JP3285137B2 - 楽音発生装置および楽音発生方法、並びに該方法に係るプログラムを記憶した記憶媒体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、演算処理装置上
で所定の楽音生成ソフトウェアを実行することにより楽
音を生成する楽音発生装置および楽音発生方法、並びに
該方法に係るプログラムを記憶した記憶媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＣＰＵなどの汎用の演算処理
装置上で所定の楽音生成ソフトウェアを実行することに
より楽音を生成する楽音発生装置が知られている。これ
は、いわゆるソフトウェア音源あるいはソフト音源と呼
ばれる方式のものである。近年では、ソフト音源におい
ても高機能化が求められ、処理をより高速化したいとい
う要求がある。

【０００３】一方、近年では、１命令で複数の演算を並
列に実行可能な命令を備えたＣＰＵが提案されている。
例えば、Ｉｎｔｅｌ社による「ＭＭＸ」と呼ばれる拡張
命令セットを備えたＣＰＵなどである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の並列化の考え方
として、画像処理に並列処理を適用する場合は、隣り合
った画素データ（８ビット）同士をグループ化して複数
画素に対する処理を並列化していた。一方、音声処理や
楽音生成処理を並列処理で行なう場合、時間的に連続し
た複数サンプル（１６ビット）をグループ化し、振幅制
御やフィルタ処理などの処理を並列化していた。

【０００５】また、上述の１命令で複数の演算を並列に
実行可能な拡張命令セットを備えたＣＰＵを用いること
も考えられる。例えば、図５はソフト音源のエフェクト
処理のアルゴリズムを示すブロック図であり、図６
（ａ）は図５の回路ＡＰｎの詳細図、図６（ｂ）は図５
の回路ＣＦｎの詳細図である。図６では、２つの入力デ
ータにそれぞれ所定係数を乗算して加算する部分があ
る。例えば、図６（ａ）の（ｍ４，ｍ５，ａ５）および
（ｍ６，ｍ７，ａ６）や、図６（ｂ）の（ｍ９，ｍ１
０，ａ７）の部分である。これらの部分の演算は、２つ
の入力データにそれぞれ所定係数を乗算して加算する処
理を１命令で実行する拡張命令を備えたＣＰＵを用いれ
ば、１命令で実行することができ、高速な処理が可能で
ある。しかし、このような高速化は、基本的に１つの処
理アルゴリズム内の計算を工夫して行なうものであるこ
とには変わりがないので、完全に並列処理化できない部
分が生じ、並列化の効果を最大限に利用できなかった。

【０００６】また、楽音波形の生成処理では、アドレス
生成、エンベロープ発生、フィルタ処理などにおいて、
過去の波形サンプルを用いて現在の波形サンプルを求め
る、という処理が含まれる。これは、アドレス発生では
「１サンプリング周期前のアドレスに基づいて、現在の
アドレスを生成する処理」であり、エンベロープ発生で
は「直前のエンベロープ値に基づいて現在のエンベロー
プ値を生成する処理」で有り、フィルタ処理では「過去
の波形サンプルと、現在の入力波形サンプルの値に基づ
いてフィルタ演算を行ない、出力波形サンプルを生成出
力する処理」である。このように過去の波形サンプルを
用いて現在の波形サンプルを求めるため、時系列的に隣
り合った波形サンプルを求める処理を並列化するのは困
難であった。

【０００７】この発明は、１命令で複数の演算を並列に
実行可能なＣＰＵを用いて実現するソフト音源におい
て、より高速に波形生成演算を行なうことができるよう
にした楽音発生装置および楽音発生方法、並びに該方法
に係るプログラムを記憶した記憶媒体を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、汎用の演算処理装置上で所
定の楽音生成ソフトウェアを実行することにより楽音波
形を生成する楽音発生装置であって、前記演算処理装置
を、１命令で複数の演算を並列に実行可能な拡張命令セ
ットを備えたものとするとともに、該拡張命令を用い
て、複数チャンネルの波形生成をｎチャンネル（ｎは２
以上の整数）分ずつ並列的に行ない、生成された前記複
数チャンネル分の波形データを混合し、混合された波形
データに施すエフェクト処理のアルゴリズム内の並列処
理可能な部分の処理を並列的に行なうことを特徴とす
る。

【０００９】請求項２に係る発明は、汎用の演算処理装
置上で所定の楽音生成ソフトウェアを実行することによ
り楽音波形を生成する楽音発生方法であって、前記演算
処理装置を、１命令で複数の演算を並列に実行可能な拡
張命令セットを備えたものとするとともに、該拡張命令
を用いて、複数チャンネルの波形生成をｎチャンネル
（ｎは２以上の整数）分ずつ並列的に行ない、生成され
た前記複数チャンネル分の波形データを混合し、混合さ
れた波形データに施すエフェクト処理のアルゴリズム内
の並列処理可能な部分の処理を並列的に行なうことを特
徴とする。

【００１０】請求項３に係る発明は、複数チャンネル分
の楽音を発生する楽音発生方法であって、演奏情報を供
給するステップと、所定時間間隔でタイミング信号を発
生するステップと、前記タイミング信号の発生ごとに、
前記演奏情報に応じた複数チャンネル分の波形データを
生成するステップであって、該生成ステップでは、複数
チャンネル分の処理を並列にｎチャンネル（ｎは２以上
の整数）分ずつ並列に行ない、連続する複数サンプル分
の波形データを生成して出力するものと、生成された波
形データを、サンプリング周期ごとに１サンプルずつＤ
／Ａ変換器に供給し、アナログ波形に変換するステップ
とを含むことを特徴とする。

【００１１】請求項４に係る発明は、汎用の演算処理装
置上で所定の楽音生成ソフトウェアを実行することによ
り楽音波形を生成する楽音発生方法であって、前記演算
処理装置を、１命令で複数の演算を並列に実行可能な拡
張命令セットを備えたものとするとともに、該拡張命令
を用いて、複数チャンネルの波形生成処理のうち、第１
の処理をｎチャンネル（ｎは２以上の整数）分ずつ並列
的に行ない、第２の処理をｍチャンネル（ｍはｎ以外の
２以上の整数）分ずつ並列的に行ない、最終的に生成さ
れた前記複数チャンネル分の波形データを混合し、さら
に混合された波形データに施すエフェクト処理のアルゴ
リズム内の並列処理可能な部分の処理を並列的に行な
い、効果の付与された波形データを出力することを特徴
とする。第１の処理とは例えば波形データのアドレス生
成などであり、第２の処理とは例えば音量制御処理など
である。

【００１２】請求項５に係る発明は、汎用の演算処理装
置上で所定の楽音生成ソフトウェアを実行することによ
り楽音波形を生成する楽音発生方法に係るプログラムを
記憶した記憶媒体であって、前記演算処理装置を、１命
令で複数の演算を並列に実行可能な拡張命令セットを備
えたものとするとともに、前記プログラムは、該拡張命
令を用いて、複数チャンネルの波形生成をｎチャンネル
（ｎは２以上の整数）分ずつ並列的に行ない、生成され
た前記複数チャンネル分の波形データを混合し、混合さ
れた波形データに施すエフェクト処理のアルゴリズム内
の並列処理可能な部分の処理を並列的に行なうものであ
ることを特徴とする。

【００１３】請求項６に係る発明は、複数チャンネル分
の楽音を発生する楽音発生方法に係るプログラムを記憶
した記憶媒体であって、該プログラムは、演奏情報を供
給するステップと、所定時間間隔でタイミング信号を発
生するステップと、前記タイミング信号の発生ごとに、
前記演奏情報に応じた複数チャンネル分の波形データを
生成するステップであって、該生成ステップでは、複数
チャンネル分の処理を並列にｎチャンネル（ｎは２以上
の整数）分ずつ並列に行ない、連続する複数サンプル分
の波形データを生成して出力するものと、生成された波
形データを、サンプリング周期ごとに１サンプルずつＤ
／Ａ変換器に供給し、アナログ波形に変換するステップ
とを含むことを特徴とする。

【００１４】請求項７に係る発明は、汎用の演算処理装
置上で所定の楽音生成ソフトウェアを実行することによ
り楽音波形を生成する楽音発生方法に係るプログラムを
記憶した記憶媒体であって、前記演算処理装置を、１命
令で複数の演算を並列に実行可能な拡張命令セットを備
えたものとするとともに、前記プログラムは、該拡張命
令を用いて、複数チャンネルの波形生成処理のうち、第
１の処理をｎチャンネル（ｎは２以上の整数）分ずつ並
列的に行ない、第２の処理をｍチャンネル（ｍはｎ以外
の２以上の整数）分ずつ並列的に行ない、最終的に生成
された前記複数チャンネル分の波形データを混合し、さ
らに混合された波形データに施すエフェクト処理のアル
ゴリズム内の並列処理可能な部分の処理を並列的に行な
い、効果の付与された波形データを出力することを特徴
とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いてこの発明の実
施の形態を説明する。

【００１６】図１は、この発明に係る楽音発生装置およ
び楽音発生方法を適用した電子楽器のブロック構成図を
示す。この電子楽器は、中央処理装置（ＣＰＵ）１０
１、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）１０２、ランダムア
クセスメモリ（ＲＡＭ）１０３、ドライブ装置１０４、
タイマ１０６、ネットワーク入出力（Ｉ／Ｏ）インタフ
ェース１０７、キーボード１０８、ディスプレイ１０
９、ハードディスク１１０、サンプリングクロック（Ｆ
ｓ）発生器１１１、サウンドＩ／Ｏ１１２、ＤＭＡ（ダ
イレクトメモリアクセス）コントローラ１１４、サウン
ドシステム１１５、およびバスライン１１６を備えてい
る。

【００１７】ＣＰＵ１０１は、この電子楽器全体の動作
を制御する。ＣＰＵ１０１は、１命令で複数の演算を並
列に実行可能な拡張命令セットを備えたものである。具
体的には、ＣＰＵ内部の６４ビット幅のレジスタで扱わ
れるデータを１６ビット幅のデータ４個であるものと
し、この１６ビット幅のデータ４個を同時に扱う命令、
および６４ビット幅のデータを３２ビット幅のデータ２
個であるものとし、この３２ビット幅のデータ２個を同
時に扱う命令を備えたものである。

【００１８】ＲＯＭ１０２は、ＣＰＵ１０１が実行する
制御プログラム（ソフトエフェクタを含むソフト音源の
プログラムなど）や各種の定数データなどを格納する。
またＲＯＭ１０２上には、ＣＰＵ１０１がソフト音源の
プログラムを実行して楽音生成するときに使用する波形
データ（所定のレートでサンプリングされた波形サンプ
ルデータ）が用意されている。なお、制御プログラムや
各種定数データなど、および波形データは、ＲＯＭ１０
２でなく、ＲＡＭ１０３上に用意したものを使用するこ
ともできる。この場合、制御プログラムなどのデータ
は、ＣＤ−ＲＯＭなどの外部記憶媒体１０５やネットワ
ークＩ／Ｏ１０７から供給され、ＲＡＭ１０３上に展開
されたり、ハードディスク１１０に保存される。ＲＡＭ
１０３には、各種のレジスタ、波形生成用バッファ、再
生バッファなどのワーク領域が設けられる。ドライブ装
置１０４は、ＦＤ（フロッピーディスク）やフラッシュ
カードなどの外部記憶媒体１０５との間で各種データを
入出力するためのものである。ハードディスク１１０
は、各種データの記録用に用いる記憶装置である。

【００１９】タイマ１０６は、ＣＰＵ１０１に対して所
定間隔でタイマ割り込みを発生させるためのタイマクロ
ック信号を発生する。ネットワークＩ／Ｏインタフェー
ス１０７は、外部の公衆回線やＬＡＮ（ローカルエリア
ネットワーク）を介して各種データを授受するためのイ
ンタフェースである。キーボード１０８は、各種の情報
を入力するために用いるタイピングキーボードである。
ディスプレイ１０９は、各種の情報を表示するディスプ
レイである。ユーザは、キーボード１０８およびディス
プレイ１０９を用いてこの電子楽器に対する各種の設定
操作および指示操作を行なうことができる。

【００２０】Ｆｓ発生器１１１は、サウンドＩ／Ｏ１１
２に与える周波数Ｆｓのサンプリングクロックを発生す
る。サウンドＩ／Ｏ１１２は、コーデック（ＣＯＤＥ
Ｃ）と呼ばれるＬＳＩからなる。サウンドＩ／Ｏ１１２
は、アナログディジタル（Ａ／Ｄ）変換機能およびディ
ジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換機能を備えており、Ａ／
Ｄ入力端子には外部入力１１３からのアナログ楽音信号
が入力し、Ｄ／Ａ出力端子にはサウンドシステム１１５
が接続される。サウンドＩ／Ｏ１１２は、内部に２つの
ＦＩＦＯ（First In First Out）方式のスタック領域を
備えている。一つはＡ／Ｄ入力端子経由で入力されたデ
ィジタル波形データを保持する入力ＦＩＦＯであり、も
う一つはＤ／Ａ出力端子経由で出力するディジタル波形
データを保持する出力ＦＩＦＯである。

【００２１】外部入力１１３からサウンドＩ／Ｏ１１２
のＡ／Ｄ入力端子に入力したアナログ楽音信号は、周波
数Ｆｓのサンプリングクロックに応じてＡ／Ｄ変換さ
れ、（必要に応じてＡＤＰＣＭ方式などで圧縮してもよ
い）入力ＦＩＦＯへ書き込まれる。入力ＦＩＦＯに波形
データが入っていると、サウンドＩ／Ｏ１１２は、ＤＭ
Ａコントローラ１１４に対してその入力波形データを処
理する要求を出す。ＤＭＡコントローラ１１４は、その
処理要求に応じて、入力ＦＩＦＯのデータをＲＡＭ１０
３上の所定の領域（あらかじめ確保されている録音バッ
ファ領域）に転送する。このＤＭＡコントローラ１１４
によるデータの転送は、ＤＭＡコントローラ１１４がサ
ンプリングクロックＦｓごとにＣＰＵ１０１に割り込み
（ハードウェア割り込み）をかけバスライン１１６を確
保して行なう。ＣＰＵ１０１は、ＤＭＡコントローラ１
１４によるバスライン１１６の確保を意識することはな
い。

【００２２】一方、サウンドＩ／Ｏ１１２内の出力ＦＩ
ＦＯに波形データが存在する場合、その出力ＦＩＦＯ内
の波形データは、サンプリングクロックＦｓごとにＤ／
Ａ変換され、Ｄ／Ａ出力端子経由でサウンドシステム１
１５に送出され放音される。出力ＦＩＦＯの波形データ
が出力されると、出力ＦＩＦＯに空きができるので、サ
ウンドＩ／Ｏ１１２は、ＤＭＡコントローラ１１４に波
形データ取得の要求を出す。ＣＰＵ１０１は、あらかじ
め出力したい波形データを生成してＲＡＭ１０３上の再
生バッファ（後述するＰＢ０，ＰＢ１）に置いておき、
ＤＭＡコントローラ１１４にはその波形の再生要求を出
しておく。ＤＭＡコントローラ１１４は、サンプリング
クロックＦｓごとにＣＰＵ１０１に割り込みをかけてバ
スライン１１６を確保し、ＲＡＭ１０３上の再生バッフ
ァの波形データをサウンドＩ／Ｏ１１２の出力ＦＩＦＯ
に転送する。このＤＭＡコントローラ１１４による波形
データの転送は、ＣＰＵ１０１が意識することはない。
出力ＦＩＦＯに書き込まれた波形データは、上述したよ
うにサンプリングクロックＦｓごとにサウンドシステム
１１５へと送られて放音される。

【００２３】ソフト音源はＣＰＵ１０１がＲＯＭ１０２
の楽音生成ソフトウェアを実行することにより実現され
るが、該ソフト音源を利用する側から見ると、楽音生成
ソフトウェアをドライバとして登録しておき、該ドライ
バを起動した後、所定のソフト音源に係るＡＰＩ（Appl
ication Program Interface）に各種演奏入力を表わす
ＭＩＤＩ（Musical Instruments digital Interface）
イベントメッセージを出力して楽音生成に関する各種の
処理をソフト音源に行なせる、という手順になる。ＣＰ
Ｕ１０１は汎用の演算処理装置であり、該ＡＰＩに対し
て演奏入力を与える処理、すなわちＭＩＤＩイベントを
該ＡＰＩに出力する処理など、ソフト音源とは別の処理
も行なっている。ＣＰＵ１０１が該ＡＰＩに対して演奏
入力を与える処理とは、例えば、不図示の演奏操作子
（鍵盤など）の操作に応じてリアルタイムで発生する演
奏入力を該ＡＰＩに出力したり、ネットワークＩ／Ｏ１
０７を介してリアルタイムで入力したＭＩＤＩイベント
に応じた演奏入力を該ＡＰＩに出力したり、ＲＡＭ１０
３上にＭＩＤＩイベントのシーケンスを用意しておき
（外部記憶媒体１０５やハードディスク１１０上にある
データを用いてもよいし、ネットワークＩ／Ｏ１０７を
介して入力したデータを用いてもよい）これを順次演奏
入力として該ＡＰＩに出力したり、といった処理であ
る。

【００２４】図２を参照して、ソフト音源の楽音生成原
理を説明する。図２において、Ｓ１〜Ｓ４の各区間は、
所定のサンプル数（２×１２８サンプル）分の再生を行
なう単位となる時間フレームを示す。「演奏入力」のラ
イン上に記載してある下向き矢印は、その時刻で演奏入
力があったことを示す。演奏入力とは、上述のソフト音
源に係るＡＰＩに、ノートオン、ノートオフ、アフタタ
ッチ、プログラムチェンジなどの各種のＭＩＤＩイベン
トが入力されることである。図２の例では、フレームＳ
１で３つ、Ｓ２で２つ、Ｓ３で１つの演奏入力がそれぞ
れあったということである。ソフト音源は、複数チャン
ネル分の複数楽音を同時生成可能であり、ＲＡＭ１０３
上に用意される複数チャンネル分のソフト音源レジスタ
で各楽音を制御するようになっている。ソフト音源は、
演奏入力としてノートオンイベントを入力したときは、
ソフト音源レジスタに関して発音割り当てを行ない、割
り当てたチャンネルに対応するソフト音源レジスタに該
チャンネルの発音を制御する各種のデータとノートオン
を書き込む。演奏入力としてノートオフイベントを入力
したときは、該当するチャンネルに対応するソフト音源
レジスタにノートオフを書き込む。ノートオンやノート
オフ以外の演奏入力（例えばアフタタッチの変更など）
についても同様に、該当するチャンネルに対応するソフ
ト音源レジスタに演奏入力に応じたデータを書き込む。
ある時間フレームでソフト音源レジスタに書込まれたデ
ータは、データの種類にかかわりなく、必ず次の時間フ
レームから波形生成演算に使用される。

【００２５】図２の「ＣＰＵによる波形生成」の矩形２
０１〜２０４は、ＣＰＵ１０１により効果付与も含めた
波形生成演算を実行する区間を示す。この波形生成演算
では、ソフト音源レジスタに設定された複数チャンネル
分のデータに基づいて複数チャンネル分の楽音波形生成
を行なう。演奏入力に応じてソフト音源レジスタが書き
換えられ、一方、演奏入力のない期間は、ソフト音源レ
ジスタは過去に書込まれたデータを保持している。した
がって、各波形生成の区間２０１〜２０４では、直前あ
るいはさらに前のフレームで検出した演奏入力に応じた
波形生成演算を実行することになる。フレームが切り替
わるタイミングでフレーム割り込みが発生するので、各
フレームでの波形生成演算（後述の図７（ａ））はこの
フレーム割り込みを契機として実行される。

【００２６】例えば、フレームＳ１で検出された３つの
演奏入力に対しては、次のフレームＳ２の先頭のフレー
ム割り込みを契機として区間２０２で波形生成演算を行
なう。ＣＰＵ１０１は、この波形生成演算により、ＲＡ
Ｍ１０３上の波形生成用バッファに波形データ（複数チ
ャンネル分を累算したものであって、かつ効果も付与し
たもの）を生成する。生成した波形データはＲＡＭ１０
３上の再生バッファ領域に書き込む。この再生バッファ
領域としては、連続したアドレスに用意された同じ大き
さの２つのバッファ領域ＰＢ０とＰＢ１（２つをまとめ
てダブルバッファと呼ぶ）を用いる。再生バッファ領域
への書き込みは、後述する図８（ａ）のステップ８０７
で行なう。また、フレームごとにバッファＰＢ０とＰＢ
１とを交互に用いるようにする。例えば、フレームＳ１
の区間２０１で生成した波形データはＲＡＭ１０３上の
再生バッファ領域ＰＢ０に書き込み、フレームＳ２の区
間２０２で生成した波形データは再生バッファ領域ＰＢ
１に書き込み、フレームＳ３の区間２０３で生成した波
形データは再生バッファ領域ＰＢ０に書き込み、フレー
ムＳ４の区間２０４で生成した波形データは再生バッフ
ァ領域ＰＢ１に書き込み、…というように、交互にＰＢ
０とＰＢ１に波形データを書き込む。

【００２７】再生バッファＰＢ０およびＰＢ１に書き込
んだ波形データの読み出し再生は、図２の「読み出し再
生」に示すように、フレーム割り込みを契機として、波
形生成したフレームの次のフレームの区間で行なう。す
なわち、フレームＳ１で生成しＰＢ０に書き込んだ波形
データは次のフレームＳ２で、フレームＳ２で生成しＰ
Ｂ１に書き込んだ波形データは次のフレームＳ３で、フ
レームＳ３で生成しＰＢ０に書き込んだ波形データは次
のフレームＳ４で、…というように、ＰＢ０とＰＢ１の
波形データを交互に読み出し再生していく。読み出し再
生は、ＤＭＡコントローラ１１４が、サンプリングクロ
ックＦｓごとにＣＰＵ１０１に割り込みをかけて、ＲＡ
Ｍ１０３上の再生バッファ（ＰＢ０またはＰＢ１の指定
された方）の波形データをサウンドＩ／Ｏ１１２の出力
ＦＩＦＯに転送することにより行なう。フレーム割り込
みは、再生バッファＰＢ０およびＰＢ１をループ読み出
しする際のリターン発生時（すなわちＰＢ１の再生終了
時）と、ループ読み出しの中間点通過時（すなわちＰＢ
０の再生終了時）に発生する。フレーム割り込みは、サ
ウンドＩ／Ｏ１１２が発生するハードウェア割り込みで
あり、１フレーム再生完了の時点を示す。すなわち、サ
ウンドＩ／Ｏ１１２は、転送サンプル数（ＤＭＡＣ１１
４によりＰＢ０，ＰＢ１からサウンドＩ／Ｏの出力ＦＩ
ＦＯに転送したサンプル数）をカウントし、再生バッフ
ァのサイズ（ＰＢ０，ＰＢ１を合せたサイズ）の半分の
数のサンプルの転送ごとにフレーム割り込みを発生す
る。

【００２８】ソフト音源は、複数チャンネル分の複数楽
音を同時生成可能である。特にこの実施の形態では、ソ
フト音源を実現するＣＰＵ１０１は１命令で複数のデー
タに対する同じ処理を行なう機能を備えたものであるの
で、波形生成すべき複数チャンネルの処理をこの機能を
用いて並列に実行することにより、処理の高速化を図っ
ている。具体的には、１チャンネル分の波形生成処理
は、アドレス生成処理、波形サンプル読み出し処理、補
間処理、フィルタ処理、および音量制御＆累算処理など
から構成されるが、これらの処理を複数チャンネルに関
して同時に行なうようにしている。

【００２９】図３は、４チャンネル分のデータのパック
化の様子を示す図である。上記ＣＰＵ１０１の拡張命令
セットによれば、１６ビット×４個のデータを集めて
（パックして）６４ビットレジスタにセットし、他の６
４ビットレジスタの１６ビット×４個のデータと、乗
算、加算、減算などの演算を同時に行なうことができ
る。図３は、乗算の例である。このようにして、複数チ
ャンネルの処理を４チャンネルごとに分けて、それら４
チャンネル分の処理を同時に行なう。同時に実行する４
チャンネルは、ｎ＝１，２，３，…として、｛４×（ｎ
−１）＋１｝から｛４×ｎ｝の４チャンネルである。

【００３０】図４は、各発音チャンネルの音色フィルタ
処理のアルゴリズム例を示す。この音色フィルタ処理
は、図４から分かるように、ほぼ加算と乗算から構成さ
れている。したがって、１６ビット×４個のデータを並
列に処理する上記拡張命令を用いれば４チャンネル分の
音色フィルタ処理が並列に同時に実行できる。遅延回路
ｄ１，ｄ２は、１６ビット×４個の６４ビットデータを
所定のアドレスに書き込んでおき、後で読み出すように
すればよい。

【００３１】図５および図６は、エフェクト処理のアル
ゴリズム例を示す。エフェクト処理は、チャンネルごと
に行なうのではなく、各チャンネルで波形生成してチャ
ンネル累算した結果を入力して（図５では、ＸＬ，Ｘ
Ｒ，ＸＸの３系統を入力）処理するものであるから、１
つの処理アルゴリズムとして図５および図６の処理が実
行される。したがって、このようなエフェクト処理で
は、従来例で説明したのと同様に当該処理アルゴリズム
内の計算中で並列処理可能な部分を並列化することによ
り高速化を図っている。例えば、図６（ａ）の（ｍ４，
ｍ５，ａ５）および（ｍ６，ｍ７，ａ６）や、図６
（ｂ）の（ｍ９，ｍ１０，ａ７）の部分を、１命令で行
なうということである。

【００３２】なお、図５および図６のアルゴリズムの代
わりに、ステレオの左右の出力に同じ処理を施すような
エフェクト処理を使う場合は、３２ビット×２個のデー
タを同時処理する拡張命令を用いてステレオの左右の出
力のエフェクト処理を同時に行なうようにできる。

【００３３】次に、図７（ａ）（ｂ）および図８（ａ）
（ｂ）のフローチャートを参照して、上述の電子楽器の
ＣＰＵ１０１の処理手順を説明する。

【００３４】図７（ａ）は、ＣＰＵ１０１の制御プログ
ラムのうちソフト音源に係るメインルーチンの処理手順
を示す。このメインルーチンは、ソフト音源のドライバ
としてＯＳ（Operating System）に登録されているもの
である。ソフト音源を使用した楽音生成を行なう際に
は、まずこのドライバ、すなわち図７（ａ）の処理を起
動し、ソフト音源に係るＡＰＩを有効にしておく。図７
（ａ）において、ステップ７０１で各種の初期設定を行
なう。この初期設定で、再生バッファＰＢ０，ＰＢ１を
０クリアするとともに、サウンドＩ／Ｏ１１２とＤＭＡ
Ｃ１１４に指示して図１および図２で説明した再生バッ
ファＰＢ０とＰＢ１とを交互に読み出し再生する処理を
開始しておく。次にステップ７０２で何らかの起動要因
があるか否かチェックし、ステップ７０３で起動要因が
あればステップ７０４に進む。起動要因がなければ再び
７０２に戻る。ステップ７０２〜７０４の起動要因の受
け付けが、ソフト音源に係るＡＰＩに対する指示受け付
けに相当する。

【００３５】ステップ７０４では発生している起動要因
の種類を判別しそれぞれの処理に分岐する。起動要因が
ＭＩＤＩイベントの入力であったときは、ステップ７０
５のＭＩＤＩ処理を行ない、その後再びステップ７０２
に戻る。このＭＩＤＩイベントの入力とステップ７０５
のＭＩＤＩ処理が、図２の演奏入力の受け付けに相当す
る。ステップ７０４で起動要因がフレーム割り込み（１
フレーム再生完了）であるときは、ステップ７０６の波
形生成処理を行ない、その後再びステップ７０２に戻
る。フレーム割り込みは、サウンドＩ／Ｏ１１２が１フ
レーム再生完了するごとに発生するハードウェア割り込
みである。ステップ７０６の波形生成処理が、図２の２
０１〜２０４に示した波形生成演算を行なう処理であ
る。この波形生成処理では、一度に、１フレーム分の波
形データ（再生バッファＰＢ０，ＰＢ１を合せた大きさ
の半分に相当する数の波形サンプル）を生成し、再生バ
ッファＰＢ０またはＰＢ１に交互に書き込む。ステップ
７０４で起動要因がその他の要求であるときは、ステッ
プ７０７で当該起動要因に応じた処理を行ない、その後
再びステップ７０２に戻る。特に、サウンドＩ／Ｏ１１
２による外部入力１１３のサンプリングの指示、ソフト
エフェクタのアルゴリズムの設定変更の指示、波形生成
からエフェクト処理に出力される３系列の各系列の信号
送出レベルを規定する重み付け係数の設定指示などの要
求がなされたときには、ステップ７０７のその他処理で
対応する処理を行なう。ステップ７０４で起動要因がソ
フト音源の終了要求であったときは、ステップ７０８で
終了処理を行なった後、処理を終了する。

【００３６】図７（ｂ）は、図７（ａ）のステップ７０
５のＭＩＤＩ処理のうちノートオンイベントを入力した
ときに実行されるノートオンイベント処理の手順を示
す。まずステップ７１１で、入力したノートオンイベン
トのＭＩＤＩチャンネル、ノートナンバ、およびベロシ
ティを、それぞれレジスタＭＣ，ＮＮ，ＶＥに設定す
る。次に、ステップ７１２で、発音チャンネルの割り当
てを行なう。ステップ７１３で、割り当てた発音チャン
ネルのソフト音源レジスタに、発音に必要な情報（ノー
トナンバＮＮやベロシティＶＥなど）を設定する。さら
にステップ７１４で、割り当てた発音チャンネルのソフ
ト音源レジスタにノートオンを書き込んで発音開始指示
を出し、処理を終了する。

【００３７】図示しないが、ノートオフや他の演奏入力
などのＭＩＤＩイベント処理も同様である。すなわち、
ノートオフなら該当する発音チャンネルに対応するソフ
ト音源レジスタにノートオフを設定し、他の演奏入力な
ら該当する発音チャンネルに対応するソフト音源レジス
タに当該演奏入力に対応するデータを書き込む。

【００３８】図８（ａ）は、図７（ａ）のステップ７０
６の波形生成処理の手順を示す。まずステップ８０１で
演算準備を行なう。これは、ソフト音源レジスタを参照
して波形生成演算を行なうべきチャンネルを認識する処
理、今回の波形生成演算で生成した１フレーム分の波形
は再生バッファＰＢ０とＰＢ１のどちらに設定すべきか
を認識する処理、波形生成用バッファの全領域の０クリ
アなどの演算準備である。次に、ステップ８０２でワー
クレジスタｎに「１」をセットして、ステップ８０３に
進む。

【００３９】ステップ８０３では、｛４×（ｎ−１）＋
１｝から｛４×ｎ｝の４チャンネルに関して１フレーム
分の波形サンプルを生成する。この処理については、図
８（ｂ）で詳述する。ステップ８０４では、演算すべき
残りチャンネルがあるか否か判別する。あれば、ステッ
プ８０５でワークレジスタｎの値をインクリメントし
て、ステップ８０３に戻る。これを繰り返して演算すべ
き全チャンネルの波形生成を行なう。なお、波形生成を
４チャンネル分ずつまとめて行なうので、発音を行なっ
ていないチャンネルの演算が行なわれる場合もあるが、
そのチャンネルでは音量がゼロになるよう制御されてお
り、出力される楽音に影響を与えない。ステップ８０４
で演算すべき全チャンネルの波形生成が終了したら、ス
テップ８０６に進む。ステップ８０６では、図５および
図６に示したようなエフェクト処理を行なう。

【００４０】エフェクト処理の後、ステップ８０７で、
生成した１フレーム分の波形を再生予約する。これは、
生成した波形サンプルを再生バッファＰＢ０またはＰＢ
１の一方（現在、再生に用いられていない方）にコピー
する処理である。既に、ステップ７０１で再生バッファ
ＰＢ０とＰＢ１とを交互に読み出し再生する処理が開始
しているので、再生に用いられていない方に生成した波
形をコピーするだけで次のフレームで当該波形の発音が
実行される。

【００４１】図８（ｂ）は、図８（ａ）のステップ８０
３の４チャンネル分の１フレーム波形発生処理の手順を
示す。ステップ８１１で当該４チャンネルのうちの始め
の２チャンネル分のアドレス生成処理を行ない、ステッ
プ８１２で残りの２チャンネル分のアドレス生成処理を
行なう。ここで生成するアドレスは上述の波形データ
（この例ではＲＯＭ１０２上に用意されている）の読み
出しアドレスである。生成するアドレスは１６ビット幅
では足りないので、２チャンネルずつに分けてアドレス
生成している。２チャンネルずつの並列処理であるか
ら、ＣＰＵ１０１は３２ビット×２個のデータを並列処
理する拡張命令を用いている。

【００４２】次に、ステップ８１３で、波形サンプルの
読み出しを行なう。後の補間処理では、各チャンネル
で、２サンプルを用いた直線補間を行なうので、波形サ
ンプルの読み出しは、各チャンネル２サンプルずつ、４
チャンネル分を読み出す。ステップ８１４では、当該４
チャンネルに関して補間処理（２サンプルを用いた直線
補間）を並列に行なう。ステップ８１５では、当該４チ
ャンネルに関してフィルタ処理（図４）を並列に行な
う。ステップ８１６では、当該４チャンネルに関して音
量制御して累算する処理を並列に行なう。これは各チャ
ンネルの波形に所定のレベル制御用係数を乗算して累算
することにより３系列の出力（図５のＸＬ，ＸＲ，Ｘ
Ｘ）を求める処理である。累算処理があるので、ステッ
プ８１６の処理は並列に実行できない部分もある。ステ
ップ８１４〜８１６では４チャンネルに関して並列に処
理するため、ＣＰＵ１０１は、１６ビット×４個のデー
タを並列処理する拡張命令を用いている。

【００４３】次に、ステップ８１７で、１フレーム分の
波形サンプル（ここではＸＬ，ＸＲ，ＸＸを１組と数え
て１２８組のサンプル）の生成が完了したか否か判別す
る。完了していなければ、ステップ８１１に戻って次の
波形サンプルの生成を行なう。１フレーム分完了した
ら、処理を終了する。

【００４４】次に、図８（ｃ）のフローチャートを参照
して、再生時のＤＭＡコントローラ１１４の処理を説明
する。再生時は、サウンドＩ／Ｏ１１２からサンプリン
グ周期ごとにサンプル要求割り込み（ハードウェア割り
込み）が発行される。これに応じて、ＤＭＡコントロー
ラ１１４は、図８（ｃ）の処理を行なう。まずステップ
８２１で、再生バッファＰＢ０，ＰＢ１の１サンプルを
サウンドＩ／Ｏ１１２の出力ＦＩＦＯに送る。出力ＦＩ
ＦＯに書き込まれた波形データは、図１で説明したよう
にサンプリング周期ごとにＤ／Ａ変換されてサウンドシ
ステム１１５へと送られ放音される。なお、ステップ８
２１で「ＤＭＡＢ」とあるのは再生バッファＰＢ０，Ｐ
Ｂ１のことである。再生バッファＰＢ０，ＰＢ１は、Ｄ
ＭＡのバッファと見ることもできるのでＤＭＡＢと記載
した。次に、ステップ８２２でポインタｐをインクリメ
ントして処理を終了する。ｐは再生バッファＰＢ０，Ｐ
Ｂ１から１サンプルを読み出すときのポインタである。
以上のようにして、ポインタｐを進めながら、サンプリ
ング周期ごとに再生バッファＰＢ０，ＰＢ１から１サン
プルをサウンドＩ／Ｏ１１２に渡す。

【００４５】なお、ポインタｐは１ずつインクリメント
していくことによりＰＢ０の先頭のサンプルからＰＢ１
の最後のサンプルまでを順次読み出すためのポインタで
あるが、ＰＢ１の最後のサンプルを読出した後はＰＢ０
の先頭のサンプルを指すようにポインタ値を更新する必
要がある。この処理は、ＤＭＡコントローラ１１４が自
動的に行なうように設定されている。

【００４６】上述の発明の実施の形態によれば、サンプ
リング周期より長い所定時間（フレーム）周期で波形生
成を行ない、該所定時間分の波形サンプルをまとめて生
成するようになっているので、サンプリング周期で波形
生成を行なうのに比べてオーバヘッドが少なく、処理時
間を短縮できる。また、ＣＰＵが複数ウェイのキャッシ
ュメモリを備えていれば、ＲＯＭ１０３上の波形データ
や生成中の１フレーム分の波形を連続的に、並列処理す
る複数チャンネル分キャッシングできるので非常に効率
的な生成演算ができる。

【００４７】さらに、波形生成処理において、アドレス
の生成は処理ビットを長くして少ないチャンネル数で並
列処理を行ない、補間、振幅制御などは処理ビットを短
くして多いチャンネル数で並列処理を行なうようにして
いる。すなわち、扱うデータに応じてチャンネルの並列
数を変えているので、演算の効率が良く、処理時間が短
縮化される。

【００４８】なお、上記図８（ａ）のステップ８０４で
は、発音中で未計算のチャンネルがある場合でも、生成
期間内に生成演算が終わりそうもないときは、ステップ
８０３に戻ることなくステップ８０６に進むようにして
もよい。

【００４９】また、上記の発明の実施の形態では、６４
ビットを１６ビット×４個のデータあるいは３２ビット
×２個のデータとして並列処理しているが、これに限ら
ず、任意のデータ幅で任意の並列個数で並列処理するこ
ともできる。

【００５０】さらに、１フレームの時間長は、上記発明
の実施の形態では楽音波形１２８サンプルに対応する長
さであったが、これより長くても短くてもよい。例え
ば、６４サンプル分の長さとしたり１０２４サンプル分
の長さとしてもよい。

【００５１】また、上記発明の実施の形態にビブラート
やトレモロなどの効果を制御するＬＦＯやピッチエンベ
ロープの処理を追加する場合、生成する効果制御波形の
ビット数を８ビットとすれば、その生成処理部分につい
ては８チャンネル分を並列処理することができる。

【００５２】なお、本発明は、実施態様として下記の構
成を取ってもよい。複数チャンネル分の楽音を発生する
楽音発生方法を記憶した記憶媒体であって、該楽音発生
方法は、演奏情報を供給するステップ；所定時間間隔で
タイミング信号を発生するステップ；タイミング信号の
発生ごとに、前記演奏情報に応じた複数チャンネル分の
波形データを生成するステップであり、該生成ステップ
では、複数チャンネル分の処理を並列にｎチャンネル
（ｎは２以上の整数）分ずつ並列に行ない、連続する複
数サンプル分の波形データを生成して出力する；生成さ
れた波形データを、サンプリング周期ごとに１サンプル
ずつＤ／Ａ変換器に供給し、アナログ波形に変換するス
テップ；を含む。

【００５３】なお、上述した楽音生成方法を実現するた
めの各種関係情報や動作プログラムなどをハードディス
クなどの記憶装置に格納し、ＣＰＵがこれらをＲＡＭに
読み出してから使用するように構成し、さらにＣＤ−Ｒ
ＯＭ（コンパクトディスク−リード・オンリ・メモリ）
やフロッピーディスク、光磁気ディスクなどの可搬型の
記憶媒体に記憶されたデータをハードディスクなどの記
憶装置に転送できるように構成すれば、関係情報や動作
プログラムなどの追加（インストールなど）や更新（バ
ージョンアップなど）の際に便利である。もちろん、可
搬型の記憶媒体から直接ＲＡＭへデータを転送するよう
にしてもよい。

【００５４】さらに、可搬型の記憶媒体経由ではなく、
通信インターフェース（ネットワークＩ／Ｏ）経由で、
ハードディスクなどの記憶装置上の関係情報や動作プロ
グラムなどを通信ネットワーク側からダウンロードする
ようにしてもよい。上記通信インターフェースは、ＬＡ
Ｎ（ローカルエリアネットワーク）やインターネット、
電話回線などの通信ネットワークに接続されており、当
該通信ネットワークを介してサーバコンピュータと接続
される。クライアントとなる本装置は、自装置が有する
記憶装置（ハードディスクなど）に関係情報や動作プロ
グラムなどが記憶されていない場合、上記通信インター
フェースおよび通信ネットワークを介してサーバコンピ
ュータへ、関係情報や動作プログラムなどを要求するコ
マンドを送信する。このコマンドを受け取ると、サーバ
コンピュータは、要求された関係情報や動作プログラム
などを、通信ネットワークを介して本装置へと配信す
る。そして、配信された関係情報や動作プログラムなど
を本装置が通信インターフェースを介して受信し、記憶
装置に蓄積することにより、ダウンロードが完了する。

【００５５】また、本装置を、関係情報や動作プログラ
ムなどをインストールした市販のパーソナルコンピュー
タなどによって実現しても良い。もちろん、この場合に
も、関係情報や動作プログラムなどのデータの配布方法
としては、ＲＯＭなどの不揮発性メモリにあらかじめ格
納しておく方法、可搬型の記憶媒体に格納して配布する
方法、および通信インターフェース経由で配布する方法
などが適用可能である。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、１命令で複数の演算を並列に実行可能な拡張命令セ
ットを備えた演算処理装置を用いたソフト音源におい
て、同じアルゴリズム部分を複数チャンネル分まとめて
並列に処理するようにしているので、より高速に波形生
成演算を行なうことができる。また、各チャンネルの処
理アルゴリズム中で工夫して並列化処理する拡張命令を
用いる場合に比べ、複数のチャンネルで並列化するの
で、１チャンネル分のアルゴリズムから容易に複数チャ
ンネル分を並列化したプログラムを作ることができ、処
理速度も大幅に向上する。さらにこの発明によれば、上
述した楽音発生方法に係るプログラムが記憶媒体の形式
で提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る楽音発生装置および楽音発生方
法を適用した電子楽器のブロック構成図

【図２】ソフト音源の楽音生成原理を説明するための図

【図３】４チャンネル分のデータのパック化の様子を示
す図

【図４】各発音チャンネルの音色フィルタ処理のアルゴ
リズム例を示す図

【図５】エフェクト処理のアルゴリズム例を示す図

【図６】図５のＡＰｎおよびＣＦｎの詳細図

【図７】メインルーチンおよびノートオンイベントルー
チンのフローチャート図

【図８】波形生成処理ルーチン、４チャンネル分１フレ
ーム波形発生処理ルーチン、およびＤＭＡＣ処理ルーチ
ンのフローチャート図

【符号の説明】

１０１…中央処理装置（ＣＰＵ）、１０２…リードオン
リメモリ（ＲＯＭ）、１０３…ランダムアクセスメモリ
（ＲＡＭ）、１０４…ドライブ装置、１０６…タイマ、
１０７…ネットワーク入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェー
ス、１０８…キーボード、１０９…ディスプレイ、１１
０…ハードディスク、１１１…サンプリングクロック
（Ｆｓ）発生器、１１２…サウンドＩ／Ｏ、１１４…Ｄ
ＭＡ（ダイレクトメモリアクセス）コントローラ、１１
５…サウンドシステム、１１６…バスライン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G10H 7/02 G10H 1/02

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】汎用の演算処理装置上で所定の楽音生成ソ
   フトウェアを実行することにより楽音波形を生成する楽
   音発生装置であって、 前記演算処理装置を、１命令で複数の演算を並列に実行
   可能な拡張命令セットを備えたものとするとともに、 該拡張命令を用いて、複数チャンネルの波形生成をｎチ
   ャンネル（ｎは２以上の整数）分ずつ並列的に行ない、
   生成された前記複数チャンネル分の波形データを混合
   し、混合された波形データに施すエフェクト処理のアル
   ゴリズム内の並列処理可能な部分の処理を並列的に行な
   うことを特徴とする楽音発生装置。
2. 【請求項２】汎用の演算処理装置上で所定の楽音生成ソ
   フトウェアを実行することにより楽音波形を生成する楽
   音発生方法であって、 前記演算処理装置を、１命令で複数の演算を並列に実行
   可能な拡張命令セットを備えたものとするとともに、 該拡張命令を用いて、複数チャンネルの波形生成をｎチ
   ャンネル（ｎは２以上の整数）分ずつ並列的に行ない、
   生成された前記複数チャンネル分の波形データを混合
   し、混合された波形データに施すエフェクト処理のアル
   ゴリズム内の並列処理可能な部分の処理を並列的に行な
   うことを特徴とする楽音発生方法。
3. 【請求項３】複数チャンネル分の楽音を発生する楽音発
   生方法であって、 演奏情報を供給するステップと、 所定時間間隔でタイミング信号を発生するステップと、 前記タイミング信号の発生ごとに、前記演奏情報に応じ
   た複数チャンネル分の波形データを生成するステップで
   あって、該生成ステップでは、複数チャンネル分の処理
   を並列にｎチャンネル（ｎは２以上の整数）分ずつ並列
   に行ない、連続する複数サンプル分の波形データを生成
   して出力するものと、 生成された波形データを、サンプリング周期ごとに１サ
   ンプルずつＤ／Ａ変換器に供給し、アナログ波形に変換
   するステップとを含むことを特徴とする楽音発生方法。
4. 【請求項４】汎用の演算処理装置上で所定の楽音生成ソ
   フトウェアを実行することにより楽音波形を生成する楽
   音発生方法であって、 前記演算処理装置を、１命令で複数の演算を並列に実行
   可能な拡張命令セットを備えたものとするとともに、 該拡張命令を用いて、複数チャンネルの波形生成処理の
   うち、第１の処理をｎチャンネル（ｎは２以上の整数）
   分ずつ並列的に行ない、第２の処理をｍチャンネル（ｍ
   はｎ以外の２以上の整数）分ずつ並列的に行ない、最終
   的に生成された前記複数チャンネル分の波形データを混
   合し、さらに混合された波形データに施すエフェクト処
   理のアルゴリズム内の並列処理可能な部分の処理を並列
   的に行ない、効果の付与された波形データを出力するこ
   とを特徴とする楽音発生方法。
5. 【請求項５】汎用の演算処理装置上で所定の楽音生成ソ
   フトウェアを実行することにより楽音波形を生成する楽
   音発生方法に係るプログラムを記憶した記憶媒体であっ
   て、 前記演算処理装置を、１命令で複数の演算を並列に実行
   可能な拡張命令セットを備えたものとするとともに、 前記プログラムは、該拡張命令を用いて、複数チャンネ
   ルの波形生成をｎチャンネル（ｎは２以上の整数）分ず
   つ並列的に行ない、生成された前記複数チャンネル分の
   波形データを混合し、混合された波形データに施すエフ
   ェクト処理のアルゴリズム内の並列処理可能な部分の処
   理を並列的に行なうものであることを特徴とする記憶媒
   体。
6. 【請求項６】複数チャンネル分の楽音を発生する楽音発
   生方法に係るプログラムを記憶した記憶媒体であって、 該プログラムは、 演奏情報を供給するステップと、 所定時間間隔でタイミング信号を発生するステップと、 前記タイミング信号の発生ごとに、前記演奏情報に応じ
   た複数チャンネル分の波形データを生成するステップで
   あって、該生成ステップでは、複数チャンネル分の処理
   を並列にｎチャンネル（ｎは２以上の整数）分ずつ並列
   に行ない、連続する複数サンプル分の波形データを生成
   して出力するものと、 生成された波形データを、サンプリング周期ごとに１サ
   ンプルずつＤ／Ａ変換器に供給し、アナログ波形に変換
   するステップとを含むことを特徴とする記憶媒体。
7. 【請求項７】汎用の演算処理装置上で所定の楽音生成ソ
   フトウェアを実行することにより楽音波形を生成する楽
   音発生方法に係るプログラムを記憶した記憶媒体であっ
   て、 前記演算処理装置を、１命令で複数の演算を並列に実行
   可能な拡張命令セットを備えたものとするとともに、 前記プログラムは、該拡張命令を用いて、複数チャンネ
   ルの波形生成処理のうち、第１の処理をｎチャンネル
   （ｎは２以上の整数）分ずつ並列的に行ない、第２の処
   理をｍチャンネル（ｍはｎ以外の２以上の整数）分ずつ
   並列的に行ない、最終的に生成された前記複数チャンネ
   ル分の波形データを混合し、さらに混合された波形デー
   タに施すエフェクト処理のアルゴリズム内の並列処理可
   能な部分の処理を並列的に行ない、効果の付与された波
   形データを出力することを特徴とする記憶媒体。