CN101740025A

CN101740025A - 评估演唱者的嗓音性能的方法和使用该方法的设备

Info

Publication number: CN101740025A
Application number: CN200910167361A
Authority: CN
Inventors: 德米特里·戈洛夫金; 崔哲珉
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2009-08-21
Publication date: 2010-06-16
Also published as: KR20100057307A; BRPI0902755A2; US20100126331A1; RU2009131609A

Abstract

一种用于评估卡拉OK设备的演唱者的嗓音性能的方法，包括：提取声音能量，提取参考音高，以及比较该声音能量和与该参考音高对应的能量，并评估演唱者的嗓音性能。

Description

评估演唱者的嗓音性能的方法和使用该方法的设备

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(a)要求2008年11月21日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2008-116291号的权益，通过引用在这里全部合并其公开。

技术领域

本总发明构思涉及用于评估演唱者的嗓音性能的方法和执行该方法的卡拉OK设备，并更具体地，涉及用于通过比较演唱者的总声音能量和对应于参考音高的能量来评估演唱者的嗓音性能的方法、以及执行该方法的卡拉OK设备。

背景技术

已开发了用于评估演唱者的嗓音性能的各种卡拉OK设备。传统卡拉OK设备中使用的方法是根据演唱者是否在特定时间处释放适当级别的声音能量来鉴定(rate)演唱者的技能。该方法的有利之处在于，其可简单实现，但是具有不考虑音高(pitch)的精度的问题。

为了解决以上问题，已使用了使用伴奏旋律的方法。使用伴奏旋律的方法根据演唱者的音高是否与伴奏旋律协调来鉴定演唱者的技能。然而，该方法需要大量计算，并具有不能精确提取八度音阶(octave)错误的问题。而且，该伴奏旋律可能不总是被看作与演唱者的旋律协调。

因此，存在对于更精确地评估演唱者的嗓音性能并也需要更少计算的方法的需求。

发明内容

本总发明构思的示例实施例提供了更精确地评估演唱者的嗓音性能的方法和执行该方法的卡拉OK设备。

本总发明构思的附加特征和用途将部分在接下来的描述中阐明，并部分将根据该描述而清楚，或可通过本总发明构思的实践而得知。

本总发明构思的前述和/或其他特征和用途可通过提供一种用于使用卡拉OK设备评估演唱者的嗓音性能的方法来实现，该方法包括：提取演唱者的声音能量，使用乐器数字接口(MIDI)数据来提取参考音高，并比较该声音能量和该参考音高的能量以及评估演唱者的嗓音性能。

所述提取参考音高的步骤可包括使用该MIDI数据中包括的音符(note)的频率来提取参考音高。

所述提取参考音高的步骤可包括使用Goertzel算法来提取参考音高的能量。

可使用以下等式来提取参考音高的能量：

P_B＝2cos(2πf)s_i-1s_i-2+s_i-1s_i-1+s_i-2s_i-2

其中s_i＝x_i+2cos(2πf)s_i-1-s_i-2，P_B表示参考音高的能量，f表示音符的频率，而x_i表示输入样本。

所述提取声音能量的步骤可包括将演唱者的声音变换为数字信号，将该数字信号划分为多个帧，并提取每一帧的声音能量。

可使用以下等式来提取声音能量：

P_{A} = Σ_{i = 1}^{N} X_{i}^{2}

其中P_A表示声音能量，X_i表示输入样本，而N表示帧的尺寸。

本总发明构思的前述和/或其他特征和用途还可通过提供一种卡拉OK设备来实现，该卡拉OK设备包括：声音能量提取单元，用于提取演唱者的声音能量；参考音高提取单元，用于使用MIDI数据来提取参考音高；和控制单元，用于使用该声音能量和该参考音高的能量，来评估演唱者的嗓音性能。

该参考音高能量提取单元可使用该MIDI数据中包括的音符的频率来提取参考音高。

该参考音高能量提取单元可通过应用取决于参考音高构成的Goertzel算法来使用以下等式：

P_B＝2cos(2πf)s_i-1s_i-2+s_i-1s_i-1+s_i-2s_i-2

该卡拉OK设备还可包括变换单元，用于将演唱者的声音变换为数字信号，并且该声音能量提取单元可将该数字信号划分为多个帧并提取每一帧的声音能量。

该声音能量提取单元可使用以下等式来提取声音能量：

P_{A} = Σ_{i = 1}^{N} X_{i}^{2}

其中P_A表示声音能量，X_i表示输入样本，而N表示帧的尺寸。

本总发明构思的前述和/或其他特征和用途还可通过提供一种记录介质来实现，该记录介质上记录有程序，用于促使计算机执行用于使用卡拉OK设备评估演唱者的嗓音性能的方法，该方法包括：提取演唱者的声音能量，使用乐器数字接口(MIDI)数据来提取参考音高，并比较该声音能量和该参考音高的能量以及评估演唱者的嗓音性能。

本总发明构思的前述和/或其他特征和用途还可通过提供一种用于评估嗓音性能的方法来实现，该方法包括：确定输入到评估装置的声音的声音能量，从记录的信号确定参考音高能量，并比较该声音能量和参考音高能量以评估该嗓音性能。

可根据记录的信号中的一个或多个音符的频率，来估计该参考音高能量。

可在嗓音性能期间显示该嗓音性能的评估结果。

本总发明构思的前述和/或其他特征和用途还可通过提供一种用于评估嗓音性能的方法来实现，该方法包括：比较声音的声音能量和记录的信号的参考音高能量，并根据该声音能量和该参考音高能量之间的差别来确定该嗓音性能的精度。

可在嗓音性能期间比较该声音能量和该参考音高能量。

可在嗓音性能期间显示所确定的精度的结果。

本总发明构思的前述和/或其他特征和用途还可通过提供一种用于评估嗓音性能的方法来实现，该方法包括：确定记录的音符以及该记录的音符之上和/或之下一个或多个八度音阶的参考音高能量，并比较声音和该参考音高能量，以确定该嗓音性能的精度。

附图说明

通过结合附图对于实施例的以下描述，本总发明构思的这些和/或其他特征和优点将变得清楚并更易于理解，其中：

图1是图示了根据本总发明构思的示范实施例的卡拉OK设备的框图；

图2是图示了根据Goertzel算法的Goertzel滤波器的谱的图；

图3是图示了根据本总发明构思的示范实施例的评估演唱者的嗓音性能的方法的流程图；

图4是图示了根据本总发明构思的另一示范实施例的卡拉OK设备的框图；和

图5是图示了根据本总发明构思的另一示范实施例的评估演唱者的嗓音性能的方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考在附图中图示了其示例的本总发明构思的各种示范实施例，其中相同的附图标记始终表示相同的元件。下面描述这些实施例，以便通过参考图来解释本总发明构思。

图1是图示了根据本总发明构思的示范实施例的卡拉OK设备的框图。根据本总发明构思的示范实施例的卡拉OK设备通过比较声音能量和对应于参考音高的能量，来评估演唱者的嗓音性能。

如图1中所示，根据本总发明构思的示范实施例的卡拉OK设备100可包括声音输入单元110、变换单元120、能量提取单元130、比较单元140、控制单元150、文件装载器单元160、和乐器数字接口(MIDI)数据提取单元170。

声音输入单元110可例如通过麦克风从外部源接收来自演唱者的声音信号。该声音输入单元110可向变换单元120传送输入的声音信号。

变换单元120可将声音信号变换为数字信号。变换单元120可向能量提取单元130传送该数字信号。

能量提取单元130可包括声音能量提取器131和参考音高能量提取器135。声音能量提取器131可提取演唱者的声音的能量，而该参考音高能量提取器135可提取与参考音高对应的能量，来评估演唱者的嗓音性能。

声音能量提取器131可使用以下等式以帧为单位来提取演唱者的声音能量：

[等式1]

P_{A} = Σ_{i = 1}^{N} X_{i}^{2}

其中P_A表示声音能量，X_i表示输入样本，而N表示帧的尺寸。

其间，该参考音高能量提取器135可从MIDI文件生成用于评估演唱者的嗓音性能的参考音高，并可使用Goertzel算法来提取参考音高的能量。

Goertzel算法如下：

P_B＝2cos(2πf)s_i-1s_i-2+s_i-1s_i-1+s_i-2s_i-2

其中s_i＝x_i+2cos(2πf)s_i-1-s_i-2，P_B表示参考音高能量，f表示音符的频率，而x_i表示输入样本。

使用以上Goertzel算法，该参考音高能量提取器135可评估具有与频率(f)对应的音高的能量。可使用除了Goertzel算法之外的不同方法，来评估具有特定音高的能量。然而，Goertzel算法的优点在于，其需要较少的计算来评估特定音高的能量。

可将参考频率设置为等于当前音符的频率(f)，并且小箱(bin)的频率宽度取决于输入样本(x_i)的数目。由于小箱的频率宽度随着音高增加而成几何级数增加，所以当输入样本的数目增加时，频率宽度变窄。

将参考图2来描述Goertzel算法中的小箱之间的相关性。图2图示了根据Goertzle算法的Goertzel滤波器的谱，其中N表示当前音符的数目。

如图2中所示，存在3个小箱，其中N-12和N+12表示每一个八度音阶存在12个音符和12个半音符。W_N、W_N-12、W_N+12表示小箱的宽度。

参考图2，在前一八度音阶和下一八度音阶之间存在2倍的差别。这是因为音符越高，则频率范围越宽，并且频率范围呈几何级数增加。因此，下一八度音阶的宽度是前一八度音阶的宽度的两倍。

给予这些小箱的权重值可以不是图2中图示的A_N、A_N-12、和A_N+12的值。本总发明构思中的一个重要考虑因素是第一谐波的值。因此，第一谐波的小箱可理想地具有最大权重值。另一小箱的权重值将因此随着谐波数目的增加而减小。与应用相同权重值的方法相比，该方法可导致演唱者的嗓音性能的更精确的评估。

在图2中，为了便于解释，仅图示了3个描述的八度音阶，但是八度音阶的数目不限于此。本总发明构思也可应用到其中呈现不同数量八度音阶的情况。

Goertzel滤波器可覆盖与当前音符的八度音阶相邻的各八度音阶，因为至少以下原因：

首先，演唱者可演唱比当前音符高或低几个八度音阶的音符。这样的演唱方法是典型的，并涉及演唱者偏好的类型。所以，向按照这种方式演唱的演唱者给予处罚也许是不合理的。

第二，当演唱歌曲时，演唱者可改变复频率以及音符频率的谐波分量。Goertzel滤波器对于估计谐波分量是有用的。

返回参考图1，比较单元140可比较声音能量提取器131所提取的声音能量和参考音高能量提取器135所提取的参考音高能量，以计算其间的差别。实际上，该音符的部分可大于一帧。因此，比较单元140比较从该音符中包括的所有帧中提取的声音能量和参考音高能量。

比较结果可存储到内部缓冲器(其可以是公知类型缓冲器，并因此没有示出)中。可这样存储比较结果，以提供关于演唱者的嗓音性能的临时结果。即，演唱者可在演唱歌曲时知道评估他/她的嗓音性能的临时结果。

而且，在内部缓冲器(未示出)中存储的比较结果可用于计算最后得分。

文件装载器单元160可从例如致密盘或半导体存储器的各种源中的任何一个读出歌曲文件。文件装载器单元160可将歌曲文件划分为MIDI数据和伴奏数据，并可将MIDI数据传送到MIDI数据提取单元170。

文件装载器单元160可将伴奏数据传送到再现部件(其可以是公知类型再现部件，并因此没有示出)，以再现有关该歌曲的伴奏。

MIDI数据提取单元170可在演唱者开始演唱歌曲的同时提取MIDI数据。MIDI数据提取单元170可提取例如音符编号、音符开始时间、音符持续时间等的歌曲信息。

MIDI数据提取单元170可获得当前音符处的有关歌曲的歌词的信息。有关歌曲的歌词的信息可包括有关歌词中包括的一个或多个单词中的元音的位置的信息。因为音高一般出现在元音处而不发生在辅音处，所以分析其中演唱元音的时间来评估演唱者的嗓音性能是有益的。

控制单元150控制卡拉OK设备100的操作。更具体地，控制单元150可控制歌曲的开始点，同步MIDI、歌词和音频流，并控制卡拉OK设备100的其他操作，诸如显示歌曲的歌词、演唱者的得分等。

因此，可比传统方法和装置更精确地评估演唱者的嗓音性能。

图3是图示了根据本总发明构思的示范实施例的评估演唱者的嗓音性能的方法的流程图。

变换单元120可在操作S310中将通过声音输入单元110输入的声音信号变换为数字信号。

声音能量提取器131可在操作S320中将数字信号划分为多个帧，并在操作S330中提取这些帧中的每一帧的声音能量。

参考音高能量提取器135可在操作S340中从MIDI数据中提取当前音符的频率，并可在操作S350中使用Goertzel算法来提取参考音高能量。

比较单元140可在操作S360中比较声音能量和参考音高能量，并且控制单元150可在操作S370中根据比较结果计算得分。

图4是图示了根据本总发明构思的另一示范实施例的卡拉OK设备的框图。根据该实施例的卡拉OK设备可包括声音能量提取器410、参考音高能量提取器430、和控制单元450。

声音能量提取器410可提取演唱者的声音能量，而参考音高能量提取器430可使用MIDI数据提取参考音高，并从整个声音信号中提取与该音高对应的能量。

控制单元450可使用声音能量和参考音高能量来评估演唱者的嗓音性能。

图5是图示了根据本总发明构思的另一示范实施例的评估演唱者的嗓音性能的方法的流程图。为了评估演唱者的嗓音性能，在操作S510中提取演唱者的声音能量。

在操作S520中，可使用MIDI数据提取参考音高。

在操作S530中，可通过比较声音能量和参考音高，来评估演唱者的嗓音性能。

因此，可比传统方法和设备更精确地、并使用比传统方法和设备中需要的计算量更少的计算量，来评估演唱者的嗓音性能。

本总发明构思也可实施为计算机可读介质上的计算机可读代码。计算机可读介质可包括计算机可读记录介质和计算机可读传输介质。计算机可读记录介质是可存储作为计算机系统可在其后读取的程序的数据的任何数据储存装置。计算机可读记录介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、DVD、磁带、软盘、和光学数据储存装置。计算机可读记录介质也可在与网络耦接的计算机系统上分发，使得可按照分布方式存储和运行计算机可读代码。计算机可读传输介质可通过载波或信号传送(例如，通过因特网的有线或无线数据传输)。而且，用于实现本总发明构思的功能程序、代码和代码段可由本总发明构思所属技术领域的程序员容易地进行解释。

尽管已图示和描述了本总发明构思的各种示例实施例，但是本领域技术人员将理解的是，可对这些示例实施例进行改变，而不脱离在所附权利要求及其等效中限定其范围的本总发明构思的原理和精神。

Claims

1.一种用于评估卡拉OK设备的演唱者的嗓音性能的方法，该方法包括以下步骤：

提取演唱者的声音能量；

使用乐器数字接口(MIDI)数据来提取参考音高；和

比较该声音能量和该参考音高的能量，并评估演唱者的嗓音性能。

2.根据权利要求1的方法，其中所述提取参考音高的步骤包括使用该MIDI数据中包括的音符的频率来提取参考音高。

3.根据权利要求2的方法，其中所述提取参考音高的步骤包括使用Goertzel算法来提取参考音高的能量。

4.根据权利要求3的方法，其中使用以下等式来提取参考音高的能量：

P_B＝2cos(2πf)s_i-1s_i-2+s_i-1s_i-1+s_i-2s_i-2

5.根据权利要求1到4中的任一个的方法，其中所述提取声音能量的步骤包括：

将演唱者的声音变换为数字信号；

将该数字信号划分为多个帧；和

提取每一帧的声音能量。

6.根据权利要求1到5中的任一个的方法，其中使用以下等式来提取声音能量：

P_{A} = Σ_{i = 1}^{N} X_{i}^{2}

其中P_A表示声音能量，X_i表示输入样本，而N表示帧的尺寸。

7.一种卡拉OK设备，包括：

声音能量提取单元，用于提取演唱者的声音能量；

参考音高能量提取单元，用于使用MIDI数据提取参考音高；和

控制单元，用于使用该声音能量和该参考音高的能量来评估演唱者的嗓音性能。

8.根据权利要求7的卡拉OK设备，其中该参考音高能量提取单元使用该MIDI数据中包括的音符的频率来提取参考音高。

9.根据权利要求8的卡拉OK设备，其中该参考音高能量提取单元使用Goertzel算法来提取参考音高的能量。

10.根据权利要求9的卡拉OK设备，其中使用以下等式来提取参考音高的能量：

P_B＝2cos(2πf)s_i-1s_i-2+s_i-1s_i-1+s_i-2s_i-2

11.根据权利要求7到10中的任一个的卡拉OK设备，还包括变换单元，用于将演唱者的声音变换为数字信号，

其中该声音能量提取单元将该数字信号划分为多个帧，并提取每一帧的声音能量。

12.根据权利要求7到11中的任一个的卡拉OK设备，其中该声音能量提取单元使用以下等式来提取声音能量：

P_{A} = Σ_{j = 1}^{N} X_{i}^{2}

其中P_A表示声音能量，X_i表示输入样本，而N表示帧的尺寸。