CN105304071B - 一种工尺谱乐谱与其音乐midi信号融合装置 - Google Patents

一种工尺谱乐谱与其音乐midi信号融合装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种工尺谱乐谱与其音乐MIDI信号融合装置。工尺谱乐谱图像的水印嵌入区域可嵌入工尺谱乐谱的MIDI水印信息，工尺谱乐谱图像的水印嵌入区域是在工尺谱乐谱图像的音乐语义信息之外进行顺时针向外螺旋扩展；工尺谱乐谱的音乐MIDI信号转换部分包含了对工尺谱乐谱的音乐MIDI信号转换的表述参数，工尺谱乐谱与其MIDI水印信息融合部分包含了MIDI水印信息融合到工尺谱乐谱的嵌入和分解的表述参数，其特征在于所述融合装置包括转换模块、嵌入模块和分解模块。本发明实现了工尺谱乐谱和其音乐MIDI信号的融合，实现了工尺谱乐谱和其音乐MIDI信号的同步传输，实现了能兼容不同人们对同一作品的不同使用。

Description

一种工尺谱乐谱与其音乐MIDI信号融合装置
技术领域
本发明涉及一种工尺谱乐谱与其音乐MIDI信号融合装置。
背景技术
工尺谱是我国传统音乐主要的乐谱记录方法之一，有着一千多年的历史，在我国民族音乐中广为使用，存见的大多数传统剧种（如昆剧等）和中国乐器的乐谱都采用工尺谱为载体，工尺谱乐谱保存了前人大量的音乐遗产，为中国民族音乐的传承与发展做出了巨大贡献。
但是，现代人们对工尺谱乐谱已经非常陌生，国际流行的MIDI音乐信号也是以西方音乐为基础产生与发展的，不适合于我国传统的工尺谱乐谱的信息表示，同时对工尺谱乐谱的识别与理解也存在较大的分歧，迫切需要能兼容合并与分解工尺谱乐谱图像信号与对应的MIDI数字音乐信号的融合装置，从而解决我国传统工尺谱乐谱的存储与传播问题，实现工尺谱乐谱与其MIDI信息的同步传播，使得优秀的中国传统音乐作品能被现代人们所共享与欣赏。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种工尺谱乐谱与其音乐MIDI信号融合装置的技术方案。
所述的一种工尺谱乐谱与其音乐MIDI信号融合装置，包括工尺谱乐谱图像的水印嵌入区域、工尺谱乐谱的音乐MIDI信号转换部分和工尺谱乐谱与其MIDI水印信息融合部分；工尺谱乐谱图像的水印嵌入区域可嵌入工尺谱乐谱的MIDI水印信息，工尺谱乐谱图像的水印嵌入区域是在工尺谱乐谱图像的音乐语义信息之外进行顺时针向外螺旋扩展；工尺谱乐谱的音乐MIDI信号转换部分包含了对工尺谱乐谱的音乐MIDI信号转换的表述参数，工尺谱乐谱与其MIDI水印信息融合部分包含了MIDI水印信息融合到工尺谱乐谱的嵌入和分解的表述参数，其特征在于所述融合装置包括转换模块、嵌入模块和分解模块，
转换模块：实现把工尺谱乐谱的音乐MIDI信号转换为MIDI水印信息；工尺谱乐谱的音乐MIDI信号从头到尾按字节逐个处理，每个字节都转换为二进制，并统一格式化为8位二进制表示形式，即格式为：b8b7b6b5b4b3b2b1,每个bi为0或1，1≤i≤8，且i为正整数，工尺谱乐谱的音乐MIDI信号的字节二进制表示b8b7b6b5b4b3b2b1的取值范围为00000000～11111111，工尺谱乐谱的音乐MIDI信号转换后得到的二进制序列设为B；
嵌入模块：实现把工尺谱乐谱的MIDI水印信息嵌入到工尺谱乐谱图像中，分为两个步骤：
（1）在工尺谱乐谱图像中确定水印嵌入区域:为避免破坏原有工尺谱乐谱的音乐语义信息，在工尺谱乐谱图像四周周边按顺时针向外螺旋扩展，首先计算扩展的宽度，扩展的宽度设为E：设原来的工尺谱乐谱图像为I，它的长和宽分别是H和W，二进制序列B的长度为L，那么原来的工尺谱乐谱图像I四周扩展的宽度为：，其中表示取上界，原来的工尺谱乐谱图像I扩展后得到扩展的工尺谱乐谱图像I′，扩展的工尺谱乐谱图像I′的扩展区域的所有像素都设为背景色；
（2）在水印嵌入区域嵌入MIDI水印信息：以扩展的工尺谱乐谱图像I′左上角像素为起点，按上边、右边、下边、左边的顺序，顺时针从外向内旋转逐个像素嵌入MIDI水印信息；首先在扩展的工尺谱乐谱图像I′左上角第一个像素开始的16个像素，嵌入二进制序列B长度L的16位二进制表示；然后对二进制序列B按顺序逐个位数嵌入到扩展的工尺谱乐谱图像I′中, 如果待嵌入的当前MIDI水印信息为1，那么把扩展的工尺谱乐谱图像I′中对应的像素设为前景色，否则设为背景色，最后得到嵌入MIDI水印信息后的工尺谱乐谱图像I″；
分解模块：当需要提取出嵌入MIDI水印信息后的工尺谱乐谱图像I″中的音乐MIDI信号和原来的工尺谱乐谱图像I信号的时候，可以利用分解模块分解得到，具体方法是：
（a）先提取嵌入MIDI水印信息后的工尺谱乐谱图像I″中左上角第一个像素开始的第一行的前16个像素，把它们按前景色为1，背景色为0，转换为16个0/1组成的序列，然后转化为十进制数，得到已嵌入MIDI水印信息的二进制序列B的长度L；
（b）从第17个像素开始，按顺时针，先上边、再右边、下边和左边顺序，从外向内，逐个像素提取，一共提取L个像素，把L个像素按前景色为1，背景色为0，转换为长度为L的0/1序列，就是MIDI水印信息，再把这个序列从头到尾按8位分割，把每个分割的单位转换为一个字节，就得到了音乐MIDI信号，再把音乐MIDI信号存储到文件中；
（c）把新文件用后缀为.mid来保存，就得到了纯粹的MIDI文件，它不包含图像信息；
（d）删除嵌入MIDI水印信息后的工尺谱乐谱图像I″中上边、右边、下边和左边宽度是E的扩展区域，就可以得到原有的工尺谱乐谱图像I。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1.本发明可对工尺谱乐谱进行正常的使用，嵌入后的MIDI水印信息不会破坏原有工尺谱乐谱的音乐语义信息，不会使阅读者产生歧义；
2.本发明能同步传输工尺谱乐谱的图像信号信息与对应的音乐MIDI信号信息；
3.本发明产生的嵌入MIDI水印信息后的工尺谱乐谱图像能同时校验工尺谱乐谱的音乐语义信息与嵌入的MIDI水印信息中的音乐语义信息之间的异同性，从而判断出传输和使用过程中是否存在信号失真现象。
附图说明
图1 是普通的工尺谱乐谱；
图2 是工尺谱乐谱图像嵌入其MIDI水印信息后的新图像；
图3 是本发明的处理流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明：
图1为普通的工尺谱乐谱，它的基本结构是：有效的音乐语义信息集中在乐谱图像的中间，四周是无效的方框和背景色。
图2为利用本发明的融合装置后，在图1中嵌入其MIDI水印信息后得到的新图像，通过观察发现，新图像中的原有的工尺谱乐谱的音乐语义信息都没有遭到破坏，而且在图像四周嵌入了MIDI水印信息，这些信息也不会影响对原有的乐谱的阅读和使用。
图3为本发明的处理流程图。
一种工尺谱乐谱与其音乐MIDI信号融合装置，包括工尺谱乐谱图像的水印嵌入区域、工尺谱乐谱的音乐MIDI信号转换部分和工尺谱乐谱与其MIDI水印信息融合部分；工尺谱乐谱图像的水印嵌入区域可嵌入工尺谱乐谱的MIDI水印信息，工尺谱乐谱图像的水印嵌入区域是在工尺谱乐谱图像的音乐语义信息之外进行顺时针向外螺旋扩展；工尺谱乐谱的音乐MIDI信号转换部分包含了对工尺谱乐谱的音乐MIDI信号转换的表述参数，工尺谱乐谱与其MIDI水印信息融合部分包含了MIDI水印信息融合到工尺谱乐谱的嵌入和分解的表述参数，所述融合装置包括转换模块、嵌入模块和分解模块。
转换模块：实现把工尺谱乐谱的音乐MIDI信号转换为MIDI水印信息；工尺谱乐谱的音乐MIDI信号从头到尾按字节逐个处理，每个字节都转换为二进制，并统一格式化为8位二进制表示形式，即格式为：b8b7b6b5b4b3b2b1,每个bi为0或1，1≤i≤8，且i为正整数，工尺谱乐谱的音乐MIDI信号的字节二进制表示b8b7b6b5b4b3b2b1的取值范围为00000000～11111111，工尺谱乐谱的音乐MIDI信号转换后得到的二进制序列设为B。
嵌入模块：实现把工尺谱乐谱的MIDI水印信息嵌入到工尺谱乐谱图像中，分为两个步骤：
（1）在工尺谱乐谱图像中确定水印嵌入区域:为避免破坏原有工尺谱乐谱的音乐语义信息，在工尺谱乐谱图像四周周边按顺时针向外螺旋扩展，首先计算扩展的宽度，扩展的宽度设为E：设原来的工尺谱乐谱图像为I，它的长和宽分别是H和W，二进制序列B的长度为L，那么原来的工尺谱乐谱图像I四周扩展的宽度为：，其中表示取上界，原来的工尺谱乐谱图像I扩展后得到扩展的工尺谱乐谱图像I′，扩展的工尺谱乐谱图像I′的扩展区域的所有像素都设为背景色；
（2）在水印嵌入区域嵌入MIDI水印信息：以扩展的工尺谱乐谱图像I′左上角像素为起点，按上边、右边、下边、左边的顺序，顺时针从外向内旋转逐个像素嵌入MIDI水印信息；首先在扩展的工尺谱乐谱图像I′左上角第一个像素开始的16个像素，嵌入二进制序列B长度L的16位二进制表示；然后对二进制序列B按顺序逐个位数嵌入到扩展的工尺谱乐谱图像I′中, 如果待嵌入的当前MIDI水印信息为1，那么把扩展的工尺谱乐谱图像I′中对应的像素设为前景色，否则设为背景色，最后得到嵌入MIDI水印信息后的工尺谱乐谱图像I″。
分解模块：当需要提取出嵌入MIDI水印信息后的工尺谱乐谱图像I″中的音乐MIDI信号和原来的工尺谱乐谱图像I信号的时候，可以利用分解模块分解得到，具体方法是：
（a）先提取嵌入MIDI水印信息后的工尺谱乐谱图像I″中左上角第一个像素开始的第一行的前16个像素，把它们按前景色为1，背景色为0，转换为16个0/1组成的序列，然后转化为十进制数，得到已嵌入MIDI水印信息的二进制序列B的长度L；
（b）从第17个像素开始，按顺时针，先上边、再右边、下边和左边顺序，从外向内，逐个像素提取，一共提取L个像素，把L个像素按前景色为1，背景色为0，转换为长度为L的0/1序列，就是MIDI水印信息，再把这个序列从头到尾按8位分割，把每个分割的单位转换为一个字节，就得到了音乐MIDI信号，再把音乐MIDI信号存储到文件中；
（c）把新文件用后缀为.mid来保存，就得到了纯粹的MIDI文件，它不包含图像信息；
（d）删除嵌入MIDI水印信息后的工尺谱乐谱图像I″中上边、右边、下边和左边宽度是E的扩展区域，就可以得到原有的工尺谱乐谱图像I。
本发明实现了工尺谱乐谱和其音乐MIDI信号的融合，实现了工尺谱乐谱和其音乐MIDI信号的同步传输，实现了能兼容不同人们对同一作品的不同使用，即可使用工尺谱乐谱携带的音乐信息，也可使用MIDI水印信息携带的音乐语义信息。
当用户在阅读工尺谱乐谱的同时，通过此工尺谱乐谱中嵌入的MIDI水印信息，可以很方便地判断工尺谱乐谱携带的信息与MIDI水印信息携带的信息的异同性。此融合装置还实现了音频信号与图像信号的同步存储与传输。

Claims (1)

1.一种工尺谱乐谱与其音乐MIDI信号融合装置，包括工尺谱乐谱图像的水印嵌入区域、工尺谱乐谱的音乐MIDI信号转换部分和工尺谱乐谱与其MIDI水印信息融合部分；工尺谱乐谱图像的水印嵌入区域嵌入工尺谱乐谱的MIDI水印信息，工尺谱乐谱图像的水印嵌入区域是在工尺谱乐谱图像的音乐语义信息之外进行顺时针向外螺旋扩展；工尺谱乐谱的音乐MIDI信号转换部分包含了对工尺谱乐谱的音乐MIDI信号转换的表述参数，工尺谱乐谱与其MIDI水印信息融合部分包含了MIDI水印信息融合到工尺谱乐谱的嵌入和分解的表述参数，其特征在于所述融合装置包括转换模块、嵌入模块和分解模块，
转换模块：实现把工尺谱乐谱的音乐MIDI信号转换为MIDI水印信息；工尺谱乐谱的音乐MIDI信号从头到尾按字节逐个处理，每个字节都转换为二进制，并统一格式化为8位二进制表示形式，即格式为：b8b7b6b5b4b3b2b1,每个bi为0或1，1≤i≤8，且i为正整数，工尺谱乐谱的音乐MIDI信号的字节二进制表示b8b7b6b5b4b3b2b1的取值范围为00000000～11111111，工尺谱乐谱的音乐MIDI信号转换后得到的二进制序列设为B；
嵌入模块：实现把工尺谱乐谱的MIDI水印信息嵌入到工尺谱乐谱图像中，分为两个步骤：
（1）在工尺谱乐谱图像中确定水印嵌入区域:为避免破坏原有工尺谱乐谱的音乐语义信息，在工尺谱乐谱图像四周周边按顺时针向外螺旋扩展，首先计算扩展的宽度，扩展的宽度设为E：设原来的工尺谱乐谱图像为I，它的长和宽分别是H和W，二进制序列B的长度为L，那么原来的工尺谱乐谱图像I四周扩展的宽度为：，其中表示取上界，原来的工尺谱乐谱图像I扩展后得到扩展的工尺谱乐谱图像I′，扩展的工尺谱乐谱图像I′的扩展区域的所有像素都设为背景色；
（2）在水印嵌入区域嵌入MIDI水印信息：以扩展的工尺谱乐谱图像I′左上角像素为起点，按上边、右边、下边、左边的顺序，顺时针从外向内旋转逐个像素嵌入MIDI水印信息；首先在扩展的工尺谱乐谱图像I′左上角第一个像素开始的16个像素，嵌入二进制序列B长度L的16位二进制表示；然后对二进制序列B按顺序逐个位数嵌入到扩展的工尺谱乐谱图像I′中, 如果待嵌入的当前MIDI水印信息为1，那么把扩展的工尺谱乐谱图像I′中对应的像素设为前景色，否则设为背景色，最后得到嵌入MIDI水印信息后的工尺谱乐谱图像I″；
分解模块：当需要提取出嵌入MIDI水印信息后的工尺谱乐谱图像I″中的音乐MIDI信号和原来的工尺谱乐谱图像I信号时，利用分解模块分解得到，具体方法是：
（a）先提取嵌入MIDI水印信息后的工尺谱乐谱图像I″中左上角第一个像素开始的第一行的前16个像素，把它们按前景色为1，背景色为0，转换为16个0/1组成的序列，然后转化为十进制数，得到已嵌入MIDI水印信息的二进制序列B的长度L；
（b）从第17个像素开始，按顺时针，先上边、再右边、下边和左边顺序，从外向内，逐个像素提取，一共提取L个像素，把L个像素按前景色为1，背景色为0，转换为长度为L的0/1序列，就是MIDI水印信息，再把这个序列从头到尾按8位分割，把每个分割的单位转换为一个字节，就得到了音乐MIDI信号，再把音乐MIDI信号存储到文件中；
（c）把新文件用后缀为.mid来保存，就得到了纯粹的MIDI文件，它不包含图像信息；
（d）删除嵌入MIDI水印信息后的工尺谱乐谱图像I″中上边、右边、下边和左边宽度是E的扩展区域，即得到原有的工尺谱乐谱图像I。
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