(57)【要約】【課題】  デジタル的に変調された音信号をパルス幅モジュレーションによりアナログ信号として生成する技術を提供すること。【解決手段】  デジタル信号をアナログの疎密波信号に再生するアナログ信号生成装置は、記録媒体からデジタル信号を読み出すアプリケーション２０１と、読み出したデジタル信号を復号してＰＣＭデータをデコードする手段３１１と、ＥＭＩを制御するローパスフィルタ特性を与えるようにＰＷＭ信号を生成するためのＰＷＭ基本周波数をチューニングする音信号プロセッサ３１２と、チューニングされたＰＷＭ基本周波数を使用してデジタル信号に対応するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭジェネレータ３１３とを含んでいて、アプリケーション・レベルのドライバによりＤ級アンプを構成している。【選択図】図３
2013172293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報処理装置が読み出したデジタル信号をアナログ信号に再生するアナログ信号生成方法であって、前記アナログ信号生成方法は、前記情報処理装置が、
記録媒体から前記デジタル信号をアプリケーションが読み出すステップと、
前記読み出した前記デジタル信号を復号してＰＣＭデータにデコードするステップと、
デコードされた前記ＰＣＭデータを、ＥＭＩを制御するローパスフィルタ特性を与えるＰＷＭ基本周波数を使用してＰＷＭ信号を生成するステップと、
を実行する、アナログ信号生成方法。
【請求項２】
前記ローパスフィルタ特性を与えるＰＷＭ基本周波数を、１５０ｋＨｚまたは３０ＭＨｚ未満の周波数であって、前記ＰＣＭデータのサンプリング周波数以上の周波数にチューニングするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＰＷＭ基本周波数のチューニングにより、ＰＣＭデータの有効ビット数が低下する場合、前記ＰＣＭデータをバッファリングし、前記ＰＷＭ信号を生成させるために加算または減算するステップを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記アナログ信号生成方法は、可聴音周波数の疎密波信号を生成する、ためのアナログ信号を生成する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
デジタル信号をアナログ信号に再生するアナログ信号生成装置であって、前記アナログ信号生成装置は、
記録媒体から前記デジタル信号を読み出すアプリケーション手段と、
読み出した前記デジタル信号を復号してＰＣＭデータをデコードする手段と、
ＥＭＩを制御するローパスフィルタ特性を与えるようにＰＷＭ信号を生成するためのＰＷＭ基本周波数をチューニングする手段と、
チューニングされた前記ＰＷＭ基本周波数を使用して前記デジタル信号に対応するＰＷＭ信号を生成する手段と、
を含む、アナログ信号生成装置。
【請求項６】
前記チューニングする手段は、前記ローパスフィルタ特性を与えるＰＷＭ基本周波数を、１５０ｋＨｚまたは３０ＭＨｚ未満の周波数であって、前記ＰＣＭデータのサンプリング周波数以上の周波数を設定する手段を含む、請求項６に記載の装置。
【請求項７】
前記ＰＷＭ基本周波数のチューニングにより、ＰＣＭデータの有効ビット数が低下する場合、前記ＰＣＭデータをバッファリングし、前記ＰＷＭ信号を生成させるために加算または減算する手段を含む、請求項５または６に記載の装置。
【請求項８】
前記アナログ信号生成装置は、可聴音周波数範囲の疎密波信号を生成する、請求項５〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
情報処理装置を、請求項５〜８のいずれか１項に記載のアナログ信号生成装置として機能させるための装置実行可能なプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル音信号を生成する技術に関し、より詳細には、デジタル的に変調された音信号をアナログ信号として生成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣとして参照する。）、タブレット型ＰＣ、携帯電話、iPhone（登録商標）、体重計、洗濯機、炊飯器、冷蔵庫、コピー機、自動販売機、キオスク端末、券売機、銀行のＡＴＭ、自動車のメータ、監視カメラ、入退室管理パネル、火災報知機などに例示されるスマートホン、各種ゲーム機、遊技機、ヘルスケア製品、家電製品、ＯＡ機器、ＰＯＳ関連機器、銀行関連機器、自動車関連機器、セキュリティ分野関連機器、防災関連機器は、音声、音楽、呼出し音や各種アラーム音などの音源を備えている。以下、ＰＣ、携帯電話、スマートホン、遊技機、ヘルスケア製品、家電製品、ＯＡ機器、ＰＯＳ関連機器、銀行関連機器、自動車関連機器、セキュリティ分野関連機器、防災関連機器などを総じて情報処理装置として参照する。情報処理装置の主な機能は、各種のアプリケーションを中央処理装置（ＣＰＵ）が実行することにより、データ処理、コンテンツ再生、ネットワーク・アクセスなどを行うものである。そして、情報処理装置は、各種機能を補助する目的や、近年においてはＭＰ３などのオーディオ・ビジュアル（ＡＶ）信号の復号・再生を行う目的で、ＰＣＭといったデジタル音信号をアナログ音信号に変換するためのドライバ、アンプおよびスピーカの機能を備えている。
【０００３】
上述した情報処理装置は、近年ますます省電力や省スペース・小型化が要求されるので、アナログ音信号再生のために高効率のＤ級アンプを搭載し、デジタル音信号をアナログ音信号に変換して再生が行われている。Ｄ級アンプは、ＦＥＴやパワー・トランジスタといったスイッチング素子を使用したデジタル・アンプであり、電力消費を抑制でき、また省スペースの要求にも応えることが可能である。
【０００４】
情報処理装置は、タブレット型ＰＣやスマートホンの普及につれ、さらなる小型・軽量化が要求されており、デジタル音源の再生機能もより省スペース化・軽量化が要求されている。さらに情報処理装置も電気機器なので、電磁ノイズを規制するためのＥＭＩ規格に適合させる必要もある。
【０００５】
図１２に従来のアナログ信号再生装置１２００の概略的なブロック図を示す。アナログ信号再生装置１２００は、ＰＣ、ゲーム機、携帯型端末や組み込み装置に実装できるＣＰＵ１２１０を備えている。ＣＰＵ１２１０は、バッファメモリ１２１１、ドライバ１２１２およびＰＷＭ信号ジェネレータ１２１３の機能を提供し、アプリケーションが指令する音信号をバッファメモリ１２１１にバッファリングし、ドライバ１２１２を機能させて、ＰＷＭ信号ジェネレータ１２１３やＤ級アンプを機能させ、音信号を、スピーカ１２４０から再生している。
【０００６】
アナログ信号再生装置１２００は、Ｄ級アンプを備えており、Ｄ級アンプは、ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦ１２２０として参照する。）１２２０、ＡＭＰ１２３０、およびスピーカ１２４０を含む構成となっている。ＬＰＦ１２２０は、ＰＷＭ信号の高調波成分をカットし、音響ノイズの発生を防止するとともに、高周波数成分カット機能によりＰＷＭ信号に起因する電磁気的妨害、いわゆるＥＭＩを減少させている。また、ＡＭＰ１２３０は、説明する従来例ではＤ級アンプとされており、ＦＥＴ、トランジスタ、スイッチング素子などを備え、高効率の電流・電圧増幅を可能としている。
【０００７】
図１２に示すアナログ信号再生装置１２００は、各種の電磁気学的影響を外部に与える可能性があるので、例えば、ＣＩＳＰＲ２２／ＥＮ５０２２、ＶＣＣＩ、ＦＣＣ  Ｐａｒｔ  １５などに規定されるＥＭＩ規格をクリアしなければならない。また、デジタル信号をアナログ信号に変換する際には、近年ではＰＷＭ制御が利用される。ＰＷＭ信号は、矩形波のパルス幅を制御することで、パルス幅に応じた電圧または電流信号を生成し、アンプを介して外部に接続されたモータやスピーカといったアナログ機器を制御する。ＰＷＭ信号は、ＰＷＭ基本周波数で発生する矩形波のパルス幅を変調するものであり、そのＰＷＭ信号をフーリエ解析すると、その周波数スペクトラムは、主としてパルスの形状、特に立ち上がり・立ち下がり時間やそのＰＷＭ基本周波数に起因する高周波成分や高調波成分を含む。このため、ＰＷＭを使用する場合、高周波成分のＥＭＩを考慮する必要がある。
【０００８】
図１２に示されるＤ級アンプは、ＰＷＭ信号を、ＡＭＰ１２３０で電力増幅を行なった後、抵抗ＲおよびキャパシタンスＣを含んで構成されるＬＰＦ１２２０で高周波成分や高調波成分をフィルタリングを行う。ここでＬＰＦ１２２０にはＬＰＦを実現する回路のうち最も簡単なパッシブ型のＲＣ一次ローパスフィルタの回路を例示したが、それに限定されるものではない。次数の多いＬＰＦ回路やアクティブ型のＬＰＦ回路、あるいは音質調整を目的として多種のフィルタ回路を組み合わせる場合が想定される。ＬＰＦ１２２０の主な目的は、音響信号のうちの可聴成分だけを通過させることで、ＰＷＭ信号に起因する音響ノイズを低減させるものである。ただし、ＬＰＦ１２２０のカットオフ機能の結果として、ＬＰＦ１２２０を使用するＤ級アンプを搭載する情報処理装置では、ＰＷＭ信号に起因したＥＭＩの発生も抑制できていた。
【０００９】
これまで、上述したＤ級アンプ技術は各種知られており、例えば、特開２００９−６０４６６号公報（特許文献１）では、出力側にスピーカリレーを設ける必要なく、ショックノイズの発生を防止することができるＤ級アンプを提供する点が記載されている。また、特開２００９−１１１６９３号公報（特許文献２）では、小型かつ安価な構成でありながらノイズを充分に抑制することができる「Ｄ級アンプ」が記載されている。さらに、特開２００１−１８５９６１号公報（特許文献３）では、ＰＣＭ−ＰＷＭ方式を使用し、スイッチング速度を低下させることができるとともに、無信号入力時のノイズの発生を低減することができるデジタル・アンプが記載されている。
【００１０】
また、特開２００１−２９２０４０号公報（特許文献４）では、ＰＣＭ−ＰＷＭ方式を使用するＤ級アンプにおいて、スイッチング速度を低下させることができるととともに、駆動電圧波形の歪みの発生を抑えることができるデジタル・アンプが記載されている。特開２００６−５０４３０号公報（特許文献５）では、複合ＡＶ機への組み込みに適したデジタル・アンプモジュールを提供するためにＰＷＭ変調を利用するＤ級アンプおよびローパスフィルタを備える音声処理装置を記載している。さらに、特開２００７−８８９２６号公報（特許文献６）では、プッシュプル型出力段を構成するスイッチング・トランジスタおよびローパスフィルタを備えるＤ級アンプが記載されている。また、特開２００７−１６６１９０号公報（特許文献７）は、特定のサンプリング周波数と、その２分の１の周波数、及び逓倍の周波数の歪みが、ＬＰＦが不要なレベルまで低減でき、しかも単純で小規模な制御回路のみで実現可能なＤ級アンプを提供する点を記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−６０４６６号公報
【特許文献２】特開２００９−１１１６９３号公報
【特許文献３】特開２００１−１８５９６１号公報
【特許文献４】特開２００１−２９２０４０号公報
【特許文献５】特開２００６−５０４３０号公報
【特許文献６】特開２００７−８８９２６号公報
【特許文献７】特開２００７−１６６１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来のアナログ信号再生装置１２００は、ＰＣＭ音源、ＣＤ、ＤＶＤなどの音源を再生することが可能であった。しかしながら、これらの要素は、それぞれ独立するか、ある程度の機能を統合したＬＳＩとして実装されており、基板上の面積を消費するので、軽量・小型化の要求に充分応えることができず、さらに、低消費電力の要請にも限界があった。さらに、個別的にＬＳＩとして実装されているので、コスト・設計開発の労力もかかり、さらにハードウェア構成の変更や設計変更に対し、柔軟に対応することができないという問題点があった。
【００１３】
また、Ｄ級アンプやＤ級アンプを搭載する音声処理装置は各種知られているものの、情報処理装置に対する機能向上や、小型・軽量化の要求はますます高まっており、ＥＭＩ規格を満たしつつＤ級アンプモジュールを小型化、低価格化することが要求されていた。
【００１４】
さらに、アプリケーション、コンテンツの多様化および高機能化に対応し、情報処理装置は、その機能をアップデートすることが普通に行われており、情報処理装置の音再生機能も、アプリケーションやコンテンツの高機能化に対応するべく効率的にアップデートすることも要求されていた。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明は、ＰＷＭ信号に起因する高周波ノイズの抑制および制御を、ＰＷＭ信号を生成するための基本周波数のチューニングにより達成することができることを見出し、本発明に至ったものである。
【００１６】
すなわち、本発明によれば、情報処理装置が読み出したデジタル信号をアナログ信号に再生するアナログ信号生成方法であって、前記アナログ信号生成方法は、前記情報処理装置が、
記録媒体から前記デジタル信号をアプリケーションが読み出すステップと、
前記読み出した前記デジタル信号を復号してＰＣＭデータにデコードするステップと、
デコードされた前記ＰＣＭデータを、ＥＭＩを制御するローパスフィルタ特性を与えるＰＷＭ基本周波数を使用してＰＷＭ信号を生成するステップと、
を実行する、アナログ信号生成方法が提供できる。
【００１７】
本発明では、前記ローパスフィルタ特性を与えるＰＷＭ基本周波数を、１５０ｋＨｚまたは３０ＭＨｚ未満の周波数であって、前記ＰＣＭデータのサンプリング周波数以上の周波数にチューニングするステップを含むことができる。前記ＰＷＭ基本周波数のチューニングにより、ＰＣＭデータの有効ビット数が低下する場合、前記ＰＣＭデータをバッファリングし、前記ＰＷＭ信号を生成させるために加算または減算するステップを含むことができる。本発明では、前記アナログ信号生成方法は、可聴音周波数の疎密波信号を生成するためのアナログ信号を生成することができる。
【００１８】
また、本発明では、デジタル信号をアナログ信号に再生するアナログ信号生成装置であって、前記アナログ信号生成装置は、
記録媒体から前記デジタル信号を読み出すアプリケーション手段と、
読み出した前記デジタル信号を復号してＰＣＭデータにデコードする手段と、
ＥＭＩを制御するローパスフィルタ特性を与えるようにＰＷＭ信号を生成するためのＰＷＭ基本周波数をチューニングする手段と、
チューニングされた前記ＰＷＭ基本周波数を使用して前記デジタル信号に対応するＰＷＭ信号を生成する手段と、
を含む、アナログ信号生成装置が提供される。
【００１９】
本発明では、前記チューニングする手段は、前記ローパスフィルタ特性を与えるＰＷＭ基本周波数を、１５０ｋＨｚまたは３０ＭＨｚ未満の周波数であって、前記ＰＣＭデータのサンプリング周波数以上の周波数を設定する手段を含むことができる。前記ＰＷＭ基本周波数のチューニングにより、ＰＣＭデータの有効ビット数が低下する場合、前記ＰＣＭデータをバッファリングし、前記ＰＷＭ信号を生成させるために加算または減算する手段を含むことができる。
【００２０】
また本発明によれば、デジタル信号からアナログの疎密波信号を生成するためのアナログ信号生成装置およびプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明が適用される音信号生成装置の実装形態例示的に示す図。
【図２】本実施形態の音信号生成装置の概略的な機能ブロック２００を示す図。
【図３】本実施形態のドライバ概略的な機能ブロック３００を示す図。
【図４】本実施形態のドライバ３１０のより高次機能ブロックを示す図。
【図５】本実施形態で生成されるＰＷＭ信号５００の概略図。
【図６】本実施形態のドライバ３１０が実行する処理のフローチャート。
【図７】本実施形態のドライバ３１０が実行するＰＷＭ信号生成処理のフローチャート。
【図８】本実施形態のＰＷＭ基本周波数変調により、ＬＰＦ機能を提供することができることを説明するＰＷＭ信号の周波数特性８００および典型的なＬＰＦのフィルタ特性８１０を示す図。
【図９】本実施形態におけるドライバの他の実施形態を示す図。
【図１０】本実施形態でＰＣＭデータのビット落ちが発生することが予測される場合の処理のフローチャート。
【図１１】本実施形態のドライバ３１０−２が実行するＰＷＭ信号生成処理のフローチャート。
【図１２】従来のアナログ信号再生装置１２００の概略的なブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施形態をもって説明するが、本発明は後述する実施形態に限定されるものではない。以下、本発明が適用されるアナログ信号生成装置の実装形態を、ＰＣＭデータを音声データとしてデコードする実施形態である、音信号生成装置であるものとして説明するが、本発明は、音声の他、振動、バイブレータなど、デジタル信号をアナログ信号として再生できる装置に適用することができる。図１は、本実施形態の音信号生成装置をタブレット型ＰＣ１００、スマートホン１１０およびゲーム機（図示せず）として例示的に示す。タブレット型ＰＣ１００は、ネットワーク接続を行ない、適切なフォーマット、例えばＷＡＶ、ＭＰ３、ＭＰＥＧ２、ＭＰＥＧ４、Ｈ．２６４などのフォーマットのＡＶコンテンツをダウンロードすることができる。タブレット型ＰＣ１００は、またＵＳＢなどのインタフェースを介してフラッシュ・メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤドライブなどの外付け機器を接続することができる。また、本発明の音信号生成装置は、家電製品、ＯＡ機器、ＦＡ機器など所謂組み込み機器としても実装できる。
【００２３】
また、スマートホン１１０もワイヤレス・ネットワークを介してＡＶコンテンツのダウンロードが可能である。またスマートホンは、その主要な機能として電話機能も備えているので、音声信号を再生する必要もあし、またマナーモードなどで利用されるバイブレータ機能も備えている。また、ゲーム機は、ゲームのコンテキストに沿ってゲーム感を高揚させたり、臨場感を高めるために各種音声・音響信号を、動画イメージとともに再生する。また、ゲーム機に関しては据え置き型のものの他、近年ネットワーク型のゲームが普及しており、スマートホン１１０やタブレット型ＰＣ１００もある意味でゲーム機ということができる。
【００２４】
図１に示した音信号生成装置は、いずれもＰＣＭ、株式会社ＣＲＩ・ミドルウェアの製品の高圧縮デジタル音圧縮フォーマットである、ＡＤＸまたはＡＤＰＣＭなどにエンコードされたデジタル信号や、さらに他の圧縮が行われたデータを伸張してデコードしたＰＣＭデータを音信号として生成する。タブレット型ＰＣ１００およびスマートホン１１０は、携行性がそのメリットの主要なものの１つなので、薄型・軽量であることや省電力が要請される。この観点からすれば、アナログ音を再生するために必要不可欠な電流／電圧増幅要素やスピーカ以外の要素を単一の要素に統合する必要がある。しかしながら、アナログ音信号を生成する必要があるので、Ｄ級アンプやスピーカといったハードウェアは削除できない機能的要素と言える。
【００２５】
本実施形態は、上記の着想に基づき、Ｄ級アンプやスピーカ以外のＰＷＭ制御に使用される機能を、プログラムによりＣＰＵが代替できる機能を、ＣＰＵに集約することを可能とするものである。
【００２６】
図２は、本実施形態の音信号生成装置の概略的な機能ブロック２００を示す。本実施形態の音信号生成装置は、ＰＣ、スマートホン、ゲーム機、その他の組込装置として実装することができ、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどのメモリ、ハードディスク装置、ＳＳＤ、フラッシュ・メモリなどを備え、ＣＰＵがハードウェア資源を動作させることによってプログラムを実行することにより、音信号生成装置として機能させるための機能手段を実現させている。
【００２７】
図２を参照すると、音信号生成装置は、その機能ブロックとして、アプリケーション２０１、オペレーティング・システム２０２（以下、ＯＳ２０２として参照する。）、および各種ドライバ２０３〜２０６を備えている。アプリケーション２０１は、本実施形態のコンテキストにおいては、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）メディア・プレイヤー、ゲームソフト、ＡＶコンテンツ再生ソフトなどであり、ＭＰ３、ＷＡＶ、ＭＰＥＧ、ＭＰＥＧ２、ＭＰＥＧ４、Ｈ２６４などのＡＶコンテンツをメモリから読み出して、ＰＣＭ音源などのデジタル音信号を、例示的な可聴域周波数（音波）に相当するアナログ信号に変換し、スピーカから出力させる機能を提供する。
【００２８】
ＯＳ２０２は、ＣＰＵによって実行され、アプリケーションの実行を管理するとともに、各種ドライバ２０３〜２０６を制御して、アプリケーション２０１の実行結果を、各種のハードウェア２０７〜２１０に出力させている。ＯＳ２０２は特に限定されるものではないが、具体的には例えば、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）シリーズ、ＬＩＮＵＸ（登録商標）、ＵＮＩＸ（登録商標）、ＭＡＣ  ＯＳ（登録商標）、ＬＩＮＸ（登録商標）、ＡＮＤＲＯＩＤ（登録商標）、ＦｒｅｅＢＳＤ、ＶｘＷｏｒｋｓ、ＯＳ−９、ＱＮＸなど、コンピュータ用、モバイル機器用、または組込みシステム用のいかなるＯＳでも実装することができるし、ＯＳから分離された形態で組み込み機器として実装することもできる。
【００２９】
また、ＣＰＵとしては、限定されるものではないが、例えば、ＰＥＮＴＩＵＭ（登録商標）、ＰＥＮＴＩＵＭ（登録商標）  ＤＵＡＬＣＯＲＥ、ＣＯＲＥ２  ＤＵＯ（登録商標）、ＣＯＲＥ２  ＱＵＡＤ（登録商標）、ＸＥＯＮ（登録商標）、ＡＴＨＲＯＮ（登録商標）、ＯＰＥＴＲＯＮ（登録商標）、ＰＨＥＮＯＭ（登録商標）、ＳＥＭＰＲＯＮ（登録商標）、ＰＯＲＷＥＰＣ（登録商標）、Ｃｏｒｔｅｘ（登録商標）、Ｓｕｐｅｒ−Ｈ（登録商標）、ＲＸ（登録商標）、Ｒ８Ｃ（登録商標）、ＲＬ７８（登録商標）、７８Ｋ（登録商標）などを挙げることができ、シングルコアでもデュアルコアまたシングルチップマイコンでもかまわない。
【００３０】
ＯＳ２０２は、アプリケーション２０１が外部装置へのアクセスを要求する場合、対応するドライバ２０３〜２０６を呼び出して、対応する外部装置にアクセスを可能とさせている。例えば、ドライバ２０３は、ＵＳＢといったアプリケーション・レベルでのドライバであり、ＤＲＡＭ、フラッシュ・メモリなどの記憶素子などのハードウェア２０７へのアクセスを可能としている。またドライバ２０４は、例えばＳＡＴＡドライバであり、ハードディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭ、またはＤＶＤなどの外付けメディア装置へのアクセスを可能とする。
【００３１】
また、ドライバ２０５は、本実施形態のＤ級アンプ・ドライバとして機能し、ＰＷＭ信号をアンプ（ＡＭＰ）に送付して増幅後、アナログ音信号としてハードウェアとして実装されるスピーカに送付する。スピーカは、受け取った音信号として再生させている。なお、本実施形態における音信号とは、疎密波として伝搬する波形信号を意味し、人間の可聴範囲に限定されるものではない。
【００３２】
なお、詳細には後述するが、本実施形態のドライバ２０５は、Ｄ級アンプ用のドライバを、アプリケーション（ソフトウェア）・レベルで構成し、圧縮形式のＡＶコンテンツを伸張してＰＣＭデータへデコードし、ＰＷＭ基本周波数をチューニングし、当該基本周波数を使用してＰＣＭデータからＰＷＭ信号を生成する機能を提供する。さらにドライバ２０６は、例えば、ネットワーク・アダプタとすることができ、イーサネット（登録商標）やワイヤレス・ネットワークのための物理層を動作させ、ネットワーク・アクセスを可能とさせる、やはりアプリケーション（ソフトウェア）レベルのドライバである。
【００３３】
ドライバの実装形式は特に限定されるものではないが、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）系ＯＳでは、所謂ｄｌｌ(dynamic link library)として実装することができる。また、ＵＮＩＸ（登録商標）やＬＩＮＵＸ（登録商標）といったＯＳでは、例えば「.so」といった共有ライブラリ・ファイルとして実装することができ、いずれもメモリやハードディスク以外のハードウェアを使用せずに構成できる。
【００３４】
本実施形態のドライバ２０５が適用するＰＷＭ基本周波数のチューニングは、予めデジタル・コンテンツが含むＰＣＭデータの特性が予測できる場合には、ルックアップ・テーブルなどに周波数設定値を登録しておき、適切なクロック発生手段または分周器を使用して基本周波数を生成させることができる。また、ＰＣＭデータのサンプリングレートなどを可変に設定できる場合には、サンプリングレートと、ＰＷＭ基本周波数とを比較して、標本化定理などを基準として動的に発振周波数の分周制御を調整し、チューニングすることもできる。
【００３５】
図３は、本実施形態のドライバの概略的な機能ブロック３００を示す。図３の矩形枠で囲まれた機能要素が、本実施形態のドライバ３１０を提供し、図２のドライバ２０５に対応する。アプリケーション２０１が音信号の再生を開始すると、アプリケーション２０１は、メモリから圧縮データを読み出し、バッファリングする。バッファリングされた圧縮データは、ドライバ３１０に送付される。ドライバ３１０は、ＰＣＭデコーダ３１１と、音信号プロセッサ３１２と、ＰＷＭ信号ジェネレータ３１３とを含んで構成されている。ＰＣＭデコーダ３１１は、データ伸張機能を備え、圧縮データであるＡＶコンテンツをバッファから読み込み、伸張処理を適用し、ＰＣＭデータをデコードする。なお、説明する実施形態では、再生するアナログ信号の周波数が可聴域なので、音信号プロセッサ３１２として記載するが、デジタル信号からＰＷＭ信号を生成するためにデジタル信号を加工する処理を実行する、デジタル信号プロセッサとして機能する。
【００３６】
なお、本実施形態では、アプリケーション２０１は、装置が備える記録装置、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＵＳＢ、フラッシュ・メモリからデジタル音信号を読み取ることもできるし、アプリケーションがストリーミング再生を可能とする場合には、バッファは、アプリケーション２０１が提供するストリーミング用のリング・バッファなどとして実装することができる。
【００３７】
音信号プロセッサ３１２は、ＬＰＦの使用を排除するため、以下の処理をＰＣＭデータに対して適用する。まず、音信号プロセッサ３１２は、ターゲットとするＰＷＭ基本周波数を決定する。ＰＷＭ基本周波数の決定は、ＬＰＦの高周波成分カット特性によりＥＭＩが改善される点を考慮し、また、ＰＷＭ信号をフーリエ展開した場合の高周波成分の強度が、ＬＰＦのカットオフ周波数特性と同様に概ね−２０ｄＢ／ｄｅｃの挙動を取ることを考慮する。その他、ＰＷＭ基本周波数の決定は、処理対象のＰＣＭデータの特性も考慮して決定する。以上の観点から、ＰＷＭ基本周波数の値を、ＥＭＩ規制値未満の周波数未満であって、ＰＷＭ変換の際にＰＣＭデータのデータビット落ちの発生を最小限とする最大の周波数として決定する。なお、組み込み機器において、ＣＰＵの能力が充分ではない場合には、予めルックアップ・テーブルに周波数候補値を設定しておき、チューニングする構成を採用することができる。本実施形態においてＰＷＭ基本周波数のチューニング方法は、これまで知られたいかなる設定方式でも用いることができる。
【００３８】
そして、音信号プロセッサ３１２は、決定したＰＷＭ基本周波数およびＰＣＭデータをＰＷＭ信号ジェネレータ３１３に送付する。ＰＷＭ信号ジェネレータ３１３は、本実施形態では、独立した半導体モジュールや半導体ブロックとしてではなく、ＣＰＵがプログラムを実行することにより提供されるソフトウェア手段として実装される。ＰＷＭ信号ジェネレータ３１３は、音信号プロセッサ３１２が作成したＰＷＭ基本周波数パルスを受領して、ＰＣＭデータのカウントおよび生成するべきＰＷＭ信号の設定との比較を行なって、ＰＷＭ基本周波数パルスのパルス幅を変調することで、ＰＷＭ信号を生成する。生成したＰＷＭ信号は、ＬＰＦを経ることなくドライバ３１０から出力された後、ＡＭＰ３２０へと出力され、電流／電圧増幅された後、ここでもＬＰＦを経ることなくスピーカ３３０からアナログ音信号として出力される。
【００３９】
本実施形態では、ＥＭＩの問題を生じさせないように音信号プロセッサ３１２がＰＷＭ基本周波数をチューニングするので、ドライバ３１０の出力側にＬＰＦを配置する必要が排除でき、軽量化および省スペース化が達成できる。また、ＰＣＭデコーダ３１１、音信号プロセッサ３１２、およびＰＷＭ信号ジェネレータ３１３を、重量や占有スペースのないプログラムの動作によりＣＰＵという単一のＬＳＩ中に実装できるので、さらに省スペース化・軽量化を達成することも可能となる。また、今後、論理合成可能なＣＰＵと上記ＰＣＭデコーダ３１１、音信号プロセッサ３１２、およびＰＷＭ信号ジェネレータ３１３を単一のＦＰＧＡに代表されるフィールドプログラマブルなＬＳＩに実装することも可能となる。
【００４０】
さらに、本実施形態のドライバは、アプリケーション２０１からの要求に応じて呼び出されるデバイスドライバとして実装できるので、ハードウェア依存性を排除し、より柔軟性・汎用性の高い音信号プロセッサを提供することができる。
【００４１】
図４は、本実施形態のドライバ３１０のより高次機能ブロックを示す。ドライバ３１０は、ＰＣＭデコーダ４０１と、音処理プロセッサ４０２とを備えている。ＰＣＭデコーダ４０１は、バッファメモリから圧縮データ４００を読み込んで、伸張処理を適用してＰＣＭデータをデコードする。デコードされたＰＣＭデータは、音処理プロセッサ４０２に送られ、ＰＣＭデータの解析が行われて、ＰＣＭデータのデータビット落ちを最小化させるようにＰＷＭ基本周波数をＥＭＩ規制の周波数未満の周波数値に設定する。
【００４２】
より具体的には、ナイキストのサンプリング(標本化)定理からいえば、ＰＷＭ基本周波数は、音声信号に含まれる周波数成分を超えていればよいので、ＥＭＩ規制の周波数未満で、ＰＣＭデータのサンプリングレートの以上の適切な周波数として決定することができ、例えば、ＰＷＭ基本周波数は、概ね２０Ｈｚ〜２０ＫＨｚの範囲まで低下させることもできる。
【００４３】
なお、ＰＣＭデータが例えば、ゲームソフトウェアや、スマートホンの合成音やアラーム信号などある程度予測性の高いデータである場合には、最適なＰＷＭ基本周波数の設定値から適宜選択して決定することができる。
【００４４】
音処理プロセッサ４０２は、決定したＰＷＭ基本周波数を生成するようにクロックを制御（カウント）してＰＷＭ基本周波数を生成させる。さらにドライバ３１０は、より詳細には、インターバルカウンタ４０３、レジスタ１、レジスタ２、ＰＷＭ制御カウンタ４０６およびコンペアマッチ・レジスタ４０７を備えている。インターバルカウンタ４０３は、ＰＣＭデータの出力間隔を決定するためにクロックをカウントし、ＰＷＭ信号生成の進行に伴ってＰＣＭデータの読み出しを制御させている。
【００４５】
また、レジスタ１は、生成するべきＰＷＭ信号のパルス幅を規定する設定値を登録し、レジスタ２は、ＰＣＭデータを出力するインターバルを規定する設定値を登録する。
【００４６】
ＰＷＭ制御カウンタ４０６は、音処理プロセッサから送付されるＰＣＭデータのビット値をカウントし、カウント値をコンパレータ４０８に送付する。また、コンパレータ４０８には、コンペアマッチ・レジスタ４０７に設定されたカウント値が入力されており、ＰＷＭ制御カウンタ４０６のカウント値との比較およびＰＷＭ制御カウンタ４０６からの制御信号を使用してＰＷＭジェネレータ４０９に対し適切なパルス幅で図５に示すＰＷＭ信号を生成させる。
【００４７】
図５は、本実施形態で生成されるＰＷＭ信号５００の概略図である。ＰＷＭ信号５００自体は、アナログ音信号を生成させるので、従来技術で生成される信号と変わるものではない。しかしながら、本実施形態では、音処理プロセッサ４０２の処理によって、ＰＷＭ基本周波数ｆＰＷＭが、ＥＭＩの規制値未満の周波数でＰＣＭデータのビット落ちを最小する最大の周波数値に設定される。
【００４８】
なお、ＣＰＵなどの性能に応じて周波数設定値をルックアップ・テーブルから選択して設定する構成を採用することもできる。生成されるＰＷＭ基本周波数は、ＰＷＭ信号の高周波数成分の減衰挙動を考慮すれば、自動的にＥＭＩ規制をクリアし、同時にＰＣＭデータのビット落ちを最小化するので、アナログ音信号に生じる量子化ノイズも最小化できる。本実施形態では、ＰＣＭデータをターゲットのＰＷＭ基本周波数に適合させてサンプリングを制御する。ＰＷＭ基本周波数は、説明する実施形態では、例えば、適切なレジスタに登録したターゲット周波数から１５０ｋＨｚ未満の設定値を選択することができる。
【００４９】
すなわち、本実施形態では、生成されるＰＷＭ信号は、例えば、ＶＣＣＩ規格や、ＦＣＣ規格でいえば、電源ケーブルに関する１５０ｋＨｚ未満の周波数として生成できるので、ＰＷＭ信号の高周波数成分の−２０ｄＢ／ｄｅｃ挙動を考慮すれば、水平偏波および垂直偏波の規制値もクリアすることができ、そのため、ＬＰＦ要素を適切に削除することができる。
【００５０】
図６は、本実施形態のドライバ３１０が実行する処理のフローチャートを示す。図６の処理は、ステップＳ６００から開始し、ステップＳ６０１で割込み条件などの設定を行う。ステップＳ６０２では、インターバルカウンタおよびＰＷＭ制御カウンタを起動し、ステップＳ６０３では、圧縮データをバッファに読み込む。
【００５１】
ステップＳ６０４では、全データをデコード完了したか否かを判断し、全データのデコードが完了していない場合（ｎｏ）、ステップＳ６０５で、１フレーム分の圧縮データを伸張してＰＣＭデータにデコードし、バッファメモリにバッファリングする。
【００５２】
ステップＳ６０６では、バッファにサンプリング周波数と、ＰＷＭ信号のデューティ比の設定値を書込み、処理をステップＳ６０４に戻す。ステップＳ６０４で、全データのデコードが完了していなければ、ステップＳ６０５およびＳ６０６の処理を反復し、ステップＳ６０４で全データのデコードが完了した場合、ステップＳ６０７で再生終了の指令を受領するまで（ｙｅｓ）処理を待機させる（ｎｏ）。
【００５３】
図７は、本実施形態で、図６の処理と並列的に実行される本実施形態のドライバ３１０が実行するＰＷＭパルス生成処理のフローチャートを示す。図７の処理は、インターバルカウンタが設定したサンプリング周波数に対応する時間間隔でＰＷＭパルスを作成する処理であり、割込信号としてはインターバルカウンタのカウント値を利用する。
【００５４】
図７の処理は、ステップＳ７００から開始し、ステップＳ７０１では、ＰＣＭデータをターゲットのＰＷＭ基本周波数に適合するようにサンプリング制御を行い、ステップＳ７０２で、バッファから１データ読出しを行なってＰＷＭパルスを作成する処理を実行し、ステップＳ７０３で割込み処理を終了し、以後に発生する割込を待機する。図６および図７の処理を使用することにより、本実施形態のドライバは、ＰＣＭからＰＷＭパルスを連続的にかつＥＭＩの問題を生じさせることなく、生成することが可能となる。
【００５５】
図８は、本実施形態のＰＷＭ基本周波数変調により、ＬＰＦ機能を提供することができることを説明するＰＷＭ信号の周波数特性８００および典型的な一次ＬＰＦのフィルタ特性８１０を示す。図８の周波数特性８００は、当該矩形波または台形波のシーケンスを周波数領域でフーリエ変換し、各周波数成分の強度を縦軸とし、周波数（対数スケール）を横軸にしてプロットした図である。またフィルタ特性８１０は、典型的なＬＰＦのカットオフ特性を縦軸をゲインとし、横軸を周波数として示した図である。
【００５６】
図８に示されるように、ＰＷＭ信号は、パルス幅の異なる矩形波のシーケンスとして生成され、立ち上がり期間、立ち下がり期間を有する矩形波（台形波）の立ち上がり時間をｔｒとし、パルス周期をＴとすると、ＰＷＭ基本周波数に起因する−２０ｄＢ／ｄｅｃの減衰周波数は、下記式（１）で与えられる。
【００５７】
【数１】
2013172293.tif 000003
【００５８】
一方、ＰＷＭ信号の高周波数成分は、矩形パルスの立ち上がりおよび立ち下がり特性に由来するので、矩形波の立ち上がり／立ち下がり時間をｔｒとした場合、下記式（２）で示す周波数までは概ねＬＰＦのフィルタ特性のカットオフ周波数ｆｃを超えた場合の減衰特性である−２０ｄＢ／ｄｅｃにしたがって減衰して行き、下記式（２）の周波数を超えると、概ね−４０ｄＢ／ｄｅｃにしたがって急激にその強度を減衰させる。
【００５９】
【数２】
2013172293.tif 000004
【００６０】
本実施形態は、図８に示すＰＷＭ信号の周波数特性を使用し、ＬＰＦを使用することなく、ＰＷＭ信号に起因する高周波成分をカットするものである。すなわち、ＰＷＭ基本周波数を、少なくともＥＭＩ規制値未満に設定することにより、ＰＷＭ制御に起因するＥＭＩの問題をＬＰＦを利用せずに対応することを可能とする。
【００６１】
図９は、本実施形態におけるドライバの他の実施形態を示す。ドライバ３１０−２は、主要な構成は、図４で説明したと同様である。一方、図９に示した実施形態では、ＰＷＭ基本周波数を低下させたことにより、ＰＣＭデータのサンプリングで、データビット落ちが発生することが予測される場合の実施形態である。音処理プロセッサ９０２は、ＰＷＭ基本周波数を制御し、設定した周波数と、ＰＣＭデータのサンプリング周期とを比較し、サンプリングレートが充分ではないと判断した場合、ＰＣＭデータを予めバッファリングしておき、当該ＰＣＭデータのＰＷＭ生成処理の際に、加算器９１０または減算器（図示せず）に渡してデータ落ちしたビットを補正してＰＷＭ信号の生成を行わせている。
【００６２】
また、ビット落ちしたデータビットの補正は、図９に示した実施形態以外にも、モジュール構成が増加するものの、複数のＰＷＭ制御カウンタを設けておき、ＰＷＭジェネレータ９０９後のＤ／Ａ変換時に、欠落したビット数に対応する補正を行わせることもできる。なお、データビットの欠落やデータビット数の低下などが発生する場合の補正処理に関しては、特定の実装形態に応じて適宜データビット落ちの補正処理をアプリケーション・レベルでドライバ３１０−２に反映させることができる。
【００６３】
図１０は、本実施形態でＰＣＭデータのビット落ちの発生が予測される場合の処理のフローチャートを示す。図１０の処理はステップＳ１００６およびステップＳ１００８の処理を除き、図６の処理と同様なので、以下、ステップＳ１００６およびステップＳ１００８の処理について詳細に説明する。
【００６４】
ステップＳ１００６では、ＰＷＭ基本周波数およびサンプリングレートを比較してＰＣＭデータに関するビット落ち発生を判断し、ビット落ちが発生しない場合（ｎｏ）、ステップＳ１００４〜Ｓ１００７の処理を反復実行させる。一方、ステップＳ１００６で、ビット落ちが発生する可能性を判断すると（ｙｅｓ）、ステップＳ１００８で、予めバッファしておいたＰＣＭデータを、ＰＷＭ制御カウンタのカウント処理の適切なタイミングで、バッファしたビット値を加算（または減算）させ、処理をステップＳ１００７に渡し、以後のＰＷＭ信号の生成処理を実行させる。なお、ステップＳ１００６およびステップＳ１００８の処理は、ＣＰＵの能力などとの関係で予めバッファ時にターゲットのＰＷＭ基本周波数および再生すべきＰＣＭデータのサンプリングレートなどを使用して予測し、投機的にデータ加工するなどの処理とすることもできる。
【００６５】
図１１は、本実施形態のドライバ３１０−２が実行する並列処理でＰＷＭパルスを生成する処理のフローチャートを示す。図１１の処理は、ステップＳ１１００から開始し、ステップＳ１１０１では、ＰＣＭデータをターゲットのＰＷＭ基本周波数に適合するようにサンプリング制御を行い、ステップＳ１１０２で、バッファから１データ読出しを行なってＰＷＭパルスを作成する処理を実行する。この際、ＰＷＭパルスを生成する際に使用するＰＷＭデータには、ビット落ちした分のデータが追加されたデータが供給される。
【００６６】
ステップＳ１１０３で割込み処理を終了し、以後に発生する割込を待機する。図１０および図１１の処理を使用することにより、本実施形態のドライバは、ＰＣＭからＰＷＭパルスを連続的にかつＥＭＩの問題を生じさせることなく、生成することが可能となり、ＰＷＭ基本周波数の周波数を低下させたことに起因して発生する場合が想定されるＰＣＭデータビットの欠落に伴う量子化ノイズの発生を回避することができる。
【００６７】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明してきたが、本実施形態のドライバ３１０、３１０−２は、Ｃ言語、Ｃ＃言語、Ｃ＋＋言語といった高級言語で記述されるアプリケーション・レベルでのドライバとして実装される。このため、本発明によれば、ハードウェア構成への依存性を排除でき、ハードウェア構成が変わる毎にハードウェア的なドライバを修正するなどの労力を削減し、例えばｄｌｌ(dynamic link library)や「.so」ファイルとして構成することにより、ネットワークを介したダウンロードによりＤ級アンプを再構築するなどの機能を提供することができ、より汎用性の高い音信号生成装置を提供することを可能とする。
【００６８】
さらに、本発明では、Ｄ級アンプ・ドライバをアプリケーション・レベルで実装できるので、ドライバのためのハードウェアを基板上に配置することが必要なく、さらにハードウェアの機能変更に対応してダウンロードによりＤ級アンプの特性を変更することを可能とする、柔軟な音声再生を可能とする。
【００６９】
本実施形態の上記機能は、アセンブラ、Ｃ言語、Ｃ＋＋、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｊａｖａ（登録商標）などのオブジェクト指向プログラミング言語などで記述された装置実行可能なプログラムにより実現でき、当該プログラムは、ハードディスク装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、フレキシブルディスク、ＥＥＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリなどの装置可読な記録媒体に格納して頒布することができ、また他装置が可能な形式でネットワークを介して伝送することができる。
【００７０】
これまで本実施形態につき説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７１】
１００  タブレット型ＰＣ
１１０  スマートホン
２００  機能ブロック
２０１  アプリケーション
２０２  オペレーティング・システム
２０３〜２０６  ドライバ
２０７〜２１０  ハードウェア
３００  機能ブロック
３１０  ドライバ
３１１  ＰＣＭデコーダ
３１２  音信号プロセッサ
３１３  ＰＷＭ信号ジェネレータ
３２０  ＡＭＰ
３３０  スピーカ
４００  圧縮データ
４０１  ＰＣＭデコーダ
４０２  音処理プロセッサ
４０３  インターバルカウンタ
４０６  ＰＷＭ制御カウンタ
４０７  コンペアマッチ・レジスタ
４０８  コンパレータ
４０９  ＰＷＭジェネレータ
５００  ＰＷＭ信号
８００  周波数特性
８１０  フィルタ特性
【図１】
2013172293.tif 000005
【図２】
2013172293.tif 000006
【図３】
2013172293.tif 000007
【図４】
2013172293.tif 000008
【図５】
2013172293.tif 000009
【図６】
2013172293.tif 000010
【図７】
2013172293.tif 000011
【図８】
2013172293.tif 000012
【図９】
2013172293.tif 000013
【図１０】
2013172293.tif 000014
【図１１】
2013172293.tif 000015
【図１２】
2013172293.tif 000016