CN110889787A - 一种音乐教学辅助系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种音乐教学辅助系统，属于教学领域，包括曲库管理模块、教学模块、视唱学习模块、练耳学习模块、用户数据模块、人机交互模块、处理单元以及数据库模块。本发明提供了全新的音乐学习方式，是一种实用性强的现代化教学手段，使抽象的音乐理论变得更加生动真实，完整实现了教学练习、视唱练习和练耳练习，实时给出练习结果反馈并提供个性化学习模式，给使用者全新的使用体验，降低练习对教师的依赖，降低人力成本，提高自学效率，在音乐教学中具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于教学领域，特别涉及一种音乐教学辅助系统。
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。
在计算机技术和互联网技术的不断发展和进步下，计算机已经成为一种有效的辅助音乐学习的手段，数字化音乐教学开始成为一种新型的教育手段，由学员自己运用各种教学软件操作，自主掌握教学进度和学习教学内容。在音乐教学过程中，这种有效的多媒体教学已经被广泛使用。
但是，目前市面上的音乐教学系统并没有多大的应用价值，实践性不强，用于联系的模式也不多，学习者在这种情况下不能通过系统来检验自己的学习效果。有些音乐教学系统具有交互模式，但是只能进行基本的问答模式进行交互，完全没有体现计算机强大的多媒体功能。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种音乐教学辅助系统，使抽象的音乐理论变得更加生动真实，实现教学练习、视唱练习和练耳练习，实时给出练习结果反馈并提供个性化学习模式，提高自学的效率。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现：
一种音乐教学辅助系统，包括曲库管理模块、教学模块、视唱学习模块、练耳学习模块、用户数据模块、人机交互模块、处理单元以及数据库模块；所述曲库管理模块，用于曲目录入以及曲目管理；所述教学模块；用于选择播放模式并播放MIDI文件；视唱学习模块；用于采集用户的音频数据，并进行特征提取获得用户视唱特征，将用户视唱特征与MIDI文件的视唱特征进行匹配，将匹配结果进行打分，反馈给用户；所述练耳学习模块，用于随机选择曲目供用户进行练习和测验，并将结果反馈给用户；所述用户数据管理模块包括用户模块和成绩管理模块；所述用户模块包括用户登陆模块、新建用户模块以及用户管理模块；所述成绩管理模块，用于个人视唱学习记录查询，个人练耳学习记录查询，所有测验成绩排行；人机交互模块，用于进行人机交互，输入各种控制命令和数据调用命令；处理单元，用于人机交互模块输入的各种控制命令，并按照预设的算法发送到对应的模块；用于根据人机交互模块输入的数据调用命令在指定的数据库内查询相应的数据发送到显示屏或指定的移动终端，用于用户注册，权限管理以及密码的修改；数据库模块，用于根据处理单元设定的权限实现各数据库内数据的共享。
进一步地，所述曲目录入为选择曲目，将曲目的图谱文件和声音文件分别导入，在导入的过程中完善曲目描述信息，比如曲目的名称、类别等，根据声音文件提取曲目音频特征，将相应文件按指定路径进行存储后，将曲目信息和特征信息存入数据库，完成曲库的建立。
进一步地，所述曲目管理为对曲目信息进行更新和删除，曲目的删除需要将数据库中多张表的相关记录一起删除，保持数据的一致性。
进一步地，所述播放模式包括顺序播放、随机播放、选择类型播放以及根据历史成绩播放；
进一步地，所述播放MIDI文件过程如下：a、检测是否有设备来进行MIDI音频的播放；b、在系统的内存中打开MIDI文件，将MIDI设备打开，使之与MIDI驱动程序联通；c、将MIDI文件头块中的信息进行初始化有关的所有变量进行提取，并将MIDI设备也同时进行提取；d、将MIDI文件中所有音轨数据进行提取，同时对这些数据的解码进行处理，也对MIDI信息进行处理，进入MIDI播放；在MIDI文件播放完毕后，必须将资源进行释放并重新分配，关闭MIDI音频输出设备，关闭MIDI文件。
进一步地，所述视唱学习模块基本步骤为：1、通过输入设备，把用户的视唱信号输入计算机，该信号以PCM编码的WAV音频数据格式进行存储；2、将用户输入的PCM信号经过直流偏移消除的预处理，去除其中的干扰信号；3、调用音频特征提取方法对预处理后的音频数据进行特征提取，得到所需要的音高特征序列；4、将得到的音高特征序列进行平滑处理，去除一些异常的噪音值；5、将已进行平滑处理的音高特征序列根据预设的算法转换成半音格式；6、将视唱曲目对应的MIDI文件，经过特征提取和半音转换，与用户视唱特征进行匹配；7、将匹配结果进行打分，反馈给用户。
进一步地，所述练耳学习模块具体为：选择待练耳曲目，得到待练耳曲目的MIDI文件和图谱文件，同时随机选择多个其他曲目的图谱文件，与待练耳曲目组成备选答案，播放待练耳曲目，用户选择答案，并将结果反馈给用户。
进一步地，所述用户登陆模块，用于用户输入用户名和密码进行登陆，未正确登陆相关功能不可用，普通用户不可使用用户删除等功能，管理员用户可使用所有功能；所述新建用户模块，用于用户输入要创建的用户名和密码，密码需要重复输入两次，只有两次密码输入相同时，添加才能成功，当输入的用户名已经存在时应该提示用户名已存在；所述用户管理模块，用于罗列显示所有在线的用户，对这些用户进行深度的管理，对一般的用户，只有浏览的权限，对于管理员，具有删除用户的权限；选定要删除的用户，点击删除后弹出确认窗口，当确认要删除后，才删除用户信息，管理员也可以选定某一用户进行密码和用户名的修改。
本发明的有益效果是：
本发明提供了全新的音乐学习方式，是一种实用性强的现代化教学手段，使抽象的音乐理论变得更加生动真实，完整实现了教学练习、视唱练习和练耳练习，实时给出练习结果反馈并提供个性化学习模式，给使用者全新的使用体验，降低练习对教师的依赖，降低人力成本，提高自学效率，在音乐教学中具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明一种音乐教学辅助系统的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供一种音乐教学辅助系统，包括曲库管理模块、教学模块、视唱学习模块、练耳学习模块、用户数据模块以及人机交互模块。
曲库管理模块，用于曲目录入以及曲目管理；曲目是视唱学习模块、练耳学习模块的基础，只有建立了基本的曲目库才能进行正常的教学和练习。
曲目录入为选择曲目，将曲目的图谱文件和声音文件分别导入，在导入的过程中完善曲目描述信息，比如曲目的名称、类别等，根据声音文件提取曲目音频特征，将相应文件按指定路径进行存储后，将曲目信息和特征信息存入数据库，完成曲库的建立。曲目管理为对曲目信息进行更新和删除，曲目的删除需要将数据库中多张表的相关记录一起删除，保持数据的一致性。
教学模块，用于选择播放模式并播放MIDI文件。
播放模式包括顺序播放、随机播放、选择类型播放以及根据历史成绩播放。
顺序播放，顺序播放只需要从MIDI文件默认存储路径下，依次读取各MIDI文件即可。
随机播放，系统首先产生与训练曲目数目相同的随机数，并逐个送入数组内，此时随机数的次序是他们产生的先后顺序，训练曲目名称也保存在数组中，然后将两数组的次序相对应并随机数做大小排序，随机数做什么样的次序变动训练曲目名称也做什么样的变动，当随机数排好序时，训练曲目名也完成一次随机排序。
随机数的产生调用系统的随机函数，同时每次取随机时，系统用当时的系统时间来确定一个整数，并使随机函数运行该整数次后再取随机数，实际上这是从随机函数结果数列中随机选取成员，因为用户使用系统的时间是十分随机的，因此可以使得产生的结果具有随机性。
选择类型播放，在数据库的music表中存有曲目类别的字段，此时使用标准SQL语句进行选择，就可以得到某种类别的曲目名、存储路径等信息。
根据历史成绩播放，数据库中Score_Sing和Score_Ear两表中保存视唱和练耳的学习记录，其中Score字段保存有用户对曲目的练习结果，0为错误，1为正确，因此可以通过操作SQL选择以往学习错误的题目。
播放MIDI文件过程如下：a、检测是否有设备来进行MIDI音频的播放；b、在系统的内存中打开MIDI文件，将MIDI设备打开，使之与MIDI驱动程序联通；c、将MIDI文件头块中的信息进行初始化有关的所有变量进行提取，并将MIDI设备也同时进行提取；d、将MIDI文件中所有音轨数据进行提取，同时对这些数据的解码进行处理，也对MIDI信息进行处理，进入MIDI播放；在MIDI文件播放完毕后，必须将资源进行释放并重新分配，关闭MIDI音频输出设备，关闭MIDI文件。
视唱学习模块；用于采集用户的音频数据，并进行特征提取获得用户视唱特征，将用户视唱特征与MIDI文件的视唱特征进行匹配，将匹配结果进行打分，反馈给用户；
视唱学习模块基本步骤为：1、通过输入设备，把用户的视唱信号输入计算机，该信号以PCM编码的WAV音频数据格式进行存储；2、将用户输入的PCM信号经过直流偏移消除的预处理处理，去除其中的干扰信号；3、调用音频特征提取方法对预处理后的音频数据进行特征提取，得到所需要的音高特征序列；4、将得到的音高特征序列进行平滑处理，去除一些异常的噪音值；5、将已进行平滑处理的音高特征序列根据预设的算法转换成半音格式；6、将视唱曲目对应的MIDI文件，经过特征提取和半音转换，与用户视唱特征进行匹配；7、将匹配结果进行打分，反馈给用户。
练耳学习模块，具体为：选择待练耳曲目，得到待练耳曲目的MIDI文件和图谱文件，同时随机选择多个其他曲目的图谱文件，与待练耳曲目组成备选答案，播放待练耳曲目，用户选择答案，并将结果反馈给用户。
用户数据管理模块包括用户模块和成绩管理模块；所述用户模块包括用户登陆模块、新建用户模块以及用户管理模块。
用户登陆模块，用于用户输入用户名和密码进行登陆，未正确登陆相关功能不可用，普通用户不可使用用户删除等功能，管理员用户可使用所有功能。
新建用户模块，用于用户输入要创建的用户名和密码，密码需要重复输入两次，只有两次密码输入相同时，添加才能成功，当输入的用户名已经存在时应该提示用户名已存在。
用户管理模块，用于罗列显示所有在线的用户，对这些用户进行深度的管理，对一般的用户，只有浏览的权限，对于管理员，具有删除用户的权限；选定要删除的用户，点击删除后弹出确认窗口，当确认要删除后，才删除用户信息，管理员也可以选定某一用户进行密码和用户名的修改。
成绩管理模块，用于个人视唱学习记录查询，个人练耳学习记录查询，所有测验成绩排行。
人机交互模块，用于进行人机交互，输入各种控制命令和数据调用命令。
处理单元，用于人机交互模块输入的各种控制命令，并按照预设的算法发送到对应的模块；用于根据人机交互模块输入的数据调用命令在指定的数据库内查询相应的数据发送到显示屏或指定的移动终端，用于用户注册，权限管理以及密码的修改。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种音乐教学辅助系统，其特征在于：包括曲库管理模块、教学模块、视唱学习模块、练耳学习模块、用户数据模块、人机交互模块、处理单元以及数据库模块；
所述曲库管理模块，用于曲目录入以及曲目管理；所述教学模块；用于选择播放模式并播放MIDI文件；
视唱学习模块；用于采集用户的音频数据，并进行特征提取获得用户视唱特征，将用户视唱特征与MIDI文件的视唱特征进行匹配，将匹配结果进行打分，反馈给用户；
所述练耳学习模块，用于随机选择曲目供用户进行练习和测验，并将结果反馈给用户；
所述用户数据管理模块包括用户模块和成绩管理模块；所述用户模块包括用户登陆模块、新建用户模块以及用户管理模块；所述成绩管理模块，用于个人视唱学习记录查询，个人练耳学习记录查询，所有测验成绩排行；
所述人机交互模块，用于进行人机交互，输入各种控制命令和数据调用命令；
所述处理单元，用于人机交互模块输入的各种控制命令，并按照预设的算法发送到对应的模块；用于根据人机交互模块输入的数据调用命令在指定的数据库内查询相应的数据发送到显示屏或指定的移动终端，用于用户注册，权限管理以及密码的修改；
所述数据库模块，用于根据处理单元设定的权限实现各数据库内数据的共享。
2.根据权利要求1所述的音乐教学辅助系统，其特征在于：所述曲目录入为选择曲目，将曲目的图谱文件和声音文件分别导入，在导入的过程中完善曲目描述信息，比如曲目的名称、类别等，根据声音文件提取曲目音频特征，将相应文件按指定路径进行存储后，将曲目信息和特征信息存入数据库，完成曲库的建立。
3.根据权利要求1所述的音乐教学辅助系统，其特征在于：所述曲目管理为对曲目信息进行更新和删除，曲目的删除需要将数据库中多张表的相关记录一起删除，保持数据的一致性。
4.根据权利要求1所述的音乐教学辅助系统，其特征在于：所述播放模式包括顺序播放、随机播放、选择类型播放以及根据历史成绩播放。
5.根据权利要求1所述的音乐教学辅助系统，其特征在于：所述播放MIDI文件过程如下：a、检测是否有设备来进行MIDI音频的播放；b、在系统的内存中打开MIDI文件，将MIDI设备打开，使之与MIDI驱动程序联通；c、将MIDI文件头块中的信息进行初始化有关的所有变量进行提取，并将MIDI设备也同时进行提取；d、将MIDI文件中所有音轨数据进行提取，同时对这些数据的解码进行处理，也对MIDI信息进行处理，进入MIDI播放；在MIDI文件播放完毕后，必须将资源进行释放并重新分配，关闭MIDI音频输出设备，关闭MIDI文件。
6.根据权利要求1所述的音乐教学辅助系统，其特征在于：所述视唱学习模块基本步骤为：1、通过输入设备，把用户的视唱信号输入计算机，该信号以PCM编码的WAV音频数据格式进行存储；2、将用户输入的PCM信号经过直流偏移消除的预处理，去除其中的干扰信号；3、调用音频特征提取方法对预处理后的音频数据进行特征提取，得到所需要的音高特征序列；4、将得到的音高特征序列进行平滑处理，去除一些异常的噪音值；5、将已进行平滑处理的音高特征序列根据预设的算法转换成半音格式；6、将视唱曲目对应的MIDI文件，经过特征提取和半音转换，与用户视唱特征进行匹配；7、将匹配结果进行打分，反馈给用户。
7.根据权利要求1所述的音乐教学辅助系统，其特征在于：所述练耳学习模块具体为：选择待练耳曲目，得到待练耳曲目的MIDI文件和图谱文件，同时随机选择多个其他曲目的图谱文件，与待练耳曲目组成备选答案，播放待练耳曲目，用户选择答案，并将结果反馈给用户。
8.根据权利要求1所述的音乐教学辅助系统，其特征在于：所述用户登陆模块，用于用户输入用户名和密码进行登陆，未正确登陆相关功能不可用，普通用户不可使用用户删除等功能，管理员用户可使用所有功能；所述新建用户模块，用于用户输入要创建的用户名和密码，密码需要重复输入两次，只有两次密码输入相同时，添加才能成功，当输入的用户名已经存在时应该提示用户名已存在；所述用户管理模块，用于罗列显示所有在线的用户，对这些用户进行深度的管理，对一般的用户，只有浏览的权限，对于管理员，具有删除用户的权限；选定要删除的用户，点击删除后弹出确认窗口，当确认要删除后，才删除用户信息，管理员也可以选定某一用户进行密码和用户名的修改。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN112465679A (zh) * | 2020-09-28 | 2021-03-09 | 青岛大学 | 一种钢琴学习与创作系统及方法 |
| CN112509419A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-03-16 | 毛迎新 | 一种智能音乐学习及训练装置 |
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Cited By (4)
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| CN112465679A (zh) * | 2020-09-28 | 2021-03-09 | 青岛大学 | 一种钢琴学习与创作系统及方法 |
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