JP3433765B2 - Digital signal processor for waveform modification - Google Patents

Digital signal processor for waveform modification

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JP3433765B2
JP3433765B2 JP34710293A JP34710293A JP3433765B2 JP 3433765 B2 JP3433765 B2 JP 3433765B2 JP 34710293 A JP34710293 A JP 34710293A JP 34710293 A JP34710293 A JP 34710293A JP 3433765 B2 JP3433765 B2 JP 3433765B2
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waveform
prediction
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signal
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秀雄 鈴木
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Yamaha Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、波形の予測演算に用い
るパラメータを圧縮時と伸長時とで異ならせて、圧縮前
の入力波形と形状の異なる出力波形を伸長後に得る波形
変更用デジタル信号処理装置に関するものである。 【0002】 【従来の技術】楽音波形等をサンプリングすると共にデ
ジタルデータに変換し、変換されたデジタルデータをメ
モリに書き込み、発音時に、このメモリに書き込まれた
デジタルデータを読み出して楽音波形を再生すること
が、電子楽器において広く行われている。このような電
子楽器において、自然楽器の楽音に近似した楽音をメモ
リから再生するためには、音高毎あるいは音域毎のサン
プルデータを記憶する必要があることから、メモリに記
憶するデジタルデータのデータ量が膨大となることが知
られている。しかしながら、膨大なメモリ容量を有する
メモリシステムは高価であることから、このようなメモ
リシステムを採用することは費用対効果の点から好まし
いことではない。そこで、従来はデジタルデータを圧縮
して少ないデータ量としてメモリに記憶し、読み出し時
に伸長することにより、膨大なメモリ容量を有するメモ
リシステムを必要とすることなく高品位の楽音の生成を
可能としていた。このように、デジタルデータを圧縮し
てメモリに記憶し、読み出し時に伸長する電子楽器の圧
縮・伸長装置の一例として、特公平3−9474号公報
に記載されている圧縮・伸長装置を図7および図8に示
す。 【0003】まず、デジタルデータを圧縮する原理を図
7を用いて説明する。デジタルデータは図7の(a)に
示すように周期性を有する波形とされており、そのタイ
ミングt(n)1 におけるデータD(n)1 は、デジタ
ルデータF(t)から予測データを差し引いた残差デー
タであり、タイミングt(n)2 におけるデータD
(n)2 は、デジタルデータF(t)から予測データを
差し引いた残差データであり、さらにタイミングt
(n)3 におけるデータD(n)3 は、デジタルデータ
F(t)から予測データを差し引いた残差データであ
る。この予測データは次のタイミングのデジタルデータ
F(t)を予測するデータとされているため、この残差
データはデジタルデータF(t)を圧縮したデータとさ
れており、同図(b)に示すように表せる。ここで、デ
ジタルデータF(t)は楽音波形のような周期波形とさ
れていると共に、各タイミングt(n)1 〜t(n)2
はデジタルデータF(t)の同一位相のタイミングとさ
れている。そこで、タイミングt(n)1 の残差データ
D(n)1 と、タイミングt(n)2 の残差データD
(n)2 との差をさらに求めると、さらにデータを圧縮
したデータである残差差データE(n)2 が求められ
る。このようにして、さらに圧縮されたデータを得るこ
とができる。前記圧縮により求められた残差差データE
(n)1 〜E(n)3 を同図(c)に示すが、第1周期
T1においては1周期前の残差データが存在しないの
で、残差差データE(n)1 と残差データD(n)1
は同一となる。 【0004】この原理に基づいて圧縮したデータをメモ
リに書き込むようにすると、メモリ容量を圧縮しない場
合に比べてはるかにメモリ容量を小さくすることができ
る。次に、楽音信号等の入力信号F(t)が圧縮されて
書き込まれたメモリを用いる電子楽器の圧縮・伸長装置
を図8に示す。この図の(a)において、入力信号F
(t)はアナログ/デジタル変換器100によりデジタ
ルデータF(n)に変換され加算器102に入力される
と共に、予測器101に入力される。この予測器101
においては現在までの入力データから、次に入力される
と予測される予測データを演算して加算器102へ出力
している。これにより、加算器102において、入力デ
ジタルデータF(n)から前記予測データが差し引かれ
て、圧縮された残差データD(n)が出力される。この
残差データD(n)は、さらに加算器103に入力され
るが、この加算器103には、入力データの1周期に対
応する遅延時間に設定されている遅延回路105の出力
信号がアンドゲート106を介して供給されており、加
算器103に入力された残差データD(n)から前記ア
ンドゲート106より供給されるデータが差し引かれて
いる。 【0005】また、加算器103の出力信号は加算器1
04に入力されて、アンドゲート106よりのデータと
加算されるため、この加算器104からは残差データD
(n)が再合成されて出力されるようになる。この再合
成された残差データD(n)は、入力信号F(t)の1
周期に遅延時間が設定されている遅延回路105により
遅延されるため、遅延回路105からは1周期前の残差
データD(n−1)が出力されていることになる。従っ
て、加算器103により、現在の残差データD(n)か
ら1周期前の残差データD(n−1)が差し引かれて、
さらに圧縮された残差差データE(n)が出力されるよ
うになる。ただし、第1周期T1が入力されている場合
には、1周期前の残差データD(n)が存在しないた
め、第1周期T1の時には信号ICを「0」としてアン
ドゲート106を閉じ、残差データD(n)がそのまま
順次遅延回路105に書き込まれるようにする。そし
て、第2周期T2以降において信号ICを「1」として
アンドゲート106を開き、前記残差差データを演算す
る圧縮動作を行うようにする。このようにして、入力デ
ジタルデータF(n)を効率的に圧縮した残差差データ
E(n)をメモリ107に書き込むようにする。 【0006】このメモリ107から元の入力信号F
(t)に伸長する装置を同図(b)に示す。この図にお
いて、メモリ107から読み出された残差差データE
(n)は加算器108に入力され、1周期前の残差デー
タD(n−1)と加算される。この1周期前の残差デー
タD(n−1)は、入力信号F(t)の1周期の遅延時
間に設定されている遅延回路110より得られ、アンド
ゲート109を介して加算器108に供給されている。
そこで、加算器108により残差差データE(n)と1
周期前の残差データD(n−1)とが加算されて、残差
データD(n)が合成される。合成された残差データD
(n)は、さらに予測器112からの予測データが供給
されている加算器111に入力される。予測器112
は、加算器111から出力された現在時点までの合成さ
れたデジタルデータF(n)を用いて、次に予測される
予測データを演算して、加算器111に出力している。 【0007】このようにして、加算器111により残差
データD(n)と予測データとが加算されることによ
り、元の入力デジタルデータF(n)が合成されるよう
になる。この入力デジタルデータF(n)はデジタル/
アナログ変換器113によりアナログ信号に変換されて
楽音信号等の入力信号F(t)に再生されて出力され
る。なお、メモリ107から第1周期T1が読み出され
た場合は、前記のように、この場合の読み出しデータは
残差データD(n)とされているため、信号ICを
「0」としてアンドゲート109を閉じ、読み出された
第1周期の残差データを順次遅延回路110に書き込む
ようにする。そして、第2周期以降において、信号IC
を「1」としてアンドゲート109を開き遅延回路11
0の出力データを加算器108に供給するようにすれば
よい。 【0008】なお、圧縮側の予測器101と伸長側の予
測器112および圧縮側の遅延回路105と伸長側の遅
延回路110とは同一の構成とされている。前記従来の
圧縮・伸長装置によれば、発音すべき楽音波形のピッチ
に対応する遅延を行える予測器を用いて圧縮を行い、圧
縮された波形を波形メモリに記憶し、伸長装置におい
て、波形メモリから読み出された圧縮波形を、発音すべ
き楽音波形のピッチに対応する遅延を行える予測器を用
いて伸長して楽音波形を再生しているため、通常よりは
るかに少ない容量の波形メモリを用いても高品位な楽音
の生成が可能とされている。 【0009】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
圧縮・伸長装置においては波形メモリの記憶容量を少な
くすることを目的として圧縮・伸長を行っているため、
伸長側においては元の波形形状を忠実に再生するよう構
成していた。このため、圧縮・伸長装置の入力波形と出
力波形とはほぼ同一となり、波形形状を変更することは
できなかった。そこで、圧縮手段を分析部として用いる
と共に、伸長手段を合成部として用い、分析部側の予測
手段のパラメータと合成部側の予測手段のパラメータと
を異ならせるようにして、入力された波形形状と異なる
波形形状を合成部の出力から得るようにすることが提案
されている。この分析部と合成部の演算は、通常デジタ
ル信号処理装置(DSP)を用いて演算するようにして
いるが、現状では高速のDSPを得ることが困難なた
め、サンプリング周期毎に演算を終えて遅れることなく
発音させるための演算ステップ数を、限られたものとす
る必要があり、このため多様な音色の変更ができる波形
変更を行うことが困難であるという問題点があった。そ
こで、本発明は限られた演算ステップ数の処理を行うD
SPを用いても、多様な音色の変更ができる波形変更を
行うことができる、波形変更用デジタル信号処理装置を
提供することを目的としている。 【0010】 【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明は分析部と合成部との演算を行うデジタル信
号処理装置において、出力側に近い合成部側の構成要素
による波形形状の変更を行った場合、音色の変化により
大きな影響を与える知見に基づいて、分析側に割り当て
るDSPの演算ステップ数を合成部側に割り当てるDS
Pの演算ステップ数より少なくすることにより分析側予
測手段の構成を簡略化できると共に、合成側予測手段の
構成を複雑にできるようにしたものである。 【0011】 【作用】本発明によれば、分析側予測手段に比べ合成側
予測手段の構成を複雑にしたため、限られたステップ数
の演算処理によっても、多様な音色変化を行える波形形
状の変更を行うことができるようになる。すなわち、限
られた資源を有効に活用することができるようになる。 【0012】 【実施例】本発明の波形変更用デジタル信号処理装置を
採用した電子楽器のブロック部を第1図に示す。 この
図において、CPU(中央処理装置)3は、バスライン
12に接続されており、ROM(Read Only Memory) 5
に記憶されているCPUプログラムに基づいてバスライ
ン12よりのデータを取り込み、取り込んだデータが、
例えば鍵盤1のイベント検出データの場合であったとき
は、音源8およびDSP9にバスライン12を介して発
音データや音色データを送ることにより発音の制御を行
うようにされている。また、この時発音される楽音は、
ROM5に記憶されている複数の音色の内の選択された
プリセット音色、あるいは、RAM(Random Access Me
mory) 4にユーザが記憶した音色等により発音される。 【0013】また、パネルSW7は音色パラメータ等を
設定するためのスイッチであり、表示器6に表示された
パラメータを見ながら設定するものである。さらに、D
SP9は、本発明にかかる分析部と合成部とを備える波
形変更用デジタル信号処理装置であり、バス12を介し
てCPU3の制御の基で伝送される予測に必要な演算パ
ラメータやピッチ情報等に応じて、音源8により発生さ
れた波形信号の波形形状を変更するようにしている。ま
た、音源8は例えば波形メモリ音源、FM音源、高調波
合成音源等のいずれかの音源からなり、音源自体におい
て指定された音色の波形を選択的に生成できる音源とさ
れている。上記DSP9により波形形状の変更された楽
音はデジタル/アナログ変換器(DAC)10によりア
ナログ信号に変換されて、サウンドシステム11から発
音される。 【0014】次に、DSP9により構成される本発明の
波形変更用デジタル信号処理装置のブロック図を図2に
示す。ただし、DSP9はプログラムにより演算処理を
行う装置であるため、この図に示すブロック図はこの演
算処理を概念上ブロック図として表したものである。こ
の図において、DSP9は、加算器21,22と分析側
予測器23とからなる分析部20と、加算器31と合成
側予測器32とからなる合成部30とから構成されてい
る。この分析部20においては、音源8より入力された
波形データが加算器21に入力され、分析側予測器23
よりの予測データが差し引かれ、残差データが出力され
ている。この残差データは加算器22に入力されると共
に、合成部30に入力される。加算器22において、残
差データに分析側予測器23よりの予測データが加算さ
れることにより、入力された波形データが再生される。
この再生された波形データは分析側予測器23に入力さ
れ、この波形データを用いて演算することにより分析予
測データが作成されている。 【0015】一方、合成部30においては、分析部20
から供給された残差データが加算器31に入力され、残
差データと合成側予測器32よりの予測データとが加算
されることにより、入力された波形データの波形を変更
した形状の波形データが合成されて出力されている。こ
の合成された波形データは合成側予測器32に入力さ
れ、合成された波形データに基づいて合成予測データが
作成されている。なお、通常は分析側予測器と合成側予
測器の構成は同一とされているため、入力された波形デ
ータの形状を変更するには、分析側予測器の演算パラメ
ータと合成側予測器の演算パラメータとを異ならせるよ
うにすればよい。しかしながら、前記したようにDSP
9の演算ステップ数が限られているため、分析側予測器
と合成側予測器の構成を同一とすると、再生音を多様に
変更させることはできない。この場合の演算ステップ数
の割当割合を図3(a)に示すが、演算ステップ数は分
析部と合成部とに半々に割り当てられている。 【0016】そこで、DSP9の演算ステップ数の割当
割合を図3(b)に示すように、分析部20に対し、合
成部30に大きな割合で割り当てるようにする。実験に
よると、再生音に対する予測器の構成要素の影響の大き
さは分析側と合成側とで異なり、合成側予測器32の構
成要素による影響がかなり大きいことが確認されてい
る。 【0017】図4に分析部20と合成部30との予測器
23,32の構成を同一とする場合の予測器の構成の一
例を示す。この図において、入力された波形データは1
次のローパスフィルタ(LPF)41により高域成分が
制限されてディレイ回路42に入力される。このディレ
イ回路42は、ループ全体で音源8により発生された波
形のピッチにほぼ相当する遅延時間になるように設定さ
れている。ディレイ回路42により所定時間遅延された
波形データはオールパスフィルタ(APF)43に入力
される。このAPF43は全周波数域の信号を通過させ
るが、信号周波数に応じて出力される信号の位相偏移量
が異なる特性を有しているため、倍音間のピッチをAP
F係数に応じて微妙にずらすことができる。このAPF
43よりの波形データは、乗算器45に入力されると共
に、ノンリニア回路44に入力され、入力された波形デ
ータの例えばピーク部分がリミットされることにより波
形形状が歪まされている。このノンリニア回路44の出
力は乗算器46を介して加算器47に入力され、乗算器
45よりの出力と加算され、予測データとして出力され
ている。 【0018】なお、乗算器45と乗算器46により、ノ
ンリニア回路44で変形された波形データとノンリニア
回路44を迂回する波形データとの合成割合を設定する
と共に、予測器のゲインを設定することができる。ま
た、予測器の入力から出力までの経路の遅延時間が、音
源8から発生される波形のピッチに対応するようにディ
レイ回路42のディレイ時間は設定されている。このよ
うに分析部20と合成部30との予測器23,32の構
成を同一とする場合は、図3(a)に示すように分析部
20と合成部30に割り当てられる演算ステップ数は同
一割合とされる。 【0019】次に、分析部20と合成部30との予測器
23,32の構成を異ならせる場合の一例を図5に示
す。この図の(a)は分析部20における分析側予測器
23の構成であり、構成要素は必要最小限のディレイ回
路51と乗算器52だけとされているため、分析部20
に割り当てる演算ステップ数が図3(b)に示すように
少なくてよいようにされている。このディレイ回路51
のディレイ時間は音源8から発生される波形のピッチに
対応するようにされており、乗算器52により分析側予
測器23のゲインが設定されている。 【0020】一方、同図(b)はこのように分析部20
における分析側予測器23の構成を簡略した分構成要素
を追加した合成部30における合成側予測器32の構成
を示し、構成要素を追加した分演算ステップ数が図3
(b)に示すように大きくされている。この合成部30
における合成側予測器32において、入力された波形デ
ータは2次のLPF61により高域成分が制限されてデ
ィレイ回路62に入力される。このディレイ回路62
は、ループ全体で音源8により発生された波形のピッチ
にほぼ相当するように遅延時間が設定されている。ディ
レイ回路62により所定時間遅延された波形データはオ
ールパスフィルタ(APF)63に入力される。このA
PF63は全周波数域の信号を通過させるが、信号周波
数に応じて出力される信号の位相偏移量が異なる特性を
有しているため、倍音間のピッチをAPF係数に応じて
微妙にずらすことができる。このAPF63よりの波形
データは、ノンリニア回路64および乗算器67に入力
されると共に、ノンリニア回路65に入力され、ノンリ
ニア回路64,65において、入力された波形データの
波形形状が歪まされている。このノンリニア回路64と
ノンリニア回路65とにおける波形の変形度合い、ある
いは歪み方が異なるようにされており、このノンリニア
回路64の出力は乗算器66を介して加算器69に入力
されると共に、ノンリニア回路65の出力は乗算器68
を介して加算器69に入力され、乗算器67よりの出力
と加算され、予測データとして出力されている。 【0021】なお、乗算器66、乗算器67と乗算器6
8により、ノンリニア回路64,ノンリニア回路65で
変形された波形データとノンリニア回路64,65を迂
回する波形データとの合成割合が設定されると共に、合
成側予測器のゲインを設定することができる。また、合
成側予測器の入力から出力までの経路の遅延時間が、音
源8から発生される波形のピッチに対応するようにディ
レイ回路62のディレイ時間は設定されている。この合
成部30によれば、LPF61を2次とすると共に、ノ
ンリニア回路65を付加したため波形形状をより多様に
変更することができるようになる。 【0022】さらに、図6に演算ステップ数を図3
(b)に示すように増加した場合の合成部30の他の構
成例を示す。この合成部30において、入力された波形
データはイコライザ71により周波数特性が変更されて
ディレイ回路72に入力される。このディレイ回路72
は、ループ全体で音源8により発生された波形のピッチ
にほぼ相当するように遅延時間が設定されている。ディ
レイ回路72により所定時間遅延された波形データは2
段縦続接続されているAPF73,74に入力される。
このAPF73,74は全周波数域の信号を通過させる
が、信号周波数に応じて出力される信号の位相偏移量が
異なる特性を有しているため、倍音間のピッチをAPF
係数に応じて微妙にずらすことができる。また、APF
73,74の一方をディレイ時間調整手段として用いる
と、この予測器の入力から出力までの経路の遅延時間が
所定のピッチに合致するように調整することもできる。
このAPF73,74よりの波形データは、乗算器76
に入力されると共に、ノンリニア回路75に入力され、
入力された波形データの例えばピーク部分がリミットさ
れることにより波形形状が歪まされている。このノンリ
ニア回路75の出力は乗算器77を介して加算器78に
入力され、乗算器76よりの出力と加算されて予測デー
タとして出力されている。 【0023】なお、乗算器76と乗算器77により、ノ
ンリニア回路75で変形された波形データとノンリニア
回路75を迂回する波形データとの合成割合を設定する
と共に、合成側予測器のゲインを設定している。この合
成部30によれば、構成要素をLPFに替えてイコライ
ザ71とすると共に、APF74を増やしたため波形形
状をより多様に変更することができる。以上説明したよ
うに、本発明によればDSPの限られた演算ステップ数
の割当割合を変更するだけで、再生音とした時の音色を
多様に変更することができるようになる。このため、小
さな構成でよりクォリティの高い波形変更用デジタル信
号処理装置とすることができる。 【0024】 【発明の効果】本発明は以上のように分析側予測器に比
べ合成側予測器の構成要素を増加するようにしたため、
限られた演算ステップ数の処理によっても、多様な音色
の変化を行える波形形状の変更を行うことができるよう
になり、資源を有効に活用することができる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an output having a shape different from that of an input waveform before compression by making parameters used for waveform prediction calculation different between compression and expansion. The present invention relates to a digital signal processor for waveform change obtained after a waveform is expanded. 2. Description of the Related Art A musical sound waveform or the like is sampled and converted into digital data, and the converted digital data is written in a memory. At the time of sound generation, the digital data written in the memory is read out to reproduce the musical sound waveform. This is widely done in electronic musical instruments. In such an electronic musical instrument, in order to reproduce from a memory a musical tone that is similar to a musical tone of a natural musical instrument, it is necessary to store sample data for each pitch or each sound range. It is known that the amount will be enormous. However, since a memory system having a huge memory capacity is expensive, employing such a memory system is not preferable in terms of cost effectiveness. Conventionally, digital data is compressed and stored in a memory as a small amount of data, and decompressed at the time of reading, thereby enabling generation of high-quality musical sound without requiring a memory system having a huge memory capacity. . As an example of a compression / decompression device of an electronic musical instrument that compresses digital data, stores it in a memory, and decompresses it when reading, the compression / decompression device described in Japanese Patent Publication No. 3-9474 is shown in FIG. As shown in FIG. First, the principle of compressing digital data will be described with reference to FIG. The digital data has a waveform having periodicity as shown in FIG. 7A, and the data D (n) 1 at the timing t (n) 1 is obtained by subtracting the prediction data from the digital data F (t). Data at the timing t (n) 2
(N) 2 is the residual data obtained by subtracting the prediction data from the digital data F (t), and
Data D (n) 3 in (n) 3 is a residual data obtained by subtracting the prediction data from the digital data F (t). Since the prediction data is data for predicting the digital data F (t) at the next timing, the residual data is data obtained by compressing the digital data F (t). Can be expressed as shown. Here, the digital data F (t) has a periodic waveform like a musical tone waveform, and each timing t (n) 1 to t (n) 2.
Are timings of the same phase of the digital data F (t). Therefore, the timing t (n) 1 and residual data D (n) 1, the timing t (n) 2 of the residual data D
Further determines the difference between (n) 2, the residual difference data E (n) 2 are obtained a further data obtained by compressing the data. Thus, further compressed data can be obtained. The residual difference data E obtained by the compression
FIG. 3C shows (n) 1 to E (n) 3. Since there is no residual data one cycle before in the first cycle T1, the residual data E (n) 1 and the residual data E (n) 1 are different from each other. It is the same as the data D (n) 1 . When data compressed based on this principle is written in a memory, the memory capacity can be made much smaller than when the memory capacity is not compressed. Next, a compression / decompression device for an electronic musical instrument using a memory in which an input signal F (t) such as a musical tone signal is compressed and written is shown in FIG. In FIG. 7A, the input signal F
(T) is converted into digital data F (n) by the analog / digital converter 100 and is input to the adder 102 and is input to the predictor 101. This predictor 101
In, the prediction data predicted to be input next is calculated from the input data up to the present and output to the adder. As a result, in the adder 102, the prediction data is subtracted from the input digital data F (n), and compressed residual data D (n) is output. The residual data D (n) is further input to the adder 103, which outputs the output signal of the delay circuit 105 set to the delay time corresponding to one cycle of the input data. The data supplied through the gate 106 and the data supplied from the AND gate 106 are subtracted from the residual data D (n) input to the adder 103. [0005] The output signal of the adder 103 is the adder 1
04 and is added to the data from the AND gate 106, the adder 104 outputs the residual data D
(N) is recombined and output. The re-synthesized residual data D (n) corresponds to 1 of the input signal F (t).
Since the delay is performed by the delay circuit 105 whose period is set to the delay time, the delay circuit 105 outputs the residual data D (n−1) one cycle before. Therefore, the adder 103 subtracts the residual data D (n−1) one cycle before from the current residual data D (n),
Further, the compressed residual difference data E (n) is output. However, when the first cycle T1 is input, since the residual data D (n) one cycle before does not exist, the signal IC is set to “0” during the first cycle T1, and the AND gate 106 is closed. The residual data D (n) is sequentially written to the delay circuit 105 as it is. Then, after the second period T2, the signal IC is set to "1" to open the AND gate 106, and a compression operation for calculating the residual difference data is performed. Thus, the residual difference data E (n) obtained by efficiently compressing the input digital data F (n) is written into the memory 107. [0006] The original input signal F
FIG. 2 (b) shows a device which expands at (t). In this figure, the residual difference data E read from the memory 107
(N) is input to the adder 108, and is added to the residual data D (n-1) one cycle before. The residual data D (n-1) one cycle before is obtained from the delay circuit 110 set to the delay time of one cycle of the input signal F (t), and is sent to the adder 108 via the AND gate 109. Supplied.
Then, the adder 108 calculates the residual difference data E (n) and 1
The residual data D (n-1) before the cycle is added to synthesize the residual data D (n). Synthesized residual data D
(N) is further input to the adder 111 to which the prediction data from the predictor 112 is supplied. Predictor 112
Calculates the next predicted data using the combined digital data F (n) output from the adder 111 up to the current time, and outputs the calculated data to the adder 111. As described above, the original input digital data F (n) is synthesized by adding the residual data D (n) and the prediction data by the adder 111. This input digital data F (n) is digital /
The signal is converted into an analog signal by the analog converter 113, reproduced into an input signal F (t) such as a tone signal, and output. When the first cycle T1 is read from the memory 107, the read data in this case is the residual data D (n), as described above, so that the signal IC is set to "0" and the AND gate is set. 109 is closed, and the read residual data of the first cycle is sequentially written to the delay circuit 110. Then, after the second cycle, the signal IC
Is set to “1” and the AND gate 109 is opened to open the
What is necessary is just to supply the output data of 0 to the adder 108. The compression side predictor 101 and the expansion side prediction unit 112 and the compression side delay circuit 105 and the expansion side delay circuit 110 have the same configuration. According to the conventional compression / decompression device, compression is performed using a predictor capable of delaying the pitch of a musical tone waveform to be generated, and the compressed waveform is stored in a waveform memory. Since the compressed waveform read out from is expanded by using a predictor that can delay the pitch of the musical sound waveform to be reproduced and the musical sound waveform is reproduced, a waveform memory having a much smaller capacity than usual is used. However, it is possible to generate high-quality musical sounds. However, in the conventional compression / expansion apparatus, compression / expansion is performed for the purpose of reducing the storage capacity of the waveform memory.
On the extension side, the original waveform shape is reproduced faithfully. For this reason, the input waveform and the output waveform of the compression / expansion device are almost the same, and the waveform shape cannot be changed. Therefore, the compression means is used as the analysis unit, and the decompression means is used as the synthesis unit, so that the parameters of the prediction unit on the analysis unit side and the parameters of the prediction unit on the synthesis unit side are different from each other. It has been proposed to obtain different waveform shapes from the output of the synthesis unit. The calculation of the analysis unit and the synthesis unit is usually performed using a digital signal processor (DSP). However, at present, it is difficult to obtain a high-speed DSP. It is necessary to limit the number of calculation steps for generating sound without delay, and therefore, there is a problem that it is difficult to perform a waveform change that can change various timbres. Thus, the present invention provides a D
It is an object of the present invention to provide a digital signal processor for waveform change that can perform waveform change that can change various timbres even using SP. [0010] In order to achieve the above object, the present invention provides a digital signal processing apparatus for performing an operation between an analyzing unit and a synthesizing unit. When the waveform shape is changed, the number of DSP calculation steps assigned to the analysis side is assigned to the synthesis unit based on the knowledge that greatly affects the change in timbre.
P calculation can simplify the configuration of the analysis side prediction means by less than the number of steps Rutotomoni is obtained by setting that can complicate the construction of the synthetic side prediction means. According to the present invention, the configuration of the synthesis-side prediction means is more complicated than that of the analysis-side prediction means. Will be able to do. That is, the limited resources can be effectively used. FIG. 1 shows a block diagram of an electronic musical instrument employing a digital signal processor for changing a waveform according to the present invention. In this figure, a CPU (central processing unit) 3 is connected to a bus line 12 and has a ROM (Read Only Memory) 5.
Fetches data from the bus line 12 based on the CPU program stored in the
For example, in the case of the event detection data of the keyboard 1, the tone generation is controlled by sending tone generation data and tone color data to the sound source 8 and the DSP 9 via the bus line 12. Also, the musical tone that is pronounced at this time is
A preset tone selected from a plurality of tones stored in the ROM 5 or a random access memory (RAM).
mory) 4 is generated by a tone or the like stored by the user. A panel SW 7 is a switch for setting tone parameters and the like, and is set while looking at the parameters displayed on the display 6. Furthermore, D
SP9 is a digital signal processor for waveform change provided with the analyzing unit and the synthesizing unit according to the present invention. Accordingly, the waveform shape of the waveform signal generated by the sound source 8 is changed. The sound source 8 includes any one of a sound source such as a waveform memory sound source, an FM sound source, and a harmonic synthesis sound source, and is a sound source that can selectively generate a waveform of a designated timbre in the sound source itself. The musical tone whose waveform has been changed by the DSP 9 is converted into an analog signal by a digital / analog converter (DAC) 10 and is emitted from the sound system 11. Next, FIG. 2 shows a block diagram of a waveform changing digital signal processing apparatus of the present invention constituted by the DSP 9. However, since the DSP 9 is an apparatus for performing arithmetic processing by a program, the block diagram shown in this figure conceptually illustrates this arithmetic processing as a block diagram. In this figure, the DSP 9 is composed of an analyzer 20 composed of adders 21 and 22 and an analyzer-side predictor 23, and a synthesizer 30 composed of an adder 31 and a combiner-side predictor 32. In the analysis section 20, the waveform data input from the sound source 8 is input to the adder 21, and the analysis side predictor 23
Is subtracted, and residual data is output. This residual data is input to the adder 22 and also to the synthesizing unit 30. In the adder 22, the input waveform data is reproduced by adding the prediction data from the analysis-side predictor 23 to the residual data.
The reproduced waveform data is input to the analysis-side predictor 23, and an analysis prediction data is created by performing an operation using the waveform data. On the other hand, in the synthesizing section 30, the analyzing section 20
Is supplied to the adder 31, and the residual data and the prediction data from the combining-side predictor 32 are added to form the waveform data having a shape changed from the waveform of the input waveform data. Are synthesized and output. The combined waveform data is input to the combining-side predictor 32, and combined prediction data is created based on the combined waveform data. Normally, the configuration of the analysis-side predictor and the synthesis-side predictor are the same. Therefore, in order to change the shape of the input waveform data, the calculation parameters of the analysis-side predictor and the calculation What is necessary is just to make it different from a parameter. However, as mentioned above, the DSP
Since the number of calculation steps of 9 is limited, if the configuration of the analysis-side predictor and the synthesis-side predictor is the same, the reproduced sound cannot be changed in various ways. The allocation ratio of the number of operation steps in this case is shown in FIG. 3A, and the number of operation steps is equally divided between the analysis unit and the synthesis unit. Therefore, as shown in FIG. 3B, the assignment ratio of the number of operation steps of the DSP 9 is assigned to the analysis unit 20 to the synthesis unit 30 at a large ratio. According to experiments, the magnitude of the influence of the components of the predictor on the reproduced sound differs between the analysis side and the synthesis side, and it has been confirmed that the influence of the components of the synthesis side predictor 32 is considerably large. FIG. 4 shows an example of the configuration of the predictor when the configurations of the predictors 23 and 32 in the analyzer 20 and the synthesizer 30 are the same. In this figure, the input waveform data is 1
The high-frequency component is limited by the next low-pass filter (LPF) 41 and input to the delay circuit 42. The delay circuit 42 is set so as to have a delay time substantially corresponding to the pitch of the waveform generated by the sound source 8 in the entire loop. The waveform data delayed by a predetermined time by the delay circuit 42 is input to an all-pass filter (APF) 43. The APF 43 allows signals in all frequency ranges to pass therethrough. However, since the phase shift amount of the output signal differs according to the signal frequency, the pitch between harmonics is set to the AP value.
It can be shifted slightly depending on the F coefficient. This APF
The waveform data from 43 is input to the multiplier 45 and also to the non-linear circuit 44, and the waveform shape is distorted by, for example, limiting the peak portion of the input waveform data. The output of the non-linear circuit 44 is input to an adder 47 via a multiplier 46, added to the output of the multiplier 45, and output as prediction data. The multiplier 45 and the multiplier 46 can set the synthesis ratio of the waveform data deformed by the non-linear circuit 44 and the waveform data bypassing the non-linear circuit 44, and can set the gain of the predictor. it can. The delay time of the delay circuit 42 is set so that the delay time of the path from the input to the output of the predictor corresponds to the pitch of the waveform generated from the sound source 8. When the configurations of the predictors 23 and 32 in the analysis unit 20 and the synthesis unit 30 are the same as described above, the number of operation steps allocated to the analysis unit 20 and the synthesis unit 30 is the same as shown in FIG. Ratio. Next, FIG. 5 shows an example in which the configurations of the predictors 23 and 32 of the analysis unit 20 and the synthesis unit 30 are different. FIG. 3A shows an analysis-side predictor in the analysis unit 20 .
23 , and only the minimum required delay circuit 51 and multiplier 52 are required.
The number of calculation steps to be assigned to is set to be small as shown in FIG. This delay circuit 51
Is set to correspond to the pitch of the waveform generated from the sound source 8, and the gain of the analysis-side predictor 23 is set by the multiplier 52. On the other hand, FIG.
3 shows the configuration of the combining-side predictor 32 in the combining unit 30 in which the components of the analyzing-side predictor 23 in which the components of the analyzing-side predictor 23 are simplified are shown.
The size is increased as shown in FIG. This combining unit 30
In the synthesis side predictor 32 , the input waveform data is input to the delay circuit 62 after the high-frequency component is restricted by the secondary LPF 61. This delay circuit 62
Has a delay time set so as to substantially correspond to the pitch of the waveform generated by the sound source 8 in the entire loop. The waveform data delayed by the delay circuit 62 for a predetermined time is input to an all-pass filter (APF) 63. This A
The PF 63 allows signals in all frequency ranges to pass, but since the phase shift amount of the output signal varies according to the signal frequency, the pitch between harmonics is delicately shifted according to the APF coefficient. Can be. The waveform data from the APF 63 is input to the non-linear circuit 64 and the multiplier 67, and is also input to the non-linear circuit 65. In the non-linear circuits 64 and 65, the waveform shape of the input waveform data is distorted. The non-linear circuit 64 and the non-linear circuit 65 are different in the degree of waveform deformation or distortion. The output of the non-linear circuit 64 is input to an adder 69 via a multiplier 66, and the non-linear circuit The output of 65 is a multiplier 68
, And is added to the output from the multiplier 67 and output as prediction data. The multiplier 66, the multiplier 67 and the multiplier 6
8, the combination ratio between the waveform data deformed by the non-linear circuits 64 and the non-linear circuits 65 and the waveform data bypassing the non-linear circuits 64 and 65 can be set, and the gain of the synthesis-side predictor can be set. The delay time of the delay circuit 62 is set such that the delay time of the path from the input to the output of the synthesis-side predictor corresponds to the pitch of the waveform generated from the sound source 8. According to the synthesizing unit 30, the LPF 61 is made secondary and the nonlinear circuit 65 is added, so that the waveform shape can be changed more variously. FIG. 6 shows the number of calculation steps in FIG.
Another configuration example of the synthesizing unit 30 when the number of channels increases as shown in FIG. In the synthesizing unit 30, the input waveform data is changed in frequency characteristics by an equalizer 71 and input to a delay circuit 72. This delay circuit 72
Has a delay time set so as to substantially correspond to the pitch of the waveform generated by the sound source 8 in the entire loop. The waveform data delayed by the predetermined time by the delay circuit 72 is 2
The signals are input to APFs 73 and 74 that are connected in cascade.
The APFs 73 and 74 allow signals in all frequency ranges to pass therethrough, but have a characteristic that the phase shift amount of the output signal varies according to the signal frequency.
It can be shifted slightly depending on the coefficient. Also, APF
If one of 73 and 74 is used as the delay time adjusting means, the delay time of the path from the input to the output of the predictor can be adjusted so as to match a predetermined pitch.
The waveform data from the APFs 73 and 74 is
And input to the non-linear circuit 75,
The waveform shape is distorted by, for example, limiting the peak portion of the input waveform data. The output of the non-linear circuit 75 is input to the adder 78 via the multiplier 77, added to the output of the multiplier 76, and output as prediction data. The multiplier 76 and the multiplier 77 set the synthesis ratio of the waveform data deformed by the non-linear circuit 75 and the waveform data bypassing the non-linear circuit 75, and also set the gain of the synthesis side predictor. ing. According to the synthesizing unit 30, the LPF is replaced with the equalizer 71, and the waveform shape can be changed more variously because the APF 74 is increased. As described above, according to the present invention, it is possible to variously change the tone color as the reproduced sound only by changing the allocation ratio of the limited number of operation steps of the DSP. For this reason, it is possible to provide a high-quality digital signal processor for waveform change with a small configuration. As described above, the present invention increases the number of constituent elements of the synthesis-side predictor as compared with the analysis-side predictor.
Even with the processing of a limited number of calculation steps, it is possible to change the waveform shape that can change various timbres, and it is possible to effectively use resources.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の波形変更用デジタル信号処理装置を用
いた電子楽器のブロック図である。 【図2】本発明の波形変更用デジタル信号処理装置のブ
ロック図である。 【図3】分析部と合成部の演算ステップ数の割当割合を
示す図である。 【図4】分析部と合成部の予測器の構成を示す図であ
る。 【図5】分析部と合成部の予測器の他の構成を示す図で
ある。 【図6】合成部の予測器のさらに他の構成を示す図であ
る。 【図7】従来の圧縮の原理を説明する図である。 【図8】従来の圧縮器と伸長器のブロックを示す図であ
る。 【符号の説明】 1 鍵盤 2 ホイール 3 CPU 4 RAM 5 ROM 6 表示器 7 パネルスイッチ 8 音源 9 DSP 10 DAC 11 サウンドシステム 12 バス 21,22,31 加算器 23 分析側予測器 24 合成側予測器
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of an electronic musical instrument using a digital signal processor for changing a waveform according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram of a digital signal processor for changing a waveform according to the present invention. FIG. 3 is a diagram illustrating an allocation ratio of the number of operation steps of an analysis unit and a synthesis unit. FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a predictor of an analysis unit and a synthesis unit. FIG. 5 is a diagram illustrating another configuration of a predictor of an analysis unit and a synthesis unit. FIG. 6 is a diagram illustrating still another configuration of the predictor of the synthesis unit. FIG. 7 is a diagram illustrating the principle of conventional compression. FIG. 8 is a diagram showing blocks of a conventional compressor and decompressor. [Description of Signs] 1 Keyboard 2 Wheel 3 CPU 4 RAM 5 ROM 6 Display 7 Panel Switch 8 Sound Source 9 DSP 10 DAC 11 Sound System 12 Bus 21, 22, 31, Adder 23 Analysis Predictor 24 Synthesis Predictor

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 入力信号の周期に対応する遅延時間を有
すると共に、次に入力される入力信号を、今までに入力
された入力信号と予測パラメータを用いて予測演算する
分析側予測手段と、該分析側予測手段より出力される予
測信号を入力信号から差し引き残差信号を出力する加算
手段からなる分析部と、 出力信号が入力されると共に、前記分析側予測手段の遅
延時間と同一の遅延時間を有すると共に、次に合成され
る出力信号を、今までに出力された出力信号と前記分析
側予測手段の予測パラメータと異なる予測パラメータを
用いて予測演算する合成側予測手段と、該合成側予測手
段より出力される予測信号を上記残差信号に加算するこ
とにより次の上記出力信号を生成する加算手段とからな
る合成部との演算を行う波形変更用デジタル信号処理装
置において、 前記分析部に割り当てられる演算ステップ数前記
成部に割り当てられる演算ステップ数より少なくしたこ
とを特徴とする波形変更用デジタル信号処理装置。
(57) [Claim 1] An input signal having a delay time corresponding to a cycle of an input signal and a next input signal are calculated using the input signal input so far and a prediction parameter. An analysis unit that includes an analysis-side prediction unit that performs a prediction calculation, an addition unit that subtracts a prediction signal output from the analysis-side prediction unit from an input signal, and outputs a residual signal; The output signal having the same delay time as that of the prediction means and the next synthesized output signal are predicted using the output signal output so far and a prediction parameter different from the prediction parameter of the analysis-side prediction means. A wave for performing an operation of a synthesizing unit including synthesis-side prediction means and addition means for generating a next output signal by adding a prediction signal output from the synthesis-side prediction means to the residual signal. In the digital signal processing apparatus for shape change, the number of operational steps to be assigned to the analysis unit, the alloy <br/> generating unit digital signal processor for waveform change, characterized in that it has less than calculating the number of steps assigned to.
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