基于航姿参考系统的MIDI控制器技术方案

技术编号:15546039 阅读:94 留言:0更新日期:2017-06-05 18:40
本发明专利技术公开了一种基于航姿参考系统的MIDI控制器,包括:一传感器,其上设置九轴传感器芯片、单片机和2.4G天线,用于采集三轴加速度,三轴陀螺仪,三轴电子罗盘的数据进行九轴融合,生成姿态四元数并通过2.4G天线向外发送;一接收机,具有USB接口,用于接收所述姿态四元数并将其转换成欧拉角,取出该欧拉角中横滚分量,用贝塞尔函数将横滚分量转换成用于控制MIDI的某个通道上的控制数据,通过MIDI发送给后端的合成器作为合成器控制参数,进行音乐制作以及音乐演奏。本发明专利技术能使操作更加灵活无阻力,且体积小重量轻,可穿戴。

MIDI controller based on attitude reference system

The invention discloses a MIDI controller, AHRS based on include: a sensor arranged on the nine axis sensor chip, MCU and 2.4G antenna, for the acquisition of three axis accelerometer, three axis gyroscope, three axis nine axis electronic compass data fusion, generating attitude four yuan numbers and through the 2.4G antenna outside send; the receiver that has a USB interface for receiving the attitude of four yuan number and convert it into Euler angles, remove the Euler angle in rolling component, using the Bessel function will roll component into control data for a control channel on the MIDI, through MIDI sent to the back-end synthesizer as synthesizer the control parameters for making music and playing music. The invention can make the operation more flexible without resistance, and has the advantages of small size, light weight and wearable.

【技术实现步骤摘要】
基于航姿参考系统的MIDI控制器
本专利技术涉及音乐制作领域,特别是涉及一种基于航姿参考系统的MIDI(MusicalInstrumentDigitalInterface,音乐设备数字接口)控制器。
技术介绍
MIDI是一种电子乐器之间以及电子乐器与电脑之间的统一交流协议。从80年代初问世至今,它经历了长时间的发展,现已成为电脑音乐的代名词。人们可以从广义上将其理解为电子合成器、电脑音乐的统称,包括协议、设备等等相关的含义。航姿参考系统(AHRS)用三个单轴的加速度计,三个单轴的陀螺仪,和三个单轴的地磁传感器,通过九轴融合算法来获得空间姿态。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于航姿参考系统的MIDI控制器,能使操作更加灵活无阻力,且体积小重量轻,可穿戴。为解决上述技术问题,本专利技术的基于航姿参考系统的MIDI控制器,包括:一传感器,其上设置九轴传感器芯片、单片机和2.4G天线,用于采集三轴加速度,三轴陀螺仪,三轴电子罗盘的数据进行九轴融合,生成姿态四元数并通过2.4G天线向外发送;一接收机,具有USB接口,用于接收所述姿态四元数并将其转换成欧拉角,取出该欧拉角中横滚分量,用贝塞尔函数将横滚分量转换成用于控制MIDI的某个通道上的控制数据,通过MIDI发送给后端的合成器作为合成器控制参数,进行音乐制作以及音乐演奏。现有的传统MIDI控制器使用推子和旋钮,有摩擦力,不可穿戴;而本专利技术与其相比,可穿戴,操作无摩擦阻力,可以非常快速高效的进行控制,且体积小重量轻,成本低廉。本专利技术由于使用贝塞尔函数来将空间姿态数据转换成MIDI的通道上控制数据,其运算量小,占用的内存空间小,数据平滑,并且在作为穿戴式设备的时能够灵活的进行空间姿态数据向MIDI的通道上控制数据的变换,适应人类的非线性的动作。附图说明下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明:图1是两端平缓,中间陡峭的贝塞尔曲线图;图2是两端陡峭,中间平缓的贝塞尔曲线图;图3是低端接近于线性,高端陡峭的曲线图;图4是低端接近于线性,高端平缓的曲线图;图5是低端平缓,高端陡峭,中端有一个急速变化点的曲线图;图6是所述基于航姿参考系统的MIDI控制器系统框图。具体实施方式结合图6所示,所述基于航姿参考系统的MIDI控制器,包括一传感器和一接收机。所述传感器上放置九轴传感器芯片,单片机以及2.4G天线。九轴传感器芯片采集三轴加速度,三轴陀螺仪,三轴电子罗盘的数据;单片机对采集的数据进行九轴融合,生成姿态四元数;2.4G天线将姿态四元数发送给接收机。所述接收机是一个外形上接近U盘的设备,具备USB接口,将收到的姿态四元数转换成欧拉角,取出横滚分量,然后用贝塞尔函数转换成用于控制MIDI的某个通道上的控制数据,通过MIDI发送给后端的合成器作为合成器控制参数,用于音乐制作以及音乐演奏。所述基于航姿参考系统的MIDI控制器还包括一上位机,通过软件配置转换函数(即贝塞尔函数)的参数。需要配置的参数包括贝塞尔函数控制点,横滚角度偏移量,音乐设备数字接口通道号,音乐设备数字接口控制器编号。所述基于航姿参考系统的MIDI控制器中采用的主要算法是九轴融合算法,和姿态数据/MIDI数据转换算法。九轴融合算法取自SebastianO.H.Madgwick(塞巴斯蒂安O.H.马德威克)的论文《Anefficientorientationfilterforinertialandinertial/magneticsensorarrays》(一个有效的用于惯性和惯性/磁场传感器数组的方向滤波器,2010年4月30日)。它的输入是三轴加速度,三轴角速度(由陀螺仪测得)和三轴磁场(由电子罗盘测得),输出是姿态四元数。姿态数据/MIDI数据转换算法是将姿态四元数转换成用于控制MIDI的某个通道上的控制数据。具体控制如下:首先将四元数转换成欧拉角Pitch=asin(-2q2q4+2q1q3)Yaw=atan2(2(q2q3+q1q4),q1q1+q2q2-q3q3-q4q4)Roll=atan2(2q3q4+2q1q2,-2q2q2-2q3q3+1)。然后取出Roll数据,它的范围是–π到π。如果将传感器穿戴于额头上,则Roll的角度同头部的上下动作是同步的。因此可以使用一个转换函数f(Roll)=CCVal来将Roll的角度数据转换成MIDICC(乐器数字接口连续线性控制器)数据。这个转换函数可以通过一个三阶贝塞尔函数来实现。B(t)=P0(1-t)^3+3P1t(1-t)^2+3P2t^2(1-t)+P3t^3只要指定四个控制点P0,P1,P2,P3,就可以根据当前点的坐标t来计算出对应的点B。运算量较小,速度快,占用内存小,灵活。适合在单片机上使用。对于MIDICC数据,其范围是0-127,由MIDI协议所规定。所以B(t)的范围是0-127。在上面的公式中,t的范围是[0,1],P0,P1,P2,P3四个控制点的坐标分别是P0(x0,y0),P1(x1,y1),P2(x2,y2),P3(x3,y3),结果B的坐标是(x,y)。x轴表示角度数据,y轴表示MIDICC数据。在x0<x1<x2<x3或者x0<x2<x1<x3的情况下,调节t的大小可以让B点的x值落在x0和x3之间。这时对应的y值就是MIDICC输出值了。将传感器佩戴于额头,使用头部的上下动作来对MIDI控制器7号控制器的数据进行控制,假设合成器将该控制器数据解释为音量参数,那么演奏者可能会希望在运动过程的两端进行更粗的控制,在运动过程的中间段进行更细的控制,这时就可以使用贝塞尔函数描述这样的映射曲线,参见图1,其横坐标为角度,纵坐标为音乐设备数字接口控制器数据。图1为两端平缓,中间陡峭的贝塞尔曲线,适合于希望两端平缓,中间激进的用户使用。而如果演奏者希望更为激进的在两端进行控制以适应自己激进的情感变化(例如甩头),那么可以使用另一套参数来映射。参见图2,为两端陡峭,中间平缓的贝塞尔曲线,适用于希望中间平缓,两端激进的用户使用。人们要做的只是简单的修改贝塞尔函数控制点参数而已。同样可以方便的描述出其他的控制需求,例如半段线性变化,半段激进/平缓变化,中途突变等。图3为低端接近于线性,高端陡峭的曲线,适用于希望低端中庸,高端激进的用户使用,图4为低端接近于线性,高端平缓的曲线,适用于希望低端中庸,高端平缓的用户使用。图5为低端平缓,高端陡峭,中端有一个急速变化点的曲线,适用于希望中间有一个计算变化的激进用户使用。以上通过具体实施方式对本专利技术进行了详细的说明,但这些并非构成对本专利技术的限制。在不脱离本专利技术原理的情况下,本领域的技术人员还可做出许多变形和改进,这些也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...
基于航姿参考系统的MIDI控制器

【技术保护点】
一种基于航姿参考系统的MIDI控制器,其特征在于,包括:一传感器,其上设置九轴传感器芯片、单片机和2.4G天线,用于采集三轴加速度,三轴陀螺仪,三轴电子罗盘的数据进行九轴融合,生成姿态四元数并通过2.4G天线向外发送;一接收机,具有USB接口,用于接收所述姿态四元数并将其转换成欧拉角,取出该欧拉角中横滚分量,用贝塞尔函数将横滚分量转换成用于控制MIDI的某个通道上的控制数据,通过MIDI发送给后端的合成器作为合成器控制参数,进行音乐制作以及音乐演奏。

【技术特征摘要】
1.一种基于航姿参考系统的MIDI控制器,其特征在于,包括:一传感器,其上设置九轴传感器芯片、单片机和2.4G天线,用于采集三轴加速度,三轴陀螺仪,三轴电子罗盘的数据进行九轴融合,生成姿态四元数并通过2.4G天线向外发送;一接收机,具有USB接口,用于接收所述姿态四元数并将其转换成欧拉角,取出该欧拉角中横滚分量,用贝塞尔函数将横滚分量转换成用...

【专利技术属性】
技术研发人员:单一帆
申请(专利权)人:上海华虹集成电路有限责任公司
类型:发明
国别省市:上海,31

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