(57)【要約】【課題】ハードウェアへの処理負荷を軽減しつつ、急激に音の波形が変化した場合でも、より高い音質を維持できる符号化を可能とすること。【解決手段】有効ビット長データ生成部１１２は、残差波形データの各サンプリング残差データ毎に有効ビット長を算出し、有効ビット長データを生成する。共通有効ビット長検索部１１３は、有効ビット長データについて、所定数のサンプリング残差データの各有効ビット長を処理対象として、処理対象の中で最大の有効ビット長を共通有効ビット長として検索し、所定数のサンプリング残差データの各々から、共通有効ビット長以外の部分を削除したものを、所定数の共通有効実データとして生成する。構成フォーマット配置部１１４は、所定数の共通有効実データ、及び共通有効ビット長を示す情報を、所定の構成フォーマットに少なくとも配置したデータを、符号化データとして生成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
符号化対象の音の波形データのサンプリングデータ毎に、予測残差値をサンプリング残差データとして算出し、当該サンプリング残差データの時系列の集合体を残差波形データとして生成する予測処理手段と、
前記予測処理手段により生成された前記残差波形データの各サンプリング残差データ毎に有効ビット長を算出し、前記残差波形データの各サンプリング残差データの前記有効ビット長を示す有効ビット長データを生成する有効ビット長データ生成手段と、
前記有効ビット長データ生成手段により生成された前記有効ビット長データについて、所定数のサンプリング残差データの各有効ビット長を処理対象として、処理対象の中で最大の有効ビット長を共通有効ビット長として検索し、前記所定数のサンプリング残差データの各々から、前記共通有効ビット長以外の部分を削除したものを、前記所定数の共通有効実データとして生成する共通有効ビット長検索手段と、
前記共通有効ビット長検索手段により生成された前記所定数の共通有効実データ、及び前記共通有効ビット長を示す情報を、所定の構成フォーマットに少なくとも配置したデータを、符号化データとして生成する構成フォーマット配置手段と、
を備える符号化装置。
【請求項２】
複数種類の前記共通有効ビット長毎に、前記構成フォーマットのブロックに記憶可能な前記共通有効実データの個数を示す残差波形数が対応付けられている共通化波形数テーブルが記憶された記憶手段を、
更に備え、
前記共通有効ビット長検索手段は、前記記憶手段に記憶された前記共通化波形数テーブルを参照して、前記共通有効ビット長に基づき、前記ブロックに含める前記共通有効実データの前記所定数を選択する、
請求項１に記載の符号化装置。
【請求項３】
前記構成フォーマットの前記ブロックは、前記所定数の前記共通有効実データを配置するデータ部と、前記共通有効ビットを示す情報を少なくとも配置するヘッダ部と、
からなる請求項２に記載の符号化装置。
【請求項４】
前記記憶手段には更に、圧縮モードの複数の種類を特定可能な圧縮モードテーブルが記憶され、
前記予測処理手段は、前記複数の種類の圧縮モードの各々を用いて、複数の残差波形データを生成し、当該複数の残差波形データのうち所定の１つを選択し、
前記有効ビット長データ生成手段及び前記共通有効ビット長検索手段は、前記予測処理手段により選択された１つの前記残差波形データを処理対象にして処理を実行し、
前記構成フォーマット配置手段は、更に、処理対象に用いられた前記圧縮モードを示す情報を、前記所定の構成フォーマットに配置して、前記符号化データを生成する、
請求項２又は３に記載の符号化装置。
【請求項５】
音のデータを符号化する符号化装置が実行する符号化処理方法において、
符号化対象の音の波形データのサンプリングデータ毎に、予測残差値をサンプリング残差データとして算出し、当該サンプリング残差データの時系列の集合体を残差波形データとして生成する予測処理ステップと、
前記予測処理ステップの処理により生成された前記残差波形データの各サンプリング残差データ毎に有効ビット長を算出し、前記残差波形データの各サンプリング残差データの前記有効ビット長を示す有効ビット長データを生成する有効ビット長データ生成ステップと、
前記有効ビット長データ生成ステップの処理により生成された前記有効ビット長データについて、所定数のサンプリング残差データの各有効ビット長を処理対象として、処理対象の中で最大の有効ビット長を共通有効ビット長として検索し、前記所定数のサンプリング残差データの各々から、前記共通有効ビット長以外の部分を削除したものを、前記所定数の共通有効実データとして生成する共通有効ビット長検索ステップと、
前記共通有効ビット長検索ステップの処理により生成された前記所定数の共通有効実データ、及び前記共通有効ビット長を示す情報を、所定の構成フォーマットに少なくとも配置したデータを、符号化データとして生成する構成フォーマット配置ステップと、
を含む符号化方法。
【請求項６】
音のデータを符号化する符号化装置を制御するコンピュータに、
符号化対象の音の波形データのサンプリングデータ毎に、予測残差値をサンプリング残差データとして算出し、サンプリング残差データの時系列の集合体を残差波形データとして生成する予測処理手段、
前記予測処理手段により生成された前記残差波形データの各サンプリング残差データ毎に有効ビット長を算出し、前記残差波形データの各サンプリング残差データの前記有効ビット長を示す有効ビット長データを生成する有効ビット長データ生成手段、
前記有効ビット長データ生成手段により生成された前記有効ビット長データについて、所定数のサンプリング残差データの各有効ビット長を処理対象として、処理対象の中で最大の有効ビット長を共通有効ビット長として検索し、前記所定数のサンプリング残差データの各々から、前記共通有効ビット長以外の部分を削除したものを、前記所定数の共通有効実データとして生成する共通有効ビット長検索手段、
前記共通有効ビット長検索手段により生成された前記所定数の共通有効実データ、及び前記共通有効ビット長を示す情報を、所定の構成フォーマットに少なくとも配置したデータを、符号化データとして生成する構成フォーマット配置手段、
として機能させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子楽器で再生される音のデータを符号化可能な、符号化装置、符号化方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子楽器は、実際に演奏された楽器の音をＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｃｏｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）形式で録音した波形データ（以下、「ＰＣＭ波形データ」と呼ぶ）をメモリに予め保持しておき、演奏操作がなされると、当該ＰＣＭ波形データを音源として発音する。
このような電子楽器は、複数のチャンネルで同時発音する場合があるため、ＰＣＭ波形データ用のメモリとして、高速でアクセス可能な半導体メモリが搭載されている。このような半導体メモリではその容量が増大するに従いコストが増大するために、当該容量を抑制してコストを抑制すべく、ＰＣＭ波形データは、半導体メモリにそのままの状態で記録されるのではなく、符号化されてデータ量が圧縮された状態で記録されている。
【０００３】
また、電子楽器が複数のチャンネルを同時発音することは、ハードウェアの処理負荷の増大にもつながる。このため、符号化方式としては、ハードウェアへの処理負荷を少なくする必要があるが、音質劣化が生ずるような形式では不適である。即ち、符号化方式としては、ハードウェアの処理不可の軽減と、音質劣化の減少とが共に実現可能な方式が求められている
また、符号化の目的は、上述のメモリの容量の抑制以外に、電子楽器における同時発音のチャンネル数を増やすことにある。メモリには必ず最大転送データレートがあり、この最大転送データレートが、同時発音のチャンネル数を決定する。このため、ＰＣＭ波形データの符号化は、１チャンネルあたりのデータ転送量を減少させることができれば、同時に、より多くのチャンネルを発音することができることになる。
【０００４】
そこで、特許文献１には、波形の振幅値又はその差分値を仮数部と指数部とからなる浮動小数点データで表現し、連続する所定数の仮数部に対応する指数部を１つの指数部の値により共通化し、そのようにして得た圧縮指数部又はその差分値である差分圧縮指数部を、仮数部のビットデータの一部として埋め込み、符号化データとして出力する波形データ符号化装置が提案されている。
【０００５】
また、特許文献２には、波形の振幅値又はその差分値を仮数部と指数部とからなる浮動小数点データで表現し、必要に応じて、連続する所定数の仮数部に対応する指数部を１つの指数部の値によって共通化し、更に、圧縮指数部又は指数部の差分値である差分圧縮指数部又は差分指数部を、仮数部と共に符号化されたデータとして出力する波形データ符号化装置が提案されている。
【０００６】
特許文献１及び２の波形データ符号化装置は、浮動小数点データの指数部を差分で記録し、連続する所定数の仮数部に対応する指数部を１つの指数部の値により共通化する。これらの波形データ符号化装置の符号化は、ハードウェアへの処理負荷が少なく、かつ、音質の劣化が少ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０７−１６０２６７号公報
【特許文献２】特開平０７−１９９９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、最近では、電子楽器の高音質化が求められている。このため、ビットレートが常に一定である固定ビットレートによる符号化では、ピアノ音等のアタック部分において急激に音の波形が変化した場合、所定の音質を維持するためのビットレートが足りなくなるおそれがある。そこで、急激に音の波形が変化した場合でも、高音質を維持できる符号化の実現が要求されているが、特許文献１及び２の波形データ符号化装置では当該要求に充分に応えることができない状況である。
【０００９】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、ハードウェアへの処理負荷を軽減しつつ、急激に音の波形が変化した場合でも、高音質を維持できる符号化を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の一態様の符号化装置は、
符号化対象の音の波形データのサンプリングデータ毎に、予測残差値をサンプリング残差データとして算出し、当該サンプリング残差データの時系列の集合体を残差波形データとして生成する予測処理手段と、
前記予測処理手段により生成された前記残差波形データの各サンプリング残差データ毎に有効ビット長を算出し、前記残差波形データの各サンプリング残差データの前記有効ビット長を示す有効ビット長データを生成する有効ビット長データ生成手段と、
前記有効ビット長データ生成手段により生成された前記有効ビット長データについて、所定数のサンプリング残差データの各有効ビット長を処理対象として、処理対象の中で最大の有効ビット長を共通有効ビット長として検索し、前記所定数のサンプリング残差データの各々から、前記共通有効ビット長以外の部分を削除したものを、前記所定数の共通有効実データとして生成する共通有効ビット長検索手段と、
前記共通有効ビット長検索手段により生成された前記所定数の共通有効実データ、及び前記共通有効ビット長を示す情報を、所定の構成フォーマットに少なくとも配置したデータを、符号化データとして生成する構成フォーマット配置手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ハードウェアへの処理負荷を軽減しつつ、急激に音の波形が変化した場合でも、より高い音質を維持できる符号化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ピアノ音のＰＣＭ波形データとスペクトラム分析結果の一例を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る符号化装置の機能的構成のうち、ＰＣＭ波形データを符号化する処理を実行するための機能的構成を示す機能ブロック図である。
【図３】図２の符号化装置のハードウェアの構成を示すブロック図である。
【図４】図３の符号化装置が実行する符号化処理の流れを説明するフローチャートである。
【図５】図２の符号化装置の機能的構成のうち、線形予測処理部の機能的構成を示す機能ブロック図である。
【図６】図２の符号化装置の圧縮モードテーブルを説明する図である。
【図７】所定の圧縮モードにおける、ＰＣＭ波形データ、残差波形データ及び線形予測波形データの波形の一例を示す図である。
【図８】図７とは異なる所定の圧縮モードにおける、ＰＣＭ波形データ、残差波形データ及び線形予測波形データの波形の一例を示す図である。
【図９】オリジナルとなるピアノ音のＰＣＭ波形データ、残差波形データ、及び有効ビット長データの各々の一例を示す図である。
【図１０】図２の符号化装置の共通有効ビット長検索部が参照する共通化波形数テーブルを説明する図である。
【図１１】図２の符号化装置の共通有効ビット長検索部による処理結果の一例を示す図である。
【図１２】図２の符号化装置により構成フォーマットに配置された、共通有効ビット長が６ビットの符号化データを説明する図である。
【図１３】図２の符号化装置により構成フォーマットに配置された、共通有効ビット長が１３ビットの符号化データを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る符号化装置を説明する。
先ず、本実施形態の理解を容易にするため、本実施形態に係る符号化装置の概要を説明する。
本実施形態に係る符号化装置は、例えば、電子ピアノ等の電子楽器の発音の際に音源となるＰＣＭ波形データを、音の種類毎に、予め符号化する装置である。ここで、本実施形態において、「音の種類」とは、楽器の種類によって異なる音色の種類や、同種類の楽器における音階の種類を含む。
【００１４】
先ず、図１を参照して、ピアノの１つの鍵盤が押下されたときに発生した音（以降、ピアノ音とも言う）のＰＣＭ波形データの特性について説明する。
図１（ａ）は、ピアノ音のＰＣＭ波形データを示しており、図１（ｂ）は、そのスペクトラム分析結果を示している。
図１に示すように、ＰＣＭ波形データは、波高値が時間経過に伴い減少していく。即ち、ＰＣＭ波形データが必要とするビット長も、発音直後をピークとして時間経過に伴い減少していく。
また、スペクトラム分析結果は、時間経過に伴い、高周波部分（図１（ｂ）における上方部分）が減少していることを示している。これは、ピアノ音における高周波の倍音成分が、時間経過に伴い減少しているからである。このことは、線形予測処理における予測精度が向上することを意味している。
【００１５】
図２は、本発明の一実施形態に係る符号化装置の機能的構成のうち、ＰＣＭ波形データを符号化する処理（以下、「符号化処理」と呼ぶ）を実行するための機能的構成を示す機能ブロック図である。
符号化装置１は、線形予測処理部１１１と、有効ビット長データ生成部１１２と、共通有効ビット長検索部１１３と、構成フォーマット配置部１１４と、を備える。
【００１６】
線形予測処理部１１１には、入力ＰＣＭ波形データが入力される。ここで、本実施形態において、入力ＰＣＭ波形データは、ある楽器から発音された所定音階の音が、所定のサンプリング周期で数値化された結果得られるサンプリングデータの時系列の集合体である。例えば、楽器がピアノであれば、１つの鍵盤が押下されたときに発する音から、入力ＰＣＭ波形データは生成される。
具体的には、線形予測処理部１１１には、ＰＣＭ波形データを構成する各サンプリングデータが順次入力される。そこで、以下、入力された１つのサンプリングデータを、「入力データ」と呼ぶ。
【００１７】
線形予測処理部１１１は、入力データから、過去の幾つかの入力データに対して所定の線形予測係数が乗算されたデータを減算することによって、線形予測残差値を示すデータ（以下、「サンプリング残差データ」と呼ぶ）を生成する。線形予測処理部１１１は、入力データが入力される毎に上記処理を繰り返し実行することで、所定のサンプリング周期毎のサンプリング残差データの時系列の集合体（以下、「残差波形データ」と呼ぶ）を生成する。
【００１８】
ここで、本実施形態において、「線形予測係数」は、予め複数種類用意されている。また、複数種類の線形予測係数のそれぞれは、複数種類の圧縮モードのそれぞれに対応付けられている。即ち、圧縮モードは、複数種類の線形予測係数のうちの何れかを判別する情報である。
【００１９】
そこで、線形予測処理部１１１は、入力ＰＣＭ波形データ１つにつき、複数種類の線形予測係数のそれぞれを用いて複数種類の残差波形データを生成し、そのうち最適な１つを出力データとして選択して出力する。
【００２０】
有効ビット長データ生成部１１２は、線形予測処理部１１１により生成された残差波形データについて、各サンプリング残差データ毎に有効ビット長を算出し、各サンプリング残差データの有効ビット長の各々を示す時系列のデータ（以下、「有効ビット長データ」と呼ぶ）を生成する。
ここで、本実施形態において「有効ビット長」とは、符号化及び復号の過程において、所定の音質を維持するために必要なデータのビット長である。
【００２１】
例えば、ピアノの鍵盤が押下されたときに発生する音は、押下直後をピークとして徐々に減衰する。この様な音の残差波形も、押下直後をピークとして徐々に減衰する。このため、この様な残差波形データの有効ビット長は、押下した直後が最大であり、時間経過に伴い減少する。
【００２２】
共通有効ビット長検索部１１３は、有効ビット長データ生成部１１２により生成された有効ビット長データについて、後述の共通化波形数テーブルを参照して、連続する所定数のサンプリング残差データの各有効ビット長のうち、最大の有効ビット長を共通有効ビット長として検索する。また、共通有効ビット長検索部１１３は、当該有効ビット長データについて、連続する所定数の各サンプリング残差データのうち、共通有効ビット長分のデータ（以下、「共通有効実データ」と呼ぶ）を残し、それ以外のデータを削除する。なお、以下、それ以外の削除された部分を、「共通削除部分」と呼ぶ。
【００２３】
ここで、ＰＣＭ波形データは、音の種類によって異なるし、同一のＰＣＭ波形データ内においても時間位置によってサンプリングデータは異なる。このため、連続する所定数のサンプリング残差データ毎に、最大の有効ビット長、即ち、共通有効ビット長も異なる。そこで、符号化装置１は、固定ビット長のデータを残すのではなく、音の種類によって或いは時間位置によって変化する、音質維持に必要な共通有効ビット長のデータを共通有効実データとして残す符号化を実行する。これにより、符号化装置１は、音質を劣化させることなく、ビットレートを下げることができる。
【００２４】
更に、本実施形態において、連続する所定数のサンプリング残差データにおける「所定数」とは、固定値ではなく可変値である。即ち、予め設定された記憶容量のブロック（例えば、１０２４バイト）の記憶領域に、記憶可能なサンプリング残差データの共通有効ビットの個数が、「所定値」になる。従って、「所定数」は、共通有効ビット長が大きくなれば小さい値となり、共通有効ビット長が小さくなれば大きい値となる。
【００２５】
構成フォーマット配置部１１４は、共通有効ビット長検索部１１３により残された、連続する所定数の共通有効実データ、及び前記共通有効ビット長を示す情報を、所定の構成フォーマットに少なくとも配置したデータを、符号化データとして生成する。
ここで、本実施形態において、「構成フォーマット」は、電子楽器において、読込可能なフォーマットであり、例えば、ヘッダ部分とデータ部分とで構成される。ヘッダ部分に共通有効ビット長を示すデータや、線形予測処理部１１１が残差波形データの生成に使用した線形予測係数を判別するための圧縮モード等が配置される。データ部分に、連続する所定数の共通有効ビットが配置される。
【００２６】
例えば、このような符号化データは、図示せぬ電子楽器に音源として予め記録され、当該電子楽器において、所定の演奏操作がなされると、読み出されて、符号化装置１と逆のフローによる処理が実行されることで、ＰＣＭデータが復号される。そして、当該電子楽器において、当該ＰＣＭデータに基づいて発音される。
【００２７】
図３は、このような図２の機能的構成を有する符号化装置１のハードウェアの構成を示すブロック図である。
図３において、符号化装置１は、ＣＰＵ１１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）１２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１３と、バス１４と、入出力インターフェース１５と、入力部１６と、出力部１７と、記憶部１８と、ドライブ２０と、を備えている。
【００２８】
ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に記録されているプログラム、又は、記憶部１８からＲＡＭ１３にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。
具体的には例えば、ＣＰＵ１１が符号化処理を実行する場合、図２に示す、線形予測処理部１１１と、有効ビット長データ生成部１１２と、共通有効ビット長検索部１１３と、構成フォーマット配置部１１４と、が機能する。
ＲＡＭ１３には、ＣＰＵ１１が各種の処理を実行する上において必要なデータ等が適宜記憶される。
【００２９】
ＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２及びＲＡＭ１３は、バス１４を介して相互に接続されている。このバス１４にはまた、入出力インターフェース１５も接続されている。入出力インターフェース１５には、入力部１６、出力部１７、記憶部１８及びドライブ２０が接続されている。
【００３０】
入力部１６には、マウス等のポインティングデバイスや、文字入力のためのキーボードが含まれ、これらによる入力信号をＣＰＵ１１に出力する。
出力部１７は、ディスプレイや、スピーカ及びＤ／Ａ変換回路等を有しており、画像や音声を出力する。
記憶部１８は、ハードディスク或いはＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成され、符号化装置１の制御のための各種プログラムや、後述する構成フォーマット、圧縮モードテーブル及び共通化波形数テーブルを記憶する。
【００３１】
ドライブ２０には、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリ等よりなる、リムーバブルメディア３１が適宜装着される。ドライブ２０によってリムーバブルメディア３１から読み出されたプログラムは、必要に応じて記憶部１８にインストールされる。また、リムーバブルメディア３１は、記憶部１８に記憶されている各種データも、記憶部１８と同様に記憶することができる。
【００３２】
次に、図４を参照して、本実施形態に係る符号化装置１が実行する符号化処理について説明する。
図４は、本実施形態に係る符号化装置１が実行する符号化処理の流れを説明するフローチャートである。
【００３３】
ステップＳ１において、ＣＰＵ１１の線形予測処理部１１１（図２）は、入力ＰＣＭ波形データから、残差波形データを生成する。
ここで、図５乃至図８を参照して、ステップＳ１の処理の詳細について説明する。
【００３４】
図５は、図２の線形予測処理部１１１の詳細な機能的構成の一例を示す機能ブロック図である。
線形予測処理部１１１は、遅延回路１１１ａ、１１１ｂ及び１１１ｄと、乗算器１１１ｃ及び１１１ｅと、を備える。
【００３５】
図６は、本実施形態に係る符号化装置の圧縮モードテーブルを説明する図である。
圧縮モードテーブルは、記憶部１８に記憶され、複数の圧縮モードの種類をそれぞれ示す値に、それぞれ異なる線形予測係数ａ１，ａ２の組が対応付けられて記憶されている。本実施形態において、線形予測係数ａ２は、負の値である。
【００３６】
ステップＳ１において、線形予測処理部１１１は、入力ＰＣＭ波形データの入力データから、乗算器１１１ｃ及び１１１ｅの各出力データを減算することで、サンプリング残差データを生成し、遅延回路１１１ａで１サンプリング周期遅延させて出力する。
当該サンプリング残差データは、乗算器１１１ｃ及び１１１ｅの各出力データが加算されて、遅延回路１１１ｂに入力されて、当該遅延回路１１１ｂで１サンプリング周期遅延された後、乗算器１１１ｃ及び遅延回路１１１ｄにそれぞれ入力される。
乗算器１１１ｃでは、遅延回路１１１ｂから入力されたデータが、設定された圧縮モードの線形予測係数ａ１だけ乗算されて、出力される。
一方、当該遅延回路１１１ｄでは、遅延回路１１１ｂから入力されたデータが更に１サンプリング周期遅延されて、乗算器１１１ｅに出力される。
乗算器１１１ｅでは、遅延回路１１１ｄから入力されたデータが、設定された圧縮モードの線形予測係数ａ２だけ乗算されて、出力される。
【００３７】
前段落の一連の処理が、図６に示す圧縮モード毎に、即ち、線形予測係数ａ１，ａ２の各組毎に実行され、複数種類の残差波形データが生成され、そのうちの最適な１種類の残差波形データが出力データとして、線形予測処理部１１１から出力される。
【００３８】
図６は、線形予測係数ａ１，ａ２の組と、圧縮モードとを対応付けたテーブルである。
圧縮モード０で、ＰＣＭ波形データが圧縮されて残差波形データが生成され、当該残差波形データが復調されると、元のＰＣＭ波形データが再生される。
圧縮モード１で、ＰＣＭ波形データが圧縮されて残差波形データが生成され、当該残差波形データが復調されると、ＤＰＣＭ（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｐｕｌｓｅ  ｃｏｄｅ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）波形データが再生される。
【００３９】
また、圧縮モード２乃至７の何れかで、ＰＣＭ波形データが圧縮されて残差波形データが生成され、当該残差波形データが復調されると、線形予測波形データが再生される。
具体的には、圧縮モード２では、線形予測係数ａ１，ａ２の各々により得られる２つの波形データから、波高値０側に近付く曲線で予測され、線形予測波形データが再生される。
圧縮モード７では、線形予測係数ａ１，ａ２の各々により得られる２つの波形データの直線延長上が予測値となるように、線形予測波形データが再生される。
なお、本実施形態において、圧縮モード０、１及び７であれば、線形予測処理部１１１を簡素化して乗算器１１１ｃ，１１１ｅを省略しても残差波形データを生成できる。
【００４０】
図７は、圧縮モード３における、ＰＣＭ波形データ、残差波形データ及び線形予測波形データの波形の一例を示す図である。
図８は、圧縮モード６における、ＰＣＭ波形データ、残差波形データ及び線形予測波形データの波形を示す図である。
【００４１】
図７と図８を比較するに、ＰＣＭ波形データの周波数が比較的高い場合、圧縮モード２乃至７のうち、圧縮モード２や３側で生成された線形予測波形データは、圧縮モード６や７側で生成された線形予測波形データよりも、ＰＣＭ波形データに良く追従する。
これに対して、ＰＣＭ波形データの周波数が比較的低い場合、圧縮モード２乃至７のうち、圧縮モード６や７側で生成された線形予測波形データは、圧縮モード２や３側で生成された線形予測波形データよりも、ＰＣＭ波形データに良く追従する。
【００４２】
図４に戻って、ステップＳ２において、ＣＰＵ１１の有効ビット長データ生成部１１２（図２）は、ステップＳ１の処理で線形予測処理部１１１により生成された残差波形データから、各サンプリング残差データの有効ビット長を計算することで、有効ビット長データを生成する。
【００４３】
図９は、本実施形態に係る符号化装置が生成する有効ビット長データの一例を説明する図である。
具体的には、図９（ａ）は、オリジナルとなるピアノ音のＰＣＭ波形データの一例を示す図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）のＰＣＭ波形データから生成された残差波形データの一例を示す図である。図９（ｃ）は、図９（ｂ）の残差波形データから生成された有効ビット長データの一例を示す図である。
図９に示すように、ピアノ音のＰＣＭ波形データ及び残差波形データの振幅は、時間経過にともない徐々に減衰する。このため、残差波形データを構成する各サンプリング残差データの有効ビット長も時間経過に伴い徐々に減少する。即ち、この図９の例のピアノ音においては、有効ビット長は、全体的（長期的）には徐々に下がるが、隣接するサンプリング残差データの前後（短期的）において比較的均一であるという特徴がある。このような特徴は、時間経過に伴い変化する有効ビット長をグループ化できることを示している。なお、このピアノ音の例の特徴は、他の楽器音にも共通する。
【００４４】
例えば、図９の例によれば、発音開始から時間経過に伴い、有効ビット長は、１２ビットから、１１ビット、１０ビット、９ビット、８ビット、７ビット、６ビット、５ビットと、徐々に減少する。
ここで、線形予測処理部１１１は、残差波形データを構成する各サンプリング残差データを、所定の有効ビット長のデータとして生成する。この所定の有効ビット長としては、符号化及び復号の過程において、例えば、ピアノの発音から消音までの全時間帯に対して所定の音質を維持するために必要なビット長が設定されている。ところが、この所定の音質を維持するために必要なビット長は、音高によっても異なるし、１つの音高の音であっても異なる（図９の例では、時間経過にともない徐々に減少する）。
【００４５】
図４に戻って、ステップＳ３において、ＣＰＵ１１の共通有効ビット長検索部１１３（図２）は、ステップＳ２の処理で有効ビット長データ生成部１１２により生成された有効ビット長データについて、記憶部１８に記憶された共通化波形数テーブルを参照して、連続する所定数のサンプリング残差データの有効ビット長のうち、最大の有効ビット長を、共通有効ビット長として検索する。
【００４６】
また、共通有効ビット長検索部１１３は、有効ビット長データにおいて、連続する所定数のサンプリング残差データの全ビット長のうち、共通有効ビット長以外のビット長分のビットを、共通削除部分として削除する。
【００４７】
図１０は、共通有効ビット長検索部１１３により参照される共通化波形数テーブルを説明する図である。
共通化波形数テーブルは、複数種類の共通有効ビット長毎に、残差波形数と、ブロック時間ｍｓと、ビットレートｂｐｓと、が対応付けられて格納されることによって、構成されている。
なお、残差波形数とは、予め設定された記憶容量のブロック（例えば、１０２４バイト）に記憶可能なサンプリング残差データの個数を示している。ブロック時間とは、当該ブロックが復号されて音が再生される場合の再生時間を示している。
【００４８】
更に以下、図１１を参照して、図４のステップＳ３における共通有効ビット長検索部１１３が実行する処理の具体例について説明する。
図１１は、図４のステップＳ３における共通有効ビット長検索部１１３が実行する処理の結果の一例を示す図である。
図１１に示すブロックの所定行には、所定の１つのサンプリング残差データが格納されているものとする。
図１１の例では１行に格納されるサンプリング残差データのビット長は、１７ビットとされている。即ち、図１１の例では１行は、１７個の小ブロックから構成され、この小ブロックに所定のビットが格納される。この小ブロックに格納されるブロックとしては、“Ｓ”で示される符号ビットと、“Ｍ”で示される実データのビットとが存在する。
１つのサンプリング残差データの有効ビット長は、右方の０ビット目から順に、“Ｍ”が付された実データビット長と、１つの“Ｓ”（各行の最も右側の“Ｓ”）が付されたビット長となる。図１１の例では、各行のうち、斜線以外の白い部分が、サンプリング残差データの有効ビット長の部分を示している。
この有効ビット長は、図１１のブロック全体に含まれる各サンプリング残差データ（各行）に応じて異なっている。そこで、図１１のブロック全体に含まれる各サンプリング残差データ（各行）の有効ビット長のうち、最大の有効ビット長、図１１の例では、上から５行目の１１ビットが、共通有効ビットになる。そして、それ以外の冗長なビットが共通削除部分として削除される。
【００４９】
具体的には例えば、共通有効ビット長検索部１１３は、まず、２ビット（共通化する最低のビット長）が、最大の有効ビット長であるか否かを判定する。詳細には、共通有効ビット長検索部１１３は、共通化波形数テーブル（図１０）を参照して、共通有効ビット長が２ビットの場合の残差波形数（４０８０個）を取得する。そして、共通有効ビット長検索部１１３は、４０８０個のサンプリング残差データを処理対象にして、２ビット（共通化する最低のビット長）が、最大の有効ビット長であるか否かを判定する。
共通有効ビット長検索部１１３は、２ビットが最大の有効ビット長であると判定した場合には、共通有効ビット長を２ビットとして設定する。
これに対して、共通有効ビット長検索部１１３は、２ビットが最大の有効ビット長でないと判定した場合には、３ビットが、最大の有効ビット長であるか否かを判定する。判定手法は、２ビットの場合と同様なのでここでは省略する。
共通有効ビット長検索部１１３は、以上の一連の処理を、最大の有効ビット長を検索できるまで、判定対象のビット長を１つずつ増加させながら繰り返し実行する。
【００５０】
図１１の例では、共通有効ビット長検索部１１３は、上述したように、上から５行目の１１ビットを、共通有効ビットとして検索する。この場合、共通有効ビット長検索部１１３は、共通化波形数テーブル（図１０参照）において１１ビットに対応づけられた波形数（７４１個）のサンプリング残差データを、１つの圧縮対象（ブロックに格納させる対象）として決定し、これら圧縮対象のうち、共通有効ビット長（例えば、１１ビット）以外の冗長な部分を、共通削除部分として削除することで、連続する７４１個の共通有効実データを生成する。
【００５１】
図４に戻って、ステップＳ４において、ＣＰＵ１１の構成フォーマット配置部１１４（図２）は、連続する所定数（図１１の例では７４１個）の共通有効実データ等を、所定の構成フォーマットで配置することで、符号化データを生成する。
【００５２】
図１２は、共通有効ビット長が６ビットの構成フォーマットのブロックを示している。
図１３は、共通有効ビット長が１３ビットの構成フォーマットの符号化データを示している。
この構成フォーマットのブロックは、記憶容量が１０２４バイトのブロックであり、４バイトのヘッダ部と、１０２０バイトのデータ部と、を含むように構成される。
ヘッダ部には、当該ブロックに格納されるサンプリング残差データの生成の際に用いられた「圧縮モード」、共通有効ビット長を示す「ビット長」、及び、音量補正のパラメータを示す「音量補正パラメータ」が配置される。また、ヘッダ部には、将来任意なものを配置可能なように「ｒｅｓｅｒｖｅｄ」が設けられている。
データ部には、連続する所定数のサンプリング残差データが詰めて配置される。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態の符号化装置１は、線形予測処理部１１１、有効ビット長データ生成部１１２、共通有効ビット長検索部１１３及び構成フォーマット配置部１１４を備える。
線形予測処理部１１１は、符号化対象の音の波形データ（本実施形態ではＰＣＭ波形データ）のサンプリングデータ毎に、予測残差値をサンプリング残差データとして算出し、当該サンプリング残差データの時系列の集合体を残差波形データとして生成する。
有効ビット長データ生成部１１２は、残差波形データの各サンプリング残差データ毎に有効ビット長を算出し、残差波形データの各サンプリング残差データの有効ビット長を示す有効ビット長データを生成する。
共通有効ビット長検索部１１３は、有効ビット長データについて、所定数のサンプリング残差データの各有効ビット長を処理対象として、処理対象の中で最大の有効ビット長を共通有効ビット長として検索し、所定数のサンプリング残差データの各々から、共通有効ビット長以外の部分を削除したものを、所定数の共通有効実データとして生成する。
構成フォーマット配置部１１４は、所定数の共通有効実データ、及び共通有効ビット長を示す情報を、所定の構成フォーマットに少なくとも配置したデータを、符号化データとして生成する。
【００５４】
これにより、符号化データのデータ量を抑え、ハードウェアへの処理負荷を軽減できる。また、共通有効ビット長以外の部分は、音質に影響がない符号ビットに使用されているので、削除しても音質が劣化することがない。
更に、連続する所定数のサンプリング残差データの共通有効ビット長は、残差波形データによって異なる。即ち、符号化データに配置されている、連続する所定数の残サンプリング残差データの共通有効ビット長は、残差波形データの特性によって変化する。よって、符号化装置１によれば、可変ビットレートによる可逆圧縮が可能となるので、急激に音の波形が変化した場合でも、より高い音質を維持できる符号化が可能となる。
【００５５】
このような符号化装置１により生成された符号化データを電子楽器で用いることで、復号する場合でもハードウェアへの処理負荷を軽減しつつ、スタジオ等でサンプリングしたＰＣＭ波形データに近似した高音質な音を再生できる。また、音質を劣化させることなく、ビットレートを下げることができるので、同時に多くの音を再生する場合でも高音質な音を再生できる。
【００５６】
また、記憶部１８は、複数種類の共通有効ビット長毎に、構成フォーマットのブロックに記憶可能な共通有効実データの個数を示す残差波形数が対応付けられている共通化波形数テーブルを記憶する。
共通有効ビット長検索部１１３は、記憶部１８に記憶された共通化波形数テーブルを参照して、共通有効ビット長に基づき、ブロックに含める共通有効実データの所定数を選択する。
【００５７】
このような共通化波形数テーブルが、復号の処理を実行するハードウェア側でも設けられていれば、復号の処理を実行するハードウェアの処理負担も更に軽減できる。
【００５８】
また、構成フォーマットは、構成フォーマットのブロックは、所定数の共通有効実データを配置するデータ部と、共通有効ビットを示す情報を少なくとも配置するヘッダ部と、からなる。
【００５９】
これにより、構成フォーマットのデータ部において、連続する所定数の共通有効実データを詰めて配置することで、符号化データのデータ量を抑制し、ハードウェアへの処理負荷を軽減できる。また、共通有効実データが詰めて配置されていても、復号するハードウェアは、ヘッダ部に配置された共通有効ビット長等を参照することで、容易に共通有効実データにアクセスして復号処理を容易に実行できる。
【００６０】
また、記憶部１８は、複数の圧縮モードの種類をそれぞれ示す値に、それぞれ異なる線形予測係数ａ１，ａ２の組が対応付けられた圧縮モードテーブルを記憶する。
線形予測処理部１１１は、複数の種類の圧縮モードの各々を用いて、複数の残差波形データを生成し、当該複数の残差波形データのうち適切な１つを選択して出力する。
有効ビット長データ生成部１１２及び共通有効ビット長検索部１１３は、線形予測処理部１１１により選択された１つの残差波形データを処理対象にして処理を実行し、
構成フォーマット配置部１１４は、更に、処理対象に用いられた圧縮モードを示す情報を、所定の構成フォーマットに配置して、符号化データを生成する。
【００６１】
これにより、圧縮対象の音の性質に応じた適切な圧縮モードで符号化が可能になるので、符号化効率が向上し、その結果、符号化データのデータ量を抑制すると共に、ハードウェアへの処理負荷を軽減することができる。
【００６２】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００６３】
例えば、上述の実施形態では、予め設定された１ブロックの記憶容量を１０２４バイトとしているが、これに限らず、５１２２０４８バイト等の他の２のべき乗数のバイト数としてもよい。
また、上述の実施形態では、符号化装置１は、ステップＳ１からステップＳ４の処理を一連の処理として実行しているが、これに限らず、圧縮モードテーブル（図６参照）に規定された圧縮モードを変えて、ステップＳ１からステップＳ３を繰り返し、最小の共通有効ビット長を検索してから、ステップＳ４に処理を移してもよい。
【００６４】
また、上述の実施形態では、符号化装置１として、情報処理機能を有する電子機器一般を採用することができる。具体的には、例えば、符号化装置１は、ノート型のパーソナルコンピュータ、デスクトップ型のパーソナルコンピュータ、携帯情報端末、携帯電話機、ポータブルゲーム機等によって実現することができる。
【００６５】
上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるし、ソフトウェアにより実行させることもできる。
換言すると、図２の機能的構成は例示に過ぎず、特に限定されない。即ち、上述した一連の処理を全体として実行できる機能が符号化装置１に備えられていれば足り、この機能を実現するためにどのような機能ブロックを用いるのかは特に図２の例に限定されない。
また、１つの機能ブロックは、ハードウェア単体で構成してもよいし、ソフトウェア単体で構成してもよいし、それらの組み合わせで構成してもよい。
【００６６】
一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータ等にネットワークや記録媒体からインストールされる。
コンピュータは、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータであってもよい。また、コンピュータは、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能なコンピュータ、例えば汎用のパーソナルコンピュータであってもよい。
【００６７】
このようなプログラムを含む記録媒体は、ユーザにプログラムを提供するために装置本体とは別に配布される図３のリムーバブルメディア３１により構成されるだけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに提供される記録媒体等で構成される。リムーバブルメディア３１は、例えば、磁気ディスク（フロッピディスクを含む）、光ディスク、又は光磁気ディスク等により構成される。光ディスクは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ−Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ），ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）等により構成される。光磁気ディスクは、ＭＤ（Ｍｉｎｉ−Ｄｉｓｋ）等により構成される。また、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに提供される記録媒体は、例えば、プログラムが記録されている図３のＲＯＭ１２や、記憶部１８に含まれるハードディスク等で構成される。
【００６８】
なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、その順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的或いは個別に実行される処理をも含むものである。
また、本明細書において、システムの用語は、複数の装置や複数の手段等より構成される全体的な装置を意味するものとする。
【００６９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、この実施形態は、例示に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明はその他の様々な実施形態を取ることが可能であり、更に、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、省略や置換等種々の変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、本明細書等に記載された発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００７０】
以下に、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［付記１］
符号化対象の音の波形データのサンプリングデータ毎に、予測残差値をサンプリング残差データとして算出し、当該サンプリング残差データの時系列の集合体を残差波形データとして生成する予測処理手段と、
前記予測処理手段により生成された前記残差波形データの各サンプリング残差データ毎に有効ビット長を算出し、前記残差波形データの各サンプリング残差データの前記有効ビット長を示す有効ビット長データを生成する有効ビット長データ生成手段と、
前記有効ビット長データ生成手段により生成された前記有効ビット長データについて、所定数のサンプリング残差データの各有効ビット長を処理対象として、処理対象の中で最大の有効ビット長を共通有効ビット長として検索し、前記所定数のサンプリング残差データの各々から、前記共通有効ビット長以外の部分を削除したものを、前記所定数の共通有効実データとして生成する共通有効ビット長検索手段と、
前記共通有効ビット長検索手段により生成された前記所定数の共通有効実データ、及び前記共通有効ビット長を示す情報を、所定の構成フォーマットに少なくとも配置したデータを、符号化データとして生成する構成フォーマット配置手段と、
を備える符号化装置。
［付記２］
複数種類の前記共通有効ビット長毎に、前記構成フォーマットのブロックに記憶可能な前記共通有効実データの個数を示す残差波形数が対応付けられている共通化波形数テーブルが記憶された記憶手段を、
更に備え、
前記共通有効ビット長検索手段は、前記記憶手段に記憶された前記共通化波形数テーブルを参照して、前記共通有効ビット長に基づき、前記ブロックに含める前記共通有効実データの前記所定数を選択する、
付記１に記載の符号化装置。
［付記３］
前記構成フォーマットの前記ブロックは、前記所定数の前記共通有効実データを配置するデータ部と、前記共通有効ビットを示す情報を少なくとも配置するヘッダ部と、
からなる付記２に記載の符号化装置。
［付記４］
前記記憶手段には更に、圧縮モードの複数の種類を特定可能な圧縮モードテーブルが記憶され、
前記予測処理手段は、前記複数の種類の圧縮モードの各々を用いて、複数の残差波形データを生成し、当該複数の残差波形データのうち所定の１つを選択し、
前記共通有効ビット長検索手段及び前記構成フォーマット配置手段は、前記予測処理手段により選択された１つの前記残差波形データを処理対象にして処理を実行し、
前記構成フォーマット配置手段は、更に、処理対象に用いられた前記圧縮モードを示す情報を、前記所定の構成フォーマットに配置して、前記符号化データを生成する、
付記２又は３に記載の符号化装置。
［付記５］
音のデータを符号化する符号化装置が実行する符号化処理方法において、
符号化対象の音の波形データのサンプリングデータ毎に、予測残差値をサンプリング残差データとして算出し、当該サンプリング残差データの時系列の集合体を残差波形データとして生成する予測処理ステップと、
前記予測処理ステップの処理により生成された前記残差波形データの各サンプリング残差データ毎に有効ビット長を算出し、前記残差波形データの各サンプリング残差データの前記有効ビット長を示す有効ビット長データを生成する有効ビット長データ生成ステップと、
前記有効ビット長データ生成ステップの処理により生成された前記有効ビット長データについて、所定数のサンプリング残差データの各有効ビット長を処理対象として、処理対象の中で最大の有効ビット長を共通有効ビット長として検索し、前記所定数のサンプリング残差データの各々から、前記共通有効ビット長以外の部分を削除したものを、前記所定数の共通有効実データとして生成する共通有効ビット長検索ステップと、
前記共通有効ビット長検索ステップの処理により生成された前記所定数の共通有効実データ、及び前記共通有効ビット長を示す情報を、所定の構成フォーマットに少なくとも配置したデータを、符号化データとして生成する構成フォーマット配置ステップと、
を含む符号化方法。
［付記６］
音のデータを符号化する符号化装置を制御するコンピュータに、
符号化対象の音の波形データのサンプリングデータ毎に、予測残差値をサンプリング残差データとして算出し、サンプリング残差データの時系列の集合体を残差波形データとして生成する予測処理手段、
前記予測処理手段により生成された前記残差波形データの各サンプリング残差データ毎に有効ビット長を算出し、前記残差波形データの各サンプリング残差データの前記有効ビット長を示す有効ビット長データを生成する有効ビット長データ生成手段、
前記有効ビット長データ生成手段により生成された前記有効ビット長データについて、所定数のサンプリング残差データの各有効ビット長を処理対象として、処理対象の中で最大の有効ビット長を共通有効ビット長として検索し、前記所定数のサンプリング残差データの各々から、前記共通有効ビット長以外の部分を削除したものを、前記所定数の共通有効実データとして生成する共通有効ビット長検索手段、
前記共通有効ビット長検索手段により生成された前記所定数の共通有効実データ、及び前記共通有効ビット長を示す情報を、所定の構成フォーマットに少なくとも配置したデータを、符号化データとして生成する構成フォーマット配置手段、
として機能させるプログラム。
【符号の説明】
【００７１】
１・・・符号化装置、１１・・・ＣＰＵ、１１１・・・線形予測処理部、１１２・・・有効ビット長データ生成部、１１３・・・共通有効ビット長検索部、１１４・・・構成フォーマット配置部、１２・・・ＲＯＭ、１３・・・ＲＡＭ、１４・・・バス、１５・・・入出力インターフェース、１６・・・入力部、１７・・・出力部、１８・・・記憶部、２０・・・ドライブ、３１・・・リムーバブルメディア
【図２】
2013195646.tif 000003
【図３】
2013195646.tif 000004
【図４】
2013195646.tif 000005
【図５】
2013195646.tif 000006
【図６】
2013195646.tif 000007
【図７】
2013195646.tif 000008
【図８】
2013195646.tif 000009
【図１０】
2013195646.tif 000010
【図１１】
2013195646.tif 000011
【図１２】
2013195646.tif 000012
【図１３】
2013195646.tif 000013
【図１】
2013195646.tif 000014
【図９】
2013195646.tif 000015