專利名稱：利用軟件虛擬技術(shù)結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)電子音樂信號(hào)輸入設(shè)備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及實(shí)現(xiàn)一種電子音樂信號(hào)輸入設(shè)備的方法，其可以利用軟件虛擬硬件的方式來減化電子音樂信號(hào)輸入設(shè)備的結(jié)構(gòu)。具體地說，本發(fā)明涉及電腦軟件虛擬技術(shù)和硬件技術(shù)，提出了一種利用軟件虛擬技術(shù)結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)電子音樂信號(hào)輸入設(shè)備的方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，樂器是音樂藝術(shù)不可缺少的重要工具，傳統(tǒng)樂器如鋼琴、小提琴、風(fēng)琴等由其各自不同的特色音色而演藝了不同風(fēng)格的藝術(shù)作品，但是傳統(tǒng)樂器存在著制作工藝復(fù)雜，不能演藝不同類樂器音色的缺點(diǎn)。
隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了模擬電子琴之類的模擬電聲樂器，它們的制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)化，表現(xiàn)的音色多種多樣的優(yōu)點(diǎn)，但是存在音色生硬，無法媲美真實(shí)樂器的缺點(diǎn)。
隨著數(shù)字技術(shù)特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，模擬電子樂器逐漸被數(shù)字電子樂器所取代，得別是結(jié)合計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)字處理能力，給音樂的創(chuàng)作方式帶來了翻天覆地的變化。在數(shù)字電子音樂領(lǐng)域眾所周知的最為普及的設(shè)備是MIDI鍵盤，它通過MIDI接口與計(jì)算機(jī)相連，用于向計(jì)算機(jī)輸入符合MIDI標(biāo)準(zhǔn)的音樂信息，用這樣的方式可以完成大多數(shù)傳統(tǒng)樂器所能完成的功能。這類設(shè)備功能強(qiáng)大，但是由于要是設(shè)備滿足MIDI標(biāo)準(zhǔn)的輸入輸出要求，需要在硬件上使用大量的硬件編碼和控制電路，致使硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作成本和銷售價(jià)格高昂，無法滿足普通音樂愛好者的要求。有一些發(fā)明人通過單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了MIDI鍵盤的部分功能并通過標(biāo)準(zhǔn)MIDI接口與計(jì)算機(jī)連接，但是由于單片機(jī)技術(shù)成本的高昂，還是不能大副降低音樂輸入設(shè)備的成本。
與此同時(shí)，通過軟件技術(shù)可以在一定程度上模擬MIDI鍵盤的部分功能，如Cakewalk軟件中的虛擬鋼琴(Virtual Piano)軟件就是通過軟件的形式模擬一個(gè)鋼琴鍵盤，另外如Keyboard Music軟件使得通過個(gè)人計(jì)算機(jī)用戶可以通過普通PC鍵盤輸入音樂信息。這類軟件大大降低了音樂輸入設(shè)備的硬件結(jié)果和成本，但是由于其一般不具備力度感應(yīng)設(shè)備，不能表現(xiàn)音樂力度，不符合傳統(tǒng)樂曲的使用習(xí)慣。而且音色的表現(xiàn)力很大程度上取決于軟件的編制水平，軟件之間缺乏統(tǒng)一的輸入輸出標(biāo)準(zhǔn)，無法做到兼容使用，所以往往在音色的表現(xiàn)能力上不能盡如人意。
本發(fā)明旨在提出一種利用軟件虛擬技術(shù)結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)電子音樂信號(hào)輸入設(shè)備的方法，既具備MIDI鍵盤的強(qiáng)大音樂信號(hào)輸入功能，又兼具虛擬音樂樂器軟件成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明亦旨在提出利用軟件虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)一種跨平臺(tái)的軟件兼容性好的電子音樂信號(hào)輸入設(shè)備的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提出了一種利用軟件虛擬技術(shù)結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)電子音樂信號(hào)輸入設(shè)備的方法，利用軟件虛擬技術(shù)使電子音樂信號(hào)輸入設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)大幅減少，并通過軟件虛擬技術(shù)使本方法具有軟件兼容性和跨平臺(tái)的移植性。
為了解決目前的技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
利用此方法利用軟件虛擬技術(shù)結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)的方式設(shè)計(jì)整個(gè)電子音樂信號(hào)輸入設(shè)備，包括軟件與硬件兩個(gè)主要設(shè)計(jì)部分。
硬件部分的功能在于輸入表示了鍵位信息和力度信息的信號(hào)，這種信號(hào)可以是數(shù)字信號(hào)也可以是模擬信號(hào)，可以是串行的也可是并行的。其特征在于，輸入的信號(hào)形式簡(jiǎn)單，未經(jīng)過特殊編碼，不符合MIDI標(biāo)準(zhǔn)。另外，本發(fā)明的硬件部分的功能可以只用于輸入鍵位的數(shù)字信息，而通過不同鍵位信息的組合可以計(jì)算出代表力度的信息或其他含義的信息。本領(lǐng)域的技術(shù)人員明白在本發(fā)明的硬件部分與軟件部分和處理單元之間有鏈接，處理器可以是數(shù)字信號(hào)處理器或?qū)Ｓ锰幚砥骰蚯度胧叫酒?，鏈接可以是?nèi)部的，也可以是基于諸如PS2、串口COM、通用串行總線(USB)或聲卡的MIC IN模擬信號(hào)輸入接口，本發(fā)明的硬件部分亦可以具有無線鏈路，比紅外或射頻。
軟件部分包括硬件驅(qū)動(dòng)程序模塊和軟件虛擬技術(shù)程序模塊。特別指出，本發(fā)明的軟件部分不包括MIDI信息的處理功能，本發(fā)明可以利用現(xiàn)有的或未來編制的MIDI處理軟件(如Cakewalk)進(jìn)行MIDI信息處理。對(duì)于各不同平臺(tái)的支持MIDI鍵盤輸入的MIDI處理軟件，本發(fā)明都能夠提供支持。本發(fā)明使硬件簡(jiǎn)單的電子音樂信號(hào)輸入設(shè)備對(duì)于各MIDI處理軟件邏輯上是透明的，各MIDI處理軟件將只能看到一個(gè)物理上并不存在的MIDI鍵盤在與其進(jìn)行通信。
硬件驅(qū)動(dòng)程序模塊是根據(jù)不同的電子音樂信號(hào)輸入設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)以及操作系統(tǒng)的要求編制的軟件程序的統(tǒng)稱，它的功能是為電子音樂信號(hào)輸入設(shè)備硬件的正常工作提供軟件支持，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員明白的驅(qū)動(dòng)程序概念相一致。
軟件虛擬程序模塊的結(jié)構(gòu)包括與硬件驅(qū)動(dòng)程序模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口模塊、數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換模塊、程序控制模塊和與MIDI處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口模塊。當(dāng)用戶敲擊硬件，硬件會(huì)將相應(yīng)的數(shù)據(jù)通過硬件鏈路傳遞給硬件驅(qū)動(dòng)程序，硬件驅(qū)動(dòng)程序通過與硬件驅(qū)動(dòng)程序模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口模塊將數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換模塊在程序控制模塊的控制下將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成符合MIDI標(biāo)準(zhǔn)并且符合MIDI處理軟件要求的數(shù)據(jù)信息，然后數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換模塊將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)信息通過與MIDI處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口模塊傳遞給MIDI處理軟件進(jìn)行處理。
上述的硬件驅(qū)動(dòng)程序模塊和軟件虛擬程序模塊可以是結(jié)合在一起，統(tǒng)一成為硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，使得非MIDI標(biāo)準(zhǔn)的硬件設(shè)備對(duì)于操作系統(tǒng)而言是透明的，操作系統(tǒng)將把它當(dāng)作一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)MIDI輸入設(shè)備來處理。
軟件虛擬程序模塊的程序控制模塊可以響應(yīng)MIDI處理軟件的控制和查詢信息，使MIDI設(shè)備可以完成相應(yīng)的初始化以及配置工作。
本發(fā)明通過使用非MIDI標(biāo)準(zhǔn)的硬件設(shè)備以及軟件虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)了部分MIDI鍵盤的功能，并利用MIDI處理軟件達(dá)到輸出聲音的目的。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
圖1是標(biāo)準(zhǔn)MIDI鍵盤作為電子音樂信號(hào)輸入設(shè)備的方法。
圖2是利用軟件虛擬技術(shù)結(jié)合串行輸出位置掃描碼的數(shù)字硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)電子音樂信號(hào)輸入設(shè)備的方法。
圖3是將軟件虛擬技術(shù)嵌入硬件驅(qū)動(dòng)程序結(jié)合輸入矩形波的模擬電子硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)電子音樂信號(hào)輸入設(shè)備的方法。
具體實(shí)施例方式
圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，硬件模塊采用串行輸出位置掃描碼的數(shù)字硬件設(shè)備，對(duì)于每一個(gè)按鍵下設(shè)兩個(gè)掃描點(diǎn)，當(dāng)有鍵被用戶按壓時(shí)，兩個(gè)掃描點(diǎn)先后導(dǎo)通并被數(shù)字硬件設(shè)備識(shí)別，硬件設(shè)備將兩個(gè)掃描點(diǎn)的位置掃描碼通過鏈路傳遞給硬件驅(qū)動(dòng)程序模塊。硬件驅(qū)動(dòng)程序模塊與軟件虛擬程序模塊中的與硬件驅(qū)動(dòng)程序模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口通信，將掃描碼傳遞給數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換模塊。數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，首先根據(jù)兩個(gè)掃描點(diǎn)的位置掃描碼首先確定唯一的鍵位編碼，其次根據(jù)兩個(gè)掃描點(diǎn)的位置掃描碼到達(dá)的時(shí)間間隔計(jì)算出對(duì)應(yīng)于鍵位編碼的力度值，最后將鍵位編碼和力度值結(jié)合起來按照MIDI標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)MIDI編碼。與MIDI處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口模塊將數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換模塊形成的標(biāo)準(zhǔn)MIDI編碼傳遞給MIDI處理軟件(本實(shí)施例中為Cakewalk)，由MIDI處理軟件按照MIDI標(biāo)準(zhǔn)解碼處理。程序控制模塊用于數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換模塊的控制工作，并可以加入硬件無法支持的功能，如音量的軟件控制、換膚技術(shù)、通過網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)升級(jí)等功能。
上述實(shí)施例具有跨平臺(tái)移植性。對(duì)于個(gè)人掌上電腦(PDA)、MP3播放器等數(shù)字處理設(shè)備，利用在這些數(shù)字處理設(shè)備上成熟的MIDI處理軟件，只需將硬件驅(qū)動(dòng)程序模塊、與硬件驅(qū)動(dòng)程序模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口、與MIDI處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口模塊進(jìn)行相應(yīng)的修改就可以達(dá)到跨平臺(tái)移植的目的。
上述實(shí)施例中的與MIDI處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口模塊由于輸出的數(shù)據(jù)符合國(guó)際MIDI標(biāo)準(zhǔn)，所以本發(fā)明將具有向后兼容性，對(duì)將來編制的MIDI處理軟件同樣提供了支持。
圖3是本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例。在本實(shí)施例中硬件設(shè)備采用輸入矩形波的模擬電子硬件設(shè)備，電子硬件設(shè)備向處理單元輸出連續(xù)的矩形波，不同的頻率代表鍵位，不同的振幅代表力度，通過模擬接口與處理單元鏈接。軟件虛擬程序模塊被集成如硬件驅(qū)動(dòng)程序模塊中，與硬件驅(qū)動(dòng)程序模塊形成一個(gè)整體，完成驅(qū)動(dòng)硬件及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，將轉(zhuǎn)換后的MIDI信息傳遞給MIDI處理軟件。
權(quán)利要求
1.一種利用軟件虛擬技術(shù)結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)電子音樂信號(hào)輸入設(shè)備的方法，包括軟件與硬件兩個(gè)主要設(shè)計(jì)部分，軟件部分包括硬件驅(qū)動(dòng)程序模塊和軟件虛擬技術(shù)程序模塊組成，其特征在于硬件驅(qū)動(dòng)程序模塊驅(qū)動(dòng)硬件設(shè)計(jì)部分向軟件虛擬技術(shù)程序模塊發(fā)送邏輯上包含鍵位信息和力度信息的非MIDI編碼信息，由軟件虛擬技術(shù)程序模塊將其轉(zhuǎn)換成符合MIDI標(biāo)準(zhǔn)的MIDI信息，并將轉(zhuǎn)換后的MIDI信息傳送給第三方MIDI處理軟件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用軟件虛擬技術(shù)結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)電子音樂信號(hào)輸入設(shè)備的方法，其特征在于軟件虛擬程序模塊被集成如硬件驅(qū)動(dòng)程序模塊中，與硬件驅(qū)動(dòng)程序模塊形成一個(gè)整體，完成驅(qū)動(dòng)硬件及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，將轉(zhuǎn)換后的MIDI信息傳遞給MIDI處理軟件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的利用軟件虛擬技術(shù)結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)電子音樂信號(hào)輸入設(shè)備的方法，其特征在于所述硬件部分向處理器單元輸出的是數(shù)字信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的利用軟件虛擬技術(shù)結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)電子音樂信號(hào)輸入設(shè)備的方法，其特征在于所述硬件部分向處理器單元輸出的是模擬信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4所述的利用軟件虛擬技術(shù)結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)電子音樂信號(hào)輸入設(shè)備的方法，其特征在于所以軟件和硬件設(shè)計(jì)對(duì)于第三方MIDI處理軟件是邏輯透明的，對(duì)于第三方MIDI處理軟件來說，利用軟件虛擬技術(shù)結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)電子音樂信號(hào)輸入設(shè)備的方法使其認(rèn)為是一個(gè)物理MIDI鍵盤在與其通信。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4所述的利用軟件虛擬技術(shù)結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)電子音樂信號(hào)輸入設(shè)備的方法，其特征在于所以軟件和硬件設(shè)計(jì)對(duì)于操作系統(tǒng)是邏輯透明的，對(duì)于操作系統(tǒng)來說，利用軟件虛擬技術(shù)結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)電子音樂信號(hào)輸入設(shè)備的方法使其認(rèn)為是一個(gè)物理MIDI鍵盤在與其通信。
全文摘要
本發(fā)明涉及實(shí)現(xiàn)一種電子音樂信號(hào)輸入設(shè)備的方法，其可以利用軟件虛擬硬件的方式來減化電子音樂信號(hào)輸入設(shè)備的結(jié)構(gòu)。具體地說，本發(fā)明涉及電腦軟件虛擬技術(shù)和硬件技術(shù)，提出了一種利用軟件虛擬技術(shù)結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)電子音樂信號(hào)輸入設(shè)備的方法。本發(fā)明通過使用非MIDI標(biāo)準(zhǔn)的硬件設(shè)備以及軟件虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)了部分MIDI鍵盤的功能，并利用MIDI處理軟件達(dá)到輸出聲音的目的。
文檔編號(hào)G06F3/02GK1773473SQ20041009077
公開日2006年5月17日 申請(qǐng)日期2004年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月10日
發(fā)明者張冉 申請(qǐng)人:張冉