The Journal of the Acoustical Society of Korea (한국음향학회지)

The Acoustical Society of Korea (한국음향학회)
권호 표지

Implementation of Parallel Processor for Sound Synthesis of Guitar

기타의 음 합성을 위한 병렬 프로세서 구현

  • 최지원 (울산대학교 컴퓨터정보통신공학부) ;
  • 김용민 (울산대학교 컴퓨터정보통신공학부) ;
  • 조상진 (울산대학교 전기전자정보시스템공학부) ;
  • 김종면 (울산대학교 컴퓨터정보통신공학부) ;
  • 정의필 (울산대학교 컴퓨터정보통신공학부)
  • Received : 2010.02.08
  • Accepted : 2010.03.23
  • Published : 2010.04.30
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Abstract

Physical modeling is a synthesis method of high quality sound which is similar to real sound for musical instruments. However, since physical modeling requires a lot of parameters to synthesize sound of a musical instrument, it prevents real-time processing for the musical instrument which supports a large number of sounds simultaneously. To solve this problem, this paper proposes a single instruction multiple data (SIMD) parallel processor that supports real-time processing of sound synthesis of guitar, a representative plucked string musical instrument. To control six strings of guitar, we used a SIMD parallel processor which consists of six processing elements (PEs). Each PE supports modeling of the corresponding string. The proposed SIMD processor can generate synthesized sounds of six strings simultaneously when a parallel synthesis algorithm receives excitation signals and parameters of each string as an input. Experimental results using a sampling rate 44.1 kHz and 16 bits quantization indicate that synthesis sounds using the proposed parallel processor were very similar to original sound. In addition, the proposed parallel processor outperforms commercial TI's TMS320C6416 in terms of execution time (8.9x better) and energy efficiency (39.8x better).

물리적 모델링은 실제 악기음과 유사한 고음질의 음을 합성하는 방법이다. 그러나 물리적 모델링은 악기의 소리를 합성할 때 필요한 수많은 파라미터들을 동시에 계산해야 하기 때문에 동시 발음수가 높은 악기의 경우 실시간 처리에 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 기타의 음 합성 알고리즘을 실시간으로 처리 가능한 단일 명령어 다중 데이터 (Single Instruction Multiple Data, SIMD)처리 방식의 병렬 프로세서를 제안한다. 대표적인 현악기인 기타의 6개 현을 제어하기 위해 6개의 프로세싱 엘리먼트 (Processing Element, PE)로 구성된 SIMD기반 병렬 프로세서를 사용하였다. 각각의 프로세싱 엘리먼트는 해당되는 기타 현을 모델링하며, 각 현의 여기신호와 파라미터를 합성 병렬 알고리즘의 입력으로 받아 동시에 6개 현의 합성된 음을 실시간으로 생성할 수 있다. 표본화 비율을 44.1 kHz로 설정하고 16비트 양자화 데이터의 음을 합성한 모의 실험 결과, 제안한 SIMD기반 병렬 프로세서를 이용한 합성음은 원음과 매우 유사하였으며, 상용 프로세서인 TI사의 TMS320C6416보다 실행 시간에서 8.9배, 에너지 효율에서 39.8배의 성능 향상을 보였다.

Keywords

References

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