JPH01261909A - Pcmにおけるアナログ信号合成装置 - Google Patents
Pcmにおけるアナログ信号合成装置Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
形メモリから多チャンネル分のPCMデータを読み出し
てアナログ信号を合成するアナログ信号合成装置に関す
る。
ルとの干渉にも強いなどの優れた特徴を有することから
、今日、例えばシンセサイザー、音楽用のコンパクトデ
ィスク装置、PCM通信方式およびその他の用途に幅広
く用いられている。
声などのアナログf、ffi号をPCM信号に変換する
場合には、まず第8図(A)に示すように、アナログ信
号100を所定のサンプリング周波数で標本化し、第8
図(B)に示すようなPAM波を得る。そして、このよ
うなPAM波に量子化、符号化処理を施しPCMデータ
を得る。
信号に再変換する場合には、まずPCMデータを復号化
し、第8図CB>に示すようなPAM波を得る。そして
、これをローパスフィルタを通ずことにより、原アナロ
グ波形の信号波が再現される。
すると、第9図に示すような波形スペクトラムとなる。
ムである。また、このようなサンプリングを行うと、そ
のサンプリング周波数の整数倍、ずなわちf 、2f
、3f 、・・・S S S を中心に複数の折り返しノイズが発生する。この折り返
しノイズは、サンプリング周波数f、か低いと、現信号
の波形スペクトラムと重なり合ってしまうため、原アナ
ログ信号を忠実に再生することが不可能となる。
データ量が増え、データ処理が極めてS雑なものとなっ
てしまう。
データ量を最小限に抑えるためには、折返しノイズが原
信号と混ざらない範囲で、サンプリング周波数をできる
だけ小さな値に設定してやることが必要とされる。
クトラムと折り返しノイズとが混ざらないようにするた
めには、サンプリング周波数を原アナログ信号の最高の
周波数の2倍以上に設定すれば良いことが知られている
。従って、サンプリング周波数を、対象とするアナログ
信号の最高周波数の2倍に設定ずれは、取扱うデータ量
を最小限に抑え、原アナログ信号を忠実に再生すること
が可能となる。
アナログ信号合成装置の一例が示されている。
リング周波数でサンプリングされたPCMデータとして
記憶した波形メモリ10を含む。
CMデータを読み出してアナログ信号を合成出力するよ
う形成されている。
器の合成音を出力しようとする場合には、対象とする複
数種類の楽器、例えばギター、ドラム、ベースの各音声
アナログ信号を、その周波数に対応した周波数fs1、
fs2)fs3でサンプリンクされたPCMデータとし
て波形メモリー0へ予め記憶する。
ャンネル2)チャンネル3を介して、サンプリング周波
数fS1、.2)fs3の各PCMデ−タか読み出され
、D/Aコンバーター2−1.12−2.12−3を介
してアナログ信号に変換され、ローパスフィルター4−
1.14−2.14−3へ入力される。そして、入力さ
れた各アナログ信号は、フィルター4−1.14−2.
14−3により折り返しノイズが除去された後、アンプ
16−1.16−2.16−3を介してミキサー18へ
向は出力される。そして、ミキサー18は、各チャンネ
ルを介して入力された3チャンネル分のアナログ信号を
ミキシングし、3種類のアナログ信号の合成アナログ信
号、例えばギター、ドラム、ベースの各楽器の合成アナ
ログ音を出力している。
タに含まれる折り返しノイズを除去するためには、各ロ
ーパスフィルター4−1.14−2.14−3のカット
オフ周波数f。を、第11図(A)に示すように、サン
プリング周波数f。
波数f が(1/2)f、より大きくなると、折り返し
ノイズの一部を除去することができず、この部分がノイ
ズとして再生されてしまうからである。
て読み出され(るPCMデータは、その各サンプリング
周波数がfsl、fs2)fs3とそれぞれ責なる。こ
のため、これら各チャンネルに対応して設けられたロー
パスフィルター4−1.14−2.14−3は、そのカ
ットオフ周波数fc1、fC2)fC3がそれぞれ異な
る値に設定されなければならないという問題かあった。
出される各PCMデータのサンプリング周波数とローパ
スフィルタ14のカットオフ周波数f。とか1対1に対
応している。このため、各チャンネルが汎用性に乏しく
、例えばC)(1からはギター、CH2からはドラム、
CHBからはベースという特定のPCMデータしか読出
ずことができないという問題かあった。
といった多種類のPCMデータを読み出そうとする場合
には、PCMデータの種類と同じ数のチャンネルを設け
なければならず、装置全体の構成か複雑かつ高価なもの
となってしまうという問題かあった。
あり、その目的は、各チャンネルの20Mデータに含ま
れる折り返しノイズの除去を共通のローパスフィルタを
用いて行うPCMにおけるアナログ信号合成装置を提供
することにある。
ンプリングされたPCMデータとして記憶した波形メモ
リを含み、この波形メモリから多チャンネル分のPCM
データを読み出してアナログ信号を合成するPCMにお
けるアナログ信号合成装置において、 前記波形メモリから読み出される各チャンネルのPCM
データのサンプリング周波数を高周波側にシフトさせる
オーバーサンプリング手段と、オーバーサンプリング処
理された各チャンネルのPCMデータを加算する手段と
、 加算されたデータをアナログ信号に変換するDA変換手
段と、 高周波側にシフトされたサンプリング周波数に基づきカ
ットオフ周波数が設定され、合成された− つ − アナログ信号からPCMデータに含まれる折り返しノイ
ズを除去するローパスフィルタと、を含み、各チャンネ
ルのPCMデータに含まれる折り返しノイズの除去を共
通のローパスフィルタで行うことを特徴とする。
。
号が、異なるサンプリング周波数でサンプリングされた
P−0Mデータとして記憶されている。
ータが読み出されると、読み出されたPCMデータは、
オーバーサンプリング処理される。
例えば1次補間、2次補間等の各種補完方式を利用して
、新たにデータ値を求める方法がある。また、オーバー
サンプリングした各点につき、波形メモリのデータと同
じものを用い、それを原データとしてデジタルフィルタ
リング処理を行って新たにデータ値を求める方法もある
。そのデジタルフィルタリング処理の方法としては、離
散フーリエ変換による周波数領域でのフィルタリング(
デジタル・ローパス・フィルタ)や、フィルタのインパ
ルス応答とのたたみ込みによる時間領域でのフィルタリ
ング(スムージング)がある(デジタルフィルタについ
ては「インターフニーイス1987年11月号(NO1
126) Jを参照)。
、読出された各チャンネルのPCMデータは、そのサン
プリング周波数か高周波側にシフトされる。
CMデータか各チャンネルを介して読み出されたときに
、読み出された各PCMデータに対し前記オーバーサン
プリンタ処理を施すと、各チャンネルのサンプリング周
波数はff51・ S2・ f ・・・から、f 、f 、f ・・・
で示すよs3 D^I D
A2 DA3うに高周波にシフトされる。この
ように、本発明では、各PCMデータに含まれる低いサ
ンプリングデータの折り返しノイズを、高い周波数領域
ヘシフトさせ、図中斜線で示す原信号のスペクトラムと
これに隣接する折り返しノイズのスペクトラムとの周波
数間隔を広げている。
のPCMデータは、加算手段を用いて加算され、DA変
換手段を用いてアナログ信号に変換された後、ローパス
フィルタに入力される。
より高周波側にシフトされたサンプリング周波数に基づ
き、そのカットオフ周波数が設定されている。そして、
入力された合成アナログ信号からPCMデータに含まれ
る折り返しノイズを除去している。
ータに対しオーバーサンプリング処理を施し、低い周波
数の折り返しノイズを高い周波数領域へ強制的にシフト
をさせる。このため、各チャンネルのPCMデータは、
原信号の最高周波数と、これに接する折り返しノイズの
最低周波数との間の周波数間隔が広くなる。従って、各
チャンネルのPCMデータに対するローパスフィルタの
カットオフ周波数を同じ値に設定することが可能となる
。
ーパスフィルタを設けるのではなく、各チャンネルのP
CMデータを加算し、アナログ信号に変換した後、ロー
パスフィルタに入力するよう構成されている。このため
、各チャンネルのPCMデータに含まれる折り返しノイ
ズを、共通のローパスフィルタを用いて除去することが
でき、装置全体の構成を簡単かつ安価なものとすること
ができる。
されるPCMデータが限定されず、例えば同じチャンネ
ルを介して異なるPCMデータを読み出すことができる
。従って、本発明の信号台成装置は、各チャンネルの汎
用性が極めて高く、波形データ内にチャンネル数以上の
種類のPCMデータか記憶されている場合でも、これら
PCMデータを任意の組合せで各チャンネルを介して随
時読み出し、アナログ信号を合成することができる。
合成装置の好適な実施例が示されている。
ナログ信号)を、異なるサンプリング周波数でサンプリ
ングされたPCMデータとして記憶した波形メモリ10
を有する。そして、この波形メモリ10から多ヂャンネ
ル分のPCMデータを読み出して、右スピーカ用のアナ
ログ音声合成信号100Rおよび左スピーカ用のアナロ
グ音声合成信号100Lを出力するよう形成されている
。
22およびマルチチャンネル・プログラマフル・サウン
ド・シンセサイザー24を有する。
、0〜1.7 F Hのアドレスで指定される0〜23
チヤンネルまでのチャンネルエリアと、1 F8H〜I
FEHのアドレスで指定されるインタラブドエリアか設
けられている。そして、前記各チャンネルエリアは第4
図(B)、前記インタラブドエリアは第4図(C)で示
すように構成されている。
しボリュウム、Rボリュウムエリアには、そのチャンネ
ルの左右の音の大きさか書き込まれる。また、周波数エ
リアには、そのチャンネルを介して出力される音声の音
程が書き込まれる。また、フラグエリアは、第5図また
は第6図に示すようなフラグが書き込まれる。また、ス
タートアドレス、エンドアドレスの各エリアには、波形
メモリ10に対する読み出し開始アドレスおよび読み出
し終了アドレスが書き込まれ、これにより、当該チャン
ネルを介して波形メモリ10から読み出されるPCMデ
ータが指定される。また、リピートアドレスには、指定
されたPCMデータを繰り返して読み出すときの繰り返
し部分の開始アドレスが書き込まれる。
信号合成用の演算を行い、この演算結果をワークメモリ
20を介してマルチプログラマブル・サウンド・シンセ
サイザー24へ向は出力する。
各エリアに書き込むデータを演算し、その演算データを
ワークメモリ20に書き込むと共に、0〜23の各チャ
ンネルを介して波形メモリ10からPCMデータを読み
出すのに必要な各種データを、マルチチャンネル・プロ
グラマブル・サウンド・シンセサイザー24へ向は出力
する。
サウンド・シンセサイザー24の回路横成が示されてい
る。
力されるデータおよびワークメモリ20に書き込まれた
データに基づき、波形メモリ10から各チャンネルのP
CMデータを読み出す制御回路30と、波形メモリ10
から読み出される各チャンネルのPCMデータをオーバ
ーサンプリング処理するオーバーサンプリング回路32
とを含む。
データ読み出しアドレスをタイムシェアリングの手法を
用いて、波形メモリ10へ向は順次出力する。これによ
り、波形メモリ10からは、読み出しアドレスにより指
定されるPCMデータか各チャンネルことに順次読み出
され、オーバーサンプリング回路32へ向は出力される
。
、PCMデータ読み出しアドレスを短い時間間隔でイン
クリメントし、また音程を低く設定する場合には読み出
しアドレス信号を長い時間間隔でインクリメントしてい
る。
Mデータの音程を表わす周波数データ120をオーバー
サンプリング回路32へ向は出力すると共に、左右のボ
リュウムを指示するボリュウムデータ130Rおよび1
30Lを乗算器46Rおよび46Lへ向は出力する。
リ10から読み出される各チャンネルのPCMデータを
オーバーサンプリング処理し、読み出された各PCMデ
ータのサンプリング周波数を高周波側にシフトさせるよ
う形成されている。
例えば1次補間(線形補間)、2次補間などの補完処理
の手法や、デジタルフィルタリング処理を用いる手法な
どを必要に応じて適宜用いることができる。本実施例に
おいては、PCMデータを直線補間処理し、サンプリン
グ周波数を高周波側にシフトさせるよう形成されている
。
= のPCMデータが第7図に示すようにHl−1、H・・
・と読み出される場合を想定する。この場合に、PCM
データH1−1とHlとの間のm番目の補間データHは
次式により求められる(m=o。
n 夕が出力される時間を表す。
タH、Hの間で1つの補間データn−I n を求めれば、波形メモリー0から読み出されるPCMデ
ータのサンプリング周波数f、を2倍の周一 19
− 波数、すなわち2fSまで高周波側にシフトさせること
ができる。また、各PCMデータの間で2つの直線補間
データを求めれば、サンプリング周波数を3倍まで実質
的に高めることができる。
形メモリー0から読み出されるPCMデータは12ビツ
ト、引算器36から出力されるデータは、これに正負を
表わす1ビツトを加えた13ビツト、周波数データメモ
リ40から出力されるデータは8ビツトである。これが
乗算器38および加算器44で演算され、補間処理され
ることにより、得られるPCMデータは16ビツトに符
号拡張される。
ング回路32は、ラッチ回路34、引算器36、乗算器
38、周波数データメモリ40、周波数データ加算器4
2)加算器44を有する。
Hはラッチ回#I34および引算器36へ向は出力され
る。
タH1−1を引算器36および加算器44へ向は出力す
るよう形成され、引算器36は、このようにして入力さ
れるPCMデータH、Hn−1からΔH=Ho−Ho、
を演算し乗算器38へ向は出力する。
タの音程を表わす周波数データとして、(Δt/Δ′F
)が制御回路30から初期値として入力される。そして
、周波数データ加算器42は、この初期値(Δし/ΔT
)を用いて、m(Δt/ΔT)を演算し乗算器38へ
向は出力する。
づき、Δh=(ΔH/ΔT)mΔtを演算し加算器44
へ向は出力する。
ータを加算し、前記第1式に示す直線補完データHを演
算し、乗算器46Rおよび46Lへ向は出力する。
バーサンプリング回路32から出力されるPCMデータ
と、制御回路30から出力される左右のボリュウムデー
タ130R5130Lとを乗算し、その乗算値を右チヤ
ンネル用の累算器48Rおよび左チヤンネル用の累算器
48Lに向は出力する。
ンセサイザー24は、このような演算処理をタイムシェ
アリングの手法を用いて0〜23の各チャンネルに対し
て繰り返し行い、0〜23チャンネル分の演算データを
累算器48Rおよび48Lに順次累算していく。
すると、右チヤンネル用の累算器48R1左チヤンネル
用の累算器48Lの累算値は、順にマルチプレクサ50
を介してシフトレジスタ52に向は出力され、シフトレ
ジスタ52は、左右のチャンネルの累算値をシリアルデ
ータに変換出力する。そして、このシリアルデータは、
第3図に示すシリアルパラレル変換回路60を介してD
Aコンバータ62に入力される。
力するのは、シンセサイザー24として出力ピン数が少
なくてすむシリアルデータ出力型のワンチップ素子を用
いているためであり、このシンセサイザー24として出
力ピン数は多くなるがパラレルデータ出力型のワンチッ
プ素子を用いた場合には、このようなマルチプレクサ5
0、シフトレジスタ52)シリアルパラレル変換回路6
0を用いる必要はない。
してDAコンバータ62に入力された右チャンネルおよ
び左チャンネルの各累算値は、ここでアナログ信号に変
換され右チヤンネル用のローパスフィルタ64Rおよび
左チヤンネル用のローパスフィルタ64Lに向は出力さ
れる。
は、高周波側にシフトされたサンプリング周波数に基づ
きそのカットオフ周波数f が設定されており、入力さ
れるアナログ信号からPCMデータに含まれる折り返し
ノイズを除去する。そして、これら各アナログ信号を、
アンプ66R166Lを介して右チヤンネル用の音声信
号100Rおよび左チヤンネル用の音声信号100Lと
して出力している。
する。
を用いてO〜23の各チャンネルのPCMデータを波形
メモリー0から順次読み出す。
読み出された各チャンネルのPCMデータの周波数スペ
クトラムか示されている。前述したように、これら各P
CMデータは、そのサンプリング周波数f が元のアナ
ログ信号の最高周波数の約2倍に設定されている。この
ため、各チャンネルを介して読み出されるPCMデータ
は、斜線て示ず原信号のスペクトラムと、折り返しノイ
ズのスペクトラムとか近接している。このなめ、各チャ
ンネルごとに固有のカットオフ周波数f。
確実に除去することはできない。
ようにして読み出された各チャンネルのPCMデータに
対し、オーバーサンプリング回路32を用いてオーバー
サンプリング処理を施し、各チャンネルのPCMデータ
のサンプリング周波数を第2図(B)に示すように高周
波側にシフトさせている。
各PCMデータH、H・・・の間のデn−I n −タHを、直線補間により求めている。これにより、第
2図(A)に示すサンプリング周波数の低いデータ列を
、高い周波数fDAでサンプリンクしなと仮定したデー
タ列に変換し、各チャンネルのデータ列の見掛は上のサ
ンプリング周波数f。AI高高周波へ強制的にシフトさ
せている。
補間テーデーを求めると、見掛け」二のサンプリング周
波数を2倍才で高めることができ、また各PCMデータ
の間でn個(nは整数)の補間データHを求めると、見
掛は上のサンプリング周波数fDへをサンプリング周波
数f、のn+1倍まで高めることができる。
CMデータの見掛は上のサンプリング周波数f。AI高
高周波へシフトさぜることにより、各チャンネルの低周
波側折り返しノイズを強制的に高周波側ヘシフトさせ、
原信号と折り返しノイズとの間の周波数間隔を店番する
ことかできる。
ネルのPCMデータを累算器48R148Lを用いて合
成しても、合成されたPCMデータに含まれる原信号と
折り返しノイズとが重なり合うことはなく、両者を十分
な周波数間隔を介して引き離すことができる。
のサンプリング周波数は予め知られている。このため、
PCMデータをオーバーサンプリング処理した場合に、
全てのPCMデータに含まれる原信号成分の最高周波数
と折り返しノイズの最低周波数とを予め求めておくこと
かできる。
フ周波数fCを、原信号の最高周波数と、折り返しノイ
ズの最低周波数との間に設定すれば、第3図に示すよう
に、DAコンバータ62の出力段に左右の両ヂャンネル
用のローパスフィルタ64R164Lを用意するのみで
、各チャンネルのPCMデータに含まれる折り返しノイ
ズを確実に除去することができる。
して一台のローパスフィルタ64R1左ヂヤンネル用と
して1台のローパスフィルタ64Lを用意するのみで、
O〜23の各チャンネルを介して出力されるPCMデー
タに含まれる折り返しノイズを確実に除去することがで
きる。
してどのようなサンプリング周波数のPCMデータを読
み出しても良い。従って、波形メモリ10に25種類以
−EのPCMデータが記憶されている場合でも、0〜2
3の合計24個のチャンネルを用いて前記各PCMデー
タを任意の組合せで読み出しアナログ信号として合成出
力することができ、PCMデータの種類と各チャンネル
とか1対1の対応関係にあった従来の信号合成装置に比
べ、装置全体の汎用性を高め、しがも装置全体の構成を
簡単なものとすることができる。
本発明の要旨の範囲内で各種の変形実施か可能である。
して直線補間処理を行う場合を例に取り説明したか、本
発明はこれに限らず、必要に応じて2次補間、3次補間
・・・や、ラグランジェの補間公式を用いた補完処理を
行ってもよい。
て、デジタルフィルタリング処理により補完データを求
めることもできる。
らPCMデータそのものも補完の対象とすることもでき
る。
取り説明しなか、本発明はこれに限らず、必要に応じて
他の種類のアナログ信号を合成出力する場合にも適用可
能であることはいうまでもない。
のPCMデータに含まれる折り返しノイズの除去を共通
のローパスフィルタを用いて行うことができ、各チャン
ネルごとに、それぞれ独自のカットオフ周波数か設定さ
れたローパスフィルタを設ける従来装置に比べ、装置全
体の構成を簡単かつ安価なものとすることができる。
うな周波数でサンプリングされたPCMデータを読み出
しても良い。このため、読み出されるPCMデータの種
類が各チャンネルごとに制限されていた従来装置に比べ
、少ないチャンネル数で多種類のアナログ信号を合成出
力することができるという効果がある。
じ場合でも、波形メモリ内にチャンネル数以上の多数の
PCMデータを記憶しておき、これら各PCMデータを
任意に組合せて、多彩なアナログ信号を合成出力するこ
とができる。また、波形メモリ内に書き込まれているP
CMデータの種類か従来装置と同じ場合には、必要に応
じてチャンネル数を減らずこともできるため、この面か
らも装置全体の構成を簡単なものとし、ロス1〜タウン
を図ることができる。
装置の好適な実施例を示すブロック回路図、 第2図はオーバーサンプリング処理の一例を示す説明図
であり、同図(A)はオーバーサンブリンク処理を施す
前の各ヂャンネルのPCMデータの周波数スペクトラム
図、同図(B)はオーバーサンプリング回路を施した後
の周波数スペクトラム図、 第3図は本発明が適用されたアナログ信号合成装置の全
体説明図、 第4図は第3図に示すワークメモリのメモリマツプの説
明図、 第5図および第6図は第4図(B)に示すメモリマツプ
の所定エリアの説明図、 第7図は直線補間の説明図、 第8図はアナログ信号をPCM信号に変換する場合の説
明図であり、同図(A)はアナログ信号を所定周波数で
サンプリングする場合の説明図、同図(B)はそのサン
プリングされたPAM波の説明図、 第9図は所定のサンプリング周波数f、でサンプリング
されたPCMデータの周波数スペクトラム図、 第10図は従来のPGMにおけるアナログ信号合成装置
の一例を示すブロック回路図、第11図はPCMデータ
に対するカットオフ周波数の説明図であり、同図(A)
は力・ントオフ周波数をサンプリング周波数の2分の1
に設定した場合の説明図、同図(B)は力・ントオフ周
波数をサンプリング周波数の2分の1より高い値に設定
した場合の説明図である。 10 ・・・ 波形メモリ 30 ・・・ 制御回路 32 ・・・ オーバーサンプリング回路48 ・・・
累算器 62 ・・・ DAコンバータ 64 ・・・ ローパスフィルタ 100R1100L ・・・ アナログ音声合成信号
Claims (2)
- (1)複数のアナログ信号を、異なるサンプリング周波
数でサンプリングされたPCMデータとして記憶した波
形メモリを含み、この波形メモリから多チャンネル分の
PCMデータを読み出してアナログ信号を合成するPC
Mにおけるアナログ信号合成装置において、 前記波形データから読み出される各チャンネルのPCM
データのサンプリング周波数を高周波側にシフトさせる
オーバーサンプリング手段と、オーバーサンプリング処
理された各チャンネルのPCMデータを加算する手段と
、 加算されたデータをアナログ信号に変換するDA変換手
段と、 高周波側にシフトされたサンプリング周波数に基づきカ
ットオフ周波数が設定され、合成されたアナログ信号か
らPCMデータに含まれる折り返しノイズを除去するロ
ーパスフィルタと、 を含み、各チャンネルのPCMデータに含まれる折り返
しノイズの除去を共通のローパスフィルタで行うことを
特徴とするPCMにおけるアナログ信号合成装置。 - (2)特許請求の範囲(1)記載の装置において、前記
オーバーサンプリング手段は、波形メモリから読み出さ
れる各チャンネルのPCMデータを、n次補完(但し、
nは整数)し、各PCMデータのサンプリング周波数を
高周波側にシフトさせるよう形成されたことを特徴とす
るPCMにおけるアナログ信号合成装置。
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