JP4222250B2

JP4222250B2 - 圧縮楽音データ再生装置

Info

Publication number: JP4222250B2
Application number: JP2004129929A
Authority: JP
Inventors: 俊彦鈴木
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2004-04-26
Filing date: 2004-04-26
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2024-04-26
Also published as: US20050238185A1; JP2005309324A

Description

本発明は、圧縮され記憶媒体に記憶された楽音データを再生する圧縮楽音データ再生装置に関する。

近年、ディジタル楽音データを圧縮する方式（規格）として、ＭＰＥＧＡＵＤＩＯ、ＭＰ３、ＡＡＣ、ＷＭＡ等種々の方式が開発されている。また、カラオケ、ゲーム機等の分野においては、楽音再生において、圧縮された楽音データを伸張し、さらに、ピッチチェンジをすることが要求される。例えば、図２（ａ）に示す元波形（アナログオーディオ波形）に対し、図２（ｂ）に示すように、再生楽音波形のピッチを上げることが要求される。
図３はＭＰＥＧＡＵＤＩＯ方式による圧縮楽音データの生成回路を示すブロック図である。この図において、１０は、圧縮前のアナログオーディオ信号Ａｕの高周波成分、すなわち、サンプリング周波数ｆｓの１／２の周波数以上の成分をカットするためのＬＰＦ（ローパスフィルタ）である。１１はサンプリング周波数ｆｓでＬＰＦ１０の出力をサンプリングし、ディジタルデータに変換して出力するＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器である。

Ａ／Ｄ変換器１１から出力されたＰＣＭオーディオデータは、フレーム化回路１によって１１５２サンプル数毎にフレーム化され、２つのパスに分かれて処理される。まず、一方のパスにおけるサブバンド解析フィルタバンク２は、入力データを等しい帯域幅を持つ３２バンドのサブバンドデータに分割する。この場合、各々のサブバンドデータは１／３２のサンプリング周波数にダウンサンプルされる。スケールファクタ抽出・正規化回路３は、１フレームにおける各々のサブバンドデータに対し、最大絶対値を持つサンプルを検出する。その値を量子化したものをスケールファクタと呼ぶ。そして、このスケールファクタによって各サブバンドサンプルを除算し、それらの値を±１の範囲内に正規化する。

一方、心理聴覚分析部４は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）による周波数スペクトルの計算を行い、それに基づき各サブバンド毎のマスキングしきい値、すなわち、許容量子化雑音電力を計算して出力する。ビット割当部５は心理聴覚分析部４の出力と、ビットレートで決まる１フレームで使用可能なビット数の制限の下で反復ループ処理により各サブバンド毎の量子化ビット数を決定する。量子化部６は、各サブバンド毎に設定された量子化ビット数でスケールファクタ抽出・正規化回路３から出力されるサブバンドデータを量子化する。フォーマット化回路７は、量子化されたサブバンドサンプル、各サブバンドに対するビット割当情報およびスケールファクタをマルチプレックスし、それにヘッダを付けてビットストリームを作成し、出力する。図３に１フレームに対応するビットストリーム（符号Ｂ）を示す。

次に、図４は、上述した回路によって生成された圧縮楽音データを伸張する従来の圧縮楽音データ再生装置の構成を示すブロック図であり、特に、再生楽音のピッチダウンを行うことができる再生装置の構成を示している。この図において、２１は圧縮楽音データが記憶されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）、２２はＲＯＭ２１から圧縮楽音データを読み出し、規定速度で伸張して圧縮前のＰＣＭ楽音データに戻すデコード回路である。ここで、規定速度とは、圧縮楽音データをピッチチェンジなしの状態で再生する場合の速度である。２３はデコード回路から出力されるＰＣＭ楽音データを一時記憶する出力バッファ（ＦＩＦＯメモリ）である。２４は補間回路であり、出力バッファ２３からＰＣＭ楽音データを読み出し、例えば、１／２にピッチダウンする場合は、データ間に直線補間によるデータを追加して周波数ｆｓ（サンプリング周波数と同じ）のクロックに同期させて出力する。２５はＤ／Ａ（ディジタル／アナログ）変換器であり、補間回路２４の出力をアナログオーディオ信号に変換し出力する。

図５は、再生楽音のピッチアップを行うことができる従来の圧縮楽音データ再生装置の構成を示す。この図において、符号３１は圧縮楽音データが記憶されたＲＯＭ、３２はＲＯＭ３１から圧縮楽音データを読み出し、上述した規定速度の２倍の速度で伸張して圧縮前のＰＣＭ楽音データに戻すデコード回路、３３は出力バッファである。３４は補間回路であり、出力バッファ３３からＰＣＭ楽音データを図４の補間回路２４の２倍の速度で読み出し、例えば、２倍にピッチアップする場合は、補間なしで周波数２ｆｓクロックに同期させて出力する。また、例えば１．５倍等、１倍以上２倍以下にピッチアップする場合は、データ間に直線補間によるデータを追加して周波数２ｆｓのクロックに同期させて出力する。３５はディジタルＬＰＦであり、補間回路３４の出力の、周波数ｆｓ／２以上の成分をカットして出力する。３６はリサンプル回路であり、周波数２ｆｓのクロックに同期して入力されるデータを１つ措きにサンプルし、周波数ｆｓのクロックに同期させて出力する。３７はＤ／Ａ変換器であり、リサンプル回路３６の出力をアナログオーディオ信号に変換して出力する。

以上が、ピッチダウンの場合と、ピッチアップの場合の従来の圧縮楽音データ再生装置の構成である。ピッチダウンの場合は、ＲＯＭ２１の読み出しおよび伸張を通常の規定速度で行うので、ピッチダウンを行わない場合の補間回路２４の出力データのスペクトラムを図６（ａ）とすると、ピッチダウンを行った場合の補間回路２４の出力の周波数スペクトラムが図６（ｂ）の通りとなり、高周波の間隔が密になり、ピッチ（音高）は１／２にダウンするが、スペクトラムの形に変化はなく、したがって、図５のＬＰＦ３５は必要ない。

一方、２倍にピッチアップの場合は、補間回路３４の出力の周波数スペクトラムが、図７（ａ）に示すピッチ変更なしの場合に比較し、図７（ｂ）に示すように、高周波数方向へ２倍に引き延ばされる。このため、ＬＰＦ３５がない状態でリサンプルし、Ｄ／Ａ変換すると、折り返しひずみが発生してしまう。このため、ピッチアップの場合は、補間回路３４の後にＬＰＦ３５を挿入して、図７（ｃ）に示すように、周波数ｆｓ／２以上の成分をカットする必要がある。図７（ｄ）に、リサンプル回路３６の出力の周波数スペクトラムを示す。

このように、従来のピッチアップを行うことができる圧縮楽音データ再生装置にあっては、ＬＰＦが必要不可欠であった。しかしながら、ＬＰＦを設けると、回路構成が複雑になると共に、回路をＬＳＩで構成する場合にチップ面積が大きくなって好ましくない。
なお、従来の技術が記載された文献として特許文献１が知られている。この文献には、サブバンド段階でレベル制御することにより後段のフィルタを省略する技術が記載されている。
特開2002-49394号公報

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、ＬＰＦを用いることなくピッチアップを行うことができる圧縮楽音データ再生装置を提供することにある。

この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、本発明は、複数のサブバンドのそれぞれに対応する、圧縮されたサブバンドサンプルと、前記サブバンドサンプルを元のＰＣＭ楽音データに戻すための圧縮情報とからなる圧縮楽音データを再生する圧縮楽音データ再生装置において、前記サブバンドサンプルを各サブバンド毎に復調する復調手段であって、ピッチアップの指示を受けた時高周波側のサブバンドサンプルの復調を停止する復調手段と、前記復調手段によって復調されたサブバンドサンプルを合成する合成手段と、前記合成手段の出力に補間データを挿入し、規定の周期でリサンプルして出力する補間・リサンプル手段とを具備することを特徴とする圧縮楽音データ再生装置である。

本発明は、複数のサブバンドのそれぞれに対応する、圧縮されたサブバンドサンプルと、前記サブバンドサンプルを元のＰＣＭ楽音データに戻すための圧縮情報とからなる圧縮楽音データを再生する圧縮楽音データ再生装置において、前記圧縮楽音データを、ピッチダウンまたはピッチ変更なしの指示を受けた時第１の規定速度で出力し、ピッチアップの指示を受けた時第２の規定速度で出力する圧縮楽音データ出力手段と、前記圧縮楽音データ出力手段から出力されるサブバンドサンプルを、ピッチダウンまたはピッチ変更なしの指示を受けた時は、前記圧縮情報を用いて全サブバンドについて復調し、ピッチアップの指示を受けた時は、前記圧縮情報を用いて低周波側のサブバンドについてのみ復調する復調手段と、前記復調手段によって復調されたサブバンドサンプルを合成する合成手段と、前記合成手段の出力に補間データを挿入する補間手段と、前記補間回路の出力を、ピッチダウンまたはピッチ変更なしの指示を受けた時はそのまま出力し、ピッチアップの指示を受けた時は規定の周期でリサンプルして出力するリサンプル手段とを具備することを特徴とする圧縮楽音データ再生装置である。

本発明は、前記復調手段は、逆量子化手段および逆スケーリング手段によって構成され、前記逆量子化手段は、前記サブバンドサンプルを、ピッチダウンまたはピッチ変更なしの指示を受けた時は、前記圧縮情報に含まれるビット割当情報を用いて全サブバンドについて逆量子化し、ピッチアップの指示を受けた時は、前記圧縮情報に含まれるビット割当情報を用いて低周波側のサブバンドについてのみ逆量子化するものであり、前記逆スケーリング手段は、前記逆量子化手段の出力を、ピッチダウンまたはピッチ変更なしの指示を受けた時は、前記圧縮情報に含まれるスケールファクタを用いて全サブバンドについて逆スケーリングし、ピッチアップの指示を受けた時は、前記圧縮情報に含まれるスケールファクタを用いて低周波側のサブバンドについてのみ逆スケーリングするものであることを特徴とする。

この発明によれば、従来、ピッチアップ再生処理において必要であったＬＰＦを用いることなくピッチアップ再生を行うことができる。これにより、回路構成を簡略化することができると共に、ＬＳＩによって構成する場合にチップ面積を小さくすることができ、ＬＳＩに多くの回路を組み込むことが可能となる。さらに、この発明によれば、ピッチアップの場合に、高周波側のサブバンドについて復調処理を行わないので、復調処理における消費電力の低減も図ることができる。

以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の一実施の形態による圧縮楽音データ再生装置の構成を示すブロック図である。この図において、４１はＭＰＥＧＡＵＤＩＯ方式による圧縮楽音データ（図３参照）が記憶されたＲＯＭ、４２は読出制御回路である。この読出制御回路４２はＲＯＭ４１から圧縮楽音データを読み出す回路であり、ピッチダウンまたはピッチ変更なしの指示を受けた時は規定速度で読み出し、ピッチアップの指示を受けた時は規定速度の２倍の速度で読み出し、読み出した圧縮楽音データを逆フォーマット回路４３へ出力する。ここで、規定速度とは、圧縮楽音データをピッチチェンジなしの状態で再生する場合の読出速度である。

逆フォーマット回路４３は、読出制御回路４２から出力される圧縮楽音データから、３２のサブバンド毎の量子化されたサブバンドサンプル、ビット割当情報およびスケールファクタを分離し、サブバンドサンプルを逆量子化回路ＳＢ０〜ＳＢ３１へ出力すると共に、ビット割当情報を逆量子化回路ＳＢ０〜ＳＢ３１へ出力する。また、スケールファクタを逆スケーリング回路ＳＣ０〜ＳＣ３１へ出力する。

逆量子化回路ＳＢ０〜ＳＢ３１は各々、サブバンドサンプルをビット割当情報を用いて逆量子化し、逆スケーリング回路ＳＣ０〜ＳＣ３１へ出力する。また、高周波側の逆量子化回路ＳＢ１６〜ＳＢ３１には、外部の制御回路（図示略）からピッチダウン／ピッチアップに応じてＯＮ／ＯＦＦ信号が入力されるようになっている。そして、ピッチダウンまたはピッチ変更なしの場合は、ＯＮ／ＯＦＦ信号としてＯＮを指示する信号が入力され、逆量子化回路ＳＢ１６〜ＳＢ３１が動作状態となる。一方、ピッチアップの場合はＯＦＦを指示する信号が入力され、逆量子化回路ＳＢ１６〜ＳＢ３１が非動作状態となってデータ「０」を出力する。逆量子化回路ＳＢ０〜ＳＢ１５は常時動作状態にある。

逆スケーリング回路ＳＣ０〜ＳＣ３１は各々スケールファクタに基づいて逆量子化回路ＳＢ０〜ＳＢ３１の出力データのスケールを元に戻し、サブバンド合成フィルタバンク４５へ出力する。また、高周波側の逆スケーリング回路ＳＣ０〜ＳＣ３１には、逆量子化回路ＳＢ１６〜ＳＢ３１と同様に、外部の制御回路（図示略）からピッチダウン／ピッチアップに応じてＯＮ／ＯＦＦ信号が入力されるようになっている。そして、ピッチダウンまたはピッチ変更なしの場合は、ＯＮ／ＯＦＦ信号としてＯＮを指示する信号が入力され、逆スケーリング回路ＳＣ１６〜ＳＣ３１が動作状態となり、一方、ピッチアップの場合はＯＦＦを指示する信号が入力され、逆スケーリング回路ＳＣ１６〜ＳＣ３１が非動作状態となってデータ「０」を出力する。逆スケーリング回路ＳＣ０〜ＳＣ１５は常時動作状態にある。

サブバンド合成フィルタバンク４５は、逆スケーリング回路ＳＣ０〜ＳＣ３１から出力されるサブバンドデータを合成して圧縮前のＰＣＭ楽音データに戻し、このＰＣＭ楽音データを出力バッファ４６に書き込む。補間回路４７は出力バッファ４６からＰＣＭ楽音データを読み出し、データ間に直線補間によるデータを追加し、ピッチダウンまたはピッチ変更なしの場合に、周波数ｆｓのクロックに同期させて出力し、ピッチアップの場合は、周波数２ｆｓのクロックに同期させて出力する。リサンプル回路４８は、周波数２ｆｓのクロックに同期して入力されるデータを１つ措きにサンプルし、周波数ｆｓのクロックに同期させて出力する。切換回路４９は、ピッチダウンまたはピッチ変更なしの場合に補間回路４７の出力を、ピッチアップの場合にリサンプル回路４８の出力を選択して出力する。Ｄ／Ａ変換器５０は、切換回路４９の出力をアナログオーディオ信号に変換して出力する。

このような構成において、ピッチダウンまたはピッチ変更なしの場合は、逆量子化回路ＳＢ０〜ＳＢ３１、逆スケーリング回路ＳＣ０〜ＳＣ３１がいずれも動作状態となり、ＲＯＭ４１から読み出された圧縮楽音データが通常の（従来と同じ）伸張動作によってＰＣＭ楽音データに戻され、出力バッファ４６に書き込まれる。そして、この出力バッファ４６に書き込まれたデータが補間回路４７によって読み出され、補間処理された後、周波数ｆｓのタイミングで出力され、切換回路４９を介してＤ／Ａ変換器５０へ入力される。

一方、ピッチアップの場合は、逆量子化回路ＳＢ１６〜ＳＢ３１および逆スケーリング回路ＳＣ１６〜ＳＣ３１が各々非動作状態となる。これにより、周波数ｆｓ／２以上のサブバンドサンプルがカットされ、周波数ｆｓ／２以下のサブバンドサンプルのみがサブバンド合成フィルタバンク４５に入力される。この結果、サブバンド合成フィルタバンク４５によって合成され、出力バッファ４６に書き込まれるＰＣＭ楽音データは、周波数ｆｓ／２以上の成分を含まない楽音データとなる。そして、この出力バッファ４６に書き込まれた楽音データが補間回路４７によって読み出され、補間処理された後、周波数２ｆｓのタイミングでリサンプル回路４８へ出力される。リサンプル回路４８は、周波数２ｆｓのクロックに同期して入力されるデータを１つ措きにサンプルし、周波数ｆｓのクロックに同期させて切換回路４９を介してＤ／Ａ変換器５０へ出力する。

再生楽音のピッチアップ、ピッチダウンが必要なカラオケ装置等に用いられる。

この発明の一実施形態による圧縮楽音データ再生装置の構成を示すブロック図である。楽音データのピッチアップを説明するための図である。圧縮楽音データを生成する回路の一例を示すブロック図である従来のピッチダウンを行うことができる圧縮楽音データ再生装置の構成例を示すブロック図である。従来のピッチアップを行うことができる圧縮楽音データ再生装置の構成例を示すブロック図である。図４に示す圧縮楽音データ再生装置の動作を説明するための波形図である。図５に示す圧縮楽音データ再生装置の動作を説明するための波形図である。

符号の説明

４１…ＲＯＭ、４２…読出制御回路、４３…逆フォーマット回路、４５…サブバンド合成フィルタバンク、４７…補間回路、４８…リサンプル回路、４９…切換回路、５０…Ｄ／Ａ変換器、ＳＢ０〜ＳＢ３１…逆量子化回路、ＳＣ０〜ＳＣ３１…逆スケーリング回路。

Claims

複数のサブバンドのそれぞれに対応する、圧縮されたサブバンドサンプルと、前記サブバンドサンプルを元のＰＣＭ楽音データに戻すための圧縮情報とからなる圧縮楽音データを再生する圧縮楽音データ再生装置において、
前記圧縮楽音データを、ピッチダウンまたはピッチ変更なしの指示を受けた時第１の規定速度で出力し、ピッチアップの指示を受けた時に前記第１の規定速度の２倍の第２の規定速度で出力する圧縮楽音データ出力手段と、
前記圧縮楽音データ出力手段から出力されるサブバンドサンプルを、ピッチダウンまたはピッチ変更なしの指示を受けた時は、前記圧縮情報を用いて全サブバンドについて復調し、ピッチアップの指示を受けた時は、前記圧縮情報を用いて全帯域中の低周波側半分のサブバンドについてのみ復調する復調手段と、
前記復調手段によって復調されたサブバンドサンプルを合成する合成手段と、
前記合成手段の出力であるＰＣＭ楽音データを一時記憶する出力バッファと、
前記出力バッファから前記ＰＣＭ楽音データを読み出し、小数倍のピッチダウン量またはピッチアップ量に応じて補間演算により生成した補間データを該ＰＣＭ楽音データに追加して出力する補間手段と、
前記補間手段の出力を、ピッチダウンまたはピッチ変更なしの指示を受けた時はそのまま出力し、ピッチアップの指示を受けた時は２分の１に間引いて出力するリサンプル手段と、
を具備することを特徴とする圧縮楽音データ再生装置。
前記復調手段は、逆量子化手段および逆スケーリング手段によって構成され、
前記逆量子化手段は、前記サブバンドサンプルを、ピッチダウンまたはピッチ変更なしの指示を受けた時は、前記圧縮情報に含まれるビット割当情報を用いて全サブバンドについて逆量子化し、ピッチアップの指示を受けた時は、前記圧縮情報に含まれるビット割当情報を用いて低周波側のサブバンドについてのみ逆量子化するものであり、
前記逆スケーリング手段は、前記逆量子化手段の出力を、ピッチダウンまたはピッチ変更なしの指示を受けた時は、前記圧縮情報に含まれるスケールファクタを用いて全サブバンドについて逆スケーリングし、ピッチアップの指示を受けた時は、前記圧縮情報に含まれるスケールファクタを用いて低周波側のサブバンドについてのみ逆スケーリングするものであることを特徴とする請求項１に記載の圧縮楽音データ再生装置。