基于MCU音乐节奏识别系统的研究

论文摘要

随着计算机、多媒体等信息技术的发展,用计算机来模拟实现人类对音乐情感的感知成为很多学者积极研究的课题。其目的就是设计一种计算机算法,能够自动从音乐中抽象出某些信号来表示人类对音乐情感的感觉。作为音乐灵魂的节奏,由于其在音乐情感表达中的重要性,节奏识别的研究受到了广泛关注。通常意义上讲,节奏就是音乐中交替出现的有规律的强弱、长短的现象。当人随着音乐用手打拍子的时候,其实就是一个节奏提取的过程。但是,和人类简单的打拍子过程相比,计算机还很难做到准确无误地提取音乐的节奏。目前在智能节奏检测领域,有很多研究者提出了多种算法。其中大部分算法都是基于个人计算机或大型计算机处理系统,这些机器具有丰富的硬件资源,具备处理大量数据的能力,所以在节奏感知方面都有较高的检测精度。但是,在小型的音乐控制系统中,用户希望通过MCU系统实现音乐节奏提取和能量输出,以较低的成本获取较理想的控制效果。针对通过MCU系统实现音乐节奏提取和能量输出的需求,本文构建了一个基于MCU硬件的音乐节奏提取系统。从音乐信号的硬件提取电路以及信号预处理的策略,基于MCU硬件的音乐节奏提取、干扰消除、输出能量控制算法等方面综合考虑,构建了系统的硬件系统和软件算法。硬件系统包括缓冲放大模块、模数转换模块、程控增益模块和MCU最小系统,完成对输入信号的预处理,使输入的音频信号与输入到MCU的脉冲信号的频率成比例。软件算法建立在系统的硬件平台上,对经过硬件系统处理得到的脉冲信号进行频率测量和节奏提取,设计了基于MCU的音乐节奏提取算法。完善程控增益模块算法,实现对用户设定的系统参数的响应。最后,在基于MCU音乐节奏识别系统中,输入三种不同节奏的音乐信号,用本文提出的算法对音乐进行节奏提取实验,实验结果表明系统能正确检测出节奏点。本文设计的系统需要的硬件资源少,模块精简,成本低,实用性强。在一些小型的音乐控制系统中,如小型的音乐喷泉系统,具有一定的应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 节奏提取的研究概况
• 1.3 本文结构安排
• 第二章 音乐节奏识别系统模型
• 2.1 引言
• 2.2 声音文件与MIDI文件比较
• 2.3 基于MIDI表征信号模型
• 2.4 基于WAV信号模型
• 2.5 本系统输入音频格式
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于MCU音乐节奏识别系统的实现—硬件模块
• 3.1 系统原理概述
• 3.2 单片机选型
• 3.3 缓冲放大模块
• 3.4 模数转换模块
• 3.5 程控增益模块
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于MCU音乐节奏提取系统的实现—软件算法
• 4.1 信号测频算法
• 4.2 节奏提取算法
• 4.3 程控增益算法
• 4.4 本章小结
• 第五章 实验结果分析
• 5.1 Matlab节奏提取仿真
• 5.2 三种音乐实验结果分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 音乐节奏提取在音乐喷泉中的应用
• 6.1 水泵的扬程与流量
• 6.2 变频器工作原理
• 6.3 节奏提取在喷泉中的应用
• 第七章 总结与展望
• 7.1 课题研究工作总结
• 7.2 课题研究展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢