乐器校音方法及系统技术方案

本发明专利技术提供乐器校音方法及系统，方法包括：通过智能设备的录音接口获取乐器发出的一单音的音频数据；依据所述乐器的频域范围，预设对应的帧长和偏移量；依据所述帧长和帧偏移，对所述音频数据进行加窗分帧处理；依据加窗分帧处理后的音频数据，计算关于时间的差分函数；获取差分函数中的第一个时间极大值；对所述第一时间极大值进行插值法计算，获取对应所述一单音的基频。本发明专利技术基于时域空间利用差分函数来提取的基音信号，相比于频域的特征提取拥有更高的精度；同时，相较现有市面上的校音硬件设备，本发明专利技术基于智能设备的校音方法，还具有简单方便、成本低以及显示方式直观友好等优点。

The method and system of musical instruments

The invention provides a musical instrument tuning method and system. The method includes: audio data acquisition instrument issued by a single recording interface of intelligent equipment; based on the frequency range of the instrument, the frame length and offset preset corresponding; according to the frame length and frame offset, the audio data windowing frame processing; according to the audio data frame processing window after the calculation of the time difference for the first time difference function; function in maximum; for the first time maximum interpolation method, frequency acquisition corresponding to the single one. The time domain space using differential signal to extract the pitch function based on feature extraction, compared to the frequency domain with higher accuracy; at the same time, compared with the existing tuning hardware devices on the market, the invention of tuning method based on smart devices, also has the advantages of simple and convenient, low cost and friendly display etc..

【技术实现步骤摘要】
乐器校音方法及系统
本专利技术涉及乐器校音领域，具体说的是一种乐器校音方法及系统。
技术介绍
目前市面上主要的小提琴校音器是一个独立硬件，校音过程不够简洁方便，且需要额外硬件成本。当前随着android/ios等智能手机的普及，使得基于该类智能设备的小提琴校音器成为可能，但是，现有的基于智能设备的乐器校音方法，由于所采用的音准识别过程上的不同，其校准精度也不同，如大多采用基于音频空间的音准识别，其精确度不高。因此，有必要提出一种具有高精度的乐器校音方法及系统。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种乐器校音方法及系统，具有高精度的特点。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：乐器校音方法，包括：通过智能设备的录音接口获取乐器发出的一单音的音频数据；依据所述乐器的频域范围，预设对应的帧长和偏移量；依据所述帧长和帧偏移，对所述音频数据进行加窗分帧处理；依据加窗分帧处理后的音频数据，计算关于时间的差分函数；获取差分函数中的第一个时间极大值；对所述第一时间极大值进行插值法计算，获取对应所述一单音的基频。本专利技术提供的另一个技术方案为：乐器校音方法，包括：通过智能设备的录音接口获取乐器发出的一单音的音频数据；依据所述乐器的频域范围，预设对应的帧长和偏移量；依据所述帧长和帧偏移，对所述音频数据进行加窗分帧处理；依据加窗分帧处理后的音频数据，计算关于时间的差分函数；获取差分函数中的第一个时间极大值；对所述第一时间极大值进行插值法计算，获取对应所述一单音的基频。本专利技术的有益效果在于：区别于现有技术基于频域空间的校音方法存在精度不高的问题。本专利技术提供的乐器校音方法及系统，在时域空间基于差分方程提取基频，实现对所采集的对应乐器一单音的音准校对，具有精度高的特点。进一步的，相较现有市面上的校音硬件设备，本专利技术基于智能设备的校音方法，还具有简单方便、成本低等优点。附图说明图1为本专利技术的乐器校音方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例一的流程示意图；图3为本专利技术的乐器校音系统的功能模块结构组成示意图；图4为本专利技术实施例三的功能模块结构组成示意图。标号说明：1、第一获取模块；2、预设模块；3、加窗分帧模块；4、差分计算模块；5、第二获取模块；6、插值计算模块；7、滤波模块；8、确定模块；9、能量计算模块；10、舍弃模块；51、归一化单元；52、获取单元。具体实施方式为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。本专利技术最关键的构思在于：在时域空间基于差分方程提取基频，实现对所采集的对应乐器一单音的音准校对，具有精度高的特点。请参照图1，本专利技术提供乐器校音方法，包括：通过智能设备的录音接口获取乐器发出的一单音的音频数据；依据所述乐器的频域范围，预设对应的帧长和偏移量；依据所述帧长和帧偏移，对所述音频数据进行加窗分帧处理；依据加窗分帧处理后的音频数据，计算关于时间的差分函数；获取差分函数中的第一个时间极大值；对所述第一时间极大值进行插值法计算，获取对应所述一单音的基频。从上述描述可知，本专利技术的有益效果在于：本专利技术基于智能设备实现乐器校音方法，相较硬件校音设备，具有操作便捷、携带方便、无需额外硬件成本、校音界面友好、校音过程更加便利等优点；相较于目前基于频域空间的软件形式的校音方法，采用基于时域空间的差分方程计算获取基频，具有更高的校准精度。进一步的，所述获取差分函数中的第一个时间极大值，具体为：对所述差分函数进行归一化处理；在归一化处理后的差分函数中获取小于预设的极大值阈值的第一个时间极大值。由上述描述可知，通过对差分函数进行归一化处理和依据预设的极大值阈值提取第一时间极大值，能有效的将差分函数中无效的极大值过滤掉，进而显著提升校准精度。进一步的，还包括：采用中值滤波法对所述基频进行滤波处理。由上述描述可知，通过滤波处理去除噪音，进一步提高所获取的基频的精度。进一步的，还包括：依据滤波处理后的所述基频，对照乐器单音音准与基频的对应关系表确定所述单音的音准。由上述描述可知，对照关系表便可确定乐器发出的单音的音准是否准确。进一步的，所述依据加窗分帧处理后的音频数据，计算关于帧长的时间的差分函数，之前，进一步包括：计算加窗分帧处理后的音频数据的信号能量；当所述音频数据的信号能量小于预设的静音阈值时，舍弃所述音频数据。由上述描述可知，通过只对能量大于等于静音阈值的音频数据进行音准识别，从而降低智能设备的CPU运算量，进而节省能耗。进一步的，依据16KHz的采样率获取所述音频数据。由上述描述可知，采用上述采样率获取音频数据，其计算量适中，同时又能达到所要求的识别精度。请参阅图3，本专利技术提供的另一个技术方案为：乐器校音系统，包括：第一获取模块，用于通过智能设备的录音接口获取乐器发出的一单音的音频数据；预设模块，用于依据所述乐器的频域范围，预设对应的帧长和偏移量；加窗分帧模块，用于依据所述帧长和帧偏移，对所述音频数据进行加窗分帧处理；差分计算模块，用于依据加窗分帧处理后的音频数据，计算关于时间的差分函数；第二获取模块，用于获取差分函数中的第一个时间极大值；插值计算模块，用于对所述第一时间极大值进行插值法计算，获取对应所述一单音的基频。进一步的，所述第二获取模块包括：归一化单元，用于对所述差分函数进行归一化处理；获取单元，用于在归一化处理后的差分函数中获取小于预设的极大值阈值的第一个时间极大值。进一步的，还包括：滤波模块，用于采用中值滤波法对所述基频进行滤波处理；确定模块，用于依据滤波处理后的所述基频，对照乐器单音音准与基频的对应关系表确定所述单音的音准。进一步的，还包括：能量计算模块，用于计算加窗分帧处理后的音频数据的信号能量；舍弃模块，用于当所述音频数据的信号能量小于预设的静音阈值时，舍弃所述音频数据。实施例一请参照图2，本实施例提供一种乐器校音方法，能够实现基于智能设备对各种乐器的音准进行精准校对。所述智能设备可以是智能手机、平板、计算机等具有一定运算处理功能的设备。所述方法可以包括以下步骤：S1：通过智能设备的录音接口获取乐器发出的一单音的音频数据。具体的，可以通过直接调用智能设备的录音接口来获取乐器发出的一个单音的一段预设长度的PCM音频数据流。如获取小提琴的A弦或D弦或E弦或G弦发出的单一音高的一段音频数据。优选的，所述录音的采样率设定为16KHz、16bit、单声道，依据该采样率获取的音频数据的计算量适中，同时又能保证计算分析后可达到要求的是识别精度。S2：依据所述乐器的频域范围，预设对应的帧长和偏移量。S3：依据所述帧长和帧偏移，对所述音频数据进行加窗分帧处理。具体的，所述帧偏移指的是每个帧的起始位置，比如帧长是2048，则第一帧的起始点是0，第二帧的起始点是2048，第三帧的起始点是4096，这样连续两帧会有重复部分，这样做的目的是在声波短时平稳周期中，可以消除边际效应，从而保证经过后续步骤提取出精度更高的基频。如小提琴的频域范围为196Hz(小字组g)到2093Hz(小字四组c4)，则选择帧长为4096，帧偏移为2048，在该帧长范围内，信号是短时平稳的。针对其他乐器，如频域更宽广的乐器，由其针对低音部分，则需要通过调节帧长和帧偏移来提取高精度的基频。优选的，采用汉明窗(Ham本文档来自技高网...

【技术保护点】
乐器校音方法，其特征在于，包括：通过智能设备的录音接口获取乐器发出的一单音的音频数据；依据所述乐器的频域范围，预设对应的帧长和偏移量；依据所述帧长和帧偏移，对所述音频数据进行加窗分帧处理；依据加窗分帧处理后的音频数据，计算关于时间的差分函数；获取差分函数中的第一个时间极大值；对所述第一时间极大值进行插值法计算，获取对应所述一单音的基频。

【技术特征摘要】
1.乐器校音方法，其特征在于，包括：通过智能设备的录音接口获取乐器发出的一单音的音频数据；依据所述乐器的频域范围，预设对应的帧长和偏移量；依据所述帧长和帧偏移，对所述音频数据进行加窗分帧处理；依据加窗分帧处理后的音频数据，计算关于时间的差分函数；获取差分函数中的第一个时间极大值；对所述第一时间极大值进行插值法计算，获取对应所述一单音的基频。2.如权利要求1所述的乐器校音方法，其特征在于，所述获取差分函数中的第一个时间极大值，具体为：对所述差分函数进行归一化处理；在归一化处理后的差分函数中获取小于预设的极大值阈值的第一个时间极大值。3.如权利要求1所述的乐器校音方法，其特征在于，还包括：采用中值滤波法对所述基频进行滤波处理。4.如权利要求3所述的乐器校音方法，其特征在于，还包括：依据滤波处理后的所述基频，对照乐器单音音准与基频的对应关系表确定所述单音的音准。5.如权利要求1-4任意一项所述的乐器校音方法，其特征在于，所述依据加窗分帧处理后的音频数据，计算关于帧长的时间的差分函数，之前，进一步包括：计算加窗分帧处理后的音频数据的信号能量；当所述音频数据的信号能量小于预设的静音阈值时，舍弃所述音频数据。6.如权利要求1-4任意一项所述的乐器校音方法，其特征在于，依据16K...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘德建，蒋慧军，曾少彬，方振华，郭玉湖，
申请(专利权)人：福建天泉教育科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35