[发明专利]一种乐谱显示及演奏电子装置

权利要求书

1.一种乐谱显示及演奏电子装置，其特征是它包括机体、机体上部面板、 机体内部设置的电路控制系统，所述机体上部面板安装有扬声器、功能按键、 麦克风和液晶显示屏；所述电路控制系统由微处理器、音频解码器、音频编码 器、随机存储器、存有显示控制程序的只读存储器、定时器、USB接口、USB 存储器、带控制驱动器的液晶显示模块和功能按键接口组成；所述微处理器分 别连接音频解码器、音频编码器、随机存储器、只读存储器、定时器、USB接 口、带控制驱动器的液晶显示模块和功能按键接口，运行保存在只读存储器的 显示控制程序；所述USB接口连接USB存储器；所述音频解码器连接扬声器； 所述音频编码器连接麦克风；所述带控制驱动器的液晶显示模块连接液晶显示 屏；所述功能按键接口连接功能按键，用户通过功能按键接口连接的各个功能 按键，对应进入三种模式：乐谱显示工作模式、乐谱演奏工作模式、节拍器工 作模式；

乐谱显示工作模式为：

(1)微处理器通过USB接口，读取存储在USB存储器的乐谱文件列表；

(2)微处理器通过液晶显示模块，将乐谱文件列表显示在液晶显示屏；

(3)用户通过功能按键接口连接的功能按键选择需要显示的乐谱名称， 设置显示大小比例参数值；

(4)微处理器通过USB接口，根据选中的乐谱名称读取存储在USB存 储器相应的乐谱文件和乐谱演奏声音文件，并保存在随机存储器中；

(5)微处理器根据显示大小比例参数值，将保存在随机存储器的乐谱文 件开始部分，通过液晶显示模块驱动液晶显示屏显示；

(6)微处理器通过音频编码器连接的麦克风，对用户弹奏的音符采集和 编码，并运行声音模式识别程序，比对保存在随机存储器的乐谱演奏声音文件， 识别出用户弹奏乐谱中相应的音符；

(7)微处理器根据识别出用户弹奏的音符，将保存在随机存储器的乐谱 文件后续部分，通过液晶显示模块驱动液晶显示屏同步滚动显示；

乐谱演奏工作模式为：

(1)微处理器通过USB接口，读取存储在USB存储器的乐谱文件列表；

(2)微处理器通过液晶显示模块，将乐谱文件列表显示在液晶显示屏；

(3)用户通过功能按键接口连接的功能按键选择需要显示的乐谱名称， 设置显示大小比例参数值；

(4)微处理器通过USB接口，根据选中的乐谱名称读取存储在USB存 储器相应的乐谱文件和乐谱演奏声音文件，并保存在随机存储器中；

(5)微处理器将保存在随机存储器的乐谱演奏声音文件，通过音频解码 器进行解码，并驱动扬声器播放乐谱演奏声音；

(6)微处理器根据显示大小比例参数值，将保存在随机存储器的乐谱文 件，跟随乐谱演奏声音文件解码的进度，通过液晶显示模块驱动液晶显示屏同 步滚动显示；

节拍器工作模式为：

(1)用户通过功能按键接口连接的功能按键设置节拍类型和节拍速度参 数值；

(2)微处理器通过USB接口，根据节拍类型读取存储在USB存储器的 节拍声音文件，并保存在随机存储器中；

(3)微处理器根据节拍速度参数设置定时器的定时间隔；

(4)微处理器根据定时器溢出中断，读取保存在随机存储器的节拍声音 文件，通过音频解码器进行解码，并驱动扬声器播放节拍器声音；

所述乐谱显示工作模式步骤6的声音模式识别程序为：

(6.1)预滤波：通过设置带通滤波器的上、下截止频率，抑制语音信号 各频域分量中频率超出一半采样频率的所有分量，防止混叠干扰；

(6.2)预加重：通过使用一阶数字滤波器，提升高频部分，使语音信号 的频谱变得平坦；

(6.3)加窗分帧：通过使用矩形窗函数与语音信号相乘，得到加窗语音 信号；

(6.4)音符切分：根据对语音信号的短时能量函数和过零率计算结果， 设定双门限来切分音符，利用过零率检测清音、短时能量检测浊音，两者配合 使用进行端点检测，将整个语音信号分解成一个个独立、完整的音符信号；

(6.5)基音检测：根据自相关函数对加窗语音信号进行短时相关分析， 通过自相关函数在基音周期的整数倍位置出现的峰值，提取基音周期值；

(6.6)音长特性：通过步骤(6.4)音符切分后每个音符延续时间，计算 后一个音符与前一个音符的音长比，得到相应的音长特性参数；

(6.7)基音频率：通过步骤(6.5)基音检测提取的基音周期值，计算相 应的基音频率参数；

(6.8)音高值：通过步骤(6.7)得到的基音频率，以及“音高值＝12×log₂(基 音频率/440)+69”的换算关系，计算出相应的音高值参数；

(6.9)数值型特征参数：通过步骤(6.6)得到的音长特性，以及步骤(6.8) 得到的音高值，得到相应的数值型特征参数对(音高差，音长比)；

(6.10)字符串特征参数：通过步骤(6.7)得到的基音频率，根据基音 频率的大小变化计算出相应的字符串特征参数；

(6.11)字符串特征参数匹配：通过求取最长公共子串程序，找出步骤 (6.10)得到的字符串特征参数与乐谱演奏声音文件中提取出的字符串特征参 数之间最长公共子串长度；

(6.12)旋律轮廓特征参数匹配：通过步骤(6.9)得到音高差和音长比 的数值型特征参数对，计算出与乐谱演奏声音文件中提取出的数值型特征参数 对的最小距离测度；

(6.13)综合参数判断：通过将步骤(6.11)计算出的最长公共子串长度， 除以步骤(6.12)计算出的最小距离测度，得到综合参数值。依据综合参数值 越大，匹配程度越高的原则，识别出用户弹奏乐谱中相应的音符。