一种音乐节拍检测装置及其方法制造方法及图纸

一种音乐节拍检测装置，包括依次连接的音频信号输入模块，节拍获取电路模块，节拍处理模块及节拍输出模块；其中，节拍获取电路模块将通过音频信号输入模块接收的音乐的音频信号进行采样，将音频信号中的高频信号滤除，提取音频信号中的低频信号，并将低频信号转换成高、低电平的数字低频信号；节拍处理模块对输入的数字低频信号进行数字滤波处理，生成准确的数字节拍信号后通过节拍输出模块输出。本发明专利技术将简单的硬件电路与普通的数字滤波处理结合，减轻了信号处理的复杂度而提高了处理速度，使应用产品对乐曲节拍信号能做出迅速响应而能形成低成本、高互动性的玩具。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及音乐转译的节拍追踪
，尤其涉及音乐节拍检测装置 及其方法。
技术介绍
目前现有技术中，节拍侦测一般是直接对乐曲声波进行采样，取得模拟信号然后通过A-D转换成数字信号，最后进行数据频谱分析以及快速傅里 叶变换(FFT, Fast Fourier Transform)运算，从而得到该乐曲的节拍。这样 的方法需要分析大量的数据，而对于FFT运算比较复杂，在普通的8位机 上实现起来比较困难，且成本也比较高。针对上述缺陷，中国专利申请号为"CN92234028.5"、名称为"一种灯拍，以克服上述缺陷。该专利的节拍检测部分主要是由带通滤波器，阈值电 压检测电路和单稳态延时滤波器组成，参阅如图1所示的灯光控制器的节拍 检测模块框图，其先利用带通滤波器分离出较低的低频信号；然后通过阈值 电压检测电路对该低频信号进行峰值检测，得到相对较强的低频信号；将经 过带通滤波分离出的低频信号输入给阈值电压检测电路，并将该低频信号和 阈值电压检测电路的给定阈值电压信号进行比较，如果大于该阈值电压信号 就会输出一个高电平信号，反之则输出低电平信号；单稳态延时滤波器对上 述的电平信号进行单稳延时处理后输出。然而，由于乐曲的音频信号是一个比较微弱的信号，而该专利的灯光控 制器电路在输入的过程中并没有将音频信号经过放大的处理，这就有可能漏 掉其中的一些节拍；其次，该灯光控制器电路使用阈值电压检测电路进行峰 值检测，在这部分的处理上需要给定一个阈值电压信号与低频信号比较，这 样的处理方式使得高电平信号的输出要直接依赖于阈值电压信号的选取，阈 值电压信号的不同得到的结果就可能不一样。然而不同的乐曲的音频^[氐频信号电压值是不同的，如果都用同一个阈值电压信号进行比较，得到的节拍信 号就会不准。此外，该灯光控制器电路中将硬件电路直接滤波出来的信号进 行输出，这样的波形带有很大的杂波成分，而且光靠硬件的处理得不到很好 的节拍脉沖波形，并且不能定量地计算出当前乐曲具体的节拍时间值。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，能 够克服上述现有技术的缺陷，不仅能提高节拍检测的质量，且能简化处理方 法及提高处理速度，具有提升成本效益的优势。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种音乐节拍检测装置，包括依 次连接的音频信号输入模块，节拍获取电路模块，节拍处理模块以及节拍输出模块；其中音频信号输入模块，用于接收音乐的音频信号；节拍获取电路模块，用于对音频信号进行采样，将音频信号中的高频信 号滤除，提取音频信号中的低频信号，并将低频信号转换成高、低电平的数 字低频信号；节拍处理模块，用于对输入的数字低频信号进行数字滤波处理，生成准 确的数字节拍信号；节拍输出模块，用于将准确的数字节拍信号输出。进一步地，节拍获取电路模块包括依次连接的放大电路、检波电路以及 开关电路；其中放大电路，用于将输入的音频信号中的直流分量滤除后，将音频信号中 的交流分量》文大；检波电路，用于将放大后的交流音频信号进行检波，获取交流音频信号 中的低频包络信号；开关电路，用于将低频包络信号转换成数字低频信号。进一步地，放大电路由晶体管放大电路实现，或者由集成运算放大器电 路实现。进一步地，检波电路为半波检波电路，通过对放大后的交流音频信号进 行半波检波获取半波包络信号。进一 步地，开关电路由三极管开关电路实现低频包络信号向数字低频信号的转换；或者，开关电路由比较器电路实现低频包络信号向数字低频信号 的转换。进一步地，节拍处理模块进一步包含依次连接的信号输入/输出模块、 节拍时间记录模块、节拍时间值计算模块、存储模块以及数字滤波处理模块； 其中信号输入/输出模块，分別与节拍获取电路模块和节拍输出模块连接， 用于从节拍获取电路模块输入高、低电平的低频信号，并将准确的数字节拍 信号通过节拍输出模块输出；节拍时间记录模块，用于根据从信号输入/输出模块读取的高、低电平 的低频信号，记录高、低电平低频信号中每两个相同方向的陡沿之间的节拍 时间计凄史；节拍时间值计算模块，用于根据从节拍时间记录模块读取的节拍时间计 数计算节拍时间值，并将计算出的多个节拍时间值依次存储在多个字节的緩存单元中；存储模块，用于提供存储多个节拍时间值的緩存单元；数字滤波处理模块，用于对从存储模块的多个緩存单元中读取多个节拍 时间值进行滤波处理，即从多个节拍时间值中滤除由杂波信号产生的时间 值；然后将剩余的节拍时间值转换成准确的数字节拍信号通过信号输入/输 出模块输出。进一步地，节拍时间记录模块所记录的每两个相同方向的P走沿之间的节 拍时间，为每两个下降沿之间的节拍时间，或为每两个上升沿之间的节拍时间。进 一 步地，由杂波信号产生的时间值为小于 一 个第 一 时间阈值的时间 值，或者由杂波信号产生的时间值为大于一个第二时间阈值的时间值；其中， 该第一时间阈值远小于节拍时间值的低限值，该第二时间阈值远大于节拍时间值的高限值；滤波处理还包括对剩余的节拍时间值取其平均值，然后将其 转换成数字节拍信号。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种音乐节拍检测方法，包括如 下步骤(a) 对输入的音乐音频信号进行采样，提取音频信号中的低频信号， 并将低频信号转换成高、低电平的数字低频信号；(b) 将高、低电平的数字低频信号进行数字滤波处理，生成准确的高、 低电平的数字节拍信号输出。进一步地，步骤(a)包括步骤(al)将音频信号中的直流成分滤除，并将音频信号中的交流成分进行放大；(a2 )将经放大的交流音频信号进行检波，提取交流音频信号中的低频 包络信号；(a3 )通过开关电路将低频包络信号转换成高、低电平的数字低频信号。进一步地，步骤(a2)通过半波检波提取交流音频信号中的低频半波包 络信号；步骤(a3)通过三极管开关电路完成低频半波包络信号向高、低电 平的数字低频信号的转换；或者，通过比较器电路完成低频半波包络信号向 高、低电平的数字低频信号的转换。进一步地，步骤(b)包括步骤(bl )记录并计算高、低电平的低频信号中每两个相同方向的陡沿之间 的节拍时间值，并将计算出的多个节拍时间值依次存储在多个字节的緩存单 元中；(b2)将从緩存单元中读取的多个节拍时间值中滤除由杂波信号产生的 时间值，并将剩余的节拍时间值转换成所述数字节拍信号。进一步地，步骤(bl)包括步骤(bl-l)记录高、低电平低频信号中每两个相同方向的陵沿之间的节拍时间计数；(bl-2)根据节拍时间计数计算节拍时间值，即节拍时间值=节拍时 间计数x时间值/计数；步骤(bl )每两个相同方向的陡沿之间的节拍时间值，为每两个下降沿 之间的节拍时间值，或为每两个上升沿之间的节拍时间值。进一步地，步骤(b2)由杂波信号产生的时间值为一个小于第一时间阈 值的时间值，或者由杂波信号产生的时间值为一个大于第二时间阈值的时间 值；其中，该第一时间阈值远小于节拍时间值的低限值，该第二时间阈值远 大于节拍时间值的高限值；步骤(b2)还包括步骤对剩余的节拍时间值取 其平均值，然后将其转换成数字节拍信号。进一步地，步骤(bl)存储多个节拍时间值的緩存单元的数量为N个， 其中N为正整数；步骤(b2)包括步骤在节拍时间值的数量为M小于N的初期阶段，将当前存储的M个节拍 时间值直接转换成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种音乐节拍检测装置，其特征在于，所述装置包括依次连接的音频信号输入模块，节拍获取电路模块，节拍处理模块以及节拍输出模块；其中：所述音频信号输入模块，用于接收所述音乐的音频信号；所述节拍获取电路模块，用于对所述音频信号进行采样，将所述音频信号中的高频信号滤除，提取所述音频信号中的低频信号，并将所述低频信号转换成高、低电平的数字低频信号；所述节拍处理模块，用于对输入的所述数字低频信号进行数字滤波处理，生成准确的数字节拍信号；所述节拍输出模块，用于将所述准确的数字节拍信号输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗立声，王艳坤，董丽，
申请(专利权)人：凌通科技股份有限公司，北京北阳电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]