CN1111382A - 在卡拉ok装置中使用的演唱评分器 - Google Patents

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Abstract

一种卡拉OK装置利用下列组成部分对歌手演 唱评分：一个话筒，用于将歌手的演唱转换成音频电 信号；第一模数(A/D)转换器，用于将音频电信号 转换成数字化音频信号；用于产生伴奏的音乐的视听 装置；第二A/D转换器，用于使伴奏音乐数字化以 便产生数字化的伴奏信号；及一个演唱评分器，用于 对伴奏音乐与歌手演唱之间的差别进行测量并对歌 手的演唱得出得分。

Description

本发明涉及一种卡拉OK（Karaoke）装置，更具体地涉及一种改进型的、具有能基于卡拉OK歌手歌唱表演来计算得分的演唱评分器的卡拉OK装置。
在东方国家如朝鲜及日本中近年兴起的“卡拉OK”热已经历了一场惊人的增长，在其中一个卡拉OK的歌手合着管弦乐的伴奏歌唱自选的通俗歌曲，同时在一个屏上播放各种场景，以使得“业余”歌手在完整的管弦乐伴奏下进行迷幻的舞台表演。
正如大家所知道的，一种典型的卡拉OK装置能提供上述的卡拉OK环境，它包括供歌手用的话筒及能产生伴奏及各种场景的视听设备。很自然地，许多歌手希望在歌唱一只自选的音乐作品后能对他们的表演计分。为了满足这个需要并提供一种附加的娱乐单元，在典型的卡拉OK装置上又加设了一个包括一个ROM（只读存储器）及一个显示器的演唱评分器。
使用在现有卡拉OK装置中的演唱评分器通常包括在ROM中的预记录得分。在选择了一首通俗歌曲时，演唱评分器由播送的伴奏音乐启动。然后，当伴奏音乐结束时，该演唱评分器随机地选择预记录得分中的任一个，并将该选出的得分传送给显示器。
然而，由于该得分与卡拉OK歌手的实际演唱水平或歌唱能力完全无关，该评分系统不仅不可信而且未能增加卡拉OK装置的娱乐性。
因此，本发明的一个主要目的是提供一种具有演唱评分器的改进型卡拉OK装置，其演唱评分器利用对伴奏音乐和与它相应的卡拉OK歌手歌唱之间的不协调性测量能得出一个既客观又合理的演唱得分。
根据本发明，提供了一种能利用对伴奏音乐和相应的卡拉OK歌手演唱之间的不协调性测量评价卡拉OK歌手歌唱表演的改进型卡拉OK装置，它包括：一个话筒，用于将歌手的演唱转换成音频电信号;第一个模数（A/D）转换器，用于将音频电信号转换成数字化音频信号;用于产生伴奏音乐的视听装置;第二个A/D转换器，用于使伴奏音乐数字化以便产生数字化的伴奏信号;及一个演唱评分器，用于对伴奏音乐与歌手演唱之间的差别进行测量并对歌手的演唱生成得分。
从以下结合附图的描述中将会对本发明的上述和另外的目的及特征更加清楚，其附图为：
图1表示对卡拉OK歌手的歌唱表演评分的本发明卡拉OK装置的简化方框图;
图2表示图1中所示演唱评分器的一个详细方框图。
参见图1，它表示一个根据本发明用于评价卡拉OK歌唱表演的改进型卡拉OK装置的方框图。该卡拉OK装置，如图所示，包括一个话筒102，一个视听装置112，一个扬声器106及一个显示器120。装入在卡拉OK装置中的视听装置112设有在各种歌曲例如通俗歌曲，民歌等中选择任一歌曲的能力，这是通过使用适合的选择装置来进行的，并分别向扬声器106及一视频信号处理器118提供用于被选歌曲的伴奏音乐及背景图象。被选歌曲的歌词或文字将通过视频信号处理器118与背景图象一起显示在一个屏幕上，以便使歌手在歌唱时跟随歌词。
歌手的声音由话筒102转换成音频电信号。该音频电信号被同时提供给一个音频信号处理器104及一个预处理器108，后者由一个LPF（低通滤波器）及一个AMP（放大器）组成。
同时，由视听装置112产生的伴奏向前传送到音频信号处理器104及一个A/D转换器114。在该音频信号处理器104中，音频电信号与伴奏信号一起被处理。由音频信号处理器104的输出被提供给扬声器106。扬声器106与显示器120一起用来使歌手能听到在管弦乐伴奏下的自己的歌声，并同时能看到由视频信号处理器118提供的背景图象或戏剧性场景及歌词。
另一方面，由话筒102提供到预处理器108的音频电信号被经过LPF及AMP的滤波及放大。接着，预处理器108的输出被传送到A/D转换器110，该A/D转换器使预处理器108的输出数字化以使产生数字化音频信号。然后该数字化的音频信号被传送到根据本发明的一个演唱评分器的一个输入端上。
在此时，由视听装置来的伴奏信号被A/D转换器114转换成一个数字化的伴奏信号，它被提供到演唱评分器116的另一输入端上。然后，该演唱评分器116开始将数字化音频信号对着数字化伴奏信号作比较的演唱评分程序，以产生一个记分并将该产生的记分提供到显示器120上。在下文中将参照图2对本发明的演唱评分器116作更详细的描述。
参见图2，它表示一个图1中根据本发明的演唱评分器的方框图。数字化的音频信号及数字化的伴奏信号分别被向前传送到演唱评分器的一个能量计算方框202中，使数字化音频信号及数字化伴奏信号被划分成n组，其中所述n组的每个组包含有一个预定数目的数字化信号。该能量计算方框202首先用于n组数字化音频信号及伴奏信号中每组信号的能量，用以产生用于n组数字化音频信号的n个音频能量：E1（n），及用于n组数字化伴奏信号的n个伴奏能量：E2（n）。
如在该技术中众所周知的，能量以下式获得：
E（n）＝
Figure 941153649_IMG2
[x（m）.w（N·n-m）]2式1
w（k）＝1，其中0≤k≤N-1
＝0，在其它情况下
式中E（n）表示第n组的预定数目的数字化分信号的能量，n从1至D，D＝M//N，M表示数字化音频分信号或伴奏分信号的数目，相应于总数，N是包括在n组数字化音频或伴奏信号的每一组中的数字化分信号的预定数目，及“//”表示取成最接近整数的整数除法的符号;x（m）是每组中音频分信号或伴奏分信号的数字值，有m＝1，2，……，M;及w（k）是一个窗函数，有k＝0，1，2，……，N-1。
接着，将能量E1（n）及E2（n）传送给一个求和方框204，一个规格化方框206及一个误差率计算方框208。求和方框204进行将能量E1（n）与能量E2（n）的求和，以分别产生出n个音频能量的总和ET1及n个伴奏能量的总和ET2。整个音频能量的总和被如下地获得：
ET1＝ （n） 式2
式中n及D具有如上述定义的同样含意。并相似地也确定出整个伴音能量的总和ET2。该ET1及ET2被提供给规格化方框及误差率计算方框208。
根据本发明，进行对n个音频能量的规格化程序是用来保证对歌手演唱的客观及精确评分。
因此，规格化方框206通过使用ET1及ET2对来自能量计算方框202的n个音频能量及n个伴奏能量中的每一个进行如下的规格化：
E1′（n）＝E1（n）/ET1
E2′（n）＝E2（n）/ET2  式3
式中E1′（n）及E2（n）分别代表第n个规格化的音频能量及伴奏能量。然后，所有这些规格化的音频能量及伴奏能量被传送到误差计算方框208，在其中计算卡拉OK歌手的声音和伴奏音乐之间的误差率Er，如下式所示：
Er＝
Figure 941153649_IMG3
｜E1′（n）-E2′（n）｜ 式4
该误差率最终代表着卡拉OK歌手的歌声与伴奏音乐之间的不协调性。被计算出的误差率被提供给一个记分计算方框210，其中记分按下式计算：
S＝60+40（1-Er）  式5
最后将记分S通过音频信号处理器118传送到显示器120，以使得歌手能确认自己的得分。
虽然本发明是参照特定的实施例进行图示及描述的，但是显然地，对于该技术领域的技术人员在不偏离由附设权利要求所限定的本发明的精神及范围的情况下可以作出许多变型及改型。

Claims (6)

1、一种卡拉OK装置，它能利用对伴奏音乐和卡拉OK歌手演唱之间的不协调性测量对卡拉OK歌手的歌唱表演评分，该装置包括：
一个话筒，用于将歌手的演唱转换成音频电信号；
第一模数转换器，用于将音频电信号转换成数字化音频信号；
视听装置，用于产生伴奏音乐；
第二模数转换器，用于使伴奏音乐数字化以便产生数字化的伴奏音乐；及
一个演唱评分器，用于对数字化音频信号的规格化能量分布及数字化伴奏信号的规格化能量分布之间的差别进行测量，以便对歌手的演唱计分。
2、根据权利要求1所述的卡拉OK装置，其中所述演唱评分器包括：
一个装置，用于分别将数字化音频信号及数字化伴奏信号划分成n组，其中每一组包括预定数目的数字化分信号，并用于计算n组数字化音频及伴奏分信号中每一组的能量，以便分别产生出n个音频能量及n个伴奏能量;
用于分别使n个音频能量及n个伴奏能量规格化的装置;及
用于由对规格化的n个音频能量及规格化的n个伴奏能量之间差别的测量来计算误差率的装置。
3、根据权利要求2所述的卡拉OK装置，其中每个音频及伴奏能量根据下式计算：
E（n）＝
Figure 941153649_IMG2
[x（m）.w（N·n-m）]2
w（k）＝1，其中0≤k≤N-1
＝0，在其它情况下
式中E（n）的表示第n组的预定数目的数字化分信号的能量，n从1至D，D＝M//N，M表示数字化音频分信号或伴奏分信号的数目，N是包括在n组音频或伴奏信号的每组中的数字化分信号的预定数目，及“//”表示取成最接近整数的整数除法的符号;x（m）是每组中音频分信号或伴奏分信号的数字值，其中m＝1，2，……，M;及w（k）是一个窗函数，有k＝0，1，2，……，N-1。
4、根据权利要求3所述的卡拉OK装置，其中所述误差率Er根据下式计算：
Er＝
Figure 941153649_IMG3
｜E1′（n）-E2′（n）｜
式中E1′（n）代表第n组规格化音频能量，E2′（n）代表第n组规格化伴奏能量;及n和D具有与以上定义相同含意。
5、根据权利要求4所述的卡拉OK装置，其中所述歌唱表演的记分S是由下式计算的
S＝60+40（1-Er）。
6、根据权利要求5所述的卡拉OK装置，其中所述装置还包括一个显示器，用于显示计算的记分。
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