December 23, 2014
カテゴリ： 音楽
前回さらっと紹介しましたが,今回はDSPについて詳しく紹介したいと思います.
・C++活用DSPプログラミング
・ワンチップIC/モジュールで試す音声認識&合成(from Interface)
・ハードとソフトをつなぐドライバ&ミドルウェア(from Interface)
ディジタル信号処理シリーズC／C＋＋によるディジタル信号処理入門 Code Composer Studioを使ったDSPプログラミング／三上直樹【後払いOK】【2500円以上送料無料】
・DSPについて
楽器のパンフレット等でも度々現れる文字だということくらいしかミュージシャンにとっては重要じゃないのかもしれないが,電子機器・電子楽器においてはこのDSPがなければディジタル音声処理をリアルタイムに行うことはできない.
もちろん,ディジタル信号処理を高速で行う機器であれば今やDSPが処理している機器は多種多様にあるわけで,決して楽器だけの特殊なハードウェアではない.
近年のモバイル端末をはじめTVやAV機器,カーナビ,etc...,から白物家電に至るまで様々な分野で使用されている.
では,電子楽器のどの部分で何をしているのかを具体的に見てみよう.
ディジタルミキサーを例に考えてみるとその重要度が明確になると思う.
ディジタルミキサはXLR端子等で接続されるまではアナログの音声だが劣化を最小限に抑えるために入力したらほとんどの機種が即ディジタルにリアルタイムサンプリング変換されている.
そしてミキサーで音圧の調整はもちろん,リバーブやディレイ,その他のエフェクトが使えるのもこのDSPが処理をしている結果なのだ.
DSPがなければ既にディジタルミキサー自体の存続が怪しくなるのがわかるだろう.
DAWにおけるI/F(インターフェース)の複雑な信号処理部分でもDSPの恩恵を受けてPC側の負荷を下げていることが多々ある.
基本的にはディジタルミキサで行われている処理とほとんど同等である.
Steinberg社のUR28MやUR44等でおなじみの,アンプシミュレータもこのDSPが実現させているエフェクト処理である.
本来DAWではPC内部で処理を行い全ての結果を出力ポートへ送るわけだが,その一部のプラグインエフェクト処理をDSPが行えば,その分の処理負担が減るという考えなわけである.
そんなマルチに使われているDSPだが,このDSP自体はFPGAのようにプログラマブルに回路構成を変更できない(自社製で仕様含め専用ハードに合わせて設計している場合はある)
ただし,基本的なハーバードアーキティクチャの元で設計されたDSPチップをコントロールする命令は任意に作成されたプログラムによって行われるわけだ.
ん？難しい？
いや,近代の教育における情報処理学には必ず含まれる内容なはずだ.
パソコンの内部構造を漫画形式で簡単に説明している書物もたくさんあるので是非一読しておくとよいだろうと言うことでここでは割愛するが,要するにハード制約こそあるもののソフトウェア開発は自由に行えるということである.
アセンブリ言語は機械語(0と1だけの命令※表記によっては16進数を用いる)に近い構文であり故に,高度なプログラミング能力が必要とされてきたわけだが,技術が飛躍的に向上した現在においては処理速度が相当早くなったため,組み込みでも用いられるC言語やC++言語等の高級言語が多様されるようになってきており,私のような凡人でも内容を理解し複雑な命令もコントロールすることができるようになったのである.
自分で電子楽器やインターフェースを一から作るつもりはないがDSP機器を用いる以上はプログラムや電気電子的な観点での考察ができることで,より効率的にかつ理論的に扱ってあげることができる.
例えがわかりにくくて申し訳ないが,いわばプロのカーレースドライバーが車の限界を知ることで速く走るための引きだしが多くなるそれに似ている感覚だと私は考える.
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・デバイスドライバについて
こちらは完全に技術サイドの話になるため,音楽的要素はないかもしれない.
冒頭の簡単な説明で述べた通り,現状のコンピュータ・アーキテクチャにおいてオペレーティングシステム(OS)とあなたがコントロールする媒体(マウス,キーボードをはじめプリンタ等の周辺機器全て)をつなぐ橋渡しをしているのがドライバと呼ばれるソフトなのである.
ちなみに,最近ではOSに標準ドライバと呼ばれるドライバがインストールされている.
この標準ドライバ互換設計されているハードウェア機器は特別なインストールを経ることなくPCで使用できてしまうため,最近のユーザにはなじみが薄いかもしれないがAndoroid端末などでもドライバプログラムを返してハードウェアコントロールを実現している等,身近なところでも使われている.
コンピュータはOSにおけるGUIの発展により,人間に近い視点,いわばユーザが目で見てコントロールできる仕様へと変化してきた.
だが,基本的構成は実は変わっていない.一般ユーザでも扱えるように変化してきたPC市場は,あくまでユーザと内部演算装置を近づけるべく制御しているソフト側の進化があったお陰なのである.
ドライバもその要素の一つであり,基本的にユーザとPCではなくハードウェアとPCをつなぐ役割を持っているということである.
ドライバと言うのはコンピュータを構成するシステムの中でもCPUやメモリ等の中核システムと同等のカーネル層に位置するため,ユーザプロセスよりはるかに高い権限を持っている.故に,ハードウェアとソフトウェアについて開発レベルの詳細な情報を知らなければ設計はできないし,仮に間違った設定で動作させた場合,マシンやハードウェアを破壊してしまう可能性も孕んでいる.
一般ユーザが知るべきはその設計要素ではなくドライバが自分の環境においてどのような作用をもたらしているのかを知っている程度で十分だろう.
ハードウェアによっては,このドライバが影響してエラーを起こしてしまったり通信不良に陥ったりすることが数多くある.
開発段階で仕様を明確にした上で自社開発で管理していればそのような不都合も少なくなるわけだが,業務効率化の一環などでプログラムを外注することは往々にしてあり市場にある製品でもドライバによる動作不良は意外と多い.
自分の環境で何らかの動作不良を起こしていたら,ドライバの再インストールやOSのリフレッシュ等も考慮して解決することができるかもしれないことを念頭に入れておくと,もしものトラブルに備えることができるだろう.
ちなみに,ハードウェアを自分で設計する場合でUSB等のインターフェース化するときは必然的にこのドライバを自分で作る必要がある.
とは言え,普通は開発キットを使うだろうし問題ないのだろう.
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4回にわけて記述するため表題と前後してしまいました.
次回は音声認識について紹介します.
次項へ続く.
・C++活用DSPプログラミング
・ワンチップIC/モジュールで試す音声認識&合成(from Interface)
・ハードとソフトをつなぐドライバ&ミドルウェア(from Interface)
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・DSPについて
楽器のパンフレット等でも度々現れる文字だということくらいしかミュージシャンにとっては重要じゃないのかもしれないが,電子機器・電子楽器においてはこのDSPがなければディジタル音声処理をリアルタイムに行うことはできない.
もちろん,ディジタル信号処理を高速で行う機器であれば今やDSPが処理している機器は多種多様にあるわけで,決して楽器だけの特殊なハードウェアではない.
近年のモバイル端末をはじめTVやAV機器,カーナビ,etc...,から白物家電に至るまで様々な分野で使用されている.
では,電子楽器のどの部分で何をしているのかを具体的に見てみよう.
ディジタルミキサーを例に考えてみるとその重要度が明確になると思う.
ディジタルミキサはXLR端子等で接続されるまではアナログの音声だが劣化を最小限に抑えるために入力したらほとんどの機種が即ディジタルにリアルタイムサンプリング変換されている.
そしてミキサーで音圧の調整はもちろん,リバーブやディレイ,その他のエフェクトが使えるのもこのDSPが処理をしている結果なのだ.
DSPがなければ既にディジタルミキサー自体の存続が怪しくなるのがわかるだろう.
DAWにおけるI/F(インターフェース)の複雑な信号処理部分でもDSPの恩恵を受けてPC側の負荷を下げていることが多々ある.
基本的にはディジタルミキサで行われている処理とほとんど同等である.
Steinberg社のUR28MやUR44等でおなじみの,アンプシミュレータもこのDSPが実現させているエフェクト処理である.
本来DAWではPC内部で処理を行い全ての結果を出力ポートへ送るわけだが,その一部のプラグインエフェクト処理をDSPが行えば,その分の処理負担が減るという考えなわけである.
そんなマルチに使われているDSPだが,このDSP自体はFPGAのようにプログラマブルに回路構成を変更できない(自社製で仕様含め専用ハードに合わせて設計している場合はある)
ただし,基本的なハーバードアーキティクチャの元で設計されたDSPチップをコントロールする命令は任意に作成されたプログラムによって行われるわけだ.
ん？難しい？
いや,近代の教育における情報処理学には必ず含まれる内容なはずだ.
パソコンの内部構造を漫画形式で簡単に説明している書物もたくさんあるので是非一読しておくとよいだろうと言うことでここでは割愛するが,要するにハード制約こそあるもののソフトウェア開発は自由に行えるということである.
アセンブリ言語は機械語(0と1だけの命令※表記によっては16進数を用いる)に近い構文であり故に,高度なプログラミング能力が必要とされてきたわけだが,技術が飛躍的に向上した現在においては処理速度が相当早くなったため,組み込みでも用いられるC言語やC++言語等の高級言語が多様されるようになってきており,私のような凡人でも内容を理解し複雑な命令もコントロールすることができるようになったのである.
自分で電子楽器やインターフェースを一から作るつもりはないがDSP機器を用いる以上はプログラムや電気電子的な観点での考察ができることで,より効率的にかつ理論的に扱ってあげることができる.
例えがわかりにくくて申し訳ないが,いわばプロのカーレースドライバーが車の限界を知ることで速く走るための引きだしが多くなるそれに似ている感覚だと私は考える.
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・デバイスドライバについて
こちらは完全に技術サイドの話になるため,音楽的要素はないかもしれない.
冒頭の簡単な説明で述べた通り,現状のコンピュータ・アーキテクチャにおいてオペレーティングシステム(OS)とあなたがコントロールする媒体(マウス,キーボードをはじめプリンタ等の周辺機器全て)をつなぐ橋渡しをしているのがドライバと呼ばれるソフトなのである.
ちなみに,最近ではOSに標準ドライバと呼ばれるドライバがインストールされている.
この標準ドライバ互換設計されているハードウェア機器は特別なインストールを経ることなくPCで使用できてしまうため,最近のユーザにはなじみが薄いかもしれないがAndoroid端末などでもドライバプログラムを返してハードウェアコントロールを実現している等,身近なところでも使われている.
コンピュータはOSにおけるGUIの発展により,人間に近い視点,いわばユーザが目で見てコントロールできる仕様へと変化してきた.
だが,基本的構成は実は変わっていない.一般ユーザでも扱えるように変化してきたPC市場は,あくまでユーザと内部演算装置を近づけるべく制御しているソフト側の進化があったお陰なのである.
ドライバもその要素の一つであり,基本的にユーザとPCではなくハードウェアとPCをつなぐ役割を持っているということである.
ドライバと言うのはコンピュータを構成するシステムの中でもCPUやメモリ等の中核システムと同等のカーネル層に位置するため,ユーザプロセスよりはるかに高い権限を持っている.故に,ハードウェアとソフトウェアについて開発レベルの詳細な情報を知らなければ設計はできないし,仮に間違った設定で動作させた場合,マシンやハードウェアを破壊してしまう可能性も孕んでいる.
一般ユーザが知るべきはその設計要素ではなくドライバが自分の環境においてどのような作用をもたらしているのかを知っている程度で十分だろう.
ハードウェアによっては,このドライバが影響してエラーを起こしてしまったり通信不良に陥ったりすることが数多くある.
開発段階で仕様を明確にした上で自社開発で管理していればそのような不都合も少なくなるわけだが,業務効率化の一環などでプログラムを外注することは往々にしてあり市場にある製品でもドライバによる動作不良は意外と多い.
自分の環境で何らかの動作不良を起こしていたら,ドライバの再インストールやOSのリフレッシュ等も考慮して解決することができるかもしれないことを念頭に入れておくと,もしものトラブルに備えることができるだろう.
ちなみに,ハードウェアを自分で設計する場合でUSB等のインターフェース化するときは必然的にこのドライバを自分で作る必要がある.
とは言え,普通は開発キットを使うだろうし問題ないのだろう.
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4回にわけて記述するため表題と前後してしまいました.
次回は音声認識について紹介します.
次項へ続く.
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