专利名称：利用软件虚拟技术结合硬件实现电子音乐信号输入设备的方法
技术领域：
本发明涉及实现一种电子音乐信号输入设备的方法，其可以利用软件虚拟硬件的方式来减化电子音乐信号输入设备的结构。具体地说，本发明涉及电脑软件虚拟技术和硬件技术，提出了一种利用软件虚拟技术结合硬件实现电子音乐信号输入设备的方法。
背景技术：
众所周知，乐器是音乐艺术不可缺少的重要工具，传统乐器如钢琴、小提琴、风琴等由其各自不同的特色音色而演艺了不同风格的艺术作品，但是传统乐器存在着制作工艺复杂，不能演艺不同类乐器音色的缺点。
随着电子技术的不断发展，出现了模拟电子琴之类的模拟电声乐器，它们的制作工艺相对简化，表现的音色多种多样的优点，但是存在音色生硬，无法媲美真实乐器的缺点。
随着数字技术特别是计算机技术的飞速发展，模拟电子乐器逐渐被数字电子乐器所取代，得别是结合计算机强大的数字处理能力，给音乐的创作方式带来了翻天覆地的变化。在数字电子音乐领域众所周知的最为普及的设备是MIDI键盘，它通过MIDI接口与计算机相连，用于向计算机输入符合MIDI标准的音乐信息，用这样的方式可以完成大多数传统乐器所能完成的功能。这类设备功能强大，但是由于要是设备满足MIDI标准的输入输出要求，需要在硬件上使用大量的硬件编码和控制电路，致使硬件结构复杂，制作成本和销售价格高昂，无法满足普通音乐爱好者的要求。有一些发明人通过单片机技术实现了MIDI键盘的部分功能并通过标准MIDI接口与计算机连接，但是由于单片机技术成本的高昂，还是不能大副降低音乐输入设备的成本。
与此同时，通过软件技术可以在一定程度上模拟MIDI键盘的部分功能，如Cakewalk软件中的虚拟钢琴(Virtual Piano)软件就是通过软件的形式模拟一个钢琴键盘，另外如Keyboard Music软件使得通过个人计算机用户可以通过普通PC键盘输入音乐信息。这类软件大大降低了音乐输入设备的硬件结果和成本，但是由于其一般不具备力度感应设备，不能表现音乐力度，不符合传统乐曲的使用习惯。而且音色的表现力很大程度上取决于软件的编制水平，软件之间缺乏统一的输入输出标准，无法做到兼容使用，所以往往在音色的表现能力上不能尽如人意。
本发明旨在提出一种利用软件虚拟技术结合硬件实现电子音乐信号输入设备的方法，既具备MIDI键盘的强大音乐信号输入功能，又兼具虚拟音乐乐器软件成本低廉的优点。
本发明亦旨在提出利用软件虚拟技术实现一种跨平台的软件兼容性好的电子音乐信号输入设备的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提出了一种利用软件虚拟技术结合硬件实现电子音乐信号输入设备的方法，利用软件虚拟技术使电子音乐信号输入设备的硬件结构大幅减少，并通过软件虚拟技术使本方法具有软件兼容性和跨平台的移植性。
为了解决目前的技术问题，本发明采用下述技术方案予以实现。
利用此方法利用软件虚拟技术结合硬件实现的方式设计整个电子音乐信号输入设备，包括软件与硬件两个主要设计部分。
硬件部分的功能在于输入表示了键位信息和力度信息的信号，这种信号可以是数字信号也可以是模拟信号，可以是串行的也可是并行的。其特征在于，输入的信号形式简单，未经过特殊编码，不符合MIDI标准。另外，本发明的硬件部分的功能可以只用于输入键位的数字信息，而通过不同键位信息的组合可以计算出代表力度的信息或其他含义的信息。本领域的技术人员明白在本发明的硬件部分与软件部分和处理单元之间有链接，处理器可以是数字信号处理器或专用处理器或嵌入式芯片，链接可以是内部的，也可以是基于诸如PS2、串口COM、通用串行总线(USB)或声卡的MIC IN模拟信号输入接口，本发明的硬件部分亦可以具有无线链路，比红外或射频。
软件部分包括硬件驱动程序模块和软件虚拟技术程序模块。特别指出，本发明的软件部分不包括MIDI信息的处理功能，本发明可以利用现有的或未来编制的MIDI处理软件(如Cakewalk)进行MIDI信息处理。对于各不同平台的支持MIDI键盘输入的MIDI处理软件，本发明都能够提供支持。本发明使硬件简单的电子音乐信号输入设备对于各MIDI处理软件逻辑上是透明的，各MIDI处理软件将只能看到一个物理上并不存在的MIDI键盘在与其进行通信。
硬件驱动程序模块是根据不同的电子音乐信号输入设备的硬件结构以及操作系统的要求编制的软件程序的统称，它的功能是为电子音乐信号输入设备硬件的正常工作提供软件支持，如本领域的技术人员明白的驱动程序概念相一致。
软件虚拟程序模块的结构包括与硬件驱动程序模块进行数据交换的接口模块、数据处理转换模块、程序控制模块和与MIDI处理软件进行数据交换的接口模块。当用户敲击硬件，硬件会将相应的数据通过硬件链路传递给硬件驱动程序，硬件驱动程序通过与硬件驱动程序模块进行数据交换的接口模块将数据传递给数据处理转换模块，数据处理转换模块在程序控制模块的控制下将数据转换成符合MIDI标准并且符合MIDI处理软件要求的数据信息，然后数据处理转换模块将转换好的数据信息通过与MIDI处理软件进行数据交换的接口模块传递给MIDI处理软件进行处理。
上述的硬件驱动程序模块和软件虚拟程序模块可以是结合在一起，统一成为硬件设备的驱动程序，使得非MIDI标准的硬件设备对于操作系统而言是透明的，操作系统将把它当作一个标准MIDI输入设备来处理。
软件虚拟程序模块的程序控制模块可以响应MIDI处理软件的控制和查询信息，使MIDI设备可以完成相应的初始化以及配置工作。
本发明通过使用非MIDI标准的硬件设备以及软件虚拟技术实现了部分MIDI键盘的功能，并利用MIDI处理软件达到输出声音的目的。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1是标准MIDI键盘作为电子音乐信号输入设备的方法。
图2是利用软件虚拟技术结合串行输出位置扫描码的数字硬件设备实现电子音乐信号输入设备的方法。
图3是将软件虚拟技术嵌入硬件驱动程序结合输入矩形波的模拟电子硬件设备实现电子音乐信号输入设备的方法。
具体实施例方式
图2是本发明的一个实施例。本实施例的结构特点是，硬件模块采用串行输出位置扫描码的数字硬件设备，对于每一个按键下设两个扫描点，当有键被用户按压时，两个扫描点先后导通并被数字硬件设备识别，硬件设备将两个扫描点的位置扫描码通过链路传递给硬件驱动程序模块。硬件驱动程序模块与软件虚拟程序模块中的与硬件驱动程序模块进行数据交换的接口通信，将扫描码传递给数据处理转换模块。数据处理转换模块进行数据转换，首先根据两个扫描点的位置扫描码首先确定唯一的键位编码，其次根据两个扫描点的位置扫描码到达的时间间隔计算出对应于键位编码的力度值，最后将键位编码和力度值结合起来按照MIDI标准转换成标准MIDI编码。与MIDI处理软件进行数据交换的接口模块将数据处理转换模块形成的标准MIDI编码传递给MIDI处理软件(本实施例中为Cakewalk)，由MIDI处理软件按照MIDI标准解码处理。程序控制模块用于数据处理转换模块的控制工作，并可以加入硬件无法支持的功能，如音量的软件控制、换肤技术、通过网络动态升级等功能。
上述实施例具有跨平台移植性。对于个人掌上电脑(PDA)、MP3播放器等数字处理设备，利用在这些数字处理设备上成熟的MIDI处理软件，只需将硬件驱动程序模块、与硬件驱动程序模块进行数据交换的接口、与MIDI处理软件进行数据交换的接口模块进行相应的修改就可以达到跨平台移植的目的。
上述实施例中的与MIDI处理软件进行数据交换的接口模块由于输出的数据符合国际MIDI标准，所以本发明将具有向后兼容性，对将来编制的MIDI处理软件同样提供了支持。
图3是本发明的又一个实施例。在本实施例中硬件设备采用输入矩形波的模拟电子硬件设备，电子硬件设备向处理单元输出连续的矩形波，不同的频率代表键位，不同的振幅代表力度，通过模拟接口与处理单元链接。软件虚拟程序模块被集成如硬件驱动程序模块中，与硬件驱动程序模块形成一个整体，完成驱动硬件及数据转换功能，将转换后的MIDI信息传递给MIDI处理软件。
权利要求
1.一种利用软件虚拟技术结合硬件实现电子音乐信号输入设备的方法，包括软件与硬件两个主要设计部分，软件部分包括硬件驱动程序模块和软件虚拟技术程序模块组成，其特征在于硬件驱动程序模块驱动硬件设计部分向软件虚拟技术程序模块发送逻辑上包含键位信息和力度信息的非MIDI编码信息，由软件虚拟技术程序模块将其转换成符合MIDI标准的MIDI信息，并将转换后的MIDI信息传送给第三方MIDI处理软件。
2.根据权利要求1所述的利用软件虚拟技术结合硬件实现电子音乐信号输入设备的方法，其特征在于软件虚拟程序模块被集成如硬件驱动程序模块中，与硬件驱动程序模块形成一个整体，完成驱动硬件及数据转换功能，将转换后的MIDI信息传递给MIDI处理软件。
3.根据权利要求1、2所述的利用软件虚拟技术结合硬件实现电子音乐信号输入设备的方法，其特征在于所述硬件部分向处理器单元输出的是数字信号。
4.根据权利要求1、2所述的利用软件虚拟技术结合硬件实现电子音乐信号输入设备的方法，其特征在于所述硬件部分向处理器单元输出的是模拟信号。
5.根据权利要求1、2、3、4所述的利用软件虚拟技术结合硬件实现电子音乐信号输入设备的方法，其特征在于所以软件和硬件设计对于第三方MIDI处理软件是逻辑透明的，对于第三方MIDI处理软件来说，利用软件虚拟技术结合硬件实现电子音乐信号输入设备的方法使其认为是一个物理MIDI键盘在与其通信。
6.根据权利要求1、2、3、4所述的利用软件虚拟技术结合硬件实现电子音乐信号输入设备的方法，其特征在于所以软件和硬件设计对于操作系统是逻辑透明的，对于操作系统来说，利用软件虚拟技术结合硬件实现电子音乐信号输入设备的方法使其认为是一个物理MIDI键盘在与其通信。
全文摘要
本发明涉及实现一种电子音乐信号输入设备的方法，其可以利用软件虚拟硬件的方式来减化电子音乐信号输入设备的结构。具体地说，本发明涉及电脑软件虚拟技术和硬件技术，提出了一种利用软件虚拟技术结合硬件实现电子音乐信号输入设备的方法。本发明通过使用非MIDI标准的硬件设备以及软件虚拟技术实现了部分MIDI键盘的功能，并利用MIDI处理软件达到输出声音的目的。
文档编号G06F3/02GK1773473SQ20041009077
公开日2006年5月17日 申请日期2004年11月10日 优先权日2004年11月10日
发明者张冉 申请人:张冉