音乐输入系统，输入信号处理方法及键盘装置的制作方法

专利名称：音乐输入系统，输入信号处理方法及键盘装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种音乐输入系统，特别是一种用于计算机的音乐输入系统，输入信号处理方法以及所使用的音乐输入键盘装置。
背景技术：
随着计算机多媒体功能的迅速发展，计算机在电子音乐中发挥的作用愈发重要。将音乐输入计算机的常规技术是通过一种名为MIDI(Musical Instrument Digital Interface)的电子乐器数字接口来实现的。MIDI是为了便于在乐器、合成器、计算机之间传输音乐信息而设计的标准化通信协议，用于描述有关音乐事件以及音符性质。目前常见的MIDI电子音乐系统流程如图1所示。其中包括专门为电脑传送MIDI信号的输入装置11，音序器(Sequencer)12，MIDI音源13，功率放大器14和扬声器15。输入装置11采用MIDI键盘或带有MIDI接口的高级电子琴。MIDI键盘本身不带发声设备，而是利用其内部的特殊硬件装置直接产生MIDI信号。音序器12用于对MIDI信息进行编辑和控制。MIDI音源13用来在从音序器12接收到MIDI信号后发出相应的音频信号。音频信号经过功率放大器14放大后通过扬声器15播放。常规MIDI系统的输入装置通常成本昂贵，并且不具备文字输入的功能。
计算机键盘作为最普通的输入设备，是电脑系统中极为重要的一个组件。计算机键盘一般由按键和控制电路组成。触动按键会接通与其对应的电路开关。键盘内的控制电路负责扫描开关阵列，检测其接通状态，产生相应的按键代码，并传输给计算机主机。键盘与电脑之间的信号传输可采用不同的方式，例如早期的AT接口，目前比较普及的PS/2接口或USB接口，以及通过红外线或无线电波接收的无线通讯方式。计算机主机母板上一般配有一个键盘控制器，负责系统与键盘的连接。它会把收到的键盘代码进一步转换成系统代码，存入缓冲区，并产生中断信号。键盘中断服务程序在收到中断信号后读取系统代码，并传给操作系统和其他应用软件作进一步处理。
虽然几十年来计算机软、硬件技术均突飞猛进，但是相对而言，计算机键盘的设计还是基本保持原状，并没有太多变革性的发展。目前标准键盘主要有101键、104键、107键等。按键布局沿袭传统的打字机，一般是按QWERTY(得名于标准键盘第一行字母前六个键的排列)格式排列。比较新型的键盘包括人体工程学键盘和多媒体键盘。人体工程学键盘的设计目的是使键盘的形状更适合人体姿势，例如把左右手键区以一定角度分开，从而减轻手腕疲劳。多媒体键盘增添一些快捷键，通过驱动程序可以直接启动某些常用的应用程序。由于现有的计算机键盘主要是针对文字输入而设计的，所以并不适合音乐输入。
归纳起来，将音乐输入电脑的现有技术方案主要有如下几种，而每种方式都存在着不足之处。
1)目前比较通用的电子音乐输入方法是依靠专门的MIDI键盘或其他带有MIDI接口的数字乐器将音乐信号输入电脑，然后再利用支持MIDI协议的声卡播放音乐。MIDI键盘虽然可以提供高质量的音效和广泛的控制选择，但是造价昂贵。由于MIDI键盘中需要配置用来自动产生MIDI信号的硬件装置，它目前的价格往往比一个计算机键盘的价格贵十倍以上。所以这种输入方法主要是为了满足专业音乐人士的需求而设计的，难以被普通消费者所采用。另外MIDI系统组装过程较为繁琐，也会存在硬件之间的不匹配问题。这些因素妨碍了电脑音乐在广大消费者之间的普及。
2)另一种方法是利用常规的计算机键盘或鼠标输入音符。然而计算机键盘或鼠标的形状与键盘类乐器相去甚远，用于音乐输入极不方便。虽然一些技术方案尝试着对此加以改进，但都不能从根本上解决问题。例如美国专利第5646648号、第6066795号、及第6351225号，提出将常规计算机键盘上的一些文字键同时赋予音乐输入的功能。其中第5646648号和第6351225号把标准电脑键盘最上排的功能键形状调整成长短交替状，以使其接近一个八音度的钢琴键。由于常规键盘功能键的数目和分布都受到局限，只能提供很有限的音域，所以演奏时必须经常触动特殊控制键才能转换到其它音域。此外，这些改进依然把文字输入作为主要目的，并没有提供理想的音乐输入效果，更谈不上实现音乐教学。这些弊端严重影响了它的实用性，使其难以推广。又如美国专利第6444888号，描述了一种特定的按键代码与音符的对应关系，使最常用的音符对应最方便的电脑键盘按键。这种方法的缺陷是一来用户熟悉这种对照关系有一定难度；二来由于它还是依赖于传统的计算机键盘，因此仍无法解决其对音乐输入的不适用性。
3)再一种方法采用一个类似钢琴键盘的架子，架在电脑键盘之上，通过架子上的琴键触动下面的电脑键盘键钮以完成音乐输入。例如美国专利第4352313号、第4704940号、及第5971635号，描述了应用此种方法的几种设计方案。这些方法的缺陷在于琴键架子的大小、形状受电脑键盘的制约，难以提供通用的型号。使用时安装、拆卸过程也很繁琐。再有音乐信号必须经过两层按键的触动，带来不必要的延迟。另外许多现有的电脑键盘触动声音较大，也影响了音乐演奏的效果。

发明内容
本发明的目的是提供一种可以解决上述问题的计算机的音乐输入系统，输入信号的处理方法，以及具有多种功能的键盘输入装置。
本发明的另一个目的是提供对输入信号的处理方法，将键盘信号转换成音乐信号，使电脑软件的优势能充分发挥出来。
根据本发明的一个方面，提供一种计算机音乐输入系统，包括键盘输入装置，包括由音乐输入键组成的音乐键键区和由文字输入键组成的文字键键区，用于产生与所按动的按键对应的音乐或文字的按键代码；音乐处理装置，用于设置表示按键代码与音符之间的对应关系的键码转换表，接收输入装置产生的按键代码并将按键代码转换成特定的音符，并通过声音合成产生表示模仿乐器音色的音乐信号的数字信号；计算机声卡，用于将音乐处理装置产生的音乐的数字信号转换成模拟信号，并通过输出装置播放所输入的音乐。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于计算机音乐输入系统的键盘输入装置，包括由音乐输入键组成的音乐键键区；由文字输入键组成的文字键键区；与外部按键的排列相对应的电子线路开关阵列，用于响应键盘输入装置上的键钮的触动产生相应的按键代码，并将按键代码输出到计算机。
根据本发明的再一个方面，提供一种处理计算机音乐输入系统的音乐输入数据的方法，包括步骤预先设定按键键码与音符之间的对应关系，建立键码转换表，并存触上计算机的存储装置中；实时监控键盘输入装置产生的按键中断事件，将按键代码转换成特定的音符，并通过声音合成产生表示模仿乐器音色的音乐信号的数字信号；将数字信号转换成模拟信号，并通过输出装置播放所输入的音乐。
本发明从根本上摆脱了常规计算机键盘对音乐输入的不适用性。它一方面借助廉价、有效、灵活、小巧的音乐输入设备，另一方面发挥软件的强大优势，为广大的消费者通过了一整套新的音乐输入解决方案，使电脑音乐的大众化成为可能。与MIDI键盘或高档电子琴相比，本发明利用音乐处理程序的支持完成音乐输入，摆脱了对产生MIDI硬件的依赖，从而大大地降低了成本，并避免了安装MIDI设置的复杂过程。与普通计算机键盘或琴键转换器相比，本发明有效地加强了对音乐输入舒适性的支持。新型键盘中音乐键部分相对独立，无需占用原有的文字键，这样在空间上不受文字键键区的影响，从而突破了常规电脑键盘带来的束缚，同时不干扰文字输入。由于音乐输入方式更接近于常规的键盘类乐器，使人感觉自然、方便。结合配套的音乐软件，可充分发挥电脑强大的多媒体功能，用于音乐教学、音乐制作、和家庭娱乐。


通过下面结合附图对本发明实施例的详细描述，将使本发明的上述和其它方面的目的、特征及优点变得更明显并更容易理解，需要说明的是这些实施例仅是为了说明本发明，而不是将本发明的技术方案限制于此，其中图1是表示常规的MIDI电子音乐系统的方框图；图2是表示根据本发明一个实施例的计算机音乐输入系统的方框图；图3是说明根据本发明实施例的处理音乐数据的流程图；图4是表示根据本发明一个实施例的音乐输入键盘的一种组合方式，其中音乐键键区与文字键键区以分体、串联型的方式与计算机连接，音乐键键区与文字键键区由两个模块组成，模块之间由导线相连；图5是显示根据本发明另一个实施例的音乐输入键盘的一种组合方式，其中音乐键键区与文字键键区以整体、单面型的方式与计算机连接，并通过导线与一个脚踏板模块相连；和图6是显示根据本发明另一个实施例的音乐输入键盘的一种组合方式，其中音乐键键区与文字键键区以整体、双面型的方式与计算机连接。
具体实施例方式
下面参考附图详细描述根据本发明的音乐输入系统和音乐输入键盘及数据处理方法。
参见图2，根据本发明的计算机音乐输入系统包括输入装置21，音乐处理装置23和输出装置24组成。本发明的音乐输入系统通过软件和硬件的配合来实现本发明的目的。输入装置21为辅助音乐输入的多功能键盘装置。计算机主机22中可包括音乐处理装置23，计算机声卡24。其中音乐处理装置23可通过软件来实现。输出装置25可以是扬声器、线路输出、或耳机等声音输出设备。输入装置21采用类似于普通计算机键盘的原理，由分布在其外部的按键及其内部的控制电路(未示出)所构成。其控制电路包括一个电路开关阵列(未示出)，与外部键钮分布相对应。按动输入装置21的任何键钮都会改变相应电路开关的接通状态。控制电路的功能是扫描开关阵列，去抖动，产生相应的按键代码，并传输到计算机主机22。与计算机之间具体的传输方式不在本发明范围之内，可采用任何计算机键盘与计算机之间的通信方式。输入装置21与普通计算机键盘的区别在于除了常规键盘具备的文字键键区外，本发明的输入装置21还包括由一些音乐键组成的音乐键键区。音乐键键钮形状类似钢琴琴键，颜色可分深、浅，用来辅助音乐输入。音乐键键区与文字键键区保持相对的独立。因此，输入装置21不仅仅简单地提供了音乐与文字输入的双重功能，而且使用舒适，在保持常规计算机键盘形状的同时达到接近键盘类乐器的音乐输入效果。音乐输入的功能可完全由音乐键完成，并不依赖于文字键键区的按键。每个音乐键都可以与某个文字键共用按键代码。这种设计的优点是增加音乐键的数目而不需要以减少文字键的数目为代价。标准钢琴的琴键数目是88个，而一般计算机键盘支持的键码数目远多于此。因此输入装置21可根据需求提供足够的音域跨度。
在输入音乐时，按动输入装置21上的按键，输入装置21向主计算机22输出所输入按键的按键代码，主计算机22接收到按键代码后，其中的控制器(未示出)产生中断要求，并启动相应的中断服务程序。此中断服务程序将相关键码信息传给特定的音乐处理装置23。音乐处理装置23可以作为计算机操作系统的一部分，也可以作为独立运行的应用程序。其功能是对输入装置21产生的按键中断事件进行实时监控，特别是对“键钮按下”及“键钮释放”事件进行处理，把按键代码转换成特定的音乐事件，通过声音合成产生模仿某种乐器音色的音乐信号，然后传输给计算机声卡24的驱动程序。计算机声卡24把收到的数字信号转换成模拟信号，将音乐通过输出装置25播放出来。
下面说明根据本发明的音乐输入系统对输入信号的处理。由于本发明中输入装置21产生的只是键盘按键代码，所以需依赖特定音乐处理装置23的支持。音乐处理装置23可以通过单独的硬件实施或软件，也可以通过硬件和软件的组合来实施。音乐处理装置23对输入信号进行处理，以产生音乐数据。
下面参见图3说明根据本发明处理输入的音乐处理信号的流程。首先要设定音符波表(步骤S311)。此后，在步骤S312，预先设定好音乐键键码与音符之间的对应关系，建立起键码转换表，存入计算机内存或硬盘中。有的键码也可用来控制某些特殊功能，比如退出音乐处理程序、调整音量、调整音阶、改系统变延音状态等。这些键码的定义也被预先设定。
该处理过程启动后在步骤S313对多功能键盘所产生的按键中断事件进行实时监控。在接收到按键代码后，在步骤S314通过按键代码判断按动的键是否是音符键。如果判断结果为否定，流程则进行到步骤S320，判断按动的键是否是功能键。如果步骤S320的判断结果为否定，该流程则返回到步骤S313继续监视按键中断事件。如果在步骤S320判断按动的键是功能键，流程则进行到步骤S321，判断是否退出该流程，如果步骤S321的结果是肯定的，则结束该流程。反之，如果步骤S321的判断结果是否定的，则执行功能键指定的功能，并在执行完该功能后返回步骤S313继续监视按键中断事件。
如果步骤S314的判断结果表明按动的按键是音符键，则在步骤S315判断对音符键的操作是否是键钮按下。如果步骤S315的判断结果是肯定的，流程则进行到步骤S316，调用波表样本并产生音符数字信号(具体过程将在下文描述)。如果步骤S315的判断结果是否定，流程则进行到步骤S317，确定接收到的信号是否是键钮释放的指令。如果步骤S317的结果为肯定，流程则进行到步骤S318。在步骤S318，判断键钮释放是否是延音状态，如果是延音状态，流程则返回到步骤S313继续监视按键中断事件。如果步骤S318的判断结果不是延音状态，流程则进行到步骤S319。在步骤S319，计算机主机22进行控制，停止向计算机声卡的驱动程序传送音符的数字信号。
在上述过程中，如果收到的中断信号是“键钮按下”而且键码对应的是某个音符，音乐处理程序就会把音乐事件设定为“播放音符”。如果收到的中断信号是“键钮释放”，键码对应的是某个音符而且系统不处于延音状态，音乐处理装置23就会按预定的程序把音乐事件设定为“停止播放音符”。如果键码对应的是某个特殊功能，音乐处理程序就会按照预先的定义进行处理。针对具体应用要求，音乐处理装置23采取不同的方式处理音乐事件。例如将音符存储以便以后进行编辑，或者通过计算机显示屏显示出来，或者通过计算机声卡将音符播放出来。
现在描述在图3所示的步骤S316中产生音符数字信号的过程。为了实现音符的播放，仅有音乐事件信息还不够，音乐处理程序还必须产生相应声音的数字信号。本发明所用的一种方法是利用多功能键盘输入的信息，结合波表合成技术产生音符的数字信号。任何声音的信号都可由它的波形曲线来描述。比如最简单的波形包括类似正弦波的周期性波形，而真实乐器的声音则由多种复杂的谐波叠加而成。利用这个特点，可预先针对某种乐器的音色，通过录音取样得到其音频信号，其波形是连续的模拟信号。然后取出音频信号的一个片断(例如半秒钟的长度)，按一定的间隔(采样频率)对其波形逐点进行采样，把幅度值记录在波表中，存入计算机的内存、硬盘、或声卡的ROM(图中未示出)中。这样音频信号就被转换成了数字信号。数字信号可采用不同的音响格式存储，例如脉码调制格式PCM(Pulse Code Modulation)。当音乐处理装置(或程序)23得到“播放音符”的指令后，按照音符的音高和持续时间，以适当的频率反复调用其波表中的采样数据，传送给计算机声卡的驱动软件，并模仿乐器的自然效果，使音符音量逐渐递减为零。当音乐处理程序得到“停止播放音符”的指令后，立即停止传输音符数据，使声音停止。
声音波表也可以不通过录音取样，而是按照一定的算法由计算机预先或实时产生。通常采用的算法包括调频(FM Frequency Modulation)合成、减法(Subtractive)模拟合成、及线性(Linear Arithmetic)合成等。与录音取样的方法相比，这种方法的优点是可以节省存储空间，而且音色有可塑性，缺点是对计算机计算速度要求较高。
本发明所用的另一种方法是把电脑键盘输入技术与MIDI技术有机地结合起来，其工作原理是依靠音乐处理装置(或程序)23对按键中断事件进行监控，把按键产生的系统代码直接按照MIDI规范由软件转换成相应的MIDI信号。在收到“键钮按下”的信息后，如果键码对应的是某个音符，音乐处理装置立即产生相应的“音符接通”(Note On)MIDI信息。在收到“键钮释放”的信息后，如果键码对应的是某个音符且系统不处于延音状态，音乐处理程序立即产生“速度值”为零的“音符接通”(Note On)MIDI信息以停止播放。这些MIDI信息继而被传送到支持MIDI协议的软、硬件以完成声音的播放。这种方法的优点是可以与任何其他支持MIDI格式的应用程序兼容，缺点是软件需要通过MIDI格式，增加了延迟时间。
多功能输入装置本发明采用新型的输入装置，以提高输入音乐时的舒适性。为降低成本，新型键盘仍以现有的电脑键盘原理为基础，由按键及其内部的控制电路组成。与外部键钮排列对应的是内部控制电路的开关阵列。键钮的触动会导致对应的线路开关状态发生变化。键盘中控制电路的功能是扫描开关阵列，产生出相应的按键代码，并将其传输到计算机。与常规电脑键盘不同的是，新型键盘由音乐键键区和文字键键区两大部分组成。音乐键键区由一些音乐键组成。音乐键的形状类似于钢琴琴键，颜色可分深、浅，用来辅助音乐输入。音乐键键区还可根据需求包括一些功能键键钮，用来控制应用程序的进程以及调节音量、音高、延音、变频等效果。文字键键区由一些文字键组成。文字键形状及分布类似于常规计算机键盘按键。新型键盘的一个特点是音乐键与文字键的按键代码可以共享，即音乐键与对应的文字键可以控制相同的电路开关。这样既简化了电路设计，又摆脱了某些现有技术方案中对键盘总键数的限制。
本发明的键盘装置的键区可以采用不同的组合。它们具有相同的原理和功能，同时可以让用户根据自己的需求把音乐键键区与文字键键区合理、灵活地组合在一起。
该输入装置是使音乐键键区与文字键键区以分体、串联型的结构与计算机主机相连。其特征是两个键区形成两个模块，分别包括自己的按键和控制电路。模块之间采用导线或插接的方法使它们内部的控制电路连接，并通过其中一个模块通过连线与计算机主机相连。分体组合的优点在于不同模块可根据需要插接在一起，不需要时又可分开以节省空间。
另一种输入装置的构造是使音乐键键区与文字键键区以分体、并联型结构与计算机主机相连。其特征是两个键区形成两个模块，分别包括自己的按键和控制电路。每个模块的控制电路都具备扫描其内部开关阵列以及与计算机主机通信的功能，并可以分别独立地与计算机主机相连。
又一种输入装置的构造是使音乐键键区与文字键键区以整体、双面型结构与计算机主机相连。其特征是两个键区构成一个整体，共用同一控制电路与计算机主机通信，并且两个键区的键钮分别分布在键盘的上下两面以节省键盘面积。键盘的一面用来实现常规的文字输入，而另一面用来实现音乐输入。只需把键盘翻个面，就可以实现不同的输入功能。
再一种输入装置的构造是使音乐键键区与文字键键区以整体、单面型结构与计算机主机相连。其特征是两个键区构成一个整体，共用同一控制电路与计算机主机通信，并且所有键钮都分布在键盘的同一侧。
为了进一步加强键盘的独立使用性，还可以给输入装置另外加入发声振荡器。音乐键键区所对应的控制电路部分同时连接此发声装置，使音乐键的触动同时导致发声的效果。为了进一步加强与钢琴的相似性，还可以给输入装置21另加一个形状类似于钢琴脚踏板的按键模块，通过导线与键盘主体的控制电路连接。其作用与钢琴脚踏板类似，用来产生延音或弱音等效果。还可以另加对音乐键按键速度进行探测的传感装置，以模拟钢琴演奏时的力度效果；或者使输入装置的音乐键在触动时具备一定的阻力感，以模拟钢琴演奏时的触觉效果。
图4显示了本发明的输入装置的一个实施例，是一种分体、串联型的键盘结构。本实施例只是用来举例说明，在许多细节上都可以在相同原理的指导下采用其他不同的具体措施。如图4所示，键盘装置由文字键键区43与音乐键键区45组成。此多功能键盘装置通过从部件43引出的导线42与计算机主机41相连。部件43的形状及键钮布局与常规计算机键盘一样，但它另外带有一根导线44与音乐键键区相连。音乐键键区包括49个音乐键键钮，其形状类似钢琴琴键，颜色分为黑色与白色。音乐键用来代表不同的音符，例如位于中间的白键可用来弹奏“中央C”。每个音乐键都与某一个文字键共用一个计算机按键代码。文字键键区43与音乐键键区45的控制电路由导线44接通，以实现音乐键与文字键的对应关系。例如，如果音乐键的“中央C”被定义为对应于文字键的字母“A”，那么触动“中央C”键同样造成对应于字母“A”键的电路开关接通，因而产生与字母“A”键相同的按键代码。虽然弹奏音乐键产生的只是标准的计算机键码，但是运行在计算机中的音乐处理程序会预先设定好一致的键码与音符的转换关系，因而能够对键码作出正确的处理。一般的键盘都支持多键同时按下的功能。音乐键键区利用这个特点完成复音的演奏。在设计音乐键键区时需要注意避免使用计算机操作系统常用的控制键来代表音符。比如同时按下Ctrl键、Alt键、和Delete键会造成Windows操作系统重新启动，无法用来弹奏和旋。因此音乐键尽量不要共用这些控制键的键码。由于音乐键键区45是通过导线与文字键键区43串联的，当用户不需要音乐输入时，只需把导线拔掉，就可使输入装置的外观与常规键盘一样，从而节省了空间。当用户需要弹奏音乐时，只需将导线插入文字键键区并启动音乐处理程序即可，操作非常简便。由于音乐键键区不受常规键盘的任何限制，所以形状可以与键盘类乐器完全一致。
本实施例可采用纯软件声音合成的方法，预先把模仿三角大钢琴音色的波形，以16Bit(Note比特一般指Byte＝8bit)样本和44.1KHz的采样率进行数字化采样，然后取出半秒钟的片断，利用脉码调制(PCM)的音响格式，存储于计算机硬盘的文件中。音乐处理程序可以，例如，由Java语言编写。它在启动后按照音乐键键区电路的结构将按键代码与音符的对应关系存入键码转换表。然后音乐处理程序进入一个监测按键中断事件的循环。“键钮按下”及“键钮释放”的中断事件分别由KeyPressed和keyReleased两种方法来处理。如果产生“键钮按下”循环的按键对应于键码转换表中的某个音符，音乐处理程序就把这个按键事件转换成“弹奏音符”的音乐事件，一方面开始反复调用相应音符的数字信号，传给计算机声卡，播放声音，另一方面把音乐事件记录下来，以图形的形式通过用户图形界面显示出来。本实施例还利用鼠标和文字键键区的一些功能键来控制程序的进程和实现用户的选择。例如F1用来退出音乐程序；F2用来控制延音选择；F3、F4用来增减音量；F5、F6用来升降调。如果音乐处理程序接收到“键钮释放”的信号，而且按键对应某个音符，另外系统不处于延音状态，音乐处理程序就把这个按键事件转换成“停止弹奏音符”的音乐事件，一方面中止播放音符，另一方面把音乐事件记录下来，以图形的形式通过用户图形界面显示出来。有一个细节需要特殊对待一般的计算机键盘都有自动重复产生按键代码的功能。如果键钮被持续按下，键盘的控制电路会以一定的频率连续发送其键码至计算机主机。这个功能虽然对文字输入非常有用，但是却干扰音乐输入。解决办法是在KeyPressed和keyReleased方法中记录下每个按键被释放的状态。当KeyPressed方法被“键钮按下”的中断事件启动时，首先查看此键是否已被释放，如果没有，就说明“键钮按下”的中断事件是由键盘自动重复功能造成的，可以忽略。
图5显示了本发明的输入装置的另一个实施例，是一种整体、单面型结构的键盘装置。此例中与上一例采用类似的音乐处理程序，但是声音波形由软件实时计算合成，此例采用一种简单的谐波y＝sin(x)+sin(2*x)/2+sin(4*x)/4模拟声音，同时还提供一个用户界面，让用户能根据对音质的要求采用其他的算法。如图5所示，音乐键键区53与文字键键区54以整体、单面型构造组成，并通过导线55与一个形状类似钢琴脚踏板的按键模块56连接。脚踏板按键的触动产生延音的效果。多功能键盘通过导线52以PS/2通讯方式与计算机主机51连接。
图6显示了本发明的输入装置的又一个实施例。其中文字键键区63与音乐键键区64分别分布在键盘的两面。键盘面板的侧面设有可折叠的支脚，其作用是避免让底面的按键受到触动。音乐键键区包括37个音乐键和5个功能键。5个功能键的作用分别是增减音量、升降音调、和改变延音状态。音乐键键区每个按键的电路开关分别与文字键键区对应的电路开关短路以共享按键代码。两个键区共同通过导线62与计算机主机61相连。此例中音乐处理程序可采用Java语言编写，通过KeyPressed和keyReleased两种方法来处理按键事件。在收到“弹奏音符”的音乐事件时，通过软件生成“音符接通”MIDI信息，将其“速度值”按系统设置设定，然后启动javax.sound.midi软件库，将MIDI信息发出。在收到“停止弹奏音符”的音乐事件时，音乐处理程序通过javax.sound.midi软件库发出“速度值”为零的“音符接通”MIDI信息。
至此已结合特定的实施例对本发明进行了描述，应该理解，这种描述只是对本发明作出说明，本领域技术人员在不脱离下面权利要求的精神或范围的情况下可对本发明进行各种改变和变化。本发明的范围仅由所附权利要求及其等同物限定。
权利要求
1.一种计算机音乐输入系统，包括键盘输入装置，包括由音乐输入键组成的音乐键键区和文字输入键组成的文字键键区，用于产生与所按动的按键对应的音乐或文字的按键代码；音乐处理装置，用于设置表示按键代码与音符之间的对应关系的键码转换表，接收输入装置产生的按键代码并将按键代码转换成特定的音符，并通过声音合成产生表示模仿乐器音色的音乐信号的数字信号；计算机声卡，用于将音乐处理装置产生的音乐的数字信号转换成模拟信号，并通过输出装置播放所输入的音乐。
2.一种用于计算机音乐输入系统的键盘输入装置，包括由音乐输入键组成的音乐键键区；由文字输入键组成的文字键键区；与外部按键的排列相对应的电子线路开关阵列，用于响应键盘输入装置上的键钮的触动产生相应的按键代码，并将按键代码输出到计算机。
3.根据权利要求2所述的用于计算机音乐输入系统的键盘输入装置，其特征在于所述音乐键键区模块与所述文字键键区模块分开设置，每个模块包括自己的按键和内部控制电路，所述音乐键键区模块与所述文字键键区模块通过串联或并联方式与计算机连接。
4.根据权利要求2所述的用于计算机音乐输入系统的键盘输入装置，其特征在于所述音乐键键区模块与所述文字键键区模块构成整体并设置在相反的表面上，每个模块共用一个内部控制电路与计算机通信。
5.根据权利要求2所述的用于计算机音乐输入系统的键盘输入装置，其特征在于所述音乐键键区模块与所述文字键键区模块构成整体，并且所述音乐键键区模块与所述文字键键区设置在相同的表面上，每个模块共用一个内部控制电路与计算机通信。
6.根据权利要求2所述的用于计算机音乐输入系统的键盘输入装置，其特征在于进一步包括发声振荡器，用于在触动音乐键的同时发声。
7.根据权利要求2所述的用于计算机音乐输入系统的键盘输入装置，其特征在于进一步包括与键盘输入装置连接的钢琴踏板装置，用于产生延音或弱音效果。
8.根据权利要求2至7中的任何一项所述的用于计算机音乐输入系统的键盘输入装置，其特征在于音乐键包括探测按键速度的探测装置，以便模拟钢琴演奏的力度效果，并使音乐键在被触动时产生阻力，以模拟钢琴演奏的触觉效果。
9.根据权利要求2至7中的任何一项所述的用于计算机音乐输入系统的键盘输入装置，其特征在于所述音乐键键区具有用于调节音量，音高，延音和变频效果，以及控制相应程序的功能键。
10.一种处理计算机音乐输入系统的音乐输入数据的方法，包括步骤预先设定按键键码与音符之间的对应关系，建立键码转换表，并存储到计算机的存储装置中；实时监控键盘输入装置产生的按键中断事件，将按键代码转换成特定的音符，并通过声音合成产生表示模仿乐器音色的音乐信号的数字信号；将数字信号转换成模拟信号，并通过输出装置播放所输入的音乐。
11.根据权利要求10所述的处理计算机音乐输入系统的音乐输入数据的方法，进一步包括针对指定乐器的音色，预先通过取样或按照指定的算法产生其波形信号，然后按指定采样率将其数据化，并把一个片断的采样数据记录在音符波表，存储在计算机的存储装置中的步骤。
12.根据权利要求10所述的处理计算机音乐输入系统的音乐输入数据的方法，进一步包括在音乐处理装置收到“键钮按下”的中断信号后，通过查询键码转换表查找对应的音符，并根据音符的音高和持续时间，以相应的频率反复调用其波表中的采样数据，并传送给计算机声卡的步骤。
13.根据权利要求12所述的处理计算机音乐输入系统的音乐输入数据的方法，其中进一步包括音乐处理装置提供延音选择的步骤，其中如果计算机音乐输入系统不处于延音状态，音乐处理装置则模仿乐器效果使音符音量自然消逝；如果设置了延音状态，音乐处理装置则在收到“键钮释放”的中断信号后立即停止播放与其对应的音符。
14.根据权利要求10所述的处理计算机音乐输入系统的音乐输入数据的方法，进一步包括当音乐处理装置收到“键钮按下”的中断信号后，通过查询键码转换表查找对应的音符，然后产生相应的“音符接通”MIDI信息，并将此MIDI信息传送给支持MIDI协议的驱动程序进行处理的步骤，其中音乐处理装置提供延音选择，如果设置了延音状态，音乐处理装置则在收到“键钮释放”的中断信号后传送“速度值”设为零的“音符接通”MIDI信息，以停止其相应音符的播放。
全文摘要
本发明涉及一种计算机音乐输入系统，输入信号处理方法及键盘装置。计算机音乐输入系统包括键盘输入装置，具有由音乐输入键组成的音乐键键区和文字输入键组成的文字键键区，用于产生与所按动的按键对应的音乐或文字按键代码；音乐处理装置，用于设置表示按键代码与音符之间的对应关系的键码转换表，接收输入装置产生的按键代码并将按键代码转换成特定的音符，并通过声音合成产生表示模仿乐器音色的音乐信号的数字信号；计算机声卡，用于将音乐处理装置产生的音乐的数字信号转换成模拟信号，并通过输出装置播放所输入的音乐。
文档编号G10H1/34GK1570826SQ0315013
公开日2005年1月26日 申请日期2003年7月18日 优先权日2003年7月18日
发明者杨越 申请人:杨越