JP3826870B2

JP3826870B2 - Compressed data structure, waveform generation device, and waveform storage device

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Publication number: JP3826870B2
Application number: JP2002288783A
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Inventors: 雅嗣岡崎
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Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2006-09-27
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、楽音生成装置等に用いられる記憶されている圧縮波形データのデータ構造、その圧縮波形データを読み出して楽音を生成する楽音生成装置、および、波形データを圧縮した圧縮波形データを書き込む波形記憶装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子楽器における楽音信号の発生方法の一つとして、自然楽器の楽音波形の瞬時値を逐次サンプリングしてディジタルとされたサンプル波形データとして予めメモリに記憶しておき、楽音の発生時にこのサンプル波形データを読み出して楽音信号を発生するようにしたＰＣＭ方式がある。このＰＣＭ方式は自然楽器に近い楽音を発生できるという点で優れているが、波形データを記憶しておくメモリの容量が膨大になるという問題がある。これを解決するために、サンプル波形データを圧縮し、この圧縮波形データをメモリに記憶しておき、再生時にはこの圧縮波形データを伸長して楽音信号を形成するようにした楽音信号発生装置が提案されている（特許第２６０５４３４号参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような楽音信号発生装置においては、サンプル波形データが圧縮されているため、メモリ容量を効率的に使用することができる。また、圧縮波形データは可変長に圧縮処理されており、例えば１６サンプルの固定数の圧縮波形データによりフレームが構成されて、このフレーム毎にメモリに記憶されている。このため、フレームの総ビット数は、圧縮処理された１サンプルあたりの圧縮波形データのビット数に応じて可変とされている。
すると、フレームが可変長とされていることからメモリ上においてフレーム毎にフレーム開始位置が異なるようになる。このため、フレームの先頭アドレスを演算して算出する回路が必要となり、圧縮波形データを伸長処理する回路が複雑になると云う問題点があった。
【０００４】
そこで本発明は、簡易な構成で伸長処理することができる圧縮データ構造、波形生成装置および波形記憶装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明にかかる圧縮データ構造、波形生成装置および波形記憶装置においては、フレームを構成する総ビット数を固定としている。これにより、フレームの開始位置が決まった位置となることからフレームの先頭アドレスを容易に得ることができるようになる。したがって、波形データを効率よく記憶することができると共に、伸長処理を行う回路を簡単化することができるようになる。
また、圧縮波形データと共にフレームを構成する副情報には、前記圧縮波形データにおける圧縮関連情報が含まれている。そこで、この圧縮関連情報を利用して圧縮波形データの伸長処理を行うことができる。なお、フレーム内における圧縮波形データの１サンプル当たりのビット数は一定とされている。さらに、可変長とされた１サンプル当たりの圧縮波形データのビット数を、フレームにおける圧縮波形データが格納される固定長のデータ領域のビット数における素数の倍数のビット数とすると、無駄なビットを生じさせることなく効率よく圧縮波形データを記憶することができるようになる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態にかかる波形記憶装置の概略構成を示すブロック図を図１に示す。
図１に示すように、波形記憶装置は波形記憶部１０と制御部４とから構成されている。波形記憶部１０は、入力された元波形データを可変長の圧縮波形データに圧縮処理する圧縮処理部１と、圧縮処理された圧縮波形データを副情報と共にフレーム化するフレーム化部２と、フレーム化部２により生成されたフレームが書き込まれて記憶される記憶手段３から構成されている。制御部４は、波形記憶部１０における波形記憶処理の制御を行うことにより、圧縮波形データの１サンプル当たりのビット数をフレーム毎に可変制御していると共に、圧縮波形データの１サンプル当たりのビット数をフレーム内において一定とする圧縮処理の制御を行うようにしている。圧縮処理部１においては適用差分符号化（ＡＤＰＣＭ）を利用して圧縮処理を行うことができると共に、線形予測符号化（ＬＰＣ）を利用して圧縮処理を行うことができるようにされている。
【０００７】
ここで、ＡＤＰＣＭを利用して圧縮処理を行う圧縮処理部１の構成例を図２に示す。
図２において、元波形データＳ_nは、減算器１１に入力されてＡＤＰＣＭ予測部１７より出力される予測信号◇Ｓ_nが減算され、残差信号ｄｎ（＝Ｓ_n−◇Ｓ_n）が出力される。この残差信号ｄｎは、量子化部１２において、まず、信号のレベルを量子化幅信号△ｎに基づいて量子化（正規化）されつつビット数ｋを決定され、さらに決定されたビット数ｋで符号化されてビット数ｋの圧縮波形データＬｎに変換される。量子化幅判定部１３は、この圧縮波形データＬｎと過去の圧縮波形データから量子化幅を判定し、最適の量子化幅信号Δｎを出力して量子化部１２に重みとして供給する。また、圧縮波形データＬｎは逆量子化部１５に供給されて量子化幅信号△ｎに基づいて逆量子化（逆正規化）され、圧縮波形データＬｎの復号信号ｑｎとして出力される。復号信号ｑｎは加算器１６に供給され、ＡＤＰＣＭ予測部１７より出力される予測信号◇Ｓ_nが加算されて再生波形データ◇Ｘ_nが再生され、ＡＤＰＣＭ予測部１７に供給されるようになる。ＡＤＰＣＭ予測部１７では、過去のｐ個の再生波形データ◇Ｘ_n-p，◇Ｘ_n-p+1，・・・◇Ｘ_n-1までを用いて現サンプルの予測信号◇Ｓ_nを生成する。
【０００８】
このようにして元波形データの圧縮処理がサンプル毎に行われることにより、圧縮波形データが量子化部１２から順次出力されてフレーム化部１４に供給される。フレーム化部１４においては、総ビット数が固定とされて固定長とされているフレームを、量子化部１２から順次出力されてフレーム化部１４に供給された圧縮波形データと、ビット数ｋ情報およびその他の副情報からなる副情報とで構成する。この場合、副情報にはフレーム内の固定された副情報領域が割り当てられており、残るフレーム内のデータ領域が圧縮波形データに割り当てられる。圧縮波形データは、順次割り当てられたデータ領域につめこまれて副情報と共にフレームが構成される。このようにして生成されたフレームは、フレーム毎に出力されて記憶手段に書き込まれるようになる。なお、フレーム内における圧縮波形データのビット数は同一とされており、フレーム毎に圧縮波形データのビット数を可変とできるようにされている。
【０００９】
このようにフレーム化された圧縮波形データを伸長するデコーダの構成例を図３に示す。
図３において、記憶手段から読み出されたフレームが供給されるデータ取出部２１は、フレーム内の固定された副情報領域から副情報を取り出すと共に副情報中のビット数ｋ情報から、圧縮波形データのビット数を決定し、決定されたビット数に基づいてフレーム内のデータ領域から順次圧縮波形データＬｎを抽出して逆量子化部２２に供給している。圧縮波形データＬｎは、量子化幅判定部２３にも供給され、量子化幅判定部２３はこの圧縮波形データＬｎと過去の圧縮波形データから量子化幅を判定し、最適の量子化幅信号Δｎを出力して逆量子化部２２に重みとして供給する。逆量子化部２２は、量子化幅判定部２３から出力された量子化幅信号△ｎに基づいて逆量子化（逆正規化）を行い、圧縮波形データＬｎの復号信号ｑｎを出力している。加算器２４においてこの復号信号ｑｎに、ＡＤＰＣＭ予測部２５より出力される予測信号◇Ｓ_nが加算されて再生波形データ◇Ｘ_nが再生されて復号波形データとして出力される。また、再生波形データ◇Ｘ_nはＡＤＰＣＭ予測部２５に供給されて、過去のｐ個の再生波形データ◇Ｘ_n-p，◇Ｘ_n-p+1，・・・◇Ｘ_n-1から現サンプルを復元するのに使用される予測信号◇Ｓ_nが生成される。
【００１０】
このようにして、デコーダから出力された復号波形データに基づいて、音を生成することにより再生音を得ることができる。この場合、記憶手段に記憶されているフレーム化された圧縮波形データの元データが楽音波形データであった場合は、出力された復号波形データに基づいて楽音を生成できるようになる。なお、データ取出部２１においては、その他の副情報が出力されており、この副情報を音量情報や波形データのループアドレスとすることにより、楽音を生成する際に音量情報や波形データのループアドレスを利用して楽音を生成することができるようになる。
【００１１】
次に、ＬＰＣを利用して圧縮処理を行う圧縮処理部１の構成を図４に示す。
図４において、元波形データＳ_nは予測係数算出部３３に入力され、フレームに対応する所定期間の元波形データのサンプルから自己相関法等の線形予測係数演算によって予測係数Ｐｎ（ｐ個の係数、ないし、ｐ個の係数を示すインディクス）が算出されてフレーム判定部３４に供給される。また、減算器３１に入力された元波形データＳ_nからは、線形予測部３８より出力される線形予測信号◇Ｓ_nが減算され、残差信号ｄｎ（＝Ｓ_n−◇Ｓ_n）が出力される。この残差信号ｄｎは、量子化部３２において、その信号のレベルを指定された量子化幅信号とビット数とに基づいて量子化（正規化）されつつ符号化され、指定されたビット数の圧縮波形データＬｎに変換される。また、圧縮波形データＬｎは逆量子化部３６に供給されて指定された量子化幅信号とビット数とに基づいて逆量子化（逆正規化）され、圧縮波形データＬｎの復号信号ｑｎとして出力される。復号信号ｑｎは加算器３７において、線形予測部３８より出力される線形予測信号◇Ｓ_nが加算されて再生波形データ◇Ｘ_nが再生されて、線形予測部３８に供給されるようになる。線形予測部３８では、予測係数Ｐｎと過去のｐ個の再生波形データ◇Ｘ_n-p，◇Ｘ_n-p+1，・・・◇Ｘ_n-1に基づいて線形予測演算を行い、現サンプルの線形予測信号◇Ｓ_nを生成している。
【００１２】
フレーム判定部３４においては、圧縮処理部１による元波形データの１フレーム分の線形予測圧縮を、異なるビット数、予測係数、ないし量子化幅で複数通りに実行させ、その圧縮結果に基づいて各フレームの圧縮のためのビット数、予測係数、量子化幅を決定している。量子化部３２は、決定されたビット数および量子化幅信号に基づいて量子化を行い圧縮波形データＬｎを生成している。この場合、フレーム判定部３４において、まず、過去のビット数に基づいてビット数を仮決定し、線形予測係数算出部３３から仮決定されたビット数で圧縮する場合の１フレームの元波形データに応じた予測係数Ｐｎを供給する。続いて、フレーム判定部３４において、過去の量子化幅に基づいて量子化幅が仮決定され、線形予測部３８における予測係数Ｐｎによる線形予測と、量子化部３２における仮決定されたビット数と量子化幅に基づく量子化が行われ、圧縮波形データＬｎが生成される。以上の仮の線形予測圧縮処理における再生波形データ（加算器３７から出力される）と元波形データとが対比され、再生波形データの歪率が算出される。そして、複数とおりに行われた仮の線形予測圧縮処理の結果に基づき、歪率が許容範囲に入る範囲で最も圧縮率が良くなるビット数、予測係数、量子化幅の組み合わせがフレーム毎に決定される。
【００１３】
このようにしてフレーム毎に決定された予測係数、ビット数および量子化幅によりフレームを構成する元波形データの圧縮処理がサンプル毎に行われて、圧縮波形データが量子化部３２から順次出力されてフレーム化部３５に供給される。フレーム化部３５においては、総ビット数が固定とされて固定長とされているフレームを、量子化部３５から順次出力されてフレーム化部３５に供給された圧縮波形データと、決定された予測係数、ビット数および量子化幅情報およびその他の副情報からなる副情報とにより構成する。この場合、副情報にはフレーム内の固定された副情報領域が割り当てられており、フレーム内の残るデータ領域が圧縮波形データに割り当てられる。圧縮波形データは、順次割り当てられたデータ領域につめこまれて副情報と共にフレームが構成される。このようにして生成されたフレームは、フレーム毎に出力されて記憶手段に書き込まれるようになる。なお、フレーム毎に圧縮波形データの予測係数、ビット数および量子化幅を可変することができる。
【００１４】
このようにしてフレーム化された圧縮波形データを伸長するデコーダの構成例を図５に示す。
図５において、記憶手段から読み出されたフレームが供給されるデータ取出部４１は、フレーム内の固定された副情報領域から副情報を取り出すと共に副情報中のビット数情報に基づいてフレーム内の固定されたデータ領域から圧縮波形データＬｎを順次取り出して逆量子化部４２に供給している。さらに、データ取出部４１においては副情報から予測係数情報Ｐｎを取り出して線形予測部４４に供給すると共に、量子化幅情報を取り出して逆量子化部４２に供給している。逆量子化部４２は、データ取出部４１から供給された量子化幅情報に基づいて圧縮波形データＬｎの逆量子化（逆正規化）を行い、復号信号ｑｎを出力する。復号信号ｑｎは加算器４３において、線形予測部４４より出力される予測信号◇Ｓ_nが加算されて再生波形データ◇Ｘ_nが再生されて復号波形データとして出力される。また、再生波形データ◇Ｘ_nは線形予測部４４に供給され、線形予測部４４は、予測係数Ｐｎと過去のｐ個の再生波形データ◇Ｘ_n-p，◇Ｘ_n-p+1，・・・◇Ｘ_n-1に基づいて線形予測演算を行うことにより現サンプルの線形予測信号◇Ｓ_nを生成している。
【００１５】
このようにして、デコーダから出力された復号波形データに基づいて、音を生成することにより再生音を得ることができる。この場合、記憶手段に記憶されているフレーム化された圧縮波形データの元データが楽音波形データであった場合は、出力された復号波形データに基づいて楽音を生成できるようになる。なお、データ取出部２１においては、その他の副情報が出力されており、この副情報を音量情報や波形データのループアドレスとすることにより、楽音を生成する際に音量情報や波形データのループアドレスを利用して楽音を生成することができるようになる。
【００１６】
ここで、記憶手段３に記憶される圧縮波形データと副情報から構成されるフレームの本発明にかかるデータ構造の線形予測圧縮を利用した場合の一例を図８に示す。
図８には、１サンプル当たりの圧縮波形データが２ビット、３ビット、４ビット、５ビット、６ビットおよび１０ビットとされている場合のフレームのデータ構造が示されている。１サンプル当たりの圧縮波形データが２ビットとされている場合を例に挙げて説明すると、１フレームは、例えば図示するようにアドレスが「００」から「０４」の５アドレスに対応するデータの大きさとされており、１アドレスに対応するデータ幅が、例えば１６ビットとされていることから、１フレームの総ビット数は８０ビットとされている。この１フレームの総ビット数は固定長とされている。また、フレームは先頭から２０ビットの固定長の副情報領域と、残る６０ビットの圧縮波形データが格納される固定長のデータ領域から構成されている。この場合、副情報領域には１１ビットの予測係数情報、５ビットの量子化幅情報および４ビットのビット数情報が格納され、データ領域には１サンプル当たり２ビットに圧縮されているサンプル番号「１」〜「３０」の圧縮波形データが３０サンプル分格納されている。フレーム内においては圧縮された１サンプル当たりの圧縮波形データのビット数は固定とされている。
【００１７】
このように、１フレームの総ビット数が１アドレスに対応するデータ幅を単位とした固定ビット数とされていることから、フレームは決まった位置から開始するようになる。例えば、図８に示すように１フレームが５データ幅とされている場合は、フレームの開始アドレスは「００」から始まり５アドレス毎のアドレス位置から開始するようになる。また、副情報領域は固定長とされていることから圧縮波形データの開始位置も決まった位置となる。したがって、伸長処理する際にフレームを読み出すアドレスを簡易な構成で生成することができるようになる。また、図８に示すように１サンプル当たりの圧縮波形データが３ビット、４ビット、５ビット、６ビットおよび１０ビットとされている場合においても１フレームの総ビット数は、１アドレスに対応するデータ幅を単位とした固定ビット数とされている。
【００１８】
したがって、図８に示すように１フレームが５データ幅とされている場合において、１サンプル当たりの圧縮波形データが３ビットとされている場合は、２０サンプル分の圧縮波形データが１フレームに格納され、４ビットとされている場合は、１５サンプル分の圧縮波形データが１フレームに格納される。同様にして、５ビットとされている場合は、１２サンプル分の圧縮波形データが１フレームに格納され、６ビットとされている場合は、１０サンプル分の圧縮波形データが１フレームに格納され、１０ビットとされている場合は、６サンプル分の圧縮波形データが１フレームに格納される。このように、圧縮波形データに割り当てられている６０ビットの素数である２，３，５の倍数のビット数とすることにより、無駄を生じることなくフレーム内に圧縮波形データを詰め込むことができるようになる。
なお、ＡＤＰＣＭ圧縮された圧縮波形データを記憶する場合には、予測係数や量子化幅の情報を記憶する必要がないので、図８のデータ構造におけるアドレス「００」の領域は不要であり、各フレーム毎に「０１」から「０４」の４アドレスに対応するデータだけを記憶するようにすればよい。
【００１９】
次に、本発明にかかるデータ構造のフレーム化された圧縮波形データが記憶されている記憶手段３を備える本発明にかかる楽音生成装置のブロック図を図６に示す。
図６に示す楽音生成装置５０おいて、ＣＰＵ６１は楽音生成に関連する各種プログラムを実行することにより楽音生成装置５０における楽音生成の動作を制御する中央処理装置（Central Processing Unit）であり、タイマ６４は動作時の経過時間を示したり、特定の間隔でタイマ割込を発生するタイマであり、自動演奏の時間管理等に使用される。フラッシュＲＯＭ６２は、ＣＰＵ６１が実行する楽音生成処理のプログラムや、本願発明にかかるデータ構造のフレーム化された圧縮波形データ等の各種データが格納される書き換え可能なフラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）である。ＲＯＭ／ＲＡＭ６３は楽音生成装置５０におけるメインメモリであり、ＣＰＵ６１のワークエリア等が設定されるＲＡＭ（Random Access Memory）と、本願発明にかかる波形記憶装置により、本願発明にかかるデータ構造のフレーム化された圧縮波形データ等のデータが書き込まれているＲＯＭからなるメモリシステムである。
【００２０】
また、演奏操作子６５は鍵盤等の演奏操作子であり、ＭＩＤＩインタフェース６６は、楽音生成装置５０内部で作成したＭＩＤＩメッセージを外部へ送出したり、外部からのＭＩＤＩメッセージを受信するＭＩＤＩインターフェースである。パネルスイッチ（パネルＳＷ）６７は、楽音生成装置５０のパネルに設けられている各種スイッチであり、これを操作することにより楽音生成装置５０に各種指示を与えることができる。表示器６８は、楽音生成時に各種情報を表示させる表示器である。さらに、表示器６８の周囲に設けられている表示器ＳＷ６９を操作することにより楽音生成装置５０に各種指示を与えることができる。ハードディスク７０は、本願発明にかかるデータ構造のフレーム化された圧縮波形データを記憶することができると共に、演奏データやユーザ設定データ等を記憶することができる大容量記憶媒体である。
【００２１】
音源部７１は、フレーム化された圧縮波形データの伸長処理を行う図３や図５に示すような構成のデコーダを備えており、ＣＰＵ６１の制御に基づいて、ＲＯＭ／ＲＡＭ６３から楽音生成に必要とするフレーム化された圧縮波形データを読み出し、この圧縮波形データの伸長処理を行っている。そして、デコードされた波形データの補間、エンベロープ付与、チャンネル累算（ミキシング）、および効果（エフェクト）付与などの処理を行って、楽音波形データとして出力している。音源部７１から出力された楽音波形データは、サウンドシステム７２に供給されてアナログ信号に変換され放音されるようになる。なお、各部はバス７３を介して接続されている。
【００２２】
次に、楽音生成装置５０における音源部７１の詳細構成を示すブロック図を図７に示す。
楽音生成装置５０におけるＣＰＵ６１は、ノートオンに応じて楽音を発生する際に、音源部の有する複数の発音チャンネルの中から、該ノートオンに応じた楽音生成に使用するチャンネル（割り当てチャンネル）を選択し、制御レジスタ８０の割り当てチャンネルに対応する記憶領域に各種音源パラメータを設定し、同チャンネルの発音の開始指示を出す。発音開始指示と共に制御レジスタ８０に供給される音源パラメータ情報は、波形メモリ読み出し速度（楽音ピッチに対応）、波形メモリ読み出し区間、エンベロープパラメータ、ミキサ部８７に対する設定情報、およびエフェクト用係数等とされる。この内の波形メモリ読み出し区間パラメータは、読み出す圧縮波形データの開始アドレスおよびそのデータ長とされる。
【００２３】
アドレス発生部８２は、制御レジスタ８０から供給されている各発音チャンネルのピッチ情報および読出開始アドレスに基づいて、ＲＯＭ／ＲＡＭ６３における波形記憶部６３ａから読み出す圧縮波形データが格納されているフレームを読み出すためのフレームアドレス（ＦＡＤ）を作成している。具体的には、ピッチ情報であるＦナンバを波形データ生成タイミング（サンプリング周期）毎に累算して読み出しアドレスを算出し、その整数部と読出開始アドレスに基づいてフレームアドレス（ＦＡＤ）を作成している。このフレームアドレスはフレーム読出部８１に供給されて、フレームアドレスに対応するフレームが波形記憶部６３ａから読み出されて、フレームキャッシュ部８３に１フレーム分キャッシュされる。この場合、図８に示すようにフレームは１アドレスに対応するデータ幅を単位とする固定長とされて、フレームの先頭アドレスは決まっていることからアドレス発生部８２を簡単な構成とすることができる。そして、フレームキャッシュ部８３に新たなフレームがキャッシュされた際には、フレームキャッシュ部８３から副情報が読み出されて、副情報の内の伸長処理する際に必要な圧縮関連情報がデコーダ８４に設定される。例えば、圧縮波形データがＡＤＰＣＭを利用して圧縮処理されている場合は、圧縮されたビット数情報がデコーダ８４に設定され、ＬＰＣを利用して圧縮処理されている場合は、圧縮されたビット数、線形予測係数、量子化幅情報がデコーダ８４に設定される。また、圧縮関連情報以外の副情報は、制御レジスタ８０に送られて格納される。
【００２４】
さらに、アドレス発生部８２において算出された読出アドレスの整数部はフレームキャッシュ部８３に供給され、その小数部は補間部８５に補間情報として供給される。フレームキャッシュ部８３から読出アドレスの整数部に応じて読み出された圧縮波形データはデコーダ８４に供給される。この場合、補間部８５における補間処理において当該サンプリング周期における読出アドレスの整数部の増加分に対応した数の圧縮波形データのサンプルをフレームキャッシュ部８３から読み出すアドレスがアドレス発生部８２において作成され、対応する圧縮波形データがデコーダ８４に読み出される。デコーダ８４においては、フレームキャッシュ部８３から読み出された複数の圧縮波形データに、設定された圧縮関連情報とデコーダ８４内のバッファに記憶されている伸長されたｐサンプルの波形データとに基づいて順次に伸長処理を施して元の波形データを再生しつつ、同バッファに伸長された波形データを保存している。なお、このバッファは、順次伸長される波形データのうちの最新のｐサンプル分を保存するよう制御されている。
【００２５】
このように、アドレス発生部８２においてはサンプリング周期ごとにＦナンバを累算して波形データの読み出しアドレスを生成するような通常の波形メモリ音源のアドレスカウンタがそのまま使用することができる。また、圧縮波形データのビット数がフレーム毎に異なる場合でも、フレーム内の固定されたデータ領域から決められたビット数ずつ取り出せばよいので、圧縮波形データを取り出すデータ取出部の構成を極めて簡単にすることができる。例えば、図８に示されるフレームであれば、２ビットと４ビット、３ビットと６ビット、５ビットと１０ビットの各組について取り出しのロジックをかなりの部分で共用することができるようになる。
【００２６】
ここで、補間部８５において２点補間が行われる場合は、デコーダ８４内のバッファから、保持されているｐ個の伸長された波形データのうちの最新の２サンプル（そのｎサンプル後の連続した２サンプルでもよい）が供給される。そこで、この２サンプルの圧縮波形データがフレームキャッシュ部８３から読み出されて、デコーダ８４において伸長されバッファに格納されている。そこで、この２サンプルの伸長された波形データ間を、アドレス発生部８２から供給されている波形データ読出アドレスの小数部に基づいて補間処理することにより、補間された波形データを得るようにしている。また、補間部８５において４点補間が行われる場合は、デコーダ８４内のバッファから同最新の４サンプル（そのｎサンプル後の連続した４サンプルでもよい）が供給され、この４サンプルの伸長された波形データと、アドレス発生部８２から供給されている波形データ読出アドレスの小数部に基づいて補間処理することにより、補間された波形データを得るようにしている。
【００２７】
補間部８５から出力された補間された波形データは、音量ＥＧ部８６において制御レジスタ８０から供給されている音量エンベロープデータにしたがって音量制御される。このような処理は、発音チャンネル毎にその処理タイミングにおいて行われており、音量ＥＧ部８６から出力されたエンベロープ付与された複数の発音チャンネルの波形データが、ミキサ部８７においてミキシングされる。ミキサ部８７から出力された複数の発音チャンネルがミキシングされた波形データは、ＤＡＣ８８においてアナログ信号に変換されてサウンドシステム７２に向けて出力される。また、ミキサ部８７において操作子の操作に応じた効果付与処理を行うようにしてもよい。
【００２８】
以上の説明においては、１フレームごとに圧縮波形データのビット数を変えることのできる可変長となっていたが、必ずしもそうしなくてもよい。例えば、複数フレームごとにビット数を変えられるようにしてもよいし、あるいは、（フレームごとにはビット数を変えずに）選択される波形データごとにビット数を変えるようにしてもよい。
さらに、上記の説明においては記憶手段の１アドレスに対応するデータ幅は１６ビットとされていたが、１データ幅は１６ビットに限らず８ビット、２４ビット等でもよい。
さらにまた、８０ビットからなる１フレームの場合には、副情報に２０ビット、圧縮波形データに６０ビットを割り当てるようにしたが、１フレームの総ビット数はこれに限るものではなく、１アドレスに対応するデータ幅を単位とする固定長とされていればよく、副情報および圧縮波形データの割り当てもそれぞれ固定長とされていれば任意の割合で割り当てることができるものである。
さらにまた、上記の説明では圧縮波形データのビット数を、格納されるデータ領域のビット数における素数の倍数のビット数としたが、これに限るものではなく任意のビット数としてもよい。この場合においては、フレームにおける最後のサンプルの圧縮波形データを捨てるようにすればよい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように、圧縮波形データを記憶するフレームのサイズを固定とし、そのフレーム内の固定された位置に副情報領域とデータ領域とを設け、それぞれ副情報と圧縮波形データのサンプルを記憶する。圧縮波形データのサンプルのビット数が異なる場合でもデータ領域のサイズが変わらないため、記憶する圧縮波形データのサンプルのビット数に応じて、１つのフレームに記憶される圧縮波形データのサンプル数が変化する。これにより、圧縮波形データのサンプルのビット数が異なる場合であっても、フレームの開始位置がメモリアドレス上で一定間隔ごとにきちんと並び、フレームの先頭アドレスを容易に得ることができる。さらに、各フレーム内において副情報と圧縮波形データのサンプルの記憶領域が決まっているので、各データを容易に取り出すことができる。従って、波形データを効率よく記憶することができると共に、伸長処理を行う回路を簡単化することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる波形記憶装置の概略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かかる波形記憶装置にかかるＡＤＰＣＭを利用して圧縮処理を行う圧縮処理部の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかるフレーム化された圧縮波形データを伸長するＡＤＰＣＭデコーダの構成例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる波形記憶装置にかかるＬＰＣを利用して圧縮処理を行う圧縮処理部の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかるフレーム化された圧縮波形データを伸長するＬＰＣデコーダの構成例を示す図である。
【図６】本発明にかかるデータ構造の圧縮波形データがフレーム毎に記憶されている記憶手段を備える本発明の実施の形態にかかる楽音生成装置のブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態の楽音生成装置にかかる音源部の詳細構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態にかかるデータ構造を示す図である。
【符号の説明】
１圧縮処理部、２フレーム化部、３記憶手段、４制御部、１０波形記憶部、１１減算器、１２量子化部、１３量子化幅判定部、１４フレーム化部、１５逆量子化部、１６加算器、１７ＡＤＰＣＭ予測部、２１データ取出部、２２逆量子化部、２３量子化幅判定部、２４加算器、２５ＡＤＰＣＭ予測部、３１減算器、３２量子化部、３３予測係数算出部、３４フレーム判定部、３５フレーム化部、３５量子化部、３６逆量子化部、３７加算器、３８線形予測部、４１データ取出部、４２逆量子化部、４３加算器、４４線形予測部、５０楽音生成装置、６１ＣＰＵ、６２フラッシュＲＯＭ、６３ＲＯＭ／ＲＡＭ、６３ａ波形記憶部、６４タイマ、６５演奏操作子、６６ＭＩＤＩインタフェース、６７パネルＳＷ、６８表示器、６９表示器ＳＷ、７０ハードディスク、７１音源部、７２サウンドシステム、７３バス、８０制御レジスタ、８１フレーム読出部、８２アドレス発生部、８３フレームキャッシュ部、８４デコーダ、８５補間部、８６音量ＥＧ部、８７ミキサ部、８８ＤＡＣ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a data structure of stored compressed waveform data used in a musical sound generating device, a musical sound generating device that reads out the compressed waveform data to generate a musical tone, and a waveform in which compressed waveform data compressed from the waveform data is written. The present invention relates to a storage device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as one method of generating a musical sound signal in an electronic musical instrument, the instantaneous value of a musical sound waveform of a natural musical instrument is sequentially sampled and stored in advance as digital sample waveform data, and this sample is generated when a musical sound is generated. There is a PCM system in which waveform data is read to generate a musical sound signal. This PCM method is excellent in that it can generate musical sounds close to natural instruments, but has a problem that the capacity of a memory for storing waveform data becomes enormous. In order to solve this problem, a musical tone signal generating apparatus is proposed in which sample waveform data is compressed, the compressed waveform data is stored in a memory, and the compressed waveform data is expanded during reproduction to form a musical tone signal. (See Japanese Patent No. 2605434).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In such a musical tone signal generator, the sample waveform data is compressed, so that the memory capacity can be used efficiently. The compressed waveform data is compressed to a variable length. For example, a fixed number of compressed waveform data of 16 samples constitutes a frame and is stored in the memory for each frame. For this reason, the total number of bits of the frame is variable according to the number of bits of the compressed waveform data per sample subjected to the compression process.
Then, since the frame has a variable length, the frame start position differs for each frame on the memory. For this reason, a circuit for calculating and calculating the head address of the frame is required, and there is a problem that the circuit for decompressing the compressed waveform data becomes complicated.
[0004]
Therefore, an object of the present invention is to provide a compressed data structure, a waveform generation device, and a waveform storage device that can be decompressed with a simple configuration.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the compressed data structure, waveform generation device, and waveform storage device according to the present invention, the total number of bits constituting the frame is fixed. As a result, since the start position of the frame is a fixed position, the start address of the frame can be easily obtained. Therefore, the waveform data can be stored efficiently and the circuit for performing the decompression process can be simplified.
Further, the sub information constituting the frame together with the compressed waveform data includes compression related information in the compressed waveform data. Therefore, decompression processing of the compressed waveform data can be performed using this compression related information. Note that the number of bits per sample of the compressed waveform data in the frame is constant. Furthermore, if the number of bits of compressed waveform data per sample, which is variable length, is a bit number that is a multiple of the prime number in the number of bits of the fixed-length data area in which the compressed waveform data in the frame is stored, useless bits The compressed waveform data can be stored efficiently without causing it.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a waveform storage device according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the waveform storage device includes a waveform storage unit 10 and a control unit 4. The waveform storage unit 10 includes a compression processing unit 1 that compresses input original waveform data into variable-length compressed waveform data, a framing unit 2 that frames the compressed waveform data that has been subjected to compression processing together with sub information, a frame It comprises a storage means 3 in which frames generated by the conversion unit 2 are written and stored. The control unit 4 controls the waveform storage processing in the waveform storage unit 10 to variably control the number of bits per sample of the compressed waveform data for each frame and the bits per sample of the compressed waveform data. The compression process is controlled so that the number is constant within the frame. The compression processing unit 1 can perform compression processing using applied differential coding (ADPCM) and can perform compression processing using linear predictive coding (LPC).
[0007]
Here, FIG. 2 shows a configuration example of the compression processing unit 1 that performs compression processing using ADPCM.
In FIG. 2, the original waveform data S _n Is a prediction signal ◇ S input to the subtractor 11 and output from the ADPCM prediction unit 17 _n Is subtracted and the residual signal dn (= S _n -◇ S _n ) Is output. The residual signal dn is first quantized (normalized) by the quantization unit 12 while the signal level is quantized (normalized) based on the quantization width signal Δn, and the determined bit number k is further determined. Is converted into compressed waveform data Ln having a bit number k. The quantization width determination unit 13 determines the quantization width from the compressed waveform data Ln and the past compressed waveform data, outputs the optimum quantization width signal Δn, and supplies it to the quantization unit 12 as a weight. The compressed waveform data Ln is supplied to the inverse quantization unit 15 and is inversely quantized (denormalized) based on the quantization width signal Δn, and is output as a decoded signal qn of the compressed waveform data Ln. The decoded signal qn is supplied to the adder 16 and is output from the ADPCM prediction unit 17 as a prediction signal ◇ S _n Is added to the playback waveform data X _n Are reproduced and supplied to the ADPCM prediction unit 17. In the ADPCM prediction unit 17, the past p reproduced waveform data ◇ X _np , ◇ X _{n-p + 1} , ... ◇ X _n-1 To the current sample prediction signal ◇ S _n Is generated.
[0008]
By compressing the original waveform data in this way for each sample, the compressed waveform data is sequentially output from the quantizing unit 12 and supplied to the framing unit 14. In the framing unit 14, the compressed waveform data sequentially output from the quantization unit 12 and supplied to the framing unit 14, and the bit number k information And sub information consisting of other sub information. In this case, a fixed sub information area in the frame is allocated to the sub information, and a data area in the remaining frame is allocated to the compressed waveform data. The compressed waveform data is inserted into a sequentially allocated data area to form a frame together with sub information. The frames generated in this way are output for each frame and written to the storage means. The number of bits of the compressed waveform data in the frame is the same, and the number of bits of the compressed waveform data can be made variable for each frame.
[0009]
FIG. 3 shows a configuration example of a decoder that expands the compressed waveform data framed in this way.
In FIG. 3, the data extraction unit 21 to which the frame read from the storage means is supplied extracts the sub information from the fixed sub information area in the frame, and the compressed waveform data from the bit number k information in the sub information. And the compressed waveform data Ln are sequentially extracted from the data area in the frame based on the determined number of bits and supplied to the inverse quantization unit 22. The compressed waveform data Ln is also supplied to the quantization width determining unit 23. The quantization width determining unit 23 determines the quantization width from the compressed waveform data Ln and the past compressed waveform data, and the optimum quantization width signal Δn. Is supplied to the inverse quantization unit 22 as a weight. The inverse quantization unit 22 performs inverse quantization (inverse normalization) based on the quantization width signal Δn output from the quantization width determination unit 23, and outputs a decoded signal qn of the compressed waveform data Ln. . A prediction signal ◇ S output from the ADPCM prediction unit 25 is added to the decoded signal qn in the adder 24. _n Is added to the playback waveform data X _n Are reproduced and output as decoded waveform data. Also, playback waveform data X _n Is supplied to the ADPCM prediction unit 25 and the past p reproduced waveform data ◇ X _np , ◇ X _{n-p + 1} , ... ◇ X _n-1 Prediction signal used to recover current sample from ◇ S _n Is generated.
[0010]
In this way, a reproduced sound can be obtained by generating a sound based on the decoded waveform data output from the decoder. In this case, if the original data of the framed compressed waveform data stored in the storage means is musical sound waveform data, a musical tone can be generated based on the output decoded waveform data. The data extraction unit 21 outputs other sub information. By using the sub information as the loop address of the volume information and waveform data, the loop address of the volume information and waveform data is generated when generating the musical sound. Musical sounds can be generated using.
[0011]
Next, FIG. 4 shows the configuration of the compression processing unit 1 that performs compression processing using LPC.
In FIG. 4, the original waveform data S _n Is input to the prediction coefficient calculation unit 33 and indicates a prediction coefficient Pn (p coefficients or p coefficients by linear prediction coefficient calculation such as autocorrelation method from a sample of original waveform data of a predetermined period corresponding to the frame. Index) is calculated and supplied to the frame determination unit 34. The original waveform data S input to the subtractor 31 _n From the linear prediction signal ◇ S output from the linear prediction unit 38 _n Is subtracted and the residual signal dn (= S _n -◇ S _n ) Is output. The residual signal dn is encoded in the quantization unit 32 while being quantized (normalized) based on the specified quantization width signal and the number of bits in the quantization unit 32, and the specified number of bits. Converted to compressed waveform data Ln. The compressed waveform data Ln is supplied to the inverse quantization unit 36 and is inversely quantized (denormalized) based on the designated quantization width signal and the number of bits, and is output as a decoded signal qn of the compressed waveform data Ln. Is done. The decoded signal qn is added to the linear prediction signal ◇ S output from the linear prediction unit 38 in the adder 37. _n Is added to the playback waveform data X _n Are reproduced and supplied to the linear prediction unit 38. In the linear prediction unit 38, the prediction coefficient Pn and the past p pieces of reproduced waveform data X _np , ◇ X _{n-p + 1} , ... ◇ X _n-1 The linear prediction signal of the current sample ◇ S _n Is generated.
[0012]
In the frame determination unit 34, the linear prediction compression for one frame of the original waveform data by the compression processing unit 1 is executed in a plurality of ways with different bit numbers, prediction coefficients, or quantization widths, and each of the frames is determined based on the compression result. The number of bits for frame compression, the prediction coefficient, and the quantization width are determined. The quantization unit 32 performs quantization based on the determined number of bits and the quantization width signal, and generates compressed waveform data Ln. In this case, in the frame determination unit 34, first, the number of bits is provisionally determined based on the past number of bits, and the original waveform data of one frame when compression is performed with the number of bits temporarily determined by the linear prediction coefficient calculation unit 33. A corresponding prediction coefficient Pn is supplied. Subsequently, in the frame determination unit 34, the quantization width is provisionally determined based on the past quantization width, the linear prediction by the prediction coefficient Pn in the linear prediction unit 38, and the provisionally determined number of bits in the quantization unit 32. Quantization based on the quantization width is performed, and compressed waveform data Ln is generated. The reproduced waveform data (output from the adder 37) in the above provisional linear predictive compression process is compared with the original waveform data, and the distortion rate of the reproduced waveform data is calculated. Based on the results of the provisional linear prediction compression process performed in multiple ways, the combination of the number of bits, the prediction coefficient, and the quantization width that gives the best compression ratio within the allowable range of distortion is determined for each frame. Is done.
[0013]
Thus, the compression processing of the original waveform data constituting the frame is performed for each sample by the prediction coefficient, the number of bits, and the quantization width determined for each frame, and the compressed waveform data is sequentially output from the quantization unit 32. To the framing unit 35. In the framing unit 35, the compressed waveform data sequentially output from the quantization unit 35 and supplied to the framing unit 35 with the fixed number of frames having a fixed total number of bits, and the determined prediction It consists of sub-information consisting of coefficient, bit number, quantization width information and other sub-information. In this case, a fixed sub information area in the frame is allocated to the sub information, and the remaining data area in the frame is allocated to the compressed waveform data. The compressed waveform data is inserted into a sequentially allocated data area to form a frame together with sub information. The frames generated in this way are output for each frame and written to the storage means. Note that the prediction coefficient, the number of bits, and the quantization width of the compressed waveform data can be varied for each frame.
[0014]
FIG. 5 shows a configuration example of a decoder that expands the compressed waveform data framed in this way.
In FIG. 5, the data extraction unit 41 to which the frame read from the storage means is supplied extracts the sub-information from the fixed sub-information area in the frame and based on the bit number information in the sub-information The compressed waveform data Ln is sequentially extracted from the fixed data area and supplied to the inverse quantization unit 42. Further, the data extraction unit 41 extracts prediction coefficient information Pn from the sub information and supplies it to the linear prediction unit 44, and also extracts quantization width information and supplies it to the inverse quantization unit 42. The inverse quantization unit 42 performs inverse quantization (inverse normalization) on the compressed waveform data Ln based on the quantization width information supplied from the data extraction unit 41, and outputs a decoded signal qn. The decoded signal qn is added to the prediction signal ◇ S output from the linear prediction unit 44 in the adder 43. _n Is added to the playback waveform data X _n Are reproduced and output as decoded waveform data. Also, playback waveform data X _n Is supplied to the linear prediction unit 44, which uses the prediction coefficient Pn and the past p reproduced waveform data ◇ X _np , ◇ X _{n-p + 1} , ... ◇ X _n-1 A linear prediction signal of the current sample by performing a linear prediction operation based on _n Is generated.
[0015]
In this way, a reproduced sound can be obtained by generating a sound based on the decoded waveform data output from the decoder. In this case, if the original data of the framed compressed waveform data stored in the storage means is musical sound waveform data, a musical tone can be generated based on the output decoded waveform data. The data extraction unit 21 outputs other sub information. By using the sub information as the loop address of the volume information and waveform data, the loop address of the volume information and waveform data is generated when generating the musical sound. Musical sounds can be generated using.
[0016]
Here, FIG. 8 shows an example in the case of using the linear predictive compression of the data structure according to the present invention of the frame composed of the compressed waveform data stored in the storage means 3 and the sub information.
FIG. 8 shows the data structure of a frame when the compressed waveform data per sample is 2 bits, 3 bits, 4 bits, 5 bits, 6 bits, and 10 bits. The case where the compressed waveform data per sample is 2 bits will be described as an example. One frame is, for example, the size of data corresponding to 5 addresses from “00” to “04” as shown in the figure. Since the data width corresponding to one address is, for example, 16 bits, the total number of bits in one frame is 80 bits. The total number of bits in one frame is a fixed length. The frame is composed of a 20-bit fixed-length sub-information area from the beginning and a fixed-length data area in which the remaining 60-bit compressed waveform data is stored. In this case, 11-bit prediction coefficient information, 5-bit quantization width information, and 4-bit bit number information are stored in the sub information area, and the sample number “2” is compressed to 2 bits per sample in the data area. The compressed waveform data of “1” to “30” is stored for 30 samples. In the frame, the number of compressed waveform data bits per sample is fixed.
[0017]
Thus, since the total number of bits in one frame is a fixed number of bits with the data width corresponding to one address as a unit, the frame starts at a fixed position. For example, when one frame has 5 data widths as shown in FIG. 8, the start address of the frame starts from “00” and starts from the address position for every 5 addresses. Further, since the sub information area has a fixed length, the start position of the compressed waveform data is also a fixed position. Therefore, it is possible to generate an address from which a frame is read out in the decompression process with a simple configuration. Also, as shown in FIG. 8, even when the compressed waveform data per sample is 3 bits, 4 bits, 5 bits, 6 bits, and 10 bits, the total number of bits in one frame corresponds to one address. It is a fixed number of bits with the data width as a unit.
[0018]
Therefore, as shown in FIG. 8, when one frame has 5 data widths and 20 bits of compressed waveform data per sample, 20 samples of compressed waveform data are stored in one frame. In the case of 4 bits, the compressed waveform data for 15 samples is stored in one frame. Similarly, when it is 5 bits, compressed waveform data for 12 samples is stored in one frame, and when it is 6 bits, compressed waveform data for 10 samples is stored in 1 frame, In the case of 10 bits, compressed waveform data for 6 samples is stored in one frame. Thus, by setting the number of bits to a multiple of 2, 3, and 5, which is a prime number of 60 bits allocated to the compressed waveform data, the compressed waveform data can be packed in the frame without waste. become.
Note that when storing compressed waveform data compressed by ADPCM, it is not necessary to store information on prediction coefficients and quantization widths, so the area of the address “00” in the data structure of FIG. Only data corresponding to the four addresses “01” to “04” may be stored for each frame.
[0019]
Next, FIG. 6 shows a block diagram of a musical tone generating apparatus according to the present invention including the storage means 3 in which framed compressed waveform data having a data structure according to the present invention is stored.
In the musical sound generating device 50 shown in FIG. 6, the CPU 61 is a central processing unit (Central Processing Unit) that controls the musical sound generating operation in the musical sound generating device 50 by executing various programs related to musical sound generation. Is a timer that indicates an elapsed time during operation or generates a timer interrupt at a specific interval, and is used for time management of automatic performance. The flash ROM 62 is a rewritable flash ROM (Read Only Memory) in which various data such as a musical sound generation processing program executed by the CPU 61 and framed compressed waveform data having a data structure according to the present invention are stored. The ROM / RAM 63 is a main memory in the musical sound generation device 50. The data structure according to the present invention is framed by a RAM (Random Access Memory) in which the work area of the CPU 61 is set and the waveform storage device according to the present invention. The memory system is composed of a ROM in which data such as compressed waveform data is written.
[0020]
Further, the performance operator 65 is a performance operator such as a keyboard, and the MIDI interface 66 is a MIDI interface that sends out a MIDI message created in the musical tone generator 50 to the outside and receives a MIDI message from the outside. . The panel switch (panel SW) 67 is various switches provided on the panel of the musical tone generation device 50, and various instructions can be given to the musical tone generation device 50 by operating this switch. The display device 68 is a display device that displays various types of information when a musical sound is generated. Furthermore, various instructions can be given to the musical sound generating device 50 by operating the display SW 69 provided around the display 68. The hard disk 70 is a large-capacity storage medium that can store framed compressed waveform data having a data structure according to the present invention, and can also store performance data, user setting data, and the like.
[0021]
The tone generator 71 includes a decoder configured as shown in FIGS. 3 and 5 that performs decompression processing of framed compressed waveform data. The tone generator 71 is necessary to generate musical sounds from the ROM / RAM 63 under the control of the CPU 61. The compressed waveform data that has been framed is read out, and the compressed waveform data is decompressed. Then, processing such as interpolation of the decoded waveform data, envelope addition, channel accumulation (mixing), and effect (effect) addition are performed and output as musical sound waveform data. The musical sound waveform data output from the sound source unit 71 is supplied to the sound system 72, converted into an analog signal, and emitted. Each unit is connected via a bus 73.
[0022]
Next, FIG. 7 shows a block diagram showing a detailed configuration of the sound source unit 71 in the musical sound generating device 50. As shown in FIG.
When generating a musical sound in response to a note-on, the CPU 61 in the musical sound generating device 50 selects a channel (allocated channel) to be used for generating a musical sound in accordance with the note-on from among a plurality of tone generation channels of the sound source unit. Then, various sound source parameters are set in the storage area corresponding to the assigned channel of the control register 80, and a sound generation start instruction for the channel is issued. The sound source parameter information supplied to the control register 80 together with the sound generation start instruction is a waveform memory reading speed (corresponding to a musical tone pitch), a waveform memory reading section, an envelope parameter, setting information for the mixer unit 87, an effect coefficient, and the like. . Of these, the waveform memory read section parameter is the start address and the data length of the compressed waveform data to be read.
[0023]
The address generation unit 82 reads out a frame in which compressed waveform data to be read from the waveform storage unit 63a in the ROM / RAM 63 is stored based on the pitch information and the read start address of each tone generation channel supplied from the control register 80. Frame address (FAD) is created. Specifically, the F number, which is pitch information, is accumulated at every waveform data generation timing (sampling period) to calculate a read address, and a frame address (FAD) is created based on the integer part and the read start address. ing. The frame address is supplied to the frame reading unit 81, and a frame corresponding to the frame address is read from the waveform storage unit 63a and cached for one frame in the frame cache unit 83. In this case, as shown in FIG. 8, the frame has a fixed length with a data width corresponding to one address as a unit, and since the start address of the frame is determined, the address generator 82 can be configured simply. it can. When a new frame is cached in the frame cache unit 83, the sub information is read from the frame cache unit 83, and compression related information necessary for decompression processing of the sub information is sent to the decoder 84. Is set. For example, when the compressed waveform data is compressed using ADPCM, the compressed bit number information is set in the decoder 84, and when the compressed waveform data is compressed using LPC, the number of compressed bits , Linear prediction coefficient, and quantization width information are set in the decoder 84. Sub information other than the compression related information is sent to the control register 80 and stored therein.
[0024]
Further, the integer part of the read address calculated by the address generation unit 82 is supplied to the frame cache unit 83, and the decimal part thereof is supplied to the interpolation unit 85 as interpolation information. The compressed waveform data read from the frame cache unit 83 according to the integer part of the read address is supplied to the decoder 84. In this case, in the interpolation process in the interpolation unit 85, an address for generating the number of compressed waveform data samples corresponding to the increment of the integer part of the read address in the sampling period from the frame cache unit 83 is created in the address generation unit 82. The compressed waveform data to be read is read by the decoder 84. In the decoder 84, a plurality of compressed waveform data read from the frame cache unit 83 is added to the set compression-related information and the expanded p-sample waveform data stored in the buffer in the decoder 84. The expanded waveform data is stored in the buffer while the original waveform data is reproduced by sequentially performing the expansion process. This buffer is controlled so as to store the latest p samples of the waveform data that are sequentially expanded.
[0025]
Thus, in the address generator 82, an address counter of a normal waveform memory sound source that accumulates the F number for each sampling period and generates a waveform data read address can be used as it is. Even if the number of bits of the compressed waveform data varies from frame to frame, it is only necessary to extract the determined number of bits from the fixed data area in the frame, so the configuration of the data extraction unit that extracts the compressed waveform data is extremely simple. can do. For example, in the case of the frame shown in FIG. 8, the extraction logic can be shared in a considerable part for each set of 2 bits, 4 bits, 3 bits, 6 bits, 5 bits, and 10 bits.
[0026]
Here, when two-point interpolation is performed in the interpolation unit 85, the latest two samples of the p expanded waveform data held from the buffer in the decoder 84 (sequential after the n samples) 2 samples may be provided). Therefore, the compressed waveform data of the two samples is read from the frame cache unit 83, decompressed by the decoder 84, and stored in the buffer. Therefore, the interpolated waveform data is obtained by interpolating between the expanded waveform data of the two samples based on the decimal part of the waveform data read address supplied from the address generator 82. . In addition, when four-point interpolation is performed in the interpolation unit 85, the latest four samples (which may be consecutive four samples after the n samples) are supplied from the buffer in the decoder 84, and the four samples are expanded. Interpolated waveform data is obtained by performing interpolation processing based on the waveform data and the decimal part of the waveform data read address supplied from the address generator 82.
[0027]
The interpolated waveform data output from the interpolation unit 85 is subjected to volume control according to the volume envelope data supplied from the control register 80 in the volume EG unit 86. Such processing is performed for each sound generation channel at the processing timing, and the waveform data of a plurality of sound generation channels with envelopes output from the sound volume EG unit 86 is mixed in the mixer unit 87. Waveform data obtained by mixing a plurality of tone generation channels output from the mixer unit 87 is converted into an analog signal by the DAC 88 and output to the sound system 72. Further, the mixer 87 may perform an effect imparting process according to the operation of the operator.
[0028]
In the above description, the length is variable so that the number of bits of the compressed waveform data can be changed for each frame, but this is not necessarily required. For example, the number of bits may be changed for each of a plurality of frames, or the number of bits may be changed for each selected waveform data (without changing the number of bits for each frame).
Further, in the above description, the data width corresponding to one address of the storage means is 16 bits. However, one data width is not limited to 16 bits, and may be 8 bits, 24 bits, or the like.
Furthermore, in the case of one frame of 80 bits, 20 bits are assigned to the sub information and 60 bits are assigned to the compressed waveform data. However, the total number of bits of one frame is not limited to this, and one address is assigned to one frame. It is sufficient that the corresponding data width has a fixed length as a unit, and the sub information and the compressed waveform data can be allocated at an arbitrary ratio as long as they are also fixed lengths.
Furthermore, in the above description, the number of bits of the compressed waveform data is the number of bits that is a multiple of the prime number in the number of bits of the data area to be stored. However, the number of bits is not limited to this and may be any number of bits. In this case, the compressed waveform data of the last sample in the frame may be discarded.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, the present invention fixes the size of a frame for storing compressed waveform data, and provides a sub information area and a data area at fixed positions in the frame, and samples the sub information and the compressed waveform data, respectively. Remember. The size of the data area does not change even if the number of compressed waveform data samples differs, so the number of compressed waveform data samples stored in one frame changes according to the number of compressed waveform data sample bits stored. To do. As a result, even when the number of bits of the compressed waveform data samples is different, the start positions of the frames are neatly arranged at regular intervals on the memory address, and the start address of the frame can be easily obtained. Furthermore, since the storage areas for the samples of the sub information and the compressed waveform data are determined in each frame, each data can be easily extracted. Therefore, the waveform data can be stored efficiently, and the circuit for performing the decompression process can be simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a waveform storage device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a compression processing unit that performs compression processing using ADPCM according to the waveform storage device according to the embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of an ADPCM decoder that decompresses framed compressed waveform data according to the embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a compression processing unit that performs compression processing using LPC according to the waveform storage device according to the embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of an LPC decoder that decompresses framed compressed waveform data according to an embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a block diagram of a musical sound generating apparatus according to an embodiment of the present invention including storage means for storing compressed waveform data having a data structure according to the present invention for each frame.
FIG. 7 is a block diagram showing a detailed configuration of a sound source unit according to the musical sound generating apparatus of the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a data structure according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compression processing part, 2 framing part, 3 memory | storage means, 4 control part, 10 waveform memory | storage part, 11 subtractor, 12 quantization part, 13 quantization width determination part, 14 framing part, 15 dequantization part, 16 adder, 17 ADPCM prediction unit, 21 data extraction unit, 22 inverse quantization unit, 23 quantization width determination unit, 24 adder, 25 ADPCM prediction unit, 31 subtractor, 32 quantization unit, 33 prediction coefficient calculation unit , 34 frame determination unit, 35 framing unit, 35 quantization unit, 36 inverse quantization unit, 37 adder, 38 linear prediction unit, 41 data extraction unit, 42 inverse quantization unit, 43 adder, 44 linear prediction unit 50 musical tone generator, 61 CPU, 62 flash ROM, 63 ROM / RAM, 63a waveform storage unit, 64 timer, 65 performance operator, 66 MIDI interface, 67 panel SW, 68 Indicator, 69 Indicator SW, 70 Hard disk, 71 Sound source part, 72 Sound system, 73 Bus, 80 Control register, 81 Frame reading part, 82 Address generating part, 83 Frame cache part, 84 Decoder, 85 Interpolating part, 86 Volume EG section, 87 mixer section, 88 DAC

Claims

A compressed data structure in storage means for storing compressed waveform data compressed into samples of different number of bits for each frame,
The data size of the frame is fixed, a sub-information area for storing sub-information including compression-related information for decompressing the compressed waveform data of the frame, and one sample at each fixed position in the frame A compressed data structure, wherein a data area for storing a plurality of samples of the compressed waveform data in which the number of bits per unit is constant is arranged.

A musical sound generating device that generates musical sound based on compressed waveform data that is divided into frames and compressed,
A data area for storing a plurality of samples of compressed waveform data having a fixed number of bits for each frame, and a sub information area for storing sub information including compression related information for expanding the compressed waveform data, Storage means for storing a frame in a frame arranged in a fixed size and at a fixed position;
A bit number specifying means for specifying the number of bits of the compressed waveform data sample stored in each frame;
A reading section for sequentially reading the frames from the storage means;
A data extracting unit that extracts the sub information from the sub information area of the frame read by the reading unit and extracts a sample of the compressed waveform data having the number of bits specified by the bit number specifying means from the data area When,
A decoding unit that sequentially decompresses the sample of the extracted compressed waveform data by using the compression-related information included in the sub-information extracted by the data extraction unit;
A tone generator for generating a tone based on the sample of waveform data expanded by the decoding unit;
A musical sound generating device comprising:

3. The musical tone generation apparatus according to claim 2, wherein the compression related information is bit number information, and the bit number designating unit designates the bit number based on the bit number information.

A waveform storage device that compresses waveform data samples into different numbers of bits and frames the compressed waveform data and writes it to the storage means for each frame,
Designating means for designating the number of bits of the sample of the compressed waveform data;
A compression processing unit that performs compression processing so that the number of bits of compressed waveform data per sample compressed in a frame becomes a constant number of bits specified by the specifying means when compressing the waveform data When,
The size is fixed by inserting sub information including compression related information in the compressed waveform data and a plurality of the compressed waveform data output from the compression processing unit into a fixed sub information area and a data area, respectively. A framing unit constituting the frame, and
Writing means for writing the compressed waveform data framed by the framing unit into a storage means for each frame;
A waveform storage device characterized by comprising: