專利名稱：基于頻譜分析的音調(diào)確定方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種音調(diào)確定方法和裝置，尤其涉及一種用于采用通過頻率分析獲得的最大峰值頻率來檢測音調(diào)和根據(jù)該音調(diào)的諧波頻率之一的范圍來確定音調(diào)的頻率范圍的音調(diào)檢測方法和裝置。
背景技術(shù)：
為了根據(jù)樂器的演奏聲音或人的聲音抽取演奏信息數(shù)據(jù)或者為了在音樂會上現(xiàn)場演奏，已經(jīng)研發(fā)出了檢測現(xiàn)場演奏的聲音的音調(diào)(音調(diào)頻率)或者人的聲音的音調(diào)(音調(diào)頻率)的技術(shù)。
通常用來檢測音調(diào)的方法包括分析演奏聲音或人的聲音的數(shù)字信號的頻率的頻率分析方法、計算波形的峰值或零交叉周期以便計算波的周期并分析計算結(jié)果的周期計算方法、和分析波形的自相關(guān)的自相關(guān)方法。
在這些音調(diào)檢測方法中，在頻率分析方法中，在預(yù)定的時間間隔分析數(shù)字信號。以取決于預(yù)定時間間隔的預(yù)定誤差范圍來確定音調(diào)。
例如，在用于頻率分析方法的FFT(快速傅里葉變換)的情況下，將在每一個預(yù)定時間間隔(以下稱作指數(shù)(index))期間所輸入的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成頻率。當(dāng)采樣速率和FFT窗尺寸固定時，頻率的誤差范圍由指數(shù)的范圍確定。將參考下述公式來描述該運(yùn)算。
當(dāng)FFT的采樣速率是22050Hz和FFT窗尺寸是1024時，通過FFT檢測的頻率以公式(1)來表示。
這里，實(shí)際頻率范圍FR根據(jù)公式(2)來確定。
因此，作為在鋼琴上調(diào)音時對音符C3執(zhí)行FFT分析的結(jié)果，當(dāng)對于基頻的峰值指數(shù)是7時，如果將指數(shù)7和上述條件(采樣速率和FFT窗尺寸)應(yīng)用到公式(1)和(2)，分別通過公式(3)和(4)計算對于指數(shù)7，即第7階頻率，的頻率轉(zhuǎn)換結(jié)果和實(shí)際頻率范圍。
公式(3)用于頻率轉(zhuǎn)換結(jié)果的計算，公式(4)用于頻率轉(zhuǎn)換結(jié)果的誤差范圍的計算。
FFT(F)=220501024×7+(7-1)2]]>=220501024×6.5]]>=139.96(Hz)---(3)]]>FRFFT=220501024×(7-1)~220501024×7]]>=129.19~150.73---(4)]]>也就是說，在上述條件下通過在鋼琴的音符C3上執(zhí)行FFT時檢測到的頻率是139.96Hz，并且該頻率的實(shí)際頻率范圍是(129.19～150.73)Hz。因此，檢測到的頻率有大約21.53Hz(150.73-129.19＝21.53)的誤差范圍。
因此，當(dāng)采用FFT來檢測樂器的聲音的音調(diào)時，在音符間的頻率間隔等于或大于21.53Hz的高頻段音調(diào)檢測誤差小，但是在音符間的頻率間隔小于21.53Hz的低頻段音調(diào)檢測誤差大。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的第一目的是提供一種檢測音調(diào)的方法和裝置，用于確定采用頻率分析得到的最大峰值頻率是音調(diào)還是該音調(diào)的n階諧波頻率，并根據(jù)確定結(jié)果檢測音調(diào)，從而減小音調(diào)檢測誤差。
本發(fā)明的第二目的是提供一種用于根據(jù)在音調(diào)的諧波頻率中對音調(diào)保持有預(yù)定間隔的諧波頻率的范圍確定音調(diào)的頻率范圍的音調(diào)檢測方法和裝置。
為了達(dá)到本發(fā)明的第一目的，提供了一種采用頻率分析檢測音調(diào)的方法。該方法包括第一步驟，以預(yù)定時間間隔將外部輸入的數(shù)字信號分析為頻率成分值，并根據(jù)頻率成分值檢測數(shù)字信號的峰值的位置；和第二步驟，從檢測到的峰值位置中選擇最大峰值位置、確定最大峰值位置的頻率是音調(diào)還是該音調(diào)的n階諧波頻率，并根據(jù)確定的結(jié)果檢測音調(diào)。最好，第二步驟還包括(2-1)將在檢測到的峰值位置中的最大峰值位置的頻率確定為音調(diào)候選者；(2-2)將頻率分析起始點(diǎn)和音調(diào)候選者的位置之間的音調(diào)候選者距離“d”除以“n”以便計算峰值檢測間隔d/n，并確定在頻率分析起始點(diǎn)和音調(diào)候選者的位置之間的頻譜中在峰值檢測間隔d/n處是否存在峰值；(2-3)如果確定在峰值檢測間隔d/n處峰值存在，將音調(diào)候選者確定為由音調(diào)候選者距離“d”除以“n”得到的位置P處的峰值P_Peak的n階諧波頻率；(2-4)將位置P處的峰值P_Peak設(shè)置為新的音調(diào)候選者并重復(fù)步驟(2-2)和(2-3)；和(2-5)如果確定在峰值檢測間隔d/n處峰值不存在，將音調(diào)候選者確定為音調(diào)。
也提供了一種采用頻率分析來檢測音調(diào)的裝置。該裝置包括頻率分析器，以預(yù)定時間間隔將外部輸入的數(shù)字信號分析為頻率成分值，并根據(jù)頻率成分值檢測數(shù)字信號的峰值的位置；音調(diào)確定器，選擇由頻率分析器檢測到的峰值位置中的最大峰值位置作為音調(diào)候選者，確定音調(diào)候選者是音調(diào)還是該音調(diào)的n階諧波頻率，并且當(dāng)將最大峰值位置的頻率確定為n階諧波頻率時，將由頻率分析起始位置和最大峰值位置之間的距離除以n而得到的位置處的頻率確定為音調(diào)；和結(jié)果輸出單元，輸出由音調(diào)確定器確定的音調(diào)。
為了達(dá)到本發(fā)明的第二目的，提供了一種采用頻率來分析檢測音調(diào)的方法。該方法包括第一步驟，以預(yù)定時間間隔將外部輸入的數(shù)字信號分析為頻率成分值，并根據(jù)該頻率成分值確定音調(diào)，和第二步驟，檢測確定的音調(diào)的諧波頻率的位置，并根據(jù)諧波頻率的范圍確定音調(diào)的范圍。最好，第二步驟包括計算在第一步驟確定的音調(diào)的頻率范圍F1；通過將在對于音調(diào)能檢測到的諧波頻率中定位在音調(diào)的第h個位置的諧波頻率的范圍除以“h”來計算值F2；和將頻率范圍F1和值F2的交集確定為音調(diào)的范圍。
也提供了一種采用頻率分析來檢測音調(diào)的裝置。該裝置包括頻率分析器，以預(yù)定時間間隔將外部輸入的數(shù)字信號分析為頻率成分值，并根據(jù)頻率成分值檢測數(shù)字信號的峰值的位置；音調(diào)確定器，選擇由頻率分析器檢測到的峰值位置中的最大峰值位置，確定最大峰值位置的頻率是音調(diào)還是該音調(diào)的n階諧波頻率，并且根據(jù)確定的結(jié)果檢測音調(diào)；音調(diào)范圍確定器，檢測由音調(diào)確定器確定的音調(diào)的諧波頻率的位置，并根據(jù)諧波頻率的范圍確定音調(diào)的范圍；和結(jié)果輸出單元，輸出由音調(diào)確定器確定的音調(diào)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的音調(diào)檢測裝置的示意方框圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的音調(diào)檢測方法的流程圖。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的確定音調(diào)的方法的流程圖。
圖2B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的確定音調(diào)范圍的方法的流程圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明表示計算音調(diào)范圍的結(jié)果的圖表，以便解釋用于確定音調(diào)范圍的步驟。
圖4A到4C是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用來解釋檢測音調(diào)的步驟的示例性波形和頻譜圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明音調(diào)檢測方法和裝置的實(shí)施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的音調(diào)檢測裝置的示意方框圖。參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的音調(diào)檢測裝置包括音樂信息輸入單元100、音調(diào)存在/不存在確定器200、頻率分析器300、音調(diào)確定器400、音調(diào)范圍確定器500和結(jié)果輸出單元600。
音樂信息輸入單元100通過話筒將模擬信號輸入轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號或接收通過轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的數(shù)字信號。
音調(diào)存在/不存在確定器200感知通過音樂信息輸入單元100接收的信號的聲壓電平(sound pressure level)以便確定音調(diào)是否存在。換句話說，當(dāng)通過音樂信息輸入單元100接收的信號的聲壓電平高于考慮到周圍環(huán)境而預(yù)先確定的噪音的聲壓電平時，認(rèn)為輸入了音樂聲音信號。
頻率分析器300將通過音調(diào)存在/不存在確定器200輸入的聲音的數(shù)字信號分析為在預(yù)定時間間隔的頻率成分值，并采用頻率成分值檢測頻譜的峰值位置。峰值位置表示峰值頻率的位置。同時，為了將聲音的數(shù)字信號分析為頻率成分，通常采用快速傅里葉變換(FFT)，但是也可以采用例如小波變換等其它方法。
音調(diào)確定器400從通過頻率分析器300檢測的峰值位置中選擇最大峰值位置作為音調(diào)候選者。最大峰值位置表示最大峰值頻率的位置。此外，音調(diào)確定器400確定音調(diào)候選者的頻率是音調(diào)還是音調(diào)的第n階諧波頻率。當(dāng)將最大峰值位置的頻率確定為n階諧波頻率時，音調(diào)確定器400將在通過頻率分析起始點(diǎn)和最大峰值位置之間的距離除以“n”而得到的位置的頻率確定為音調(diào)。
為了確定音調(diào)候選者是否是第n階諧波頻率，音調(diào)確定器400將頻率分析起始點(diǎn)和音調(diào)候選者的位置之間的距離除以“n”來計算峰值檢測音調(diào)d/n。其后，音調(diào)確定器400檢查頻譜以便找出在頻率分析起始點(diǎn)和音調(diào)候選者的位置之間的頻譜中在峰值檢測間隔d/n處峰值是否存在。如果在峰值檢測間隔d/n峰值存在，那么音調(diào)確定器400執(zhí)行步驟1把在由距離“d”除以“n”而得到的位置P處的峰值P_Peak設(shè)置為新的音調(diào)候選者。
音調(diào)確定器400重復(fù)步驟1直到在頻率分析起始點(diǎn)和音調(diào)候選者的位置之間的頻譜中在峰值檢測間隔d/n處不存在峰值。當(dāng)在頻率分析起始點(diǎn)和音調(diào)候選者的位置之間的頻譜中在峰值檢測間隔d/n處不存在峰值時，將當(dāng)前的音調(diào)候選者確定為音調(diào)。這里，“n”是用于確定音調(diào)候選者是否是n階諧波頻率的“音調(diào)候選者性質(zhì)確定系數(shù)”。最好，將預(yù)定范圍內(nèi)的質(zhì)數(shù)(2，3，5，7，11，13，...)順次應(yīng)用于“n”。顯然，“n”不局限于預(yù)定范圍內(nèi)的質(zhì)數(shù)，也可以將等于或大于2的自然數(shù)應(yīng)用于“n”。
音調(diào)范圍確定器500檢測由音調(diào)確定器400確定的音調(diào)的諧波頻率的位置，并根據(jù)諧波頻率的范圍確定音調(diào)的范圍。換句話說，音調(diào)范圍確定器500計算由音調(diào)確定器400確定的音調(diào)的頻率范圍F1；通過將在對于音調(diào)能檢測到的諧波頻率中定位在音調(diào)的第h個位置的諧波頻率的范圍除以“h”來計算值F2；和確定頻率范圍F1和值F2之間的交集作為音調(diào)范圍。這里“h”是用于選擇確定音調(diào)范圍的諧波頻率的“諧波頻率檢測系數(shù)”?！癶”是等于或大于2的自然數(shù)。
結(jié)果輸出單元600輸出最終確定的音調(diào)。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的音調(diào)檢測方法的流程圖。參考圖2，當(dāng)數(shù)字信號在步驟S100從外部輸入時，在步驟S200執(zhí)行頻率分析以便檢測數(shù)字信號的峰值位置。圖4A表示從外部輸入的數(shù)字信號的波形，圖4B和4C表示對數(shù)字信號執(zhí)行頻率分析的結(jié)果。圖4B表示峰值和其頻率位置，和圖4C表示峰值和其FFT指數(shù)位置。因此，采用該波形圖能檢測峰值的位置。
在步驟S300中參考峰值所示的頻譜來確定音調(diào)。換句話說，檢測最大峰值位置，然后根據(jù)確定最大峰值頻率是音調(diào)還音調(diào)的第n階諧波頻率的結(jié)果來確定音調(diào)。
如果音調(diào)確定了，那么在步驟S400確定音調(diào)的頻率范圍。使用音調(diào)的諧波頻率通過減小音調(diào)的頻率范圍來確定音調(diào)的頻率范圍。最終確定的音調(diào)在步驟S500中顯示。
圖2A是確定音調(diào)的步驟S300的流程圖。參考圖2A，在步驟S310中將在步驟S100檢測的峰值位置中的最大峰值位置的頻率確定為音調(diào)候選者。
接下來，將頻率分析起始點(diǎn)和音調(diào)候選者的位置之間的距離“d”除以“n”以便計算峰值檢測間隔d/n。其后，檢查頻譜以找出在頻率分析起始點(diǎn)和音調(diào)候選者的位置之間的頻譜中在峰值檢測間隔d/n處是否存在峰值。如果在峰值檢測間隔d/n處峰值存在，也就是說，如果在由音調(diào)候選者距離“d”除以“n”而得到的位置P處存在峰值P_Peak時，將當(dāng)前音調(diào)候選者確定為峰值P_Peak的n階諧波頻率。這里，“n”是用于確定音調(diào)候選者是否是n階諧波頻率的“音調(diào)候選者性質(zhì)確定系數(shù)”。最好，將預(yù)定范圍內(nèi)的質(zhì)數(shù)或自然數(shù)順次應(yīng)用于“n”。
以下假設(shè)將在預(yù)定范圍內(nèi)的素數(shù)應(yīng)用于“n”。
首先，在步驟S320將音調(diào)候選者性質(zhì)確定系數(shù)(以下稱作“n”)設(shè)定為2。將在頻率分析起始點(diǎn)和音調(diào)候選者的位置之間的音調(diào)候選者距離“d”除以2以便計算峰值檢測間隔d/2。然后，在步驟S330檢查在頻率分析起始點(diǎn)和音調(diào)候選者的位置之間的頻譜中在峰值檢測間隔d/2處是否存在峰值。換句話說，檢查在音調(diào)候選者距離“d”的1/2的位置P處是否存在峰值。
如果在位置P峰值存在，那么在步驟S340將音調(diào)候選者確定為位置P處的峰值P_Peak的二階諧波頻率，并將位置P處的峰值P_Peak設(shè)定為新的音調(diào)候選者。其后，重復(fù)步驟S320和S330。
如果在由音調(diào)候選者距離“d”除以2而的得到的位置P處不存在峰值，那么在步驟S360將“n”從2改變成下一個質(zhì)數(shù)3。然后，重復(fù)步驟S330和S340。更具體的講，將頻率分析起始點(diǎn)和音調(diào)候選者的位置之間的音調(diào)候選者距離“d”除以3以便計算峰值檢測間隔d/3，然后在步驟S330檢查在頻率分析起始點(diǎn)和音調(diào)候選者的位置之間的頻譜中在峰值檢測間隔d/3是否存在峰值。換句話說，檢查在音調(diào)候選者距離“d”的1/3的位置P1處是否存在峰值和在音調(diào)候選者距離“d”的2/3的位置P2處是否存在峰值。
重復(fù)步驟S330和S340直到將在預(yù)定范圍內(nèi)的所有的質(zhì)數(shù)應(yīng)用于“n”。例如，將“n”設(shè)置在{2，3，5}范圍內(nèi)，在“n”從2改變到3和到5時重復(fù)步驟S330和S340。
如果在步驟S350對于在預(yù)定范圍內(nèi)的所有的質(zhì)數(shù)確定在頻率分析起始點(diǎn)和音調(diào)候選者的位置之間的頻譜在峰值檢測間隔d/n處不存在峰值，那么在步驟S370將音調(diào)候選者確定為音調(diào)。
作為選擇，可以將預(yù)定范圍內(nèi)的自然數(shù)應(yīng)用于“n”。例如，可以在“n”從2改變到3、到4、和到5時重復(fù)步驟S330和S340。
圖2B是確定音調(diào)范圍的步驟S400的流程圖。為了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例確定音調(diào)范圍，計算音調(diào)的頻率范圍F1，然后將當(dāng)前音調(diào)的頻率范圍F1和值F2之間的交集確定為音調(diào)范圍。值F2是通過在當(dāng)前音調(diào)的能檢測到的諧波頻率中定位在當(dāng)前音調(diào)的第h個位置的諧波頻率的范圍除以“h”而獲得的；參考圖2B，在步驟S410將當(dāng)前確定的音調(diào)的頻率范圍設(shè)定為音調(diào)的頻率范圍F1。在步驟S420將用于選擇確定音調(diào)范圍的諧波頻率的諧波頻率檢測系數(shù)(以下稱作“h”)設(shè)置為2。
當(dāng)在步驟S430確定存在當(dāng)前音調(diào)的二階諧波頻率時，在步驟S440將二階諧波頻率范圍除以2而得到的值確定為音調(diào)范圍候選者F2。接下來，在步驟S450和S460將在音調(diào)范圍候選者F2和預(yù)先確定的音調(diào)范圍F1的交集設(shè)置為新的音調(diào)候選者F1。
在步驟S470“h”增加1后，重復(fù)步驟S430到S460。
更具體地講，在步驟S470把“h”設(shè)置為3后，如果在步驟S430確定當(dāng)前音調(diào)的三階諧波頻率存在，那么在步驟S440將由3階諧波頻率的范圍除以3而得到的值確定為新的音調(diào)范圍候選者F2。然后，在步驟S450和S460將新的音調(diào)范圍候選者F2和預(yù)先確定的音調(diào)范圍F1之間的交集設(shè)定為新的音調(diào)候選者F1。
這里，如果在音調(diào)范圍候選者F2和預(yù)先確定的音調(diào)范圍F1之間沒有交集，那么在步驟S480將預(yù)先確定的音調(diào)范圍F1確定并輸出為音調(diào)的頻率范圍。
同時，如果在步驟S430未檢測到當(dāng)前音調(diào)的第h階諧波頻率或者第h階諧波頻率的幅度小于預(yù)定值，那么在步驟S480將當(dāng)前音調(diào)范圍F1確定并輸出為音調(diào)的頻率范圍。
為了更具體的解釋上述步驟，將在假設(shè)FFT窗尺寸是2048、采樣速率是22050Hz和如圖4C所示的FFT的結(jié)果的基礎(chǔ)上描述音調(diào)檢測方法。
參考圖4C，作為FFT的結(jié)果，出現(xiàn)多個峰值和位置，也就是，從圖的左側(cè)開始峰值的FFT指數(shù)(以下稱作峰值FFT指數(shù))是13、25、37、49、62、74、86、98、110、123、135、147、160、173、……。
具有最大峰值的最大峰處于FFT指數(shù)是37的位置。
同時，公式(5)算術(shù)上表示了一種采用FFT指數(shù)確定頻率范圍的方法。如果將FFT指數(shù)37應(yīng)用到公式(5)，那么由公式(6)計算頻率范圍。
對于FFT指數(shù)的頻率范圍 對于FFT指數(shù)的頻率范圍=220502048×(37-1)~220502048×37]]>=387.59~398.36---(6)]]>也就是說，當(dāng)FFT指數(shù)是37時，音調(diào)候選者的頻率范圍是(387.59～398.36)Hz。
在如上所述確定音調(diào)候選者之后，通過檢查在由音調(diào)候選者除以“n”而得到的位置是否存在峰值來確定音調(diào)候選者是否是n階諧波頻率。這里，最好按順序?qū)?，3，5，...應(yīng)用于“n”。換句話說，最好按順序?qū)㈩A(yù)定范圍內(nèi)的質(zhì)數(shù)應(yīng)用于“n”。但是，“n”不局限于預(yù)定范圍內(nèi)的指數(shù)。顯然也可以將預(yù)定范圍內(nèi)的自然數(shù)應(yīng)用于“n”。
根據(jù)公式(7)采用“n”計算FFT指數(shù)。當(dāng)“n”是2時，根據(jù)公式(8)計算FFT指數(shù)。
＝18～18.5當(dāng)“n”是2時，代入公式(8)，當(dāng)音調(diào)候選者除以“n”時，F(xiàn)FT指數(shù)是18～18.5。代入峰值FFT指數(shù)13、25、37、49、62、74、86、98、110、123、135、147、160、173、...，能推出在根據(jù)公式(8)計算的位置不存在峰值。
當(dāng)“n”是3時，根據(jù)公式(9)計算FFT指數(shù)。
＝12～12.33 (9) ＝24～24.66當(dāng)“n”是3時，代入公式(9)，得到兩個FFT指數(shù)12～12.33和24～24.66。如果12.33向上舍入到第一十進(jìn)制位，變?yōu)?3，如果24.66向上舍入到第一十進(jìn)制位，變?yōu)?5。因此，代入峰值FFT指數(shù)13、25、37、49、62、74、86、98、110、123、135、147、160、173、...，能推出當(dāng)n＝3時，在位置13即在頻率分析起始點(diǎn)到音調(diào)候選者之間的距離37的1/3處和位置25即在頻率分析起始點(diǎn)到音調(diào)候選者之間的距離37的2/3處存在峰值。
因此，可以推出在FFT指數(shù)37處的頻率是在FFT指數(shù)13處的頻率的三階諧波頻率。根據(jù)本發(fā)明，在圖4C所示的結(jié)果中，通過把使用公式(9)而得到的FFT指數(shù)12～12.33應(yīng)用于公式(5)而獲得的音調(diào)是129.19～132.78Hz。音調(diào)通過公式(10)和(11)計算。
＝129.19～132.78這里，音調(diào)的誤差范圍大約是3.59Hz。
采用本發(fā)明的音調(diào)范圍確定方法可以減少誤差范圍。能從當(dāng)前確定的音調(diào)檢測到的諧波頻率信息(即，在FFT指數(shù)13的頻率)可以從峰值FFT指數(shù)13、25、37、49、62、74、86、98、110、123、135、147、160、173、...獲得。當(dāng)諧波頻率檢測系數(shù)“h”是12時，第12階諧波頻率是當(dāng)FFT指數(shù)是147時的頻率。
因此，根據(jù)公式(5)計算FFT指數(shù)頻率范圍的結(jié)果由公式(11)表示。
＝1571.9238～1582.6904即，音調(diào)的第12階諧波頻率的范圍是1571.9238～1582.6904Hz。因此，通過由諧波頻率除以12而得到的音調(diào)的頻率范圍如公式(12)所示。采用諧波頻率的基頻=1571.923812~1582.690412=130.9937~131.8909---(12)]]>由公式(12)所獲得的頻率范圍是在由公式(10)得到的初始音調(diào)范圍129.19～132.78內(nèi)，并具有顯然小于由公式(10)得到的初始音調(diào)范圍的大約為3.5Hz的誤差范圍的0.8972Hz的誤差范圍。因此，根據(jù)本發(fā)明當(dāng)檢測音調(diào)時能更準(zhǔn)確地檢測頻率范圍。
如果由公式(12)得到的頻率范圍是130.9937～133.0Hz，那么最終的音調(diào)范圍是130.9937～132.78Hz，即，在頻率范圍130.9937～133.0Hz和初始音調(diào)范圍129.19～132.78Hz之間的交集。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明計算頻率范圍的結(jié)果的圖表，以便解釋用于確定音調(diào)范圍的步驟。圖3表示峰值FFT指數(shù)31、根據(jù)峰值FFT指數(shù)的頻率范圍32、由頻率范圍32的第h階諧波頻率范圍除以“h”計算出的頻率范圍33和當(dāng)前頻率范圍33和前一個最終頻率范圍34之間的交集的最終音調(diào)范圍34。圖3所示的值與圖4C所示的峰值有關(guān)。這里，當(dāng)諧波率檢測系數(shù)“h”是2時由當(dāng)諧波頻率檢測系數(shù)“h”是1時得到的最終音調(diào)范圍129.1992～139.9658和當(dāng)諧波頻率檢測系數(shù)“h”是2時采用二階諧波頻率范圍得到的頻率范圍129.1992～134.5825的交集來確定最終音調(diào)范圍129.1992～134.5825(圖3的陰影部分)。對于三階和下一階諧波頻率的最終音調(diào)范圍是以與確定二階諧波頻率的最終音調(diào)范圍相同的方式來確定。但是，當(dāng)諧波頻率檢測系數(shù)“h”是“13”時，當(dāng)諧波頻率檢測系數(shù)“h”是12時得到的最終音調(diào)范圍131.3525～131.5918和采用13階諧波頻率范圍而得到的頻率范圍131.6838～132.5120之間沒有交集。因此，當(dāng)諧波頻率檢測系數(shù)“h”是13或更大時不能計算出最終音調(diào)范圍。因此，將當(dāng)諧波頻率檢測系數(shù)“h”是12時得到的最終音調(diào)范圍131.3525～131.5918輸出作為檢測音調(diào)的結(jié)果。
以上僅僅描述了本發(fā)明的實(shí)施例。本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例，可以在所附權(quán)利要求所定義的范圍內(nèi)作各種改變。例如，可以改變實(shí)施例中指定的每一元件的形狀和結(jié)構(gòu)。盡管在上述實(shí)施例中將音調(diào)候選者性質(zhì)確定系數(shù)設(shè)置為質(zhì)數(shù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠得知也可以將音調(diào)候選者性質(zhì)確定系數(shù)設(shè)置為自然數(shù)。
工業(yè)實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明的音調(diào)檢測方法和裝置，可以確定通過頻率分析得到的最大峰值頻率是音調(diào)還是音調(diào)的n階諧波頻率，然后根據(jù)確定的結(jié)果檢測音調(diào)，以便當(dāng)無條件檢測到最大峰值頻率作為音調(diào)時出現(xiàn)的音調(diào)檢測誤差最小。
此外，在本發(fā)明中，根據(jù)在檢測到的諧波頻率中對音調(diào)候選者保持預(yù)定的間隔的諧波頻率的范圍來確定音調(diào)的頻率范圍，以便減小音調(diào)的誤差范圍。因此，提高了音調(diào)檢測的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種采用頻率分析來檢測音調(diào)的方法，包括第一步驟，以預(yù)定時間間隔將外部輸入的數(shù)字信號分析為頻率成分值，并根據(jù)頻率成分值檢測數(shù)字信號的峰值的位置；以及第二步驟，選擇檢測到的峰值位置中的最大峰值位置，確定最大峰值位置的頻率是音調(diào)還是該音調(diào)的n階諧波頻率，并根據(jù)確定的結(jié)果檢測音調(diào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第二步驟還包括以下步驟(2-1)將在檢測到的峰值位置中的最大峰值位置的頻率確定為音調(diào)候選者；(2-2)將頻率分析起始點(diǎn)和音調(diào)候選者的位置之間的音調(diào)候選者距離“d”除以“n”以便計算峰值檢測間隔d/n，并確定在頻率分析起始點(diǎn)和音調(diào)候選者的位置之間的頻譜中在峰值檢測間隔d/n處是否存在峰值；(2-3)如果確定在峰值檢測間隔d/n處峰值存在，將音調(diào)候選者確定為由音調(diào)候選者距離“d”除以“n”得到的位置P處的峰值P_Peak的n階諧波頻率；(2-4)將位置P處的峰值P_Peak設(shè)置為新的音調(diào)候選者并重復(fù)步驟(2-2)和(2-3)；以及(2-5)如果確定在峰值檢測間隔d/n處峰值不存在，將音調(diào)候選者確定為音調(diào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，“n”是用于確定音調(diào)候選者是否是n階諧波頻率的音調(diào)候選者性質(zhì)確定系數(shù)，并且將在預(yù)定范圍內(nèi)的質(zhì)數(shù)按順序應(yīng)用于“n”。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，“n”是用于確定音調(diào)候選者是否是n階諧波頻率的音調(diào)候選者性質(zhì)確定系數(shù)，并且將在預(yù)定范圍內(nèi)的自然數(shù)按順序應(yīng)用于“n”。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括第三步驟檢測在第二步驟中確定的音調(diào)的諧波頻率的位置，并根據(jù)諧波頻率的范圍確定音調(diào)的范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述第三步驟包括計算在第二步驟確定的音調(diào)的頻率范圍F1；通過將在對于音調(diào)能檢測到的諧波頻率中定位在音調(diào)的第h個位置處的諧波頻率的范圍除以“h”來計算值F2；以及將頻率范圍F1和值F2的交集確定為音調(diào)的范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，“h”是用于選擇確定音調(diào)范圍的諧波頻率的諧波頻率檢測系數(shù)，并且“h”是等于或大于2的自然數(shù)。
8.一種采用頻率分析來檢測音調(diào)的方法，包括第一步驟，以預(yù)定時間間隔將外部輸入的數(shù)字信號分析為頻率成分值，并根據(jù)頻率成分值確定音調(diào)；以及第二步驟，檢測確定的音調(diào)的諧波頻率的位置，并根據(jù)諧波頻率的范圍確定音調(diào)的范圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述第二步驟包括計算在第一步驟確定的音調(diào)的頻率范圍F1；通過將在對于音調(diào)能檢測到的諧波頻率中定位在音調(diào)的第h個位置處的諧波頻率的范圍除以“h”來計算值F2；以及將頻率范圍F1和值F2的交集確定為音調(diào)的范圍。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，“h”是用于選擇確定音調(diào)范圍的諧波頻率的諧波頻率檢測系數(shù)，并且“h”是等于或大于2的自然數(shù)。
11.一種用于采用頻率分析來檢測音調(diào)的裝置，包括頻率分析器，以預(yù)定時間間隔將外部輸入的數(shù)字信號分析為頻率成分，并根據(jù)頻率成分值檢測數(shù)字信號的峰值的位置；音調(diào)確定器，選擇通過頻率分析器檢測到的峰值位置中的最大峰值位置作為音調(diào)候選者，確定音調(diào)候選者是音調(diào)還是該音調(diào)的n階諧波頻率，并且當(dāng)將最大峰值位置的頻率確定為n階諧波頻率時，將由頻率分析起始位置和最大峰值位置之間的距離除以n而得到的位置處的頻率確定為音調(diào)；以及結(jié)果輸出單元，輸出由音調(diào)確定器確定的音調(diào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中音調(diào)確定器執(zhí)行過程步驟1將頻率分析起始點(diǎn)和音調(diào)候選者的位置之間的音調(diào)候選者距離“d”除以“n”以便計算峰值檢測間隔d/n，并確定在頻率分析起始點(diǎn)和音調(diào)候選者的位置之間的頻譜中在峰值檢測間隔d/n處是否存在峰值，以及如果確定在峰值檢測間隔d/n處峰值存在，將由距離“d”除以“n”得到的位置P處的峰值P_Peak確定為新的音調(diào)候選者；當(dāng)從頻率分析起始點(diǎn)到音調(diào)候選者在峰值檢測間隔d/n處存在峰值時重復(fù)過程步驟1；以及如果確定在峰值檢測間隔d/n處峰值不存在，將音調(diào)候選者確定為音調(diào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，“n”是用于確定音調(diào)候選者是否是n階諧波頻率的音調(diào)候選者性質(zhì)確定系數(shù)，并且將在預(yù)定范圍內(nèi)的質(zhì)數(shù)按順序應(yīng)用于“n”。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，“n”是用于確定音調(diào)候選者是否是n階諧波頻率的音調(diào)候選者性質(zhì)確定系數(shù)，并且將在預(yù)定范圍內(nèi)的自然數(shù)按順序應(yīng)用于“n”。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，還包括音調(diào)范圍確定器，檢測由音頻率確定器確定的音調(diào)的諧波頻率的位置，并根據(jù)諧波頻率的范圍確定音調(diào)的范圍。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中，音調(diào)范圍確定器計算由音調(diào)確定器確定的音調(diào)的頻率范圍F1；通過將在對于音調(diào)能檢測到的諧波頻率中定位在音調(diào)的第h個位置處的諧波頻率的范圍除以“h”來計算值F2；以及將頻率范圍F1和值F2的交集確定為音調(diào)的范圍。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，“h”是用于選擇確定音調(diào)范圍的諧波頻率的諧波頻率檢測系數(shù)，并且“h”是等于或大于2的自然數(shù)。
18.一種采用頻率分析來檢測音調(diào)的裝置，包括頻率分析器，以預(yù)定時間間隔將外部輸入的數(shù)字信號分析為頻率成分值，并根據(jù)頻率成分值檢測數(shù)字信號的峰值的位置；音調(diào)確定器，選擇由頻率分析器檢測到的峰值位置中的最大峰值位置，確定最大峰值位置的頻率是音調(diào)還是該音調(diào)的n階諧波頻率，并且根據(jù)確定的結(jié)果檢測音調(diào)；音調(diào)范圍確定器，檢測由音調(diào)確定器確定的音調(diào)的諧波頻率的位置，并根據(jù)諧波頻率的范圍確定音調(diào)的范圍；以及結(jié)果輸出單元，輸出由音調(diào)確定器確定的音調(diào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中，音調(diào)范圍確定器計算由音調(diào)確定器確定的音調(diào)的頻率范圍F1；通過將在對于音調(diào)能檢測到的諧波頻率中定位在音調(diào)的第h個位置處的諧波頻率的范圍除以“h”來計算值F2；以及將頻率范圍F1和值F2的交集確定為音調(diào)的范圍。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，“h”是用于選擇確定音調(diào)范圍的諧波頻率的諧波頻率檢測系數(shù)，并且“h”是等于或大于2的自然數(shù)。
全文摘要
一種采用頻率分析來檢測音調(diào)的方法和裝置。以預(yù)定時間間隔將外部輸入的數(shù)字信號分析為頻率成分值，并根據(jù)頻率成分值檢測數(shù)字信號的峰值的位置。確定峰值位置中最大峰值位置的頻率是音調(diào)還是該音調(diào)的n階諧波頻率以便檢測音調(diào)。然后，根據(jù)檢測的音調(diào)的諧波頻率的范圍確定音調(diào)的范圍。因此，減小了采用頻率分析檢測音調(diào)的誤差范圍，從而當(dāng)采用頻率分析檢測音調(diào)時更準(zhǔn)確地檢測音調(diào)。
文檔編號G10L11/00GK1539136SQ02815478
公開日2004年10月20日 申請日期2002年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月8日
發(fā)明者鄭道日, 徐憲瑞 申請人:娛樂技術(shù)有限公司