CN1231916C - 便携可录音式卡拉ok装置的工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种便携可录音式卡拉OK装置的工作方法，更具体地是指采用自适应增量脉冲编码调制ADPCM算法、改进的MIDI格式以及特殊的图像处理方法，将歌曲的存、点、放、唱、录集成为一体的卡拉OK装置工作方法，仅有一套主、副话筒组成，用户只要将主话筒与任何制式的电视机的视、音频相连接就可以随时随地、随心所欲地享受卡拉OK娱乐，具有轻巧便携、存储容量大，可录音、易操作等功能特点。
Description
技术领域：
本发明涉及一种卡拉OK装置的工作方法，更具体地是指采用自适应增量脉冲编码调制ADPCM算法、改进的用数字方式编码乐声标准MIDI格式以及特殊的图像处理方法，将歌曲的存、点、放、唱、录集成为一体的卡拉OK装置的工作方法，仅有一套主、副话筒组成，用户只要将主话筒与任何制式的电视机的视、音频相连接就可以随时随地、随心所欲地享受卡拉OK娱乐，具有轻巧便携、存储容量大，可录音、易操作等功能特点。
背景技术：
目前的卡拉OK演唱，基本上分为影视卡拉OK演唱和录音磁带卡拉OK演唱，设备比较庞大。例如影视卡拉OK演唱，其设备有彩电、录像机、混响器、扩音机、左、右音箱及话筒，即使彩电本身具备视频输入插孔和音频输入插孔，同样需要录像机和混响器及话筒，这样一套卡拉OK装置，当然不能随身携带。
而录音磁带卡拉OK演唱，也同样需要放音机、混响器、音箱、但没有同样效果。
发明内容：
本发明需要解决的技术关键在于仅用一套主、副话筒，用户只要将主话筒与任何制式的电视机的视、音频相连接，就可以随心所欲地享受卡拉OK娱乐。
为了达到上述目的，本发明采用：
1、主话筒由拾音头MIC，前置放大器AMP1、编码解码电路CODEC、输出放大器AMP2、数字信号处理器DSP、存贮器MEM、调频无线接收器REC、调频无线发送器TRS、视频编码器VEN以及主控制器MCU和电源模块PWR组成。
2、在歌声和录音处理中采用ADPCM算法，从而节省了存贮空间。
话筒的录音功能：以8K的采样率通过编码解码器Codec对从话筒过来的声音信号采样。每个样点采用16比特的有符号数表示。用自适应增量脉冲编码调制(Adaptive Differential Pulse Code Modulation)的方法对其压缩。压缩后每个样点仅需4比特来存放。
自适应增量脉冲编码调制(ADPCM)是一种改进过的增量调制方法，和普通增量调制相比，ADPCM的步长(Step Size)能跟据信号变化快慢自动调节，从而使压缩后的信号和原信号相比有较小的失真。我们还采用对语音信号优化过的步长调节算法，使压缩后的语音信号听起来失真最小。
经过压缩后的样值由DSP将其存放在非易失性的存贮介质中。当要回放时，由DSP对其解压缩，将压缩后的4比特样值还原成16比特的线性样值，再送至编码解码器(CODEC)，最后由喇叭发声音。
3、在伴奏音乐处理中采用了改进的MIDI格式，从而节约了存贮空间，加快了运算速度。
(1)改变文件的组织格式
MIDI文件是一种序列文件，它的记录是以块为单位的。MIDI文件的格式一共有三种：
格式2：包括一个头文件块和一个或多个先后演奏的音轨块。每一个音轨块可以包含至多16个同时演奏的音轨。
在合成MIDI音乐的时候，我们需要从所有音轨块的开头一起往下读，直到这个块的结束，这种文件的读入结构不利于DSP操作。所以我们把格式1和格式2的MIDI文件全部转化成格式0的MIDI文件。
(2)改变文件的存储格式
在PC的文件系统下，MIDI文件的记录是以字(8比特)为单位韵。在使用DSP进行合成时，DSP的数据处理是以字(16比特)为单位的，所以我们在存储MIDI文件也使用字为单位。为了适应新的存储格式，我们对MIDI消息的格式也做了相应的修改，将所有的消息改成以字为单位存储。
(3)改变数据的存储格式
MIDI文件中数据的存储格式是为了适应MIDI乐器实时通信而设计的。我们在DSP合成的过程中，这样的数据格式只会导致效率的低下，因此为了适应这种使用对象的变化，我们把MIDI文件中数据存储的格式也做了相应的改变：将所有的特殊MIDI格式的数改为一个字的无符号数；将所有经过偏移的无符号数改为一个字的没有偏移的有符号数。
(4)修改所带来的好处
由于MIDI的标准是为MIDI乐器之间的实时通信而设计的，而MIDI文件的记录又沿用了这个标准，所以MIDI文件的格式具有很强的兼容性和可扩展性。但是复杂度增加和执行效率下降。我们的改进可以使我们的合成变得简单高效，同时符合MIDI标准。
4、在卡拉OK图像处理中采用了图像处理算法，从而实现了近似动画效果、以及将文字与图像结合。
歌曲信息、图像信息及字符信息全部存贮在非挥发存贮介质中。根据歌曲信息从图像信息部分嵌入一幅静态的图像。对这幅图像进行变换，实现迁移、放大、翻折、百叶窗、马赛克、淡入淡出、翻转等动画效果，即将静态图像实现动态效果。歌曲信息中还包含有歌词等信息，根据此信息从字库中调入相应的字符图形，并且每个字符都可得到扫摘速度。图像和字符合成之后，中央处理器负责将它变换成视频输出格式，送到视频编码器，然后输出。
5、副话筒由拾音头(MIC)、前置放大器(AMP)、调频无线发接器(TRS)、以及主控制器(MCU)和电源核块(PWR)组成。
附图说明：
图1为本发明主话筒结构框图
图2为话筒的录音功能结构框图
图3为卡拉OK话筒的图像及字符显示结构框图
图4为副话筒结构框图
具体实施方式：
1、参考附图1本发明主话筒由拾音头(MIC)、前置放大器(AMP1)、编码解码电路(CODEC)、输出放大器(AMP2)、数字信号处理器(DSP)、存贮器(MEM)、调频无线接收器(REC)、调频无线发送器(TRS)、视频编码器(VEN)以及主控制器(MCU)和电源模块(PWR)组成。
2、参考附图2话筒的录音功能由拾音器(MIC)、编码解码器(CODEC)数字信号处理器(DSP)、和动画处理(Flash)及啦叭等组成，我们以8K的采样率通过编码解码器(Codec)对从话筒过来的声音信号采样。每个样点用16比特的有符号数表示。我们用自适应增量脉冲编码调制(Adaptive Differential PulseCode Modulation)的方法对其压缩。压缩后每个样点仅需4比特来存放。
自适应增量脉冲编码调制(ADPCM)是一种改进过的增量调制方法，和普通增量调制相比，ADPCM的步长(Srep Size)能跟据信号变化快慢自动调节，从而使压缩后的信号和原信号相比有较小的失真。我们还采用对语音信号优化过的步长调节算法，使压缩后的语音信号听起来失真最小。
经过压缩后的样值由DSP将其存放在非易失性的存贮介质中。当要回放时，由DSP对其解压缩，将压缩后的4比特样值还原成16比特的线性样值，再送至编码解码器(CODEC)，最后由喇叭发声音。
3、在伴奏音乐处理中采用了改进的MIDI格式，从而节约了存贮空间，加快了运算速度。
(1)改变文件的组织格式
MIDI文件是一种序列文件，它的记录是以块为单位的。MIDI文件的格式一共有三种：
格式1：包括一个头文件块和一个或多个同时演奏的音轨块。每一个音轨块可以包含至多16个同时演奏的音轨。
格式2：包括一个头文件块和一个或多个先后演奏的音轨块。每一个音轨块可以包含至多16个同时演奏的音轨。
在合成MIDI音乐的时候，我们需要从所有音轨块的开头一起往下读，直到这个块的结束，这种文件的读入结构不利于DSP操作。所以我们把格式1和格式2的MIDI文件全部转化成格式0的MIDI文件。
(2)改变文件的存储格式
在PC的文件系统下，MIDI文件的记录是以字(8比特)为单位的。在使用DSP进行合成时，DSP的数据处理是以字(16比特)为单位的，所以我们在存储MIDI文件也使用字为单位。为了适应新的存储格式，我们对MIDI消息的格式也做了相应的修改，将所有的消息改成以字为单位存储。
(3)改变数据的存储格式
MIDI文件中数据的存储格式是为了适应MIDI乐器实时通信而设计的。我们在DSP合成的过程中，这样的数据格式只会导致效率的低下，因此为了适应这种使用对象的变化，我们把MIDI文件中数据存储的格式也做了相应的改变：将所有的特殊MIDI格式的数改为一个字的无符号数；将所有经过偏移的无符号数改为一个字的没有偏移的有符号数。
(4)修改所带来的好处
由于MIDI的标准是为MIDI乐器之间的实时通信而设计的，而MIDI文件的记录又沿用了这个标准，所以MIDI文件的格式具有很强的兼容性和可扩展性。但是复杂度增加和执行效率下降。我们的改进可以使我们的合成变得简单高效，同时符合MIDI标准。
3、参考附图3：在卡拉OK图像处理中采用了图像处理算法，从而实现了近似动画效果、以及将文字与图像结合。歌曲信息、图像信息及字符信息全部存贮在非挥发存贮介质中。根据歌曲信息从图像信息部分嵌入一幅静态的图像。对这幅图像进行变换，实现迁移、放大、翻折、百叶窗、马赛克、淡入淡出、翻转等动画效果，即将静态图像实现动态效果。歌曲信息中还包含有歌词等信息，根据此信息从字库中调入相应的字符图形，并且每个字符都可得到扫摘速度。图像和字符合成之后，中央处理器负责将它变换成视频输出格式，送到视频编码器，然后输出。
4、参考附图4：副话筒由拾音头(MIC)、前置放大器(AMP1)、调频无线发接器(TRS)、以及主控制器(MCU)和电源核块(PWR)组成。
由此可见、整机工作完理是歌手通过主控制器(MCU)，可以完成选曲以及选择工作模式。MCU根据歌手的指令，向DSP发出相应的指令。DSP从MEM中取出MIDI格式的伴奏音乐，合成后送CODEC放大后输出，同时DSP又从MEM中取出图像与演唱文字，处理后送VEN，编码后输出。
当歌手开始演唱时，歌声经MIC输入，通过AMP1和CODEC，由DSP加以处理，加入回声效果后再与伴奏音乐一同送CODEC并放大后输出。
工作在录音状态时，从MIC输入的声音经CODEC输入DSP，经过ADPCM算法后，压缩并存贮在MEM中。回放时则从MEM中取出数据，解压缩后经过ADPCM放大后输出。
所有输出的音频信号，均可以通过TRS模块，以调频方式进行无线发送。
副话筒歌手的指令，通过MCU处理后和歌声一并通过TRS模块，以调频方式发送。该信号被主话筒接收后，由主话筒进行相应处理。
整机所有电子线路全部采用集成电路，安装在相对应的主话筒、副话筒内。用户只要将主话筒与任何制式的电视机的视、音频相连接就可以随时随地、随心所欲地享受卡拉OK娱乐。具有轻巧便携、存储容量大，可录音、易操作等功能特点。
Claims (4)
1.一种便携可录音式卡拉OK装置的工作方法，包括主话筒、副话筒，其特征在于：主话筒由拾音头(MIC)、前置放大器(AMP1)、编码解码电路(CODEC)、输出放大器(AMP2)、数字信号处理器(DSP)、存贮器(MEM)、调频无线接收器(REC)、调频无线发送器(TRS)、视频编码器(VEN)及主控制器(MCU)和电源模块(PWR)组成，歌手通过主控制器，可以完成选曲以及选择工作模式，主控制器根据歌手的指令，向数字信号处理器发出相应指令，数字信号处理器从存贮器中取出用数字方式编码乐声标准格式的伴奏音乐，合成后送编码解码电路放大后输出，同时数字信号处理器又从存贮器中取出图像与演唱文字，处理后送视频编码器，编码后输出；
歌手开始演唱时，歌声经拾音头输入，通过前置放大器和编码解码电路，由数字信号处理器加以处理，加入回声效果后再与伴奏音乐一同送编码解码电路并放大后输出；
工作在录音状态时，从拾音头输入的声音经编码解码电路输入数字信号处理器，经过自适应增量脉冲编码调制算法后，压缩并存贮在存贮器中，回放时则从存贮器中取出数据，解压缩后经过自适应增量脉冲编码调制放大后输出；
所有输出的音频信号，均可以通过调频无线发送器模块，以调频方式进行无线发送；
副话筒歌手的指令，通过主控制器处理后和歌声一并通过调频无线发送器模块，以调频方式发送，该信号被主话筒接收后，由主话筒进行相应处理；
所有电子线路全部采用集成电路；集成电路安装在相应的主、副话筒内。
2.根据权利要求1所述的便携可录音式卡拉OK装置的工作方法，其特征在于：歌声和录音处理采用自适应增量脉冲编码调制算法。
3.根据权利要求1所述的便携可录音式卡拉OK装置的工作方法，其特征在于：伴奏音乐处理中采用改进的用数字方式编码乐声标准格式，即文件的组织格式全部转化为格式0，文件的存储格式以字为单位存储，以及数据的存储格式将所有的特殊格式的数改为一个字的无符号数，并将经过偏移的无符号数改为一个字的没有偏移的有符号数。
4.根据权利要求1所述的便携可录音式卡拉OK装置的工作方法，其特征在于：卡拉OK图像处理采用图像处理算法，歌曲信息、图像信息及字符信息全部存贮在非挥发存贮介质中，根据歌曲信息从图像信息部分嵌入一幅静态的图像，对这幅图像进行变换，实现迁移、放大、翻折、百叶窗、马赛克、淡入淡出、翻转动画效果，即将静态图像实现动态效果，歌曲信息中还包含有歌词信息，根据此信息从字库中调入相应的字符图形，并且每个字符都可得到扫摘速度，图像和字符合成之后，中央处理器负责将它变换成视频输出格式，送到视频编码器，然后输出。
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