JP2004309521A - Ｐｃｍ音源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ボイス生成部を時分割駆動して複数チャンネルのボイスを生成するＰＣＭ方式の音源のメモリアクセス周期や乗算回路などのサイクル周期を低くして音源回路の消費電力を低減させることの可能なＰＣＭ音源装置を提供する。
【解決手段】ＷＡＶＥ−ＲＯＭ２０に、又はＷＡＶＥ−ＲＯＭとは別個に格納されているエンベロープ情報を用いてボイス資源の占有状況を予測し、予測された占有状況から新たに使用されるボイス資源の割り振りを決定し、使用されるボイス資源の総数からボイス生成部２４の時分割タイムスロット信号の周期を増減するよう構成した。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＷＡＶＥ−ＲＯＭなどの記憶手段にあらかじめ格納されたＰＣＭ音源データの波形を用いて音色を生成するＰＣＭ方式の音源装置に関し、特に消費電力の低減が可能な音源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話のいわゆる着メロがモバイルコンテンツとして人気を集めているが、かかる着メロの音源としてＭＩＤＩ（Ｍｕｓｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）信号を用いたものが一般化している。かかるＭＩＤＩ信号による着メロのコンテンツの再生を行う携帯電話やモバイル機器などは、電源が内蔵バッテリであるため、消費電力を減らして長時間使用を実現したいという要請がある。そのためには、ＰＣＭ音源装置の低消費電力化が必要である。しかしながら高品位な楽曲再生を実現するために音源の和音数が増大する傾向にあり、このため音源装置の回路規模や動作周波数が増加し、消費電力は更に増える結果となっている。
【０００３】
従来のＰＣＭ音源装置に用いられるボイス生成部を時分割駆動して複数チャンネルのボイスを生成するに際し、音源の消費電力を低減させるために、ボイス生成部の時分割タイムスロットが未使用のスロットのクロック信号をゲーティングすることで低消費電力化を図る方法がある（例えば下記の特許文献１）。この従来例を図９に示す。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２６５３５２号公報（図３、要約）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のＰＣＭ音源装置に用いられるボイス生成部の時分割タイムスロットが未使用のスロットのクロック信号をゲーティングすることで低消費電力化を図る方法は、１スロット単位時間の処理動作は高速のままなので、メモリアクセス周期や乗算演算回路の消費電力削減効果が高くないという課題があった。
【０００６】
そこで本発明は、ボイス生成部を時分割駆動して複数チャンネルのボイスを生成するＰＣＭ方式の音源のメモリアクセス周期や乗算回路などのサイクル周期を低くして音源回路の消費電力を低減することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明では、ＷＡＶＥ−ＲＯＭなどの記憶部あるいは記憶部とは別個のメモリ手段に格納されているエンベロープ情報を用いてボイス資源の占有状況を予測し、予測された占有状況から新たに使用されるボイス資源の割り振りを決定し、使用されるボイス資源の総数からボイス生成部の時分割タイムスロット信号の周期を増減するよう構成したものである。
【０００８】
すなわち本発明によれば、ＰＣＭ方式の音源波形データが格納された記憶部と、
楽曲ファイルに記載されたＭＩＤＩメッセージに基づいて前記記憶部から時分割制御により複数チャンネルの音源波形データを読み出して合成して出力するボイス生成部と、
前記記憶部又は、前記記憶部とは別個に設けられたエンベロープ情報格納部から読み出されたエンベロープ情報と、前記楽曲ファイルに記載されたＭＩＤＩメッセージとを用いて、ボイス資源の占有状況を予測する予測手段と、
前記予測手段により予測された占有状況から新たに使用されるボイス資源の割当てを決定するボイス割当て手段と、
使用されるボイス資源の総数から前記ボイス生成部の時分割制御に用いられる時分割タイムスロット信号の周期を増減するタイムスロット周期制御部とを、
有するＰＣＭ音源装置であって、
前記楽曲ファイルに記載されたＭＩＤＩメッセージを解析し前記ボイス生成部の動作を制御するボイス生成部制御コマンドと、前記使用されるボイス資源の総数に基づき前記タイムスロット信号の周期を増減するためのタイムスロット制御コマンドを生成するメッセージ解析・制御コマンド生成部と、
前記ボイス生成部制御コマンドと前記タイムスロット制御コマンドとを一時保持するメモリ部と、
前記メモリ部から出力される前記ボイス生成部制御コマンドに基づいて、前記ボイス生成部制御コマンドにより指定された時刻に前記ボイス生成部を制御すべく前記ボイス生成部制御コマンドとタイムスロット制御コマンドを分離して出力するシーケンサとを、
有し、
前記タイムスロット周期制御部は、前記シーケンサの出力する前記タイムスロット制御コマンドに基づき前記タイムスロット信号の周期を制御するためのタイムスロット周期信号を生成して、前記ボイス生成部に出力するよう構成されているＰＣＭ音源装置が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本発明のＰＣＭ音源装置の好ましい実施の形態のブロック図である。この実施の形態では、ＭＩＤＩコンテンツとして広く普及しているスタンダード・ＭＩＤＩファイル（Ｓｔａｎｄａｒｄ ＭＩＤＩ Ｆｉｌｅ：以下ＳＭＦと略す）を再生する構成となっている。図１のＰＣＭ音源装置は、外部又は内部から伝送媒体あるいは記憶媒体を介して与えられるＳＭＦ１０に応答するＭＩＤＩメッセージ解析・制御コマンド生成部１２と、ＭＩＤＩメッセージ解析・制御コマンド生成部１２との相互作用を行うボイス割当部１４と、エンベロープ情報を格納しているエンベロープ情報格納部１５と、ＭＩＤＩメッセージ解析・制御コマンド生成部１２からのコマンドを一時保持するメモリである制御コマンドＦＩＦＯ１６と、制御コマンドＦＩＦＯ１６の出力に応答するシーケンサ（パーサ＆スケジューラ）１８と、所定の波形データなどがあらかじめ格納されている記憶部としてのＷＡＶＥ−ＲＯＭ２０と、シーケンサ１８の出力であるタイムスロット制御コマンドに応答するタイムスロット制御回路２２と、シーケンサ１８の出力であるボイス生成部制御コマンドと、ＷＡＶＥ−ＲＯＭ２０の出力とタイムスロット制御回路２２の出力信号に応答するボイス生成部２４とを有する。
【００１０】
ボイス生成部２４の出力信号はＤ／Ａコンバータ２６及び図示省略のアンプを介してスピーカ２８に与えられる。なお、エンベロープ情報格納部１５に格納されているエンベロープ情報は、ＷＡＶＥ−ＲＯＭ２０に格納されているエンベロープ情報と同一のものである。したがって、図１の構成を後述するように分割する場合を除き、エンベロープ情報格納部１５を設ける代わりにＷＡＶＥ−ＲＯＭ２０から読み出されるエンベロープ情報をボイス割当部１４に提供するよう構成することもできる。
【００１１】
次に図１の各部の動作について説明する。
（１）ＭＩＤＩメッセージ解析
ＭＩＤＩメッセージ解析・制御コマンド生成部１２は、ＳＭＦ形式のＭＩＤＩファイルを解析してノートオン／ノートオフ情報やモジュレーション、ピッチベンドなどのコントロールチェンジ情報を抽出する。
【００１２】
（２）ボイス割当てロジック
ボイス割当部１４は、ＭＩＤＩメッセー解析・制御コマンド生成部１２と協働して後述するリサンプリングエンジンの有限なボイス資源を効率よくリサイクルするロジックを実現するものとして設けられている。動作の基本はノートオンで割り当て、ノートオフで解放するというものである。ノートオフの到来以前に発音動作が終了しているボイス資源は解放して、新しいノートオンに割り振る。ボイス資源の割当て手順を図２の「ボイス資源とタイムスロット周期の決定手順」に示す。
【００１３】
図２に示すようにＭＩＤＩファイルに記載されたＭＩＤＩメッセージＭ、すなわち、ノートオンとノートオフの時間情報と、ＷＡＶＥ−ＲＯＭ２０に格納されているエンベロープ情報と同一のエンベロープ情報Ｅ（図１のエンベロープ情報格納部１５から読み出される）を用いてボイス資源の占有状況が予測され（ステップＳ１）、次いでボイス資源の総数が決定され（ステップＳ２）、次いでボイスの割当てが行われる（ステップＳ３）。なお、エンベロープ情報格納部１５に格納されているエンベロープ情報Ｅは、図３に示すように、ＷＡＶＥ−ＲＯＭ２０に記憶されているアタックレベル、アタック時間、ホールド時間、ディケイ時間、サステインレベル、リリース時間と全く同じものである。
【００１４】
ノートオンによるボイスの発生からリリースによってボイスの出力がなくなるまでのエンベロープカーブの出力レベルと時間を予測して、実回路で構成されるボイス生成部２４を占有するボイス数の総数を事前に決定する。ボイスの割当てにより、ボイス割当て情報としてボイス生成部制御コマンドＣ１と、タイムスロットスタイルを決定するためのタイムスロット制御コマンドＣ２が生成される。ボイス生成部制御コマンドＣ１は、図１に示すように最終的にボイス生成部２４に与えられる。タイムスロット制御コマンドＣ２は、タイムスロット周期決定（ステップＳ４）に用いられ（図１のタイムスロット制御回路２２による）、タイムスロット周期を示すタイムスロット周期信号がボイス生成部２４に供給される。
【００１５】
（３）制御コマンド生成
ＭＩＤＩメッセージ解析・制御コマンド生成部１２で抽出したノートオン／ノートオフ情報やモジュレーション、ピッチベンドなどのコントロールチェンジ情報をボイス生成部２４を制御するボイス生成部制御コマンドＣ１に変換する。ノートオン情報をどのボイス資源に割り当てるかはボイス割当てロジックでの決定に従って行われる。ボイス生成部制御コマンドＣ１は図４の「ボイス生成部制御コマンド」に示すように、コマンドを実行する時間を前回に実行されたコマンドとの差分時刻Δタイムで設定する。この時刻情報に続けてベロシティ（速さ）、ピッチ情報と共にノートオンのステータスがボイス資源の割当て情報と共に指定される。
【００１６】
（４）タイムスロット周期
ボイス割当てロジックでボイス資源に割り当てられているボイスの総数が決定されるので、このボイス総数からタイムスロット周期が決定される。タイムスロット周期の決定手順は、図２の「ボイス資源とタイムスロット周期の決定手順」に示すとおりである。このタイムスロット周期の情報はボイス生成部制御コマンドＣ１と同じメッセージ形式をとる。すなわち、タイムスロット周期の情報は、タイムスロットの周期を切り替える時間をΔタイムで指定する。例を図４の「ボイス生成部制御コマンド」に示す。
【００１７】
（５）制御コマンドＦＩＦＯ
ボイス生成部２４を制御するボイス生成部制御コマンドＣ１とタイムスロットを制御するタイムスロット制御コマンドＣ２は一度制御コマンドＦＩＦＯ１６に蓄えられてから読み出されてシーケンサ１８に入力される。
【００１８】
（６）シーケンサ
制御コマンドＦＩＦＯ１６から制御コマンド（Ｃ１＋Ｃ２）を逐次読み出して、ボイス生成部制御コマンドＣ１とタイムスロット制御コマンドＣ２とに分離する。Δタイムで指定された時刻になったときにタイムスロット制御コマンドＣ２はタイムスロット制御回路２２へ送られる。同様にボイス生成部制御コマンドＣ１はボイス生成部２４へ送られる。
【００１９】
（７）ボイス生成
ボイス生成部２４の回路構成を図６に示す。すなわち、図６は、図１の全体構成図に示されるボイス生成部２４とその周辺を詳細に示すブロック図である。ボイス生成部２４は、アドレス生成部３０と、ピッチ・ゲイン演算部３２と、リサンプリング゛エンジン３４と、エンベロープ生成部３６と、フィルタ３８と、ミキサ４０と、リバーブ回路４２を有している。アドレス生成部３０とピッチ・ゲイン演算部３２は、それぞれボイス生成部制御コマンドＣ１に記載されたパラメータに従ってＷＡＶＥ−ＲＯＭ２０から読み出すべきデータのアドレスを指定し、またピッチ・ゲインを演算する。リサンプリングエンジン３４は、ＷＡＶＥ−ＲＯＭ２０から読み出された波形データと、アドレス生成部３０から与えられるオフセットデータを用いて後述するように波形データの再サンプリングを行う。
【００２０】
リサンプリングエンジン３４の出力信号は、エンベロープ生成部３６に与えられ、エンベロープが生成される。したがって、ボイス生成部２４は、ボイス生成部制御コマンドＣ１に記載されたパラメータに従ってＷＡＶＥ−ＲＯＭ２０に用意されたＰＣＭ音声波形をピッチ変換した後、指定のエンベロープカーブで波形を成形してステレオのＰＣＭ波形を生成することとなる。この生成されたエンベロープ信号が周知のフィルタ３８、ミキサ４０、リバーブ回路４２の各回路を経てデジタル出力信号（ＯＵＴ）として出力されるが、ここでは、ローパスフィルタ処理した後、各タイムスロットの波形を合成してマルチ和音として合成されて楽曲となり、最後にリバーブのエフェクト処理が施される。
【００２１】
（８）ボイス生成部におけるリサンプリング
図７は、ボイス生成部２４内のリサンプリングエンジン３４の構成とその周辺を詳細に示すブロック図である。リサンプリングエンジン３４は、ラッチ４４、４６、減算器４８、乗算器５０、加算器５２を有している。アドレス生成部３０から出力されるＮアドレス及びＮ＋１アドレスはＷＡＶＥ−ＲＯＭ２０に与えられ、ＷＡＶＥ−ＲＯＭ２０からはＮアドレスのサンプルであるＮサンプルとＮ＋１アドレスのサンプルであるＮ＋１サンプルが出力され、それぞれラッチ４４、４６に入力される。ラッチ４４の出力は減算器４８の−入力に、ラッチ４６の出力は減算器４８の＋入力に与えられ、減算器４８からは差分（Δ）データとしての（Ｎ＋１）−（Ｎ）が得られる。この差分データは、乗算器５０に与えられ、アドレス生成部３０から供給されるオフセットデータと乗算される。乗算器５０の出力とラッチ４６の出力は、それぞれ加算器５２に与えられて相互に加算され、和信号が出力される。
【００２２】
図８は、図７のリサンプリングエンジン３４におけるリサンプリングの原理を模式的に示す図である。この例は、３／４倍のピッチ変換をする場合のものである。ＮサンプルのデータとＮ＋１サンプルのデータをそれぞれラッチ４４、４６によりラッチしておく。減算器４８で両者の差分Δが計算され、乗算器５０でオフセットデータを乗算する。３／４倍の場合は、Δ×（３／４）となる。この乗算結果にＮサンプルのデータを加算すると、図８中、●で示したカーブ上の信号レベル値が３／４倍変換した値として得られる。
【００２３】
（９）タイムスロット制御回路
タイムスロット制御回路２２では、デジタルオーディオ信号の基本周期であるサンプリング周波数（Ｆｓ）の２のＮ乗倍となるタイムスロットに分割してマルチ和音の生成が行われる。タイムスロットの周波数は、例えばＦｓの８倍、１６倍、３２倍である。携帯電話のコンテンツを再生する場合は、上限は６４倍でよい。図５に３２サイクルと１６サイクルの例を示す。音源回路のマスタークロックを分周してタイムスロット周期は生成されるので、タイムスロット制御コマンドＣ２によって分周比を変えることでタイムスロット周期を変更することができる。
【００２４】
図９は、タイムスロット周期生成回路として動作するタイムスロット制御回路２２の構成を示すブロック図である。マスタクロック生成部５４は所定のマスタクロックを生成し、生成されたマスタクロックはそれぞれ分周器５６、５８に与えられる。分周器５６は、マスタクロックを所定分周比で分周してサンプリング周期Ｆｓのサンプリングクロックを生成する。一方分周器５８には、シーケンサ１８からタイムスロット制御コマンドＣ２が与えられていて、このタイムスロット制御コマンドＣ２により指定されたタイムスロット周期が得られるよう、分周比が可変である。サンプリング周期Ｆｓのサンプリングクロックとタイムスロット信号の周期を制御するタイムスロット周期信号は、それぞれ図６のリサンプリングエンジン３４に与えられる。すなわち、ボイス生成部２４では、時分割制御が行われるが、時分割制御に用いられるタイムスロット信号の周期が、このタイムスロット周期信号により制御されるのである。
【００２５】
本発明の音源装置の処理方式を携帯電話機などに適用する一例を図１０に示す。図１との関係を明らかにするために、同一又は同様な要素は同一番号で示されている。ＭＩＤＩメッセージ解析・制御コマンド生成部１２、ボイス割当てロジックを実行するボイス割当部１４、エンベロープ情報格納部１５、タイムスロット周期決定の処理など、すなわち図１及び図２における２つの制御コマンドＣ１とＣ２を生成する部分はホストＭＰＵ６０によるソフトウェア処理で実施される。一方、制御コマンドＦＩＦＯ１６、シーケンサ１８、ＷＡＶＥ−ＲＯＭ２０、ボイス生成部２４、タイムスロット制御回路２２、Ｄ／Ａコンバータ２６は音源ＬＳＩ６２として実装される。
【００２６】
図１０の例は、携帯電話機にホストＭＰＵ６０と音源ＬＳＩ６２を組み込んで本発明のＰＣＭ音源装置を実現する方式を示しているが、ホストＭＰＵ６０を携帯電話に組み込むのではなく、インターネットなどを介して所定のサーバやサイトからホストＭＰＵ６０の出力信号に相当する信号、すなわち制御コマンド（Ｃ１＋Ｃ２）を送信し、携帯電話機でこれを受信するよう構成することもできる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＰＣＭ音源装置はＷＡＶＥ−ＲＯＭに格納されているエンベロープ情報又はこれと同じ情報を用いてボイス資源の占有状況を予測し、予測された占有状況から新たに使用されるボイス資源の割り振りを決定し、使用されるボイス資源の総数からボイス生成部の時分割タイムスロット信号の周期を増減するよう構成したので、消費電力の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＰＣＭ音源装置の好ましい実施の形態の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態において、ボイス資源とタイムスロット周期の決定手順を模式的示す図である。
【図３】本発明の実施の形態において、エンベロープカーブ生成曲線を説明する波形図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるボイス生成部の制御コマンドを模式的に示す図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるタイムスロットの周期例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態におけるボイス生成部の構成とその周辺を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態におけるボイス生成部内のリサンプリングエンジンの構成とその周辺を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態におけるボイス生成部内のリサンプリングエンジンによるリサンプリングの原理を説明する図である。
【図９】本発明の実施の形態におけるタイムスロット制御回路の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明のＰＣＭ音源装置の好ましい実施の形態を携帯電話機に実装した例を示すブロック図である。
【図１１】従来の音源装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ スタンダードＭＩＤＩファイル（ＳＭＦ）
１２ ＭＩＤＩメッセージ解析・制御コマンド生成部
１４ ボイス割当部
１５ エンベロープ情報格納部
１６ 制御コマンドＦＩＦＯ
１８ シーケンサ（パーサ＆スケジューラ）
２０ ＷＡＶＥ−ＲＯＭ（記憶部）
２２ タイムスロット制御回路
２４ ボイス生成部
２６ Ｄ／Ａコンバータ
２８ スピーカ
３０ アドレス生成部
３２ ピッチ・ゲイン演算部
３４ リサンプリングエンジン
３６ エンベロープ生成部
３８ フィルタ
４０ ミキサ
４２ リバーブ回路
４４、４６ ラッチ
４８ 減算器
５０ 乗算器
５２ 加算器
５４ マスタクロック生成部
５６、５８ 分周器
６０ ホストＭＰＵ
６２ 音源ＬＳＩ
Ｃ１ ボイス生成部制御コマンド
Ｃ２ タイムスロット制御コマンド

Claims (1)

1. ＰＣＭ方式の音源波形データが格納された記憶部と、
   楽曲ファイルに記載されたＭＩＤＩメッセージに基づいて前記記憶部から時分割制御により複数チャネルの音源波形データを読み出して合成して出力するボイス生成部と、
   前記記憶部又は、前記記憶部とは別個に設けられたエンベロープ情報格納部から読み出されたエンベロープ情報と、前記楽曲ファイルに記載されたＭＩＤＩメッセージとを用いて、ボイス資源の占有状況を予測する予測手段と、
   前記予測手段により予測された占有状況から新たに使用されるボイス資源の割当てを決定するボイス割当て手段と、
   使用されるボイス資源の総数から前記ボイス生成部の時分割制御に用いられる時分割タイムスロット信号の周期を増減するタイムスロット周期制御部とを、
   有するＰＣＭ音源装置であって、
   前記楽曲ファイルに記載されたＭＩＤＩメッセージを解析し前記ボイス生成部の動作を制御するボイス生成部制御コマンドと、前記使用されるボイス資源の総数に基づき前記タイムスロット信号の周期を増減するためのタイムスロット制御コマンドを生成するメッセージ解析・制御コマンド生成部と、
   前記ボイス生成部制御コマンドと前記タイムスロット制御コマンドとを一時保持するメモリ部と、
   前記メモリ部から出力される前記ボイス生成部制御コマンドに基づいて、前記ボイス生成部制御コマンドにより指定された時刻に前記ボイス生成部を制御すべく前記ボイス生成部制御コマンドとタイムスロット制御コマンドを分離して出力するシーケンサとを、
   有し、
   前記タイムスロット周期制御部は、前記シーケンサの出力する前記タイムスロット制御コマンドに基づき、前記タイムスロット信号の周期を制御するためのタイムスロット周期信号を生成して、前記ボイス生成部に出力するよう構成されているＰＣＭ音源装置。

Images