JP3275678B2 - 楽音発生方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、演算処理装置を備
える汎用処理装置により楽音を生成できるようにした楽
音発生方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の楽音発生装置は、通常、ＭＩＤＩ
（Musical Instrument Digital Interface）、鍵盤ある
いはシーケンサなどからの演奏情報を入力する演奏入力
部、楽音波形を発生する音源部、入力された演奏情報に
応じて前記音源部を制御する中央処理装置（ＣＰＵ）な
どから構成されていた。ここで、ＣＰＵは、入力された
演奏情報に応じて、チャンネルアサイン、パラメータ変
換などの音源ドライバ処理を実行し、音源部の割り当て
たチャンネルに変換したパラメータと発音開始指示（ノ
ートオン）を供給する。また、音源部は供給されたパラ
メータに基づいて楽音波形を生成するものであり、この
音源部としては電子回路などのハードウエアが採用され
ていた。このため、楽音発生装置は楽音を発生するため
の専用機器となってしまい、楽音を発生するときには専
用の楽音発生装置を準備することが必要であった。

【０００３】そこで、これを解決するために、最近で
は、前記ハードウエア音源の動作をコンピュータプログ
ラムによる音源処理（ソフトウエア音源）に置き換え、
ＣＰＵにより演奏処理と音源処理とを実行させるように
した楽音発生方法が提案されている。ここで、演奏処理
とは、前述した音源ドライバ処理に相当する処理であっ
て、入力されたＭＩＤＩなどの演奏情報に基づき、生成
される楽音を制御するための制御情報を作成する処理の
ことである。また、音源処理とは、前記演奏処理におい
て作成された制御情報に基づき楽音の波形データを生成
する処理のことである。この楽音発生方法によれば、専
用の楽音発生装置を用いることなく、ＣＰＵとソフトウ
エアのほかにはＤＡ変換用のチップを備えるだけで、楽
音を発生させることが可能となる。

【０００４】楽音を発生させるためには、サンプリング
周期、すなわち、ＤＡＣ（Digtal Analog Converter ）
における変換タイミング毎に波形サンプルをＤＡＣに供
給することが必要である。そこで、ＣＰＵは、通常時は
押鍵検出等の演奏処理を実行し、該演奏処理に対して各
サンプリング周期毎に音源処理を割り込み実行して、複
数チャンネルの楽音の１サンプル分の波形データを演算
生成した後、再び演奏処理に復帰するという動作を行う
ことが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようなソフトウエ
ア音源によれば、専用の楽音発生装置を用いることなく
楽音を発生させることが可能となるが、ＣＰＵは、各サ
ンプリング周期毎に各発音チャンネルの波形生成演算処
理を行うときに、まず、前回の当該発音チャンネルの演
算に用いた各種のデータをメモリからレジスタに復帰さ
せること、および、当該波形生成演算終了後に次回の処
理のために前記レジスタの内容をメモリに退避すること
が必要であり、本来の波形生成演算以外の処理に多くの
処理時間を必要としていた。

【０００６】そこで、このような問題を解決するため
に、所定期間ごとに該所定期間に対応する複数サンプル
の波形データをまとめて生成演算することにより、演算
効率を向上させることが考えられる。このようなソフト
ウエア音源によれば、複数の楽音波形サンプルの演算に
ついて１回だけ各発音チャンネルの準備処理を行なうだ
けで良いようになり、準備処理に要するＣＰＵのオーバ
ヘッドを小さくすることが可能となり、ひいては、生成
された楽音の質を向上することができるとともに同時発
音チャンネル数を増加することができるようになる。

【０００７】前述したようにソフトウエア音源は前記演
奏処理を実行する音源ＭＩＤＩドライバ部と前記音源処
理を実行する音源部とから構成されている。ずなわち、
音源ＭＩＤＩドライバ部は、ＭＩＤＩシーケンサソフ
ト、ゲームソフトあるいはカラオケソフトなどのアプリ
ケーションプログラムからＭＩＤＩイベントなどの演奏
情報を受け取り、受け取ったＭＩＤＩイベントをそれに
対応する音源（発音チャンネル）に渡すべき楽音制御パ
ラメータに変換する処理を行なう。

【０００８】また、音源部は複数チャンネル（例えば最
大３２チャンネル）の波形テーブル合成とリバーブなど
のエフェクト処理とを行ない、処理結果であるオーディ
オ波形データをＤＡＣに出力する。図８にこの音源部に
おいて実行される処理の全体構造を示す。この図におい
て、１０１は複数チャンネルの波形テーブル合成をおこ
なう波形合成処理部、１０２は生成された左チャンネル
用の波形データを格納する左チャンネル用出力バッファ
ＯＢＬ、１０３は生成された右チャンネル用の波形デー
タを格納する右チャンネル用出力バッファＯＢＲ、１０
４はエフェクト処理を行なうために生成された波形デー
タを格納するエフェクト用出力バッファＯＢＥ、１０５
は生成された波形データに対して、例えばリバーブ処理
などのエフェクト処理を行なうエフェクト処理部、１０
６は生成された波形データをＤＡＣに出力するための左
チャンネル用オーディオ出力バッファＯＬ、１０７は生
成された波形データをＤＡＣに出力するための右チャン
ネル用オーディオ出力バッファＯＲである。なお、出力
バッファＯＢＬ１０２、ＯＢＲ１０３、ＯＢＥ１０４、
オーディオ出力バッファＯＬ１０６およびＯＲ１０７の
各バッファは、それぞれ複数サンプル分の波形データを
格納する容量を有しており、具体的には、ＲＡＭ上にお
ける領域として実現されている。

【０００９】波形合成処理部１０１は、音源ＭＩＤＩド
ライバから出力される音源制御パラメータに応じて波形
メモリから読み出した波形データに対する補間演算およ
びゲイン調整演算を行ない、このようにして生成したオ
ーディオデータを、対応する左チャンネル用出力バッフ
ァＯＢＬ１０２、右チャンネル用出力バッファＯＢＲ１
０３およびエフェクト用出力バッファＯＢＥ１０４の３
つの出力バッファに格納する。エフェクト処理部１０５
はエフェクト用出力バッファＯＢＥ１０４に格納されて
いる波形データに対して、例えばリバーブ処理などのエ
フェクト処理を行ない、得られたデータを前記左チャン
ネル用出力バッファＯＢＬ１０２および右チャンネル用
出力バッファＯＢＲ１０３の対応するデータに加算す
る。左チャンネル用出力バッファＯＢＬ１０２および右
チャンネル用出力バッファＯＢＲ１０３に格納された各
波形データは、左チャンネル用オーディオ出力バッファ
ＯＬ１０６および右チャンネル用オーディオ出力バッフ
ァＯＲ１０７に書き込まれ、各サンプリング周期毎に順
次図示しないＤＡＣに出力されて楽音が発生されること
となる。

【００１０】ところで、近年、このようなソフトウエア
音源処理が実行されるパーソナルコンピュータなどの汎
用コンピュータや電子楽器に搭載されているＣＰＵとし
て、処理速度を向上するために、キャッシュメモリを備
えているものが多く用いられるようになってきている。
しかしながら、キャッシュメモリを搭載していても、キ
ャッシュ・ミス率が高い場合には必ずしも処理が高速に
なるわけではない。より効率よく波形生成演算を行なう
ことができれば、発音チャンネル数を増加させることが
可能となり、また、並行して実行される楽音発生以外の
アプリケーションソフトウエアも高速に実行することが
できるようになる。

【００１１】そこで、本発明は、キャッシュメモリを備
えたＣＰＵにおいて特に効率よく波形生成演算を実行す
ることができる楽音発生方法および楽音発生装置を提供
することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の楽音発生方法は、（１）演奏情報を入力す
る入力ステップ、（２）入力された演奏情報に基づいて
１サンプル分ずつ複数系列の波形データを繰り返し演算
することにより、複数系列の波形データを複数サンプル
分まとめて生成する波形生成ステップ、（３）前記波形
生成ステップにおいて演算生成された複数系列の波形デ
ータ１サンプル分ずつインターリーブして出力バッファ
に格納するステップ、および、（４）前記出力バッファ
に格納された複数サンプル分の複数系列の波形データを
サンプリング周期毎に１サンプルずつ出力する出力ステ
ップを含む、キャッシュメモリを備えた演算処理装置に
おいて実行される楽音発生方法である。

【００１３】また、本発明の楽音発生装置は、音源処理
プログラムと演奏処理プログラムを記憶したメモリと、
複数サンプル分の複数系列の波形データを１サンプル分
ずつインターリーブして格納するバッファメモリ手段
と、キャッシュメモリを備え、前記音源処理プログラム
と前記演奏処理プログラムとを実行する演算手段であっ
て、前記音源処理プログラムにより複数系列の波形デー
タを１サンプル分ずつ繰り返し演算することにより、複
数サンプル分の複数系列の波形データをまとめて演算生
成して前記バッファメモリ手段に格納する演算手段と、
前記バッファメモリ手段に格納された波形データに基づ
き楽音を出力する楽音出力手段とを有する楽音発生装置
である。

【００１４】このような本発明によれば、出力バッファ
に右チャンネル、左チャンネルおよびエフェクト用など
の複数の系列のデータを１サンプル分ずつインターリー
ブして格納しているので、キャッシュメモリを搭載した
システムにおいて、キャッシュミスの生じる可能性を低
くすることができ、波形生成演算を高速に実行すること
ができるようになる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の楽音発生方法を実行する
ことのできる楽音発生装置の構成を図１に示す。この図
において、１はアプリケーションプログラムや楽音波形
サンプルの生成等の各種演算処理を行うマイクロプロセ
ッサ（ＣＰＵ）、２は前記ＣＰＵ１に搭載されているキ
ャッシュメモリ、３はプリセット音色データ等が記憶さ
れているリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、４はＣＰＵ１
のワークメモリエリアや音色データエリア、入力バッフ
ァエリア、チャンネルレジスタエリア、出力バッファエ
リア等の記憶エリアを有するランダムアクセスメモリ
（ＲＡＭ）、５は時刻を指示すると共に、タイマ割り込
み処理のタイミングをＣＰＵ１に指示するタイマ、６は
ＭＩＤＩイベントが入力されると共に、生成されたＭＩ
ＤＩイベントを出力するＭＩＤＩインターフェース、７
は英字、かな、数字、記号などのキーと備えるいわゆる
パソコン用のキーボードである。

【００１６】８はユーザが楽音発生装置と対話するため
のディスプレイ（モニタ）、９は楽音を生成するプログ
ラム等のアプリケーションプログラムがインストールさ
れていると共に、楽音波形サンプルを生成するために使
用する楽音波形データ等が記憶されているハードディス
ク（ＨＤＤ）、１０は、ＲＡＭ４の一部のＣＰＵにより
指定されたエリア（オーディオ出力バッファ）に記憶さ
れている楽音波形サンプルデータを、一定のサンプリン
グ周期（例えば、４８ｋＨｚ）毎にＣＰＵ１を介するこ
となく直接にデジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）１１
に供給するための、例えばＤＭＡ（ＤＭＡ；Direct Mem
ory Access）回路などからなる再生部、１１は楽音波形
サンプルデータを受け取りアナログ信号に変換するデジ
タル・アナログ変換器（ＤＡＣ）、１２はＤＡＣ１１か
ら出力されたアナログ信号に変換された楽音信号を放音
するサウンドシステム、１３はバスである。以上の構成
はパソコン、ワークステーション等と同等であり、それ
らの上で本発明の楽音発生方法を実施することができ
る。

【００１７】上記ＣＰＵ１に搭載されているキャッシュ
メモリ２の一構成例について、図２を参照して説明す
る。同図（ａ）はメモリアドレスを示し、（ｂ）はキャ
ッシュメモリの構成を示す。同図（ｂ）に示すようにこ
のキャッシュメモリは、３２バイト・ライン、１２８セ
ットを有する８ウエイ・セット・アソシアティブ構成と
されており、同図（ａ）に示すように、メモリアドレス
は１９ビットのタグアドレスフィールド、７ビットのエ
ントリ（セット）を選択するためのインデックスフィー
ルド（Ｅアドレスフィールド）および５ビットのライン
（ブロック）内オフセットを指定するためのＬアドレス
フィールドからなる３１ビット構成とされている。

【００１８】このようなキャッシュメモリの検索時に
は、まず、メモリアドレス中の７ビットのＥアドレスを
用いて、１２８個あるエントリのうち要求されるデータ
が格納されているエントリを直接アクセスする。各エン
トリーにはウェイ０〜ウェイ７の８つのラインがあり、
各ラインがそれぞれタグアドレスを保有している。次
に、これら８つのタグアドレスをメモリアドレスの１９
ビットのタグアドレスフィールド部分と比較する。ここ
でいずれかのタグアドレスとの一致が検出されれば、ヒ
ットしたことになり、当該ラインが選択され、メモリア
ドレスの５ビットのＬアドレスによって、要求したデー
タのライン内での番地が決定され、対応するデータがキ
ャッシュメモリから読み出される。

【００１９】前記タグアドレスとの一致が検出されない
ときは、キャッシュ・ミスとなり、メインメモリ（図１
におけるＲＡＭ４）にアクセスして、当該メモリ番地を
含むラインをキャッシュメモリに読み込む。以上はキャ
ッシュアクセスが読み込みの場合であるが、書き込みの
場合はライトスルー方式あるいはライトバック方式によ
り書き込みアクセスが処理される。一般に、平均メモリ
・アクセス時間は、ヒット時間＋ミス率×ミス・ペナル
ティで表され、ヒット時間は例えば１〜２クロック・サ
イクル程度であり、一方、ミス・ペナルティは、ブロッ
ク・サイズにもよるが、例えば１０〜１２クロック・サ
イクル程度となるため、キャッシュ・ミス率が大きい場
合にはキャッシュメモリを設けたことによる実行時間の
低減効果が減少することとなる。そこで、キャッシュ・
ミス率を小さくすることが処理の高速化のために重要で
ある。

【００２０】上述したような楽音発生装置において動作
する本発明のソフトウエア音源は、主として音源ＭＩＤ
Ｉドライバ部および音源部（トーンジェネレータタス
ク）からなっている。音源ＭＩＤＩドライバは、ＭＩＤ
Ｉシーケンサソフト、ゲームソフトあるいはカラオケソ
フトなどのアプリケーションソフトから、ＭＩＤＩ信号
の入力イベントがあったときに起動される。起動される
と、音源ＭＩＤＩドライバは、入力されたＭＩＤＩ信号
に応じて、ノートオン、ノートオフ、プログラムチェン
ジ、コントロールチェンジ、システムエクスクルーシブ
などの処理を行う。ノートオンイベントの場合は、新規
な発音を音源であるトーンジェネレータタスクの発音チ
ャンネルに割り当て、該割り当てたチャンネルに設定す
るための楽音制御パラメータとノートオンを用意する。
用意される楽音制御パラメータは、ＭＩＤＩチャンネル
ごとに選択されている音色の音色パラメータをノートオ
ンイベントに付随するノートナンバ、演奏タッチに応じ
て加工処理したパラメータである。なお、この用意され
た楽音制御パラメータはトーンジェネレータタスクの起
動時にトーンジェネレータタスクの音源レジスタに転送
される。

【００２１】トーンジェネレータタスクは、最大３２ｃ
ｈの波形テーブル合成機能と、モノラル入力ステレオ出
力のリバーブ機能を有しており、後述するオーディオ出
力デバイスからの波形データ要求に応じて、所定時間
（１フレーム時間）ごとに起動される。このトーンジェ
ネレータタスクは、自ら生成する波形テーブル合成デー
タに対してリバーブなどのエフェクト処理を行い、処理
結果であるオーディオ波形をオーディオ出力バッファに
出力する。

【００２２】前記オーディオ出力デバイスは、１フレー
ムの時間長に相当する複数サンプルの波形データを記憶
したオーディオ出力バッファに対するアクセス権を受け
取り、該受け取ったオーディオ出力バッファに記憶され
た波形データをサンプリング周期毎に１サンプルずつ読
み出してＤＡＣ１１に出力する機能のことであり、これ
はＣＰＵ１、ＤＡＣ１１および再生部（ＤＭＡ）１０の
共同作業として実行される。そして、複数の出力バッフ
ァを連続してオーディオ出力デバイスに受け渡すことが
可能であり、その場合オーディオ出力デバイスは出力バ
ッファに記憶された波形データを受け取った順番に順次
再生する。また、１つのオーディオ出力バッファの再生
が終了する毎に、output readyのメッセージを発生する
機能を備えている。

【００２３】図３に本発明の楽音発生方法における音源
部（トーンジェネレータタスク）において実行される処
理の全体構造を示す。この図において、２０は最大３２
チャンネルの波形テーブル合成処理、４０はエフェクト
処理を表している。また、２９は波形データを記憶して
いる波形データメモリ（波形テーブル）、２１は補間演
算部、２２は整数形式のデータを浮動小数点形式のデー
タに変換するデータ変換部、２３、２４および２５は乗
算部、２６、２７、２８、４７は加算部、３０は３系列
の波形データが格納される出力バッファＯＢ３である。
また、４１、４２、４３、４５および４６はバッファ、
４４はリバーブ処理、５１は浮動小数点形式のデータを
整数形式のデータに変換するデータ変換部、５２および
５３はそれぞれ左チャンネル用および右チャンネル用の
オーディオ出力バッファである。

【００２４】なお、図３において、太い矢印は浮動小数
点形式で表されたデータであることを示し、細い矢印は
整数データであることを表している。また、このシステ
ムにおいて使用しているＣＰＵにおいては、浮動小数点
乗算の方が整数乗算よりも高速に実行されるので、信号
処理は極力浮動小数点形式で行うようになされている。
ただし、波形データメモリ２９上の波形データはほとん
ど８ビットの整数データであるために、補間演算部２１
においては、整数で乗算を実行し、その後にデータ変換
部２２において浮動小数点形式に変換して実行時間を短
縮している。

【００２５】また、本ソフトウエア音源およびオーディ
オ出力デバイスにおいては、波形データはフレーム単位
で処理されるようになされている。フレームとは、ある
まとまった処理を行う単位であり、本ソフトウエア音源
およびオーディオ出力デバイスにおいては、例えば数ｍ
ｓ程度の再生時間に相当するサンプル数分の出力バッフ
ァを確保し、これを１フレームの単位としている。この
出力バッファのサイズは波形計算周波数（サンプル周波
数）によって変化するものであり、図３における出力バ
ッファ（ＯＢ３）３０、オーディオ出力バッファＯＬ５
２およびＯＲ５３は、例えば、１２８サンプル分の波形
データを格納する容量を有している。

【００２６】なお、実際には、オーディオ出力バッファ
ＯＬ５２およびＯＲ５３用の領域はそれぞれ複数個確保
され、順次交代してオーディオ出力バッファとして使用
されるようになされている。そして、一方に格納されて
いる波形データが前記オーディオ出力ドライバにより読
み出されている間に、他方の出力バッファに対して演算
生成された次のフレーム時間において読み出される波形
データが格納されるようになされている。

【００２７】図４を用いて、前記出力バッファ（ＯＢ
３）３０に各波形サンプルデータが格納されている様子
を説明する。この図において、ＳＤＬｊ（ｊ＝１〜１２
８）は第ｊサンプルの左チャンネル（DryL）用の波形デ
ータ、ＳＤＲｊは第ｊサンプルの右チャンネル（DryR）
用の波形データ、そして、ＳＤＥｊは第ｊサンプルのリ
バーブ（Rev ）用の波形データであることを示してい
る。前述した従来のソフトウエア音源においては、左チ
ャンネル用出力バッファＯＢＬ、右チャンネル用出力バ
ッファＯＢＲおよびエフェクト用出力バッファＯＢＥ
は、図４の（ａ）に示すように、それぞれ別個に設けら
れていたが、本発明の出力バッファ（ＯＢ３）３０にお
いては、同図（ｂ）に示すように、各サンプル毎にＳＤ
Ｌ、ＳＤＲ、ＳＤＥの３系列の出力が順に配列されてお
り、複数の出力系列についてインターリーブされたバッ
ファとなっている。したがって、先に述べた例でいえ
ば、出力バッファＯＢ３は、ＳＤＬ、ＳＤＲおよびＳＤ
Ｅの３系列のそれぞれについて１２８サンプル分、すな
わち、全部で３８４サンプルの波形データを格納するこ
とができる容量を有している。

【００２８】本発明においては、後述するように、各発
音チャンネル毎に１サンプルずつ複数系列の波形データ
を生成する処理を繰り返すことにより、複数系列の複数
サンプル分の波形データをまとめて生成演算しており、
波形データを１サンプル分ずつ複数の出力系列について
インターリーブして配列することにより、データがキャ
ッシュメモリに格納されている確率を高くすることがで
き、キャッシュ・ミス率を低くできる。したがって、演
算速度を高くすることが可能となるのである。

【００２９】さて、波形テーブル合成処理２０は、基本
的に波形補間とゲイン調整とからなっている。波形デー
タメモリ２９から読み出した波形データは補間演算部２
１により音源ＭＩＤＩドライバから供給されるピッチ情
報を用いて補間され、データ変換部２２により浮動小数
点形式に変換される。この出力は３つの出力系列、すな
わち、生成された波形データをそのまま出力する（ドラ
イ）左チャンネル信号Ｌおよび右チャンネル信号Ｒ、そ
して、リバーブ処理への入力となる信号Ｌ＋Ｒに分けら
れて、それぞれ、乗算部２３、２４および２５において
音源ＭＩＤＩドライバから供給されるVolume情報（各発
音チャンネルの音量エンベロープ信号にそれぞれ上記３
系列の各出力毎のレベルを乗じたデータ）が乗算され
る。この最大３２の各発音チャンネルから出力される３
系列の波形データは、それぞれ、加算部２６、２７およ
び２８において互いに加算される。

【００３０】加算器２６、２７および２８からの３系列
の波形データ出力は、それぞれ、出力バッファ（ＯＢ
３）３０のＳＤＬｊ、ＳＤＲｊおよびＳＤＥｊに格納さ
れる。出力バッファ（ＯＢ３）３０のＳＤＥｊに格納さ
れたＬ＋Ｒデータはバッファ４３を介してリバーブ処理
４４に入力されてリバーブ演算が行われ、生成されたリ
バーブ出力データ（反響音データ）は、それぞれ、バッ
ファ４５および４６を介してＬとＲ独立に、ゲイン調整
された後加算部４７に入力される。加算部４７では、出
力バッファ（ＯＢ３）３０の対応するＳＤＬｊから読み
出されたバッファ４１の出力データと前記バッファ４５
の出力データ、および、出力バッファ３０の対応するＳ
ＤＲｊから読み出されたバッファ４２の出力データと前
記バッファ４６の出力データとがそれぞれ加算され、該
加算結果データは、該出力バッファ（ＯＢ３）３０のＳ
ＤＬｊおよびＳＤＲｊにそれぞれ書き戻される。

【００３１】これにより、該出力バッファＯＢ３のＳＤ
ＬｊおよびＳＤＲｊには、当該サンプリング周期におい
て出力すべき波形サンプルデータが格納され、これらの
データはデータ変換部５１において整数形式に変換され
た後、左右の出力チャンネルに対応するオーディオ出力
バッファＯＬ５２およびＯＲ５３に格納される。これら
オーディオ出力バッファＯＬ５２およびＯＲ５３に格納
された波形サンプルデータは、オーディオ出力デバイス
の制御のもとにオーディオ出力データとしてＤＡＣ１１
に出力されることとなる。

【００３２】上述した本発明のソフトウエア音源におけ
る処理のタイミングを図５を用いて説明する。この図に
おいて、横軸は時間軸であり、時間軸の上方に記載され
ている［Ａ］は音源ＭＩＤＩドライバの処理を示し、時
間軸の下に記載されている［Ｂ］はトーンジェネレータ
タスク（音源部）における処理を示している。また、最
下部の１行はオーディオ出力デバイス（図１における再
生部１０）によりＤＡＣ１１に出力されるオーディオ出
力ストリームを表している。

【００３３】このシステム全体は、３種類の優先順位を
もつ処理単位に大きく分けられる。最も優先順位の高い
処理は、タイマ割り込みによるＭＩＤＩ信号の発生によ
って起動される音源ＭＩＤＩドライバの処理であり、Ｍ
ＩＤＩ信号から楽音制御パラメータへの変換が当該割り
込み処理中において実行される。ただし、タイマ割り込
みではなくアプリケーションから直接ＭＩＤＩ出力した
場合には、最も低い優先順位とされる。次の優先順位
は、トーンジェネレータタスク（音源部）であり、この
トーンジェネレータタスクは、オーディオ出力バッファ
からのready メッセージ（オーディオ出力デバイスが次
のデータを要求するときに出すoutput readyメッセー
ジ）、音源ＭＩＤＩドライバが新しい楽音制御パラメー
タを送るときに出すTG params receivedメッセージおよ
び音源ＭＩＤＩドライバが波形をロードするときに出す
wave load request メッセージによって起動される。Ｍ
ＩＤＩシーケンサなどのその他のアプリケーションは、
最も優先順位の低い処理とされている。

【００３４】図５のトーンジェネレータタスクにおける
処理［Ｂ］において、１フレーム分に相当するデータの
処理は、（１）楽音制御パラメータを処理する、（２）
３２ch分の波形を演算生成する、（３）必要に応じて強
制ダンプを行う、（４）音源ステータスを送る、（５）
リバーブ計算を行う、（６）データをオーディオ出力す
る、となる。これらのうちで、最もＣＰＵ負荷が大き
く、かつ、変動の激しいものは（２）の３２ch波形生成
処理であり、１フレームの間に計算が完了しない可能性
がある。したがって、処理の順番としては、不確定なも
のを一番最後にもっていくことが合理的であるため、処
理は上記（１）から始めるのではなく、上記（５）から
始めるようになされている。

【００３５】上記（４）〜（６）は、一連の処理とされ
ており、オーディオ出力デバイス（再生部１０）からの
output readyメッセージにより起動される。このメッセ
ージが受信され、トーンジェネレータタスクが起動され
ると、まず、処理（４）において音源ＭＩＤＩドライバ
に対し、トーンジェネレータタスクの動作状況である音
源ステータス（TG status ）を送出し、音源ＭＩＤＩド
ライバのコールバック関数が呼ばれる。音源ＭＩＤＩド
ライバはこのコールバック関数中でTG status読み、ト
ーンジェネレータタスクに対して用意されている発音チ
ャンネルの楽音制御パラメータおよびノートオン信号な
どからなるTG params をトーンジェネレータタスクの音
源レジスタに設定する。

【００３６】続いて、トーンジェネレータタスクは
（５）のリバーブ演算の実行を開始し、出力バッファ
（ＯＢ３）３０のＳＤＥｊに格納されている波形データ
を入力としてリバーブ演算処理を実行するとともに、そ
の出力をそれぞれ対応する出力バッファ（ＯＢ３）３０
のＳＤＬｊおよびＳＤＲｊに足し込む。そして、（６）
のオーディオデータ出力処理を開始し、バッファ（ＯＢ
３）３０のＳＤＬｊおよびＳＤＲｊに格納されている１
フレーム分の波形データをオーディオ出力バッファ５２
および５３に格納して当該一連の処理を終了する。

【００３７】次に行われる一連の処理は（１）〜（３）
である。これらはTG params の受信メッセージにより起
動される。実際には、前述したように、処理（５）より
も前にTG params は受信されているために、前記処理
（６）のあとに続けてこの一連の処理が実行される。こ
こでは、まず、処理（１）において、音源ＭＩＤＩドラ
イバにより音源レジスタに設定されている楽音制御パラ
メータ、ノートオン信号などのTG params が解釈され、
波形生成演算用のデータに変換される。

【００３８】続いて処理（２）において、前記処理
（１）において準備されたパラメータやデータなどに基
づいて、最大３２ch分の波形生成処理が実行される。こ
の波形生成処理は、前述したように、波形データメモリ
２９のアドレスを楽音ピッチに応じた速さで進めながら
波形データを読み出し、読み出されたサンプル間の補間
を行い、音量エンベロープ（AEG)などのvolume情報に基
づく音量制御を行うことにより、１ch分の波形データを
複数サンプル分まとめて生成し、これを最大３２ch分繰
り返すことにより行われる。また、各ｃｈにおける音量
制御は左チャンネルＬ、右チャンネルＲおよびリバーブ
用のＬ＋Ｒの３系列独立に行われ、生成された１フレー
ム×３系列分の波形データは、前記最大３２ｃｈ分の波
形生成処理に先立って初期化（クリア）された出力バッ
ファ（ＯＢ３）の対応する各領域に順次足し込まれる。

【００３９】この処理（２）が終了したときに、当該フ
レームの処理は終了し、次のoutputreadyメッセージが
受信されるまでの時間は、他のアプリケーションプログ
ラムなどが実行されることとなる。なお、図５の（ロ）
に示すように、次のoutput readyメッセージが来ても、
上記（２）の波形生成処理が終了していないときには、
該波形生成処理は打ち切られることとなるが、このとき
未計算チャンネルに対して強制ダンプ処理（３）が行わ
れて、クリックノイズが発生しないようになされてい
る。なお、上述した最大３２チャンネル分の波形生成処
理は、上記打ち切りが行われた場合に影響が目立つチャ
ンネル、例えば現在のレベルが大きいチャンネル、から
順に行われるようになっている。

【００４０】また、上述したトーンジェネレータタスク
の実行中に、より優先順位の高いタイマ割り込みによる
ＭＩＤＩイベントが発生したときには、制御は強制的に
音源ＭＩＤＩドライバに移され、そこで対応する処理が
行われる。この様子は、図５の［Ａ］に矢印で示されて
いる。この図には７個のＭＩＤＩイベントが発生した様
子が示されている。

【００４１】以上説明したトーンジェネレータタスク
（音源部）を図６および図７のフローチャートによりさ
らに詳細に説明する。まず、図６のステップＳ１０にお
いて、このトーンジェネレータタスクが生成される。ト
ーンジェネレータタスクはステップＳ１０において生成
された後、ステップＳ１１においてスリープ状態にされ
る。該スリープ状態にあるときに、メッセージの受信な
どのイベントが発生するとアウェイクされてレディ状態
となり、タスクディスパッチャによりディスパッチされ
ると、ステップＳ１２に移り、当該イベントの種類が判
定される。すなわち、（ａ）オーディオ出力デバイスか
らのoutput readyであるのか、（ｂ）音源ＭＩＤＩドラ
イバからの波形データロード要求wave load request で
あるのか、それとも、（ｃ）音源ＭＩＤＩドライバから
のTG params の受信メッセージであるのかが判定され
る。

【００４２】この判定結果が、（ａ）のオーディオ出力
デバイスからのoutoput ready メッセージの受信である
ときは、ステップＳ１３において音源ＭＩＤＩドライバ
に対してTG status を送出する（図５における処理
（４））。そして、ステップＳ１４において、リバーブ
がオンとされているか否かを判定し、該判定結果がＹＥ
ＳのときはステップＳ１５においてリバーブ計算処理
（図５における処理（５））を行った後に、また、該判
定結果がＮＯのときは直接ステップＳ１６に進む。そし
て、ステップＳ１６においてオーディオデータを出力
（図５における処理（６））し、前記ステップＳ１１に
戻り、スリープ状態となる。

【００４３】さて、前記ステップＳ１２における判定結
果が（ｂ）の音源ＭＩＤＩドライバからの波形データロ
ード要求wave load request メッセージであるときは、
ステップＳ１７に進み、該ステップＳ１７において波形
データを読み込んでメモリに格納する処理を行い、前記
ステップＳ１１に戻ってスリープ状態となる。なお、こ
の波形データロード要求は、トーンジェネレータタスク
の初期化時などに音源ＭＩＤＩドライバから波形データ
を送るために出されるメッセージである。

【００４４】前記ステップＳ１２における判定結果が
（ｃ）のTG params の受信メッセージであるときはステ
ップＳ１８に進む。このTG params は前記ステップＳ１
３において送信されたTG status に対する返事として音
源ＭＩＤＩドライバから返ってくるデータであり、前記
ステップＳ１３〜Ｓ１６の処理に引き続いて、このステ
ップＳ１８以降の処理が実行されることとなる。該ステ
ップＳ１８においては、音源ＭＩＤＩドライバにより音
源レジスタに設定されている楽音制御パラメータTG par
ams の処理（図５における処理（１））が行われる。具
体的には、受信した楽音制御パラメータTG params から
波形データメモリアドレス、ピッチ情報、ＥＧパラメー
タ、パンデータ、ＬＦＯ制御データなどの音源制御パラ
メータが決定される。

【００４５】続いて、ステップＳ１９に進み受信したTG
params がトーンジェネレータタスクを終了させるコマ
ンドTG EXIT であるか否かが判定され、該判定結果がＹ
ＥＳのときは、ステップＳ２１に進みタスクは終了す
る。該判定結果がＮＯのときはステップＳ２０に進み、
該ステップＳ２０において最大３２チャンネル分の波形
生成処理（図５の処理（２））を行う。この処理の詳細
については、図７の（ａ）および（ｂ）を参照して後述
する。この波形生成処理が終了した後は、前記ステップ
Ｓ１１に戻り、スリープ状態となる。

【００４６】前記ステップＳ２０の３２ｃｈ分の波形生
成処理について、図７の（ａ）および（ｂ）を参照して
説明する。前記ステップＳ２０の波形生成処理が図７の
（ａ）のステップＳ３０において開始されると、まず、
ステップＳ３１において、新しいキーオンデータが発生
したか否かが判定される。ここで、新しいキーオンデー
タ有りと判定されると、ステップＳ３２に進み、発音チ
ャンネルの演算順序の並べ替えが行われる。これは、複
数チャンネルの波形生成演算を行っている途中で前述し
たようにoutput ready requestが発生して該演算を途中
で打ち切らなければならなくなる場合があり、重要なチ
ャンネルについては先に演算を完了しておくようにする
ために行われる処理である。なお、ｃは発音チャンネル
数である。

【００４７】このステップＳ３２が終了した後、あるい
は、前記ステップＳ３１において新しいキーオンデータ
の発生がないと判定されたときには、ステップＳ３３が
実行される。このステップＳ３３においては、演算チャ
ンネル数をカウントするカウンタｉに「０」をセットし
て該カウンタｉをリセットし、変数ｖＮｕｍに発音チャ
ンネル数ｃと同時発音許可チャンネル数ｒのうちの小さ
い方の値をセットする。この変数ｖＮｕｍは演算すべき
チャンネルの数を表す変数である。また、出力バッファ
（ＯＢ３）のゼロクリアを行う。続いて、ステップＳ３
４に進み、カウンタｉの値が変数ｖＮｕｍよりも小さい
か否かを判定する。この判定結果がＮＯ、すなわち、カ
ウンタｉの値が演算すべきチャンネル数ｖＮｕｍよりも
大きいか等しいときには、ステップＳ３９に進み、この
波形生成処理を終了する。

【００４８】ステップＳ３４の判定結果がＹＥＳ、すな
わち、カウンタｉの値が変数ｖＮｕｍよりも小さいとき
には、ステップＳ３５に進みoutput ready requestが発
生しているか否かが判定される。この判定結果がＹＥＳ
のときはステップＳ３６に進み、そのチャンネルｉの発
音信号の強制ダンプ処理（図５における（３））が行わ
れる。一方、この判定結果がＮＯのときは、ステップＳ
３７において、第ｉチャンネルの波形生成演算が行われ
る。この詳細は図７の（ｂ）を参照して後述する。第ｉ
チャンネルについての強制ダンプ処理Ｓ３６あるいは波
形生成演算Ｓ３７が終了すると、ステップＳ３８に進み
カウンタｉをインクリメントして、再びステップＳ３４
に戻り、今度はその次のチャンネルｉ＋１に対して前記
ステップＳ３４からステップＳ３８の処理が繰り返され
る。

【００４９】前記ステップＳ３７の第ｉチャンネルの波
形生成演算の詳細について図７の（ｂ）を参照して説明
する。この波形生成演算処理は、ステップＳ４１〜Ｓ４
８の一連の処理により第ｉチャンネルの１サンプル分の
波形データが生成され、この一連の処理を複数回繰り返
すことにより、複数サンプル分の波形データが生成され
るようになされている。

【００５０】第ｉチャンネルの波形生成演算Ｓ３７がス
テップＳ４０において開始されると、まず、ステップＳ
４１において、前回の波形生成演算時におけるステップ
Ｓ４４において既に算出されている読み出しアドレス
（readPtr ）の整数部に応じて、波形データメモリ２９
から補間に必要な数の波形サンプルを読み出し、前記読
み出しアドレスの小数部に応じて該波形サンプル間の補
間演算が行なわれる。これにより、１つの補間サンプル
ＩＳが生成される。

【００５１】次に、ステップＳ４２において出力バッフ
ァ（ＯＢ３）３０の当該サンプルデータに対応するＳＤ
Ｌｊ、ＳＤＲｊおよびＳＤＥｊに足し込まれるデータの
音量データ（volume level）ＶＬ、ＶＲおよびＶＥの計
算が行われる。これは、前回のステップＳ４５において
生成された音量エンベロープＡＥＧに、音源レジスタに
各発音チャンネル毎に独立に設定されている３出力系列
分のセンドレベルデータＬＬ、ＬＲおよびＬＥを加算す
ることにより行われる。続いて、ステップＳ４３におい
て、ステップＳ４２において求められた３系列の各音量
データ（ＶＬ、ＶＲおよびＶＥ）をそれぞれ対応する補
間演算結果データ（ＩＳ）と乗算し、その結果を当該サ
ンプルに対応する各系列のバッファに足し込む。すなわ
ち、ＳＤＬｊ←ＳＤＬｊ＋（ＩＳ×ＶＬ）、ＳＤＲｊ←
ＳＤＲｊ＋（ＩＳ×ＶＲ）、ＳＤＥｊ←ＳＤＥｊ＋（Ｉ
Ｓ×ＶＥ）の演算を行う。

【００５２】続いて、ステップＳ４４に進み、Ｆナンバ
ー（ピッチ情報）を加算して波形データメモリ２９の新
たな読み出しアドレスreadPtr を作成する。このよう
に、波形データメモリの読み出しアドレスreadPtr をＦ
ナンバーに応じた速度で増加させていくことにより、波
形データメモリ（波形テーブル）からＦナンバーに比例
したピッチ（音高）を有する波形が読み出されることと
なる。また、Ｆナンバがきる。

【００５３】次に、ステップＳ４５に進み、音量エンベ
ロープAEG の更新を行う。次いで、ステップＳ４６にお
いて該更新した音量エンベロープAEG がkeyoffLevel よ
りも小さい値であるか否かが判定される。この判定結果
がＮＯのときはステップＳ４７に進んでＬＦＯ（Low Fr
equency Oscillator）の更新処理を行い、次いでステッ
プＳ４８において音量パラメータvol とパンパラメータ
pan の平滑化処理を行う。

【００５４】次に、ステップＳ４９に進み、このチャン
ネルについて生成すべき波形サンプルがまだ残っている
か、すなわち、このチャンネルについて１フレームに相
当する数のサンプルの波形の生成が終わっていないかど
うかを判定し、その判定結果がＹＥＳ、すなわち、演算
生成すべきサンプルがあるときは再びステップＳ４１に
戻る。この判定結果がＮＯのときは該チャンネルの全て
のサンプルについての波形演算処理が終了したのである
から、ステップＳ５１に進み、ステップＳ３７の当該チ
ャンネルの波形生成演算を終了する。したがって、前述
した例のように、出力バッファＯＢ３が１２８×３＝３
８４サンプル分の容量を有する場合には、ステップＳ４
１〜Ｓ４８の一連の処理を１２８回繰り返した後に、ス
テップＳ４９における判定結果がＮＯとなり、ステップ
Ｓ５１に抜けることとなる。

【００５５】また、先のステップＳ４６の判定におい
て、更新された音量パラメータの値がkeyoffLevel より
も小さく、判定結果がＹＥＳとなったときはキーオフで
あると判断して、ステップＳ５０においてkeyoff処理を
行い当該チャンネルを消音状態に設定した後、ステップ
Ｓ５１に進んで、このチャンネルの波形生成演算Ｓ３８
を終了する。

【００５６】波形生成処理においては、以上に説明した
ような順番で、生成したサンプルを出力バッファＯＢ３
の最初のサンプルＳＤＬ1 から最後のサンプルＳＤＥ12
8 まで足し込んでいく。先に図２で説明したように、キ
ャッシュメモリは複数の連続したデータ単位（図２の例
では３２バイト単位）でデータのキャッシングを行なう
ので、本発明で示したように出力バッファＯＢ３のイン
ターリーブを行ない、連続して使用されるデータＳＤＬ
ｊ、ＳＤＲｊ、ＳＤＥｊを連続して配置すれば、キャッ
シュのヒット率を飛躍的に高めることが可能となる。

【００５７】なお、上記の実施の形態においては、出力
バッファ３０には、ドライＬ（DryL）、ドライＲ（Dry
R）およびエフェクト（Rev ）の３系列出力がインター
リーブされていたが、これに限られることはなく、ステ
レオのＬ、Ｒの２出力系列やドライ、エフェクト１、エ
フェクト２、エフェクト３の４出力系列など、どのよう
な組み合わせとしてもよい。

【００５８】また、上記した実施の形態においては、ト
ーンジェネレータタスクを出力ドライバの１フレーム分
の再生終了時に発生されるoutput readyメッセージによ
り起動しているが、必ずしもこれに限られることはな
い。トーンジェネレータタスクにおける（４）〜（６）
の処理は１フレーム時間に比べて短時間で終了するもの
であるから、トーンジェネレータタスクを１フレームの
再生時間の中程で起動するようにしてもよい。また、一
定時間長の各フレーム毎に起動するようにしなくても、
出力ドライバにセットされた波形データが少なくなった
ことを検出した時点で起動するようにしてもよい。

【００５９】さらにまた、上記実施形態においては、前
記したように処理（４）、（５）、（６）、（２）、
（３）の順で一連の処理を行っているが、処理の順序は
必ずしもこれに限られることはない。さらにまた、上記
実施形態においては、波形生成演算処理（２）を連続し
て行っているが、必ずしもこれに限られることはなく、
複数個に分割して行うようにしてもよい。

【００６０】さらにまた、楽音生成方法は上述した実施
の形態のような波形メモリ方式に限定されることはな
く、ＦＭ方式、物理モデル方式、ＡＤＰＣＭ方式など、
どのような方式のものであってもよい。

【００６１】

【発明の効果】本発明によれば、複数の系列のデータを
１サンプル分ずつインターリーブして格納しているの
で、キャッシュミスの生じる可能性を低くすることがで
き、キャッシュメモリを備えたＣＰＵにおいて波形生成
演算を高速に実行することが可能となる

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の楽音発生方法を実行する装置の構成
を示す図である。

【図２】 キャッシュメモリの構成を説明するための図
である。

【図３】 トーンジェネレータタスクの機能を説明する
ための図である。

【図４】 波形データバッファの構成を説明するための
図である。

【図５】 楽音発生に関する各処理の実行タイミングを
説明するための図である。

【図６】 トーンジェネレータタスクのフローチャート
である。

【図７】 波形生成演算のフローチャートである。

【図８】 従来の音源処理の機能を説明するための図で
ある。

【符号の説明】

１ ＣＰＵ、２ キャッシュメモリ、３ ＲＯＭ、４
ＲＡＭ、５ タイマ、６ ＭＩＤＩインターフェース、
７ キーボード、８ ディスプレイ、９ ハードディス
ク、１０ 再生部、１１ ＤＡＣ、１２ サウンドシス
テム、１３ バス、２０、１０１ 波形テーブル合成処
理、２１ 補間演算部、２２、５１ データ変換部、２
３、２４、２５ 乗算部、２６、２７、２８ 加算部、
２９ 波形データメモリ、３０、１０２、１０３、１０
４ 出力バッファ、４０、１０５エフェクト処理、４
１、４２、４３、４５、４６ バッファ、４４ リバー
ブ処理、５２、５３、１０６、１０７ オーディオ出力
バッファ、

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 次の（１）〜（３）のステップを含む、
   キャッシュメモリを備えた演算処理装置において実行さ
   れる楽音発生方法。 （１）演奏情報を入力する入力ステップ （２）入力された演奏情報に基づいて、１サンプル分ず
   つ複数系列の波形データを繰り返し演算生成し、演算生
   成された複数系列の波形データを１サンプル分ずつイン
   ターリーブして出力バッファに格納することにより、複
   数系列の波形データを複数サンプル分まとめて生成する
   波形生成ステップ （３）前記出力バッファに格納された複数サンプル分の
   複数系列の波形データをサンプリング周期毎に１サンプ
   ルずつ出力する出力ステップ
2. 【請求項２】 音源処理プログラムと演奏処理プログラ
   ムを記憶したメモリと、 複数サンプル分の複数系列の波形データを１サンプル分
   ずつインターリーブして格納するバッファメモリ手段
   と、 キャッシュメモリを備え、前記音源処理プログラムと前
   記演奏処理プログラムとを実行する演算手段であって、
   前記音源処理プログラムにより複数系列の波形データを
   １サンプル分ずつ繰り返し演算することにより、複数サ
   ンプル分の複数系列の波形データをまとめて演算生成し
   て前記バッファメモリ手段に格納する演算手段と、 前記バッファメモリ手段に格納された波形データに基づ
   き楽音を出力する楽音出力手段とを有することを特徴と
   する楽音発生装置。