明應用在如同以往那樣由于A/D變換器附與偏移分量的原因、不使用VoIP的交換通話等存在的回波消除器中。
另外，雖然在上述的實施方式中說明了把本發明的回波消除器應用在除去線路回波的回波消除器中的情況，但是，也能夠應用在除去從麥克風流向揚聲器的回波(echo回聲)的回波消除器中。
進而，雖然在上述實施方式中表示了根據當時的全部抽頭系數的平均值來求出或者根據過去的抽頭系數的平均來求出抽頭系數的偏移的情況。但是，也可以采用中間值或加權平均等其他的計算方法。另外，還可以根據自適應濾波器的抽頭數的設定值L等，使抽頭系數偏移的計算中所用的過去的抽頭系數的個數n進行變化。
權利要求
1.一種回波消除器，包括利用具有濾波器部和系數更新部的自適應濾波器，由遠端輸入信號形成回波復制品信號的回波復制品形成單元；和從近端輸入信號減去回波復制品信號以除去近端輸入信號中的回波分量的回波除去單元，其特征在于還包括偏移除去單元，從上述自適應濾波器的濾波器系數除去因低頻段的影響所造成的偏移分量。
2.按照權利要求1所述的回波消除器，其特征在于上述偏移除去單元將規定定時處的、抽頭長度部分的濾波器系數自身的平均值作為偏移分量計算出，并從上述自適應濾波器的濾波器系數除去偏移分量。
3.按照權利要求1所述的回波消除器，其特征在于上述偏移除去單元將過去的規定期間的濾波器系數的平均值作為偏移分量計算出，并從上述自適應濾波器的濾波器系數除去偏移分量。
4.按照權利要求2所述的回波消除器，其特征在于上述偏移除去單元每個規定期間進行一次偏移分量的除去。
5.按照權利要求1所述的回波消除器，其特征在于還包括頻率分量檢測單元，檢測遠端輸入信號和/或近端輸入信號是否包含規定頻率以下的低頻分量，上述偏移除去單元以上述頻率分量檢測單元檢測出包含低頻分量為條件，來進行偏移分量的除去。
6.按照權利要求5所述的回波消除器，其特征在于上述頻率分量檢測單元依照上述自適應濾波器的抽頭長度的設定值來改變上述規定頻率。
全文摘要
本發明提供一種運算量較少、即便在想使之通過的信號中含有低頻分量也能夠恰當地消除回波的回波消除器，具備利用具有濾波器部和系數更新部的自適應濾波器，由遠端輸入信號形成回波復制品信號的回波復制品形成單元；和從近端輸入信號減去回波復制品信號以除去近端輸入信號中的回波分量的回波除去單元。而且，該回波消除器還進一步具備從自適應濾波器的濾波器系數除去因低頻段的影響所造成的偏移分量的偏移除去單元。
文檔編號H04B3/23GK1868136SQ20048003009
公開日2006年11月22日 申請日期2004年10月27日 優先權日2003年11月5日
發明者高田真資 申請人:沖電氣工業株式會社