乐器校音方法及系统与流程

本发明涉及乐器校音领域，具体说的是一种乐器校音方法及系统。
背景技术：
：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。技术实现要素：本发明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，本发明采用的技术方案为：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。本发明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。本发明的有益效果在于：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。本发明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，本发明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为本发明的乐器校音方法的流程示意图；图2为本发明实施例一的流程示意图；图3为本发明的乐器校音系统的功能模块结构组成示意图；图4为本发明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发明的技术内容、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。本发明最关键的构思在于：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，本发明提供乐器校音方法，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，本发明的有益效果在于：本发明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，本发明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(hammingwindow)对所获取的音频数据进行加窗分帧处理，汉明窗的数学表达式为：其中n为帧长，i为采样点；假设采样数据表达式为s'(i)，则加窗后的数据表达式为s(i)＝s'(i)w(i)通过对音频数据进行加窗分帧处理，将原先连续不断，存在混音而无法直接进行分析处理的音频数据转变成短时平稳的音频数据，为后续分析处理做准备。s4：静音检测过程具体可以包括：s41：计算加窗分帧处理后的音频数据的信号能量；语音信号的能量数学表达式为：单位为db；s42：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，返回s1；当所述音频数据的信号能量大于等于预设的静音阈值时，执行s5；优选的，预设静音阈值为-70db，也就是说当系统检测到的音频数据的能量小于-70db，则不进行接下来的音准识别过程。当开始启动录音时，如果用户还没有操作乐器发出声音，如还没有拉小提琴进行校音，可以采用静音检测来过滤掉静音部分，从而降低智能设备cpu的运算量，进而达到省电的目的。s5：在时域空间基于差分方程的基频提取过程s51：依据加窗分帧处理后的音频数据，计算帧长n的时间τ的差分函数dt(τ)。具体的，所述时间τ的差分函数dt(τ)的定义为：其中，j为采样点的序列号；s52：对所述差分函数dt(τ)进行归一化处理：s53：设置极大值阈值，比如0.15或0.2；在差分函数dt(τ)中找到小于该极大值阈值的第一个时间极大值τestimate；s54：对所述第一时间极大值τestimate进行插值法计算，获取对应所述一单音的基频。具体的，将第一时间极大值τestimate代入抛物线插值公式求出基频f＝fs/τfinal；所述fs为采样周期；s6：采用中值滤波法对所述基频进行滤波处理，去除噪声；优选的，设置中值滤波器的窗长为3。s7：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。将确定的结果通过智能设备进行显示。具体的，依据获取的基因频率f，对照表1来确定校音小提琴gdae四根弦中的某一个弦；f>＝667.1hze弦偏紧651.9<＝f<667.1hze弦已校准549.6<＝f<651.9hze弦偏松445.2<＝f<549.6hza弦偏紧435.1<＝f<445.2hza弦已校准366.8<＝f<435.1hza弦偏松297.2<＝f<366.8hzd弦偏紧290.4<＝f<297.2hzd弦已校准244.8<＝f<244.8hzd弦偏松198.3<＝f<244.8hzg弦偏紧193.8<＝f<198.3hzg弦已校准f<193.8hzg弦偏松表1实施例二本实施例为对照实施例一提供的一具体运用场景。当用户拉某根空弦时，声波信号通过拾音装置将声波信号传输到信号处理单元，信号处理单元通过实施例一种的算法运算输出基音频率，然后通过显示单元提示用户当前要调音的空弦的松紧程度，根据提示来调整松紧。实施例三请参阅图4，本实施例为基于实施例一提供的一种乐器校音系统，包括：第一获取模块1，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2，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3，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；能量计算模块9，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10，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；当所述音频数据的信号能量大于预设的静音阈值时，执行所述差分计算模块；差分计算模块4，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5，用于获取差分函数中的第一个时间极大值；具体的，所述第二获取模块包括：归一化单元51，用于对所述差分函数进行归一化处理；获取单元52，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。插值计算模块6，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；滤波模块7，用于采用中值滤波法对所述基频进行滤波处理；确定模块8，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。综上所述，本发明提供的乐器校音方法及系统，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。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的
技术领域：
，均同理包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页12