CN113642869A - 基于midi交互的电钢琴管理方法及其管理系统 - Google Patents

基于midi交互的电钢琴管理方法及其管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于MIDI交互的电钢琴管理方法，包括：教师控制板开启MIDI录制，上位机生成资源目录，根据目录重建创新文件夹，并在内部生成MIDI文件；学生端通过电钢琴弹奏乐曲，电钢琴的MIDI信号通过数据线与对应的学生控制板进行通信，学生控制板将数据信号放在对应的Bate位，并传送给上位机；上位机接收数据信号将数据转到教师控制板，教师控制板接收后识别MIDI值，并将MIDI信号写入对应创建好的MIDI文件内。本发明通过MIDI录制功能及时录制并保存学生端的MIDI数据信号，提高教学质量和学生端管理效率。

Description

基于MIDI交互的电钢琴管理方法及其管理系统
技术领域
本发明涉及乐器教学领域，特别是一种基于MIDI交互的电钢琴管理方法及其管理系统。
背景技术
传统电钢琴的软件教学方式大多是面对面教学，通过移动终端直接播放教学视，但是这种教学方式对于教师端口难以管理，教学效果不佳。对此，专利公开号为CN111741124A公开的一种电钢琴教学管理系统，包括教学开发终端、云数据库服务器、网络服务中心、监管终端、移动终端、管理终端、管理服务器和客户端，通过在线教学管理，管理教学的进度，同时，客户端设置曲谱教学、模拟训练、电钢琴自动弹奏进行演示，通过多种状态进行教学，使得教学生动，提高教学质量。其针对传统教学方式虽然有较大的改进，但是由于教学过程中的学生终端数量较多，在具体的教学灵活度上其并没有给出具体的解决方案，无法完全解决现有弊端，无法在系统上执行多方式且灵活的教学管理。此外，现有技术的电钢琴教学中缺乏对学生演奏作品的录制功能，教师无法及时保存学生作品，造成对学生的演奏能力无法及时了解。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于MIDI交互的电钢琴管理方法及其管理系统；通过MIDI录制功能及时录制并保存学生端的MIDI数据信号，提高教学质量和学生端管理效率。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是
一种基于MIDI交互的电钢琴管理方法，所述方法包括
教师控制板开启MIDI录制，上位机生成资源目录，根据目录重建创新文件夹，并在内部生成MIDI文件；
学生端通过电钢琴弹奏乐曲，电钢琴的MIDI信号通过数据线与对应的学生控制板进行通信，学生控制板将数据信号放在对应的Bate位，并传送给上位机；
上位机接收数据信号将数据转到教师控制板，教师控制板接收后识别MIDI值，并将MIDI信号写入对应创建好的MIDI文件内。
进一步的，所述根据目录重建创新文件夹具体为：新文件夹以年-月-日格式进行建立，内部MIDI文件以年-月-日-时-分-秒-学生的备注建立，并将名称标注为fileName；
所述教师控制板接收后识别MIDI值，并将MIDI信号写入对应创建好的MIDI文件内具体为：解析.midi文件，将.midi文件转成16进制编码，解读每一个位置的值代表的含义；根据规律在指定的位置做对应的信息编辑，文件的内容部分包括按下、抬起、力度三个值，将从硬件板子获取到的三个信息按顺序写入到文件内容内。
再进一步的，所述学生控制板接收数据信号后，根据录制数据进行清理，录制数据的时长超出设定阈值范围时，则自动清除该数据信号，并提示是否需要重新录制。
一个优选技术方案中，所述方法还包括：
教师控制板通过音频传输线获取教师电钢琴的数据信号，并将数据信号传送至上位机；
上位机分析教师电钢琴的MIDI数据信号，分析该数据信号的标准录制时长；
上位机根据标准时长信息生成标准阈值，将设定阈值设为下限70％标准阈值、上限130％标准阈值的范围，将设定阈值传输至各学生控制板。
又一个优选技术方案，所述方法还包括学生端的录制要求，具体为：
学生控制板开启MIDI录制，同时生成临时资源目录，并根据目录创建新的临时MIDI文件；
学生端通过电钢琴弹奏乐曲，电钢琴的MIDI信号通过数据线与学生控制板进行通信，学生控制板将数据信号写入临时MIDI文件中，并向上位机发送接收请求指令；所述临时MIDI文件以年-月-日-时-分-秒-学生-临时的备注建立；
教师控制板下达同意接受指令，上位机生成对应临时目录的新文件夹；
接收学生控制板上传的临时MIDI文件并写入对应临时目录的新文件夹。
再一个优选技术方案中，所述方法还包括
教师控制板选择连接一个或多个学生控制板进行授课，并对应每个学生控制板设置包括监听、呼叫和录制的各项指令；所述监听包括监听学生端的麦克风和电钢琴；
所述上位机将MIDI信号写入对应创建好的MIDI文件之后，所述上位机将创建好的MIDI文件上传至云服务器。
进一步的，所述方法还包括：
教师控制板下达助教加入指令，上位机开启助教管理模式，连接助教控制板；
助教控制板选择连接一个或多个学生控制板，同时教师控制板对应连接所选的学生控制板，助教控制板对应每个学生控制板设置包括监听、呼叫和录制的各项指令。
本发明第二方面公开了一种基于MIDI交互的电钢琴教学管理系统，所述系统包括
上位机，配置为在MIDI录制状态下生成资源目录，根据目录重建创新文件夹，并在内部生成MIDI文件；还配置为接收数据信号后识别MIDI值，并将MIDI信号写入对应创建好的MIDI文件内；
教师控制板，配置为下达连接一个或多个学生控制板进行授课的交互指令，并对应每个学生控制板设置包括监听、呼叫和录制的各项指令；还配置为通过音频传输线连接教师电钢琴；
多个学生控制板，配置为通过音频传输线接收电钢琴的MIDI信号，将数据信号放在对应的Bate位，并传送给上位机；以及
分别与每个学生控制板和教师控制板连接的电钢琴。
进一步的，所述上位机包括检测阈值设定单元，配置为获取教师电钢琴的数据信号，分析教师电钢琴的MIDI数据信号，获得该数据信号的标准录制时长，并根据标准时长信息生成标准阈值，将设定阈值设为下限70％标准阈值、上限130％标准阈值的范围，将设定阈值传输至各学生控制板；
所述学生控制板包括
录制检测及提示单元，配置为学生控制板接收数据信号后，根据录制数据进行清理，录制数据的时长超出设定阈值范围时，清除该数据信号，并提示是否需要重新录制；
暂存单元，配置为学生控制板端开启MIDI录制并生成临时资源目录，根据目录创建新的临时MIDI文件；同时获取电钢琴的MIDI信号，将数据信号写入临时MIDI文件中，并向上位机发送接收请求指令。
再进一步的，所述系统还包括
助教控制板，配置为在开启助教管理模式状态下连接上位机，还配置为授课状态下选择连接一个或多个学生控制板，同时教师控制板对应连接所选的学生控制板，助教控制板还对应每个学生控制板设置包括监听、呼叫和录制的各项指令。
相较于现有技术，本发明方法通过MIDI交互方式实现学生端的录制，其录制存储方式简单且有效，记录信息详细准确，高效辅助教师的教学工作。另一方面本发明还通过设置多种灵活方式来进行录制：学生端自主录制体现为多样的教学互动；对录制MIDI数据的清理提高了学生端的录制效率，避免因准备不足或市场发挥需要教师端重复创建录制文件的操作，同时减轻了教师的教学工作；助教控制操作进一步辅助教师的教学工作高效进行，极大的完善了教学管理工作的不足，提高教学效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，还可根据这些附图获得其他的附图。
图1为基于MIDI交互的电钢琴管理方法的一个实施例的示意图；
图2为基于MIDI交互的电钢琴管理方法的第二个实施例的示意图；
图3为基于MIDI交互的电钢琴管理方法的第三个实施例的示意图；
图4为本发明管理方法中使用的界面示意图；
图5为基于MIDI交互的电钢琴管理系统的一个实施例的结构示意图；
图6为基于MIDI交互的电钢琴管理系统的第二个实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
下面参考附图对本发明基于MIDI交互的电钢琴管理方法及其管理系统的实施例进行描述。
图1所示，所述基于MIDI交互的电钢琴管理方法包括
教师控制板开启MIDI录制，上位机生成资源目录，根据目录重建创新文件夹，并在内部生成MIDI文件；其中，新文件夹以年-月-日格式进行建立，内部MIDI文件以年-月-日-时-分-秒-学生的备注建立，并将名称标注为fileName；
学生端通过电钢琴弹奏乐曲，电钢琴的MIDI信号通过数据线与对应的学生控制板进行通信，学生控制板将数据信号放在对应的Bate位，并传送给上位机；
上位机接收数据信号不做任何处理，直接将数据传给教师控制板，教师控制板接收到数据并交给PC端软件程序进行处理识别MIDI值，并将MIDI信号写入对应创建好的MIDI文件内。
对应上述方法，具体描述操作过程如下：
1、教师点击了录制MIDI后，系统软件会在教师电脑上创建存储MIDI文件的目录static restartWriteFile()；需要说明的是：创建存储MIDI文件夹的名称，通过当前时间格式化后得到，并且每次录制都需要重新创建文件夹；创建文件夹方法，点击录制以后教师端创建文件夹时使用。
2、当创建好文件夹后，老师端开始监听学生端的MIDI信号，这一步是通过硬件配合来实现的，首先是学生控制板接收电钢琴的MIDI信号，接收到的Batzxze值对应不同的功能，接收到A5A5A5A5代表着当前学生板子上插入了USB的电钢琴，当接收到5A5A5A5A则表示当前学生板子拔出了USB的电钢琴，还有其他的信号，比如09XXX，代表着按下钢琴键盘，08XXX代表着松开键盘，学生控制板接收到数据不做处理与保留，直接传入教师端。
Figure BDA0003187643450000071
3、各学生控制板上传的MIDI数据先被主板接收，然后再上传给上位机。上传内容A5A5A5A5为子板插上usb设备，并成功连接usb设备；上传内容为5a5a5a5a，表明子板usb设备被拔掉。09xxx，代表敲击键盘，08xxx，代表松开键盘。
4、上位机拿到数据不做任何处理，直接将数据转到教师控制板，教师板拿到传过来的数据，通过不同位置的Bate值对应不同的功能处理不同的逻辑。
4、软件将接收到的MIDI信号值写入到之前创建的MIDI文件中。在当前日期的文件夹内，创建以日期-学生名称为文件名字的MIDI文件。
一个示例中解析.midi文件，将.midi文件转成16进制编码，解读每一个位置的值代表的含义，如下：
0x4D,0x54,0x68,0x64,//"MThd"
0x00,0x00,0x00,0x06,//头块长度：不包括前4字节和本4字节
0x00,0x00,//格式；0-单音轨
0x00,0x01,//轨道数＝1
0x01,0xE0,//基本时间格式0x01E0＝480；
//
//0x4D,0x54,0x72,0x6B,//"MTrk"全局音轨
//0x00,0x00,0x00,0x0b,//21该规长度：不包括前4字节和本4字节
////0x00,//时间差
////0xFF,0x58,0x04,0x04,0x02,0x18,0x08,//其他功能、节拍、长度4、分子4、分母4、节拍器时钟24、一个四分音符包含的32分音符的个数8
//
//0x00,//时间差0
//0xFF,0x51,0x03,0x07,0xA1,0x20,//其他功能、速度、长度3：1个四分音符的微秒数800,000
//0x00,//时间差0
//0xFF,0x2F,0x00,//音轨结束标志。
0x4D,0x54,0x72,0x6B,//"MTrk"主要音轨
0x00,0x00,0x00,0x15,//21该规长度：不包括前4字节和本4字节
这里是midi文件的头部，详细的标注了当前文件的播放信息，谱子信息，在写入midi的时候也要根据规律在指定的位置做对应的信息编辑，文件的内容部分包括按下、抬起、力度三个值，将从硬件板子获取到的三个信息按顺序写入到文件内容内。
一个具体的方法中，还包括学生控制板对录制数据的自检测功能，图2所示，所述学生控制板接收数据信号后，根据录制数据进行清理，录制数据的时长超出设定阈值范围时，则自动清除该数据信号，并提示是否需要重新录制。学生控制板主板通过接收的MIDI信号进行分析，判断整首乐曲的时长。
其中设定阈值的具体设置方法包括：
教师控制板通过音频传输线获取教师电钢琴的数据信号，并将数据信号传送至上位机；
上位机分析教师电钢琴的MIDI数据信号，分析该数据信号的标准录制时长；
上位机根据标准时长信息生成标准阈值，将设定阈值设为下限70％标准阈值、上限130％标准阈值的范围，将设定阈值传输至各学生控制板。例如上位机分析得标准时长为4min，则生成的标准阈值为4min，设定阈值则在2.8min～3.2min的范围内，如学生控制主板接收的乐曲时长不在该设定阈值范围内，则提示学生端不合格，并提示其重新录制。
还需要说明的是，本发明所述关于标准时长信息的标准阈值可以根据上述方法自动获取，也可以直接通过PC端自主设置，直接定义。
本发明方法的第三个改进点在于学生控制端可主动启动录制功能，图3所示，所述方法还包括
学生控制板开启MIDI录制，同时生成临时资源目录，并根据目录创建新的临时MIDI文件；
学生端通过电钢琴弹奏乐曲，电钢琴的MIDI信号通过数据线与学生控制板进行通信，学生控制板将数据信号写入临时MIDI文件中，并向上位机发送接收请求指令；所述临时MIDI文件以年-月-日-时-分-秒-学生-临时的备注建立；
教师控制板下达同意接收指令，PC端生成对应临时目录的新文件夹；同时创建存储MIDI文件夹的名称，通过当前时间格式化后得到；
接收学生控制板上传的临时MIDI文件并写入对应的新文件夹中。
还需要说明的是，本发明在实施录制方法的同时兼并其对学生端的管理方式：教师控制板选择连接一个或多个学生控制板进行授课，并对应每个学生控制板设置包括监听、呼叫和录制的各项指令；所述监听包括监听学生端的麦克风和电钢琴。
如图4所示，系统界面以授课、分组授课、学生自习、分组自习为主要功能。在授课模式下，老师可以对单一学生进行示范教学，对学生进行音频的录制，学生弹奏电钢琴时，老师对音频进行录制；在分组授课模式下，老师会对一组学生进行示范教学，录制的音频也是同时对这一组学生进行录制；分组状态组内的学生都会有对应的颜色改变比如变成橘黄色。
在两种授课模式下，老师都是在对学生进行广播的，老师通过麦克风录入语音，学生通过板子信号传输，在自己的耳机内获取老师的讲课语音，当老师开启自习模式，老师的语音广播是关闭的，此时学生无法听到老师的授课语音，此时老师可以单独选择某一个学生进行语音通话，也可以对某一个学生进行监听，监听该学生此时的麦克风或者电钢琴等语音，也可以单独录制该学生的音频。
分组自习模式下，老师的广播也是关闭的，对应的分组状态也是同一组的学生有不同的颜色展示，此时老师开启监听功能，监听的不再是一个学生，而是组内的所有学生，操作的不再是单一的学生；界面中还包括编辑教室功能，可以编辑教室布局图标的摆放位置，编辑学生名称，编辑完成可以将教室详情导出保存，同一个教室对应多个班级的时候，老师可以根据上课班级的不同，导入不同的班级，面板内展示的就是对应班级学生名称与布局。
所述上位机将MIDI信号写入对应创建好的MIDI文件之后，所述上位机将创建好的MIDI文件上传至云服务器。
本发明方法的第四个改进点为：教师控制板下达助教加入指令，上位机开启助教管理模式，连接助教控制板；
助教控制板选择连接一个或多个学生控制板，同时教师控制板对应连接所选的学生控制板，助教控制板对应每个学生控制板设置包括监听、呼叫和录制的各项指令。具体的操作界面大致与图4相同，在具体的控制权限上，教师控制板可对助教控制板的控制权限进行定义，例如对助教控制板屏蔽下达录制功能。
本发明另一方面还给出了基于MIDI交互的电钢琴教学管理系统，如图5所示，所述系统包括
上位机，配置为在MIDI录制状态下生成资源目录，根据目录重建创新文件夹，并在内部生成MIDI文件；还配置为接收数据信号后识别MIDI值，并将MIDI信号写入对应创建好的MIDI文件内；
教师控制板，配置为下达连接一个或多个学生控制板进行授课的交互指令，并对应每个学生控制板设置包括监听、呼叫和录制的各项指令；还配置为通过音频传输线连接教师电钢琴；
多个学生控制板，配置为通过音频传输线接收电钢琴的MIDI信号，将数据信号放在对应的Bate位，并传送给上位机；以及
分别与每个学生控制板和教师控制板连接的电钢琴。
本发明系统的一个改进示例中，图6所示，所述上位机包括检测阈值设定单元，配置为获取教师电钢琴的数据信号，分析教师电钢琴的MIDI数据信号，获得该数据信号的标准录制时长，并根据标准时长信息生成标准阈值，将设定阈值设为下限70％标准阈值、上限130％标准阈值的范围，将设定阈值传输至各学生控制板。
所述学生控制板包括
录制检测及提示单元，配置为学生控制板接收数据信号后，根据录制数据进行清理，录制数据的时长超出设定阈值范围时，清除该数据信号，并提示是否需要重新录制；
暂存单元，配置为学生控制板端开启MIDI录制并生成临时资源目录，根据目录创建新的临时MIDI文件；同时获取电钢琴的MIDI信号，将数据信号写入临时MIDI文件中，并向上位机发送接收请求指令。
此外，所述系统还包括助教控制板，配置为在开启助教管理模式状态下连接上位机，还配置为授课状态下选择连接一个或多个学生控制板，同时教师控制板对应连接所选的学生控制板，助教控制板还对应每个学生控制板设置包括监听、呼叫和录制的各项指令。
本发明系统中所述各个模块的设置以能实现其功能为准，在系统硬件、软件或两者结合的情况下具体设置，在此不做过多描述。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于MIDI交互的电钢琴管理方法，其特征在于，所述方法包括
教师控制板开启MIDI录制，PC端生成资源目录，根据目录重建创新文件夹，并在内部生成MIDI文件；
学生端通过电钢琴弹奏乐曲，电钢琴的MIDI信号通过数据线与对应的学生控制板进行通信，学生控制板将数据信号放在对应的Bate位，并传送给上位机；
上位机接收数据信号将数据转到教师控制板，教师控制板接收后识别MIDI值，并将MIDI信号写入对应创建好的MIDI文件内。
2.如权利要求1所述的基于MIDI交互的电钢琴管理方法，其特征在于，所述根据目录重建创新文件夹具体为：格式化当前时间后，新文件夹以年-月-日格式进行建立，内部MIDI文件以年-月-日-时-分-秒-学生的备注建立，并将名称标注为fileName；
所述教师控制板接收后识别MIDI值，并将MIDI信号写入对应创建好的MIDI文件内具体为：解析.midi文件，将.midi文件转成16进制编码，解读每一个位置的值代表的含义；根据规律在指定的位置做对应的信息编辑，文件的内容部分包括按下、抬起、力度三个值，将从硬件板子获取到的三个信息按顺序写入到文件内容内。
3.如权利要求1所述基于MIDI交互的电钢琴管理方法，其特征在于，所述学生控制板接收数据信号后，根据录制数据进行清理，录制数据的时长超出设定阈值范围时，则自动清除该数据信号，并提示是否需要重新录制。
4.如权利要求3所述基于MIDI交互的电钢琴管理方法，其特征在于，所述方法还包括：
教师控制板通过音频传输线获取教师电钢琴的数据信号，并将数据信号传送至上位机；
上位机分析教师电钢琴的MIDI数据信号，分析该数据信号的标准录制时长；
上位机根据标准时长信息生成标准阈值，将设定阈值设为下限70％标准阈值、上限130％标准阈值的范围，将设定阈值传输至各学生控制板。
5.如权利要求1所述基于MIDI交互的电钢琴管理方法，其特征在于，所述方法还包括
学生控制板开启MIDI录制，同时生成临时资源目录，并根据目录创建新的临时MIDI文件；
学生端通过电钢琴弹奏乐曲，电钢琴的MIDI信号通过数据线与学生控制板进行通信，学生控制板将数据信号写入临时MIDI文件中，并向上位机发送接收请求指令；所述临时MIDI文件以年-月-日-时-分-秒-学生-临时的备注建立；
教师控制板下达同意接受指令，上位机生成对应临时目录的新文件夹；
接收学生控制板上传的临时MIDI文件并写入对应临时目录的新文件夹。
6.如权利要求1所述基于MIDI交互的电钢琴管理方法，其特征在于，所述方法还包括
教师控制板选择连接一个或多个学生控制板进行授课，并对应每个学生控制板设置包括监听、呼叫和录制的各项指令；所述监听包括监听学生端的麦克风和电钢琴；
所述上位机将MIDI信号写入对应创建好的MIDI文件之后，所述上位机将创建好的MIDI文件上传至云服务器。
7.如权利要求4所述基于MIDI交互的电钢琴管理方法，其特征在于，所述方法还包括：
教师控制板下达助教加入指令，上位机开启助教管理模式，连接助教控制板；
助教控制板选择连接一个或多个学生控制板，同时教师控制板对应连接所选的学生控制板，助教控制板对应每个学生控制板设置包括监听、呼叫和录制的各项指令。
8.一种基于MIDI交互的电钢琴教学管理系统，其特征在于，所述系统包括
上位机，配置为在MIDI录制状态下生成资源目录，根据目录重建创新文件夹，并在内部生成MIDI文件；还配置为接收数据信号后识别MIDI值，并将MIDI信号写入对应创建好的MIDI文件内；
教师控制板，配置为下达连接一个或多个学生控制板进行授课的交互指令，并对应每个学生控制板设置包括监听、呼叫和录制的各项指令；还配置为通过音频传输线连接教师电钢琴；
多个学生控制板，配置为通过音频传输线接收电钢琴的MIDI信号，将数据信号放在对应的Bate位，并传送给上位机；以及
分别与每个学生控制板模块和教师控制板连接的电钢琴。
9.如权利要求8所述的基于MIDI交互的电钢琴教学管理系统，其特征在于，所述上位机包括检测阈值设定单元，配置为获取教师电钢琴的数据信号，分析教师电钢琴的MIDI数据信号，获得该数据信号的标准录制时长，并根据标准时长信息生成标准阈值，将设定阈值设为下限70％标准阈值、上限130％标准阈值的范围，将设定阈值传输至各学生控制板；
所述学生控制板包括
录制检测及提示单元，配置为学生控制板接收数据信号后，根据录制数据进行清理，录制数据的时长超出设定阈值范围时，清除该数据信号，并提示是否需要重新录制；
暂存单元，配置为学生控制板端开启MIDI录制并生成临时资源目录，根据目录创建新的临时MIDI文件；同时获取电钢琴的MIDI信号，将数据信号写入临时MIDI文件中，并向上位机发送接收请求指令。
10.如权利要求8所述的基于MIDI交互的电钢琴教学管理系统，其特征在于，所述系统还包括
助教控制板，配置为在开启助教管理模式状态下连接上位机，还配置为授课状态下选择连接一个或多个学生控制板，同时教师控制板对应连接所选的学生控制板，助教控制板还对应每个学生控制板设置包括监听、呼叫和录制的各项指令。
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