CN103198817B - 波形数据产生设备和波形数据产生程序 - Google Patents

Abstract

一种波形数据产生设备具有波形数据产生电路WP，其输入由形成用于控制外部设备的控制信号的多个位形成的数字信号，以及产生表示控制音调的波形的波形数据，控制音调对应于所输入的数字信号，所述控制音调由与所输入的数字信号的多个位的各个值相对应的音调形成，并且所述控制音调由包括在特定高频带中的频率分量形成。波形数据产生电路WP具有基本波形数据提取部WP7，用于提取中间部分的整个或一部分作为基本波形数据，该中间部分位于波形数据的中间部分并且和位组合格式与特定位组合格式一致的数字信号相对应。

Description

波形数据产生设备和波形数据产生程序

技术领域

本发明涉及波形数据产生设备，该波形数据产生设备用于产生表示将存储在诸如电子风琴和电子钢琴之类的音乐演奏设备中提供的存储装置中的音调的波形的波形数据，以及涉及应用于该波形数据产生设备的计算机程序。

背景技术

通常，如日本未审定专利公开第2007-104598号中所描述的，例如，存在已知的信息发送设备，其发出用于控制外部设备的控制音调。该信息发送设备具有调制器，该调制器通过使用控制信息来调制可听频率的载波来产生控制音调。

发明内容

然而，传统信息发送设备的调制器是昂贵的，这是因为调制器由多个信息处理器形成以执行复杂的计算。因此，存在诸如电子风琴和电子钢琴之类的采用了调制器的音乐演奏设备昂贵的问题。因此，可以考虑优选地在存储装置中预先存储表示控制音调的波形的波形数据，从而在发送控制信息时波形数据可以被读取来再现控制音调。然而，在存在许多种控制信息的情况下，存在存储装置必须具有很大存储容量来存储表示与多个控制信息相对应的控制音调的多组波形数据的问题。

实现本发明以解决上述问题，其一个目的是提供一种波形数据产生设备，用于产生表示代表在与不同种类的控制信息相对应的控制音调中共同使用的部分的波形的波形数据组。关于下面描述的本发明的各个要素，为了容易理解，在括号中给出了与后述实施例的部件相对应的附图标记。然而，本发明的各个要素不局限于由实施例的附图标记所示出的相应部件。

为了实现上述目的，本发明的一个特征是提供了一种波形数据产生设备，其包括波形数据产生部（WP1至WP6），用于输入由形成控制外部设备的控制信号（SD）的多个位形成的数字信号，以及产生表示控制音调的波形的波形数据，控制音调对应于输入数字信号，控制音调由与输入数字信号的各个位的值相对应的音调形成，并且控制音调由包括在特定高频带中的频率分量形成；基本波形数据提取部（WP7），用于提取如下中间部分的整个或一部分作为基本波形数据（f1至f4，g1至g8，h1至h8）：该中间部分位于所述波形数据的中间部分并且和位组合格式（bit pattern）与特定位组合格式一致的所述数字信号的中间部分相对应；以及存储部（13c，13d，14），用于存储所提取的基本波形数据。在该种情况下，控制音调是通过使用数字信号调制载波获得的调制音调。

此外，在这种情况下，外部设备可以具有用于显示乐谱的显示单元（22），数字信号具有乐谱页指定信号，该乐谱页指定信号指定将被显示在显示单元上的乐谱的页位置。

此外，在该种情况下，乐谱页指定信号可以通过对表示将被显示在显示单元上的乐谱的页位置的数据进行扩频并通过使用差分相移调制方案来调制扩频的数据来产生。

通过在如上配置的波形数据产生设备上产生基本波形数据，音乐演奏设备可以通过根据控制信号的位组合格式适当组合一个或多个基本波形数据组来再现与将被发送至外部设备的控制信号相对应的音调。因此，与表示整个控制音调的每个波形数据组存储在音乐演奏设备中的情况相比，这种配置可以节省存储装置的存储容量。此外，因为对应于控制信号的音调由包括在特定高频带中的频率分量形成，所以演奏者很少能辨别出所产生的与控制信号相对应的音调。因此，不会妨碍演奏者的音乐演奏。

本发明的另一特征是基本波形数据部提取位于波形数据的中间部分并且包括与特定位组合格式的两个相邻位的边界相当的部分的中间部分作为基本波形数据。该另一特征防止可能发生在形成通过使用基本波形数据来产生音调的音乐演奏设备上的控制信号的多个位的边界处的音调中断。此外，根据产生波形数据所采用的编码方案或调制方案，与控制信号的位的开始相当的音调会受到与相邻位的结束相当的音调的影响（例如由于滤波器的群时延）。因此，在简单地根据控制信号的位值而不考虑上述影响来组合各个音调的情况下，涵盖宽频段的噪声会在与各位相对应的音调的边缘产生。然而通过如上配置，噪声可以被避免。结果是，本发明的另一特征提高了由外部设备对控制信号进行解码的精度。

本发明不仅可以被实施为波形数据产生设备，还可以被实施为应用于该设备的计算机程序。

附图说明

图1是表示波形数据产生设备的整个结构的框图；

图2是表示乐谱数据的结构的示意图；

图3是表示波形数据产生电路的整个结构的框图；

图4是表示示例性扩频码的示意图；

图5是表示图3中示出的扩频处理部和差分相位调制部的操作的时序图；

图6是表示图3中示出的差分相位调制部的结构的框图；

图7是表示示例性差分码的示意图；

图8是解释基本波形数据的获取的示意图；

图9是表示控制波形数据组的各个结构的示意图；

图10是表示基本波形数据和差分码之间的示例性对应关系的表格；

图11是表示基本波形数据和差分码之间的不同的示例性对应关系的表格；以及

图12是解释在图11中示出的基本波形数据的获取的示意图。

具体实施方式

下面将参考图1来解释根据本发明的一个实施例的波形数据产生设备的结构。波形数据产生设备产生基本波形数据，该基本波形数据是形成与各种乐谱数据相对应的控制音调的波形的基本波形的数据，乐谱数据控制具有用于显示乐谱的显示单元的乐谱显示设备。基本波形数据存储在音乐演奏设备的存储装置中。通过组合使用多组基本波形数据，音乐演奏设备发出与音乐演奏设备发射的乐谱数据相对应的控制音调，并控制乐谱显示设备。波形数据产生设备具有输入装置11、显示单元12、计算机部分13、存储装置14以及波形数据产生电路WP。

输入装置11具有键盘、鼠标以及类似物，从而表示用户对输入装置11的操作的操作信息将通过总线BS被提供至计算机部分13。显示单元12由液晶显示器（LCD）配置，以及在屏幕上显示字母、图形（例如控制音调的波形）以及类似物。显示单元12的显示由计算机部分13通过总线BS控制。

计算机部分13由连接至总线BS的CPU13a、定时器13b、ROM13c以及RAM13d形成。CPU13a通过使用定时器13b、ROM13c和RAM13d来执行未示出的波形数据产生程序。结果，CPU13a根据操作信息将乐谱数据提供至后面将详细描述的波形数据产生电路WP，以使得波形数据产生电路WP产生基本波形数据并将所产生的基本波形数据写入存储装置14中。

存储装置14包括大容量非易失性存储介质，例如HDD、FDD、CD-ROM、MO和DVD，以及用于存储介质的驱动单元，使得能够存储并读取各种数据和程序。

接下来，将详细说明波形数据产生电路WP。在该描述中，乐谱数据SD由图2中所示的头部分、主体部分以及脚部分形成。头部分是1字节数据，包括表示主体部分的长度的信息。主体部分是2字节数据，包括表示乐曲编号的乐曲信息以及表示乐谱的页码位置的页码信息。脚部分是1字节的数据，包括表示乐谱数据SD的结束的信息。下文中，将乐谱数据SD作为整体具有32位的数据进行说明。更具体地，脚部分的第0位被称作乐谱数据SD的最低有效位LSB，而头部分的第7位被称作乐谱数据SD的最高有效位MSB。最高有效位MSB和最低有效位LSB是伪数据，并且将被乐谱显示设备忽略。

如图3所示，波形数据产生电路WP由扩频处理部WP1、差分相位调制部WP2、低通滤波器WP3、希尔伯特变换部WP4、通带调制部WP5、载波产生部WP6以及波形数据提取部WP7形成。

由CPU13a提供的乐谱数据SD从最低有效位LSB开始到最高有效位MSB，一位接一位地顺序地输入扩频处理部WP1。以下，乐谱数据SD的每位将被称作一个符号。此外，扩频码PN也被输入至扩频处理部WP1。扩频码PN是具有特定周期的伪随机数代码串。在该实施例中，扩频码PN是如图4所示的具有11个码片的码。扩频码PN的每位被称作一个码片。作为乐谱数据SD在基带中发送的通信速度的符号率“fa”是400.9sps（符号/秒）（见图5）。扩频码PN的周期与符号率“fa”一致。因此，扩频码PN的码片率“fb”是4,410cps（码片/秒）。

使用扩频码PN对输入至扩频处理部WP1的符号进行扩频。更具体地，如图5所示，在符号的值为“1”的情况下，扩频码PN直接从扩频处理部WP1输出。在符号的值为“0”的情况下，从扩频处理部WP1输出通过使扩频码PN的相位反向获得的码。

被扩频处理部WP1扩频后的符号从首码片至最后码片，一个码片接一个码片地输入至差分相位调制部WP2。如图6所示，差分相位调制部WP2由延迟部WP2a和XOR计算部WP2b构成。延迟部WP2a将从XOR计算部WP2b（接下来将进行解释）输出的计算结果延迟1码片的周期，然后将延迟结果输出至XOR计算部WP2b。XOR计算部WP2b执行延迟部WP2a输入的码的值和从扩频处理部WP1输入的码的值之间的异或运算，然后输出运算的结果。被扩频处理部WP1扩频后的每个符号被差分相位调制部WP2转换成如图7所示的四个码中的任意一个。更具体的，值为“1”的符号被转换为差分码P1或差分码N1，而值为“0”的符号被转换为差分码P0或差分码N0。

从XOR计算部WP2b输出的差分码被输入至低通滤波器WP3。低通滤波器WP3是用于限制从后面将描述的通带调制部WP5输出的控制音调的频带的滤波器。从低通滤波器WP3输出的差分码被输入至希尔伯特变换部WP4。希尔伯特变换部WP4通过使差分码移相来变换差分码。通带调制部WP5通过使用从希尔伯特变换部WP4输出的信号来调制从载波产生部WP6输出的载波，并且将差分码的频带变换至包括在音频频带中的高频带，还提取上边带并输出由包括在上边带中的频率分量形成的控制音调。如上所述，通过将差分码的频带降低一半，该实施例减少了由噪声造成的影响，从而提高了乐谱显示设备对乐谱数据SD进行解码的精度。因为载波的频率是17.64kHz，控制音调通常难以被听见。然后，波形数据提取部WP7采样控制音调，并将各采样周期的采样值作为控制音调的波形数据存储在缓冲存储器中。采样频率是44.1kHz。

尽管差分码P1、P0、N1和N0顺序地从差分相位调制部WP2输出，但是转换差分码类型的方式被限制为8个不同的转换（见图9）。因此，数字信号（例如，一组或多组乐谱数据）被输入至控制波形数据产生设备WP的扩频处理部WP1，从而上述8个不同转换的表示从差分相位调制部WP2输出以在缓冲存储器中存储表示控制音调的波形数据。然后，波形数据提取部WP7从存储在缓冲存储器中的表示控制音调的波形数据中提取特定采样值作为基本波形数据g1至g8。更具体的，假设以差分码切换的部分为中心，位于中心前和后的多个采样值被提取。在该实施例中，采样频率是44.1kHz。在假设以差分码切换的部分为中心而提取110个采样值的情况下，如上所述，每组基本波形数据g1至g8的开始都相当于前半个差分码的中心，而每组基本波形数据g1至g8的结尾都相当于后半个差分码的中心。

如图8和图9所示，相当于后半个差分码P0和前半个差分码N1的部分被提取为基本波形数据g1。其他组的基本波形数据g2至g8也类似于基本波形数据g1一样被提取。更具体地，相当于差分码P0的后半个和差分码N0的前半个的部分被提取作为基本波形数据g2。此外，相当于差分码N0的后半个以及差分码P1的前半个的部分被提取作为基本波形数据g3，而相当于差分码N0的后半个以及差分码P0的前半个的部分被提取作为基本波形数据g4。此外，相当于差分码P1的后半个和差分码P1的前半个的部分被提取作为基本波形数据g5，而相当于差分码P1的后半个和差分码P0的前半个的部分被提取作为基本波形数据g6。此外，相当于差分码N1的后半个和差分码N1的前半个的部分被提取作为基本波形数据g7，而相当于差分码N1的后半个和差分码N0的前半个的部分被提取作为基本波形数据g8。波形数据提取部WP7将如上所述提取的基本波形数据g1至g8提供至CPU13a。CPU13a将基本波形数据g1至g8存储在存储装置14中（或在ROM13c、RAM13d等类似物中）。形成每个控制波形数据组的采样值以每个控制波形数据组的采样值被采样的顺序存储在连续地址中。基本波形数据组g1至g8具有相同的数据大小。存储在存储装置14中的基本波形数据g1至g8被写入将包含在音乐演奏设备中的闪存ROM、掩模ROM或类似物中。

音乐演奏设备可以通过适当地组合基本波形数据组g1至g8来形成表示整个期望控制音调的波形数据。然而，为了选择与形成乐谱数据SD的一个符号相对应的基本波形数据，必须考虑与紧位于该符号（在最低有效位LSB侧）前面的符号相对应的差分码的类型。更具体地，一组基本波形数据被选择为符合从乐谱数据SD的最低有效位LSB至最高有效位MSB的差分码的转换。与针对具有不同值的各个乐谱数据组SD将每个表示整个控制音调的波形数据组存储在音乐演奏设备的存储装置中的情况相比，这样提取的基本波形数据组g1至g8可以节省音乐演奏设备的存储容量。

此外，在上述配置的情况下，相当于控制音调的符号的边界的部分会受到低通滤波器WP3和希尔伯特变换部WP4的处理的影响。因此，该实施例被设计为在将符号（差分码）的边界定义为中点的情况下提取基本波形数据组g1至g8。结果是，当音乐演奏设备通过使用基本波形数据来产生对应于控制信号的音调时，该实施例防止与符号的边界相当的部分受到涵盖宽频带的噪声的影响，去除了干扰音乐演奏的可能性。因此，该实施例能够提高乐谱显示设备解码控制信号的精度。

在实施本发明的过程中，本发明不限于上述实施例，而且可以在不背离本发明的目的的情况下进行各种修改。

由控制波形数据产生设备WP执行的调制方案（控制音调产生方案）不限于上述实施例的方案及其变型，可以是任何方案。

在上述实施例及其变型中，差分相位调制部WP2执行差分二进制相移键控（DBPSK），其作为根据从扩频处理部WP1输出的码片的值的序列来输出差分码的方案。该实施例可以被修改为：差分相位调制部WP2从首码片开始向最后码片而两个两个地选择形成从扩频处理部WP1输出的信号的相邻码片，并根据所选码片的值确定下一码片的值。换句话说，差分相位调制部WP2可以执行差分四相相移键控（DQPSK）。

此外，扩频处理可以被取消。在这种情况下，将被发送的符号不被扩频而直接被转换为差分码。

此外，可以取消到差分码的转换。在这种情况下，可以根据从扩频处理部WP1输出的码片的值来调制载波。

此外，可以取消扩频处理和到差分码的转换。在这种情况下，波形数据产生设备WP可以根据符号值来改变载波的幅值或相位。在取消到差分码的转换的情况下，表示用于检测控制音调的定时的同步信号可以单独地从音乐演奏设备1发送至乐谱显示设备20。

此外，波形数据产生设备WP的希尔伯特变换部WP4变换差分码，从而差分码的频带的上边带可以被提取。通过如上所述减少差分码的频带，该实施例降低了噪声造成的影响。在控制音调具有足够宽的带宽或者噪声具有非常低的幅值的情况下，希尔伯特变换处理可以被取消，并且控制音调可以由包括在双边带中的频率分量形成。

此外，由通带调制部WP5执行的调制方案不限于上述的实施例及其变形，而可以是任何方案。例如，可以采用幅移键控或频移键控。在这种情况下，通带调制部WP5可以根据形成输入至通带调制部WP5的信号的每个位的值来调制载波，或者可以根据形成该信号的多个位的值来调制载波。例如，采用作为幅移键控的一种的开/关调制方案。在这种情况下，通带调制部WP5根据输入至通带调制部WP5的信号的值来打开/关闭载波，并且可以输出类似莫尔斯（Morse）信号的信号。

在采用不同于上述实施例或其变型的调制方案的情况下，乐谱显示设备20可以通过与在音乐演奏设备10中采用的调制方案相对应的方案来执行解码处理。

此外，例如，波形数据提取部WP7可以提取基本波形数据组来与差分码类型相对应。更具体地，波形数据提取部WP7可以提取基本波形数据组，从而每个基本波形数据不跨在差分码之间的边界上。更具体地，如图10所示，包括在输入控制音调中并对应于差分码P0的部分被提取作为基本波形数据f1，而对应于差分码N0的部分被提取作为基本波形数据f2。此外，对应于差分码P1的部分被提取作为基本波形数据f3，而对应于差分码N1的部分被提取作为基本波形数据f4。

如上所述被提取的基本波形数据组f1至f4将被存储在音乐演奏设备的存储装置中。然后，音乐演奏设备将要被发送的乐谱数据SD的符号转换为差分码，以选择基本波形数据组来与差分码序列对应，并再现所选的基本波形数据组。与针对具有不同值的各个乐谱数据组SD将每个表示整个控制音调的波形数据组存储在音乐演奏设备的存储装置中的情况相比，这种配置也可以节省音乐演奏设备的存储容量。

类似于上述实施例及其变型，然而，在采用与一个符号（或差分码）相对应的音调影响与下一符号相对应的音调的开始的调制方案的情况下，根据位于将对其提取相应波形数据的目标符号的最高有效位MSB侧和最低有效位LSB侧的相邻符号的值，提取基本波形数据组作为不同类型的基本波形数据。

如图11和12所示，更具体地，假设具有值“0”的符号是目标符号，如果与最高有效位MSB侧和最低有效位LSB侧的符号相邻的各符号（以下简称为相邻符号）的值分别是“0”和“0”，则对应于目标符号的波形被提取作为基本波形数据h1。如果相邻符号的值是“0”和“1”，则对应于目标符号的波形被提取作为基本波形数据h2。如果相邻符号的值是“1”和“0”，则对应于目标符号的波形被提取作为基本波形数据h3。如果相邻符号的值是“1”和“1”，则对应于目标符号的波形被提取作为基本波形数据h4。

与具有值“1”的符号相对应的基本波形数据h5至h8的提取类似于具有值“0”的符号的情况来进行。更具体地，如果相邻符号的值是“0”和“0”，则对应于该目标符号的波形被提取作为基本波形数据h5。如果相邻符号的值是“0”和“1”，则对应于该目标符号的波形被提取作为基本波形数据h6。如果相邻符号的值是“1”和“0”，则对应于该目标符号的波形被提取作为基本波形数据h7。如果相邻符号的值是“1”和“1”，则对应于该目标符号的波形被提取作为基本波形数据h8。图12表示基本波形数据h4和基本波形数据h6被提取的情况的示例。

如上所述提取的基本波形数据组h1至h8将被存储在音乐演奏设备的存储装置中，而音乐演奏设备将选择并再现基本波形数据组，从而所选的基本波形数据组将对应于将被发送的乐谱数据SD的位组合格式。为了选择与形成乐谱数据SD的一个符号相对应的基本波形数据，然而，必须考虑与该符号相邻的符号的值。例如，为了选择与具有值“0”的符号相对应的基本波形数据，将根据与该符号相邻的符号的值从基本波形数据组h1至h4中选择一组基本波形数据。此外，为了选择与具有值“1”的符号相对应的基本波形数据，将根据与该符号相邻的符号的值从基本波形数据组h5至h8中选择一组基本波形数据。在将选择与最低有效符号相对应的一组基本波形数据的情况下，仅考虑位于最高有效位MSB侧的相邻符号的值。在将选择与最高有效符号相对应的一组基本波形数据的情况下，仅考虑位于最低有效位LSB侧的相邻符号的值。

在乐谱数据SD的第0位（最低有效位LSB）的值为“0”的情况下，将根据第1位的值选择基本波形数据h1或h3。在乐谱数据SD的第0位的值为“1”的情况下，将根据第1位的值选择基本波形数据h5或h7。在乐谱数据SD的第31位（最高有效位MSB）的值为“0”的情况下，将根据第30位的值选择基本波形数据h1或h2。在乐谱数据SD的第31位的值为“1”的情况下，将根据第30位的值选择基本波形数据h5或h6。

同样通过上述配置，音乐演奏设备可以通过适当组合基本波形数据组h1至h8来形成表示整个期望控制音调的波形数据。因此，与针对具有不同值的各个乐谱数据组SD将表示整个控制音调的每个波形数据组存储在音乐演奏设备的存储装置中的情况相比，该配置还可以节省音乐演奏设备的存储容量。

此外，在不使用波形数据产生电路WP的情况下，波形数据可以由计算机部分13产生。更具体地，诸如符号至差分码的转换以及载波的产生和调制之类的处理可以利用软件通过数值计算来实现。

乐谱数据SD的格式不限于上述实施例及其变型，而可以为任何格式。此外，将产生的波形数据不限于与乐谱数据SD相对应的波形数据，而可以是任何波形数据，只要该波形数据与用于控制外部设备的控制数据相对应即可。

Claims (5)

1.一种波形数据产生设备，用于产生表示音乐演奏设备中的音调的波形的波形数据，所述波形数据产生设备包括：

波形数据产生部，用于输入由形成用于控制外部设备的控制信号的多个位形成的数字信号，以及产生表示控制音调的波形的波形数据，所述控制音调对应于所输入的数字信号，所述控制音调由与所输入的数字信号的各个位的值相对应的音调形成，并且所述控制音调由包括在特定高频带中的频率分量形成；

基本波形数据提取部，用于提取如下的中间部分的整个或一部分作为基本波形数据：该中间部分位于所述波形数据的中间部分、并且与所述数字信号中的位组合格式与差分码一致的中间部分相对应；以及

存储部，用于存储所提取的基本波形数据，

其中所述差分码是通过对所述数字信号进行扩频并对扩频后的数字信号执行差分二进制相移键控获得的。

2.根据权利要求1所述的波形数据产生设备，其中

所述基本波形数据提取部提取如下的中间部分作为所述基本波形数据：该中间部分位于所述波形数据的中间部分，并且该中间部分包括相当于所述差分码的两个相邻位的边界的部分。

3.根据权利要求1所述的波形数据产生设备，其中

所述控制音调是通过使用所述数字信号调制载波得到的调制音调。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的波形数据产生设备，其中

所述外部设备具有用于显示乐谱的显示单元；

所述数字信号具有乐谱页指定信号，该乐谱页指定信号指定将被显示在所述显示单元上的乐谱的页位置。

5.根据权利要求4所述的波形数据产生设备，其中

所述乐谱页指定信号是通过对表示将被显示在所述显示单元上的乐谱的页位置的数据进行扩频、并通过使用差分相移调制方案来调制扩频后的数据产生的。