專利名稱：利用軟件虛擬技術(shù)結(jié)合硬件實現(xiàn)電子音樂信號輸入設(shè)備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及實現(xiàn)一種電子音樂信號輸入設(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)合硬件實現(xiàn)電子音樂信號輸入設(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、風琴等由其各自不同的特色音色而演藝了不同風格的藝術(shù)作品，但是傳統(tǒng)樂器存在著制作工藝復雜，不能演藝不同類樂器音色的缺點。
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簡化，表現(xiàn)的音色多種多樣的優(yōu)點，但是存在音色生硬，無法媲美真實樂器的缺點。
隨著數(shù)字技術(shù)特別是計算機技術(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)合計算機強大的數(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接口與計算機相連，用于向計算機輸入符合MIDI標準的音樂信息，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)備功能強大，但是由于要是設(shè)備滿足MIDI標準的輸入輸出要求，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)復雜，制作成本和銷售價格高昂，無法滿足普通音樂愛好者的要求。有一些發(fā)明人通過單片機技術(shù)實現(xiàn)了MIDI鍵盤的部分功能并通過標準MIDI接口與計算機連接，但是由于單片機技術(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，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鋼琴鍵盤，另外如Keyboard Music軟件使得通過個人計算機用戶可以通過普通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)一的輸入輸出標準，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)合硬件實現(xiàn)電子音樂信號輸入設(shè)備的方法，既具備MIDI鍵盤的強大音樂信號輸入功能，又兼具虛擬音樂樂器軟件成本低廉的優(yōu)點。
本發(fā)明亦旨在提出利用軟件虛擬技術(shù)實現(xiàn)一種跨平臺的軟件兼容性好的電子音樂信號輸入設(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)合硬件實現(xiàn)電子音樂信號輸入設(shè)備的方法，利用軟件虛擬技術(shù)使電子音樂信號輸入設(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)方案予以實現(xiàn)。
利用此方法利用軟件虛擬技術(shù)結(jié)合硬件實現(xiàn)的方式設(shè)計整個電子音樂信號輸入設(shè)備，包括軟件與硬件兩個主要設(shè)計部分。
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，這種信號可以是數(shù)字信號也可以是模擬信號，可以是串行的也可是并行的。其特征在于，輸入的信號形式簡單，未經(jīng)過特殊編碼，不符合MIDI標準。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)進行MIDI信息處理。對于各不同平臺的支持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)明使硬件簡單的電子音樂信號輸入設(shè)備對于各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物理上并不存在的MIDI鍵盤在與其進行通信。
硬件驅(qū)動程序模塊是根據(jù)不同的電子音樂信號輸入設(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)動程序模塊進行數(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處理軟件進行數(shù)據(jù)交換的接口模塊。當用戶敲擊硬件，硬件會將相應(yīng)的數(shù)據(jù)通過硬件鏈路傳遞給硬件驅(qū)動程序，硬件驅(qū)動程序通過與硬件驅(qū)動程序模塊進行數(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標準并且符合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處理軟件進行數(shù)據(jù)交換的接口模塊傳遞給MIDI處理軟件進行處理。
上述的硬件驅(qū)動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)動程序，使得非MIDI標準的硬件設(shè)備對于操作系統(tǒng)而言是透明的，操作系統(tǒng)將把它當作一個標準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標準的硬件設(shè)備以及軟件虛擬技術(shù)實現(xiàn)了部分MIDI鍵盤的功能，并利用MIDI處理軟件達到輸出聲音的目的。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述。
圖1是標準MIDI鍵盤作為電子音樂信號輸入設(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)備實現(xiàn)電子音樂信號輸入設(shè)備的方法。
圖3是將軟件虛擬技術(shù)嵌入硬件驅(qū)動程序結(jié)合輸入矩形波的模擬電子硬件設(shè)備實現(xiàn)電子音樂信號輸入設(shè)備的方法。
具體實施例方式
圖2是本發(fā)明的一個實施例。本實施例的結(jié)構(gòu)特點是，硬件模塊采用串行輸出位置掃描碼的數(shù)字硬件設(shè)備，對于每一個按鍵下設(shè)兩個掃描點，當有鍵被用戶按壓時，兩個掃描點先后導通并被數(shù)字硬件設(shè)備識別，硬件設(shè)備將兩個掃描點的位置掃描碼通過鏈路傳遞給硬件驅(qū)動程序模塊。硬件驅(qū)動程序模塊與軟件虛擬程序模塊中的與硬件驅(qū)動程序模塊進行數(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)換模塊進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，首先根據(jù)兩個掃描點的位置掃描碼首先確定唯一的鍵位編碼，其次根據(jù)兩個掃描點的位置掃描碼到達的時間間隔計算出對應(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標準轉(zhuǎn)換成標準MIDI編碼。與MIDI處理軟件進行數(shù)據(jù)交換的接口模塊將數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換模塊形成的標準MIDI編碼傳遞給MIDI處理軟件(本實施例中為Cakewalk)，由MIDI處理軟件按照MIDI標準解碼處理。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)動態(tài)升級等功能。
上述實施例具有跨平臺移植性。對于個人掌上電腦(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)動程序模塊、與硬件驅(qū)動程序模塊進行數(shù)據(jù)交換的接口、與MIDI處理軟件進行數(shù)據(jù)交換的接口模塊進行相應(yīng)的修改就可以達到跨平臺移植的目的。
上述實施例中的與MIDI處理軟件進行數(shù)據(jù)交換的接口模塊由于輸出的數(shù)據(jù)符合國際MIDI標準，所以本發(fā)明將具有向后兼容性，對將來編制的MIDI處理軟件同樣提供了支持。
圖3是本發(fā)明的又一個實施例。在本實施例中硬件設(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)動程序模塊中，與硬件驅(qū)動程序模塊形成一個整體，完成驅(qū)動硬件及數(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)合硬件實現(xiàn)電子音樂信號輸入設(shè)備的方法，包括軟件與硬件兩個主要設(shè)計部分，軟件部分包括硬件驅(qū)動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)動程序模塊驅(qū)動硬件設(shè)計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標準的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)合硬件實現(xiàn)電子音樂信號輸入設(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)動程序模塊中，與硬件驅(qū)動程序模塊形成一個整體，完成驅(qū)動硬件及數(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)合硬件實現(xiàn)電子音樂信號輸入設(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。
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)合硬件實現(xiàn)電子音樂信號輸入設(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。
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)合硬件實現(xiàn)電子音樂信號輸入設(shè)備的方法，其特征在于所以軟件和硬件設(shè)計對于第三方MIDI處理軟件是邏輯透明的，對于第三方MIDI處理軟件來說，利用軟件虛擬技術(shù)結(jié)合硬件實現(xiàn)電子音樂信號輸入設(shè)備的方法使其認為是一個物理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)合硬件實現(xiàn)電子音樂信號輸入設(shè)備的方法，其特征在于所以軟件和硬件設(shè)計對于操作系統(tǒng)是邏輯透明的，對于操作系統(tǒng)來說，利用軟件虛擬技術(shù)結(jié)合硬件實現(xiàn)電子音樂信號輸入設(shè)備的方法使其認為是一個物理MIDI鍵盤在與其通信。
全文摘要
本發(fā)明涉及實現(xiàn)一種電子音樂信號輸入設(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)合硬件實現(xiàn)電子音樂信號輸入設(shè)備的方法。本發(fā)明通過使用非MIDI標準的硬件設(shè)備以及軟件虛擬技術(shù)實現(xiàn)了部分MIDI鍵盤的功能，并利用MIDI處理軟件達到輸出聲音的目的。
文檔編號G06F3/02GK1773473SQ20041009077
公開日2006年5月17日 申請日期2004年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月10日
發(fā)明者張冉 申請人:張冉