JPH06289876A - 波形データ補間装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 波形歪が少なく、音質の優れた波形データ補
間装置を実現することを目的とする 【構成】 求める補間値に対応する少数アドレスに対し
て、前２点、後１点のサンプリング点の波高値を通る２
次曲線Ｙ₁ （ｘ）と、前１点、後２点のサンプリング点
の波高値を通る２次曲線Ｙ₂ （ｘ）との平均値を通る曲
線Ｙ_s （ｘ）上の点が補間値とされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サンプリングされた楽
音信号に基づいて演奏が行われる電子楽器などにおける
楽音などの波形データ補間装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子楽器などにおいては、ピッチ（音の
高さ）の明らかな１つの楽音波形データから異なるピッ
チの楽音信号が作成される場合、及び、ビブラートやデ
チューンなどのエフェクトが楽音に付加され場合には、
通常、新しいピッチを得るためにピッチ補間という処理
が行われる。

【０００３】図６は、従来の直線補間方式のピッチ補間
を示す図で、サンプリング点における各波高値を結ぶ直
線上に補間値が求められる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記直線補間
方式は、図６から明らかなように補間精度が良くないた
め、図７に示すように楽音波形が歪み、特に波形データ
にサンプリング周波数の１／２に近い周波数成分が多い
場合や、出力時のオーバーサンプリング比の高い場合に
は、この傾向が顕著となるという問題点があった。

【０００５】本発明の課題は、波形歪が少なく、音質の
優れた波形データ補間装置を実現することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、波形データの
波形サンプル値に対して、複数の波形サンプル値を補間
することにより、任意の波形位置における波高値を算出
する波形データ補間装置を前提とする。

【０００７】そして、指定された波形位置に対して、そ
の波形位置の前２点、後ろ１点のサンプリング点におけ
る波形データの波形サンプル値を通る第１の２次曲線
と、その記波形位置の前１点、後ろ２点のサンプリング
点における波形データの波形サンプル値を通る第２の２
次曲線との相加平均値を通る第３の曲線を算出し、その
波形位置における第３の曲線の値をその波形位置におけ
る波高値として算出する補間手段を有する。

【０００８】

【作用】演算の簡単な２次曲線補間を基準とし、指定さ
れた波形位置に対して、前後にずれた２つの２次曲線の
相加平均値を通る第３の曲線が算出され、その波形位置
における第３の曲線の値としてその波形位置における波
高値が算出される。

【０００９】従って、演算量の増加を極力抑えつつ、近
似的に補間の次数を上げたのと同じ結果となり、補間精
度が向上する。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明を電子鍵
盤楽器に適用した実施例につき詳細に説明する。構成 図１は、本発明による実施例の全体構成を示すブロック
図である。

【００１１】図１において、ＣＰＵ（中央演算制御装
置）１０１は、プログラムメモリ１０２に記憶されたプ
ログラムを実行することによって動作し、スイッチ群１
０４及び鍵盤１０３を走査して各スイッチや鍵の操作状
態を取り込み、データメモリ１０５から波形ＲＯＭ１０
７のアドレスや、エンベロープデータなどをを読み出す
と共に、発音制御データを音源部１０６に送って、波形
メモリ１０７から読み出された波形データに基づく楽音
信号の発音動作を制御する。

【００１２】音源部１０６によって作成された楽音信号
は、Ｄ／Ａ変換器１０８によってアナログ信号に変換さ
れ、オーディオシステム１０９によって楽音が放音され
る。 本実施例のピッチ補間の原理 次に、図２を用いて本発明によるピッチ補間の動作原理
につき説明する。

【００１３】図２において、サンプリング点ｘ＝−１，
０，１，２における、それぞれの波高値Ｌ_-1、Ｌ₀ 、Ｌ
₁ 、Ｌ₂ に対して、サンプリングポイントｘ＝０（この
時の波高値はＬ₀ ）を原点とした座標を考える。そし
て、波高値Ｌ₀ 、Ｌ₁ 、Ｌ₂ を通る２次曲線Ｙ₁ （ｘ）
と、波高値Ｌ_-1、Ｌ₀ 、Ｌ₁ を通る２次曲線Ｙ₂ （ｘ）
を求め、これら２つの曲線の平均値を通る曲線Ｙ
_S （ｘ）上に、各波高値間の補間値が求められる。

【００１４】以下、図３、図４を用いてピッチ補間動作
につき説明する。図３は、図１の音源部１０６の内部構
成を示す構成図である。図３において、整数アドレス計
算ブロック３０１は、ＣＰＵ１０１から波形スタートア
ドレスと、波形ＲＯＭ１０７から波形データを繰り返し
読み出すための波形ループアドレスを受取る。また、少
数アドレス計算ブロック３０２は、ＣＰＵ１０１から与
えられたＲＯＭ１０７の読み出しアドレスの歩進幅の累
算を行い、キャリーが生じた場合は、整数アドレス計算
ブロック３０１にそのキャリーを送り、整数アドレスを
インクリメントさせる。そして、少数アドレス計算ブロ
ック３０２で計算された少数アドレスは、ピッチ補間を
行うためのデータとして、積和ブロック３０５に入力さ
れる。

【００１５】次に、波形ＲＯＭデータラッチブロック３
０４は、整数アドレス計算ブロック３０１が指定するア
ドレスに基づいて波形ＲＯＭ１０７から波形データを取
り込んで差分値の算出や差分値の累算等の計算を行うと
ともに、それらの計算結果をピッチ補間のためのデータ
として積和ブロック３０５へ送る。

【００１６】積和ブロック３０５は、後述するように楽
音信号に対するピッチ補間と、エンベロープ発生ブロッ
ク３０３で発生されたエンベロープデータの乗算を行
い、時分割出力ＤＣＯを累算ブロック３０６に出力す
る。累算ブロック３０６はＣＰＵ１０１から出力される
パンニングデータに基づいて、時分割出力ＤＣＯをＲＩ
ＧＨＴ（チャネル) 累算レジスタ３０７とＬＥＦＴ（チ
ャネル）累算レジスタ３０８に割り振り、累算を行う。

【００１７】累算された時分割出力ＤＣＯは、Ｄ／Ａ変
換器１０８でアナログ信号に変換され、オーディオシス
テム１０９で楽音として再生される。次に、図２におい
て、波高値Ｌ₀ 、Ｌ₁ 、Ｌ₂ を通る２次曲線Ｙ₁ （ｘ）
と、波高値Ｌ_-1、Ｌ₀ 、Ｌ₁ を通る２次曲線Ｙ₂ （ｘ）
の各平均値を通る曲線Ｙ_s （ｘ）は、以下に示すように
して波形データの差分値と波高値Ｌ₀ で表される。

【００１８】まず、２次曲線Ｙ₁ （ｘ）を、

【００１９】

【数１】Ｙ₁ （ｘ）＝ａｘ² ＋ｂｘ とおくと、図２より、

【００２０】

【数２】ｘ＝１のとき、 Ｙ₁ （ｘ）＝ｄ₁ ＝ａ＋ｂ

【００２１】

【数３】ｘ＝２のとき、 Ｙ₁ （ｘ）＝ｄ₂ ＝４ａ＋２ｂ となる。数３式−数２式×２より、 ｄ₂ −２ｄ₁ ＝２ａ ∴ ａ＝１／２（ｄ₂ −２ｄ
₁ ） となる。また、数２式×４−数３式より、 ４ｄ₁ −ｄ₂ ＝２ｂ ∴ ｂ＝１／２（４ｄ₁ −ｄ
₂ ） となる。故に、数１式より、 Ｙ₁ （ｘ）＝１／２（ｄ₂ −２ｄ₁ ）ｘ² ＋１／２（４
ｄ₁ −ｄ₂ ）ｘ となる。

【００２２】次に、２次曲線Ｙ₂ （ｘ）を、

【００２３】

【数４】Ｙ₂ （ｘ）＝ａｘ² ＋ｂｘ とおくと、

【００２４】

【数５】ｘ＝１のとき、 Ｙ₂ （ｘ）＝ｄ₁ ＝ａ＋ｂ

【００２５】

【数６】ｘ＝−１のとき、 Ｙ₂ （ｘ）＝−ｄ₀ ＝ａ−ｂ となる。数５式＋数６式より、 ｄ₁ −ｄ₀ ＝２ａ ∴ ａ＝１／２（ｄ₁ −ｄ₀ ） となる。また、数５式−数６式より、 ｄ₁ ＋ｄ₀ ＝２ｂ ∴ ｂ＝１／２（ｄ₁ ＋ｄ₂ ） となる。故に、数４式より、 Ｙ₂ （ｘ）＝１／２（ｄ₁ −ｄ₀ ）ｘ² ＋１／２（ｄ₁
＋ｄ₀ ）ｘ となる。

【００２６】以上は、波高値Ｌ₀ を原点とした座標系で
あるので、波高値Ｌ₀ を加えて座標系を元に戻すと、次
のように表される。

【００２７】

【数７】Ｙ₁ （ｘ）＝１／２（ｄ₂ −２ｄ₁ ）ｘ² ＋１
／２（４ｄ₁ −ｄ₂ ）ｘ＋Ｌ₀

【００２８】

【数８】Ｙ₂ （ｘ）＝１／２（ｄ₁ −ｄ₀ ）ｘ² ＋１／
２（ｄ₁ ＋ｄ₀ ）ｘ＋Ｌ₀ 次に、Ｙ₁ （ｘ）とＹ₂ （ｘ）の平均値Ｙ_S （ｘ）は、
数７式、数８式を用いて次のように求められる。

【００２９】

【数９】Ｙ_S （ｘ）＝１／２｛Ｙ₁ （ｘ）＋Ｙ
₂ （ｘ）｝＝（１／４）（ｄ₂ −ｄ₁ −ｄ₀ ｘ² ）＋
（１／４）（−ｄ₂ ＋５ｄ₁ ＋ｄ₀ ）ｘ＋Ｌ₀＝（１／
４）ｘ｛ｄ₂ （ｘ−１）＋ｄ₁ （−ｘ＋５）＋ｄ₀ （−
ｘ＋１）｝＋Ｌ₀＝（１／４）ｘ｛−ｄ₂ （１−ｘ）＋
ｄ₁ （１−ｘ）＋ｄ₀ （１−ｘ）＋４ｄ₁｝＋Ｌ₀＝ｘ
｛１／４（−ｄ₂ ＋ｄ₁ ＋ｄ₀ ）（１−ｘ）＋ｄ₁ ｝＋
Ｌ₀ ここで、ｄ₀ 〜ｄ₂ を連続するサンプリングポイントの
波高値Ｌ_-1〜Ｌ₂ で表すと、図２から

【００３０】

【数１０】ｄ₂ ＝Ｌ₂ −Ｌ₀

【００３１】

【数１１】ｄ₁ ＝Ｌ₁ −Ｌ₀

【００３２】

【数１２】ｄ₀ ＝Ｌ₀ −Ｌ_-1 となる。故に、数９式より、

【００３３】

【数１３】（−ｄ₂ ＋ｄ₁ ＋ｄ₀ ）＝−（Ｌ₂ −Ｌ₀ ）
＋（Ｌ₁ −Ｌ₀ ）＋（Ｌ₀ −Ｌ_-1）＝−（Ｌ₂ −Ｌ₁ ）
＋（Ｌ₀ −Ｌ_-1） となる。

【００３４】次に、連続するサンプリングポイントの波
高値Ｌ_-1〜Ｌ₂ と差分値δ_-1〜δ₊₁との関係は、図２よ
り、

【００３５】

【数１４】δ₊₁＝Ｌ₂ −Ｌ₁

【００３６】

【数１５】δ₀ ＝Ｌ₁ −Ｌ₀ （＝ｄ₁ ）

【００３７】

【数１６】δ_-1＝Ｌ₀ −Ｌ_-1 である。

【００３８】従って、数１４式と数１６式を用いると、
数１３式は、

【００３９】

【数１７】（−ｄ₂ ＋ｄ₁ ＋ｄ₀ ）＝−δ₊₁＋δ_-1 となる。

【００４０】以上の結果、数１７式、数１１式、及び数
１５式から、数９式のＹ_S （ｘ）は次式のようになる。

【００４１】

【数１８】Ｙ_S （ｘ）＝ｘ｛１／４（−δ₊₁＋δ_-1）
（１−ｘ）＋δ₀ ｝＋Ｌ₀ 数１８式よって表される波高値Ｌ₀ 、Ｌ₁ 、Ｌ₂ を通る
２次曲線Ｙ₁ （ｘ）と、波高値Ｌ_-1、Ｌ₀ 、Ｌ₁ を通る
２次曲線Ｙ₂ （ｘ）の平均値を通る曲線Ｙ_S （ｘ）上の
各波高値は、図３の音源部１０６内の波形ＲＯＭデータ
ラッチブロック３０４と、積和ブロック３０５によって
算出される。

【００４２】次に、波形ＲＯＭデータラッチブロック３
０４と、積和ブロック３０５の構成と動作につき図４を
用いて説明する。波形ＲＯＭデータラッチブロック３０４ まず、データバス切り換えのためのマルチプレクサ４０
５、４０６の入力が共に“１”側に切り換えられ、差分
値から波高値を復元するための差分値累算レジスタＬ₀
４０１と、前述のように波形ＲＯＭ１０７から読み出さ
れた波形データに基づいて計算された現在の差分値を格
納しているレジスタδ₀ ４０３のデータが加減算器４０
７で加算され、その加算結果が新たなサンプリング点で
の波高値として、差分値累算レジスタＬ₀ ４０１に書き
込まれる。

【００４３】次に、現在より１つ前（前回）のサンプリ
ング点での差分値を格納したレジスタδ_-1４０４と、現
在のサンプリング点での差分値を格納したレジスタδ₀
４０３、及び次のサンプリング点での差分値を格納した
レジスタδ₊₁４０２において、δ_-1←δ₀ 、δ₀ ←δ₊₁
のようにデータが更新され、レジスタδ₊₁には波形ＲＯ
Ｍ１０７から新たな差分値が書き込まれる。

【００４４】そして、マルチプレクサ４０５、４０６の
入力が共に“２”側に切り換えられ、加減算器４０７に
おいて、前回の差分値レジスタδ_-1４０４から次の差分
値レジスタδ₊₁のデータが減算されて、レジスタ４０８
に書き込まれる。

【００４５】以上の動作は、図３の整数アドレス計算ブ
ロック３０１が、図１の波形ＲＯＭ１０７のアドレスを
更新する度に繰り返し行われ、積和ブロック３０５に対
して、現在のサンプリング点での波高値Ｌ₀ 、及び前回
と次回のサンプリング点でのそれぞれの差分値の差−δ
₊₁＋δ_-1が送られることになる。なお、レジスタＬ₀４
０１、δ₀ ４０３、δ_-1４０４の内容は、新たに波形デ
ータがアサインされた場合に、リセット信号によりクリ
アされる。積和ブロック３０５ 図４において、まず、マルチプレクサ４１５、４１６、
４１７の入力が、共に“１”側に切り換えられる。図３
の少数アドレス計算ブロック３０２から送られ、レジス
タｘ４０９に書き込まれた少数アドレスｘは、反転器４
１１で全ビットが反転された後、インクリメンタ４１２
により１ＬＳＢ分だけ値が増加され、更に右２ビットシ
フタ４１３によりデータ値が１／４倍される。

【００４６】このようにして、少数アドレスｘに対して
０≦ｘ＜１の範囲で、データ値１／４（１−ｘ）が得ら
れ、レジスタ４１４に格納される。次に、マルチプレク
サ４１５、４１６の入力が共に“１”側に切り換えられ
ているので、乗算器４１８の出力にはレジスタ４０８と
レジスタ４１４の乗算結果、即ち、 １／４（１−ｘ）（−δ₊₁＋δ_-1） が得られる。また、マルチプレクサ４１７の入力が
“１”側に切り換えられているので、加算器４１９の出
力には、上記乗算結果とレジスタδ₀ ４０３の値の加算
結果、即ち、 １／４（１−ｘ）（−δ₊₁＋δ_-1）＋δ₀ が得られ、この加算結果は、レジスタ４２０に格納され
る。

【００４７】次に、マルチプレクサ４１５、４１６、４
１７の入力が共に“２”側に切り換えられる。その結
果、乗算器４１８の出力にはレジスタ４２０とレジスタ
ｘ４０９の乗算結果、即ちｘ｛１／４（１−ｘ）（−δ
₊₁＋δ_-1）＋δ₀ ｝が得られると共に、加算器４１９の
出力には、上記乗算結果とレジスタＬ₀ ４０１との加算
結果、即ち、 ｘ｛１／４（１−ｘ）（−δ₊₁＋δ_-1）＋δ₀ ｝＋Ｌ₀ が得られ、レジスタ４２１に格納される。

【００４８】この後、マルチプレクサ４１５、４１６、
４１７の入力が、共に“３”側に切り換えられる結果、
乗算４１８の出力にはレジスタ４２１と、レジスタ４１
０に格納されているエンベロープ発生ブロック３０３か
らのエンベロープ値ＥＮＶとの乗算結果、即ち、 ＥＮＶ×［ｘ｛１／４（１−ｘ）（−δ₊₁＋δ_-1）＋δ
₀ ｝＋Ｌ₀ ］ が得られる。そして、得られたこの値は、加算器４１９
で、値“０”が加算されて、レジスタ４２２に格納さ
れ、図３の累算ブロック３０６へ出力される。

【００４９】以上のようにして、波形ＲＯＭデータラッ
チブロック３０４と積和ブロック３０５において、前述
の（１８）式に示される波高値Ｌ₀ 、Ｌ₁ 、Ｌ₂ を通る
２次曲線Ｙ₁ （ｘ）と、波高値Ｌ_-1、Ｌ₀ 、Ｌ₁ を通る
２次曲線Ｙ₂ （ｘ）の各平均値を通る曲線Ｙ_S （ｘ）上
の波高値が得られると共に、更にその値に対してエンベ
ロープ値の乗算が行われる。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、演算の簡単な２次曲線
補間を基準とし、指定された波形位置に対して、前後に
ずれた２つの２次曲線の相加平均値を通る第３の曲線が
算出され、その波形位置における第３の曲線の値として
その波形位置における波高値が算出されることにより、
演算量の増加を極力抑えつつ、近似的に補間の次数を上
げたのと同じ効果を生じさせることができ、補間精度を
向上させ波形歪を低減させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の全体構成図である。

【図２】本実施例の補間の説明図である。

【図３】音源部１０６の構成図である。

【図４】波形ＲＯＭデータラッチブロックの構成図であ
る。

【図５】本実施例による補間により得られた信号の波形
図である。

【図６】従来の直線補間の説明図である。

【図７】従来の直線補間により得られた信号の波形図で
ある。

【符号の説明】

１０１ ＣＰＵ １０２ プログラムメモリ １０３ 鍵盤 １０４ スイッチ群 １０５ データメモリ １０６ 音源部 １０７ 波形ＲＯＭ １０８ Ｄ／Ａ変換器 １０９ オーディオシステム ３０１ 整数アドレス計算ブロック ３０２ 少数アドレス計算ブロック ３０３ エンベロープ発生ブロック ３０４ 波形ＲＯＭデータラッチブロック ３０５ 積和ブロック ３０６ 累算ブロック ３０７ ＲＩＧＨＴ累算レジスタ ３０８ ＬＥＦＴ累算レジスタ ４０１ 差分値累算レジスタ ４０２、４０３、４０４、４０８、４０９、４１０、４
１４、４２０、４２１、４２２ レジスタ ４０５、４０６、４１５、４１６、４１７ マルチプ
レクッサ ４０７ 加減算器 ４１１ 反転器 ４１２、４１９ 加算器 ４１３ 右２ビットシフタ ４１８ 乗算器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 波形データの波形サンプル値に対して、
   複数の前記波形サンプル値を補間することにより、任意
   の波形位置における波高値を算出する波形データ補間装
   置において、 指定された波形位置に対して、該波形位置の前２点、後
   ろ１点のサンプリング点における前記波形データの波形
   サンプル値を通る第１の２次曲線と、前記波形位置の前
   １点、後ろ２点のサンプリング点における前記波形デー
   タの波形サンプル値を通る第２の２次曲線との相加平均
   値を通る第３の曲線を算出し、前記波形位置における前
   記第３の曲線の値を波形位置における波高値として算出
   する補間手段を有する、 ことを特徴とする波形データ補間装置。