楽音波形の情報圧縮方法、情報伸長方法、情報圧縮のためのコンピュータプログラム、情報圧縮装置、情報伸長装置及びデータ構造
【課題】楽音波形の振幅が大きい部分が細かく量子化され、振幅が小さい部分が粗く量子化され、楽音波形の記憶容量が小さくされる。
【解決手段】標準振幅ＮＸ（ｉ）は限界値Ｘｔから差し引かれ、振幅差値ＲＮＸ（ｉ）が求められる（ステップ１１）。ＲＮＸ（ｉ）＝ＳＩＧ{ＮＸ（ｉ）}×〔Ｘｔ−ＡＢＳ{ＮＸ（ｉ）}〕ＳＩＧ{ＮＸ（ｉ）}：ＮＸ（ｉ）が負なら「−１」、負ではないなら「１」ＡＢＳ{ＮＸ（ｉ）}：{ＮＸ（ｉ）}の絶対値。この振幅差値ＲＮＸ（ｉ）は、８ビットの浮動小数点表記ＦＲＮＸ（ｉ）とされる。これにより、上記楽音波形の振幅値Ｘ（ｉ）は、上記楽音波形の限界値Ｘと、上記楽音波形の振幅値Ｘ（ｉ）との差に変換され、楽音波形の振幅Ｘが大きいときに、量子化の精度がより細かくされる。
【解決手段】標準振幅ＮＸ（ｉ）は限界値Ｘｔから差し引かれ、振幅差値ＲＮＸ（ｉ）が求められる（ステップ１１）。ＲＮＸ（ｉ）＝ＳＩＧ{ＮＸ（ｉ）}×〔Ｘｔ−ＡＢＳ{ＮＸ（ｉ）}〕ＳＩＧ{ＮＸ（ｉ）}：ＮＸ（ｉ）が負なら「−１」、負ではないなら「１」ＡＢＳ{ＮＸ（ｉ）}：{ＮＸ（ｉ）}の絶対値。この振幅差値ＲＮＸ（ｉ）は、８ビットの浮動小数点表記ＦＲＮＸ（ｉ）とされる。これにより、上記楽音波形の振幅値Ｘ（ｉ）は、上記楽音波形の限界値Ｘと、上記楽音波形の振幅値Ｘ（ｉ）との差に変換され、楽音波形の振幅Ｘが大きいときに、量子化の精度がより細かくされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、楽音波形の情報圧縮方法、情報伸長方法、情報圧縮のためのコンピュータプログラム、情報圧縮装置、情報伸長装置及びデータ構造に関し、特に楽音波形の圧縮記憶などに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、楽音波形を記憶するための記憶容量を小さくするために種々の手法が考えられてきている。このようなものの１つに、楽音波形をフーリエ変換して圧縮してまたは圧縮しないで記憶するものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特許３６７３３８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、このような圧縮記憶される楽音波形では、量子化を細かくするほうが、元波形をより緻密に再現できるが、記憶容量が増えてしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本件発明では、所定の時間長で切り出された楽音波形をフーリエ変換またはコサイン変換し、 このフーリエ変換またはコサイン変換された情報につき、振幅成分及び位相成分を量子化し、 この量子化を振幅成分の値が小さいときに比べて大きいときに、より細かくするようにした。
【０００６】
また、上記圧縮された量子化された楽音波形を伸長し、場合によって量子化された位相成分も付加し、 この伸長された楽音波形の復元において、上記楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、より細かくされた量子化の復元を行い、 この復元された楽音波形をフーリエ逆変換またはコサイン逆変換するようにした。
【発明の効果】
【０００７】
これにより、振幅成分の値が大きい部分の量子化レベルを細かくするが、楽音波形の振幅が小さい部分の量子化レベルを粗くできるので、この分楽音波形の記憶容量を小さくできる。また、この圧縮された楽音波形を伸長復元して元の楽音波形を再生できる。
【０００８】
さらに、楽音波形の中の大きな成分ほど高い精度で量子化され、楽音波形の中の小さな成分ほど低い精度で量子化される。この結果、大きな音が鳴っている背景での小さな音のわずかな大小変化は簡略化され、人間の聴感に合致させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（１）全体回路
図１は、楽音波形の情報圧縮方法及び情報伸長方法を実現する全体回路、情報圧縮方法のためのコンピュータプログラムを実行する全体回路、並びに情報圧縮装置、情報伸長装置、楽音制御装置、自動演奏装置または電子楽器の全体回路１を示す。
【００１０】
キーボード１１の各キーは、楽音の発音及び消音を指示するもので、キースキャン回路１２によってスキャンされ、キーオン、キーオフを示すデータが検出され、コントローラ２（ＣＰＵ、ＤＳＰ：デジタルシグナルプロセッサ）によってプログラム／データ記憶部４に書き込まれる。そして、それまでプログラム／データ記憶部４に記憶されていた各キーのオン、オフの状態を示すデータと比較され、各キーのオンイベント、オフイベントの判別が、コントローラ２によって行われる。
【００１１】
このキーボード１１の各キーには段差タッチスイッチなどの速度センサー、加速度センサー、圧力センサーが設けられ、段差スイッチごとに上記スキャンが行われ、各段差スイッチの先頭のオン／オフごとにオンイベント／オフイベントの検出が行われる。この段差スイッチなどのセンサーによってタッチの速さと強さを示す上記タッチ情報つまりイニシャルタッチデータとアフタタッチデータとが発生される。なお、キーボード１１は、電子弦楽器、電子吹奏（管）楽器、電子打楽器（パッド等）、コンピュータのキーボード等で代用される。
【００１２】
パネルスイッチ群１３の各スイッチは、スイッチスキャン回路１４によって、スキャンされる。このスキャンにより、各スイッチのオン、オフを示すデータが検出され、コントローラ２によってプログラム／データ記憶部４に書き込まれる。そして、それまでプログラム／データ記憶部４に記憶されていた各スイッチのオン、オフの状態を示すデータと比較され、各スイッチのオンイベント、オフイベントの判別が、コントローラ２によって行われる。
【００１３】
ミディ回路１５は、外部接続された電子楽器との間で演奏情報や楽音波形信号の送受を行うためのインターフェースである。この演奏情報はＭＩＤＩ（ミュージカルインスツルメントデジタルインターフェース）規格のもので、この演奏情報に基づいた発音も行われる。
【００１４】
上記キーボード１１またはミディ回路１５には、自動演奏装置も含まれる。これらキーボード１１、パネルスイッチ群１３、ミディ回路１５及び自動演奏装置から発生された演奏情報（楽音発生情報）は、楽音を発生させるための情報である。
【００１５】
上記演奏情報（楽音発生情報）は、音楽的ファクタ（因子）情報であり、音高（音域）情報（音高決定因子）、発音時間情報、演奏分野情報、発音数情報、共鳴度情報などである。発音時間情報は楽音の発音開始からの経過時間を示す。演奏分野情報は、演奏パート情報、楽音パート情報、楽器パート情報等を示し、例えばメロディ、伴奏、コード、ベース、リズム、ＭＩＤＩ等に対応したり、または上鍵盤、下鍵盤、足鍵盤、ソロ鍵盤、ＭＩＤＩ等に対応したりしている。
【００１６】
上記音高情報はキーナンバデータＫＮとして取り込まれる。このキーナンバデータＫＮはオクターブデータ（音域データ）と音名データとからなる。演奏分野情報は、パートナンバデータＰＮとして取り込まれ、このパートナンバデータＰＮは各演奏エリアを識別するデータであって、発音操作された楽音がどの演奏エリアからのものかによって設定される。
【００１７】
発音時間情報は、トーンタイムデータＴＭとして取り込まれ、キーオンイベントからのタイムカウントデータに基づいたり、またはエンベロープフェーズなどが転用されたりする。この発音時間情報は特願平６−２１９３２４号明細書及び図面に発音開始からの経過時間情報として詳しく示される。
【００１８】
発音数情報は同時に発音している楽音の数を示し、例えばアサインメントメモリ４０のオン／オフデータが「１」の楽音の数に基づき、この数は特願平６−２４２８７８号の図９及び図１５、特願平６−２４７６８５５号の図８及び図１８、特願平６−２７６８５７号の図９及び図２０、特願平６−２７６８５８号の図９及び図２１のフローチャートに基づいて求められる。
【００１９】
さらに、上記パネルスイッチ群１３には各種スイッチが設けられ、この各種スイッチは音色タブレット、エフェクトスイッチ、リズムスイッチ、ペダル、ホイール、レバー、ダイヤル、ハンドル、タッチスイッチ等であって楽器用のものである。このペダルはダンパーペダル、サスティンペダル、ミュートペダル、ソフトペダル等である。
【００２０】
この各種スイッチより、楽音制御情報が発生され、この楽音制御情報は発生された楽音を制御する情報であって音楽的ファクタ（因子）情報であり、音色情報（音色決定因子）、タッチ情報（発音指示操作の速さ／強さ）、発音数情報、共鳴度情報、エフェクト情報、リズム情報、音像（ステレオ）情報、クオンタイズ情報、変調情報、テンポ情報、音量情報、エンベロープ情報等である。これら音楽的ファクタ情報も上記演奏情報（楽音情報）に合体され、上記各種スイッチより入力されるほか、上記自動演奏情報に合体されたり、上記インターフェースで送受される演奏情報に合体されたりする。
【００２１】
上記音色情報は、鍵盤楽器（ピアノ等）、管楽器（フルート等）、弦楽器（バイオリン等）、打楽器（ドラム等）の楽器（発音媒体／発音手段）の種類等に対応しており、トーンナンバデータＴＮとして取り込まれる。上記エンベロープ情報は、エンベロープレベルＥＬ、エンベロープタイムＥＴ、エンベロープフェーズＥＦなどである。
【００２２】
このような音楽的ファクタ情報は、コントローラ２へ送られ、後述の各種信号、データ、パラメータの切り換えが行われ、楽音の内容が決定される。上記演奏情報（楽音発生情報）及び楽音制御情報はコントローラ２で処理され、各種データが楽音波形発生部５へ送られ、楽音波形信号ＭＷが発生される。コントローラ２はＣＰＵ、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）、ＲＯＭ及び／またはＲＡＭなどからなっている。このようなコントローラ２は、図１の回路ごとに分散されて設けられてもよい。
【００２３】
マイク１６からはアコーステックな楽器の音や人声や種々の器物の音や自然界の音や動物の声が集音されて音響変換回路１７でサンプリング及びＡ−Ｄ変換され、電気的なデジタルの楽音波形信号に変換され、この楽音波形信号は所定の時間長で切り出されてフーリエ変換またはコサイン変換され、このフーリエ変換またはコサイン変換された楽音波形信号の振幅成分及び位相成分が量子化され、プログラム／データ記憶部４に書き込まれる。このような変換されて圧縮された楽音波形データＭＷは、複数の音色、楽器、タッチ、音域／音高、エフェクト、リズム等の音楽的ファクタにわたって多数種類記憶される。
【００２４】
プログラム／データ記憶部４には、ミディ回路１５から送られてきた楽音波形信号も書き込まれる。この楽音波形信号も、所定の時間長で切り出されてフーリエ変換され、このフーリエ変換された楽音波形信号の振幅成分及び位相成分が量子化されるか、もともとこのフーリエ変換及び量子化がなされている。
【００２５】
このプログラム／データ記憶部４の楽音波形信号は、情報記憶部７にコピーされて、本装置から取り外され、上記圧縮記憶された楽音波形信号が生産され、他の装置に組み込まれる。また、このような楽音波形信号が記憶された情報記憶部７は本件装置に装着され、上記圧縮記憶された楽音波形信号がプログラム／データ記憶部４にコピーされ、伸長復元再生されて、楽音信号発生部５に書き込まれる。
【００２６】
プログラム／データ記憶部４（内部記憶媒体／手段）はＲＯＭまたは書き込み可能なＲＡＭ、フラッシュメモリまたはＥＥＰＲＯＭ等の記憶装置からなり、光ディスクまたは磁気ディスク等の着脱自在な情報記憶部７（外部記憶媒体／手段）に記憶されるコンピュータのプログラムが書き写され記憶される（インストール／転送される）。またプログラム／データ記憶部４には外部の電子楽器またはコンピュータから上記ミディ回路１５または送受信装置を介して送信されるプログラムも記憶される（インストール／転送される）。このプログラムの記憶媒体は通信媒体も含む。
【００２７】
このインストール（転送／複写）は、情報記憶部７が本楽音生成装置にセットされたとき、または本楽音生成装置の電源が投入されたとき自動的に実行され、または操作者による操作によってインストールされる。上記プログラムは、コントローラ２が各種処理を行うための後述するフローチャートに応じたプログラムである。
【００２８】
なお、本装置に予め別のオペレーティングシステム、システムプログラム（ＯＳ）、その他のプログラムが記憶され、上記プログラムはこれらのＯＳ、その他のプログラムとともに実行されてもよい。このプログラムは本装置（コンピュータ本体）にインストールされ実行されたときに、別のプログラムとともにまたは単独で請求項（クレーム）に記載された処理・機能を実行させることができればよい。
【００２９】
また、このプログラムの一部又は全部が本装置以外の１つ以上の別装置に記憶されて実行され、本装置と別装置との間には通信手段を介して、これから処理するデータ／既に処理されたデータ／プログラムが送受され、本装置及び別装置全体として、本発明が実行されてもよい。
【００３０】
このプログラム／データ記憶部４には、上述した音楽的ファクタ情報、上述した各種データ及びその他の各種データも記憶される。この各種データには時分割処理に必要なデータや時分割チャンネルへの割当のためデータ等も含まれる。
【００３１】
楽音信号発生部５では、上記伸長復元再生された楽音波形信号がいったん記憶され、指定された音高に応じた速度で読み出され、エンベロープ波形信号が合成されて、サウンドシステム６で楽音として出力され放音される。
【００３２】
このような楽音波形信号の波形は、上述の音色、タッチ、音高、音域、発音時間、演奏分野、発音数、共鳴度などの情報によって、切り換えられ変化される。このような楽音波形信号は伸長復元再生前の圧縮記憶状態のものが楽音信号発生部５に記憶され、楽音信号発生部５で伸長復元再生されてもよい。
【００３３】
タイミング発生部３からは、楽音生成装置の全回路の同期を取るためのタイミングコントロール信号が各回路に出力される。このタイミングコントロール信号は、各周期のクロック信号のほか、これらのクロック信号を論理積または論理和した信号、時分割処理のチャンネル分割時間の周期を持つ信号、チャンネルナンバデータＣＨＮｏ、タイムカウントデータＴＩなどを含む。
【００３４】
このタイムカウントデータＴＩは、絶対時間つまり時間の経過を示し、このタイムカウントデータＴＩのオーバーフローリセットから次のオーバーフローリセットまでの周期は、各楽音のうち最も長い発音時間より長く、場合によって数倍に設定される。
【００３５】
（２）楽音信号発生部５
図２は上記楽音信号発生部５を示す。アサインメントメモリ４０の各チャンネルエリアから順次読み出された各チャンネルのキーナンバデータＫＮ及びオン／オフデータに基づき、楽音波形読出回路４１によって、楽音波形メモリ４２（バッファ）から楽音波形データＭＷが読み出される。この読み出された楽音波形データＭＷは、乗算器４３でエンベロープ波形データＥＮが乗算され、累算器４４で全チャンネル分が累算されて上記サウンドシステム６へ送られる。
【００３６】
楽音伸長復元回路４６では、上述フーリエ変換またはコサイン変換され、振幅成分及び位相成分が量子化（符号化）された情報／データ圧縮された楽音波形データから、この楽音波形が伸長／復元され、フーリエ変換の場合、量子化された位相成分も付加され、この伸長復元された楽音波形がフーリエ逆変換またはコサイン逆変換され、この伸長復元された楽音波形データＭＷは、上記楽音波形メモリ４２（バッファ）に書き込まれる。この伸長復元再生（復号化）では、上記楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、より細かくされた量子化の復元が行われる。
【００３７】
上記サインメントメモリ４０の各チャンネルエリアから順次読み出された各チャンネルのエンベロープレベルデータＥＬはエンベロープジェネレータ４５へ送られる。上記サインメントメモリ４０の各チャンネルエリアから順次読み出された各チャンネルのエンベロープスピードデータＥＳは、エンベロープジェネレータ４５へ送られる。エンベロープジェネレータ４５では、エンベロープスピードデータＥＳに応じたスピードで、エンベロープレベルデータＥＬに応じた大きさ／レベルでエンベロープ波形データＥＮが演算され、上記乗算器４３へ送られる。
【００３８】
上記エンベロープレベルデータＥＬとエンベロープスピードデータＥＳとは、エンベロープ波形のアタック、ディケイ、サスティーン、リリースのフェーズごとに設定される。エンベロープジェネレータ４５では、上記オン／オフデータが「１」にされると、エンベロープフェーズがアタックにされ、発音処理に入る。このオン／オフデータが「０」にされると、エンベロープフェーズがリリースにされ、消音処理に入る。
【００３９】
（３）楽音波形の圧縮処理
図３は楽音波形の圧縮処理のフローチャートを示す。この処理は操作者によって所定の指示がなされたときに開始される。まず、上記マイク１６またはミディ回路１５を通じて取り込まれた楽音波形が所定周期でサンプリング（標本化）され、プログラム／データ記憶部４に記憶される（ステップ０１）。
【００４０】
次いで自己相関演算が行なわれて（ステップ０２）、楽音波形の一周期に応じたフレーム長／時間窓ｎが求められる（ステップ０３）。この自己相関演算は、公知であり、例えば以下の式に基づいて演算される。
ｌｉｍ（１／Ｔ）∫ｓ（ｋ）・ｓ（ｋ＋τ）ｄｔ
【００４１】
ｌｉｍ：Ｔを無限大∞にする演算
∫：一フレーム／一周期分の積分
Ｔ：一フレーム／一周期の長さ
ｋ：フレーム内の全サンプルポイント数のｋ番目
τ：遅れ時間ｌａｇ
ｓ（ｋ）：サンプリング（標本化）された楽音波形のフレーム内でのｋ番目の振幅値（サンプル値）
【００４２】
ｓ（ｋ）に正弦波・余弦波のような周期的な成分が含まれると、上記演算式にはこのパワーに比例した成分が含まれ、これによって一周期に応じたフレーム長／時間窓ｎが求められる。この信号ｓ（ｋ）のパワースペクトルは上記自己相関関数のフーリエ変換で定義することができる。
【００４３】
そして、この基本周波数／基本周期（時間長）に対応した略等しいフレーム長／時間窓ｎで、当該楽音波形が切り出される（ステップ０５）。この一フレームごとの切り出しは半フレームずつ位相がずれて、半フレームずつ重複して行われる。この切り出された楽音波形が、上記ステップ０２と同じく再度フーリエ変換または再度コサイン変換され、プログラム／データ記憶部４に記憶される（ステップ０６）。
【００４４】
なお、ステップ０２〜０３の処理は省略されてもよく、上記フレーム長／時間窓ｎは操作者によって上記パネルスイッチ群１３から適当な値で入力される。この場合、入力された楽音波形の形状がパネルスイッチ群１３のディスプレイ（図示せず）などに表示され、操作者によって楽音波形の一周期の長さの先頭と末尾とがディスプレイの画面上でマウスなど指定される。また、予め一周期＝一フレームとなるような周期でサンプリングされた楽音波形が用いられても良い。
【００４５】
周波数分解能または演算精度を上げるためには、上記時間窓ｎの幅は大きいほうがよいが、この幅があまり大きいと、高速フーリエ変換などが用いられても、演算量が大きくなりすぎるので、コントローラ２の性能と必要な精度との間で適切な値が選定される。本実施レベルでは時間窓ｎ＝１６であるが、この値に限定されない。
【００４６】
コントローラ２の能力が許されれば、外部から与えられた楽音波形の周期を基準に一フレームあたりのサンプル数が定められてもよい。自己相関分析などの既知の演算方法によって、得られたデータから楽音波形の周期が求められてもよい。
【００４７】
上記ステップ０６の離散フーリエ変換（フーリエ分析）は以下の式でコントローラ２によって演算される。
ｃ（ｉ）＝Σｓ（ｋ）×ｅｘｐ（−ｊ×２πｉｋ／ｎ）…（１）
ここで離散コサイン変換でも同様の変換ができる。この離散コサイン変換は以下の式でコントローラ２によって演算される。
ｃ（ｉ）＝Σｓ（ｋ）×ｃｏｓ{ｉ×π（２ｋ＋１）／２ｎ}…（２）
【００４８】
ここで各項、各数値は以下を表す。
ｎ：フレーム内の全サンプルポイント数
ｋ：フレーム内の全サンプルポイント数のｋ番目
ｉ：各周波数成分の各スペクトル値のｉ番目
ｊ：虚数単位（√−１）
【００４９】
ｓ（ｋ）：サンプリング（標本化）された楽音波形のフレーム内でのｋ番目の振幅値（サンプル値）
ｃ（ｉ）＝Ｘ（ｉ）：ｉ番目の周波数成分のスペクトル値（フーリエ変換では複素数、コサイン変換では実数）、振幅値
２πｉ：ｉ番目の周波数成分（角周波数）の周期
Σ：ｋ＝０〜ｎ−１の全累計
【００５０】
上記離散フーリエ変換（フーリエ分析）された振幅スペクトルｃ（ｉ）＝ＲＥ（ｉ）＋ｊ・ＩＭ（ｉ）は、実数部データＲＥ（ｉ）と虚数部データＩＭ（ｉ）とに分離して表すことができる。すなわち、２πｉがｃ（ｉ）の実数部と虚数部の関係を表しているといえる。上記フーリエ変換（フーリエ分析）された振幅スペクトルは、このような実数部データＲＥ（ｉ）と虚数部データＩＭ（ｉ）に変換される（ステップ０７）。
【００５１】
上記元の楽音波形の実波形データの精度は例えば１６ビットであり、フーリエ変換後の楽音波形の１フレームつまり一周期は例えば１６ワードであり、１ワードは例えば１９ビットである。
【００５２】
上記実数部データＲＥ（ｉ）と虚数部データＩＭ（ｉ）から、コントローラ２によって、周波数軸変換によって、振幅データＸ（ｉ）と位相データＰ（ｉ）とが求められる（ステップ０８）。この演算式は以下の通りである。
Ｘ（ｉ）＝√（ＲＥ（ｉ）<SUP>2</SUP>＋ＩＭ（ｉ）<SUP>2</SUP>）…（３）
Ｐ（ｉ）＝ｔａｎ<SUP>-1</SUP>{ＩＭ（ｉ）／ＲＥ（ｉ）}…（４）
√は続く()内の平方根を求めることを示す。
【００５３】
図４はこれらの実数部データＲＥ（ｉ）及び虚数部データＩＭ（ｉ）と振幅データＸ（ｉ）及び位相データＰ（ｉ）との関係を示す。この図４の各関係において、周波数軸変換によって、上記演算式（３）（４）が成立することがわかる。このような振幅データＸ（ｉ）と位相データＰ（ｉ）とは、上記楽音波形を所定ビット数に「量子化」したものといえる。
【００５４】
離散コサイン変換の場合には、振幅データＸ（ｉ）＝ｃ（ｉ）（ｉ番目の周波数成分のスペクトル値）とされる。このコサイン変換では、位相データはない。その他の変換方法を用いる場合でも、適宜演算が行なわれて振幅データＸ（ｉ）が求められ、さらに必要に応じて位相データＰ（ｉ）が求められる。
【００５５】
上記楽音波形の分解能を１６ビットとし、フレーム幅ｎを１６サンプル（１６ワード）とすると、一フレームの楽音波形は１６ビット×１６ワード（時間窓ｎ＝１６サンプルポイント）＝２５６ビットとなる。上記変換後は、実数部データＲＥ（ｉ）＝１９ビット、虚数部データＩＭ（ｉ）＝１９ビット、振幅データＸ（ｉ）＝１９ビット、位相データＰ（ｉ）＝１６ビットとされる。ここまでの分解能はコントローラ２の演算能力が許す限り大きくすることができる。
【００５６】
この振幅データＸ（ｉ）は１９ビット、位相データＰ（ｉ）は１６ビットの各精度で求められる。そして、位相データＰ（ｉ）の精度は７ビットに下げられ、データ圧縮される（ステップ０９）。この７ビットはもともとの位相データＰ（ｉ）の上位７ビットが選択される。この場合、位相データＰ（ｉ）の上位から８ビット目を用いて「まるめ」を行なってから上位７ビットが選択されてもよい。
【００５７】
そして、このフレーム内の最大の振幅値または最大絶対値がサーチされて検出され、振幅データＸ（ｉ）はフレーム内の最大値Ｘｍａｘ及び限界値Ｘｔによって標準振幅ＮＸ（ｉ）に圧縮される（ステップ１０）。この演算式は以下の通りである。
ＮＸ（ｉ）＝Ｘ（ｉ）×Ｘｔ／Ｘｍａｘ…（５）
ＮＸ（ｉ）：標準化された振幅値データ
【００５８】
Ｘｔ：限界値（次述）
Ｘｍａｘ：最大値または最大絶対値（離散コサイン変換）
最大値Ｘｍａｘ及び限界値Ｘｔはプログラム／データ記憶部４などに、後述する圧縮された楽音波形データの一部として記憶されている。
【００５９】
この限界値Ｘｔは、ビット幅／データ幅（本実施例では１９ビット）が許す限り取り得る大きな限界の値であり、離散フーリエ変換の場合には正値のみであるので、Ｘｔ＝５２４２８７である。離散コサイン変換の場合には正負いずれの値もとりうるので、Ｘｔ＝２６２１４３である。なお、この限界値Ｘｔは、楽音波形データのビット幅ｍから演算によって求められても良い。
Ｘｔ＝２<SUP>ｍ</SUP>−１…（６）
【００６０】
上記最大値（絶対最大値）Ｘｍａｘは、離散フーリエ変換などの場合にはフレーム中のもっとも大きな値であり、離散コサイン変換などの場合にはフレーム中のもっとも大きな絶対値である。
【００６１】
この最大値（絶対最大値）Ｘｍａｘは、フレーム／周期ごとに求められ、プログラム／データ記憶部４などに一時的に記憶される。この場合、離散フーリエ変換などと離散コサイン変換などとで処理が分けられてもよいが、変換方法によらず常に絶対最大値が求められてもよい。
【００６２】
以上のように、上記楽音波形の最大値Ｘｍａｘに対する、取り得る最大振幅の限界値Ｘｔの比率が、上記楽音波形の振幅データＸ（ｉ）に演算される。これにより、振幅データＸ（ｉ）の全ビットを無駄なく使って振幅データＸ（ｉ）を表記できる。
【００６３】
次いで、標準振幅ＮＸ（ｉ）は限界値Ｘｔから差し引かれ、振幅差値ＲＮＸ（ｉ）が求められる（ステップ１１）。この演算式は以下の通りである。
ＲＮＸ（ｉ）＝ＳＩＧ{ＮＸ（ｉ）}×〔Ｘｔ−ＡＢＳ{ＮＸ（ｉ）}〕…（７）
ＲＮＸ（ｉ）：振幅差値データ
ＳＩＧ{ＮＸ（ｉ）}：ＮＸ（ｉ）が負なら「−１」、負ではないなら「１」
ＡＢＳ{ＮＸ（ｉ）}：{ＮＸ（ｉ）}の絶対値
【００６４】
この振幅差値ＲＮＸ（ｉ）は、８ビットの浮動小数点表記ＦＲＮＸ（ｉ）とされ、プログラム／データ記憶部４などに書き込まれる。この浮動小数点表記の振幅差値ＦＲＮＸ（ｉ）はパワー３ビット、マンティッサ５ビットから構成される。
【００６５】
このマンティッサは実質６ビットであるが、パワーが「０」ではないとき、下から６ビット目に「１」があるものとみなされる。したがって、この浮動小数点表記の実効精度は６ビットである。パワーが「０」のとき、最上位ビットは「０」であるが、この最上位ビットは記憶の必要性がないので、下位５ビットのみが記憶される。
【００６６】
以上のように、上記楽音波形の振幅値Ｘ（ｉ）は、上記楽音波形の限界値Ｘと、上記楽音波形の振幅値Ｘ（ｉ）との差に変換される。これにより、楽音波形の振幅Ｘが大きいときに、量子化の精度をより細かくできる。
【００６７】
以上の離散フーリエ変換の「具体例」は以下の通りである。コントローラ２の第１レジスタに「０ｂ１００００００００００００００００００（２進数）」がストアされ、第２レジスタに「０ｂ１１１（２進数）」がストアされ、第３レジスタに振幅差値データＲＮＸ（ｉ）がストアされる。この振幅差値データＲＮＸ（ｉ）と第１レジスタ「０ｂ１００００００００００００００００００」との論理積がとられる。
【００６８】
この論理積が「０」ではなかった場合、振幅差値データＲＮＸ（ｉ）の上位２ビット目乃至６ビット目がマンティッサとされ、上記第２レジスタの全カウンタ値がパワーとされる。この論理積が「０」であった場合、振幅差値データＲＮＸ（ｉ）の値が上位に１ビットシフトされ、下位から２０ビット目（シフト前の１９ビット目）が捨てられ、上記第２レジスタのカウンタ値が−１され、再び論理積が取られる。
【００６９】
以上の処理が、論理積が「０」ではなくなるか、カウンタ値が「０」になるまで繰り返され、再度パワーとマンティッサとが得られる。カウンタ値が「０」になった場合、以上の論理積はこれ以上取られず、上位１ビット目乃至５ビット目がマンティッサとされ、パワーは「０」とされる。
【００７０】
以上のステップ０７〜１１の演算処理は、一フレームごと全フレームにわたって繰り返される（ステップ１２）。この一フレームごとの演算処理は半フレーム（半時間長）ずつ位相がずれて、半フレーム（半時間長）ずつ重複して繰り返される。こうして、図５及び図６のように楽音波形が圧縮されて記憶される。また、この楽音波形データＭＷの圧縮では、半フレーム（半時間長）ずつ位相がずれて、半フレーム（半時間長）ずつ重複した、同じフレーム（時間長）につき、奇数番目フレームと偶数番目フレームの複数の楽音波形データＭＷ（振幅データ）につき行われる。
【００７１】
以上のように、周波数軸に変換された楽音波形の振幅データＸ（ｉ）の絶対値が小さいほど、すなわち振幅差値データＲＮＸ（ｉ）の絶対値が大きいほど、楽音波形は粗く量子化され、振幅データＸ（ｉ）の絶対値が大きいほど、すなわち振幅差値データＲＮＸ（ｉ）の絶対値が小さいほど、楽音波形は細かく量子化される。
【００７２】
これにより、楽音波形の中の絶対値が大きな成分ほど高い精度で量子化され、楽音波形の中の絶対値が小さな成分ほど低い精度で量子化される。この結果、大きな音が鳴っている背景での小さな音のわずかな大小変化は簡略化され、人間の聴感に合致させることができる。
【００７３】
（４）圧縮された楽音波形データのデータ構造
図５及び図６は圧縮された楽音波形データのデータ構造の半フレームずれた二フレームを示す。離散フーリエ変換などを用いた場合、８ビットの振幅差値ＦＲＮＸ（ｉ）は一周期分の変換結果である、１６ワード全てではなく、前半の９ワードのみが記憶される。残りの後半の７ワードは、記憶される前半の９ワードから再現される。離散コサイン変換などを用いた場合、一フレーム分の変換結果である１６ワード全てが記憶される。
【００７４】
また、離散フーリエ変換などを用いた場合、これら前半の９ワードの９つの位相データＰ（ｉ）が記憶される。この位相データＰ（ｉ）は上記ステップ０５で求められ、７ビットである。末尾には上記フレーム内の１６ビットの最大値Ｘｍａｘの７ビット分が記憶される。また、９つの位相データＰの最上位ビットは空いているので、ここに１６ビットの最大値Ｘｍａｘの残り９ビット分が記憶される。末尾の最上位ビットには何も記憶されない（ＮＣ）。
【００７５】
離散フーリエ変換などを用いた場合、このように楽音波形１６ビット×１６ワード（時間窓ｎ＝１６サンプルポイント）＝２５６ビットが、図５の８ビット×１９ワード＝１５２ビットに圧縮される。離散コサイン変換などを用いた場合、図６の８ビット×１６ワード（１６サンプルポイント）＋１６ビット（最大値Ｘｍａｘ）＝１４４ビットに圧縮される。このようにして、楽音波形の他の各フレームも同様に圧縮記憶される。
【００７６】
（５）振幅が大きいほど量子化精度が細かい
上記振幅差値ＲＮＸ（ｉ）は、上述の下記（５）式で求められ、標準振幅ＮＸ（ｉ）がマイナスの逆特性にされる。
ＲＮＸ（ｉ）＝ＳＩＧ（ＮＸ（ｉ））×〔Ｘｔ−ＡＢＳ{ＮＸ（ｉ）}〕…（５）
【００７７】
そして、振幅差値ＦＲＮＸ（ｉ）は、この逆特性の振幅差値ＲＮＸ（ｉ）が浮動小数点表記されるから、リニア特性からイクスポーネンシャル特性に変換される。これにより、振幅が大きいほど量子化精度が細かくされ、振幅が小さいほど量子化精度が粗くされる。図１６は、このような楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、量子化精度がより細かくされる特性を示す。
【００７８】
また、上記量子化によって、振幅データＸは１９ビットから８ビットとされ、位相データＰは１６ビットから７ビットとされ、振幅データＸの量子化精度は位相データの量子化精度より細かい。これにより、振幅の記憶精度が細かくできる。位相の記憶精度は多少粗くても、再生した楽音波形の音質への影響は少ない。
【００７９】
このような記憶ビット数／量子化ビット数／ワード数／サンプルポイント数は、上記のものに限られない。上記例より多くても少なくてもよい。また、振幅データＸの量子化精度は位相データの量子化精度より粗くても細かくてもよい。
【００８０】
（６）差分圧縮処理
図７は差分圧縮の演算処理のフローチャートを示す。この処理は操作者によって所定の指示がなされたときに開始されたり、上記図３の楽音波形圧縮処理の後に続けて実行されたりする。この処理では、上記図３の楽音波形の圧縮処理によって求められた、図５及び図６の圧縮記憶された楽音波形データにつき、１フレームごとの差分が求められてさらに圧縮記憶される。
【００８１】
まず、サンプル順番「ｉ」が「０」とされ（ステップ２１）、先頭の一フレームの先頭の振幅差値ＦＲＮＸ（０）と次の一フレームの先頭の振幅差値ＦＲＮＸ（０）との差分振幅ΔＦＲＮＸ（０）（４ビット）が求められる（ステップ２２）。
【００８２】
続いて、サンプル順番「ｉ」が順次＋１され（ステップ２３）、次の振幅差値ＦＲＮＸ（１）についても、先頭の一フレームと次の一フレームとの差ΔＦＲＮＸ（１）（４ビット）が求められ、順次ＦＲＮＸ（２）、振幅差値ＦＲＮＸ（３）、振幅差値ＦＲＮＸ（４）、振幅差値ＦＲＮＸ（５）、振幅差値ＦＲＮＸ（６）、振幅差値ＦＲＮＸ（７）、振幅差値ＦＲＮＸ（８）についても差分振幅ΔＦＲＮＸ（２）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（３）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（４）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（５）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（６）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（７）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（８）（４ビット）が求められ、サンプル順番「ｉ」が「８」になるまで繰り返される（ステップ２４）。
【００８３】
この各フレームの振幅の差ΔＦＲＮＸ（１）（４ビット）は、一フレーム分ずれて重なっていないフレームどうしのものであり、上述の半フレームずつずれて重なっているフレーム同士では行われない。むろん半フレームずつずれて重なっているフレーム同士で行われてもよい。半フレームずつずれて重なっているフレーム同士で差をとると、データ量が増大する可能性が大きくなる。
【００８４】
次いで、サンプル順番「ｉ」が再び「０」とされ（ステップ２６）、先頭の一フレームの先頭の位相データＰ（０）と次の一フレームの先頭の位相データＰ（０）との差分位相ΔＰ（０）（４ビット）が求められる（ステップ２７）。
【００８５】
続いて、サンプル順番「ｉ」が順次＋１され（ステップ２８）、次の位相データＰ（１）についても、先頭の一フレームと次の一フレームとの差ΔＰ（１）（４ビット）が求められ、順次位相データＰ（２）、位相データＰ（３）、位相データＰ（４）、位相データＰ（５）、位相データＰ（６）、位相データＰ（７）、位相データＰ（８）についても差分位相ΔＰ（２）（４ビット）、差分位相ΔＰ（３）（４ビット）、差分位相ΔＰ（４）（４ビット）、差分位相ΔＰ（５）（４ビット）、差分位相ΔＰ（６）（４ビット）、差分位相ΔＰ（７）（４ビット）、差分位相ΔＰ（８）（４ビット）が求められ、サンプル順番「ｉ」が「８」になるまで繰り返される（ステップ２９）。
【００８６】
この各フレームの位相の差ΔＰ（１）（４ビット）は、一フレーム分ずれて重なっていないフレームどうしのものであり、上述の半フレームずつずれて重なっているフレーム同士では行われない。むろん半フレームずつずれて重なっているフレーム同士で行われてもよい。半フレームずつずれて重なっているフレーム同士で差をとると、データ量が増大する可能性が大きくなる。
【００８７】
そして、先頭の一フレームの末尾の最大値Ｘｍａｘと次の一フレームの末尾の最大値Ｘｍａｘとの差ΔＸｍａｘ（７ビット）が求められる（ステップ３１）。この最大値差ΔＸｍａｘ（７ビット）の最上位ビットにデータ形式が差分形式であることを示す「０」（ＦＡＬＳ）が付加される（ステップ３２）。また、上記先頭の一フレームの末尾の最大値差ΔＸｍａｘ（７ビット）の最上位にデータ形式が真値形式であることを示す「１」（ＴＲＵＥ）が付加される（ステップ３３）。
【００８８】
以上の差分圧縮は、二番目の一フレームと三番目の一フレームとの差、三番目の一フレームと四番目の一フレームとの差、四番目の一フレームと五番目の一フレームとの差、………について繰り返され（ステップ３４、３５）、末尾の一フレームまで達したら終了される（ステップ３４）。
【００８９】
上記図５及び図６の楽音波形データＭＷ（振幅データ）は、半フレーム（半時間長）ずつ位相がずれて、半フレーム（半時間長）ずつ重複した、奇数番目フレームと偶数番目フレームとに分かれているので、この楽音波形データＭＷの差分圧縮処理も、半フレーム（半時間長）ずつ位相がずれて、半フレーム（半時間長）ずつ重複した、同じフレーム（時間長）につき、奇数番目フレームと偶数番目フレームの複数の楽音波形データＭＷ（振幅データ）につき行われる。
【００９０】
（７）差分圧縮された楽音波形データのデータ構造
図８及び図９は上記図７の処理によって差分圧縮された楽音波形データのデータ構造の半フレームずれた二フレームを示す。この楽音波形データは８ビット×１９ワード＝１５２ビットを示す。差分振幅ΔＦＲＮＸ（０）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（１）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（２）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（３）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（４）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（５）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（６）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（７）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（８）は、２つずつ一緒に８ビット形式で記憶される。
【００９１】
また、差分位相ΔＰ（０）（４ビット）、差分位相ΔＰ（１）（４ビット）、差分位相ΔＰ（２）（４ビット）、差分位相ΔＰ（３）（４ビット）、差分位相ΔＰ（４）（４ビット）、差分位相ΔＰ（５）（４ビット）、差分位相ΔＰ（６）（４ビット）、差分位相ΔＰ（７）（４ビット）、差分位相ΔＰ（８）（４ビット）も、２つずつ一緒に８ビット形式で記憶される。
【００９２】
末尾には、最上位に「０」（ＦＡＬＳ）が付加された最大値差ΔＸｍａｘ（７ビット）が記憶される。このような差分圧縮によって、８ビット×１９ワード＝１５２ビットが８ビット×１０ワード＝８０ビットに圧縮される。また、先頭の一フレームのデータ形式は上記図５及び図６の形式と同じであるが、末尾の最大値Ｘｍａｘの最上位には、データ形式が真値形式であることを示す「１」（ＴＲＵＥ）が付加される。
【００９３】
このように、振幅Ｘ（ｉ）についても、差分まで小さく圧縮して記憶できる。さらに、位相Ｐ（ｉ）についても、差分まで小さく圧縮して記憶できる。また、図５、図６、図８及び図９の楽音波形の最大値Ｘｍａｘが量子化されたり、ある周期の楽音波形の最大値Ｘｍａｘと、この周期の前または後の周期の楽音波形の最大値Ｘｍａｘとにつき差分が求められて圧縮記憶されたりする。これにより、最大値Ｘｍａｘについても差分まで小さく圧縮できる。
【００９４】
（８）楽音波形データのデータ構造の具体例
図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５は上記圧縮された楽音波形データ及び差分圧縮された楽音波形データのデータ構造の具体例を示す。図１０は、図１１に示す楽音波形についての各データを示す。図１３は、図１４に示す余弦波形の楽音波形についての各データを示す。
【００９５】
図１２は、図１０のデータの図１１の楽音波形について、圧縮波形を伸長復元再生と、この精度を８ビットに減少したものを示す。図１５も、図１２のデータの図１３の楽音波形について、圧縮波形を伸長復元再生と、この精度を８ビットに減少したものを示す。
【００９６】
図１０及び図１３の右端に示すように、左端に示すリニア値の楽音波形のビット数を減らして、楽音波形をかなり圧縮することができる。また、図１２及び図１５に示すように、伸長復元再生された楽音波形（差分値）の再現精度はよいといえる。但し図１１の楽音波形には周期性が少ないため、再現精度は若干落ちている。
【００９７】
（９）楽音伸長復元回路４６
図１７は上記楽音伸長復元回路４６を示す。上記プログラム／データ記憶部４または情報記憶部７からコントローラ２などによって読み出された、圧縮された楽音波形データＭＷ（振幅データ）は、楽音波形展開回路２１で展開つまり差分形式ＦＲＮＸ（ｉ）から真値形式ＲＮＸ（ｉ）に変換され、奇数番目のフレームと偶数番目のフレームに分けられる。
【００９８】
次いで、不動小数点表記の楽音波形データＭＷ：ＲＮＸ（ｉ）は、リニア化回路２２、３２でリニアな値にＲＮＸ（ｉ）に変換され、加算器（減算器）２３、３３で上記限界値Ｘｔからリニア振幅値ＲＮＸ（ｉ）が減算されて、上記標準振幅ＮＸ（ｉ）が求められる。この限界値Ｘｔはコントローラ２などによって、図示しないバッファにストアされて、この加算器（減算器）２３、３３に送られる。この限界値Ｘｔは、上記図５、図６、図８、図９の楽音波形データのビット数から求められたり、プログラム／データ記憶部４から読み出されたりされる。
【００９９】
さらに、乗算器２４、３４で上記標準振幅ＮＸ（ｉ）に上記最大値／限界値：Ｘｍａｘ／Ｘｔが乗算され、上記振幅データＸ（ｉ）が求められる。この最大値／限界値：Ｘｍａｘ／Ｘｔコントローラ２などによって図示しないバッファにストアされて、この乗算器２４、３４に送られる。この最大値Ｘｍａｘは、上記図５、図６、図８、図９の楽音波形データの各フレームの末尾や位相データの上位ビットから読み出される。
【０１００】
この振幅データＸ（ｉ）は、バッファメモリ２５、３５にストアされて、このストアされた振幅データＸ（ｉ）が逆変換回路２６、３６によって、フーリエ逆変換またはコサイン逆変換処理が行われて、この逆変換されたる振幅データが一フレーム分バッファメモリ２７、３７にストアされ、クロスフェード回路２８で一つに合成される。
【０１０１】
これらリニア化回路、加算器（減算器）、乗算器、バッファメモリ、逆変換回路、バッファメモリは、奇数番目のフレームの楽音波形データＭＷを処理する、リニア化回路２２、加算器（減算器）２３、乗算器２４、バッファメモリ２５、逆変換回路２６、バッファメモリ２７と、偶数番目のフレームの楽音波形データＭＷ（振幅データ）を処理する、リニア化回路３２、加算器（減算器）３３、乗算器３４、バッファメモリ３５、逆変換回路３６、バッファメモリ３７とからなっている。
【０１０２】
したがって、楽音波形データＭＷの伸長処理は、上記並行して圧縮された奇数フレームと偶数フレームの複数の楽音波形データＭＷにつき並行して実行される。これら奇数番目のフレームの楽音波形データＭＷ（振幅データ）と偶数番目のフレームの楽音波形データＭＷとが、クロスフェード回路２８で一つに合成される。
【０１０３】
上記逆変換回路２６、３６における、フーリエ逆変換は、以下の式であらわされる。
ｓ（ｋ）＝（１／ｎ）Σｃ（ｉ）×ｅｘｐ{−（ｊ×２πｉｋ／ｎ）}…（１１）
上記逆変換回路２６、３６における、コサイン逆変換、以下の式であらわされる。
ｓ（ｋ）＝（２／ｎ）〔ｃ（０）／２＋Σｃ（ｉ）×ｃｏｓ{ｉ×π（２ｋ＋１）／２ｎ}〕…（１２）
【０１０４】
ここで各項、各数値は以下を表す。
ｎ：フレーム内の全サンプルポイント数
ｋ：フレーム内の全サンプルポイント数のｋ番目
ｉ：各周波数成分の各スペクトル値のｉ番目
ｊ：虚数単位（√−１）
【０１０５】
ｓ（ｋ）：サンプリング（標本化）された楽音波形のフレーム内でのｋ番目の振幅値（サンプル値）
ｃ（ｉ）＝Ｘ（ｉ）：ｉ番目の周波数成分のスペクトル値（フーリエ変換では複素数、コサイン変換では実数）（上記ｃ（ｉ）と同じ）、振幅値
２πｉ：ｉ番目の周波数成分（角周波数）の周期
Σ：ｉ＝０〜ｎ−１の全累計
【０１０６】
この楽音伸長復元回路４６の伸長復元処理で、上記図３の楽音波形圧縮処理と逆の伸長復元処理が行われる。したがって、以上のような量子化された楽音波形の伸長復元において、上記楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、より細かくされた量子化の復元も行われる。
【０１０７】
クロスフェード回路２８からの伸長復元された楽音波形データＭＷ（振幅データ）は、上記楽音波形メモリ４２に書き込まれ、キーボード１１の操作キーの音高に応じた速度で読みだされる。この楽音波形メモリ４２から半フレームずつ読みだされるごとに、半フレーム検出信号が楽音波形メモリ４２から上記楽音波形展開回路２１に入力される。
【０１０８】
この図１７の逆変換回路２６、３６とバッファメモリ２７、３７との間には、ディレイ回路が挿入される。このディレイ回路には、リニア回路２２、３２から出力されてくる位相データＰ（ｉ）が入力され、この位相データＰ（ｉ）と周波数に応じた時間長、移相（ディレイ）されて、伸長された振幅データＸ（ｉ）の位相が付加される。次述する楽音波形展開回路２１では、差分形式の位相データＰ（ｉ）及び真値形式の位相データＰ（ｉ）に基づいて、位相が同様にして伸長復元される。位相データＰ（ｉ）がすべて真値形式であれば、そのまま読み出されて、上記ディレイ回路に入力される。
【０１０９】
上記逆変換回路２６、３６でのフーリエ逆変換によって、図５、図８、図９の振幅データＸ（ｉ）と位相データＰ（ｉ）とが周波数軸逆変換されて、実数部データＲＥ（ｉ）と虚数部データＩＭ（ｉ）とが求められ、この実数部データＲＥ（ｉ）と虚数部データＩＭ（ｉ）とから、位相成分に応じた移相処理された振幅が復元される。これにより、位相成分も合わせて伸長復元もできる。
【０１１０】
なお、上記図３の楽音波形圧縮処理では、上記フーリエ変換によって、実数部データＲＥ（ｉ）と虚数部データＩＭ（ｉ）とが求められ、この実数部データＲＥ（ｉ）と虚数部データＩＭ（ｉ）とが周波数軸変換されて振幅成分と位相成分とに変換される。これにより、位相成分も合わせて圧縮変換もできる。
【０１１１】
（１０）楽音波形展開回路２１
図１８は上記楽音波形展開回路２１を示す。アドレスジェネレータ５１で発生された読み出しアドレスは、上記プログラム／データ記憶部４または情報記憶部７に送られ、差分形式の圧縮された楽音波形データＭＷ（振幅データ）が読みだされ、セレクタ５２、６２を経て、差分バッファ５３、６３にストアされ、浮動小数点形式の加算器５４、６４でそれまで累算されてきた振幅データ（楽音波形データＭＷ）にさらに累算され、上記リニア化回路２２、３２に送られる。
【０１１２】
上記加算器５４、６４からの振幅データは、セレクタ５５、６５を経て、トップバッファ５６、６６にストアされ、再び加算器５４、６４に再入力され振幅データが累算される。また、上記読み出された圧縮された楽音波形データＭＷが、差分形式ではなく、真値形式であれば、上記セレクタ５５、６５を経て、トップバッファ５６、６６に直接ストアされ、この真値形式の振幅データ（楽音波形データＭＷ）に差分形式の振幅データ（楽音波形データＭＷ）が順次累算されていき、上記リニア化回路２２、３２に送られる。
【０１１３】
上記セレクタ５２、６２、５５、６５には、図８及び図９の最下段の最上位の差分／真値ビットがセレクト信号として供給される。この差分／真値ビットは、差分を示す時は「０」（ＦＡＬＳ）であり、真値を示す時は「１」（ＴＲＵＥ）である。上記読み出された楽音波形データＭＷ（振幅データ）が真値のときは、セレクタ５２、６２の出力がセレクタ５５、６５側に切り換えられ、セレクタ５５、６５の入力がセレクタ５２、６２側に切り換えられる。したがって、上記読み出された楽音波形データＭＷ（振幅データ）がトップバッファ５６、６６にストアされ、この真値から累算が開始される。
【０１１４】
上記読み出された楽音波形データＭＷ（振幅データ）が差分のときは、セレクタ５２、６２の出力が差分バッファ５３、６３側に切り換えられ、セレクタ５５、６５の入力が加算器５４、６４側に切り換えられる。したがって、セレクタ５５、６５→トップバッファ５６、６６→加算器５４、６４→セレクタ５５、６５で楽音波形データＭＷ（振幅データ）が循環され、これに読み出された差分の楽音波形データＭＷ（振幅データ）が順次累算されていく。
【０１１５】
これらセレクタ、差分バッファ、加算器、セレクタ、トップバッファは、奇数番目のフレームの楽音波形データＭＷ（振幅データ）を処理する、セレクタ５２、差分バッファ５３、加算器５４、セレクタ５５、トップバッファ５６と、偶数番目のフレームの楽音波形データＭＷ（振幅データ）を処理する、セレクタ６２、差分バッファ６３、加算器６４、セレクタ６５、トップバッファ６６とからなっている。
【０１１６】
したがって、楽音波形データＭＷの伸長処理は、上記並行して圧縮された奇数フレームと偶数フレームの複数の楽音波形データＭＷにつき並行して実行される。この楽音波形展開回路２１の波形展開処理（伸長復元処理）で、上記図７の差分圧縮処理と逆の波形展開処理（伸長復元処理）が行われる。
【０１１７】
（１１）クロスフェード回路２８
図１９は上記クロスフェード回路２８を示す。アドレスジェネレータ７１で発生された読み出しアドレスは、コサインテーブル７２、８２に送られ、コサイン波形が読み出され、上記バッファメモリ２７、３７からの上記伸長復元された楽音波形データＭＷ（振幅データ）に乗算器７３、８３で乗算され、加算器７４で加算合成されて、上記楽音波形メモリ（バッファ）４２に出力されストアされる。
【０１１８】
コサインテーブル７２、８２にはコサイン波形が記憶され、このコサイン波形のフレーム／周期は、上記楽音波形データＭＷのフレーム／周期に等しく、コサインテーブル７２のコサイン波形の位相と、コサインテーブル８２のコサイン波形の位相とは、半フレーム／半周期ずつ位相がずれている。本クロスフェード回路２８の上記アドレスジェネレータ７１は、上記楽音波形展開回路２１のアドレスジェネレータ５１と同じであり、このコサイン波形の読み出しと上記楽音波形データＭＷ（振幅データ）とは同期され位相差もない。
【０１１９】
図２０は上記２つのコサイン波形を示す。
コサインテーブル７２のコサイン波形は以下の通りである。
１＋（１／２）ｃｏｓ（２πｔ／Ｔ）…（１３）
Ｔ：一フレーム／一周期の長さ
ｔ：楽音波形データＭＷ（実時間）の読み出しアドレス
コサインテーブル８２のコサイン波形は以下の通りである。
１−（１／２）ｃｏｓ（２πｔ／Ｔ）…（１４）
したがって、コサインテーブル７２のコサイン波形とコサインテーブル８２のコサイン波形とは加算すると、常に「１」となる。
【０１２０】
上記乗算器７３には、上記奇数番目のフレームの楽音波形データＭＷ（振幅データ）が入力され、乗算器８３には、上記偶数番目のフレームの楽音波形データＭＷ（振幅データ）が入力される。そして、上記コサインテーブル、乗算器は、奇数番目のフレームの楽音波形データＭＷ（振幅データ）を処理する、コサインテーブル７２、乗算器７３と、偶数番目のフレームの楽音波形データＭＷ（振幅データ）を処理する、コサインテーブル８３、乗算器８３とからなっている。したがって、楽音波形データＭＷの伸長処理は、上記並行して圧縮された奇数フレームと偶数フレームの複数の楽音波形データＭＷにつき並行して実行される。
【０１２１】
このような奇数番目のフレームの楽音波形データＭＷ（振幅データ）にはコサイン波形１＋（１／２）ｃｏｓ（２πｔ／Ｔ）が乗算され、偶数番目のフレームの楽音波形データＭＷ（振幅データ）にはコサイン波形１−（１／２）ｃｏｓ（２πｔ／Ｔ）が乗算される。したがって、奇数番目のフレームの楽音波形データＭＷと偶数番目のフレームの楽音波形データＭＷとは、このコサイン波形で重み付けされ、各フレーム（時間長）の中央付近で大きくされ、各フレーム（時間長）の端付近で小さくされる。
【０１２２】
したがって、楽音波形データＭＷ（振幅データ）の伸長復元で、ノイズの出る各フレーム（時間長）の端付近で重み付けが小さくされ、ノイズが出にくくなる。そして、これらのコサイン波形１＋（１／２）ｃｏｓ（２πｔ／Ｔ）と１−（１／２）ｃｏｓ（２πｔ／Ｔ）とは、位相が半フレーム（半時間長）ずつずれており、加算すると常に「１」になり、コサイン波形で重み付けされた楽音波形データＭＷ（振幅データ）は加算器７４で加算合成されるので、重み付けされても、加算合成される楽音波形データＭＷ（振幅データ）の重み付けは平坦になる。
【０１２３】
また、重み付けにコサイン波形を使うと、三角波に比べて、重み付けが「１」付近になっている時間が長くなり、重み付け合成つまりクロスフェードによる、楽音波形データＭＷ（振幅データ）の余分な変異が減少する。
【０１２４】
（１２）全体処理
図２１はコントローラ（ＣＰＵ）２によって実行される全体処理のフローチャートを示す。この処理全体は本成分音合成装置の電源オンによって開始され、電源オフまで繰り返し実行される。まず、コントローラ（ＣＰＵ）２内のメモリの初期化など種々の後述するイニシャライズ処理が行われる（ステップ０１）。
【０１２５】
次いで、キーボード１１またはパネルスイッチ群１３のオン操作またはオフ操作などのオンイベントまたはオフイベントがあると（ステップ０２）、このイベントに応じた処理が実行される（ステップ０３）。そして、時変数処理が行われ（ステップ０４）、以上のステップ０２から０４の処理が電源オフまで繰り返される。この時変数処理は、時間の経過に伴って変化する変数に対する処理であり、エンベロープのフェーズ切換えまたはエンベロープのリリース切換え等のエンベロープ処理、ビブラート等のエフェクト処理などが実行される。
【０１２６】
（１３）イベント処理
図２２は上記ステップ０３のイベント処理のフローチャートを示す。上記検出されたイベントが音色の設定であれば（ステップ１１）、音色の設定処理が行われる（ステップ１２）。また、検出されたイベントがキーボード１１のキーのオンであれば（ステップ１３）、発音処理が開始される（ステップ１４）。
【０１２７】
さらに、検出されたイベントがキーボード１１のキーのオフであれば（ステップ１５）、消音処理が開始される（ステップ１６）。そして、検出されたイベントがこれらのいずれでも無い場合には、その他の処理が実行される（ステップ１７）。このその他の処理では、音量、トランスポーズ、リズムの選択、自動演奏のスタート／ストップなどの処理が開始される。
【０１２８】
（１４）音色設定処理
図２３は上記ステップ１２の音色設定処理のフローチャートを示す。上記設定された音色のトーンナンバデータがコントローラ２内のＲＡＭなどに記憶される（ステップ２１）。そして、このトーンナンバデータに応じた圧縮楽音波形データＭＷがプログラム／データ記憶部４または情報記憶部７が読み出され、図１７、図１８、図１９の楽音伸長復元回路４６で伸長復元が開始され、楽音波形メモリ（バッファ）４２に先頭フレームの伸長復元された楽音波形データＭＷがストアされる（ステップ２２）。楽音波形展開回路２１の圧縮楽音波形データＭＷの展開（伸長復元）も開始
【０１２９】
この伸長復元は、楽音波形データＭＷの一番目の奇数番目フレームで行われ、次の二番目の偶数番目フレームでは行われない。この音色設定ではキーオンはなく、発音開始はされていないが、圧縮楽音波形データＭＷが読み出されて伸長復元及び楽音波形展開回路２１の圧縮楽音波形データＭＷの展開（伸長復元）が開始される。これにより、次にキーオンがあったとき、伸長復元された楽音波形データＭＷが直ちに出力され、応答性が向上する。
【０１３０】
（１５）発音処理
図２４は上記ステップ１４の発音処理のフローチャートを示す。まず、空きチャンネルがサーチされ、割り当てるチャンネルが決定され、このチャンネルに当該音色に関するデータが移動され（ステップ３１）、アタック、ディケイ、サスティーンなどのエンベロープなどのパラメータ演算等が行われ（ステップ３２）、発音開始の指示が行われ、上記一番目の奇数番目フレームの楽音波形データＭＷに基づいて発音が開始され、次の二番目の偶数番目フレームの楽音波形データＭＷの伸長復元が開始され、以降順次、奇数番目フレームと偶数番目フレームとが交互に伸長復元されていき、これにアタック、ディケイ、サスティーンのエンベロープが乗算合成されていく（ステップ３２）。
【０１３１】
このとき、上記クロスフェード回路２８の図２０に示すクロスフェード処理が開始される。楽音の先頭では先頭のフレームのみ伸長復元されており、他方のフレームは伸長復元されず、クロスフェードは行われていないが、楽音の先頭ではエンベロープレベルは「０」であり、ノイズがあったとしても聴覚上問題とはならない。
【０１３２】
（１６）消音処理
図２５は上記ステップ１６の消音処理のフローチャートを示す。まず、キーオフに係る楽音が割り当てられているチャンネルがサーチされ、このチャンネルの楽音がオフに切り換えられ（ステップ４１）、リリースのエンベロープなどのパラメータ演算等が行われ（ステップ４２）、発音終了の指示が行われ、伸長復元されている楽音波形データＭＷに、リリースのエンベロープが乗算合成されていく（ステップ４２）。
【０１３３】
そして、リリースが終了すると、上記圧縮楽音波形データＭＷの伸長復元は終了する。このとき、上記クロスフェード回路２８の図２０に示すクロスフェード処理も終了し、楽音波形展開回路２１の圧縮楽音波形データＭＷの展開（伸長復元）も終了する。こうして、圧縮楽音波形データＭＷの伸長復元はリリースの末尾まで継続される。
【０１３４】
（１７）他の実施の形態
本件発明は上記実施例に限定されず、本件発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記フーリエ変換、コサイン変換は、「時間軸に沿ったデータから周波数軸に沿ったデータへの変換」を意味し、「時間軸に沿ったデータから周波数軸に沿ったデータへの変換」ができれば、フーリエ変換、コサイン変換以外の変換が、上記フーリエ変換、コサイン変換の代わりに実行されてもよい。
【０１３５】
上記ステップ０９の位相データＰ（ｉ）の精度が７ビットに下げられる処理は省略されてもよい。上記ステップ１０の振幅データＸ（ｉ）がフレーム内の最大値Ｘｍａｘ及び限界値Ｘｔによって標準振幅ＮＸ（ｉ）とされる処理は省略されてもよい。
【０１３６】
上記限界値Ｘｔまたは最大値Ｘｍａｘは省略され、また上記ステップ１１の標準振幅ＮＸ（ｉ）が限界値Ｘｔから差し引かれ、振幅差値ＲＮＸ（ｉ）が求められる処理は省略されてもよい。
【０１３７】
図７の差分圧縮処理は省略されても良い。図３の圧縮処理だけでも楽音波形の圧縮は可能である。図７のステップ２１〜２４の振幅の差分圧縮のみ省略されてもよいし、図７のステップ２６〜２９の位相の差分圧縮のみ省略されてもよい。
【０１３８】
図７のステップ３１の隣り合うフレーム／周期の両最大値Ｘｍａｘの差ΔＸｍａｘが求められる処理波形は省略されてもよい。図７のステップ３２のデータ形式が差分形式であることを示す「０」（ＦＡＬＳ）が付加される処理は省略されてもよい。図７のステップ３３のデータ形式が真値形式であることを示す処理は省略されてもよい。これらのデータが省略されても、フレーム／周期が先頭か否かによって、データ形式が差分形式か真値形式かが判別される。
【０１３９】
上記圧縮記憶された楽音波形データの伸長復元再生は、上記図７及び図３の各ステップの演算処理が逆算されることによって達成される。位相データＰについては圧縮処理が省略され、図５、図６、図８及び図９の記憶データから除外され、振幅データＸのみ圧縮記憶されてもよい。
【０１４０】
上記図７、図８及び図９の差分圧縮は、隣り合う周期／フレームの単純な差だけでなく、２点または３点以上のサンプルポイントの線形予測に基づく値との差分を求めて記憶してもよい。
【０１４１】
限界値Ｘｔから離れるほど量子化精度が細かくされ、限界値Ｘｔに近づくほど量子化精度が粗くされてもよい。上記ステップ０７の実数部データＲＥ（ｉ）と虚数部データＩＭ（ｉ）が求められる処理は省略され、フーリエ変換から直接振幅データＸ（ｉ）と位相データＰ（ｉ）とが求められてもよい。
【０１４２】
上記限界値Ｘｔは、上記楽音波形の当該フレーム／周期または全フレーム／全周期の平均値または最頻値でもよい。この平均値はフレーム／周期の全サンプルの振幅値の平均値、相乗平均値、相加平均値または積分値、もっとも良く現れる振幅値などである。
【０１４３】
これにより、上記楽音波形の最大値Ｘｍａｘに対する平均値または最頻値などの限界値Ｘｔの比率が、上記楽音波形の振幅値Ｘ（ｉ）に演算される。よって、限界値Ｘｔから離れるほど、量子化の精度をより細かくできる。
【０１４４】
上記フーリエ変換またはコサイン変換される楽音波形の一フレームは、当該楽音波形の一周期にほぼ一致していて、一フレーム＝一周期＝１６サンプルポイント、前半フレーム＝後半フレーム＝半周期＝８サンプルポイントであるが、一致していなくてもよい。上記フーリエ変換またはコサイン変換は、離散ではないフーリエ変換またはコサイン変換が含まれてもよい。
【０１４５】
上記図３のステップ０２のフーリエ変換での窓関数（時間窓ｎ）は、無限長または人間の可聴域より低周期に対応した時間長とされてもよい。上記図３のステップ００５から１１の処理は各ワード（各サンプルポイント）ごと一フレームにわたって繰り返されてもよい。
【０１４６】
上記ステップ０２〜０３の処理は以下のようにされても良い。上記離散フーリエ変換が行なわれ（ステップ０２）、このフーリエ変換による各周波数成分のスペクトル値（振幅値）ｃ（ｉ）のうちの最大でもっとも周波数の低いものが求められ（ステップ０３）、この最大の各周波数（角周波数）の周期ｊｉωｔつまり基本周波数／基本周期が求められる（ステップ０４）。
【０１４７】
そして、この基本周波数／基本周期（時間長）に対応した略等しいフレーム長／時間窓ｎで、当該楽音波形が切り出され（ステップ０５）、この切り出された楽音波形が、上記ステップ０２と同じく再度フーリエ変換または再度コサイン変換され、プログラム／データ記憶部４に記憶される（ステップ０６）。
【０１４８】
上記フレーム（時間長）の位相のずれは、半フレーム（半時間長）のほか、１／３フレーム（１／３時間長）、１／４フレーム（１／４時間長）、１／５フレーム（１／５時間長）、…などでもよい。この場合、図５、図６、図８、図９の楽音波形データＭＷ（振幅データ）は、３つ、４つ、５つ、…、重複して圧縮記憶される。
【０１４９】
この場合、図１７の音伸長復元回路４６、図１８の楽音波形展開回路２１、図１９のクロスフェード回路２８は、奇数番目と偶数番目の２列ではなく、３ｎ番目、３ｎ＋１番目、３ｎ＋２番目の三列、４ｎ番目、４ｎ＋１番目、４ｎ＋２番目、４ｎ＋３番目の四列、５ｎ番目、５ｎ＋１番目、５ｎ＋２番目、５ｎ＋３番目、５ｎ＋４番目の五列、…（ｎ＝１、２、３、…）となる。また、図１８の楽音波形展開回路２１のセレクタ５２、６２、５５、６５の選択端も３段、４段、５段、…となる。
【０１５０】
上記クロスフェード２８の重み付けのためのコサイン波形は、他にサイン波、三角波、台形波、のこぎり波などでもよい。上記図１７、図１８、図１９で処理される圧縮楽音波形の伸長復元処理はプログラム（ソフトウエア）によって実行され得る。また、この奇数番目フレームの処理と偶数番目フレームの処理とは完全に同期している必要はなく、一方の伸長復元処理後他方の伸長復元処理が行われ交互に切り換えられてもよい。これでも並行に処理されているといえる。
【０１５１】
図１７、図１８、図１９の回路において、圧縮楽音波形データが記憶されているのは、楽音波形メモリであってもよく、伸長された楽音波形データがストアされるのはバッファメモリであってもよい。
【０１５２】
圧縮された楽音波形データＭＷの先頭の奇数番目のフレーム（時間長）の楽音波形データＭＷの伸長復元は、上記ステップ１２の音色設定処理の時ではなく、上記ステップ１４の発音処理の時に実行されてもよい。また、圧縮された楽音波形データＭＷの先頭の次の偶数番目以降のすべてまたは一部のフレーム（時間長）の楽音波形データＭＷの伸長復元は、上記ステップ１４の発音処理の時ではなく、上記ステップ１２の音色設定処理の時に予め行われていてもよい。
【０１５３】
（１８）他の発明の効果
[１]コントローラが、 所定の時間長で切り出された楽音波形をフーリエ変換させ、 このフーリエ変換された情報につき、振幅成分及び位相成分を量子化させ、 この量子化を上記楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、より細かくさせることを特徴とする楽音波形の情報圧縮方法。
【０１５４】
[２]コンピュータに対して、 所定の時間長で切り出された楽音波形をフーリエ変換させる処理と、 このフーリエ変換された情報につき、振幅成分及び位相成分を量子化させる処理と、 この量子化を上記楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、より細かくさせる処理とを実行させること特徴とする楽音波形の情報圧縮のためのコンピュータプログラム。
【０１５５】
[３]所定の時間長で切り出された楽音波形をフーリエ変換する手段と、 このフーリエ変換された情報につき、振幅成分及び位相成分を量子化する手段と、 この量子化を上記楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、より細かくする手段を備えたことを特徴とする楽音波形の情報圧縮装置。
【０１５６】
[４]上記請求項１の情報圧縮方法、上記請求項２の情報圧縮のためのコンピュータプログラム、または上記請求項３の情報圧縮装置によって圧縮された量子化された楽音波形を伸長し、場合によって量子化された位相成分も付加し、 この伸長された楽音波形の復元において、上記楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、より細かくされた量子化の復元を行い、 この復元された楽音波形をフーリエ逆変換またはコサイン逆変換することを特徴とする楽音波形の情報伸長方法。
【０１５７】
[５]上記請求項１の情報圧縮方法、上記請求項２の情報圧縮のためのコンピュータプログラム、または上記請求項３の情報圧縮装置によって圧縮された量子化された楽音波形を伸長し、場合によって量子化された位相成分も付加し、 この伸長された楽音波形の復元において、上記楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、より細かくされた量子化の復元を行う手段と、 この復元された楽音波形をフーリエ逆変換またはコサイン逆変換する手段とを備えたことを特徴とする楽音波形の情報伸長装置。
【０１５８】
[６]上記量子化を、上記楽音波形の位相成分に対して振幅成分をより細かくすることを特徴とする請求項３または５記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。これにより、振幅成分の伸長復元再生において再現性を高めることができる。
【０１５９】
[７]上記所定の時間長は、上記楽音波形の一周期にほぼ一致していることを特徴とする請求項３、５または６記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。これにより、楽音の一周期ごとに量子化でき、楽音波形の周期性を利用した量子化／圧縮ができる。
【０１６０】
[８]上記楽音波形の取り得る最大振幅の限界値に対する当該楽音波形の最大値の比率が、上記楽音波形の振幅成分に演算されることを特徴とする請求項３、５、６または７記載の情報圧縮装置または情報伸長装置または情報伸長装置。これにより、振幅成分の全ビットを無駄なく使って振幅成分を表記できる。
【０１６１】
[９]上記楽音波形の振幅成分は、上記楽音波形の取り得る最大振幅の限界値と、上記楽音波形の振幅成分との差に変換されることを特徴とする請求項３、５、６、７または８記載の情報圧縮装置または情報伸長装置または情報伸長装置。これにより、楽音波形の振幅が大きいときに、量子化の精度をより細かくできる。
【０１６２】
[１０]上記楽音波形は周期的であり、このうちのある周期の楽音波形と、この周期の前または後の周期の楽音波形とにつき、当該両周期上の同じ位置における振幅成分の差分を求めることを特徴とする請求項３、５、６、７、８または９記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。これにより、記憶する楽音波形の振幅成分を差分まで小さく圧縮できる。
【０１６３】
[１１]上記楽音波形は周期的であり、このうちのある周期の楽音波形と、この周期の前または後の周期の楽音波形とにつき、当該両周期上の同じ位置における位相成分の差分を求めることを特徴とする請求項３、５、６、７、８、９または１０記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。これにより、位相についても、記憶する楽音波形を差分まで小さく圧縮できる。
【０１６４】
[１２]上記楽音波形の最大値が量子化される、またはある周期の楽音波形の最大値と、この周期の前または後の周期の楽音波形の最大値とにつき差分を求めることを特徴とする請求項３または５記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。これにより、最大値についても差分まで小さく圧縮できる。
【０１６５】
[１３]上記請求項３における楽音波形の圧縮処理は、上記楽音波形につき重複して実行され、この重複して実行される圧縮処理における上記時間長は同じで位相がずれており、
上記請求項５における楽音波形の伸長処理は、この重複して圧縮された複数の楽音波形につき並行して実行され、 この伸長された複数の楽音波形は合成されて出力され、この合成される各楽音波形の重み付けは、上記位相のずれた各時間長の中央付近で大きくされ、当該時間長の端付近で小さくされることを特徴とする請求項３または５記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。これにより、楽音波形データ（振幅データ）の伸長復元で、ノイズの出る各時間長（フレーム）の端付近で重み付けが小さくされ、ノイズが出にくくなる。
【０１６６】
[１４]圧縮された楽音波形の先頭の時間長の楽音波形は、音色指定があったときに伸長され、 圧縮された楽音波形の先頭の次以降の時間長の楽音波形は、発音指示があったときに伸長されることを特徴とする請求項１３記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。これにより、発音指示に遅れずに即座に伸長復元した楽音を出力できる。
【０１６７】
[１５]上記フーリエ変換によって、実数部と虚数部とが求められ、この実数部と虚数部とが周波数軸変換されて振幅成分と位相成分とに変換され、 上記フーリエ逆変換によって、この振幅成分と位相成分とが周波数軸逆変換されて、実数部と虚数部とが求められ、この実数部と虚数部とから位相成分に応じた移相処理された振幅が復元されることを特徴とする請求項３または５記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。これにより、位相成分も合わせて圧縮変換でき伸長復元もできる。
【０１６８】
[１６]上記請求項１記載の楽音波形の情報圧縮方法によって処理された、圧縮され記憶された楽音波形のデータ構造、または上記請求項４の楽音波形の情報伸長方法によって処理される、圧縮され記憶された楽音波形のデータ構造。これにより、楽音波形のデータの容量が少なくなる。
【０１６９】
[１７]請求項３、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５または１６記載の情報圧縮装置によって処理された、圧縮され記憶された楽音波形のデータ構造、または請求項５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５または１６記載の情報伸長装置によって処理される、圧縮され記憶された楽音波形のデータ構造。これにより、楽音波形のデータの容量が少なくなる。
【０１７０】
[１８]上記楽音波形の最大値に対する平均値または最頻値の比率が、上記楽音波形の振幅成分に演算されることを特徴とする請求項３、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６または１７記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。これにより、平均値または最頻値から離れるほど、量子化の精度をより細かくできる。
【０１７１】
[１９]上記楽音波形の振幅成分は、上記楽音波形の平均値または最頻値と、上記楽音波形の振幅成分との差に変換されることを特徴とする請求項３、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７または１８記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。これにより、楽音波形の振幅が大きいときに、量子化の精度をより細かくできる。
【産業上の利用可能性】
【０１７２】
楽音波形の振幅が大きい部分が細かく量子化され、振幅が小さい部分が粗く量子化され、楽音波形の記憶容量が小さくされる。標準振幅ＮＸ（ｉ）は限界値Ｘｔから差し引かれ、振幅差値ＲＮＸ（ｉ）が求められる（ステップ１１）。
ＲＮＸ（ｉ）＝ＳＩＧ{ＮＸ（ｉ）}×〔Ｘｔ−ＡＢＳ{ＮＸ（ｉ）}〕…（７）
【０１７３】
ＳＩＧ{ＮＸ（ｉ）}：ＮＸ（ｉ）が負なら「−１」、負ではないなら「１」
ＡＢＳ{ＮＸ（ｉ）}：{ＮＸ（ｉ）}の絶対値
この振幅差値ＲＮＸ（ｉ）は、８ビットの浮動小数点表記ＦＲＮＸ（ｉ）とされる。これにより、上記楽音波形の振幅値Ｘ（ｉ）は、上記楽音波形の限界値Ｘと、上記楽音波形の振幅値Ｘ（ｉ）との差に変換され、楽音波形の振幅Ｘが大きいときに、量子化の精度がより細かくされる。この圧縮楽音波形は図１７、１８、１９の回路で伸長復元される。
【図面の簡単な説明】
【０１７４】
【図１】情報圧縮装置などの全体回路１を示す。
【図２】楽音信号発生部５を示す。
【図３】楽音波形の圧縮処理のフローチャートを示す。
【図４】実数部データＲＥ（ｉ）及び虚数部データＩＭ（ｉ）と振幅データＸ（ｉ）及び位相データＰ（ｉ）との関係を示す。
【図５】圧縮された楽音波形データ（離散フーリエ変換）の一フレームを示す。
【図６】圧縮された楽音波形データ（離散コサイン変換）の一フレームを示す。
【図７】差分圧縮の演算処理のフローチャートを示す。
【図８】図７の処理によって差分圧縮された楽音波形データを示す。
【図９】図７の処理によって差分圧縮された楽音波形データを示す。
【図１０】不規則波形の圧縮された楽音波形データ及び差分圧縮された楽音波形データの具体例を示す。
【図１１】図１０のデータによる不規則波形を示す。
【図１２】図１１の例において伸長復元再生された楽音波形データの具体例を示す。
【図１３】余弦波の圧縮された楽音波形データ及び差分圧縮された楽音波形データの具体例を示す。
【図１４】図１３のデータによる余弦波形を示す。
【図１５】図１３の例において伸長復元再生された楽音波形データの具体例を示す。
【図１６】楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、量子化をより細かくする特性を示す。
【図１７】図２の楽音信号発生部５の中の楽音伸長復元回路４６を示す。
【図１８】図１７の楽音伸長復元回路４６の中の楽音波形展開回路２１を示す。
【図１９】図１７の楽音伸長復元回路４６の中のクロスフェード回路２８を示す。
【図２０】クロスフェード回路２８における重み付け合成の２つのコサイン波形を示す。
【図２１】全体処理のフローチャートを示す。
【図２２】上記ステップ０３のイベント処理のフローチャートを示す。
【図２３】上記ステップ０３のイベント処理のフローチャートを示す。
【図２４】上記ステップ１４の発音処理のフローチャートを示す。
【図２５】上記ステップ１６の消音処理のフローチャートを示す。
【符号の説明】
【０１７５】
１…全体回路、２…コントローラ（ＣＰＵ）、
３…タイミング発生部、４…プログラム／データ記憶部、
５…楽音信号発生部、６…サウンドシステム、７…情報記憶部、
１１…キーボード、１２…キーボードスキャン回路、
１３…パネルスイッチ群、１４…スイッチスキャン回路、
１５…ミディ回路、１６…マイク、１７…音響変換回路、
２１…楽音波形展開回路、２２、３２…リニア化回路、
２３、３３…加算器（減算器）、２４、３４…乗算器、
２５、３５…バッファメモリ、２６、３６…逆変換回路、
２７、３７バッファメモリ、２８…クロスフェード回路、
４０…アサインメントメモリ、４１…楽音波形読出回路、
４２…楽音波形メモリ（バッファ）、４３…乗算器、４４…累算器、
４５…エンベロープジェネレータ、４６…楽音伸長復元回路、
５１…アドレスジェネレータ、５２、６２…セレクタ、
５３、６３…差分バッファ、５４、６４…加算器、
５５、６５…セレクタ、５６、６６…トップバッファ、
７１…アドレスジェネレータ、７２、８２…コサインテーブル、
７３、８３…乗算器、７４…加算器７４。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、楽音波形の情報圧縮方法、情報伸長方法、情報圧縮のためのコンピュータプログラム、情報圧縮装置、情報伸長装置及びデータ構造に関し、特に楽音波形の圧縮記憶などに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、楽音波形を記憶するための記憶容量を小さくするために種々の手法が考えられてきている。このようなものの１つに、楽音波形をフーリエ変換して圧縮してまたは圧縮しないで記憶するものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特許３６７３３８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、このような圧縮記憶される楽音波形では、量子化を細かくするほうが、元波形をより緻密に再現できるが、記憶容量が増えてしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本件発明では、所定の時間長で切り出された楽音波形をフーリエ変換またはコサイン変換し、 このフーリエ変換またはコサイン変換された情報につき、振幅成分及び位相成分を量子化し、 この量子化を振幅成分の値が小さいときに比べて大きいときに、より細かくするようにした。
【０００６】
また、上記圧縮された量子化された楽音波形を伸長し、場合によって量子化された位相成分も付加し、 この伸長された楽音波形の復元において、上記楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、より細かくされた量子化の復元を行い、 この復元された楽音波形をフーリエ逆変換またはコサイン逆変換するようにした。
【発明の効果】
【０００７】
これにより、振幅成分の値が大きい部分の量子化レベルを細かくするが、楽音波形の振幅が小さい部分の量子化レベルを粗くできるので、この分楽音波形の記憶容量を小さくできる。また、この圧縮された楽音波形を伸長復元して元の楽音波形を再生できる。
【０００８】
さらに、楽音波形の中の大きな成分ほど高い精度で量子化され、楽音波形の中の小さな成分ほど低い精度で量子化される。この結果、大きな音が鳴っている背景での小さな音のわずかな大小変化は簡略化され、人間の聴感に合致させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（１）全体回路
図１は、楽音波形の情報圧縮方法及び情報伸長方法を実現する全体回路、情報圧縮方法のためのコンピュータプログラムを実行する全体回路、並びに情報圧縮装置、情報伸長装置、楽音制御装置、自動演奏装置または電子楽器の全体回路１を示す。
【００１０】
キーボード１１の各キーは、楽音の発音及び消音を指示するもので、キースキャン回路１２によってスキャンされ、キーオン、キーオフを示すデータが検出され、コントローラ２（ＣＰＵ、ＤＳＰ：デジタルシグナルプロセッサ）によってプログラム／データ記憶部４に書き込まれる。そして、それまでプログラム／データ記憶部４に記憶されていた各キーのオン、オフの状態を示すデータと比較され、各キーのオンイベント、オフイベントの判別が、コントローラ２によって行われる。
【００１１】
このキーボード１１の各キーには段差タッチスイッチなどの速度センサー、加速度センサー、圧力センサーが設けられ、段差スイッチごとに上記スキャンが行われ、各段差スイッチの先頭のオン／オフごとにオンイベント／オフイベントの検出が行われる。この段差スイッチなどのセンサーによってタッチの速さと強さを示す上記タッチ情報つまりイニシャルタッチデータとアフタタッチデータとが発生される。なお、キーボード１１は、電子弦楽器、電子吹奏（管）楽器、電子打楽器（パッド等）、コンピュータのキーボード等で代用される。
【００１２】
パネルスイッチ群１３の各スイッチは、スイッチスキャン回路１４によって、スキャンされる。このスキャンにより、各スイッチのオン、オフを示すデータが検出され、コントローラ２によってプログラム／データ記憶部４に書き込まれる。そして、それまでプログラム／データ記憶部４に記憶されていた各スイッチのオン、オフの状態を示すデータと比較され、各スイッチのオンイベント、オフイベントの判別が、コントローラ２によって行われる。
【００１３】
ミディ回路１５は、外部接続された電子楽器との間で演奏情報や楽音波形信号の送受を行うためのインターフェースである。この演奏情報はＭＩＤＩ（ミュージカルインスツルメントデジタルインターフェース）規格のもので、この演奏情報に基づいた発音も行われる。
【００１４】
上記キーボード１１またはミディ回路１５には、自動演奏装置も含まれる。これらキーボード１１、パネルスイッチ群１３、ミディ回路１５及び自動演奏装置から発生された演奏情報（楽音発生情報）は、楽音を発生させるための情報である。
【００１５】
上記演奏情報（楽音発生情報）は、音楽的ファクタ（因子）情報であり、音高（音域）情報（音高決定因子）、発音時間情報、演奏分野情報、発音数情報、共鳴度情報などである。発音時間情報は楽音の発音開始からの経過時間を示す。演奏分野情報は、演奏パート情報、楽音パート情報、楽器パート情報等を示し、例えばメロディ、伴奏、コード、ベース、リズム、ＭＩＤＩ等に対応したり、または上鍵盤、下鍵盤、足鍵盤、ソロ鍵盤、ＭＩＤＩ等に対応したりしている。
【００１６】
上記音高情報はキーナンバデータＫＮとして取り込まれる。このキーナンバデータＫＮはオクターブデータ（音域データ）と音名データとからなる。演奏分野情報は、パートナンバデータＰＮとして取り込まれ、このパートナンバデータＰＮは各演奏エリアを識別するデータであって、発音操作された楽音がどの演奏エリアからのものかによって設定される。
【００１７】
発音時間情報は、トーンタイムデータＴＭとして取り込まれ、キーオンイベントからのタイムカウントデータに基づいたり、またはエンベロープフェーズなどが転用されたりする。この発音時間情報は特願平６−２１９３２４号明細書及び図面に発音開始からの経過時間情報として詳しく示される。
【００１８】
発音数情報は同時に発音している楽音の数を示し、例えばアサインメントメモリ４０のオン／オフデータが「１」の楽音の数に基づき、この数は特願平６−２４２８７８号の図９及び図１５、特願平６−２４７６８５５号の図８及び図１８、特願平６−２７６８５７号の図９及び図２０、特願平６−２７６８５８号の図９及び図２１のフローチャートに基づいて求められる。
【００１９】
さらに、上記パネルスイッチ群１３には各種スイッチが設けられ、この各種スイッチは音色タブレット、エフェクトスイッチ、リズムスイッチ、ペダル、ホイール、レバー、ダイヤル、ハンドル、タッチスイッチ等であって楽器用のものである。このペダルはダンパーペダル、サスティンペダル、ミュートペダル、ソフトペダル等である。
【００２０】
この各種スイッチより、楽音制御情報が発生され、この楽音制御情報は発生された楽音を制御する情報であって音楽的ファクタ（因子）情報であり、音色情報（音色決定因子）、タッチ情報（発音指示操作の速さ／強さ）、発音数情報、共鳴度情報、エフェクト情報、リズム情報、音像（ステレオ）情報、クオンタイズ情報、変調情報、テンポ情報、音量情報、エンベロープ情報等である。これら音楽的ファクタ情報も上記演奏情報（楽音情報）に合体され、上記各種スイッチより入力されるほか、上記自動演奏情報に合体されたり、上記インターフェースで送受される演奏情報に合体されたりする。
【００２１】
上記音色情報は、鍵盤楽器（ピアノ等）、管楽器（フルート等）、弦楽器（バイオリン等）、打楽器（ドラム等）の楽器（発音媒体／発音手段）の種類等に対応しており、トーンナンバデータＴＮとして取り込まれる。上記エンベロープ情報は、エンベロープレベルＥＬ、エンベロープタイムＥＴ、エンベロープフェーズＥＦなどである。
【００２２】
このような音楽的ファクタ情報は、コントローラ２へ送られ、後述の各種信号、データ、パラメータの切り換えが行われ、楽音の内容が決定される。上記演奏情報（楽音発生情報）及び楽音制御情報はコントローラ２で処理され、各種データが楽音波形発生部５へ送られ、楽音波形信号ＭＷが発生される。コントローラ２はＣＰＵ、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）、ＲＯＭ及び／またはＲＡＭなどからなっている。このようなコントローラ２は、図１の回路ごとに分散されて設けられてもよい。
【００２３】
マイク１６からはアコーステックな楽器の音や人声や種々の器物の音や自然界の音や動物の声が集音されて音響変換回路１７でサンプリング及びＡ−Ｄ変換され、電気的なデジタルの楽音波形信号に変換され、この楽音波形信号は所定の時間長で切り出されてフーリエ変換またはコサイン変換され、このフーリエ変換またはコサイン変換された楽音波形信号の振幅成分及び位相成分が量子化され、プログラム／データ記憶部４に書き込まれる。このような変換されて圧縮された楽音波形データＭＷは、複数の音色、楽器、タッチ、音域／音高、エフェクト、リズム等の音楽的ファクタにわたって多数種類記憶される。
【００２４】
プログラム／データ記憶部４には、ミディ回路１５から送られてきた楽音波形信号も書き込まれる。この楽音波形信号も、所定の時間長で切り出されてフーリエ変換され、このフーリエ変換された楽音波形信号の振幅成分及び位相成分が量子化されるか、もともとこのフーリエ変換及び量子化がなされている。
【００２５】
このプログラム／データ記憶部４の楽音波形信号は、情報記憶部７にコピーされて、本装置から取り外され、上記圧縮記憶された楽音波形信号が生産され、他の装置に組み込まれる。また、このような楽音波形信号が記憶された情報記憶部７は本件装置に装着され、上記圧縮記憶された楽音波形信号がプログラム／データ記憶部４にコピーされ、伸長復元再生されて、楽音信号発生部５に書き込まれる。
【００２６】
プログラム／データ記憶部４（内部記憶媒体／手段）はＲＯＭまたは書き込み可能なＲＡＭ、フラッシュメモリまたはＥＥＰＲＯＭ等の記憶装置からなり、光ディスクまたは磁気ディスク等の着脱自在な情報記憶部７（外部記憶媒体／手段）に記憶されるコンピュータのプログラムが書き写され記憶される（インストール／転送される）。またプログラム／データ記憶部４には外部の電子楽器またはコンピュータから上記ミディ回路１５または送受信装置を介して送信されるプログラムも記憶される（インストール／転送される）。このプログラムの記憶媒体は通信媒体も含む。
【００２７】
このインストール（転送／複写）は、情報記憶部７が本楽音生成装置にセットされたとき、または本楽音生成装置の電源が投入されたとき自動的に実行され、または操作者による操作によってインストールされる。上記プログラムは、コントローラ２が各種処理を行うための後述するフローチャートに応じたプログラムである。
【００２８】
なお、本装置に予め別のオペレーティングシステム、システムプログラム（ＯＳ）、その他のプログラムが記憶され、上記プログラムはこれらのＯＳ、その他のプログラムとともに実行されてもよい。このプログラムは本装置（コンピュータ本体）にインストールされ実行されたときに、別のプログラムとともにまたは単独で請求項（クレーム）に記載された処理・機能を実行させることができればよい。
【００２９】
また、このプログラムの一部又は全部が本装置以外の１つ以上の別装置に記憶されて実行され、本装置と別装置との間には通信手段を介して、これから処理するデータ／既に処理されたデータ／プログラムが送受され、本装置及び別装置全体として、本発明が実行されてもよい。
【００３０】
このプログラム／データ記憶部４には、上述した音楽的ファクタ情報、上述した各種データ及びその他の各種データも記憶される。この各種データには時分割処理に必要なデータや時分割チャンネルへの割当のためデータ等も含まれる。
【００３１】
楽音信号発生部５では、上記伸長復元再生された楽音波形信号がいったん記憶され、指定された音高に応じた速度で読み出され、エンベロープ波形信号が合成されて、サウンドシステム６で楽音として出力され放音される。
【００３２】
このような楽音波形信号の波形は、上述の音色、タッチ、音高、音域、発音時間、演奏分野、発音数、共鳴度などの情報によって、切り換えられ変化される。このような楽音波形信号は伸長復元再生前の圧縮記憶状態のものが楽音信号発生部５に記憶され、楽音信号発生部５で伸長復元再生されてもよい。
【００３３】
タイミング発生部３からは、楽音生成装置の全回路の同期を取るためのタイミングコントロール信号が各回路に出力される。このタイミングコントロール信号は、各周期のクロック信号のほか、これらのクロック信号を論理積または論理和した信号、時分割処理のチャンネル分割時間の周期を持つ信号、チャンネルナンバデータＣＨＮｏ、タイムカウントデータＴＩなどを含む。
【００３４】
このタイムカウントデータＴＩは、絶対時間つまり時間の経過を示し、このタイムカウントデータＴＩのオーバーフローリセットから次のオーバーフローリセットまでの周期は、各楽音のうち最も長い発音時間より長く、場合によって数倍に設定される。
【００３５】
（２）楽音信号発生部５
図２は上記楽音信号発生部５を示す。アサインメントメモリ４０の各チャンネルエリアから順次読み出された各チャンネルのキーナンバデータＫＮ及びオン／オフデータに基づき、楽音波形読出回路４１によって、楽音波形メモリ４２（バッファ）から楽音波形データＭＷが読み出される。この読み出された楽音波形データＭＷは、乗算器４３でエンベロープ波形データＥＮが乗算され、累算器４４で全チャンネル分が累算されて上記サウンドシステム６へ送られる。
【００３６】
楽音伸長復元回路４６では、上述フーリエ変換またはコサイン変換され、振幅成分及び位相成分が量子化（符号化）された情報／データ圧縮された楽音波形データから、この楽音波形が伸長／復元され、フーリエ変換の場合、量子化された位相成分も付加され、この伸長復元された楽音波形がフーリエ逆変換またはコサイン逆変換され、この伸長復元された楽音波形データＭＷは、上記楽音波形メモリ４２（バッファ）に書き込まれる。この伸長復元再生（復号化）では、上記楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、より細かくされた量子化の復元が行われる。
【００３７】
上記サインメントメモリ４０の各チャンネルエリアから順次読み出された各チャンネルのエンベロープレベルデータＥＬはエンベロープジェネレータ４５へ送られる。上記サインメントメモリ４０の各チャンネルエリアから順次読み出された各チャンネルのエンベロープスピードデータＥＳは、エンベロープジェネレータ４５へ送られる。エンベロープジェネレータ４５では、エンベロープスピードデータＥＳに応じたスピードで、エンベロープレベルデータＥＬに応じた大きさ／レベルでエンベロープ波形データＥＮが演算され、上記乗算器４３へ送られる。
【００３８】
上記エンベロープレベルデータＥＬとエンベロープスピードデータＥＳとは、エンベロープ波形のアタック、ディケイ、サスティーン、リリースのフェーズごとに設定される。エンベロープジェネレータ４５では、上記オン／オフデータが「１」にされると、エンベロープフェーズがアタックにされ、発音処理に入る。このオン／オフデータが「０」にされると、エンベロープフェーズがリリースにされ、消音処理に入る。
【００３９】
（３）楽音波形の圧縮処理
図３は楽音波形の圧縮処理のフローチャートを示す。この処理は操作者によって所定の指示がなされたときに開始される。まず、上記マイク１６またはミディ回路１５を通じて取り込まれた楽音波形が所定周期でサンプリング（標本化）され、プログラム／データ記憶部４に記憶される（ステップ０１）。
【００４０】
次いで自己相関演算が行なわれて（ステップ０２）、楽音波形の一周期に応じたフレーム長／時間窓ｎが求められる（ステップ０３）。この自己相関演算は、公知であり、例えば以下の式に基づいて演算される。
ｌｉｍ（１／Ｔ）∫ｓ（ｋ）・ｓ（ｋ＋τ）ｄｔ
【００４１】
ｌｉｍ：Ｔを無限大∞にする演算
∫：一フレーム／一周期分の積分
Ｔ：一フレーム／一周期の長さ
ｋ：フレーム内の全サンプルポイント数のｋ番目
τ：遅れ時間ｌａｇ
ｓ（ｋ）：サンプリング（標本化）された楽音波形のフレーム内でのｋ番目の振幅値（サンプル値）
【００４２】
ｓ（ｋ）に正弦波・余弦波のような周期的な成分が含まれると、上記演算式にはこのパワーに比例した成分が含まれ、これによって一周期に応じたフレーム長／時間窓ｎが求められる。この信号ｓ（ｋ）のパワースペクトルは上記自己相関関数のフーリエ変換で定義することができる。
【００４３】
そして、この基本周波数／基本周期（時間長）に対応した略等しいフレーム長／時間窓ｎで、当該楽音波形が切り出される（ステップ０５）。この一フレームごとの切り出しは半フレームずつ位相がずれて、半フレームずつ重複して行われる。この切り出された楽音波形が、上記ステップ０２と同じく再度フーリエ変換または再度コサイン変換され、プログラム／データ記憶部４に記憶される（ステップ０６）。
【００４４】
なお、ステップ０２〜０３の処理は省略されてもよく、上記フレーム長／時間窓ｎは操作者によって上記パネルスイッチ群１３から適当な値で入力される。この場合、入力された楽音波形の形状がパネルスイッチ群１３のディスプレイ（図示せず）などに表示され、操作者によって楽音波形の一周期の長さの先頭と末尾とがディスプレイの画面上でマウスなど指定される。また、予め一周期＝一フレームとなるような周期でサンプリングされた楽音波形が用いられても良い。
【００４５】
周波数分解能または演算精度を上げるためには、上記時間窓ｎの幅は大きいほうがよいが、この幅があまり大きいと、高速フーリエ変換などが用いられても、演算量が大きくなりすぎるので、コントローラ２の性能と必要な精度との間で適切な値が選定される。本実施レベルでは時間窓ｎ＝１６であるが、この値に限定されない。
【００４６】
コントローラ２の能力が許されれば、外部から与えられた楽音波形の周期を基準に一フレームあたりのサンプル数が定められてもよい。自己相関分析などの既知の演算方法によって、得られたデータから楽音波形の周期が求められてもよい。
【００４７】
上記ステップ０６の離散フーリエ変換（フーリエ分析）は以下の式でコントローラ２によって演算される。
ｃ（ｉ）＝Σｓ（ｋ）×ｅｘｐ（−ｊ×２πｉｋ／ｎ）…（１）
ここで離散コサイン変換でも同様の変換ができる。この離散コサイン変換は以下の式でコントローラ２によって演算される。
ｃ（ｉ）＝Σｓ（ｋ）×ｃｏｓ{ｉ×π（２ｋ＋１）／２ｎ}…（２）
【００４８】
ここで各項、各数値は以下を表す。
ｎ：フレーム内の全サンプルポイント数
ｋ：フレーム内の全サンプルポイント数のｋ番目
ｉ：各周波数成分の各スペクトル値のｉ番目
ｊ：虚数単位（√−１）
【００４９】
ｓ（ｋ）：サンプリング（標本化）された楽音波形のフレーム内でのｋ番目の振幅値（サンプル値）
ｃ（ｉ）＝Ｘ（ｉ）：ｉ番目の周波数成分のスペクトル値（フーリエ変換では複素数、コサイン変換では実数）、振幅値
２πｉ：ｉ番目の周波数成分（角周波数）の周期
Σ：ｋ＝０〜ｎ−１の全累計
【００５０】
上記離散フーリエ変換（フーリエ分析）された振幅スペクトルｃ（ｉ）＝ＲＥ（ｉ）＋ｊ・ＩＭ（ｉ）は、実数部データＲＥ（ｉ）と虚数部データＩＭ（ｉ）とに分離して表すことができる。すなわち、２πｉがｃ（ｉ）の実数部と虚数部の関係を表しているといえる。上記フーリエ変換（フーリエ分析）された振幅スペクトルは、このような実数部データＲＥ（ｉ）と虚数部データＩＭ（ｉ）に変換される（ステップ０７）。
【００５１】
上記元の楽音波形の実波形データの精度は例えば１６ビットであり、フーリエ変換後の楽音波形の１フレームつまり一周期は例えば１６ワードであり、１ワードは例えば１９ビットである。
【００５２】
上記実数部データＲＥ（ｉ）と虚数部データＩＭ（ｉ）から、コントローラ２によって、周波数軸変換によって、振幅データＸ（ｉ）と位相データＰ（ｉ）とが求められる（ステップ０８）。この演算式は以下の通りである。
Ｘ（ｉ）＝√（ＲＥ（ｉ）<SUP>2</SUP>＋ＩＭ（ｉ）<SUP>2</SUP>）…（３）
Ｐ（ｉ）＝ｔａｎ<SUP>-1</SUP>{ＩＭ（ｉ）／ＲＥ（ｉ）}…（４）
√は続く()内の平方根を求めることを示す。
【００５３】
図４はこれらの実数部データＲＥ（ｉ）及び虚数部データＩＭ（ｉ）と振幅データＸ（ｉ）及び位相データＰ（ｉ）との関係を示す。この図４の各関係において、周波数軸変換によって、上記演算式（３）（４）が成立することがわかる。このような振幅データＸ（ｉ）と位相データＰ（ｉ）とは、上記楽音波形を所定ビット数に「量子化」したものといえる。
【００５４】
離散コサイン変換の場合には、振幅データＸ（ｉ）＝ｃ（ｉ）（ｉ番目の周波数成分のスペクトル値）とされる。このコサイン変換では、位相データはない。その他の変換方法を用いる場合でも、適宜演算が行なわれて振幅データＸ（ｉ）が求められ、さらに必要に応じて位相データＰ（ｉ）が求められる。
【００５５】
上記楽音波形の分解能を１６ビットとし、フレーム幅ｎを１６サンプル（１６ワード）とすると、一フレームの楽音波形は１６ビット×１６ワード（時間窓ｎ＝１６サンプルポイント）＝２５６ビットとなる。上記変換後は、実数部データＲＥ（ｉ）＝１９ビット、虚数部データＩＭ（ｉ）＝１９ビット、振幅データＸ（ｉ）＝１９ビット、位相データＰ（ｉ）＝１６ビットとされる。ここまでの分解能はコントローラ２の演算能力が許す限り大きくすることができる。
【００５６】
この振幅データＸ（ｉ）は１９ビット、位相データＰ（ｉ）は１６ビットの各精度で求められる。そして、位相データＰ（ｉ）の精度は７ビットに下げられ、データ圧縮される（ステップ０９）。この７ビットはもともとの位相データＰ（ｉ）の上位７ビットが選択される。この場合、位相データＰ（ｉ）の上位から８ビット目を用いて「まるめ」を行なってから上位７ビットが選択されてもよい。
【００５７】
そして、このフレーム内の最大の振幅値または最大絶対値がサーチされて検出され、振幅データＸ（ｉ）はフレーム内の最大値Ｘｍａｘ及び限界値Ｘｔによって標準振幅ＮＸ（ｉ）に圧縮される（ステップ１０）。この演算式は以下の通りである。
ＮＸ（ｉ）＝Ｘ（ｉ）×Ｘｔ／Ｘｍａｘ…（５）
ＮＸ（ｉ）：標準化された振幅値データ
【００５８】
Ｘｔ：限界値（次述）
Ｘｍａｘ：最大値または最大絶対値（離散コサイン変換）
最大値Ｘｍａｘ及び限界値Ｘｔはプログラム／データ記憶部４などに、後述する圧縮された楽音波形データの一部として記憶されている。
【００５９】
この限界値Ｘｔは、ビット幅／データ幅（本実施例では１９ビット）が許す限り取り得る大きな限界の値であり、離散フーリエ変換の場合には正値のみであるので、Ｘｔ＝５２４２８７である。離散コサイン変換の場合には正負いずれの値もとりうるので、Ｘｔ＝２６２１４３である。なお、この限界値Ｘｔは、楽音波形データのビット幅ｍから演算によって求められても良い。
Ｘｔ＝２<SUP>ｍ</SUP>−１…（６）
【００６０】
上記最大値（絶対最大値）Ｘｍａｘは、離散フーリエ変換などの場合にはフレーム中のもっとも大きな値であり、離散コサイン変換などの場合にはフレーム中のもっとも大きな絶対値である。
【００６１】
この最大値（絶対最大値）Ｘｍａｘは、フレーム／周期ごとに求められ、プログラム／データ記憶部４などに一時的に記憶される。この場合、離散フーリエ変換などと離散コサイン変換などとで処理が分けられてもよいが、変換方法によらず常に絶対最大値が求められてもよい。
【００６２】
以上のように、上記楽音波形の最大値Ｘｍａｘに対する、取り得る最大振幅の限界値Ｘｔの比率が、上記楽音波形の振幅データＸ（ｉ）に演算される。これにより、振幅データＸ（ｉ）の全ビットを無駄なく使って振幅データＸ（ｉ）を表記できる。
【００６３】
次いで、標準振幅ＮＸ（ｉ）は限界値Ｘｔから差し引かれ、振幅差値ＲＮＸ（ｉ）が求められる（ステップ１１）。この演算式は以下の通りである。
ＲＮＸ（ｉ）＝ＳＩＧ{ＮＸ（ｉ）}×〔Ｘｔ−ＡＢＳ{ＮＸ（ｉ）}〕…（７）
ＲＮＸ（ｉ）：振幅差値データ
ＳＩＧ{ＮＸ（ｉ）}：ＮＸ（ｉ）が負なら「−１」、負ではないなら「１」
ＡＢＳ{ＮＸ（ｉ）}：{ＮＸ（ｉ）}の絶対値
【００６４】
この振幅差値ＲＮＸ（ｉ）は、８ビットの浮動小数点表記ＦＲＮＸ（ｉ）とされ、プログラム／データ記憶部４などに書き込まれる。この浮動小数点表記の振幅差値ＦＲＮＸ（ｉ）はパワー３ビット、マンティッサ５ビットから構成される。
【００６５】
このマンティッサは実質６ビットであるが、パワーが「０」ではないとき、下から６ビット目に「１」があるものとみなされる。したがって、この浮動小数点表記の実効精度は６ビットである。パワーが「０」のとき、最上位ビットは「０」であるが、この最上位ビットは記憶の必要性がないので、下位５ビットのみが記憶される。
【００６６】
以上のように、上記楽音波形の振幅値Ｘ（ｉ）は、上記楽音波形の限界値Ｘと、上記楽音波形の振幅値Ｘ（ｉ）との差に変換される。これにより、楽音波形の振幅Ｘが大きいときに、量子化の精度をより細かくできる。
【００６７】
以上の離散フーリエ変換の「具体例」は以下の通りである。コントローラ２の第１レジスタに「０ｂ１００００００００００００００００００（２進数）」がストアされ、第２レジスタに「０ｂ１１１（２進数）」がストアされ、第３レジスタに振幅差値データＲＮＸ（ｉ）がストアされる。この振幅差値データＲＮＸ（ｉ）と第１レジスタ「０ｂ１００００００００００００００００００」との論理積がとられる。
【００６８】
この論理積が「０」ではなかった場合、振幅差値データＲＮＸ（ｉ）の上位２ビット目乃至６ビット目がマンティッサとされ、上記第２レジスタの全カウンタ値がパワーとされる。この論理積が「０」であった場合、振幅差値データＲＮＸ（ｉ）の値が上位に１ビットシフトされ、下位から２０ビット目（シフト前の１９ビット目）が捨てられ、上記第２レジスタのカウンタ値が−１され、再び論理積が取られる。
【００６９】
以上の処理が、論理積が「０」ではなくなるか、カウンタ値が「０」になるまで繰り返され、再度パワーとマンティッサとが得られる。カウンタ値が「０」になった場合、以上の論理積はこれ以上取られず、上位１ビット目乃至５ビット目がマンティッサとされ、パワーは「０」とされる。
【００７０】
以上のステップ０７〜１１の演算処理は、一フレームごと全フレームにわたって繰り返される（ステップ１２）。この一フレームごとの演算処理は半フレーム（半時間長）ずつ位相がずれて、半フレーム（半時間長）ずつ重複して繰り返される。こうして、図５及び図６のように楽音波形が圧縮されて記憶される。また、この楽音波形データＭＷの圧縮では、半フレーム（半時間長）ずつ位相がずれて、半フレーム（半時間長）ずつ重複した、同じフレーム（時間長）につき、奇数番目フレームと偶数番目フレームの複数の楽音波形データＭＷ（振幅データ）につき行われる。
【００７１】
以上のように、周波数軸に変換された楽音波形の振幅データＸ（ｉ）の絶対値が小さいほど、すなわち振幅差値データＲＮＸ（ｉ）の絶対値が大きいほど、楽音波形は粗く量子化され、振幅データＸ（ｉ）の絶対値が大きいほど、すなわち振幅差値データＲＮＸ（ｉ）の絶対値が小さいほど、楽音波形は細かく量子化される。
【００７２】
これにより、楽音波形の中の絶対値が大きな成分ほど高い精度で量子化され、楽音波形の中の絶対値が小さな成分ほど低い精度で量子化される。この結果、大きな音が鳴っている背景での小さな音のわずかな大小変化は簡略化され、人間の聴感に合致させることができる。
【００７３】
（４）圧縮された楽音波形データのデータ構造
図５及び図６は圧縮された楽音波形データのデータ構造の半フレームずれた二フレームを示す。離散フーリエ変換などを用いた場合、８ビットの振幅差値ＦＲＮＸ（ｉ）は一周期分の変換結果である、１６ワード全てではなく、前半の９ワードのみが記憶される。残りの後半の７ワードは、記憶される前半の９ワードから再現される。離散コサイン変換などを用いた場合、一フレーム分の変換結果である１６ワード全てが記憶される。
【００７４】
また、離散フーリエ変換などを用いた場合、これら前半の９ワードの９つの位相データＰ（ｉ）が記憶される。この位相データＰ（ｉ）は上記ステップ０５で求められ、７ビットである。末尾には上記フレーム内の１６ビットの最大値Ｘｍａｘの７ビット分が記憶される。また、９つの位相データＰの最上位ビットは空いているので、ここに１６ビットの最大値Ｘｍａｘの残り９ビット分が記憶される。末尾の最上位ビットには何も記憶されない（ＮＣ）。
【００７５】
離散フーリエ変換などを用いた場合、このように楽音波形１６ビット×１６ワード（時間窓ｎ＝１６サンプルポイント）＝２５６ビットが、図５の８ビット×１９ワード＝１５２ビットに圧縮される。離散コサイン変換などを用いた場合、図６の８ビット×１６ワード（１６サンプルポイント）＋１６ビット（最大値Ｘｍａｘ）＝１４４ビットに圧縮される。このようにして、楽音波形の他の各フレームも同様に圧縮記憶される。
【００７６】
（５）振幅が大きいほど量子化精度が細かい
上記振幅差値ＲＮＸ（ｉ）は、上述の下記（５）式で求められ、標準振幅ＮＸ（ｉ）がマイナスの逆特性にされる。
ＲＮＸ（ｉ）＝ＳＩＧ（ＮＸ（ｉ））×〔Ｘｔ−ＡＢＳ{ＮＸ（ｉ）}〕…（５）
【００７７】
そして、振幅差値ＦＲＮＸ（ｉ）は、この逆特性の振幅差値ＲＮＸ（ｉ）が浮動小数点表記されるから、リニア特性からイクスポーネンシャル特性に変換される。これにより、振幅が大きいほど量子化精度が細かくされ、振幅が小さいほど量子化精度が粗くされる。図１６は、このような楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、量子化精度がより細かくされる特性を示す。
【００７８】
また、上記量子化によって、振幅データＸは１９ビットから８ビットとされ、位相データＰは１６ビットから７ビットとされ、振幅データＸの量子化精度は位相データの量子化精度より細かい。これにより、振幅の記憶精度が細かくできる。位相の記憶精度は多少粗くても、再生した楽音波形の音質への影響は少ない。
【００７９】
このような記憶ビット数／量子化ビット数／ワード数／サンプルポイント数は、上記のものに限られない。上記例より多くても少なくてもよい。また、振幅データＸの量子化精度は位相データの量子化精度より粗くても細かくてもよい。
【００８０】
（６）差分圧縮処理
図７は差分圧縮の演算処理のフローチャートを示す。この処理は操作者によって所定の指示がなされたときに開始されたり、上記図３の楽音波形圧縮処理の後に続けて実行されたりする。この処理では、上記図３の楽音波形の圧縮処理によって求められた、図５及び図６の圧縮記憶された楽音波形データにつき、１フレームごとの差分が求められてさらに圧縮記憶される。
【００８１】
まず、サンプル順番「ｉ」が「０」とされ（ステップ２１）、先頭の一フレームの先頭の振幅差値ＦＲＮＸ（０）と次の一フレームの先頭の振幅差値ＦＲＮＸ（０）との差分振幅ΔＦＲＮＸ（０）（４ビット）が求められる（ステップ２２）。
【００８２】
続いて、サンプル順番「ｉ」が順次＋１され（ステップ２３）、次の振幅差値ＦＲＮＸ（１）についても、先頭の一フレームと次の一フレームとの差ΔＦＲＮＸ（１）（４ビット）が求められ、順次ＦＲＮＸ（２）、振幅差値ＦＲＮＸ（３）、振幅差値ＦＲＮＸ（４）、振幅差値ＦＲＮＸ（５）、振幅差値ＦＲＮＸ（６）、振幅差値ＦＲＮＸ（７）、振幅差値ＦＲＮＸ（８）についても差分振幅ΔＦＲＮＸ（２）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（３）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（４）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（５）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（６）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（７）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（８）（４ビット）が求められ、サンプル順番「ｉ」が「８」になるまで繰り返される（ステップ２４）。
【００８３】
この各フレームの振幅の差ΔＦＲＮＸ（１）（４ビット）は、一フレーム分ずれて重なっていないフレームどうしのものであり、上述の半フレームずつずれて重なっているフレーム同士では行われない。むろん半フレームずつずれて重なっているフレーム同士で行われてもよい。半フレームずつずれて重なっているフレーム同士で差をとると、データ量が増大する可能性が大きくなる。
【００８４】
次いで、サンプル順番「ｉ」が再び「０」とされ（ステップ２６）、先頭の一フレームの先頭の位相データＰ（０）と次の一フレームの先頭の位相データＰ（０）との差分位相ΔＰ（０）（４ビット）が求められる（ステップ２７）。
【００８５】
続いて、サンプル順番「ｉ」が順次＋１され（ステップ２８）、次の位相データＰ（１）についても、先頭の一フレームと次の一フレームとの差ΔＰ（１）（４ビット）が求められ、順次位相データＰ（２）、位相データＰ（３）、位相データＰ（４）、位相データＰ（５）、位相データＰ（６）、位相データＰ（７）、位相データＰ（８）についても差分位相ΔＰ（２）（４ビット）、差分位相ΔＰ（３）（４ビット）、差分位相ΔＰ（４）（４ビット）、差分位相ΔＰ（５）（４ビット）、差分位相ΔＰ（６）（４ビット）、差分位相ΔＰ（７）（４ビット）、差分位相ΔＰ（８）（４ビット）が求められ、サンプル順番「ｉ」が「８」になるまで繰り返される（ステップ２９）。
【００８６】
この各フレームの位相の差ΔＰ（１）（４ビット）は、一フレーム分ずれて重なっていないフレームどうしのものであり、上述の半フレームずつずれて重なっているフレーム同士では行われない。むろん半フレームずつずれて重なっているフレーム同士で行われてもよい。半フレームずつずれて重なっているフレーム同士で差をとると、データ量が増大する可能性が大きくなる。
【００８７】
そして、先頭の一フレームの末尾の最大値Ｘｍａｘと次の一フレームの末尾の最大値Ｘｍａｘとの差ΔＸｍａｘ（７ビット）が求められる（ステップ３１）。この最大値差ΔＸｍａｘ（７ビット）の最上位ビットにデータ形式が差分形式であることを示す「０」（ＦＡＬＳ）が付加される（ステップ３２）。また、上記先頭の一フレームの末尾の最大値差ΔＸｍａｘ（７ビット）の最上位にデータ形式が真値形式であることを示す「１」（ＴＲＵＥ）が付加される（ステップ３３）。
【００８８】
以上の差分圧縮は、二番目の一フレームと三番目の一フレームとの差、三番目の一フレームと四番目の一フレームとの差、四番目の一フレームと五番目の一フレームとの差、………について繰り返され（ステップ３４、３５）、末尾の一フレームまで達したら終了される（ステップ３４）。
【００８９】
上記図５及び図６の楽音波形データＭＷ（振幅データ）は、半フレーム（半時間長）ずつ位相がずれて、半フレーム（半時間長）ずつ重複した、奇数番目フレームと偶数番目フレームとに分かれているので、この楽音波形データＭＷの差分圧縮処理も、半フレーム（半時間長）ずつ位相がずれて、半フレーム（半時間長）ずつ重複した、同じフレーム（時間長）につき、奇数番目フレームと偶数番目フレームの複数の楽音波形データＭＷ（振幅データ）につき行われる。
【００９０】
（７）差分圧縮された楽音波形データのデータ構造
図８及び図９は上記図７の処理によって差分圧縮された楽音波形データのデータ構造の半フレームずれた二フレームを示す。この楽音波形データは８ビット×１９ワード＝１５２ビットを示す。差分振幅ΔＦＲＮＸ（０）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（１）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（２）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（３）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（４）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（５）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（６）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（７）（４ビット）、差分振幅ΔＦＲＮＸ（８）は、２つずつ一緒に８ビット形式で記憶される。
【００９１】
また、差分位相ΔＰ（０）（４ビット）、差分位相ΔＰ（１）（４ビット）、差分位相ΔＰ（２）（４ビット）、差分位相ΔＰ（３）（４ビット）、差分位相ΔＰ（４）（４ビット）、差分位相ΔＰ（５）（４ビット）、差分位相ΔＰ（６）（４ビット）、差分位相ΔＰ（７）（４ビット）、差分位相ΔＰ（８）（４ビット）も、２つずつ一緒に８ビット形式で記憶される。
【００９２】
末尾には、最上位に「０」（ＦＡＬＳ）が付加された最大値差ΔＸｍａｘ（７ビット）が記憶される。このような差分圧縮によって、８ビット×１９ワード＝１５２ビットが８ビット×１０ワード＝８０ビットに圧縮される。また、先頭の一フレームのデータ形式は上記図５及び図６の形式と同じであるが、末尾の最大値Ｘｍａｘの最上位には、データ形式が真値形式であることを示す「１」（ＴＲＵＥ）が付加される。
【００９３】
このように、振幅Ｘ（ｉ）についても、差分まで小さく圧縮して記憶できる。さらに、位相Ｐ（ｉ）についても、差分まで小さく圧縮して記憶できる。また、図５、図６、図８及び図９の楽音波形の最大値Ｘｍａｘが量子化されたり、ある周期の楽音波形の最大値Ｘｍａｘと、この周期の前または後の周期の楽音波形の最大値Ｘｍａｘとにつき差分が求められて圧縮記憶されたりする。これにより、最大値Ｘｍａｘについても差分まで小さく圧縮できる。
【００９４】
（８）楽音波形データのデータ構造の具体例
図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５は上記圧縮された楽音波形データ及び差分圧縮された楽音波形データのデータ構造の具体例を示す。図１０は、図１１に示す楽音波形についての各データを示す。図１３は、図１４に示す余弦波形の楽音波形についての各データを示す。
【００９５】
図１２は、図１０のデータの図１１の楽音波形について、圧縮波形を伸長復元再生と、この精度を８ビットに減少したものを示す。図１５も、図１２のデータの図１３の楽音波形について、圧縮波形を伸長復元再生と、この精度を８ビットに減少したものを示す。
【００９６】
図１０及び図１３の右端に示すように、左端に示すリニア値の楽音波形のビット数を減らして、楽音波形をかなり圧縮することができる。また、図１２及び図１５に示すように、伸長復元再生された楽音波形（差分値）の再現精度はよいといえる。但し図１１の楽音波形には周期性が少ないため、再現精度は若干落ちている。
【００９７】
（９）楽音伸長復元回路４６
図１７は上記楽音伸長復元回路４６を示す。上記プログラム／データ記憶部４または情報記憶部７からコントローラ２などによって読み出された、圧縮された楽音波形データＭＷ（振幅データ）は、楽音波形展開回路２１で展開つまり差分形式ＦＲＮＸ（ｉ）から真値形式ＲＮＸ（ｉ）に変換され、奇数番目のフレームと偶数番目のフレームに分けられる。
【００９８】
次いで、不動小数点表記の楽音波形データＭＷ：ＲＮＸ（ｉ）は、リニア化回路２２、３２でリニアな値にＲＮＸ（ｉ）に変換され、加算器（減算器）２３、３３で上記限界値Ｘｔからリニア振幅値ＲＮＸ（ｉ）が減算されて、上記標準振幅ＮＸ（ｉ）が求められる。この限界値Ｘｔはコントローラ２などによって、図示しないバッファにストアされて、この加算器（減算器）２３、３３に送られる。この限界値Ｘｔは、上記図５、図６、図８、図９の楽音波形データのビット数から求められたり、プログラム／データ記憶部４から読み出されたりされる。
【００９９】
さらに、乗算器２４、３４で上記標準振幅ＮＸ（ｉ）に上記最大値／限界値：Ｘｍａｘ／Ｘｔが乗算され、上記振幅データＸ（ｉ）が求められる。この最大値／限界値：Ｘｍａｘ／Ｘｔコントローラ２などによって図示しないバッファにストアされて、この乗算器２４、３４に送られる。この最大値Ｘｍａｘは、上記図５、図６、図８、図９の楽音波形データの各フレームの末尾や位相データの上位ビットから読み出される。
【０１００】
この振幅データＸ（ｉ）は、バッファメモリ２５、３５にストアされて、このストアされた振幅データＸ（ｉ）が逆変換回路２６、３６によって、フーリエ逆変換またはコサイン逆変換処理が行われて、この逆変換されたる振幅データが一フレーム分バッファメモリ２７、３７にストアされ、クロスフェード回路２８で一つに合成される。
【０１０１】
これらリニア化回路、加算器（減算器）、乗算器、バッファメモリ、逆変換回路、バッファメモリは、奇数番目のフレームの楽音波形データＭＷを処理する、リニア化回路２２、加算器（減算器）２３、乗算器２４、バッファメモリ２５、逆変換回路２６、バッファメモリ２７と、偶数番目のフレームの楽音波形データＭＷ（振幅データ）を処理する、リニア化回路３２、加算器（減算器）３３、乗算器３４、バッファメモリ３５、逆変換回路３６、バッファメモリ３７とからなっている。
【０１０２】
したがって、楽音波形データＭＷの伸長処理は、上記並行して圧縮された奇数フレームと偶数フレームの複数の楽音波形データＭＷにつき並行して実行される。これら奇数番目のフレームの楽音波形データＭＷ（振幅データ）と偶数番目のフレームの楽音波形データＭＷとが、クロスフェード回路２８で一つに合成される。
【０１０３】
上記逆変換回路２６、３６における、フーリエ逆変換は、以下の式であらわされる。
ｓ（ｋ）＝（１／ｎ）Σｃ（ｉ）×ｅｘｐ{−（ｊ×２πｉｋ／ｎ）}…（１１）
上記逆変換回路２６、３６における、コサイン逆変換、以下の式であらわされる。
ｓ（ｋ）＝（２／ｎ）〔ｃ（０）／２＋Σｃ（ｉ）×ｃｏｓ{ｉ×π（２ｋ＋１）／２ｎ}〕…（１２）
【０１０４】
ここで各項、各数値は以下を表す。
ｎ：フレーム内の全サンプルポイント数
ｋ：フレーム内の全サンプルポイント数のｋ番目
ｉ：各周波数成分の各スペクトル値のｉ番目
ｊ：虚数単位（√−１）
【０１０５】
ｓ（ｋ）：サンプリング（標本化）された楽音波形のフレーム内でのｋ番目の振幅値（サンプル値）
ｃ（ｉ）＝Ｘ（ｉ）：ｉ番目の周波数成分のスペクトル値（フーリエ変換では複素数、コサイン変換では実数）（上記ｃ（ｉ）と同じ）、振幅値
２πｉ：ｉ番目の周波数成分（角周波数）の周期
Σ：ｉ＝０〜ｎ−１の全累計
【０１０６】
この楽音伸長復元回路４６の伸長復元処理で、上記図３の楽音波形圧縮処理と逆の伸長復元処理が行われる。したがって、以上のような量子化された楽音波形の伸長復元において、上記楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、より細かくされた量子化の復元も行われる。
【０１０７】
クロスフェード回路２８からの伸長復元された楽音波形データＭＷ（振幅データ）は、上記楽音波形メモリ４２に書き込まれ、キーボード１１の操作キーの音高に応じた速度で読みだされる。この楽音波形メモリ４２から半フレームずつ読みだされるごとに、半フレーム検出信号が楽音波形メモリ４２から上記楽音波形展開回路２１に入力される。
【０１０８】
この図１７の逆変換回路２６、３６とバッファメモリ２７、３７との間には、ディレイ回路が挿入される。このディレイ回路には、リニア回路２２、３２から出力されてくる位相データＰ（ｉ）が入力され、この位相データＰ（ｉ）と周波数に応じた時間長、移相（ディレイ）されて、伸長された振幅データＸ（ｉ）の位相が付加される。次述する楽音波形展開回路２１では、差分形式の位相データＰ（ｉ）及び真値形式の位相データＰ（ｉ）に基づいて、位相が同様にして伸長復元される。位相データＰ（ｉ）がすべて真値形式であれば、そのまま読み出されて、上記ディレイ回路に入力される。
【０１０９】
上記逆変換回路２６、３６でのフーリエ逆変換によって、図５、図８、図９の振幅データＸ（ｉ）と位相データＰ（ｉ）とが周波数軸逆変換されて、実数部データＲＥ（ｉ）と虚数部データＩＭ（ｉ）とが求められ、この実数部データＲＥ（ｉ）と虚数部データＩＭ（ｉ）とから、位相成分に応じた移相処理された振幅が復元される。これにより、位相成分も合わせて伸長復元もできる。
【０１１０】
なお、上記図３の楽音波形圧縮処理では、上記フーリエ変換によって、実数部データＲＥ（ｉ）と虚数部データＩＭ（ｉ）とが求められ、この実数部データＲＥ（ｉ）と虚数部データＩＭ（ｉ）とが周波数軸変換されて振幅成分と位相成分とに変換される。これにより、位相成分も合わせて圧縮変換もできる。
【０１１１】
（１０）楽音波形展開回路２１
図１８は上記楽音波形展開回路２１を示す。アドレスジェネレータ５１で発生された読み出しアドレスは、上記プログラム／データ記憶部４または情報記憶部７に送られ、差分形式の圧縮された楽音波形データＭＷ（振幅データ）が読みだされ、セレクタ５２、６２を経て、差分バッファ５３、６３にストアされ、浮動小数点形式の加算器５４、６４でそれまで累算されてきた振幅データ（楽音波形データＭＷ）にさらに累算され、上記リニア化回路２２、３２に送られる。
【０１１２】
上記加算器５４、６４からの振幅データは、セレクタ５５、６５を経て、トップバッファ５６、６６にストアされ、再び加算器５４、６４に再入力され振幅データが累算される。また、上記読み出された圧縮された楽音波形データＭＷが、差分形式ではなく、真値形式であれば、上記セレクタ５５、６５を経て、トップバッファ５６、６６に直接ストアされ、この真値形式の振幅データ（楽音波形データＭＷ）に差分形式の振幅データ（楽音波形データＭＷ）が順次累算されていき、上記リニア化回路２２、３２に送られる。
【０１１３】
上記セレクタ５２、６２、５５、６５には、図８及び図９の最下段の最上位の差分／真値ビットがセレクト信号として供給される。この差分／真値ビットは、差分を示す時は「０」（ＦＡＬＳ）であり、真値を示す時は「１」（ＴＲＵＥ）である。上記読み出された楽音波形データＭＷ（振幅データ）が真値のときは、セレクタ５２、６２の出力がセレクタ５５、６５側に切り換えられ、セレクタ５５、６５の入力がセレクタ５２、６２側に切り換えられる。したがって、上記読み出された楽音波形データＭＷ（振幅データ）がトップバッファ５６、６６にストアされ、この真値から累算が開始される。
【０１１４】
上記読み出された楽音波形データＭＷ（振幅データ）が差分のときは、セレクタ５２、６２の出力が差分バッファ５３、６３側に切り換えられ、セレクタ５５、６５の入力が加算器５４、６４側に切り換えられる。したがって、セレクタ５５、６５→トップバッファ５６、６６→加算器５４、６４→セレクタ５５、６５で楽音波形データＭＷ（振幅データ）が循環され、これに読み出された差分の楽音波形データＭＷ（振幅データ）が順次累算されていく。
【０１１５】
これらセレクタ、差分バッファ、加算器、セレクタ、トップバッファは、奇数番目のフレームの楽音波形データＭＷ（振幅データ）を処理する、セレクタ５２、差分バッファ５３、加算器５４、セレクタ５５、トップバッファ５６と、偶数番目のフレームの楽音波形データＭＷ（振幅データ）を処理する、セレクタ６２、差分バッファ６３、加算器６４、セレクタ６５、トップバッファ６６とからなっている。
【０１１６】
したがって、楽音波形データＭＷの伸長処理は、上記並行して圧縮された奇数フレームと偶数フレームの複数の楽音波形データＭＷにつき並行して実行される。この楽音波形展開回路２１の波形展開処理（伸長復元処理）で、上記図７の差分圧縮処理と逆の波形展開処理（伸長復元処理）が行われる。
【０１１７】
（１１）クロスフェード回路２８
図１９は上記クロスフェード回路２８を示す。アドレスジェネレータ７１で発生された読み出しアドレスは、コサインテーブル７２、８２に送られ、コサイン波形が読み出され、上記バッファメモリ２７、３７からの上記伸長復元された楽音波形データＭＷ（振幅データ）に乗算器７３、８３で乗算され、加算器７４で加算合成されて、上記楽音波形メモリ（バッファ）４２に出力されストアされる。
【０１１８】
コサインテーブル７２、８２にはコサイン波形が記憶され、このコサイン波形のフレーム／周期は、上記楽音波形データＭＷのフレーム／周期に等しく、コサインテーブル７２のコサイン波形の位相と、コサインテーブル８２のコサイン波形の位相とは、半フレーム／半周期ずつ位相がずれている。本クロスフェード回路２８の上記アドレスジェネレータ７１は、上記楽音波形展開回路２１のアドレスジェネレータ５１と同じであり、このコサイン波形の読み出しと上記楽音波形データＭＷ（振幅データ）とは同期され位相差もない。
【０１１９】
図２０は上記２つのコサイン波形を示す。
コサインテーブル７２のコサイン波形は以下の通りである。
１＋（１／２）ｃｏｓ（２πｔ／Ｔ）…（１３）
Ｔ：一フレーム／一周期の長さ
ｔ：楽音波形データＭＷ（実時間）の読み出しアドレス
コサインテーブル８２のコサイン波形は以下の通りである。
１−（１／２）ｃｏｓ（２πｔ／Ｔ）…（１４）
したがって、コサインテーブル７２のコサイン波形とコサインテーブル８２のコサイン波形とは加算すると、常に「１」となる。
【０１２０】
上記乗算器７３には、上記奇数番目のフレームの楽音波形データＭＷ（振幅データ）が入力され、乗算器８３には、上記偶数番目のフレームの楽音波形データＭＷ（振幅データ）が入力される。そして、上記コサインテーブル、乗算器は、奇数番目のフレームの楽音波形データＭＷ（振幅データ）を処理する、コサインテーブル７２、乗算器７３と、偶数番目のフレームの楽音波形データＭＷ（振幅データ）を処理する、コサインテーブル８３、乗算器８３とからなっている。したがって、楽音波形データＭＷの伸長処理は、上記並行して圧縮された奇数フレームと偶数フレームの複数の楽音波形データＭＷにつき並行して実行される。
【０１２１】
このような奇数番目のフレームの楽音波形データＭＷ（振幅データ）にはコサイン波形１＋（１／２）ｃｏｓ（２πｔ／Ｔ）が乗算され、偶数番目のフレームの楽音波形データＭＷ（振幅データ）にはコサイン波形１−（１／２）ｃｏｓ（２πｔ／Ｔ）が乗算される。したがって、奇数番目のフレームの楽音波形データＭＷと偶数番目のフレームの楽音波形データＭＷとは、このコサイン波形で重み付けされ、各フレーム（時間長）の中央付近で大きくされ、各フレーム（時間長）の端付近で小さくされる。
【０１２２】
したがって、楽音波形データＭＷ（振幅データ）の伸長復元で、ノイズの出る各フレーム（時間長）の端付近で重み付けが小さくされ、ノイズが出にくくなる。そして、これらのコサイン波形１＋（１／２）ｃｏｓ（２πｔ／Ｔ）と１−（１／２）ｃｏｓ（２πｔ／Ｔ）とは、位相が半フレーム（半時間長）ずつずれており、加算すると常に「１」になり、コサイン波形で重み付けされた楽音波形データＭＷ（振幅データ）は加算器７４で加算合成されるので、重み付けされても、加算合成される楽音波形データＭＷ（振幅データ）の重み付けは平坦になる。
【０１２３】
また、重み付けにコサイン波形を使うと、三角波に比べて、重み付けが「１」付近になっている時間が長くなり、重み付け合成つまりクロスフェードによる、楽音波形データＭＷ（振幅データ）の余分な変異が減少する。
【０１２４】
（１２）全体処理
図２１はコントローラ（ＣＰＵ）２によって実行される全体処理のフローチャートを示す。この処理全体は本成分音合成装置の電源オンによって開始され、電源オフまで繰り返し実行される。まず、コントローラ（ＣＰＵ）２内のメモリの初期化など種々の後述するイニシャライズ処理が行われる（ステップ０１）。
【０１２５】
次いで、キーボード１１またはパネルスイッチ群１３のオン操作またはオフ操作などのオンイベントまたはオフイベントがあると（ステップ０２）、このイベントに応じた処理が実行される（ステップ０３）。そして、時変数処理が行われ（ステップ０４）、以上のステップ０２から０４の処理が電源オフまで繰り返される。この時変数処理は、時間の経過に伴って変化する変数に対する処理であり、エンベロープのフェーズ切換えまたはエンベロープのリリース切換え等のエンベロープ処理、ビブラート等のエフェクト処理などが実行される。
【０１２６】
（１３）イベント処理
図２２は上記ステップ０３のイベント処理のフローチャートを示す。上記検出されたイベントが音色の設定であれば（ステップ１１）、音色の設定処理が行われる（ステップ１２）。また、検出されたイベントがキーボード１１のキーのオンであれば（ステップ１３）、発音処理が開始される（ステップ１４）。
【０１２７】
さらに、検出されたイベントがキーボード１１のキーのオフであれば（ステップ１５）、消音処理が開始される（ステップ１６）。そして、検出されたイベントがこれらのいずれでも無い場合には、その他の処理が実行される（ステップ１７）。このその他の処理では、音量、トランスポーズ、リズムの選択、自動演奏のスタート／ストップなどの処理が開始される。
【０１２８】
（１４）音色設定処理
図２３は上記ステップ１２の音色設定処理のフローチャートを示す。上記設定された音色のトーンナンバデータがコントローラ２内のＲＡＭなどに記憶される（ステップ２１）。そして、このトーンナンバデータに応じた圧縮楽音波形データＭＷがプログラム／データ記憶部４または情報記憶部７が読み出され、図１７、図１８、図１９の楽音伸長復元回路４６で伸長復元が開始され、楽音波形メモリ（バッファ）４２に先頭フレームの伸長復元された楽音波形データＭＷがストアされる（ステップ２２）。楽音波形展開回路２１の圧縮楽音波形データＭＷの展開（伸長復元）も開始
【０１２９】
この伸長復元は、楽音波形データＭＷの一番目の奇数番目フレームで行われ、次の二番目の偶数番目フレームでは行われない。この音色設定ではキーオンはなく、発音開始はされていないが、圧縮楽音波形データＭＷが読み出されて伸長復元及び楽音波形展開回路２１の圧縮楽音波形データＭＷの展開（伸長復元）が開始される。これにより、次にキーオンがあったとき、伸長復元された楽音波形データＭＷが直ちに出力され、応答性が向上する。
【０１３０】
（１５）発音処理
図２４は上記ステップ１４の発音処理のフローチャートを示す。まず、空きチャンネルがサーチされ、割り当てるチャンネルが決定され、このチャンネルに当該音色に関するデータが移動され（ステップ３１）、アタック、ディケイ、サスティーンなどのエンベロープなどのパラメータ演算等が行われ（ステップ３２）、発音開始の指示が行われ、上記一番目の奇数番目フレームの楽音波形データＭＷに基づいて発音が開始され、次の二番目の偶数番目フレームの楽音波形データＭＷの伸長復元が開始され、以降順次、奇数番目フレームと偶数番目フレームとが交互に伸長復元されていき、これにアタック、ディケイ、サスティーンのエンベロープが乗算合成されていく（ステップ３２）。
【０１３１】
このとき、上記クロスフェード回路２８の図２０に示すクロスフェード処理が開始される。楽音の先頭では先頭のフレームのみ伸長復元されており、他方のフレームは伸長復元されず、クロスフェードは行われていないが、楽音の先頭ではエンベロープレベルは「０」であり、ノイズがあったとしても聴覚上問題とはならない。
【０１３２】
（１６）消音処理
図２５は上記ステップ１６の消音処理のフローチャートを示す。まず、キーオフに係る楽音が割り当てられているチャンネルがサーチされ、このチャンネルの楽音がオフに切り換えられ（ステップ４１）、リリースのエンベロープなどのパラメータ演算等が行われ（ステップ４２）、発音終了の指示が行われ、伸長復元されている楽音波形データＭＷに、リリースのエンベロープが乗算合成されていく（ステップ４２）。
【０１３３】
そして、リリースが終了すると、上記圧縮楽音波形データＭＷの伸長復元は終了する。このとき、上記クロスフェード回路２８の図２０に示すクロスフェード処理も終了し、楽音波形展開回路２１の圧縮楽音波形データＭＷの展開（伸長復元）も終了する。こうして、圧縮楽音波形データＭＷの伸長復元はリリースの末尾まで継続される。
【０１３４】
（１７）他の実施の形態
本件発明は上記実施例に限定されず、本件発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記フーリエ変換、コサイン変換は、「時間軸に沿ったデータから周波数軸に沿ったデータへの変換」を意味し、「時間軸に沿ったデータから周波数軸に沿ったデータへの変換」ができれば、フーリエ変換、コサイン変換以外の変換が、上記フーリエ変換、コサイン変換の代わりに実行されてもよい。
【０１３５】
上記ステップ０９の位相データＰ（ｉ）の精度が７ビットに下げられる処理は省略されてもよい。上記ステップ１０の振幅データＸ（ｉ）がフレーム内の最大値Ｘｍａｘ及び限界値Ｘｔによって標準振幅ＮＸ（ｉ）とされる処理は省略されてもよい。
【０１３６】
上記限界値Ｘｔまたは最大値Ｘｍａｘは省略され、また上記ステップ１１の標準振幅ＮＸ（ｉ）が限界値Ｘｔから差し引かれ、振幅差値ＲＮＸ（ｉ）が求められる処理は省略されてもよい。
【０１３７】
図７の差分圧縮処理は省略されても良い。図３の圧縮処理だけでも楽音波形の圧縮は可能である。図７のステップ２１〜２４の振幅の差分圧縮のみ省略されてもよいし、図７のステップ２６〜２９の位相の差分圧縮のみ省略されてもよい。
【０１３８】
図７のステップ３１の隣り合うフレーム／周期の両最大値Ｘｍａｘの差ΔＸｍａｘが求められる処理波形は省略されてもよい。図７のステップ３２のデータ形式が差分形式であることを示す「０」（ＦＡＬＳ）が付加される処理は省略されてもよい。図７のステップ３３のデータ形式が真値形式であることを示す処理は省略されてもよい。これらのデータが省略されても、フレーム／周期が先頭か否かによって、データ形式が差分形式か真値形式かが判別される。
【０１３９】
上記圧縮記憶された楽音波形データの伸長復元再生は、上記図７及び図３の各ステップの演算処理が逆算されることによって達成される。位相データＰについては圧縮処理が省略され、図５、図６、図８及び図９の記憶データから除外され、振幅データＸのみ圧縮記憶されてもよい。
【０１４０】
上記図７、図８及び図９の差分圧縮は、隣り合う周期／フレームの単純な差だけでなく、２点または３点以上のサンプルポイントの線形予測に基づく値との差分を求めて記憶してもよい。
【０１４１】
限界値Ｘｔから離れるほど量子化精度が細かくされ、限界値Ｘｔに近づくほど量子化精度が粗くされてもよい。上記ステップ０７の実数部データＲＥ（ｉ）と虚数部データＩＭ（ｉ）が求められる処理は省略され、フーリエ変換から直接振幅データＸ（ｉ）と位相データＰ（ｉ）とが求められてもよい。
【０１４２】
上記限界値Ｘｔは、上記楽音波形の当該フレーム／周期または全フレーム／全周期の平均値または最頻値でもよい。この平均値はフレーム／周期の全サンプルの振幅値の平均値、相乗平均値、相加平均値または積分値、もっとも良く現れる振幅値などである。
【０１４３】
これにより、上記楽音波形の最大値Ｘｍａｘに対する平均値または最頻値などの限界値Ｘｔの比率が、上記楽音波形の振幅値Ｘ（ｉ）に演算される。よって、限界値Ｘｔから離れるほど、量子化の精度をより細かくできる。
【０１４４】
上記フーリエ変換またはコサイン変換される楽音波形の一フレームは、当該楽音波形の一周期にほぼ一致していて、一フレーム＝一周期＝１６サンプルポイント、前半フレーム＝後半フレーム＝半周期＝８サンプルポイントであるが、一致していなくてもよい。上記フーリエ変換またはコサイン変換は、離散ではないフーリエ変換またはコサイン変換が含まれてもよい。
【０１４５】
上記図３のステップ０２のフーリエ変換での窓関数（時間窓ｎ）は、無限長または人間の可聴域より低周期に対応した時間長とされてもよい。上記図３のステップ００５から１１の処理は各ワード（各サンプルポイント）ごと一フレームにわたって繰り返されてもよい。
【０１４６】
上記ステップ０２〜０３の処理は以下のようにされても良い。上記離散フーリエ変換が行なわれ（ステップ０２）、このフーリエ変換による各周波数成分のスペクトル値（振幅値）ｃ（ｉ）のうちの最大でもっとも周波数の低いものが求められ（ステップ０３）、この最大の各周波数（角周波数）の周期ｊｉωｔつまり基本周波数／基本周期が求められる（ステップ０４）。
【０１４７】
そして、この基本周波数／基本周期（時間長）に対応した略等しいフレーム長／時間窓ｎで、当該楽音波形が切り出され（ステップ０５）、この切り出された楽音波形が、上記ステップ０２と同じく再度フーリエ変換または再度コサイン変換され、プログラム／データ記憶部４に記憶される（ステップ０６）。
【０１４８】
上記フレーム（時間長）の位相のずれは、半フレーム（半時間長）のほか、１／３フレーム（１／３時間長）、１／４フレーム（１／４時間長）、１／５フレーム（１／５時間長）、…などでもよい。この場合、図５、図６、図８、図９の楽音波形データＭＷ（振幅データ）は、３つ、４つ、５つ、…、重複して圧縮記憶される。
【０１４９】
この場合、図１７の音伸長復元回路４６、図１８の楽音波形展開回路２１、図１９のクロスフェード回路２８は、奇数番目と偶数番目の２列ではなく、３ｎ番目、３ｎ＋１番目、３ｎ＋２番目の三列、４ｎ番目、４ｎ＋１番目、４ｎ＋２番目、４ｎ＋３番目の四列、５ｎ番目、５ｎ＋１番目、５ｎ＋２番目、５ｎ＋３番目、５ｎ＋４番目の五列、…（ｎ＝１、２、３、…）となる。また、図１８の楽音波形展開回路２１のセレクタ５２、６２、５５、６５の選択端も３段、４段、５段、…となる。
【０１５０】
上記クロスフェード２８の重み付けのためのコサイン波形は、他にサイン波、三角波、台形波、のこぎり波などでもよい。上記図１７、図１８、図１９で処理される圧縮楽音波形の伸長復元処理はプログラム（ソフトウエア）によって実行され得る。また、この奇数番目フレームの処理と偶数番目フレームの処理とは完全に同期している必要はなく、一方の伸長復元処理後他方の伸長復元処理が行われ交互に切り換えられてもよい。これでも並行に処理されているといえる。
【０１５１】
図１７、図１８、図１９の回路において、圧縮楽音波形データが記憶されているのは、楽音波形メモリであってもよく、伸長された楽音波形データがストアされるのはバッファメモリであってもよい。
【０１５２】
圧縮された楽音波形データＭＷの先頭の奇数番目のフレーム（時間長）の楽音波形データＭＷの伸長復元は、上記ステップ１２の音色設定処理の時ではなく、上記ステップ１４の発音処理の時に実行されてもよい。また、圧縮された楽音波形データＭＷの先頭の次の偶数番目以降のすべてまたは一部のフレーム（時間長）の楽音波形データＭＷの伸長復元は、上記ステップ１４の発音処理の時ではなく、上記ステップ１２の音色設定処理の時に予め行われていてもよい。
【０１５３】
（１８）他の発明の効果
[１]コントローラが、 所定の時間長で切り出された楽音波形をフーリエ変換させ、 このフーリエ変換された情報につき、振幅成分及び位相成分を量子化させ、 この量子化を上記楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、より細かくさせることを特徴とする楽音波形の情報圧縮方法。
【０１５４】
[２]コンピュータに対して、 所定の時間長で切り出された楽音波形をフーリエ変換させる処理と、 このフーリエ変換された情報につき、振幅成分及び位相成分を量子化させる処理と、 この量子化を上記楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、より細かくさせる処理とを実行させること特徴とする楽音波形の情報圧縮のためのコンピュータプログラム。
【０１５５】
[３]所定の時間長で切り出された楽音波形をフーリエ変換する手段と、 このフーリエ変換された情報につき、振幅成分及び位相成分を量子化する手段と、 この量子化を上記楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、より細かくする手段を備えたことを特徴とする楽音波形の情報圧縮装置。
【０１５６】
[４]上記請求項１の情報圧縮方法、上記請求項２の情報圧縮のためのコンピュータプログラム、または上記請求項３の情報圧縮装置によって圧縮された量子化された楽音波形を伸長し、場合によって量子化された位相成分も付加し、 この伸長された楽音波形の復元において、上記楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、より細かくされた量子化の復元を行い、 この復元された楽音波形をフーリエ逆変換またはコサイン逆変換することを特徴とする楽音波形の情報伸長方法。
【０１５７】
[５]上記請求項１の情報圧縮方法、上記請求項２の情報圧縮のためのコンピュータプログラム、または上記請求項３の情報圧縮装置によって圧縮された量子化された楽音波形を伸長し、場合によって量子化された位相成分も付加し、 この伸長された楽音波形の復元において、上記楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、より細かくされた量子化の復元を行う手段と、 この復元された楽音波形をフーリエ逆変換またはコサイン逆変換する手段とを備えたことを特徴とする楽音波形の情報伸長装置。
【０１５８】
[６]上記量子化を、上記楽音波形の位相成分に対して振幅成分をより細かくすることを特徴とする請求項３または５記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。これにより、振幅成分の伸長復元再生において再現性を高めることができる。
【０１５９】
[７]上記所定の時間長は、上記楽音波形の一周期にほぼ一致していることを特徴とする請求項３、５または６記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。これにより、楽音の一周期ごとに量子化でき、楽音波形の周期性を利用した量子化／圧縮ができる。
【０１６０】
[８]上記楽音波形の取り得る最大振幅の限界値に対する当該楽音波形の最大値の比率が、上記楽音波形の振幅成分に演算されることを特徴とする請求項３、５、６または７記載の情報圧縮装置または情報伸長装置または情報伸長装置。これにより、振幅成分の全ビットを無駄なく使って振幅成分を表記できる。
【０１６１】
[９]上記楽音波形の振幅成分は、上記楽音波形の取り得る最大振幅の限界値と、上記楽音波形の振幅成分との差に変換されることを特徴とする請求項３、５、６、７または８記載の情報圧縮装置または情報伸長装置または情報伸長装置。これにより、楽音波形の振幅が大きいときに、量子化の精度をより細かくできる。
【０１６２】
[１０]上記楽音波形は周期的であり、このうちのある周期の楽音波形と、この周期の前または後の周期の楽音波形とにつき、当該両周期上の同じ位置における振幅成分の差分を求めることを特徴とする請求項３、５、６、７、８または９記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。これにより、記憶する楽音波形の振幅成分を差分まで小さく圧縮できる。
【０１６３】
[１１]上記楽音波形は周期的であり、このうちのある周期の楽音波形と、この周期の前または後の周期の楽音波形とにつき、当該両周期上の同じ位置における位相成分の差分を求めることを特徴とする請求項３、５、６、７、８、９または１０記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。これにより、位相についても、記憶する楽音波形を差分まで小さく圧縮できる。
【０１６４】
[１２]上記楽音波形の最大値が量子化される、またはある周期の楽音波形の最大値と、この周期の前または後の周期の楽音波形の最大値とにつき差分を求めることを特徴とする請求項３または５記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。これにより、最大値についても差分まで小さく圧縮できる。
【０１６５】
[１３]上記請求項３における楽音波形の圧縮処理は、上記楽音波形につき重複して実行され、この重複して実行される圧縮処理における上記時間長は同じで位相がずれており、
上記請求項５における楽音波形の伸長処理は、この重複して圧縮された複数の楽音波形につき並行して実行され、 この伸長された複数の楽音波形は合成されて出力され、この合成される各楽音波形の重み付けは、上記位相のずれた各時間長の中央付近で大きくされ、当該時間長の端付近で小さくされることを特徴とする請求項３または５記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。これにより、楽音波形データ（振幅データ）の伸長復元で、ノイズの出る各時間長（フレーム）の端付近で重み付けが小さくされ、ノイズが出にくくなる。
【０１６６】
[１４]圧縮された楽音波形の先頭の時間長の楽音波形は、音色指定があったときに伸長され、 圧縮された楽音波形の先頭の次以降の時間長の楽音波形は、発音指示があったときに伸長されることを特徴とする請求項１３記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。これにより、発音指示に遅れずに即座に伸長復元した楽音を出力できる。
【０１６７】
[１５]上記フーリエ変換によって、実数部と虚数部とが求められ、この実数部と虚数部とが周波数軸変換されて振幅成分と位相成分とに変換され、 上記フーリエ逆変換によって、この振幅成分と位相成分とが周波数軸逆変換されて、実数部と虚数部とが求められ、この実数部と虚数部とから位相成分に応じた移相処理された振幅が復元されることを特徴とする請求項３または５記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。これにより、位相成分も合わせて圧縮変換でき伸長復元もできる。
【０１６８】
[１６]上記請求項１記載の楽音波形の情報圧縮方法によって処理された、圧縮され記憶された楽音波形のデータ構造、または上記請求項４の楽音波形の情報伸長方法によって処理される、圧縮され記憶された楽音波形のデータ構造。これにより、楽音波形のデータの容量が少なくなる。
【０１６９】
[１７]請求項３、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５または１６記載の情報圧縮装置によって処理された、圧縮され記憶された楽音波形のデータ構造、または請求項５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５または１６記載の情報伸長装置によって処理される、圧縮され記憶された楽音波形のデータ構造。これにより、楽音波形のデータの容量が少なくなる。
【０１７０】
[１８]上記楽音波形の最大値に対する平均値または最頻値の比率が、上記楽音波形の振幅成分に演算されることを特徴とする請求項３、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６または１７記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。これにより、平均値または最頻値から離れるほど、量子化の精度をより細かくできる。
【０１７１】
[１９]上記楽音波形の振幅成分は、上記楽音波形の平均値または最頻値と、上記楽音波形の振幅成分との差に変換されることを特徴とする請求項３、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７または１８記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。これにより、楽音波形の振幅が大きいときに、量子化の精度をより細かくできる。
【産業上の利用可能性】
【０１７２】
楽音波形の振幅が大きい部分が細かく量子化され、振幅が小さい部分が粗く量子化され、楽音波形の記憶容量が小さくされる。標準振幅ＮＸ（ｉ）は限界値Ｘｔから差し引かれ、振幅差値ＲＮＸ（ｉ）が求められる（ステップ１１）。
ＲＮＸ（ｉ）＝ＳＩＧ{ＮＸ（ｉ）}×〔Ｘｔ−ＡＢＳ{ＮＸ（ｉ）}〕…（７）
【０１７３】
ＳＩＧ{ＮＸ（ｉ）}：ＮＸ（ｉ）が負なら「−１」、負ではないなら「１」
ＡＢＳ{ＮＸ（ｉ）}：{ＮＸ（ｉ）}の絶対値
この振幅差値ＲＮＸ（ｉ）は、８ビットの浮動小数点表記ＦＲＮＸ（ｉ）とされる。これにより、上記楽音波形の振幅値Ｘ（ｉ）は、上記楽音波形の限界値Ｘと、上記楽音波形の振幅値Ｘ（ｉ）との差に変換され、楽音波形の振幅Ｘが大きいときに、量子化の精度がより細かくされる。この圧縮楽音波形は図１７、１８、１９の回路で伸長復元される。
【図面の簡単な説明】
【０１７４】
【図１】情報圧縮装置などの全体回路１を示す。
【図２】楽音信号発生部５を示す。
【図３】楽音波形の圧縮処理のフローチャートを示す。
【図４】実数部データＲＥ（ｉ）及び虚数部データＩＭ（ｉ）と振幅データＸ（ｉ）及び位相データＰ（ｉ）との関係を示す。
【図５】圧縮された楽音波形データ（離散フーリエ変換）の一フレームを示す。
【図６】圧縮された楽音波形データ（離散コサイン変換）の一フレームを示す。
【図７】差分圧縮の演算処理のフローチャートを示す。
【図８】図７の処理によって差分圧縮された楽音波形データを示す。
【図９】図７の処理によって差分圧縮された楽音波形データを示す。
【図１０】不規則波形の圧縮された楽音波形データ及び差分圧縮された楽音波形データの具体例を示す。
【図１１】図１０のデータによる不規則波形を示す。
【図１２】図１１の例において伸長復元再生された楽音波形データの具体例を示す。
【図１３】余弦波の圧縮された楽音波形データ及び差分圧縮された楽音波形データの具体例を示す。
【図１４】図１３のデータによる余弦波形を示す。
【図１５】図１３の例において伸長復元再生された楽音波形データの具体例を示す。
【図１６】楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、量子化をより細かくする特性を示す。
【図１７】図２の楽音信号発生部５の中の楽音伸長復元回路４６を示す。
【図１８】図１７の楽音伸長復元回路４６の中の楽音波形展開回路２１を示す。
【図１９】図１７の楽音伸長復元回路４６の中のクロスフェード回路２８を示す。
【図２０】クロスフェード回路２８における重み付け合成の２つのコサイン波形を示す。
【図２１】全体処理のフローチャートを示す。
【図２２】上記ステップ０３のイベント処理のフローチャートを示す。
【図２３】上記ステップ０３のイベント処理のフローチャートを示す。
【図２４】上記ステップ１４の発音処理のフローチャートを示す。
【図２５】上記ステップ１６の消音処理のフローチャートを示す。
【符号の説明】
【０１７５】
１…全体回路、２…コントローラ（ＣＰＵ）、
３…タイミング発生部、４…プログラム／データ記憶部、
５…楽音信号発生部、６…サウンドシステム、７…情報記憶部、
１１…キーボード、１２…キーボードスキャン回路、
１３…パネルスイッチ群、１４…スイッチスキャン回路、
１５…ミディ回路、１６…マイク、１７…音響変換回路、
２１…楽音波形展開回路、２２、３２…リニア化回路、
２３、３３…加算器（減算器）、２４、３４…乗算器、
２５、３５…バッファメモリ、２６、３６…逆変換回路、
２７、３７バッファメモリ、２８…クロスフェード回路、
４０…アサインメントメモリ、４１…楽音波形読出回路、
４２…楽音波形メモリ（バッファ）、４３…乗算器、４４…累算器、
４５…エンベロープジェネレータ、４６…楽音伸長復元回路、
５１…アドレスジェネレータ、５２、６２…セレクタ、
５３、６３…差分バッファ、５４、６４…加算器、
５５、６５…セレクタ、５６、６６…トップバッファ、
７１…アドレスジェネレータ、７２、８２…コサインテーブル、
７３、８３…乗算器、７４…加算器７４。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コントローラが、
所定の時間長で切り出された楽音波形をフーリエ変換またはコサイン変換させ、
このフーリエ変換またはコサイン変換された情報につき、振幅成分を量子化させ、場合によって位相成分も量子化させ、
この量子化を上記楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、より細かくさせることを特徴とする楽音波形の情報圧縮方法。
【請求項２】
コンピュータに対して、
所定の時間長で切り出された楽音波形をフーリエ変換またはコサイン変換させる処理と、
このフーリエ変換またはコサイン変換された情報につき、振幅成分を量子化させ、場合によって位相成分も量子化させる処理と、
この量子化を上記楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、より細かくさせる処理とを実行させること特徴とする楽音波形の情報圧縮のためのコンピュータプログラム。
【請求項３】
所定の時間長で切り出された楽音波形をフーリエ変換またはコサイン変換する手段と、
このフーリエ変換またはコサイン変換された情報につき、振幅成分を量子化し、場合によって位相成分も量子化する手段と、
この量子化を上記楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、より細かくする手段を備えたことを特徴とする楽音波形の情報圧縮装置。
【請求項４】
上記請求項１の情報圧縮方法、上記請求項２の情報圧縮のためのコンピュータプログラム、または上記請求項３の情報圧縮装置によって圧縮された量子化された楽音波形を伸長し、場合によって量子化された位相成分も付加し、
この伸長された楽音波形の復元において、上記楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、より細かくされた量子化の復元を行い、
この復元された楽音波形をフーリエ逆変換またはコサイン逆変換することを特徴とする楽音波形の情報伸長方法。
【請求項５】
上記請求項１の情報圧縮方法、上記請求項２の情報圧縮のためのコンピュータプログラム、または上記請求項３の情報圧縮装置によって圧縮された量子化された楽音波形を伸長し、場合によって量子化された位相成分も付加し、
この伸長された楽音波形の復元において、上記楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、より細かくされた量子化の復元を行う手段と、
この復元された楽音波形をフーリエ逆変換またはコサイン逆変換する手段とを備えたことを特徴とする楽音波形の情報伸長装置。
【請求項６】
上記量子化を、上記楽音波形の位相成分に対して振幅成分をより細かくすることを特徴とする請求項３または５記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。
【請求項７】
上記所定の時間長は、上記楽音波形の一周期にほぼ一致していることを特徴とする請求項３、５または６記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。
【請求項８】
上記楽音波形の取り得る最大振幅の限界値に対する当該楽音波形の最大値の比率が、上記楽音波形の振幅成分に演算されることを特徴とする請求項３、５、６または７記載の情報圧縮装置または情報伸長装置または情報伸長装置。
【請求項９】
上記楽音波形の振幅成分は、上記楽音波形の取り得る最大振幅の限界値と、上記楽音波形の振幅成分との差に変換されることを特徴とする請求項３、５、６、７または８記載の情報圧縮装置または情報伸長装置または情報伸長装置。
【請求項１０】
上記楽音波形は周期的であり、このうちのある周期の楽音波形と、この周期の前または後の周期の楽音波形とにつき、当該両周期上の同じ位置における振幅成分の差分を求めることを特徴とする請求項３、５、６、７、８または９記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。
【請求項１１】
上記楽音波形は周期的であり、このうちのある周期の楽音波形と、この周期の前または後の周期の楽音波形とにつき、当該両周期上の同じ位置における位相成分の差分を求めることを特徴とする請求項３、５、６、７、８、９または１０記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。
【請求項１２】
上記楽音波形の最大値が量子化される、またはある周期の楽音波形の最大値と、この周期の前または後の周期の楽音波形の最大値とにつき差分を求めることを特徴とする請求項３または５記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。
【請求項１３】
上記請求項３における楽音波形の圧縮処理は、上記楽音波形につき重複して実行され、この重複して実行される圧縮処理における上記時間長は同じで位相がずれており、
上記請求項５における楽音波形の伸長処理は、この重複して圧縮された複数の楽音波形につき並行して実行され、
この伸長された複数の楽音波形は合成されて出力され、この合成される各楽音波形の重み付けは、上記位相のずれた各時間長の中央付近で大きくされ、当該時間長の端付近で小さくされることを特徴とする請求項３または５記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。
【請求項１４】
圧縮された楽音波形の先頭の時間長の楽音波形は、音色指定があったときに伸長され、 圧縮された楽音波形の先頭の次以降の時間長の楽音波形は、発音指示があったときに伸長されることを特徴とする請求項１３記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。
【請求項１５】
上記フーリエ変換によって、実数部と虚数部とが求められ、この実数部と虚数部とが周波数軸変換されて振幅成分と位相成分とに変換され、
上記フーリエ逆変換によって、この振幅成分と位相成分とが周波数軸逆変換されて、実数部と虚数部とが求められ、この実数部と虚数部とから位相成分に応じた移相処理された振幅が復元されることを特徴とする請求項３または５記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。
【請求項１６】
上記請求項１記載の楽音波形の情報圧縮方法によって処理された、圧縮され記憶された楽音波形のデータ構造、または上記請求項４の楽音波形の情報伸長方法によって処理される、圧縮され記憶された楽音波形のデータ構造。
【請求項１７】
請求項３、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５または１６記載の情報圧縮装置によって処理された、圧縮され記憶された楽音波形のデータ構造、または請求項５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５または１６記載の情報伸長装置によって処理される、圧縮され記憶された楽音波形のデータ構造。
【請求項１】
コントローラが、
所定の時間長で切り出された楽音波形をフーリエ変換またはコサイン変換させ、
このフーリエ変換またはコサイン変換された情報につき、振幅成分を量子化させ、場合によって位相成分も量子化させ、
この量子化を上記楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、より細かくさせることを特徴とする楽音波形の情報圧縮方法。
【請求項２】
コンピュータに対して、
所定の時間長で切り出された楽音波形をフーリエ変換またはコサイン変換させる処理と、
このフーリエ変換またはコサイン変換された情報につき、振幅成分を量子化させ、場合によって位相成分も量子化させる処理と、
この量子化を上記楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、より細かくさせる処理とを実行させること特徴とする楽音波形の情報圧縮のためのコンピュータプログラム。
【請求項３】
所定の時間長で切り出された楽音波形をフーリエ変換またはコサイン変換する手段と、
このフーリエ変換またはコサイン変換された情報につき、振幅成分を量子化し、場合によって位相成分も量子化する手段と、
この量子化を上記楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、より細かくする手段を備えたことを特徴とする楽音波形の情報圧縮装置。
【請求項４】
上記請求項１の情報圧縮方法、上記請求項２の情報圧縮のためのコンピュータプログラム、または上記請求項３の情報圧縮装置によって圧縮された量子化された楽音波形を伸長し、場合によって量子化された位相成分も付加し、
この伸長された楽音波形の復元において、上記楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、より細かくされた量子化の復元を行い、
この復元された楽音波形をフーリエ逆変換またはコサイン逆変換することを特徴とする楽音波形の情報伸長方法。
【請求項５】
上記請求項１の情報圧縮方法、上記請求項２の情報圧縮のためのコンピュータプログラム、または上記請求項３の情報圧縮装置によって圧縮された量子化された楽音波形を伸長し、場合によって量子化された位相成分も付加し、
この伸長された楽音波形の復元において、上記楽音波形の振幅が小さいときに比べて大きいときに、より細かくされた量子化の復元を行う手段と、
この復元された楽音波形をフーリエ逆変換またはコサイン逆変換する手段とを備えたことを特徴とする楽音波形の情報伸長装置。
【請求項６】
上記量子化を、上記楽音波形の位相成分に対して振幅成分をより細かくすることを特徴とする請求項３または５記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。
【請求項７】
上記所定の時間長は、上記楽音波形の一周期にほぼ一致していることを特徴とする請求項３、５または６記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。
【請求項８】
上記楽音波形の取り得る最大振幅の限界値に対する当該楽音波形の最大値の比率が、上記楽音波形の振幅成分に演算されることを特徴とする請求項３、５、６または７記載の情報圧縮装置または情報伸長装置または情報伸長装置。
【請求項９】
上記楽音波形の振幅成分は、上記楽音波形の取り得る最大振幅の限界値と、上記楽音波形の振幅成分との差に変換されることを特徴とする請求項３、５、６、７または８記載の情報圧縮装置または情報伸長装置または情報伸長装置。
【請求項１０】
上記楽音波形は周期的であり、このうちのある周期の楽音波形と、この周期の前または後の周期の楽音波形とにつき、当該両周期上の同じ位置における振幅成分の差分を求めることを特徴とする請求項３、５、６、７、８または９記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。
【請求項１１】
上記楽音波形は周期的であり、このうちのある周期の楽音波形と、この周期の前または後の周期の楽音波形とにつき、当該両周期上の同じ位置における位相成分の差分を求めることを特徴とする請求項３、５、６、７、８、９または１０記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。
【請求項１２】
上記楽音波形の最大値が量子化される、またはある周期の楽音波形の最大値と、この周期の前または後の周期の楽音波形の最大値とにつき差分を求めることを特徴とする請求項３または５記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。
【請求項１３】
上記請求項３における楽音波形の圧縮処理は、上記楽音波形につき重複して実行され、この重複して実行される圧縮処理における上記時間長は同じで位相がずれており、
上記請求項５における楽音波形の伸長処理は、この重複して圧縮された複数の楽音波形につき並行して実行され、
この伸長された複数の楽音波形は合成されて出力され、この合成される各楽音波形の重み付けは、上記位相のずれた各時間長の中央付近で大きくされ、当該時間長の端付近で小さくされることを特徴とする請求項３または５記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。
【請求項１４】
圧縮された楽音波形の先頭の時間長の楽音波形は、音色指定があったときに伸長され、 圧縮された楽音波形の先頭の次以降の時間長の楽音波形は、発音指示があったときに伸長されることを特徴とする請求項１３記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。
【請求項１５】
上記フーリエ変換によって、実数部と虚数部とが求められ、この実数部と虚数部とが周波数軸変換されて振幅成分と位相成分とに変換され、
上記フーリエ逆変換によって、この振幅成分と位相成分とが周波数軸逆変換されて、実数部と虚数部とが求められ、この実数部と虚数部とから位相成分に応じた移相処理された振幅が復元されることを特徴とする請求項３または５記載の情報圧縮装置または情報伸長装置。
【請求項１６】
上記請求項１記載の楽音波形の情報圧縮方法によって処理された、圧縮され記憶された楽音波形のデータ構造、または上記請求項４の楽音波形の情報伸長方法によって処理される、圧縮され記憶された楽音波形のデータ構造。
【請求項１７】
請求項３、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５または１６記載の情報圧縮装置によって処理された、圧縮され記憶された楽音波形のデータ構造、または請求項５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５または１６記載の情報伸長装置によって処理される、圧縮され記憶された楽音波形のデータ構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１２−２３４２０６（Ｐ２０１２−２３４２０６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１７９０７０（Ｐ２０１２−１７９０７０）
【出願日】平成２４年８月１０日（２０１２．８．１０）
【分割の表示】特願２００８−２３４７８６（Ｐ２００８−２３４７８６）の分割
【原出願日】平成２０年９月１２日（２００８．９．１２）
【出願人】（０００００１４１０）株式会社河合楽器製作所 (563)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年８月１０日（２０１２．８．１０）
【分割の表示】特願２００８−２３４７８６（Ｐ２００８−２３４７８６）の分割
【原出願日】平成２０年９月１２日（２００８．９．１２）
【出願人】（０００００１４１０）株式会社河合楽器製作所 (563)
【Ｆターム（参考）】
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