CN102103852B - 一种音频评分方法、装置及卡拉ok播放器 - Google Patents

Abstract

本发明适用于音频处理技术领域，提供了一种音频评分方法、装置及卡拉OK播放器，所述方法包括下述步骤：利用误差能量计算目标音频模拟信号和标准音频模拟信号之间的相关系数；根据所述相关系数对目标音频模拟信号评分。本发明，利用误差能量计算目标音频模拟信号和标准音频模拟信号之间的相关系数，如果计算出的相关系数越接近1，则表示摄取到的目标音频模拟信号与标准音频模拟信号的相似度大，则表示摄取到的目标音频模拟信号的质量高，给予高的评分。

Description

一种音频评分方法、装置及卡拉OK播放器

技术领域

本发明属于音频处理技术领域，尤其涉及一种音频评分方法、装置及卡拉OK播放器。

背景技术

在现有的卡拉OK播放器中，一般设置音频评分装置，通过该装置可以对歌唱者的歌唱能力进行评分。

现有的音频评分装置一般是将摄取到的音频资源与预存的标准音源相比较，计算摄取到的音频资源与标准音源的相似度，摄取到的音频资源与标准音源的相似度大，则表示摄取到的音频资源的质量高，给予高的评分。其中，摄取到的音频资源与标准音源的相似度是根据音源的频率变化来对比计算出两者之间的相似度，然而，以音源的频率变化来计算音源相似度的运算过程较复杂，且计算量高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种音频评分方法，旨在解决现有技术提供的音频评分方法运算复杂的问题。

本发明是这样实现的，一种音频评分方法，所述方法包括下述步骤：

利用误差能量计算目标音频模拟信号和标准音频模拟信号之间的相关系数；

根据所述相关系数对目标音频模拟信号评分；

所述利用误差能量计算目标音频模拟信号和标准音频模拟信号之间的相关系数的步骤具体为：

计算目标音频模拟信号乘以标准音频模拟信号的积分；

计算目标音频模拟信号乘以目标音频模拟信号的积分；

计算标准音频模拟信号乘以标准音频模拟信号的积分；

采用下述的公式计算相关系数Pxy：

Pxy＝A/(sqrt(B*C))

其中，A是计算得出的目标音频模拟信号乘以标准音频模拟信号的积分，B是计算得出的目标音频模拟信号乘以目标音频模拟信号的积分，C是计算得出的标准音频模拟信号乘以标准音频模拟信号的积分。

本发明的另一目的在于提供一种音频评分装置，所述装置包括：

相关系数获取单元，用于利用误差能量计算目标音频模拟信号和标准音频模拟信号之间的相关系数；

评分单元，用于根据所述相关系数对目标音频模拟信号评分；

所述相关系数获取单元包括：

第一误差能量计算子单元，用于计算目标音频模拟信号乘以标准音频模拟信号的积分；

第一目标音频能量计算子单元，用于计算目标音频模拟信号乘以目标音频模拟信号的积分；

第一标准音频能量计算子单元，用于计算标准音频模拟信号乘以标准音频模拟信号的积分；

第一相关系数计算子单元，用于采用下述的公式计算相关系数Pxy：

Pxy＝A/(sqrt(B*C))

其中，A是计算得出的目标音频模拟信号乘以标准音频模拟信号的积分，B是计算得出的目标音频模拟信号乘以目标音频模拟信号的积分，C是计算得出的标准音频模拟信号乘以标准音频模拟信号的积分。

本发明的另一目的在于提供一种卡拉OK播放器，所述卡拉OK播放器包括如上所述的音频评分装置。

在本发明中，利用误差能量计算目标音频模拟信号和标准音频模拟信号之间的相关系数，如果计算出的相关系数越接近1，则表示摄取到的目标音频模拟信号与标准音频模拟信号的相似度大，则表示摄取到的目标音频模拟信号的质量高，给予高的评分。

附图说明

图1是本发明实施例提供的音频评分方法的流程框图；

图2是本发明提供的音频评分装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明实施例中，利用误差能量计算目标音频模拟信号和标准音频模拟信号之间的相关系数，如果计算出的相关系数越接近1，则表示摄取到的目标音频模拟信号与标准音频模拟信号的相似度大，则表示摄取到的目标音频模拟信号的质量高，给予高的评分。

图1是本发明实施例提供的音频评分方法的流程，详述如下：

在步骤S101中，采集标准音频模拟信号生成标准音频文件并存储。

作为本发明的一个实施例，采样标准音频模拟信号(波形)，用不同的采样频率对音频的模拟信号进行采样可以得到一系列离散的采样点，以不同的量化位数(8位或16位)把这些采样点的值转换成二进制数，然后存入磁盘，形成标准音频文件，其中，标准音频模拟信号是参考乐器输入和/或参考人声输入的音频信号。

在步骤S102中，采集目标音频模拟信号生成标准音频文件并存储。

作为本发明的一个实施例，采集目标音频模拟信号(波形)，用不同的采样频率对目标音频的模拟信号进行采样可以得到一系列离散的采样点，以不同的量化位数(8位或16位)把这些采样点的值转换成二进制数，然后存入磁盘，形成目标音频文件，其中，目标音频模拟信号是歌唱者经由麦克风或者其它音频输入设备所接入的目标人声音频信号。其中，步骤S102和S101没有先后次序之分。

在步骤S103中，读取标准音频文件，提取出标准音频文件中存储的波形的各个采样点的值。

在步骤S104中，读取目标音频文件，提取出目标音频文件中存储的波形的各个采样点的值。其中，步骤S103和S104没有先后次序之分。

在步骤S105中，利用误差能量计算目标音频模拟信号与标准音频模拟信号的相关系数。

相关性是一种在时域中对信号特性进行描述的重要方法。由于其通信的功率谱函数是一对傅立叶变换，在信号分析中往往利用它来分析随机信号的功率谱分布。由于相关的概念是为研究随机信号的统计特性而引入的，那么从理论上我们也可以将其应用于两个确定信号(一个我们采集到的信号波形和一个理论波形)相似性的研究上。

要比较两波形的相似程度还要从相关的数学概念上入手，假定两信号分别为x(t)、y(t)，可以选择当倍数a使a*y(t)去逼近x(t)。在此我们可以借用误差能量来度量这对波形的相似程度。

误差能量用x(t)-a*y(t)的平方在时域上的积分来表示，倍数a的选择必须要保证能使能量误差为最小，通过对函数求导求极值可以得知当a为x(t)*y(t)在时域的积分与y(t)*y(t)在时域的积分比值时可以满足条件，在此条件下的误差能量是可能所有条件下最小的。定义x(t)与y(t)的相关数为Pxy，其平方与1的差值为相对误差能量，即误差能量与x(t)*x(t)在时域积分的比值。其中，xy就可以用来表征两波形的相似程度。解出关于Pxy的方程，其分子为x(t)*y(t)在时域的积分；分母为两信号各自的平方在时域积分之积的平方根。从数学上可以证明分子的模小于分母，也即相关数Pxy的模不会大于1。由于对于能量有限的信号而言，能量是确定的，相关系数Pxy的大小只由x(t)*y(t)的积分所决定。如果两完全不相似的波形其幅度取值和出现时刻是相互独立、彼此无关的，x(t)*y(t)＝0，其积分结果亦为0，所以当相关系数为0时相似度最差，即不相关。当相关系数为1，则误差能量为0，说明这两信号相似度很好，是线形相关的。因此把相关系数作为两个信号波形的相似性(或线形相关性)的一种度量完全是有理论依据的、合理的。

在本发明实施例中，首先，要在计算相关系数前把参加运算的目标音频模拟信号和标准音频模拟信号从文件读取到内存(堆栈)中去，为了方便读取多种数据格式的文件使程序更加灵活，为了方便读取多种数据格式的文件使程序更加灵活，选用基础C函数库的文件读写函数来将标准音频文件和目标音频文件中的数据读取到内存中。

参与运算的数据序列准备好后就可以进行目标音频模拟信号和标准音频模拟信号的相关系数的计算了，下面是有关的关键部分代码：

int N＝dataLen1＞dataLen2？dataLen2：dataLen1；

统计目标音频文件和标准音频文件读取的采样点的个数，因采样点的个数不同，读取的数据序列长度可能不一样，如以较长序列为准，将短序列不足部分补0，根据相关系数的概念，补0部分的x(t)*y(t)的积分为0，没有实际意义，故以较短序列为准可以避免不必要的运算，运算效较高。

其中，一种计算目标音频模拟信号和标准音频模拟信号之间的相关系数Pxy的步骤为：

1、计算目标音频模拟信号乘以标准音频模拟信号的积分；

2、计算目标音频模拟信号乘以目标音频模拟信号的积分；

3、计算标准音频模拟信号乘以标准音频模拟信号的积分；

4、采用下述的公式计算相关系数Pxy：

Pxy＝A/(sqrt(B*C))

其中，A是计算得出的目标音频模拟信号乘以标准音频模拟信号的积分，B是计算得出的目标音频模拟信号乘以目标音频模拟信号的积分，C是计算得出的标准音频模拟信号乘以标准音频模拟信号的积分，其中，步骤1、2、3无先后之分，步骤2可以在步骤1之前也可以在步骤3之后，步骤1也可以在步骤3之后。

另一种计算目标音频模拟信号和标准音频模拟信号之间的相关系数Pxy的步骤为：

1、计算目标音频模拟信号的采样点的值乘以标准音频模拟信号的采样点的值，并对其求和；

2、计算目标音频模拟信号的采样点的值乘以目标音频模拟信号的采样点的值，并对其求和；

3、计算标准音频模拟信号的采样点的值乘以标准音频模拟信号的采样点的值，并对其求和；

4、采用下述的公式计算相关系数Pxy：

Pxy＝A/(sqrt(B*C))

其中，A是目标音频模拟信号的采样点的值乘以标准音频模拟信号的采样点的值，并对其求和的结果，B是目标音频模拟信号的采样点的值乘以目标音频模拟信号的采样点的值，并对其求和的结果，C是标准音频模拟信号的采样点的值乘以标准音频模拟信号的采样点的值，并对其求和的结果。

在本实施例中，采用将积分近似按离散点取和的方式进行近似的积分计算，具体的代码如下：

Pxy＝A/(sqrt(B*C))；//计算出相关系数

根据最后计算出来的Pxy的值，就可以判断标准音频模拟信号和目标音频模拟信号的相似度。

在步骤S106中，根据计算所得的相关系数对目标音频模拟信号评分。

如果计算出的相关系数越接近1，则表示摄取到的目标音频模拟信号与标准音频模拟信号的相似度大，则表示摄取到的目标音频模拟信号的质量高，给予高的评分。

图2为本发明实施例提供的音频评分装置的结构，为了便于说明，仅示出了本发明实施例相关的部分。其中，该音频评分装置可以是内置于卡拉OK播放器的软件单元，硬件单元或者软硬结合的单元。在本实施例中，该装置包括：相关系数获取单元21和评分单元22。

其中，相关系数获取单元21利用误差能量计算目标音频模拟信号和标准音频模拟信号之间的相关系数。

评分单元22根据相关系数获取单元21计算得到的相关系数对目标音频模拟信号评分。其中，作为本发明的一个实施例，相关系数获取单元包括：第一误差能量计算子单元、第一目标音频能量计算子单元、第一标准音频能量计算子单元和第一相关系数计算子单元。

其中，第一误差能量计算子单元计算目标音频模拟信号乘以标准音频模拟信号的积分；

第一目标音频能量计算子单元计算目标音频模拟信号乘以目标音频模拟信号的积分；

第一标准音频能量计算子单元计算标准音频模拟信号乘以标准音频模拟信号的积分；

第一相关系数计算子单元采用下述的公式计算相关系数Pxy：

Pxy＝A/(sqrt(B*C))

其中，A是计算得出的目标音频模拟信号乘以标准音频模拟信号的积分，B是计算得出的目标音频模拟信号乘以目标音频模拟信号的积分，C是计算得出的标准音频模拟信号乘以标准音频模拟信号的积分。

其中，作为本发明的另一个实施例，相关系数获取单元包括：第二误差能量计算子单元、第二目标音频能量计算子单元、第二标准音频能量计算子单元和第二相关系数计算子单元。

第二误差能量计算子单元，用于计算目标音频模拟信号的采样点的值乘以标准音频模拟信号的采样点的值，并对其求和；

第二目标音频能量计算子单元计算目标音频模拟信号的采样点的值乘以目标音频模拟信号的采样点的值，并对其求和；

第二标准音频能量计算子单元计算标准音频模拟信号的采样点的值乘以标准音频模拟信号的采样点的值并对其求和；

第二相关系数计算子单元采用下述的公式计算相关系数Pxy：

Pxy＝A/(sqrt(B*C))

其中，A是目标音频模拟信号的采样点的值乘以标准音频模拟信号的采样点的值，并对其求和的结果，B是目标音频模拟信号的采样点的值乘以目标音频模拟信号的采样点的值，并对其求和的结果，C是标准音频模拟信号的采样点的值乘以标准音频模拟信号的采样点的值，并对其求和的结果。

作为本发明的另一个优选实施例，该音频评分装置还包括：赋值单元。

其中，赋值单元统计从目标音频文件和标准音频文件读取的采样点的个数，以个数多的为准，将采样点少的文件补足采样点，并赋值为0。

在本发明实施例中，利用误差能量计算目标音频模拟信号和标准音频模拟信号之间的相关系数，如果计算出的相关系数越接近1，则表示摄取到的目标音频模拟信号与标准音频模拟信号的相似度大，则表示摄取到的目标音频模拟信号的质量高，给予高的评分。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种音频评分方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

利用误差能量计算目标音频模拟信号和标准音频模拟信号之间的相关系数;

根据所述相关系数对目标音频模拟信号评分；

所述利用误差能量计算目标音频模拟信号和标准音频模拟信号之间的相关系数的步骤具体为：

计算目标音频模拟信号乘以标准音频模拟信号的积分；

计算目标音频模拟信号乘以目标音频模拟信号的积分；

计算标准音频模拟信号乘以标准音频模拟信号的积分；

采用下述的公式计算相关系数Pxy：

Pxy=A/(sqrt(B*C))

其中，A是计算得出的目标音频模拟信号乘以标准音频模拟信号的积分，B是计算得出的目标音频模拟信号乘以目标音频模拟信号的积分，C是计算得出的标准音频模拟信号乘以标准音频模拟信号的积分。

2.一种音频评分方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

利用误差能量计算目标音频模拟信号和标准音频模拟信号之间的相关系数;

根据所述相关系数对目标音频模拟信号评分；

所述利用误差能量计算目标音频模拟信号和标准音频模拟信号之间的相关系数的步骤具体为：

计算目标音频模拟信号的采样点的值乘以标准音频模拟信号的采样点的值，并对其求和；

计算目标音频模拟信号的采样点的值乘以目标音频模拟信号的采样点的值，并对其求和；

计算标准音频模拟信号的采样点的值乘以标准音频模拟信号的采样点的值，并对其求和；

采用下述的公式计算相关系数Pxy：

Pxy=A/(sqrt(B*C))

其中，A是目标音频模拟信号的采样点的值乘以标准音频模拟信号的采样点的值，并对其求和的结果，B是目标音频模拟信号的采样点的值乘以目标音频模拟信号的采样点的值，并对其求和的结果，C是标准音频模拟信号的采样点的值乘以标准音频模拟信号的采样点的值，并对其求和的结果。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在利用误差能量计算目标音频模拟信号和标准音频模拟信号之间的相关系数的步骤之前，所述方法还包括下述步骤：

统计从目标音频文件和标准音频文件读取的采样点的个数，以个数多的为准，将采样点少的文件补足采样点，并赋值为0。

4.一种音频评分装置，其特征在于，所述装置包括：

相关系数获取单元，用于利用误差能量计算目标音频模拟信号和标准音频模拟信号之间的相关系数；

评分单元，用于根据所述相关系数对目标音频模拟信号评分；

所述相关系数获取单元包括：

第一误差能量计算子单元，用于计算目标音频模拟信号乘以标准音频模拟信号的积分；

第一目标音频能量计算子单元，用于计算目标音频模拟信号乘以目标音频模拟信号的积分；

第一标准音频能量计算子单元，用于计算标准音频模拟信号乘以标准音频模拟信号的积分；

第一相关系数计算子单元，用于采用下述的公式计算相关系数Pxy：

Pxy=A/(sqrt(B*C))

其中，A是计算得出的目标音频模拟信号乘以标准音频模拟信号的积分，B是计算得出的目标音频模拟信号乘以目标音频模拟信号的积分，C是计算得出的标准音频模拟信号乘以标准音频模拟信号的积分。

5.一种音频评分装置，其特征在于，所述装置包括：

相关系数获取单元，用于利用误差能量计算目标音频模拟信号和标准音频模拟信号之间的相关系数；

评分单元，用于根据所述相关系数对目标音频模拟信号评分；

所述相关系数获取单元包括：

第二误差能量计算子单元，用于计算目标音频模拟信号的采样点的值乘以标准音频模拟信号的采样点的值，并对其求和；

第二目标音频能量计算子单元，用于计算目标音频模拟信号的采样点的值乘以目标音频模拟信号的采样点的值，并对其求和；

第二标准音频能量计算子单元，用于计算标准音频模拟信号的采样点的值乘以标准音频模拟信号的采样点的值，并对其求和；

第二相关系数计算子单元，用于采用下述的公式计算相关系数Pxy：

Pxy=A／(sqrt(B*C))

其中，A是目标音频模拟信号的采样点的值乘以标准音频模拟信号的采样点的值，并对其求和的结果，B是目标音频模拟信号的采样点的值乘以目标音频模拟信号的采样点的值，并对其求和的结果，C是标准音频模拟信号的采样点的值乘以标准音频模拟信号的采样点的值，并对其求和的结果。

6.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

赋值单元，用于统计从目标音频文件和标准音频文件读取的采样点的个数，以个数多的为准，将采样点少的文件补足采样点，并赋值为0。

7.一种卡拉OK播放器，其特征在于，所述卡拉OK播放器包括如权利要求4至6任一项所述的音频评分装置。