CN1674089A - 用于处理铃声的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于处理无线终端内的铃声的装置和方法，当播放铃声时能控制声源样本的音量。根据该方法，从输入的MIDI文件中提取多个音符、音量值、音量间隔信息及音符播放时间。在使用提取的音量值和音量间隔信息计算各个音级的音量样本数之后，对应于将被播放的音符的声源样本的音量使用音量样本数预先控制。然后，使用给予音符的频率将声源样本转换并输出，由此由于铃声的实时播放引起的系统负载能够减少。

Description

用于处理铃声的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于处理铃声的装置及方法，并且尤其涉及一种通过在合成频率之前预先控制声源音量而能减少系统资源并输出良好的音质的用于处理铃声的装置及方法。

背景技术

无线终端是一种用于在移动过程中进行通讯或发送/接收数据的装置。对于无线终端，存在有便携式电话或个人数字助理(PDA)。

同时，乐器数字接口(MIDI)是一种用于在电子乐器之间进行数据通讯的标准协议。MIDI是一种在乐器之间或乐器与计算机之间通过数字接口的输入/输出提供兼容性的硬件和数据结构的标准规范。因此，具有MIDI的设备能共享数据，因为在其内产生了兼容数据。

MIDI文件具有关于音符的强度和速度、涉及音乐特性的命令、甚至一种乐器及实际乐谱的信息。然而，与波文件不同，MIDI文件不存储波形信息，因此其文件大小相对小并且MIDI文件易于编辑(增加和删除乐器)。

在早期阶段，使用调频(FM)方法制作人造声音以获得乐器的声音。也就是，由于在使用调频实现乐器声音中不使用单独的声源，所以FM方法具有使用少量内存的优点。然而，FM方法具有不能产生接近于原声的自然声的缺点。

目前，由于内存的价格下降，其中用于各个乐器和各个乐器的每个音符的声源单独进行制作并存储在内存中及通过改变频率和振幅而保持乐器的独特波形制作声音的方法已经开发出来。这个方法被称为波表型方法。该波表型方法具有产生接近于原声的自然声的优点，因而目前被广泛使用。

图1是示意性地表示现有技术的MIDI播放器的构造的图。

如图1所示，该MIDI播放器包括：从MIDI文件中提取多个音符和音符播放时间的MIDI分析器(par ser)110；用于将提取的音符播放时间顺序输出的MIDI音序器120；波表130，其中至少一个以上的声源样本在记录其内；用于产生包络从而确定音量大小和音调的包络发生器140；及频率转换器150，用于根据音符播放时间将包络应用到在波表中记录的声源样本上并使用给以音符的频率将包络转换以输出。

这里，MIDI文件能在其内记录关于音乐的信息并包括乐谱，譬如多个音符、音符播放时间、音质。音符是代表声音的最小单元的信息，播放时间是各个音符的长度，音阶是关于音符高度的信息。对于音阶，通常使用七个音符(譬如：C，D，E等等)。音质代表音色并包括区别两个具有相同高度、强度和长度的音符的音符自身的独特特性。例如，音质是区别钢琴的音符‘C’和小提琴的音符‘C’的特性。

此外，音符播放时间意味着包括在MI DI文件中的各个音符的播放时间并且是关于相同音符长度的信息。例如，如果音符‘D’的播放时间是1/8秒，对应于音符‘D’的声源播放1/8秒。

各个乐器和各个乐器的每个音符的声源在波表130中记录。在这一点上，通常，音符包括1到128音级。在将音符的所有声源记录到波表130中时受到限制。因此，通常仅仅有代表性的几个音符的声源样本被记录。

包络发生器140是用于确定响应包括在MIDI文件中的各个音符而播放的声源样本的音量大小或音调的声音波形的包络。因此，包络对质量有很大影响，同时使用中央处理单元(CPU)的更多资源。

这里，包络包括音量的包络和音调的包络。音量的包络粗略分为四个级譬如上升、衰减、维持及释放。

由于声源音量的时间信息的那四个音阶包括在音量间隔信息中，它们被使用于合成声音。

如果输入预定音符的播放时间，频率转换器150从波表130中读取各个音符的声源样本，将包络发生器140产生的包络应用到读取的声源样本中，并使用给以音符的频率将包络转换以输出。对于频率转换器150，可以使用振荡器。

例如，在波表130中记录的声源样本以20KHz采样并且音乐的音符以40KHz采样的情况下，频率转换器150将20KHz的声源样本转换成40KHz的声源样本以将其输出。

此外，在波表130上不存在各个音符的声源的情况下，从波表130中读取各个音符的有代表性的声源样本，将读取的声源样本频率转换成对应于各个音符的声源样本。如果任意的音符的声源在波表130上存在，在没有单独的频率转换的情况下，能从波表130上读取并输出有关的声源样本。

只要输入各个音符的播放时间，上述过程就重复执行直到MIDI播放终止。

然而，现有技术的MIDI播放器顺序地执行将包络应用到声源样本并使用对应于各个音符的频率转换包络的过程。因此，系统需要相当大量的操作并占用大量CPU资源。此外，MIDI文件应该实时播放并输出。由于如上所述为各个音符进行频率转换，音乐也许不会实时播放。

结果，由于现有技术的MIDI播放器通过上述过程工作，同时使用大量CPU资源，所以在不使用高性能CPU的情况下，难于实现良好的音质。因此，非常需要在使用低性能CPU的情况下能保证足够用户听的声音质量水平的技术。

发明内容

因此，本发明涉及一种用于处理铃声的装置和方法，其基本上消除了由于现有技术的局限性和缺点引起的一个或多个问题。

本发明的一个目的是提供一种能减少由播放铃声产生的系统负载的用于处理铃声的装置和方法。

本发明的另一个目的是提供一种能保证良好音质同时减少CPU资源使用量的用于处理铃声的装置和方法。

本发明的又一个目的是提供一种用于处理铃声的装置和方法，因为在合成频率之前通过预先控制声源音量来进行频率合成从而能减少CPU资源使用量。

本发明的又一个目的是提供一种使用声音样本的音量的权重和音量权重从而能控制声源样本音量的用于处理铃声的装置和方法。

本发明的其他的优点、目的和特征一部分将在随后的说明书中提出，一部分对于那些本领域的普通技术人员来说通过对下文进行研究将会变得很清楚或可以从对本发明的实践中认识到。本发明的目的和其他优点通过说明书及其权利要求和附图中所特别指出的结构可以实现和获得。

为了实现这些目标和其他优点并根据本发明的目的，如这里所展开和广泛描述的，用于处理铃声的装置包括：分析器，用于进行分析从而从输入的MIDI文件中提取多个音符、音量值、音量间隔信息及音符播放时间；MIDI音序器，用于以时间顺序将该分析的音符排列并输出；波表，多个声源样本在其内记录；音量控制器，用于在各个音符的音量间隔内使用各个音级的音量样本数而预先控制对应于音符的声源样本的音量；及频率转换器，用于使用给予从MIDI音序器中输出的各个音符的频率将音量控制的声源样本转换并将其输出。

在本发明的另一个技术方案中，提供了一种用于处理铃声的方法，其包括：从输入的MIDI文件中提取多个音符、音量值、音量间隔信息、及音符播放时间；使用提取的音量值和音量间隔信息计算各个音级的音量样本数；使用计算的各个音级的音量样本数来控制声源样本的音量；及使用给予音符的频率转换控制的声源样本。

本发明预先控制将被播放的铃声的声源样本音量，然后进行频率合成，从而减少了由于铃声的实时播放产生的系统负载。

可以理解本发明的前面的一般描述和后面的详细描述是示例性和解释性的，并旨在提供对所主张的本发明的进一步解释。

附图说明

附图被包括用于提供对本发明的进一步的理解和构成本申请的一部分，说明本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在图中：

图1为现有技术的MIDI播放器的框图；

图2为根据本发明的实施例的铃声处理装置的框图；

图3为声源样本的音量间隔的包络示意图；

图4为图2中声源样本的音量受到控制的典型示意图；

图5为根据本发明的实施例的铃声处理方法的流程图。

具体实施方式

参照附图中示出的实例，详细描述本发明的优选实施例。

图2为根据本发明的优选实施例的铃声处理装置的结构示意图。

参照图2，铃声处理装置包括：MIDI分析器11，用于提取MIDI文件的多个音符、音量值、音量间隔信息以及音符播放时间；MIDI音序器12，用于按照时间顺序排列音符播放时间；音量权重计算模块13，利用所提取的音量值用于计算各音级的音量权重；样本计算模块14，利用各音级的音量权重和音量间隔信息计算各音级的音量样本数；音量控制器15，用于利用各音级的音量样本数控制声源样本的音量；频率转换器16，利用给予音符的频率转换所控制的声音样本并输出；和记录声源样本的波表18。

下面将参照附图对上述铃声处理装置进行详细描述。

参照图2，MIDI分析器11分析所输入的MIDI文件以提取多个音符、音量值、音量间隔信息以及这些音符的音符播放时间。

在此，MIDI文件是具有乐谱数据的基于MIDI的铃声内容。MIDI文件储存在终端内或通过通信从外部下载。无线终端的铃声除基本的原音外大部分是MIDI文件。MIDI具有含许多音符和各声道的控制信号的结构。因此，当播放各铃声时，从声源样本分析每个音符所对应的乐器和与该乐器相关的附加数据，并利用该分析结果产生声音。

音量间隔信息包括上升、衰减、维持和释放的时间信息。由于音量间隔信息随音符不同而不同，可设置音量间隔信息以与每个音符相对应。

具体地说，参照图3，音量的包络分为上升、衰减、维持和释放的四级。即，一个音符可包括音符播放时间的音量从零增加到最大值的上升时间、音量从最大值减小到预定音量的衰减时间、在预定时间内保持预定值的维持时间以及音量从预定值下降到零并解除的释放时间。由于上述音量是人为设定以实现实际的声音，通过音量控制可产生自然的声音。为此，音量的包络受到控制。在本发明中包络不通过频率转换器控制而是通过独立的装置预先控制。

虽然包络是以线性的形式表示，但根据包络的种类和各音级的特性包络可以是线性形式或凹型形式。另外，作为表示声源样本的独特特性的信息的发音数据包括有关上升、衰减、维持和释放的四级的时间信息并用于合成声音。

同时，输入到MIDI分析器11的MIDI文件是预先包含预定音乐的信息并且存储在储存介质或实时下载的文件。MIDI文件可包括多个音符和音符播放时间。音符为表示声音的信息。例如，音符表示信息如‘C’、‘D’和‘E’。由于音符不是实际的声音，应利用实际的声源播放音符。通常，音符可在1至128的范围内设置。

另外，MIDI文件可以是具有一首歌的开始和结束的音乐片断。音乐片断可包括大量音符和各音符的时长。因此，MIDI文件可包括与各音符对应的音阶和播放时间的信息。

另外，预定的声源样本可预先记录在波表18中。声源样本表示最接近原始声音的声源的音符。

通常，由于记录在波表18中的声源样本不足以产生所有音符，声源样本被频率转换以产生所有音符。

因此，声源样本可少于音符。即，在以声源样本的形式产生所有128个音符并在波表18中记录声源样本时受到限制。通常，在128个音符的声源样本中只有典型的几个声源样本记录在波表18中。

输入到MIDI分析器11的MIDI文件根据乐谱可包括数十个音符或所有的128个音符。若输入MIDI文件，MIDI分析器11分析MIDI文件以提取多个音符、音量值、音量间隔信息以及这些音符的音符播放时间。在此，音符播放时间表示包含在MIDI文件中的每个音符的播放时间，因此是关于该音符长度的信息。

例如，如果音符‘D’的播放时间为1/8秒，与该音符‘D’对应的声源播放1/8秒。

此时，这些音符和音符播放时间被输入到MIDI音序器12。MIDI音序器按照音符播放时间的顺序将这些音符排序。即，MIDI音序器12按照各个音轨或各个乐器的时间顺序将这些音符排序。

经分析的音量值输入到音量权重计算模块13，而音量间隔信息输入到样本计算模块14。

音量权重计算模块13将所输入的音量值分成0至1之间的多个音级并将每音级的音量值应用到下面的方程1以计算音量权重值。

[方程1]

Wev＝(1-v)/log10(1/v)

在此，Wev(包络权重)为各音级的音量权重并表示应用包络的时间权重，而v表示各音级的音量值。

因此，各音级的音量权重可与音量值分成的级数相同地计算。例如，假定音量值分成0和1之间的10级，音量值可分成0.1，0.2，...，1总共10级。此时，可以优化将音量值分成多个级。即，由于音量值被分成更多级(如，多于10级)，以更加自然的方式产生音量而同比增加CPU的工作量。相反地，由于音量值被分成较少的级(如，少于10级)，不会以较不自然的方式产生音量。因此，考虑到CPU的工作量和自然的音量更适宜将音量值分成优化的级。

通过音量权重计算模块13计算的各音级的音量权重被输入到样本计算模块14中。该样本计算模块14利用音量权重计算模块13输入的各音级音量权重和从MIDl分析器11输入的音量间隔信息计算音量样本数。

样本计算模块14利用各音级的音量权重确定将要应用到音量间隔信息中的各音量间隔的最终时间。音量间隔信息包括为当前确定的各个间隔设置的时间间隔，即上升时间、衰减时间、维持时间和释放时间。此时，通过上述计算的各音级音量权重重新确定各音量间隔的时间，以确定各音量间隔的最终时间。

另外，利用各音级的音量权重计算已确定最终时间的各音量间隔的各音级音量样本数。此时，音量样本数可通过下列方程2计算。

[方程2]

Sev＝Wev/(SR×Wnote×Td)

在此，Sev(包络样本)为对应于Wev的各音级音量样本数，

Sev为通过将第二单元的时间转换为样本数而得到的概念。

Wev为各音级的音量权重，SR为声源样本的频率，Wnote为表示声源样本的频率与给予音符的频率之间的差，以及

Td为音量值下降到接近零时的延迟时间。

也就是，Sev与Wev成正比而与SR，Wnote，Td成反比。用Wev除以SR×Wnote×Td的积得到Sev。

因此，利用方程2计算已确定最终时间的各音量间隔中各音级音量样本数(Sev)。此时，所计算的音量样本数与音量值的级数相同。

各音级的音量样本数Sev可构造成下面的方程3提供的表的形式。

[方程3]

Table[Nvol]＝{Sev1，Sev2，Sev3，...，SevNvol}

在此，Nvol表示音量值的级数。

例如，假定音量值的级数为10，该表包含总共10的音量样本数。即，表中的项数与音量的级数相同。

音量控制器15利用表中表示的音量样本数控制声源样本的音量。

例如，参照图4，若将包络应用到第一音量样本数(Sev1)和第二音量样本数(Sev2)之间的声源样本音量(b)，包含在第一音量样本数(Sev1)和第二音量样本数(Sev2)之间的声源样本的音量值，得到两端为具有第一音量样本数(Sev1)和第二音量样本数(Sev2)的直线，对应于样本12的直线上的点P2乘以权重W1。经过如此处理，声源样本的音量易于控制。因此，各音级0和1之间的音量值乘以应用到实际声音的当前音量，从而预先计算将乘以每个样本的最终音量值。

同时，MIDI音序器12从MIDI分析器11接收多个音符和音符播放时间，并在预定的时间之后顺序输出音符的音符播放时间给频率转换器16。

频率转换器16利用给予从MIDI音序器12输出的各个音符的频率对音量受音量控制器15控制的声源样本进行转换并向外输出音乐文件。

尽管对假定一个音符、该音符的音量值和音量间隔信息，和音符播放时间进行了说明，在上述情况的基础上，本发明可以同样的方式应用到包含在与铃声播放有关的MIDI文件中的所有音符。

图5为根据本发明的实施例的铃声处理方法的流程图。

参照图5，从输入的MIDI文件提取音符播放信息和音量信息(S21)。在此，音符播放信息包括多个包含在MIDI文件中的音符和各音符的播放时间。音量信息包括每个音符的音量值和音量间隔信息。

之后，利用所提取的音量信息计算各音级的音量样本数(S23)。为此目的，包含在音量信息中的音量值被分成优化的级，然后再计算各音级的音量权重。另外，利用各音级的音量权重重新确定每个音量间隔的最终时间，并计算各音量间隔的各音级音量样本数。

接着，利用各音级音量样本数对与音符播放信息相对应的声源样本的音量进行音量控制(S25)。之后，利用每个音符的给定频率对音量受控的声源样本进行转换并输出(S27)。

如上所述，根据本发明，频率转换器并不控制音量。而是预先控制声源样本的音量，以使其可适应于各音符而频率转换器只转换和输出音量受控的声源样本的频率。根据现有技术，由于在重复循环数据时实时进行频率转换并输出，产生操作量拥塞并引起CPU过载。本发明可抑制CPU过载并实现更高效率和稳定性的MIDI播放。

显然，对于本领域的技术人员可对本发明进行各种变更和改变。因此，可以理解在附后的权利要求的范围及其等同内，本发明涵盖本发明的改进和变化。

Claims (19)

1、一种用于处理铃声的装置，包括：

分析器，用于进行分析从而从输入的MIDI(乐器数字接口)文件中提取多个音符、音量值、音量间隔信息及音符播放时间；

MIDI音序器，用于按时间顺序将分析的音符排列并输出；

波表，多个声源样本记录在其内；

音量控制器，用于使用各个音符的音量间隔中各个音级的音量样本数来预先控制对应于该音符的声源样本的音量；及

频率转换器，用于使用给予从MIDI音序器输出的各个音符的频率转换音量控制的声源样本并将其输出。

2、如权利要求1所述的装置，还包括样本计算模块模块，使用由分析器提取的音量间隔信息计算各个音级的音量样本数。

3、如权利要求2所述的装置，其中，为了在各自的音量间隔内计算各个音级的音量样本数，样本计算模块使用音量间隔信息和各个音级的音量权重。

4、如权利要求3所述的装置，其中，各个音级的音量权重由音量权重计算模块计算，并且音量权重计算模块将各个音量值分成多个音级并计算各个音级的音量值的权重，以将计算的权重传送给样本计算模块。

5、如权利要求4所述的装置，其中，音量权重计算模块将各个音量值分成在0和1的范围内的多个音级。

6、如权利要求4所述的装置，其中，各个音级的音量权重是应用了包络的时间权重。

7、如权利要求3所述的装置，其中，音量间隔信息包括上升时间、衰减时间、维持时间和释放时间。

8、如权利要求3所述的装置，其中，样本计算模块反映各个音级的音量权重以分别地确定各个音量间隔的次数。

9、如权利要求2所述的装置，其中，样本计算模块计算与各个音量值的音级数相同的各个音级的音量样本数。

10、一种用于处理铃声的方法，包括：

从输入的MIDI(乐器数字接口)文件中提取多个音符、音量值、音量间隔信息和音符播放时间；

使用提取的音量值和音量间隔信息计算各个音级的音量样本数；

使用计算的各个音级的音量样本数控制声源样本的音量；及

使用给予音符的频率对控制的声源样本进行转换。

11、如权利要求10所述的方法，其中，音量间隔信息包括上升时间、衰减时间、维持时间及释放时间。

12、如权利要求10所述的方法，其中，音量样本数的计算包括：使用提取的音量值计算各个音级的音量权重，和使用计算的各个音级的音量权重计算在各个音量间隔内各个音级的音量样本数。

13、如权利要求12所述的方法，其中，音量间隔信息的各个音量间隔的最终时间是使用计算的各个音级的音量权重确定的。

14、如权利要求13所述的方法，其中，各个音级的音量样本数是以包含各个音量间隔内的样本数的表的形式转换的，并且声源样本的音量是使用该表控制的。

15、如权利要求13所述的方法，其中，音量值被分成在任意范围内的多个音级，从而计算各个音级的音量权重和各个音级的音量值的权重。

16、如权利要求15所述的方法，其中，音量值被分成0到1之间的范围内的多个音级。

17、如权利要求11所述的方法，其中，声源样本的音量的控制包括：选择在音量样本的两个数之间的间隔内存在的预定声源样本的音量值，并为在两端具有该两个音量样本数的直线上的一点上的声源样本的音量样本数分配权重。

18、如权利要求12所述的方法，其中，音量样本数与各个音量值的音级数相同。

19、如权利要求13所述的方法，其中，各个音级的音量样本数使用公式Wev/(SR×Wnote×Td)计算，其中Wev是各个音级的音量权重，SR是声源样本的频率，Wnote是声源样本的频率与给予音符的频率的差，及Td是直到音量值下降到0的延迟时间。

Images