JP2013182243A - Musical sound generation device and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種サンプリングレートのデジタルオーディオ信号を受信でき、しかも受信したデジタルオーディオ信号を音源と同じサンプリングレートで処理可能にする楽音発生装置およびプログラムに関する。 The present invention relates to a musical sound generating apparatus and program capable of receiving digital audio signals of various sampling rates and processing received digital audio signals at the same sampling rate as a sound source.
デジタルオーディオ信号を受信して自装置の内部データを書き換える技術が知られている。例えば特許文献1には、SPDIF入力端子に供給されるデジタルオーディオ信号からビットクロックおよびワードクロックを抽出し、抽出したビットクロックおよびワードクロックから生成されるアップグレード用データに基づきメモリに格納される再生処理用のプログラムおよび係数データを更新して再生処理機能をアップグレードする装置が開示されている。
A technique for receiving a digital audio signal and rewriting internal data of the device itself is known. For example,
ところで、上記特許文献1に開示の技術は、単にデジタルオーディオ信号で転送されるアップグレード用データを受信して装置機能を更新するだけなので、各種サンプリングレートのデジタルオーディオ信号を受信し、受信したデジタルオーディオ信号を音源と同じサンプリングレートで処理することが出来ないという問題がある。
By the way, since the technique disclosed in
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、各種サンプリングレートのデジタルオーディオ信号を受信し、受信したデジタルオーディオ信号を音源と同じサンプリングレートで処理することができる楽音発生装置およびプログラムを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a musical sound generating apparatus and program capable of receiving digital audio signals of various sampling rates and processing the received digital audio signals at the same sampling rate as the sound source. It is intended to provide.
上記目的を達成するため、本発明による楽音発生装置は、バイフェーズマーク方式によってエンコードされたデジタルオーディオ信号に同期して復調する同期復調手段と、前記同期復調手段により復調されたデジタルオーディオ信号をオーバーサンプリングするオーバーサンプリング手段と、前記オーバーサンプリング手段によりオーバーサンプリングされたデジタルオーディオ信号を、音源と同じサンプリングレートに変換するサンプリングレート変換手段とを具備することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a musical sound generator according to the present invention includes a synchronous demodulator for demodulating in synchronism with a digital audio signal encoded by a biphase mark method, and a digital audio signal demodulated by the synchronous demodulator. Oversampling means for sampling, and sampling rate conversion means for converting the digital audio signal oversampled by the oversampling means to the same sampling rate as that of the sound source.
本発明では、各種サンプリングレートのデジタルオーディオ信号を受信し、受信したデジタルオーディオ信号を音源と同じサンプリングレートで処理することができる。 In the present invention, digital audio signals of various sampling rates can be received, and the received digital audio signals can be processed at the same sampling rate as the sound source.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1は、実施の一形態による楽音発生装置20の全体構成を示すブロック図である。この図において、CPU10は、操作部14が発生するスイッチイベントや、SPDIF受信部16が発生するイベントに応じて装置各部を制御する。本発明の要旨に係わるCPU10の特徴的な処理動作については追って詳述する。ROM11には、CPU10にロードされる各種プログラムデータが記憶される。ここで言う各種プログラムとは、後述するSPDIF入力処理を含む。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a
RAM12には、CPU10の処理に用いられる各種レジスタ・フラグデータが一時記憶される。鍵盤13は、演奏操作(押離鍵操作)に応じたキーオン/キーオフ信号、鍵番号およびベロシティ等の演奏情報を発生する。操作部14は、装置パネルに配設される各種操作スイッチを有し、操作されたスイッチ種に対応したスイッチイベントを発生する。表示部15は、CPU10から供給される表示制御信号に応じて、装置の動作状態や設定状態などを画面表示する。
The
SPDIF受信部16は、外部からトランスポートされるSPDIF信号(デジタルオーディオ信号)を受信復調する受信処理部100と、受信復調されたSPDIF信号(デジタルオーディオ信号)を、例えば音源17で扱われるPCMデータと同じサンプリングレートに変換するサンプリングレート変換部300とを備える。
The
音源17は、周知の波形メモリ読み出し方式によって構成され、時分割動作する複数の発音チャンネルを備える。この音源17では、SPDIF受信部16によりサンプリングレート変換されたSPDIF信号(デジタルオーディオ信号)を、PCM波形データとして扱い楽音形成する。サウンドシステム18は、音源17の出力をD/A変換してなるアナログ出力信号から不要ノイズを除去する等のフィルタリングを施した後、信号増幅してスピーカから発音させる。
The
次に、図2〜図3を参照し、SPDIF受信部16に入力されるSPDIF信号の信号フォーマットについて説明する。図2は、2chステレオデータをトランスポートするSPDIFフォーマットの一例を示す図である。SPDIF信号は、ブロック単位に区切られ、1つのブロックは192個のフレーム#0〜#191から構成される。1つのフレームの期間は、転送するデータのサンプリング周期(1/fs)に相当する。1つのフレームは、2つのサブフレーム(LchサブフレームおよびRchサブフレーム)から構成される。
Next, the signal format of the SPDIF signal input to the
1つのサブフレームは、0SB〜31SBの32ビット幅を有し、その内、0SB〜3SBにはプリアンブルと呼ばれる4ビットの同期コードSync Codeと、4SB〜27SBの最大24ビット長のオーディオサンプルAudio Sampleと、28SB〜31SBの4ビットの制御信号とを備える。サブフレーム中の同期コードSync Code(プリアンブル)を除く、4SB〜31SBの転送データは、1ビットを2ビットで表すバイフェーズマーク方式によってエンコード(BMCエンコード)される。 One subframe has a 32-bit width of 0SB to 31SB. Among them, a 0-bit to 3SB includes a 4-bit synchronization code Sync Code called a preamble, and an audio sample Audio Sample with a maximum length of 24 bits of 4SB to 27SB. And a 4-bit control signal of 28SB to 31SB. The transfer data of 4SB to 31SB, excluding the synchronization code Sync Code (preamble) in the subframe, is encoded (BMC encoded) by the biphase mark method in which 1 bit is represented by 2 bits.
プリアンブルと呼ばれる4ビットの同期コードSync Codeは、バイフェーズマーク変調されない為、図3に図示するように、8シンボルのデータで構成される。具体的には、フレーム#0の先頭・Lchを表す「B」の場合、先行サブフレームの最後がLであれば、「11101000」となり、一方、先行サブフレームの最後がHであれば、「00010111」となる。
Since a 4-bit synchronization code Sync Code called a preamble is not bi-phase mark modulated, it is composed of 8-symbol data as shown in FIG. Specifically, in the case of “B” representing the head and Lch of
フレーム#0以外の先頭・Lchを表す「M」の場合、先行サブフレームの最後がLであれば、「11100011」となり、一方、先行サブフレームの最後がHであれば、「00011101」となる。サブフレーム先頭・Rchを表す「W」の場合、先行サブフレームの最後がLであれば、「11100011」となり、一方、先行サブフレームの最後がHであれば、「00011101」となる。
In the case of “M” representing the head / Lch other than the
結局、図3に図示するように、フレーム#0中の先頭サブフレームにおける同期コードSync Codeはスタートビットに相当する「B」、次のサブフレームにおける同期コードSync Codeは「W」、次フレーム#1中の先頭サブフレームにおける同期コードSync Codeは「M」、以降はフレーム#191に達するまで「W」と「M」が交互に繰り返されるサブフレーム形式を有する。
Finally, as shown in FIG. 3, the synchronization code Sync Code in the first subframe in
こうしたプリアンブル(同期コードSync Code)に続くオーディオサンプルAudio Sampleでは、通常、1サンプル20ビット長のデータであるが、予備AUXの4ビットを用いれば24ビット長のデータでも対応可能となる。つまり、BMC変調により最大24ビットであれば、48シンボル分のデータを具備する。 The audio sample Audio Sample following the preamble (synchronization code Sync Code) is usually 20 bits long per sample. However, if 4 bits of spare AUX are used, 24 bit long data can be handled. In other words, if the maximum is 24 bits by BMC modulation, 48 symbols of data are provided.
4ビットの制御信号は、28SB目のバリディティV、29SB目のユーザデータU、30SB目のチャンネルステータスCおよび31SB目の偶数パリティPから構成される。バリディティVは、オーディオサンプルAudio Sampleの有効・無効を表すビットであり、有効ならば「0(L)」、無効ならば「1(H)」となる。ユーザデータUはユーザ定義情報であり、例えば1ブロック中192ビットでCD記録時の先頭からの経過時間や曲中の経過時間などの時間情報を表すのに用いられる。 The 4-bit control signal is composed of the 28SB validity V, the 29SB user data U, the 30SB channel status C, and the 31SB even parity P. The validity V is a bit indicating validity / invalidity of the audio sample Audio Sample, and is “0 (L)” if valid, and “1 (H)” if invalid. The user data U is user-defined information, and is used, for example, to represent time information such as an elapsed time from the beginning at the time of CD recording or an elapsed time in a song with 192 bits in one block.
チャンネルステータスCは、オーディオサンプルAudio Sampleやフレームに関する属性(例えばサンプリング周期や著作権を表す情報など)を表すのに用いられる。偶数パリティPには、サブフレーム中の同期コードSync Code(プリアンブル)を除く、4SB〜31SBまでの転送データのパリティチェック値がセットされる。 The channel status C is used to indicate an audio sample Audio Sample or an attribute relating to a frame (for example, information indicating a sampling period or copyright). In the even parity P, the parity check value of the transfer data from 4SB to 31SB excluding the synchronization code Sync Code (preamble) in the subframe is set.
次に、SPDIF受信部16の構成について説明する。上述したように、SPDIF受信部16は、外部からトランスポートされるSPDIF信号(デジタルオーディオ信号)を受信復調する受信処理部100と、受信復調されたSPDIF信号(デジタルオーディオ信号)を、例えば音源17で扱われるPCMデータと同じサンプリングレートに変換するサンプリングレート変換部300とに大別される。
Next, the configuration of the
図4は、SPDIF信号(デジタルオーディオ信号)を受信復調する受信処理部100の構成を示すブロック図である。受信処理部100は、信号受信部101、パラメータ発生部102、バイフェーズデコード部103、プリアンブル検出部104、フレームカウンタ105、ビットカウンタ106、イネーブル発生部107、S/P第1変換部108、パリティチェック部109、S/P第2変換部110、ステータスレジスタ111、Lchレジスタ112およびRchレジスタ113を備える。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of the
信号受信部101は、図5に図示するように、フリップフロップFF200〜204、エッジ検出部205、ストローブカウンタ206、比較器207、比較器208およびゼロ比較器209から構成される。カスケード接続されたフリップフロップFF200〜204により形成されるシフトレジスタには、内部クロックCKに同期させてSPDIF信号が取り込まれる。
As shown in FIG. 5, the
エッジ検出部205は、図6に図示するように、内部クロックCKに同期化されたSPDIF信号の変化点(フレーム又はサブフレーム)を検出した場合に変化点イネーブル信号を発生する。変化点イネーブル信号は、ストローブカウンタ206をリセットする。比較器207は、ストローブカウンタ206のカウンタ値が調整パタメータP(カウンタ最大値)に一致した時にストローブイネーブル信号Enaを発生してフリップフロップFF203〜204からそれぞれ出力1データ、出力2データをシフト出力させる。
As illustrated in FIG. 6, the
ところで、SPDIF信号が変化しない最大長は、前述したように、プリアンブルが「000」又は「111」の場合である。そのプリアンブルを有する入力信号(同期化されたSPDIF信号)に対し、ストローブカウンタは図7に図示するジッタ(許容変化幅)を有する。 By the way, the maximum length that the SPDIF signal does not change is, as described above, when the preamble is “000” or “111”. For an input signal (synchronized SPDIF signal) having the preamble, the strobe counter has jitter (allowable change width) shown in FIG.
すなわち、プリアンブルの「000」若しくは「111」が入力されると、変化点は2回発生しないことになる。この為、ストローブカウンタは調整パラメータPで指定されるカウンタ最大値で巡回するが、変化点検出によりリセットされないので、2回目のストローブイネーブル信号Enaに応じてデータを取り込むワーストケースが生じる。つまり、内部クロックCKが入力信号変化周波数の8倍であれば、図7に図示するように、約1クロック以上の周波数許容(±12.5%)が可能になる。 That is, when the preamble “000” or “111” is input, the change point does not occur twice. For this reason, the strobe counter circulates at the counter maximum value specified by the adjustment parameter P, but is not reset by the change point detection, so that the worst case of fetching data according to the second strobe enable signal Ena occurs. That is, if the internal clock CK is 8 times the input signal change frequency, as shown in FIG. 7, it is possible to allow a frequency of about 1 clock or more (± 12.5%).
図4に戻り、受信処理部100の構成について説明を進める。パラメータ発生部102は、CPU10からの指示に応じて、調整パラメータPを発生して信号受信部101に供給する。調整パラメータPは、信号受信部101の比較器207にセットするカウンタ最大値および比較器208にセットするストローブ値からなる。バイフェーズデコード部103は、前述した信号受信部101が出力する出力1データおよび出力2データをデコードして出力する。具体的には、BMCエンコードされているシンボル「01」をデータ「1」、「10」をデータ「1」、「00」をデータ「0」、「11」をデータ「0」にデコードする。
Returning to FIG. 4, the configuration of the
プリアンブル検出部104は、信号受信部101から出力される出力2データから前述したプリアンブルのパターンを検出した場合に、検出内容に応じたリセット信号をフレームカウンタ105あるいはビットカウンタ106に供給する。すなわち、「B」を検出した時にはフレームカウンタ105およびビットカウンタ106をリセットし、「M」を検出した時にはビットカウンタ106をリセットする。フレームカウンタ105は、1つのブロックを形成する192個のフレーム#0〜#191をカウントする。ビットカウンタ106は、フレームカウンタ105によりカウントされているフレーム中のサブフレーム32ビットをカウントする。
When the
イネーブル発生部107は、フレームカウンタ105およびビットカウンタ106の各カウンタ出力に基づきイネーブル信号を発生する。S/P第1変換部108は、デコードされた1サブフレーム分32ビットデータをパラレル変換する。パリティチェック部109は、サブフレーム中の偶数パリティPに基づきパリティチェックを実行する。S/P変換部110およびステータスレジスタ111には、1ブロック(192フレーム分)がデコードされた時点で得られるチャンネルステータスCがストアされる。Lchレジスタ112およびRchレジスタ113には、イネーブル発生部107の指示に応じて、Lchサブフレーム(又はRchサブフレーム)のオーディオサンプルAudio Sampleがロードされる。
The enable
次に、図8を参照してサンプリングレート変換部300の構成について説明する。この図において、セレクタ301は、前述した受信処理部100のLchレジスタ112から読み出されるオーディオ信号SAL又はRchレジスタ113から読み出されるオーディオ信号SARのいずれかを選択する。減算器302は、セレクタ301により選択されたデータから後述のセレクタ307により選択されるデータを減算して出力する。
Next, the configuration of the sampling
乗算器303は、減算器302の出力に所定係数を乗算して出力する。加算器304は、乗算器303の出力に、後述のセレクタ307の出力を加算する。LchデータZレジスタ305は、入力されたLchデータ(オーディオ信号SAL)を1サンプル遅延出力させる。RchデータZレジスタ306は、入力されたRchデータ(オーディオ信号SAR)を1サンプル遅延出力させる。
The
セレクタ307は、LchデータZレジスタ305の1サンプル遅延出力あるいはRchデータZレジスタ306の1サンプル遅延出力のいずれかを選択して減算器302および加算器304に供給する。Lchデータレジスタ308は、LchデータZレジスタ305の1サンプル遅延出力を音源17のサンプリングレートでラッチして出力する。Rchデータレジスタ309は、RchデータZレジスタ306の1サンプル遅延出力を音源17のサンプリングレートでラッチして出力する。
The
このような1次IIRフィルタから構成されるサンプリングレート変換部300では、LchデータZレジスタ305およびRchデータZレジスタ306を、SPDIF信号処理より128倍高いオーバーサンプリングで動作させておき、次段のLchデータレジスタ308およびRchデータレジスタ309を、音源17のサンプリングレートでラッチすることでサンプリングレート変換される。
In the sampling
なお、サンプリングレート変換部300は、図8に図示した1次IIRフィルタの他、図9に図示する一例のFIRフィルタとして構成することも可能である。すなわち、図9に図示するように、1サンプル遅延出力するLchZ0レジスタ350〜LchZ3レジスタ353、1サンプル遅延出力するRchZ0レジスタ354〜RchZ3レジスタ357、これら各レジスタ350〜357の出力を選択するセレクタ358を備える。
Note that the sampling
テーブル制御部361は、システムのサンプリングレートを示すマスターカウンタ360の値(マスターカウンタ周期)と、SPDIF入力のサンプリングレートを示すビットカウンタ値とで定まる補間係数ip(n)を指定する。補間テーブル362は、指定された補間係数ip(n)(サンプリング関数値)を読み出し、読み出した補間係数ip(n)を乗算係数として乗算器359に供給する。乗算器359、加算器363および累算用レジスタ364では、次式(1)、(2)で表現される出力Output(L)(又はOutput(R))を発生し、当該出力Output(L)がLchデータ出力レジスタ365にラッチされ、当該出力Output(R)がRchデータ出力レジスタ366にラッチされる。
The
Output(L)=ip(n−2)×LchZ0+ip(n−1)×LchZ1+ip(n)×LchZ2+ip(n+1)×LchZ3…(1)
Output(R)=ip(n−2)×RchZ0+ip(n−1)×RchZ1+ip(n)×RchZ2+ip(n+1)×RchZ3…(2)
Output (L) = ip (n−2) × LchZ0 + ip (n−1) × LchZ1 + ip (n) × LchZ2 + ip (n + 1) × LchZ3 (1)
Output (R) = ip (n−2) × RchZ0 + ip (n−1) × RchZ1 + ip (n) × RchZ2 + ip (n + 1) × RchZ3 (2)
以上説明したように、本実施形態によれば、アナログPLLを用いることなく、バイフェーズマーク方式によってエンコードされたSPDIF信号(デジタルオーディオ信号)に同期して復調し、復調されたデジタルオーディオ信号をオーバーサンプリングした後、音源17で扱われるPCMデータと同じサンプリングレートに変換するので、各種サンプリングレートのデジタルオーディオ信号を受信し、受信したデジタルオーディオ信号を音源と同じサンプリングレートで処理することができる。
As described above, according to the present embodiment, demodulation is performed in synchronization with the SPDIF signal (digital audio signal) encoded by the biphase mark method without using an analog PLL, and the demodulated digital audio signal is overwritten. After sampling, it is converted to the same sampling rate as the PCM data handled by the
以上、本発明の実施の一形態について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、本願出願の特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。以下では、本願出願当初の特許請求の範囲に記載された各発明について付記する。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to it, It is included in the invention described in the claim of this-application, and its equivalent range. Hereinafter, each invention described in the scope of claims at the beginning of the present application will be additionally described.
(付記)
[請求項1]
バイフェーズマーク方式によってエンコードされたデジタルオーディオ信号に同期して復調する同期復調手段と、
前記同期復調手段により復調されたデジタルオーディオ信号をオーバーサンプリングするオーバーサンプリング手段と、
前記オーバーサンプリング手段によりオーバーサンプリングされたデジタルオーディオ信号を、音源と同じサンプリングレートに変換するサンプリングレート変換手段と
を具備することを特徴とする楽音発生装置。
(Appendix)
[Claim 1]
Synchronous demodulation means for demodulating in synchronization with a digital audio signal encoded by the biphase mark method;
Oversampling means for oversampling the digital audio signal demodulated by the synchronous demodulation means;
A musical sound generating apparatus comprising: a sampling rate conversion means for converting the digital audio signal oversampled by the oversampling means to the same sampling rate as that of a sound source.
[請求項2]
コンピュータに、
バイフェーズマーク方式によってエンコードされたデジタルオーディオ信号に同期して復調する同期復調ステップと、
前記同期復調ステップにて復調されたデジタルオーディオ信号をオーバーサンプリングするオーバーサンプリングステップと、
前記オーバーサンプリングステップにてオーバーサンプリングされたデジタルオーディオ信号を、音源と同じサンプリングレートに変換するサンプリングレート変換ステップと
を実行させることを特徴とするプログラム。
[Claim 2]
On the computer,
A synchronous demodulation step for demodulating in synchronization with a digital audio signal encoded by the biphase mark method;
An oversampling step of oversampling the digital audio signal demodulated in the synchronous demodulation step;
A program for executing a sampling rate conversion step of converting the digital audio signal oversampled in the oversampling step to the same sampling rate as that of a sound source.
10 CPU
11 ROM
12 RAM
13 鍵盤
14 操作部
15 表示部
16 SPDIF受信部
17 音源
18 サウンドシステム
20 楽音発生装置
100 受信処理部
300 サンプリングレート変換部
10 CPU
11 ROM
12 RAM
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記同期復調手段により復調されたデジタルオーディオ信号をオーバーサンプリングするオーバーサンプリング手段と、
前記オーバーサンプリング手段によりオーバーサンプリングされたデジタルオーディオ信号を、音源と同じサンプリングレートに変換するサンプリングレート変換手段と
を具備することを特徴とする楽音発生装置。 Synchronous demodulation means for demodulating in synchronization with a digital audio signal encoded by the biphase mark method;
Oversampling means for oversampling the digital audio signal demodulated by the synchronous demodulation means;
A musical sound generating apparatus comprising: a sampling rate conversion means for converting the digital audio signal oversampled by the oversampling means to the same sampling rate as that of a sound source.
バイフェーズマーク方式によってエンコードされたデジタルオーディオ信号に同期して復調する同期復調ステップと、
前記同期復調ステップにて復調されたデジタルオーディオ信号をオーバーサンプリングするオーバーサンプリングステップと、
前記オーバーサンプリングステップにてオーバーサンプリングされたデジタルオーディオ信号を、音源と同じサンプリングレートに変換するサンプリングレート変換ステップと
を実行させることを特徴とするプログラム。 On the computer,
A synchronous demodulation step for demodulating in synchronization with a digital audio signal encoded by the biphase mark method;
An oversampling step of oversampling the digital audio signal demodulated in the synchronous demodulation step;
A program for executing a sampling rate conversion step of converting the digital audio signal oversampled in the oversampling step to the same sampling rate as that of a sound source.
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