JPH07219552A

JPH07219552A - 楽音波形発生装置及び楽音波形圧縮装置

Info

Publication number: JPH07219552A
Application number: JP6328539A
Authority: JP
Inventors: Jun Hosoda; 潤細田; Ryuji Usami; 隆二宇佐美; Kosuke Shiba; 康祐斯波; Koichiro Oki; 広一郎太期; Kazuo Ogura; 和夫小倉
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 1995-08-18

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、専用の音源回路を必要とすること
なく、マイクロプロセッサのプログラム制御によって、
ＡＤＰＣＭ方式による高度な音源処理を可能とし、逆量
子化を少ない情報量で正確に行うことを可能とし、更
に、そのような音源処理を可能とするための楽音波形の
圧縮技術を提供することを目的とする。【構成】コマンド解析部２０７は、制御用ＲＯＭ２０
１に記憶されたＡＤＰＣＭ方式の音源処理プログラムを
実行して楽音生成処理を行う。この場合、制御データ兼
波形用ＲＯＭ２１２には、楽音の種類毎の何種類かの伸
張テーブルが記憶され、同じくＲＯＭ２１２に記憶され
た適応量子化差分データが、生成されるべき楽音の種類
に応じた上記伸張テーブルの１つによって直接伸張変換
されることにより、上記楽音の差分値が再生され、楽音
信号が発生される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、楽音波形発生装置にお
ける音源処理方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタル信号処理技術とＬＳＩ処理技
術の発達により性能の良い様々な電子楽器が実現されて
いる。特に、半導体メモリの低価格化に伴い、自然楽器
等の楽音波形をデジタル信号としてメモリに記憶させ、
これを演奏操作に対応する音程等で読み出すことによ
り、リアルな楽音波形を発音可能な電子楽器の登場が、
プロ・アマチュアを問わず音楽人口の大幅な増加に貢献
している。このような音源方式としては、ＰＣＭ（パル
ス符号変調）方式、ＤＰＣＭ（差分パルス符号変調）方
式、ＡＤＰＣＭ（適応差分パルス符号変調）方式といっ
た方式がある。特に、ＡＤＰＣＭ方式は、大きなデータ
圧縮が可能であるため優れた音源方式である。

【０００３】電子楽器の楽音波形発生装置は、大量かつ
高速のディジタル演算が必要なため、従来は、必要とす
る音源方式に基づく楽音発生アルゴリズムと等価なアー
キテクチャをハードウエアで実現した専用の音源回路に
よって構成されている。このような音源回路により、Ｐ
ＣＭ方式等に基づく音源方式が実現される。

【０００４】上述のような音源回路は、いずれの音源方
式のものもその回路規模が大きい。ＬＳＩ化した場合、
波形データ等を記憶するメモリ部分を除いても、汎用の
データ処理用のマイクロプロセッサの２倍程度の規模に
なる。その理由は、音源回路においては、各種演奏情報
に基づいて波形データをアクセスするための複雑なアド
レス制御が必要になるからである。また、音源生成処理
の過程で得られる中間的なデータを一時的に保持するた
めのレジスタ等が、音源方式に対応したアーキテクチャ
で随所に配置される必要があるためである。特に、ＡＤ
ＰＣＭ方式では、適応量子化されメモリに記憶されてい
る差分データを読み出し逆量子化の処理を実行して元の
差分値を求め、それを累算して楽音波形データを生成す
る、といった複雑な処理が必要となり、それらに対応し
たハードウエア構成も必要となるからである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
楽音波形発生装置は、音源方式に対応した専用の音源回
路によって構成されているため、ハードウエア規模が大
きくなってしまい、ＬＳＩで実現した場合におけるＬＳ
Ｉチップ製造時の歩留り等の点において、製造段階での
コストアップを招き、楽音波形発生装置の大型化を招い
てしまうという問題点を有している。

【０００６】また、ＡＤＰＣＭ方式の仕様を若干変更し
たい場合、ポリフォニック数を変更したい場合等におい
ても、音源回路の大幅な変更を余儀なくされ、開発段階
でのコストアップを招いてしまうという問題点を有して
いる。

【０００７】更に、従来の楽音波形発生装置を電子楽器
として実現するような場合には、演奏操作に対応する演
奏情報から音源回路で処理可能なデータを生成したり、
他の楽器との演奏情報の通信を行ったりするための、マ
イクロプロセッサ等により構成される制御回路が必要と
なる。そして、このような制御回路においては、演奏情
報を処理するための演奏情報処理プログラムのほかに、
音源回路に演奏情報に対応したデータを供給するための
音源回路に対応した音源制御プログラムが必要となり、
しかも、その両方のプログラムを同期させて動作させる
必要がある。このようなプログラムの複雑性から、その
開発において多大なコストアップを招いてしまうという
問題点を有している。

【０００８】その一方、近年においては、汎用のデータ
処理を行うための高性能なマイクロプロセッサが多く実
現されており、このようなマイクロプロセッサを使用し
て音源処理をソフト的に行う楽音波形発生装置を実現さ
せることも考えられる。しかし、演奏情報を処理するた
めの演奏情報処理プログラムと、その演奏情報に基づい
て音源処理を実行するための音源処理プログラムとを同
期して動作させるための技術が知られていない。特に、
音源処理プログラムにおける処理時間が条件によって変
化するため、生成された楽音データをＤ／Ａ変換器へ出
力するための複雑なタイミング制御プログラムが必要と
なってしまう。このように、音源処理を単純にソフト的
に行うだけでは、処理プログラムが非常に複雑になり、
処理速度及びプログラム容量の面からＡＤＰＣＭ方式の
ような高度な音源方式の処理ができない。

【０００９】加えて、ＡＤＰＣＭ方式では、適応量子化
された差分データから逆量子化を行って元の差分値を演
算するための処理が必要となり、その逆量子化を行うた
めの情報も必要となるが、その情報を各サンプル毎にも
たせたのでは、記憶容量がＰＣＭ方式等の場合と変わら
なくなりＡＤＰＣＭ方式のメリットが減殺されてしまう
という問題点を有している。

【００１０】本発明は、専用の音源回路を必要とするこ
となく、マイクロプロセッサのプログラム制御によっ
て、ＡＤＰＣＭ方式による高度な音源処理を可能とし、
逆量子化を少ない情報量で正確に行うことを可能とし、
更に、そのような音源処理を可能とするための楽音波形
の圧縮技術を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、まず、演奏情
報を処理するための演奏情報処理プログラムと、楽音信
号を得るための適応差分パルス符号変調（ＡＤＰＣＭ、
以下同じ）方式による音源処理プログラムを記憶するＲ
ＯＭ等のプログラム記憶手段を有する。

【００１２】この場合のＡＤＰＣＭ方式としては、適応
量子化された楽音信号の差分データをデータ記憶手段に
記憶し、適応量子化された差分データを伸張変換して逆
量子化された差分値を復号するための、生成される複数
種類の楽音の各特性に応じた伸張テーブルを伸張テーブ
ル記憶手段に記憶しておき、音源処理時には適応量子化
された差分データを上述の生成されるべき楽音信号の種
類に応じた伸張テーブルで変換して逆量子化された差分
値を再生し、その差分値を累算して楽音波形を生成する
方式が採用できる。

【００１３】次に、プログラム記憶手段のアドレスを制
御するアドレス制御手段を有する。また、前述のＡＤＰ
ＣＭ方式で楽音信号を生成するために必要な楽音生成デ
ータを記憶するデータ記憶手段を有する。

【００１４】更に、四則演算処理を実行する乗算器等を
含む演算処理手段を有する。そして、上述のアドレス制
御手段、データ記憶手段及び演算処理手段を制御しなが
ら、プログラム記憶手段に記憶された演奏情報処理プロ
グラム又は音源処理プログラムを実行するプログラム実
行手段を有する。同手段は、通常時は前記演奏情報処理
プログラムを実行してデータ記憶手段上の楽音生成デー
タを制御し、所定時間間隔で音源処理プログラムに制御
を移してそれを実行し、その終了後に再び演奏情報処理
プログラムを実行する。また、プログラム実行手段は、
音源処理プログラムの実行時に、データ記憶手段上の楽
音生成データに基づいて上述したようなＡＤＰＣＭ方式
で楽音信号を生成する。

【００１５】上記構成に加えて、プログラム実行手段が
音源処理プログラムを実行して得られた楽音信号を保持
し、該保持された楽音信号を一定の出力時間間隔で例え
ばＤ／Ａ変換器に出力する楽音信号出力手段を有する。
この場合の一定の出力時間間隔は、通常はＤ／Ａ変換器
等のサンプリング周期に等しいが、この時間間隔は前述
の所定時間間隔と同じ間隔か、或いは、音源処理プログ
ラムを複数回実行して１サンプル分の楽音信号を生成す
るようにした場合には、所定時間間隔の複数回分の１の
時間間隔となる。

【００１６】次に、本発明では、上述のような音源処理
に使用される適応量子化された楽音信号の差分データを
生成するための、以下のような手段を有する楽音波形圧
縮装置を提供する。

【００１７】すなわち、楽音信号の差分値を圧縮変換し
て適応量子化された楽音信号の差分データを生成するた
めの変換テーブルであって、適応量子化すべき楽音信号
の種類に応じて最適の圧縮率となるような圧縮テーブル
を使用して、適応量子化を行うデータ圧縮手段を有す
る。

【００１８】

【作用】本発明では、プログラム記憶手段、アドレス制
御手段、データ記憶手段、演算処理手段及びプログラム
実行手段は、汎用のマイクロコンピュータと同様の構成
であり、専用の音源回路は全く必要としない。また、楽
音信号出力手段は、汎用のマイクロコンピュータとは異
なる構成であるが、楽音波形発生装置という範疇では汎
用的である。

【００１９】これにより、楽音波形発生装置全体の回路
規模を大幅に小型化することができ、ＬＳＩ化した場合
等においても通常のマイクロコンピュータの製造技術と
同じでよく、チップの歩留りも向上するため、製造コス
トを大幅に低減させることができる。なお、楽音信号出
力手段は簡単なラッチ回路で構成できるため、この部分
を付加したことによる製造コストの増加はほとんどな
い。

【００２０】また、ＡＤＰＣＭ方式の仕様例えば量子化
ビット数や適応量子化アルゴリズムを若干変更したい場
合、ポリフォニック数を変更したい場合等において、プ
ログラム記憶手段に記憶させる音源処理プログラムを変
更するだけで対処でき、新たな楽音波形発生装置の開発
コストを大幅に減少させることが可能となり、ユーザに
対しても例えばＲＯＭカード等によって新たなＡＤＰＣ
Ｍ方式を提供することが可能となる。

【００２１】以上のような作用を可能とするのは、本発
明が次のようなプログラムアーキテクチャ及びデータア
ーキテクチャを実現したからである。すなわち、本発明
では、データ記憶手段上にＡＤＰＣＭ方式で楽音を生成
するために必要な楽音生成データを記憶させるデータア
ーキテクチャを実現している。そして、演奏情報処理プ
ログラムが実行される場合は、データ記憶手段上の楽音
生成データが制御され、音源処理プログラムが実行され
る場合は、データ記憶手段上の楽音生成データに基づい
て楽音信号が生成される。このように演奏情報処理プロ
グラムと音源処理プログラムとの間のデータの通信は、
データ記憶手段上の楽音生成データを介して行われ、各
プログラムにおけるデータ記憶手段に対するアクセス
は、相手のプログラムの実行状態に一切関わりなく行え
ばよいため、実質的に両プログラムを独立したモジュー
ル構成とすることができ、簡単かつ効率的なプログラム
構造とすることができる。

【００２２】上記データアーキテクチャに加えて、本発
明では、通常時は演奏情報処理プログラムを実行して、
例えば鍵盤キーや各種設定スイッチの操作、デモ演奏制
御等を行い、それに対して所定時間間隔で音源処理プロ
グラムを実行させ、その処理が終わったら再び演奏情報
処理プログラムに戻るというプログラムアーキテクチャ
を実現している。これにより、音源処理プログラムは、
例えば割り込み制御手段からの所定時間間隔で発生する
割り込み信号に基づいて強制的に演奏情報処理プログラ
ムに割り込めばよいため、演奏情報処理プログラムと音
源処理プログラムとの間の同期をとる必要はない。

【００２３】更に、プログラム実行手段が音源処理プロ
グラムを実行する場合には、処理条件（例えば条件分岐
命令により異なる処理に分岐した場合等）によって処理
時間が変化するが、この変化は、楽音信号出力手段によ
って全て吸収することができる。従って、楽音信号をＤ
／Ａ変換器等へ出力するための複雑なタイミング制御プ
ログラムが必要なくなる。

【００２４】以上のように、演奏情報処理プログラムと
音源処理プログラムとの間のデータのリンクをデータ記
憶手段上の楽音生成データを介して行うというデータア
ーキテクチャと、演奏情報処理プログラムに対して所定
時間間隔で音源処理プログラムを実行するというプログ
ラムアーキテクチャを実現し、更に、楽音信号出力手段
を設けたことにより、汎用プロセッサとほとんど同じ構
成で、効率的なプログラム制御に基づく音源処理が実現
される。

【００２５】更に、本発明では、ＡＤＰＣＭ方式とし
て、適応量子化された差分データを複数種類の楽音特性
に応じた伸張テーブルによって直接伸張変換して逆量子
化された差分値を復号するようにすれば、予め特性がわ
かっている各楽音信号に対応した最適な効率で楽音信号
の再生が可能となる。

【００２６】そして、本発明では、データ圧縮手段によ
り、上述のような適応量子化された楽音信号の差分デー
タを、楽音信号の種類に応じて最適の圧縮率となるよう
な圧縮テーブルを使用して楽音信号の差分値を適応量子
化することにより、得ることができる。

【００２７】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。本実施例の構成図１は、本発明の実施例の全体構成図である。

【００２８】同図において、まず、装置全体はマイクロ
コンピュータ１０１により制御される。特に、楽器の制
御入力の処理のみならず、楽音を生成する処理もマイク
ロコンピュータ１０１で実行され、楽音生成用の音源回
路は必要としない。

【００２９】鍵盤１０２と機能キー１０３とからなるス
イッチ部１０４は楽器の操作入力部分であり、スイッチ
部１０４から入力された演奏情報はマイクロコンピュー
タ１０１で処理される。

【００３０】マイクロコンピュータ１０１が生成したア
ナログ変換後の楽音信号はローパスフィルタ１０５で平
滑化され、アンプ１０６で増幅された後、スピーカ１０
７を介して放音される。電源回路１０８は、マイクロコ
ンピュータ１０１、ローパスフィルタ１０５及びアンプ
１０６に必要な電源を供給する。

【００３１】次に、図２はマイクロコンピュータ１０１
の内部構成を示すブロック図である。制御データ兼波形
用ＲＯＭ２１２には、後述するエンベロープ値の目標値
等の楽音制御パラメータ、ＡＤＰＣＭ（アダプティブ差
分パルス符号変調）方式における楽音差分波形データ及
び量子化データが記憶されている。そして、コマンド解
析部２０７は、制御用ＲＯＭ２０１のプログラムの内容
を順次解析しながら、制御データ兼波形用ＲＯＭ２１２
上の上記各データをアクセスして、ソフトウエアによる
音源処理を行う。

【００３２】制御用ＲＯＭ２０１には、後述する楽音制
御用のプログラムが記憶されており、ＲＯＭアドレス制
御部２０５からＲＯＭアドレスデコーダ２０２を介して
指定されたアドレスのプログラム語（命令）を順次出力
する。具体的には、各プログラム語の語長は例えば２８
ビットであり、プログラム語の一部が次に読み出される
べきアドレスの下位部（ページ内アドレス）としてＲＯ
Ｍアドレス制御部２０５に入力されるネクストアドレス
方式となっている。なお、当然、通常のプログラムカウ
ンタ方式のＣＰＵで構成してもよい。

【００３３】コマンド解析部２０７は、制御用ＲＯＭ２
０１から出力される命令のオペコードを解析し、指定さ
れたオペレーションを実行するために、回路の各部に制
御信号を送る。

【００３４】ＲＡＭアドレス制御部２０４は、制御用Ｒ
ＯＭ２０１からの命令のオペランドがレジスタを指定し
ている場合に、ＲＡＭ２０６内の対応するレジスタのア
ドレスを指定する。ＲＡＭ２０６には、図９及び図１０
等として後述する各種楽音制御データが８発音チャネル
分記憶されるほか、後述する各種バッファ等が記憶さ
れ、後述する音源処理に使用される。

【００３５】ＡＬＵ部２０８及び乗算器２０９は、制御
ＲＯＭ３１からの命令が演算命令の場合に、コマンド解
析部２０７からの指示に基づいて、前者は加減算と論理
演算、後者は乗算を実行する。

【００３６】インタラプト制御部２０３は、内部の特に
は図示しないハードタイマに基づいて、一定時間毎に、
ＲＯＭアドレス制御部２０５及びＤ／Ａ変換器部２１３
にインタラプト信号を供給する。

【００３７】入力ポート２１０及び出力ポート２１１に
は、図１のスイッチ部１０４が接続される。制御用ＲＯ
Ｍ２０１又はＲＡＭ２０６から読み出される各種データ
は、バスを介してＲＯＭアドレス制御部２０５、ＡＬＵ
部２０８、乗算器２０９、制御データ兼波形用ＲＯＭ２
１２、Ｄ／Ａ変換器部２１３、入力ポート２１０及び出
力ポート２１１に供給される。また、ＡＬＵ部２０８、
乗算器２０９及び制御データ兼波形用ＲＯＭ２１２の各
出力は、バスを介してＲＡＭ２０６に供給される。

【００３８】次に、図４は、図１のＤ／Ａ変換器部２１
３の内部構成を示すもので、データバスを介して、音源
処理で作成された楽音の１サンプルデータが、ラッチ３
０１に入力される。そして、ラッチ３０１のクロック入
力に図２のコマンド解析部２０７から音源処理終了信号
が入力されると、データバス上の１サンプル分の楽音デ
ータが、図５に示すようにラッチ３０１にラッチされ
る。

【００３９】ここで、前述の音源処理に要する時間は、
音源処理用のソフトウエアの実行条件により変化するた
め、音源処理が終了し、ラッチ３０１に楽音データがラ
ッチされるタイミングは一定でない。そのため、図３の
ように、ラッチ３０１の出力をそのままＤ／Ａ変換器３
０３に入力させることはできない。

【００４０】そこで、本実施例では図４の如く、ラッチ
３０１の出力をさらにラッチ４０１でラッチし、図２の
インタラプト制御部２０３から出力されるサンプリング
クロック間隔に等しいインタラプト信号により、楽音信
号をラッチ４０１にラッチさせ、一定間隔でＤ／Ａ変換
器３０３に出力させるようにしている。

【００４１】このようにラッチを２つ用いて、音源方式
における処理時間の変化を吸収したので、楽音データを
Ｄ／Ａ変換器へ出力させるための複雑なタイミング制御
プログラムが不用になった。本実施例の全体動作次に、本実施例の全体動作を説明する。

【００４２】本実施例では、マイクロコンピュータ１０
１が、図６のメインフローチャートに示すように、Ｓ
₆₀₂〜Ｓ₆₁₀の一連の処理を繰り返し行っている。そし
て実際の音源処理は割り込み（インタラプト）処理で行
っている。具体的には、ある一定時間毎に、図６のメイ
ンフローチャートとして実行されているプログラムに割
り込みが掛かり、それに基づいて８チャンネルの楽音信
号を作る音源処理のプログラムが実行される。その処理
が終わると、８チャネル分の楽音波形が加算され、マイ
クロコンピュータ１０１に接続されているＤ／Ａ変換器
部２１３から出力さえる。その後、割り込み状態からメ
インフローに戻る。なお、上述の割り込みは、図２のイ
ンタラプト制御部２０３内のハードタイマに基づき、周
期的に行われる。この周期は、楽音出力時のサンプリン
グ周期に等しい。

【００４３】以上が、本実施例の概略動作で、次に、図
６〜図８を用いて詳細に本実施例の全体動作を説明す
る。図６のメインフローチャートは、インタラプト制御
部２０３から割り込みが掛からない状態においてマイク
ロコンピュータ１０１で実行される、音源処理以外の処
理の流れを示している。

【００４４】まず、電源がＯＮされ、マイクロコンピュ
ータ１０１内のＲＡＭ２０６（図２参照）の内容等の初
期設定が行われる（Ｓ₆₀₁)。次に、マイクロコンピュー
タ１０１の外部に接続される機能キー１０３（図１参
照）の各スイッチが走査され（Ｓ₆₀₂）、各スイッチの
状態が入力ポート２１０からＲＡＭ２０６内のキーバッ
ファエリアに取り込まれる。その走査の結果、状態の変
化した機能キーが識別され、対応する機能の処理がなさ
れる（Ｓ₆₀₃)。例えば、楽音番号のセット、エンベロ
ープ番号のセット、また、付加機能にリズム演奏がつい
ていれば、リズム番号のセット等が行われる。

【００４５】その後、図１の鍵盤１０２において押鍵さ
れている鍵盤キーが上記機能キーの場合と同様に取り込
まれ（Ｓ₆₀₄）、変化した鍵が識別されることによりキ
ーアサイン処理が行われる（Ｓ₆₀₅）。

【００４６】次に、機能キー１０３（図１）で特には図
示しないデモ演奏キーが押されたときは、図２の制御デ
ータ兼波形用ＲＯＭ２１２からデモ演奏データ（シーケ
ンサデータ）が順次読み出されて、キーアサイン処理な
どが行われる（Ｓ₆₀₆）。また、リズムスタートキーが
押されたときは、リズムデータが制御データ兼波形用Ｒ
ＯＭ２１２から順次読み出され、キーアサイン処理など
が行われる（Ｓ₆₀₇）。

【００４７】その後に、以下に述べるタイマー処理が行
われる（Ｓ₆₀₈）。すなわち、後述するインタラプトタ
イマー処理（Ｓ₇₀₂）でインクリメントされている時間
データの時間値が判別され、デモ演奏制御用に順次読み
出される時間制御用のシーケンサデータ又はリズム演奏
制御用に読み出される時間制御用のリズムデータと比較
されることにより、Ｓ₆₀₆のデモ演奏又はＳ₆₀₇のリズ
ム演奏を行う場合の時間制御が行われる。

【００４８】さらに、発音処理Ｓ₆₀₉では、発音処理さ
れるべき楽音のピッチにエンベロープを付加し、対応す
る発音チャネルにピッチデータを設定するというピッチ
エンベロープ処理等が行われる。

【００４９】更に、フロー１周準備処理が実行される
(Ｓ₆₁₀)。この処理においては、Ｓ₆₀₅ の鍵盤キー処理に
おいて押鍵開始となったノート番号の発音チャネルの状
態を押鍵中に変えたり、離鍵となったノート番号の発音
チャネルの状態を消音中に変える等の処理が行われる。

【００５０】次に、図７のインタラプト処理につき説明
する。図２のインタラプト制御部２０３により、図６の
メインフローに対応するプログラムに割り込みが掛かる
と、同プログラムの処理が中断され、図７のインタラプ
ト処理プログラムの実行が開始される。この場合、イン
タラプト処理のプログラムにおいて、図６のメインフロ
ーのプログラムで書き込みが行われるレジスタ等につい
ては、内容の書き換えが行われないように制御される。
従って、通常のインタラプト処理の開始時と終了時に行
われるレジスタの退避と復帰の処理は不要となる。これ
により、図６のメインフローチャートの処理とインタラ
プト処理との間の移行が迅速に行われる。

【００５１】続いて、インタラプト処理において音源処
理が開始される（Ｓ₇₀₁）。この音源処理は図８に示さ
れる。この結果、８発音チャネル分が累算された楽音波
形データが、図２のＲＡＭ２０６内の後述するバッファ
Ｂに得られる。

【００５２】さらに、Ｓ₇₀₂では、インタラプトタイマ
ー処理が行われる。ここでは、図７のインタラプト処理
が一定のサンプリング周期毎に実行されることを利用し
て、ＲＡＭ２０６（図２）上の特には図示しない時間デ
ータの値がインクリメントされる。すなわち、この時間
データの値を見れば時間経過がわかる。このようにして
得られる時間データは、前述したように、図６のメイン
フローのタイマー処理Ｓ₆₀₈における時間制御に用いら
れる。

【００５３】そして、Ｓ₇₀₃において、上記バッファ領
域の内容がＤ／Ａ変換器部２１３のラッチ３０１（図
４）にラッチされる。次に、図８のフローチャートを用
いて、インタラプト処理のステップＳ₇₀₁で実行される
音源処理の動作を説明する。

【００５４】まず、ＲＡＭ２０６の波形データ加算用の
領域がクリアされる（Ｓ₈₀₁）。次に、発音チャネルの
１チャネル毎に音源処理が行われ（Ｓ₈₀₂〜Ｓ₈₀₉）、
最後に８チャネル目の音源処理が終了した時点で所定の
バッファ領域Ｂに８チャネル分が加算された波形データ
が得られる。これらの詳細な処理については後述する。

【００５５】次に図９は、前述の図６、図７のフローチ
ャートの処理の関係を概念的に示した流れ図である。ま
ず、ある処理Ａ（以下、Ｂ、Ｃ、・・・、Ｆも同じ）が
行われる（Ｓ₉₀₁）。この「処理」は、図６のメインフ
ローチャートの、例えば「機能キー処理」、や「鍵盤キ
ー処理」などに対応する。その後、インタラプト処理に
入り、音源処理が開始される（Ｓ₉₀₂) 。これにより、
１サンプル分の８発音チャネルをまとめた楽音信号が得
られ、Ｄ／Ａ変換器部２１３に出力される。その後、メ
インフローチャートの何らかの処理Ｂに戻る。以上のよ
うな動作が、８つの全ての発音チャネルに対する音源処
理が行われながら繰り返される（Ｓ₉₀₄〜Ｓ₉₁₁）。そ
して、この繰り返し処理は、楽音の発音中続けられる。音源処理におけるデータ構成次に、図７のＳ₇₀₁で実行される音源処理の具体例につ
いて説明する。本実施例では、マイクロコンピュータ１
０１が、８発音チャネル分の音源処理を分担することは
前述した。この８チャネル分の音源処理用のデータは、
図１０に示すようなデータフォーマットで、図２のＲＡ
Ｍ２０６内の発音チャネル毎の領域に設定される。

【００５６】また、このＲＡＭ２０６に、図１１に示す
ような波形累算用のバッファＢが確保されている。この
場合、図１０の各発音チャネル領域には、ＡＤＰＣＭ方
式に基づく音源処理用の各種制御データが格納される。
同図において、Ａは、音源処理時に適応量子化差分デー
タ（後述する）が読み出される場合に指定されるアドレ
スを表し、Ａ_Iが現在アドレスの整数部で、制御データ
兼波形用ＲＯＭ２１２（図２）の適応量子化差分データ
が格納されているアドレスに直接対応する。また、Ａ_F
は現在アドレスの小数部で、上記ＲＯＭ４１２から読み
出され逆量子化された差分値の補間に用いられる。つぎ
のＰ_Iはピッチデータの整数部、Ｐ_Fはピッチデータの
小数部を表す。例を示すと、Ｐ_I＝１、Ｐ_F＝０は原音
のピッチを、Ｐ_I＝２、Ｐ_F＝０は１オクターブ上のピ
ッチを、また、Ｐ_I＝０、Ｐ_F＝０．５は、１オクター
ブ下のピッチをそれぞれ表す。その他の種々の制御デー
タについては、後述のＡＤＰＣＭ方式の説明の際に詳述
する。

【００５７】本実施例では、図６のメインフローが実行
される場合に、音源処理に必要な制御データ、例えばピ
ッチデータ、エンベロープデータ等が、対応する発音チ
ャネル領域に設定される。そして、図７のインタラプト
処理での音源処理として実行される図８の各チャネル対
応の音源処理において、上記発音チャネル領域に設定さ
れている各種制御データが使用されながら、楽音の生成
処理が実行される。このようにメインフローのプログラ
ムと音源処理プログラムとの間のデータの通信は、ＲＡ
Ｍ２０６上の発音チャネル領域の制御データ（楽音生成
データ）を介して行われ、各プログラムにおける発音チ
ャネル領域に対するアクセスは相手のプログラムの実行
状態に一切関わりなく行えばよいため、実質的に両プロ
グラムを独立したモジュール構成とすることができ、簡
単かつ効率的なプログラム構造とすることができる。

【００５８】さらに、制御データ兼波形用ＲＯＭ２１２
には、特には図示しないデータフォーマットで適応量子
化差分データ（後述する）が記憶されると共に、図１７
(a)、図１８(b) のような伸張テーブルが記憶される。
このテーブルは、後述するように、制御データ兼波形量
ＲＯＭ２１２から読み出された適応量子化差分データの
逆量子化を行うために使用されるデータである。このほ
か、同ＲＯＭ２１２には、各音色に対応する楽音生成用
の制御データが記憶されており、演奏者により或る音色
が設定された場合に、同ＲＯＭ２１２からＲＡＭ２０６
の前述の各発音チャネル領域に上記制御データが転送、
設定される。ＡＤＰＣＭ方式による音源処理の原理以下、このようなデータ構成を用いて実行される、図８
の１チャネル毎の各音源処理（Ｓ₈₀₂〜Ｓ₈₀₉のいずれ
か）であるＡＤＰＣＭ方式の音源処理について説明す
る。なお、この音源処理は、マイクロコンピュータ１０
１のコマンド解析部２０７が、制御用ＲＯＭ２０１に格
納されている音源処理用のプログラムを解釈・実行する
ことにより実現される。以下、特に言及しないかぎり、
この前提のもとで処理が行われるものとする。

【００５９】始めに、ＡＤＰＣＭ方式の動作原理の概略
を説明する。まず、図１２において、制御データ兼波形
用ＲＯＭ２１２（図２）のアドレスＡ_Iに対応するサン
プルデータＸ_Pは、アドレスＡ_Iの１つ前の、特には図
示しないアドレス（Ａ_I−１）に対応するサンプルデー
タとの差分値から求めた値である。

【００６０】制御データ兼波形用ＲＯＭ２１２のアドレ
スＡ_Iには、つぎのサンプルデータとの差分値Ｄを求め
るための適応量子化差分データが書き込まれており、こ
のデータから差分値Ｄが求まる。従って、つぎのアドレ
スのサンプルデータはＸ_P＋Ｄで求まり、これが新たな
サンプルデータＸ_Pとしておきかわる。

【００６１】この場合、現在アドレスを同図に示すよう
にＡ_Fとすれば、現在アドレスＡ_Fに対応するサンプル
データは、Ｘ_P＋Ｄ×Ａ_Fで求まる。このように、ＡＤ
ＰＣＭ方式では、現在のアドレスと、つぎのアドレスに
対応するサンプルデータ間の差分値Ｄを求めるための適
応量子化差分データが制御データ兼波形用ＲＯＭ２１２
（図２）から読み出され、それに基づいて差分値Ｄが計
算され、現在のサンプルデータに加算されて、つぎのサ
ンプルデータが求められることにより、順次波形データ
が作成される。

【００６２】このようなＡＤＰＣＭ方式を採用すると、
隣接する標本間の差分値が一般に小さい音声や楽音等の
ような波形を量子化する場合、通常のＰＣＭ方式に比較
して、少ないビット数で量子化を行えることは明らかで
ある。

【００６３】さらに、ＡＤＰＣＭ方式においては、以下
のような巧妙な適応量子化の原理が採用されている。
今、例えば楽音波形の差分値をメモリに記憶させる場
合、一定のＳ／Ｎを確保しながら最大±Ｅの振幅値（例
えば電圧値）をとり得る差分値を量子化するために、ｎ
ビットの量子化ビット数が必要であるとする。これに対
して、メモリ容量の制約等から１サンプルデータあたり
ｎビットより少ないｍビットのデータ量しか割り当てら
れない場合、差分値を１サンプルあたりなんとかｍビッ
トで量子化しなければならない。

【００６４】そのために通常は、±Ｅの振幅値の範囲を
２^m分割することになるが、これでは量子化幅が広がっ
てＳ／Ｎが劣化してしまう。そこで、ＡＤＰＣＭ方式で
は、楽音波形等の差分値をメモリに記憶等させる場合
に、一定のＳ／Ｎを確保できて、かつ、ｍビットで表現
できる振幅値の絶対値が｜±Ｅ｜より小さい｜±ｅ｜の
範囲を定める。そして、振幅値の絶対値が｜±ｅ｜より
大きな差分値は、１以上の正規化係数で割ってその範囲
内に入るように圧縮し、その後にｍビットで量子化し、
メモリに記憶等させる。これにより、一定のＳ／Ｎを確
保したまま１サンプルデータあたりの量子化ビット数を
減らすことができ、メモリ容量を減らすことができる。
このような操作を適応量子化と呼ぶ。

【００６５】ここで、上述のように適応量子化された差
分データから元の差分値を再現するためには、各サンプ
ルデータの適応量子化を行ったときの上記正規化係数も
いっしょに記憶させておき、適応量子化された差分デー
タをメモリから読み出すときに、それに対応する正規化
係数もいっしょに読みだし、適応量子化された差分デー
タに乗算して元の差分値を再生しなければならない。こ
の操作を逆量子化と呼ぶ。

【００６６】しかし、１サンプルデータごとに上記正規
化係数を記憶させたのでは、結局、振幅値が±Ｅの範囲
の差分値をｎビットで量子化したのと同程度の記憶容量
が必要になってしまい、データ圧縮は実現できない。

【００６７】そこで、記憶容量の増加を抑えることので
きるＡＤＰＣＭ方式による音源処理の実施例につき、以
下に説明する。ＡＤＰＣＭ方式による音源処理の実施例本実施例では、楽音波形の差分値の振幅の分布が予め楽
音波形に特有の分布となることを利用して、正規化係数
の代わりに、差分値の各振幅をどの値に圧縮するかとい
う図１７(a) 、図１８(a) で後述するような圧縮特性の
テーブルを定め、差分値をメモリ（図２の２１２）に記
憶させる際に、この圧縮テーブルで圧縮を行いながら適
応量子化して記憶させることとする。そして、音源処理
時には、その圧縮特性の逆特性である伸張特性で適応量
子化された差分値を伸張しながら逆量子化を行って元の
差分値を再生し、それを累算して楽音波形を再生すれば
よい。そのために、制御データ兼波形用ＲＯＭ２１２
（図２）には、上記伸張特性で伸張を行うための図１７
(b) 、図１８(b) で後述するような伸張テーブルを記憶
させておく。

【００６８】以上のＡＤＰＣＭ方式の音源処理の実施例
の動作を、図１３〜図１５の動作フローチャートを用い
て説明する。フロー中の各変数は、図２のマイクロコン
ピュータ１０１内のＲＡＭ２０６上の対応する発音チャ
ネル領域に図１０のデータフォーマットで確保されてい
る。

【００６９】図１３〜図１５に基づく音源処理は、大き
く分けてエンベロープ処理（Ｓ₁₃₀₁〜Ｓ₁₃₀₇）と、波形
処理（Ｓ₁₃₀₈〜Ｓ₁₃₂₄）から構成される。まず、図１２
及び図１３のＡＤＰＣＭ方式の原理に基づく波形処理の
前に、エンベロープ処理について説明する。

【００７０】図１６は、エンベロープ処理で生成される
エンベロープを示した図である。Ｓ ₁₃₀₁〜Ｓ₁₃₀₇の処理
により生成されるエンベロープ値Ｅは、後述するステッ
プＳ ₁₃₂₃において楽音波形出力Ｏに乗算されることによ
り、楽音波形の各サンプルデータにエンベロープが付加
される。

【００７１】各楽音波形データに付加されるエンベロー
プは、時間的にいくつかのステップ（セグメント）から
構成されている。同図では、４ステップの例が示されて
いる。図中のΔｘはエンベロープのサンプリング周期で
あり、Δｙはエンベロープ値の変化幅である。

【００７２】エンベロープ処理Ｓ₁₃₀₁〜Ｓ₁₃₀₇では、サ
ンプリングタイミング毎のエンベロープ値Ｅの計算と、
その値が現在のステップの目標エンベロープ値ＯＥに達
したか否かのチェックが行われる。そして、ＥがＯＥに
達したときには、図６のメインフローにおけるＳ₆₀₉の
発音処理においてそれが検知されて、次のステップのエ
ンベロープのためのデータ（Δｘ、Δｙ及び目標エンベ
ロープ値ＯＥ）が、図２の制御データ兼波形用ＲＯＭ２
１２から読み出されて、ＲＡＭ２０６（図２）上の対応
する発音チャネル領域（図１０参照）にセットされてい
る。

【００７３】具体的には、Ｓ₁₃₀₁で、エンベロープの演
算周期Δｘと比較するためのタイマ値Δｘ_tが、インタ
ラプトタイミング毎にインクリメントされる。次に、Ｓ
₁₃₀₂で、ΔｘがΔｘ_tと一致したか否かが判定される。

【００７４】一致しなければエンベロープ処理は行われ
ない。Ｓ₁₃₀₂で、ΔｘがΔｘ_tと一致したと判定された
場合、Ｓ₁₃₀₃で、エンベロープ値の変化幅Δｙの符号ビ
ットが判別される。

【００７５】符号ビットが正でＳ₁₃₀₃の判定がＹＥＳの
場合、すなわち、エンベロープが上昇中の場合には、ス
テップＳ₁₃₀₄において、現在エンベロープ値Ｅに変化幅
Δｙが加算される。

【００７６】逆に、符号ビットが負でＳ₁₃₀₃の判定がＮ
Ｏの場合、すなわち、エンベロープが下降中の場合に
は、ステップＳ₁₃₀₅において、現在エンベロープ値Ｅか
ら変化幅Δｙが減算される。

【００７７】その後、Ｓ₁₃₀₆において、現在エンベロー
プ値Ｅが目標エンベロープ値ＯＥ以上となったか否かが
判別される。ＥがＯＥ以上となった場合には、現在エン
ベロープ値Ｅが目標エンベロープ値ＯＥで置き換えられ
る。

【００７８】これが、前述の如く図６のメインフローに
おけるＳ₆₀₉の発音処理で検知されて、次のステップの
エンベロープのためのデータがＲＡＭ２０６上にセット
される。なお、発音処理で現在エンベロープ値Ｅとして
０が検出された場合には、発音の終了として処理され
る。

【００７９】次に、図１２のＡＤＰＣＭ方式の原理に基
づく、Ｓ₁₃₀₈〜Ｓ₁₃₂₄の波形処理について説明する。制
御データ兼波形用ＲＯＭ２１２（図２）上の適応量子化
差分データが記憶されているアドレスのうち、現在の処
理の対象とされるデータが記憶されているアドレスを図
１０の（Ａ_I,Ａ_F）とする。

【００８０】まず、現在アドレス（Ａ_I,Ａ_F）にピッチ
データ（Ｐ_I,Ｐ_F）が加算される（Ｓ₁₃₀₈）。このピッ
チデータは、図１の鍵盤１０２において押鍵操作された
鍵番号に対応している。

【００８１】そして、加算されたアドレスの整数部Ａ_I
に変化があるか否かが判定される（Ｓ₁₃₀₉）。判定がＮ
Ｏならば、図１２のアドレスＡ_Iにおける差分値Ｄを用
いて、Ｄ×Ａ_Fなる演算処理により、アドレスの小数部
Ａ_Fに対応する補間データ値Ｏが演算される
（Ｓ₁₃₂₁）。なお、差分値Ｄは、今回以前のインタラプ
トタイミングにおける音源処理により求まっている（後
述するＳ₁₃₁₄又Ｓ₁₃₁₇参照）。

【００８２】次に、上記補間データ値Ｏにアドレスの整
数部Ａ_Iに対応するサンプルデータＸ_Pが加算され、現
在アドレス（Ａ_I,Ａ_F）に対応する新しいサンプルデー
タＯ（図１２のＸ_Qに対応）が得られる（Ｓ₁₃₂₂）。

【００８３】この後、このサンプルデータに、前述のエ
ンベロープ処理で求まっているエンベロープ値Ｅが乗算
され（Ｓ₁₃₂₃）、得られたＯの内容がＲＡＭ２０６（図
２）内の波形データバッフアＢ（図１１参照）に累算さ
れる（Ｓ₁₃₂₄）。このバッファＢには、他の発音チャネ
ルに対する音源処理（図８Ｓ₈₀₂〜Ｓ₈₀₉）で生成され
た楽音波形出力が累算され、最終的に８チャネル分が累
算されたデータとして、１サンプル分の楽音波形データ
が生成される。

【００８４】その後、図６のメインフローに戻り、つぎ
のサンプリング周期でインタラプトが掛かって、図１３
〜図１５の音源処理の動作フローチャートがふたたび実
行されて、現在アドレス（Ａ_I,Ａ_F）にピッチデータ
（Ｐ_I,Ｐ_F）が加算される（Ｓ ₁₃₀₈）。

【００８５】以上の動作が、アドレスの整数部Ａ_Iに変
化が生ずるまで繰り返される。この間、サンプルデータ
Ｘ_P及び差分値Ｄは更新されず、補間データＯのみがア
ドレスＡ_Fに応じて更新され、その都度新たなサンプル
データＸ_Qが得られる。

【００８６】次に、Ｓ₁₃₀₈で現在アドレス（Ａ_I,Ａ_F）
にピッチデータ（Ｐ_I,Ｐ_F）が加算された結果、現在ア
ドレスの整数部Ａ_Iが変化したら（Ｓ₁₃₀₉）、アドレス
Ａ_IがエンドアドレスＡ_Eに達しているか又は越えてい
るか否かが判定される（Ｓ₁₃ ₁₀）。

【００８７】判定がＮＯの場合、以下のＳ₁₃₁₁〜Ｓ₁₃₁₄
のループ処理により、現在アドレスの整数部Ａ_Iに対応
するサンプルデータが計算される。すなわち、まず、旧
Ａ_Iという変数（図１０参照）には、現在アドレスの整
数部Ａ_Iが変化する前の値が格納されている。これは、
後述するＳ₁₃₁₃又はＳ₁₃₂₀の処理の繰り返しにより実現
される。

【００８８】この旧Ａ_Iの値がＳ₁₃₁₃で順次インクリメ
ントされながら、Ｓ₁₃₁₄において、旧Ａ_Iにより指示さ
れる制御データ兼波形用ＲＯＭ２１２（図２）上の適応
量子化差分データが読み出され、逆量子化の処理により
差分値Ｄが演算される。この逆量子化は、前述した如
く、上記適応量子化差分データを入力として、ＲＯＭ２
１２上に記憶されている図１７(b) 、図１８(b) の例の
ような特性を有する伸張テーブルで直接伸張されること
により実現され、これにより差分値Ｄが演算される。

【００８９】楽音波形信号の場合、その波形特性は予め
わかっているため、生成される楽音の特性別に図１７
(a) 又は図１８(b) の例のような伸張テーブルを複数組
用意して制御データ兼波形用ＲＯＭ２１２に記憶させる
ことにより、現在の適応量子化差分データの大きさに基
づいて、それを生成されるべき楽音に対応する伸張テー
ブルによって直接逆量子化できる。このため、通常の通
信音声信号のように長時間の平均的な特性しかわからな
いような信号に適用した場合に比較し、はるかに正確な
適応量子化を行うことが可能となり、高品質かつ高圧縮
率で楽音信号の記録・再生が可能となる。

【００９０】この場合、演奏者による音色の設定等に対
応して、どの伸張テーブルで伸張を行うかを示すテーブ
ル選択データＴＢＬが、例えば図６のメインフローの機
能キー処理Ｓ603 等でＲＡＭ２０６（図２）上の図１０
に示される各発音チャネル領域に設定される。そして、
上記伸張処理時に、そのテーブル選択データＴＢＬに対
応する伸張テーブルが制御データ兼波形用ＲＯＭ２１２
から読み出される。

【００９１】以上のようにして、ステップＳ₁₃₁₄で差分
値Ｄが演算される。そして、この差分値Ｄが、ステップ
Ｓ₁₃₁₂において順次サンプルデータＸ_Pに累算される。
以上の動作が繰り返される結果、旧Ａ_Iの値が変化後の
現在アドレスの整数部Ａ_Iに等しくなった時点で、サン
プルデータＸ_Pの値は変化後の現在アドレスの整数部Ａ
_Iに対応する値となる。

【００９２】このようにして、現在アドレスの整数部Ａ
_Iに対応するサンプルデータＸ_Pが求まると、Ｓ₁₃₁₁の
判定がＹＥＳとなり、前述の補間値の演算処理
（Ｓ₁₃₂₁）に移る。

【００９３】上述の音源処理が各インタラプトタイミン
グ毎に繰り返され、Ｓ₁₃₁₀の判定がＹＥＳに変化した
ら、つぎのループ再生のための処理に入る。ループ再生
とは、楽音信号の所定の波形領域を繰り返し連続して発
音させる場合に実行される処理であり、予め設定された
ループアドレスＡ_LからエンドアドレスＡ_Eまでが、演
奏者による消音指示が発生するまで繰り返し発音される
処理である。これにより、全ての楽音信号を記憶させな
くても長時間の発音が可能となる。

【００９４】まず、エンドアドレスＡ_Eを越えた分のア
ドレス（Ａ_I−Ａ_E）がループアドレスＡ_Lに加算さ
れ、得られたアドレスが新たな現在アドレスの整数部Ａ
_Iとされる（Ｓ₁₃₁₅）。

【００９５】以下、ループアドレスＡ_Lからどれだけア
ドレスが進んだかによって、差分値Ｄが演算され累算さ
れる操作が何回か繰り返されることにより、新たな現在
アドレスの整数部Ａ_Iに対応するサンプルデータＸ_Pが
計算される。

【００９６】すなわち、まず、初期設定としてサンプル
データＸ_Pが予め設定されているループアドレスＡ_Lで
のサンプルデータＸ_PL（図１０参照）の値とされ、旧Ａ
_IがループアドレスＡ_Lの値とされる（Ｓ₁₃₁₆）。

【００９７】Ａ_L及びＸ_PLは、予め制御データ兼波形用
ＲＯＭ２１２からＲＡＭ２０６の各発音チャネル領域
（図１０参照）に読み出されている。なお、これらは演
奏者が特には図示しない手段により設定できるようにし
てもよい。

【００９８】続いて、以下のＳ₁₃₁₇〜Ｓ₁₃₂₀の処理が繰
り返される。すなわち、旧Ａ_Iの値がＳ₁₃₂₀で順次イン
クリメントされながら、Ｓ₁₃₁₇において、旧Ａ_Iにより
指示される制御データ兼波形用ＲＯＭ２１２（図２）上
の適応量子化差分データが読み出され、Ｓ₁₃₁₄の場合と
同様の逆量子化（伸張）処理によって差分値Ｄが演算さ
れる。

【００９９】そして、この差分値Ｄが、Ｓ₁₃₁₉において
順次サンプルデータＸ_Pに累算される。以上の動作が繰
り返される結果、旧Ａ_Iの値が変化後の現在アドレスの
整数部Ａ_Iに等しくなった時点で、サンプルデータＸ_P
の値はループ処理後の新たな現在アドレスの整数部Ａ_I
に対応する値となる。

【０１００】このようにして、新たな現在アドレスの整
数部Ａ_Iに対応するサンプルデータＸ_Pが求まると、Ｓ
₁₃₁₈の判定がＹＥＳとなり、前述の補間値の演算処理
（Ｓ₁₃ ₂₁）に移る。

【０１０１】以上のようにして、１発音チャネル分のＡ
ＤＰＣＭ方式による波形データが生成される。ＡＤＰＣＭ方式による楽音の適応量子化処理の実施例次に、上述の音源処理を可能とするために、ＰＣＭ楽音
信号に対して適応量子化（圧縮処理）をおこなって、適
応量子化差分データを求める処理の実施例について説明
する。

【０１０２】本実施例で採用する適応量子化処理では、
前述したように、ＰＣＭ楽音信号の差分値の各振幅をど
の値に圧縮するかという圧縮テーブルを定め、上記差分
値をこの圧縮テーブルで圧縮しながら適応量子化して記
憶させる。そして、音源処理時には、その圧縮特性の逆
特性を有する伸張テーブルで適応量子化された差分値を
伸張しながら逆量子化が行って元の差分値を再生し、そ
れを累算して楽音波形を再生する。

【０１０３】そのため、楽音信号の特性毎、例えばフル
ート、シンバル、尺八等の楽音の種類毎に、例えば図１
７(a) 、図１８(a) に示すような圧縮テーブルを定め
る。これらの図では、縦軸のｄ（ＡＤＲ）がＰＣＭ楽音
信号の差分値であり、テーブル変換により求まるＧ｛ｄ
（ＡＤＲ）｝が適応量子化された差分データである。

【０１０４】そして、例えば図１７(a) は、圧縮率が大
きい特性であり、例えばシンバルのように、ＰＣＭ差分
信号が大きい値となり得るような楽音信号の圧縮に使用
される。これに対して、図１８(a) は、圧縮率が小さい
特性であり、例えばフルートのように、ＰＣＭ差分信号
があまり大きい値となり得ないような楽音信号の圧縮に
使用される。

【０１０５】また、上述の各圧縮テーブルに対応させ
て、図１７(b) 、図１８(b) のような伸張テーブルを定
める。この伸張テーブルは、図１７(a) 、図１８(a) 等
の圧縮テーブルの逆特性を有し、横軸の適応量子化差分
データｒｏｍ（ＡＤＲ）が伸張変換されて再生差分値Ｊ
｛ｒｏｍ（ＡＤＲ）｝が得られる。この伸張テーブル
は、前述したように、図２の制御データ兼波形用ＲＯＭ
２１２に記憶され、音源処理に使用されるが、以下の適
応量子化処理においても使用される。

【０１０６】以上のような圧縮テーブルを選択した後
に、図１９の動作フローチャートで示される適応量子化
処理が実行され、適応量子化差分データが求められる。
なお、このフローチャートは、制御データ兼波形用ＲＯ
Ｍ２１２（図２）に記憶される適応量子化差分データを
求めるための処理であるため、楽器本体ではなく、特に
は図示しない汎用コンピュータ等の制御装置で実行さ
れ、また、上述の圧縮テーブル及び伸張テーブルも特に
は図示しないメモリ上に用意される。また、特には図示
しない波形メモリ上には、予め図２０(a) に示されるよ
うなＰＣＭ楽音信号が選択的に記憶されているものとす
る。更に、説明の簡略化のため、ある楽器のＰＣＭ楽音
信号が選択されると、その信号は波形メモリ上のアドレ
ス０からＦＦＦ（１６進表現）まで記憶されるものとす
る。更に、以下の説明で使用される記号値は、実際には
ＲＡＭ上に設けられる変数の内容を示しているが、説明
では単に値を示す記号として説明する。

【０１０７】図１９において、まず、上記メモリ上のＰ
ＣＭ楽音信号の格納アドレス値ＡＤＲが、その楽音信号
の先頭アドレス０に初期設定される（Ｓ₁₉₀₁）。そし
て、そのアドレス値ＡＤＲがステップＳ₁₉₁₀で＋１ずつ
インクリメントされながら、最終アドレスＦＦＦと判定
されるまで（Ｓ₁₉₁₁）、ＰＣＭ楽音信号が順次読み出さ
れ、以下のステップＳ₁₉₀₂〜Ｓ₁₉₁₄の適応量子化処理が
実行される。

【０１０８】すなわち、アドレス値ＡＤＲに対応するア
ドレスから読み出されたＰＣＭ楽音信号値ＰＣＭ（ＡＤ
Ｒ）が、入力値Ｈ（ＡＤＲ）とされる（Ｓ₁₉₀₂）。次
に、この入力値Ｈ（ＡＤＲ）の値から、前回までの累算
波高値Ｒ（ＡＤＲ−１）が減算され、現在のＰＣＭ差分
値ｄ（ＡＤＲ）とされる（Ｓ₁₉₀₃）。累算波高値Ｒ（Ａ
ＤＲ−１）については後述する。

【０１０９】次に、上記ＰＣＭ差分値ｄ（ＡＤＲ）が、
図１７(a) 、図１８(a) 等から予め選択された圧縮テー
ブルによって圧縮変換され、その圧縮値Ｇ｛ｄ（ＡＤ
Ｒ）｝が、制御データ兼波形用ＲＯＭ２１２（図２）に
記憶される現在の適応量子化差分データｒｏｍ（ＡＤ
Ｒ）とされる（Ｓ₁₉₀₄）。

【０１１０】続いて、上述の適応量子化差分データｒｏ
ｍ（ＡＤＲ）が、上記圧縮テーブルに対応する伸張テー
ブルによって伸張変換されて逆量子化され、その変換値
が再生差分値Ｋ（ＡＤＲ）とされる（Ｓ₁₉₀₅）。そし
て、この値が前回までの累算波高値Ｒ（ＡＤＲ−１）に
加算され、現在の累算波高値Ｒ（ＡＤＲ）が求められる
（Ｓ₁₉₀₆）。

【０１１１】これらの処理は、上述の適応量子化差分デ
ータｒｏｍ（ＡＤＲ）に対して、音源処理と同様の再生
処理を行って、音源処理により得られるであろう現在の
累算波高値Ｒ（ＡＤＲ）を求める処理である。そして、
この再生側に対応する累算波高値Ｒ（ＡＤＲ）を使用し
て、前述のステップＳ₁₉₀₃で、次回のＰＣＭ差分値ｄ
（ＡＤＲ）を求めることにより、適応量子化を行ったこ
とによる誤差を吸収することができる。

【０１１２】上述のようにして求まった累算波高値Ｒ
（ＡＤＲ）は、本実施例では音源処理において正負の符
号を含めて１２ビットのデータとして得られる。そし
て、この絶対値が最大値である２０４７を越えているか
否かが判定される（Ｓ₁₉₀₇）。

【０１１３】越えていなければ、更に、現在のアドレス
ＡＤＲが、前述のループ再生（図１４参照）のための予
め設定されたループアドレスＡ_Lに等しいか否かが判定
される（Ｓ₁₉₀₈）。

【０１１４】等しくなければ、アドレスＡＤＲを＋１し
て（Ｓ₁₉₁₀）、ステップＳ₁₉₁₁の判定を介して、ステッ
プＳ２００２に戻る。ここで、現在のアドレスＡＤＲが
ループアドレスＡ_Lに等しいと判定された場合（Ｓ₁₉₀₈
の判定がＹＥＳ）、そのときの累算波高値Ｒ（ＡＤＲ）
がループ波高値Ｘ_PLとされて、ループアドレスＡ_Lと共
に図２の制御データ兼波形用ＲＯＭ２１２に格納され
る。これらのデータは、前述した図１４のループ再生処
理において使用される。

【０１１５】ステップＳ₁₉₀₇において、累算波高値Ｒ
（ＡＤＲ）の絶対値が、１２ビットの最大値である２０
４７を越えていると判定された場合、現在の適応量子化
差分データｒｏｍ（ＡＤＲ）の値が１つ下の量子化レベ
ルに下げられる。すなわち、ｒｏｍ（ＡＤＲ）が正の値
ならマイナス１され（Ｓ₁₉₁₂→Ｓ₁₉₁₃）、負の値ならプ
ラス１される（Ｓ₁₉₁₂→Ｓ₁₉₁₄）。

【０１１６】累算波高値Ｒ（ＡＤＲ）は、前述したよう
に、再生側（楽器側）の音源処理で得られるであろう実
際の楽音信号であるが、再生側で適応量子化差分データ
を逆量子化しながら累算していった場合、量子化誤差に
よって累算波高値の絶対値が再生側の規定ビット数の１
２ビットの最大値を越えてしまうことが起こり得る。そ
して、これが発生すると、符号の反転等が発生して大き
なノイズが発生してしまう。そのため、再生側で得られ
るであろう累算波高値Ｒ（ＡＤＲ）の絶対値が上記最大
値を越えた場合には、それを演算するもととなった現在
の適応量子化差分データｒｏｍ（ＡＤＲ）の量子化レベ
ルを下げることにより、再生側での累算波高値の絶対値
が上記最大値を越えないように制御する。

【０１１７】以上の処理の後に、再び前述のステップＳ
₁₉₀₅及びＳ₁₉₀₆を演算し直して、ステップＳ₁₉₀₇での判
定がＮＯとなるまで、上述の処理が繰り返される。な
お、通常は、量子化レベルを１レベル下げるだけで累算
波高値Ｒ（ＡＤＲ）の絶対値を上記最大値以下とするこ
とができる。

【０１１８】以上説明した適応量子化処理により、例え
ば図２０(a) の１２ビットのＰＣＭ楽音信号を、４ビッ
トのＡＤＰＣＭ楽音信号に圧縮することができる。

【０１１９】

【発明の効果】本発明によれば、専用の音源回路は全く
必要とせずに、汎用のプロセッサ構成とすることが可能
となる。このため、楽音波形発生装置全体の回路規模を
大幅に小型化することができ、ＬＳＩ化した場合等にお
いても通常のマイクロコンピュータの製造技術と同じで
よく、チップの歩留りも向上するため、製造コストを大
幅に低減させることが可能となる。なお、楽音信号出力
手段は簡単なラッチ回路で構成できるため、この部分を
付加したことによる製造コストの増加はほとんどない。

【０１２０】また、適応差分パルス符号変調方式の仕様
を若干変更したい場合、ポリフォニック数を変更したい
場合等において、プログラム記憶手段に記憶させる音源
処理プログラムを変更するだけで対処でき、新たな楽音
波形発生装置の開発コストを大幅に減少させることが可
能となり、ユーザに対しても例えばＲＯＭカード等によ
って新たな音源方式を提供することが可能となる。

【０１２１】この場合、演奏情操処理プログラムと音源
処理プログラムとの間のデータのリンクをデータ記憶手
段上の楽音生成データを介して行うというデータアーキ
テクチャと、演奏情報処理プログラムに対して所定時間
間隔で音源処理プログラムを実行するというプログラム
アーキテクチャを実現したことにより、両プロセッサ間
の同期をとるための処理が必要なくなり、プログラムを
大幅に簡略化することが可能となる。これにより、適応
差分パルス符号変調方式のように処理が複雑な音源処理
も、十分な余裕をもって実行することができる。

【０１２２】更に、適応差分パルス符号変調方式の音源
処理における処理条件による処理時間の変化を楽音信号
出力手段によって全て吸収することができるため、楽音
信号をＤ／Ａ変換器等へ出力するための複雑なタイミン
グ制御プログラムが必要なくなるという効果も生まれ
る。

【０１２３】加えて、本発明では、ＡＤＰＣＭ方式とし
て、適応量子化された差分データを複数種類の楽音特性
に応じた伸張テーブルによって直接伸張変換して逆量子
化された差分値を復号するようにすれば、予め特性がわ
かっている各楽音信号に対応した最適な効率で楽音信号
の再生が可能となる。

【０１２４】そして、本発明では、データ圧縮手段によ
り、上述のような適応量子化された楽音信号の差分デー
タを、楽音信号の種類に応じて最適の圧縮率となるよう
な圧縮テーブルを使用して楽音信号の差分値を適応量子
化することにより、得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の全体構成図である。

【図２】マイクロコンピュータの内部構成図である。

【図３】従来のＤ／Ａ変換器部の構成図である。

【図４】本実施例によるＤ／Ａ変換器部の構成図であ
る。

【図５】Ｄ／Ａ変換におけるタイミングチャートであ
る。

【図６】本実施例の全体動作フローチャートである。

【図７】インタフェース処理の動作フローチャートであ
る。

【図８】音源処理の動作フローチャートである。

【図９】メイン動作フローチャートとインタラプト処理
との関係を示す概念図である。

【図１０】ＲＡＭ上の発音チャネル毎の記憶領域を示す
図である。

【図１１】ＲＡＭ上のバッフア領域を示す図である。

【図１２】ＡＤＰＣＭ方式において差分値Ｄと現在アド
レスＡ_Fを用いて補間値Ｘ_Qを求める場合の原理説明図
である。

【図１３】ＡＤＰＣＭ方式による音源処理の動作フロー
チャート（その１）である。

【図１４】ＡＤＰＣＭ方式による音源処理の動作フロー
チャート（その２）である。

【図１５】ＡＤＰＣＭ方式による音源処理の実施例の動
作フローチャート（その３）である。

【図１６】エンベロープ特性の説明図である。

【図１７】圧縮テーブルと伸張テーブルの第１の例を示
した図である。

【図１８】圧縮テーブルと伸張テーブルの第２の例を示
した図である。

【図１９】適応量子化処理の動作フローチャートであ
る。

【図２０】ＰＣＭ楽音信号とＡＤＰＣＭ楽音信号の例を
示した図である。

【符号の説明】

１０１マイクロコンピュータ１０２鍵盤１０３機能キー１０４スイッチ部１０５ローパスフィルタ１０６アンプ１０７スピーカ１０８電源回路２０１制御用ＲＯＭ２０２ＲＯＭアドレスデコーダ２０３インタラプト制御部２０４ＲＡＭアドレス制御部２０５ＲＯＭアドレス制御部２０６ＲＡＭ２０７コマンド解析部２０８ＡＬＵ部２０９乗算器２１０入力ポート２１１出力ポート２１２制御データ兼波形用ＲＯＭ２１３Ｄ／Ａ変換器部３０１、４０１ラッチ３０３Ｄ／Ａ変換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斯波康祐東京都西多摩郡羽村町栄町３丁目２番１号カシオ計算機株式会社羽村技術センター内 (72)発明者太期広一郎東京都西多摩郡羽村町栄町３丁目２番１号カシオ計算機株式会社羽村技術センター内 (72)発明者小倉和夫東京都西多摩郡羽村町栄町３丁目２番１号カシオ計算機株式会社羽村技術センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】演奏情報を処理するための演奏情報処理
プログラムと、楽音信号を得るための適応差分パルス符
号変調方式による音源処理プログラムを記憶するプログ
ラム記憶手段と、前記プログラム記憶手段のアドレスを制御するアドレス
制御手段と、前記適応差分パルス符号変調方式で楽音信号を生成する
ために必要な楽音生成データを記憶するデータ記憶手段
と、適応量子化された楽音信号の差分データを伸張変換して
逆量子化された楽音信号の差分値を復号するための変換
テーブルであって、生成される複数種類の楽音信号の各
特性に応じた複数の伸張テーブルを記憶する伸張テーブ
ル記憶手段と、演算処理手段と、前記アドレス制御手段、前記データ記憶手段及び前記演
算処理手段を制御しながら、前記プログラム記憶手段に
記憶された前記演奏情報処理プログラム又は前記音源処
理プログラムを実行する手段であり、通常時は前記演奏
情報処理プログラムを実行して前記データ記憶手段上の
楽音生成データを制御し、所定時間間隔で前記音源処理
プログラムに制御を移してそれを実行し、その終了後に
再び前記演奏情報処理プログラムを実行する手段であ
り、前記音源処理プログラムの実行時に、前記データ記
憶手段上の楽音生成データに基づいて前記適応差分パル
ス符号変調方式で楽音信号を生成し、その場合に、前記
データ記憶手段から読み出した各処理タイミング毎の適
応量子化された楽音信号の差分データを、前記伸張テー
ブル記憶手段に記憶された生成されるべき楽音信号の種
類に応じた伸張テーブルで伸張変換して逆量子化された
楽音信号の差分値を復号し、それを累算することにより
楽音信号を生成するプログラム実行手段と、前記プログラム実行手段が前記音源処理プログラムを実
行して得られた前記楽音信号を保持し、該保持された楽
音信号を一定の出力時間間隔で出力する楽音信号出力手
段と、を有することを特徴とする楽音波形発生装置。
【請求項２】適応量子化された楽音信号の差分データ
を生成するための楽音波形圧縮装置において、楽音信号の差分値を圧縮変換して適応量子化された楽音
信号の差分データを生成するための変換テーブルであっ
て、適応量子化すべき楽音信号の種類に応じて最適の圧
縮率となるような圧縮テーブルを使用して、適応量子化
を行うデータ圧縮手段を有する、ことを特徴とする楽音
波形圧縮装置。