专利名称：卡拉ok评分设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种卡拉OK评分设备，它用来评估一个按照由卡拉OK机所重放的音乐曲调来唱歌的歌唱者的歌唱技巧。
通常，卡拉OK机用来提供各种功能和/或设施，以向卡拉OK聚会注入热情和活跃其气氛。作为这些设施的一种，卡拉OK评分设备用来例如以百分制来给一个歌唱者的歌唱技巧评分。在卡拉OK评分设备中，由话筒所检取的歌唱者的“话筒”语音声被与从存储媒体(如卡拉OK源)中提取的“典范”语音声相比较。作为卡拉OK源，可以采用诸如激光光盘(LD)和紧凑型光盘(CD)这样的光学记录媒体。这样，话筒语音声与典范语音声被在音调(或音乐音程)音量及其变化等方面进行比较。于是该设备探测出话筒语音声和典范语音声之间的对应(或相关)程度。然后，该设备根据这个对应程度来计算出某个分数，以给歌唱者的歌唱技巧评分。
然而，通常所知的卡拉OK评分设备设计得在话筒语音声和典范语音声的音调和音量方面进行机械性的比较。所以与人类评判员(或人类评分员)所作的“主观”评分相比，由普通卡拉OK评分设备所作的机械评分只能给出平淡无趣的评分结果。这样，普通的设备存在着有可能使卡拉OK聚会的热情冷淡下来的问题。
本发明的一个目的是提供一种卡拉OK评分设备，它能够在评分结果中加入一些有趣的特性，以活跃卡拉OK聚会的气氛。
本发明的卡拉OK评分设备设计得以话筒语音声和典范语音声之间进行比较，前者对应于利用话筒按照由卡拉OK机所重放的音乐曲调唱歌的一个歌唱者的语音声，后者是由诸如激光光盘(LD)和紧凑型光盘(CD)这样的卡拉OK源所再生的。上述比较是对一些比较参数进行的，例如音乐音程和音量。根据比较的结果，该设备依次地探测出曲调的各个时期中话筒语音声和典范语音声之间的对应程度。然而，依次根据这些对应程度来计算所得的评分。所评的得分在一个显示单元的屏幕上显示出来。
该设备在控制评分上具有象游戏那样的特性，以活跃卡拉OK聚会的气氛。
例如，对于各个时间段，评出的得分将被提高或降低，并且控制得不超过某一预定的得分范围(如0分到100分之间的范围)。再有，可以对曲调的前半时期和后半时期应用不同的评分标准，使得该设备能够对其中某半个时期给予宽容的(或严格的)评分。另外，还向施加给评判得分的增加值和减少值引入了一些随机数，以使评分出现分散性。由于这种分散性，由该设备所作的评分得以更接近于由人类评分员所作的主观评分。
当参考附图阅读了下面的说明之后，本发明的这些目的和其他目的将变得更为清晰明白，在附图中
图1是示出根据本发明的一个实施例的卡拉OK评分设备的结构的方框图；图2是示出相应于图1所示的几个部分的电路的详细结构的方框图；图3是示出接着图2电路的电路的结构的方框图；图4A和图4B是示出图3中所使用的转换表的输入/输出特性的图；图5是示出由该设备所给出的两种评分随时间的变化；以及图6是示出根据本发明的另一个实施例的卡的OK评分设备的一些主要部分的结构的方框图。
图1是示出根据本发明的一个实施例所设计的卡拉OK评分设备的电子结构的方框图。
在图1中，典范语音声含在由诸如一个用于卡拉OK的激光光盘这样的存储媒体所再生音乐信息之中，而话筒语音声则由一个话筒2检取。这两个语音声都通过一个预处理部分3而被传送给一个音程提取部分4和一个音量提取部分5。这样，音程提取部分4对代表上述两个语音声的语音数据进行音程提取处理。同时，音量提取部分5对语音数据进行音量提取处理。处理的结果被提供给评分部分6。评分部分6根据由预处理部分3所提取的、代表典范语音声的“典范”语音数据，对代表话筒语音声的“话筒”语音数据进行评分处理。评分处理是按照由一个参数设定部分7所设定的参数来执行的。于是，评分处理的结果将以某一得分的形式在一个是显示单元8的屏幕上显示出来。
图2是示出上述图1中的3、4、5三个部分的详细结构的方框图。
从存储媒体1再生的模拟声频信号是基于复合声系统的，所以其左、右声道信号都被提供给设置在预处理部分3中的一个语音提取部分11。左声道信号记录了准备重放的音乐伴音。右声通信号记录了伴音以及典范语音声。语音提取部分11从右声道信号中减去左声道信号，从而提取出代表典范语音声的典范语音信号。所提取的典范语音信号被传送给只允许声频频带通过的一个高通滤波器12-1和一个低通滤波器13-1，以便消除信号中的噪声。然后，从预处理部分3输出的典范语音信号被递送给音程提取部分4和音量提取部分5。
同时，代表由话筒2所检取的话筒语音声的话筒语音信号被提供给一个高通滤波器12-2和一个低通滤波器13-2，以便消除该信号的高频噪声和低频噪声。然后，从预处理部分3输出的话筒语音信号被递送给音程提取部分4和音量提取部分5。
在音程提取部分4中，典范语音信号和话筒语音信号分别被音调提取部分21-1和21-2进行音调提取。关于音调提取的方法，可以采用诸如过零区间探测法和自相关法等已知的方法，或者也可以采用这些方法的结合。然后，提取了音调的典范语音信号和提取了音调的话筒语音信号分别被递送给低通滤波器22-1和22-2。这些低通滤波器被适当地接通或切断，以排除颤音部分。其后，低通滤波器22-1和22-2的输出信号分别被递送给频率音程转换部分23-1和23-2，在那里它们被转换成代表典范语音信号和话筒语音信号的音乐音程的音程数据。
简短地说，作为所提取音调的倒数的一个频率f由下式表示f＝32.7032×2(P+Q/12)[Hz]其中P代表倍频程数据，Q代表半音标数据，所以频率f被计算成一个与偏离于基本频率32.7032Hz的频率偏离相关的数字。
因此，频率音程转换部分23-1和23-2根据下列方程来计算音程数据P+(Q/12)＝log2(f/32.7032)顺便提一下，倍频程数据P表示一个设定得使Q的绝对值最小化的整数。
采用上述向音程数据转换的原因是，在下面将说明的音程比较处理中，可以使比较与听觉特性相匹配。此外，上述转换有助于容易地根据音调控制器信息来进行对典范语音声的音乐音程的校正。这里，音调控制器信息是由半音音阶中的半音单元给出的。
典范语音信号的音程数据存储在一个寄存器(REG)24-1中，而话筒语音的音程数据存储在寄存器(REG)24-2中。
接着，从预处理部分3输出的典范语音信号和话筒语音信号分别被提供给绝对值电路(ABS)31-1和31-2，这两个电路设置在音量提取部分5内。绝对值部分把信号的振幅值转换成绝对值。然后，典范语音信号和话筒语音信号的绝对值分别受到由平滑化部分32-1和32-2所执行的平滑化处理。这样，便有可能得到典范语音信号和话筒语音信号的音量数据。典范语音信号的音量数据存储在一个寄存器(REG)33-1中，而话筒语音信号的音量数据存储在寄存器(REG)33-2中。
如上所述，音程提取部分4一般既输出典范语音信号的音程数据，又输出话筒语音信号的音程数据。并且，音量提取部分5一般既输出典范语音信号的音量数据，又输出话筒语音信号的音量数据。这些数据经过某些时间间隔就被更新。不过，如果能够从前面的数据判断出在音调提取中发生了问题。就不允许更新当前的数据。
图3是示出接着图2电路的电路的结构的方框图。
典范语音信号和话筒语音信号的音程数据都被提供给一个音程比较器41。音程比较器41同步于一个基于某一周期或者从典范语音信号提取的一个音调而得到的比较定时信号TM，对典范语音信号的音程数据和话筒语音信号的音程数据进行比较。根据比较的结果，做出关于在两个音程数据之间是否存在符合性的决定。如果探测到基本符合，则一个计数器(CNT)42将其计数值增加一个值。计数器42的计数值被提供给一个归一化器43，在那里该计数值被用“1/K”进行归一化。这里“K”表示音程比较器41执行比较的次数。作为归一化的结果，归一化器43产生一个对应性程度“A”，其值的范围是“0”到“1”。
接着，典范语音信号和话筒语音信号的音量数据被提供给一个音量比较器44。然后音量比较器44同步于比较定时信号TM对两个音量数据进行比较，进而做出关于这两个音量数据是否互相符合的决定。如果探测到基本符合，则一个计数器(CNT)45将其值增加一个值。计数器45的计数值被提供给一个归一化器46。在那里该计数值被用“1/K”进行归一化(其中“K”代表音量比较器44要执行比较的次数)。这样，归一化器46产生出在音量数据之间探测到的对应程度“B”，其值从“0”到“1”。
一个随机数发生器47产生一个随机数“C”，该数在值“0”和“1”之间的范围内任意设定。
顺便指出，有可能把电路设计得使对应程度A、B和随机数C简单地相加起来。不过，本实施例的设计引入了一个音程增强参数α、一个音量增强参数β、和一个随机数增强参数γ。也就是说，一个乘法器48把在音程数据之间探测到的对应程度A乘以音程增强参数α；一个乘法器49把在音量数据之间探测到的对应程度β乘以音量增强参数β；以及一个乘法器50把随机数C乘以随机数增强参数γ。然后由加法器51把这些相乘的结果加在一起。上述的参数α、β和γ由参数设定部分7(见图1)设定。这里，这些参数的值可以在某种比例关系内调节，以满足下述等式α+β+γ＝1从加法器51输出的一个附加值“x”的范围是从“0”到“1”。该附加值x被提供给一个增加/减少转换部分52，后者设有各种转换表或计算装置。这样，本设备能够对一个歌唱者的歌唱技巧给出宽容的评分或严格的评分。该增强/减少转换部分52把附加值“x”转换成一个增加/减少值“y”，接着后者被提供给一个累加器53。累加器53提供有一种限制器的功能，把评分限制在某一范围之内，例如从“0”到“100”的范围之内。累加器53把增加/减少值y累加到一个预先确定的初始值(如50分)上。此外，累加器53采用一个经过一段时间要瞬时改变的“暂时”得分来作为评分；或者累加器53采用最后的评分作为评出的得分。这样，评出的得分通过寄存器(REG)54被提供给显示单元8。
顺便说明，典范语音信号的音量数据通常被音量比较器55与一个预定的阈值TH进行比较。在不存在典范语音信号的期间，例如在音乐的前奏期间或间奏期间，本实施例控制累加器53使它不进行累加。并且，一个计数器(CNT)56计数前述的次数“K”，以便进行比较。根据计数器56的计数结果，增加/减少转换部分52和累加器53区分出重放音乐的前半时期和后半时期。
下面将给出关于由本实施例的设备所执行的增加/减少转换处理的说明。
图4A和4B示出给增加/减少转换部分52所设定的转换表的输出特性。
按照图4A的转换表，如果输入了一个附加值x＝0.4，则增加/减少转换部分52将输出一个增加/减少值y＝1。按照图4B的转换表，如果输入一个附加值x＝0.4，则增加/减少转换部分52将输出一个增加/减少值y＝-1。因此有可能通过把图4A的转换表设定给增加/减少转换部分52而使得评分宽容。另外，也有可能通过把图4B的转换表设定给增加/减少部分52而使评分严格。本实施例能够对要重放的乐曲的前半时期和后半时期采用不同的转换表。例如，有可能对乐曲的前半时期采用图4B的转换表，而对乐曲的后半时期采用图4A的转换表。反之，也有可能对乐曲的前半时期采用图4A的转换表而对乐曲的后半时期采用图4B的转换表。这样，有可能改变乐曲每一时期的评分标准。一般地说，“主观的”优秀/差劲评估取决于人类评判员(或人类评分员)所具有的印象。换言之，通过评分来评估一个歌唱者的歌唱技巧的人类评分员倾向于对乐曲的后半时期而不是前半时期有较多的印象，所以人类评分员在评分时趋于更注重后半时期。人类评分员在评估时的这种倾向性可以通过给乐曲的前半时期以宽容的评分来模仿，使机器所做的评估能更接近于人类评分员所做的主观评估。在这种情况下，有可能经过一段时间来改变转换表。此外，还有可能提供各种类型的人类评分员，用机器来模仿他们的评估特点。例如，提供了一种注重于前半时期的人类评分员和一种注重于后半时期的人类评分员。于是，有可能通过选择适当类型的人类评分员来立即设定多个转换表。
顺便说明，本实施例设计得增加/减少值y是由转换表产生的。然而，也有可能修改本实施例，使得增加/减少值y由计算来产生。
图5示出累加器53输出的变化。
按照本实施例，评分的累加是从一个初始评分，即50分开始的。这里，图5中实线所示的累加输出特性①示出了评分在一段时间上的变化，其中歌唱声在歌曲的前半时期得到了较高的分数。如前所述，累加器53具有限制器的功能，即使歌唱者在歌曲的前半时期演唱得很好，得分也被限制得不超过100分。因此如果该歌唱者在演唱歌曲的后半部分时出现了一些差错，他就不可能获得满分(即100分)。图5中虚线所示的另一个累加输出特性②示出了评分在一段时间上的变化，其中一个歌唱者在演唱歌曲的前半部分时有点马虎。然而，由于累加器53的限制器功能，歌曲前半部分的得分被限制得不低于最小得分，即0分。所以如果该歌唱者在演唱歌曲的后半部分时作出了努力，就仍然存在着他最终获得满分的可能性。于是存在着歌唱者②最终后来居上而胜于歌唱者①的机会。这使人感到象是一场游戏。于是，这种游戏的感觉可以被注入到评分中去，以活跃卡拉OK聚会的气氛。
同时，本实施例可以修改得改变设备评分的依赖程度，即使评分依赖于由一个随机数发生器47所产生的随机数(自“0”到“1”)。通常，该设备执行着“机械性”的比较处理，它能给出评分的重复性，并能提供评分的一致性。然而，通过增加上述对于随机数的依赖程度，有可能提供评分的分散性，也即对于由一个歌唱者以同样的方式所唱的同一个歌曲，也会给出不同的评分。这样便有可能使机器所做的评估更接近于人类评分员所做的主观评估。再有，有可能根据一些评估项来把权重因子注入到乘法器48到50中去，这些评估项由设备的操作人员来控制。如上所述，通过向乘法器加以权重，附加值x就能够改变。于是有可能以不同的方式来分析一个歌唱者的歌唱技巧。由于前述评分中的分散性，该设备可能给一个好的演唱评以低分，而给一个差的演唱评以高分。换言之，有可能提供一种游戏的感觉，使评分依赖于运气；这样便可能活跃卡拉OK聚会的气氛。
顺便说明，本实施便设计得采用音程数据和音量数据来作为比较参数。然而，也有可能用频率数据来代替音程数据。
本实施例的卡拉OK评分设备设计得工作起来象单个人类评分员。然而，该设备也能重新设计得工作起来象多个人类评分员。
图6是示出根据本发明的另一个实施例而设计的一种卡拉OK评分设备的主要部分的结构的方框图。
在图6的实施例中，提供了多个评分部分61-1至61-n，它们分别产生多个评分，并输出给显示单元62。这种结构提供了对歌唱者的歌唱技巧的考虑全面的评估，它做得更接近于在实际音乐比赛中评估歌唱者的歌唱技巧。这里，该设备能够充当比赛所预先指定的一组评判员。换言之，该设备能够模仿比赛中所选类型的评判员的评分。
顺便说明，本实施例采用激光光盘(LD)作为存储媒体。不过，也有可能用CD来替代LD。按照CD的数据格式，左声道信号和右声道信号都记录了伴音和典范语音信号。对于CD的情况，左声道信号和右声道信号被相加在一起；并且提供了一个带通滤波器(BPF)来提取声频带信号。这样，便有可能从由CD再生的信号来提取典范语音信号。因此本发明同样也能适用于CD情形。
最后，由于本发明可以在不偏离其基本特点的精神下以多种形式来实施，所以这里的实施例只是说明性的而不是限制性的，因为本发明的范畴是由所附的权利要求来定义的，而不是由在此之前的说明来定义的，所以凡是落入权利要求的范围或者其等效范围之内的所有改变，都应被这些权利要求所包函。
权利要求
1.一种卡拉OK评分设备，它包括比较装置，用来至少在一个比较参数上对代表由一个歌唱者通过话筒实际演唱的一首歌曲的语音声的话筒语音信号与由一个卡拉OK源所给出的典范语音信号进行比较；探测装置，用来根据在对应于歌曲的各个曲调持续时期内的比较结果，依次地探测出话筒语音信号与典范语音信号之间的对应程度；以及评分装置，用来根据对应程度依次地计算关于歌唱者的歌唱技术的评分，使得这些评分按照依次探测到的对应程度的变化而增加或减少，其中的评分被限制得不超出一个定义在一个最小得分和一个最大得分之间的预定得分范围。
2.一种卡拉OK评分设备，它包括比较装置，用来至少在一个比较参数上对代表由一个歌唱者通过话筒实际演唱的一首歌曲的语音声的话筒语音信号与由一个卡拉OK源所给出的典范语音信号进行比较；探测装置，用来根据在对应于歌曲的各个曲调持续时期内的比较结果，依次地探测出话筒语音信号与典范语音信号之间的对应程度；评分装置，用来根据对应程度依次地计算关于歌唱者的歌唱技术的评分，使得这些评分按照依次探测到的对应程度的变化而增加或减少，并且关于歌曲后半部分的评分增加到高于关于歌曲前半部分的评分。
3.一种卡拉OK评分设备，它包括比较装置，用来至少在一个比较参数上对代表由一个歌唱者通过话筒实际演唱的一首歌曲的语音声的话筒语音信号与由一个卡拉OK源所给出的典范语音信号进行比较；探测装置，用来根据在对应于歌曲的各个曲调持续时期内的比较结果，依次地探测出话筒语音信号与典范语音信号之间的对应程度；随机数发生装置，用来产生一些随机数；以及评分装置，用来根据对应程度依次地计算关于歌唱者的歌唱技术的评分，其中的评分是按照对应程度的变化以及随机数来增加或减少的。
4.根据权利要求3的卡拉OK评分设备，其中的评分是按照在对应程度和随机数之间任意设置的一个比例关系来增加或减少的。
5.根据权利要求1至3中任一项的卡拉OK评分设备，其中的卡拉OK源是一种光学记录媒体。
6.根据权利要求1至3中任一项的卡拉OK评分设备，其中的比较参数对应于音乐音程、频率或音量。
7.根据权利要求1至3中任一项的卡拉OK评分设备，它还包括显示装置，用来在其屏幕上以可视方式显示出评分。
8.根据权利要求1至3中任一项的卡拉OK评分设备，其中的比较装置在各个预定的比较时刻执行比较操作，使得当话筒语音信号在某种误差范围之内基本上与典范语音信号相对应时，比较装置就在每个比较时刻上探测到话筒语音信号和典范语音信号之间的一个对应事件。
9.根据权利要求1至3中任一项的卡拉OK评分设备，其中的探测装置对对应事件的数目进行计数，然后该计数被归一化，以探测出对应程度。
全文摘要
本设备用来对歌唱者的歌唱技巧评分。比较在由话筒检取的歌唱者的话筒语音声与由如LD和CD等卡拉OK源再生的典范语音声间进行。该比较是对音程和音量等参数进行的。根据比较结果，探测出话筒语音声和典范语音声在的对应程度，据此计算出评分并显示之。评分经一段时间被增/减，并不超出一范围。可对歌曲的前半和后半部分施加不同的评分标准，以对一个部分给予宽容(或严格)的评分。引入了随机数来提供评分的分散性。
文档编号G05B11/00GK1161485SQ97101979
公开日1997年10月8日 申请日期1997年2月14日 优先权日1996年2月16日
发明者若森康男, 大圣寺健, 山本裕介 申请人:雅马哈株式会社