CN105575199A - 一种智能音乐教学系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能音乐教学系统，包括通过通讯模块相连的教师模块和若干学生模块，所述学生模块包括模拟试题数据库，训练试题数据库，乐理模拟训练模块，试唱训练模块，疑难问题汇总模块，任务接收模块，人机操作模块，显示屏，中央处理器，数据共享模块，语音模块。本发明将学习、练习和测试很好的结合在一起，大大提高了学习效率，每个学习者均采用量身定做的练习试题，针对性强，疑难问题汇总模块的设计，一方面方便了学习者的学习，另一方面可以使得教师更加了解学习者的情况，从而进行因材施教，且可满足乐理、视唱、练耳、声乐同时教学的要求。

Description

一种智能音乐教学系统

技术领域

本发明涉及教学领域，具体涉及一种智能音乐教学系统。

背景技术

音乐教育，尤其是专业音乐教育，是通过基本技能及艺术实践知识的传授培养高等技术应用型人才，教育的一个最终目的是使学生具有较强的声乐、器乐表演能力和音乐鉴赏及辨别能力，掌握音乐作品的分析方法。

在音乐教育的教学过程中，主要课程包括乐理、视唱、练耳、声乐、器乐、歌曲写作、舞台表演、心理学等，目前的教学系统大多只能满足上述某一个教学要求的，使用局限性大。

同时，由于教师要面对多数学生，所以在讲解课题的时候，往往缺乏针对性，同时由于授课时间的规定，多数学生会存在对上课所授知识不理解的情况。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种智能音乐教学系统，将学习、练习和测试很好的结合在一起，大大提高了学习效率，每个学习者均采用量身定做的练习试题，针对性强，疑难问题汇总模块的设计，一方面方便了学习者的学习，另一方面可以使得教师更加了解学习者的情况，从而进行因材施教，且可满足乐理、视唱、练耳、声乐同时教学的要求。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种智能音乐教学系统，包括通过通讯模块相连的教师模块和若干学生模块，所述学生模块包括

模拟试题数据库，用于储存与乐理相关各种的模拟试题；

训练试题数据库，用于储存各种试唱的旋律模板；

乐理模拟训练模块，用于随机在模拟试题数据库内选取一定数量的不同类型的模拟试题进行随机训练，并将模拟训练的结果发送到显示屏进行显示，同时发送到中央处理器进行评估；

试唱训练模块，用于随机在训练试题数据库中选取一定数量的旋律模板进行试唱训练，并将试唱训练的结果发送到显示屏进行显示，同时发送到中央处理器进行评估；

疑难问题汇总模块，用于汇总并储存乐理模拟训练模块、试唱训练模块以及上课过程中的遇到的疑难问题，并将这些数据发送到中央处理器；

任务接收模块，用于接收教师模块所发送的训练试题以及每天需要完成的任务；

人机操作模块，用于进行各种试题答案、疑难问题资料、任务接收模块内任务的完成数据以及数据调用命令的输入，并将输入的数据发送到中央处理器；

显示屏，用于进行教学视频、教学音频、教学文本以及教学图片的播放，内设转换模块，可以根据需要将教学音频转换成文字播放，也可以根据需要将教学文本转换成音频播放；用于显示人机操作模块输入的各种数据以及乐理模拟训练模块的模拟训练的结果、试唱训练模块的试唱训练的结果；显示教师模块发送到的训练试题和任务；

中央处理器，用于接收人机操作模块输入的试题答案，并根据预设的评估方法对乐理模拟训练模块的模拟训练的结果、试唱训练模块的试唱训练的结果进行评估，并将评估结果发送教师模块，发送到显示屏进行显示；用于接收人机操作模块输入的任务完成数据以及疑难问题汇总模块汇总的资料，并将这些资料发送到教师模块；用于接收人机操作模块输入的数据调用命令，并在相应数据库内调用相应的数据发送到显示屏进行显示；并用于添加用户、删除用户、密码修改、权限管理；

数据共享模块，用于通过下载或打印的方式共享模拟试题数据库、训练试题数据库以及任务接收模块内的数据；

语音模块，用于通过语音模式播放试题解析过程并可以根据需要选择语言的种类。

优选地，所述模拟试题数据库和训练试题数据库均连接有一数据库更新模块，用于通过3G网络、Wi-Fi网络方式更新数据库内的数据。

优选地，所述教师模块用于录入相关的教学视频、教学音频、教学文字和教学图片数据；用于根据接收到的乐理模拟训练模块和试唱训练模块的评估结果针对性的给学生发送每天需要完成的任务，并接收和评估任务的完成结果；接收并处理中央处理器发送的疑难问题汇总模块的数据，并将处理结果发送到数据库进行储存，发送到显示屏进行显示。

优选地，所述人机操作模块包括图片输入模块、语音输入模块和文字输入模块。

优选地，所述语音输入模块采用麦克风，文字输入模块采用手写板和键盘，所述图片输入模块采用扫描仪和摄像头。

优选地，还包括一数据库，用于储存整个教学过程中所发生的所有数据，并将这些数据按照日期进行归类储存。

本发明具有以下有益效果：

将学习、练习和测试很好的结合在一起，大大提高了学习效率，每个学习者均采用量身定做的练习试题，针对性强，疑难问题汇总模块的设计，一方面方便了学习者的学习，另一方面可以使得教师更加了解学习者的情况，从而进行因材施教，且可满足乐理、视唱、练耳、声乐同时教学的要求。

附图说明

图1为本发明实施例一种智能音乐教学系统的系统框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种智能音乐教学系统，包括通过通讯模块相连的教师模块和若干学生模块，所述学生模块包括

模拟试题数据库，用于储存与乐理相关各种的模拟试题；

训练试题数据库，用于储存各种试唱的旋律模板；

乐理模拟训练模块，用于随机在模拟试题数据库内选取一定数量的不同类型的模拟试题进行随机训练，并将模拟训练的结果发送到显示屏进行显示，同时发送到中央处理器进行评估；

试唱训练模块，用于随机在训练试题数据库中选取一定数量的旋律模板进行试唱训练，并将试唱训练的结果发送到显示屏进行显示，同时发送到中央处理器进行评估；

疑难问题汇总模块，用于汇总并储存乐理模拟训练模块、试唱训练模块以及上课过程中的遇到的疑难问题，并将这些数据发送到中央处理器；

任务接收模块，用于接收教师模块所发送的训练试题以及每天需要完成的任务；

人机操作模块，用于进行各种试题答案、疑难问题资料、任务接收模块内任务的完成数据以及数据调用命令的输入，并将输入的数据发送到中央处理器；

显示屏，用于进行教学视频、教学音频、教学文本以及教学图片的播放，内设转换模块，可以根据需要将教学音频转换成文字播放，也可以根据需要将教学文本转换成音频播放；用于显示人机操作模块输入的各种数据以及乐理模拟训练模块的模拟训练的结果、试唱训练模块的试唱训练的结果；显示教师模块发送到的训练试题和任务；

中央处理器，用于接收人机操作模块输入的试题答案，并根据预设的评估方法对乐理模拟训练模块的模拟训练的结果、试唱训练模块的试唱训练的结果进行评估，并将评估结果发送教师模块，发送到显示屏进行显示；用于接收人机操作模块输入的任务完成数据以及疑难问题汇总模块汇总的资料，并将这些资料发送到教师模块；用于接收人机操作模块输入的数据调用命令，并在相应数据库内调用相应的数据发送到显示屏进行显示；并用于添加用户、删除用户、密码修改、权限管理；

数据共享模块，用于通过下载或打印的方式共享模拟试题数据库、训练试题数据库以及任务接收模块内的数据；

语音模块，用于通过语音模式播放试题解析过程并可以根据需要选择语言的种类。

所述模拟试题数据库和训练试题数据库均连接有一数据库更新模块，用于通过3G网络、Wi-Fi网络方式更新数据库内的数据。

所述教师模块用于录入相关的教学视频、教学音频、教学文字和教学图片数据；用于根据接收到的乐理模拟训练模块和试唱训练模块的评估结果针对性的给学生发送每天需要完成的任务，并接收和评估任务的完成结果；接收并处理中央处理器发送的疑难问题汇总模块的数据，并将处理结果发送到数据库进行储存，发送到显示屏进行显示。

所述人机操作模块包括图片输入模块、语音输入模块和文字输入模块。

所述语音输入模块采用麦克风，文字输入模块采用手写板和键盘，所述图片输入模块采用扫描仪和摄像头。

还包括一数据库，用于储存整个教学过程中所发生的所有数据，并将这些数据按照日期进行归类储存。

所述中央处理器内设有

声音处理模块，用于对采集到的语音进行消噪处理，获得消噪处理声音信号；

音高提取器，用于从消噪处理声音信号逐语音帧提取音高；

节拍提取器，用于从音高提取器获取语音的音帧的音高，累积分析语音帧的音高变化情况，判断出其中包含的旋律段后提取该旋律段的节拍信息；

乐理信息解码器，用于根据预先建立的音符音高模型集，利用提取的音高分别计算出当前语音帧属于所述音符音高模型集中各个音符音高模型的概率值，根据计算的概率值以及音符音高模型集对当前语音帧进行音符音高模型匹配识别，若当前语音帧与其前一相邻语音帧分属不同的音符音高模型时，记录下当前语音帧号；在按照上述方式依序处理完采集到的语音的所有语音帧后，确定出采集到的语音所对应的音符音高模型序列以及序列中各个音符音高模型的起始语音帧号，计算出所述各个音符音高模型各自所持续的语音帧数，并通过节拍提取器提取采集到的语音包含的节拍信息；根据预先建立的音符时值模型集，从确定的音符音高模型序列中依次选取出一个音符音高模型，利用其所持续的语音帧数分别计算出所述音符音高模型属于所述音符时值模型集中各个音符时值模型的概率值，进行音符时值模型匹配识别；在按照上述方式依序处理完所确定的全部音符音高模型序列后，得出采集到的语音所包含的各个音符音高模型序列以及各个音符音高模型持续语音帧数所对应的音符时值模型，形成一组<音符音高模型，音符时值模型>序列；

乐理处理与变换器，用于根据音高提取器提取的音高和节拍提取器提取的节拍信息，对确定出的采集到的语音的<音符音高模型，音符时值模型>序列进行乐理转换处理，得到对应的<标准音符，标准时值>序列；

乐谱生成器，用于根据所述<标准音符，标准时值>序列生成对应的乐谱；

音符及时长信息标注器，用于将训练语料库中采集的每一个试唱样本参照其对应的歌谱标注好其中的音符名称以及该音符时值被试唱的时长，保存到标注文件中；音高及时值特征提取器，用于从试唱语料中，根据标注文件的定义为每个标注好的音符名称提取其对应语音帧的音高，按照音符名称进行分类保存，并根据标注文件的定义为每个标注好的音符时值提取其对应的语音帧数，作为该音符时值的试唱时长，按照音符时值名称进行分类保存；

知识导入器，用于进行音符音高模型及音符时值模型的高斯混合概率密度函数工作参数的初始化，对于每一个音符音高模型，将该音符的国际标准音高作为所述工作参数的初始期望均值，对于每一个音符时值模型，将该音符时值的国际标准时长作为所述工作参数的初始期望均值；

第一乐理训练器，用于进行音符音高模型工作参数的训练，对于每一个音符音高模型，在音符音高模型参数初始化的基础上，利用从试唱语料中提取出来的该音符的音高值作为观察样本值，利用期望最大化算法进行最大似然估计，确定音符音高模型高斯混合概率密度输出函数的各个工作参数，然后依次根据上述方式训练得到的每一个音符音高模型，将试唱语料中提取出来的所有音高观察样本值划分成两类，一类是属于该音符音高模型的接受域，另一类是不属于该音符音高模型的拒绝域，利用后验概率和似然比分析的方法对所述接受域和拒绝域进行处理以确定该音符音高模型的拒识阈值；还用于进行音符时值模型工作参数的训练，对于每一个音符时值模型，在音符时值模型参数初始化的基础上，利用从试唱语料中提取出来的该音符的试唱时长所对应的语音帧数作为观察样本值，利用期望最大化算法进行最大似然估计，确定音符时值模型高斯混合概率密度输出函数的各个工作参数，然后依次对按照上述方式训练得到的每一个音符时值模型，将试唱语料中提取出来的所有时值观察样本值划分成两类，一类是属于该音符时值模型的接受域，另一类是不属于该音符时值模型的拒绝域，利用后验概率和似然比分析的方法对所述接受域和拒绝域进行处理以确定该音符时值模型的拒识阈值；旋律模板加载器，用于加载预先设定好的若干旋律模板，以便用户按照所述旋律模板中约定的音符及时值序列进行试唱；

个性试唱采集器，用于采集用户按照上述旋律模板约定的内容进行试唱的语音；音高及时值提取器，用于从通过个性试唱采集器采集的试唱语音中，根据旋律模板的定义为每个音符名称提取其对应语音帧的音高，并根据旋律模板的定义为每个音符时值提取其对应的语音帧数；

第二乐理训练器，用于选取若干旋律片段作为固定试唱模板，每一个试唱模板由一组特定的<音符，时值>序列组成，用户按照试唱模板逐一进行试唱，采集试唱语音；然后对采集到的试唱语音逐帧提取音高，根据试唱模板的乐理知识得到该用户试唱各个音符时的个性音高值，作为新的观察样本值，重新利用期望最大化算法进行最大似然估计，分别对音符音高模型集中的各个音符音高模型参数进行重估训练；再对逐帧提取到的音高特征进行连续分析，根据试唱模板的乐理知识得到该用户试唱各个音符时，相对于标准时值所表现出的个性时长，作为新的观察样本值，重新利用期望最大化算法进行最大似然估计，分别对音符时值模型集中的各个音符时值模型参数进行重估训练；最后将通过重估训练得到的各个音符音高模型的新参数以及通过重估训练得到的各个音符时值模型的新参数，更新到乐理高斯混合模型库，得到反映该用户发音特点的新的乐理高斯混合模型参数。

本具体实施将学习、练习和测试很好的结合在一起，大大提高了学习效率，每个学习者均采用量身定做的练习试题，针对性强，疑难问题汇总模块的设计，一方面方便了学习者的学习，另一方面可以使得教师更加了解学习者的情况，从而进行因材施教，且可满足乐理、视唱、练耳、声乐同时教学的要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种智能音乐教学系统，包括通过通讯模块相连的教师模块和若干学生模块，其特征在于，所述学生模块包括

模拟试题数据库，用于储存与乐理相关各种的模拟试题；

训练试题数据库，用于储存各种试唱的旋律模板；

乐理模拟训练模块，用于随机在模拟试题数据库内选取一定数量的不同类型的模拟试题进行随机训练，并将模拟训练的结果发送到显示屏进行显示，同时发送到中央处理器进行评估；

试唱训练模块，用于随机在训练试题数据库中选取一定数量的旋律模板进行试唱训练，并将试唱训练的结果发送到显示屏进行显示，同时发送到中央处理器进行评估；

疑难问题汇总模块，用于汇总并储存乐理模拟训练模块、试唱训练模块以及上课过程中的遇到的疑难问题，并将这些数据发送到中央处理器；

任务接收模块，用于接收教师模块所发送的训练试题以及每天需要完成的任务；

人机操作模块，用于进行各种试题答案、疑难问题资料、任务接收模块内任务的完成数据以及数据调用命令的输入，并将输入的数据发送到中央处理器；

显示屏，用于进行教学视频、教学音频、教学文本以及教学图片的播放，内设转换模块，可以根据需要将教学音频转换成文字播放，也可以根据需要将教学文本转换成音频播放；用于显示人机操作模块输入的各种数据以及乐理模拟训练模块的模拟训练的结果、试唱训练模块的试唱训练的结果；显示教师模块发送到的训练试题和任务；

中央处理器，用于接收人机操作模块输入的试题答案，并根据预设的评估方法对乐理模拟训练模块的模拟训练的结果、试唱训练模块的试唱训练的结果进行评估，并将评估结果发送教师模块，发送到显示屏进行显示；用于接收人机操作模块输入的任务完成数据以及疑难问题汇总模块汇总的资料，并将这些资料发送到教师模块；用于接收人机操作模块输入的数据调用命令，并在相应数据库内调用相应的数据发送到显示屏进行显示；并用于添加用户、删除用户、密码修改、权限管理；

数据共享模块，用于通过下载或打印的方式共享模拟试题数据库、训练试题数据库以及任务接收模块内的数据；

语音模块，用于通过语音模式播放试题解析过程并可以根据需要选择语言的种类。

2.根据权利要求1所述的一种智能音乐教学系统，其特征在于，所述模拟试题数据库和训练试题数据库均连接有一数据库更新模块，用于通过3G网络、Wi-Fi网络方式更新数据库内的数据。

3.根据权利要求1所述的一种智能音乐教学系统，其特征在于，所述教师模块用于录入相关的教学视频、教学音频、教学文字和教学图片数据；用于根据接收到的乐理模拟训练模块和试唱训练模块的评估结果针对性的给学生发送每天需要完成的任务，并接收和评估任务的完成结果；接收并处理中央处理器发送的疑难问题汇总模块的数据，并将处理结果发送到数据库进行储存，发送到显示屏进行显示。

4.根据权利要求1所述的一种智能音乐教学系统，其特征在于，所述人机操作模块包括图片输入模块、语音输入模块和文字输入模块。

5.根据权利要求4所述的一种智能音乐教学系统，其特征在于，所述语音输入模块采用麦克风，文字输入模块采用手写板和键盘，所述图片输入模块采用扫描仪和摄像头。

6.根据权利要求1所述的一种智能音乐教学系统，其特征在于，还包括一数据库，用于储存整个教学过程中所发生的所有数据，并将这些数据按照日期进行归类储存。