一种音色库查询播放系统及其实现方法

专利名称：：一种音色库查询播放系统及其实现方法
技术领域：
：本发明属于音频处理
技术领域：
，具体地说是一种音色库查询播放系统及方法。
背景技术：
：在现有技术中，最具影响力、最常用的音色库格式是声音格式版本2(SF2，SoundFontversion2)和可下载声音(DLS，DownloadableSound)格式，DLS是在SF2的基础上发展而来的。请参见图1现有技术SF2音色库组成结构示意图和图2SF2音色库中部分字段包含的有用参数信息示意图。SF2音色库结构由字段(Chunk)组成，字段分层排列，最上层字段包括三个字段音色库信息字段、音色库数据字段、音色库参数信息字段。其中信息字段包括版本信息，如2.01版；目标声音名称，如中星微电子公司的版本2音色库(Vimicrov2)；音色库名称，如标准音乐乐器数字接口(GeneralMIDI)音色库；只读内存的名字，如图像内存(IMGM)；只读内存的版本信息，如2.08版；创建该音色库的时间，如“July15，1997”；音色的作者信息，如音色作者为John(JohnSounddesigner)；音色库所属公司信息，如“SBAWE64Gold”；版权信息，如中星微电子公司版权所有(Copyright(c)2005Vimicro，Inc.)；音色库的注释信息，如一个新版本的音色库(Thisisanewversionsamplebank.)；用来创建音色库的工具信息，如用Vienna2.0工具软件生成音色库(Preditor2.00aViennaSFStudio2.0)。音色库数据字段包含音色库的音色采样数据。音色库参数信息字段包括音色信息字段其中包括音色名、音色号、所属库号等信息；音色列表字段该字段又包括音色调制器列表字段，音色调制器列表字段包括用于调制音色采样数据的各种调制器的参数信息；音色产生器列表字段该字段包括用于产生各种音色采样数据的产生器参数信息；音色名信息字段包含音色的名称；音色序号信息字段；音色调制器信息字段；以及音色产生器信息字段、采样数据的信息字段。音色库主要用于音乐乐器数字接口(MIDI)格式音乐的播放，一个音色库中可能同时存在多个不同风格的库，这些库在音色库中的编号不同，每个库中都包含很多种音色，每种音色的音域被划分为几个区域，每个区域用一个或几个采样数据来合成，因此每种音色包含多个用于合成其声音的音色采样调制参数信息及音色采样数据。MIDI音乐由一系列“事件”组成，“事件”指定了所播放音的音色、音高、音量、发音时间长短等信息。播放MIDI音乐时，大量的音顺序播放，系统处理器要在音色库中不停地查找合成某个音所需的信息，并实时合成播放。而用于合成的采样调制参数和采样数据等信息分布在音色库中不同层的不同字段里，所以播放音乐时需要一个非常复杂的数据查找及计算过程，如果这个查找过程不及时就会导致音乐播放不连贯或无法播放。请参见图3现有技术中DLS音色库组成结构示意图和图4DLS音色库中字段包含的有用参数信息示意图。DLS音色库的结构以字段为单位，音色库包含的基本字段及含义如下DLS音色库的结构以字段为单位，基本的字段含义如下信息字段，包含了名称、版权、作者等信息；版本信息字段，包含了版本信息；乐器集合字段包括该音色库所含乐器的数目等信息，为必包含字段；识别号字段，定义DLS的ID或者其所包含的元素的ID，为可选字段；条件字段，出现在字段列表中，定义所含字段的使用条件，为可选字段；音色区域个数字段，包含该乐器所包含“区域”的个数，所在的音色库号和音色号，为必包含字段；回放效果字段，包含了修改该“乐器”中某个采样回放效果的参数，对应版本1音色区域；某个采样回放效果字段，包含了修改该“乐器”中某个采样回放效果的参数，对应版本2音色区域；区域列表字段，定义了一个“乐器”中的一个“区域”，包括了该“区域”的键值范围、力度值等信息，为必包含字段；采样数据识别号字段，包含该“区域”所用的采样数据在波表(wavepooltable)中的序号等信息；采样字段，包含采样数据的参数信息，如键值、增益值、循环信息等；采样偏移量字段，包含采样数据在wavepool中的绝对偏移字节数，为必包含字段；格式字段，包含了采样数据的格式信息，如采样精度、采样率、声道数等，为必包含字段；数据字段，包含了所有采样数据，为必包含的字段。请参阅图5现有技术音色库各部分结构关系示意图，标准音色库n中，音色号为12对应音色区域为20，音色区域20对应采样34和35，采样34对应采样数据12，采样35对应采样数据14。图6和图7为现有技术中SF2与DLS音色库播放音乐的实例示意图。在使用SF2和DLS音色库的原始结构播放一个音色的时候，按照SF2或DLS的结构，如果要播放一个音色(Instrument)号为7，键值(samplekey)为80的音，查找它所对应的采样(sample)需要按照以下几步来进行首先，找到音色号7以及它下面一个音色号8所对应的参数，分别为16和18，根据两个参数的差值得到音色7所包含的区域(Region)个数为2个；然后得到区域16的参数和它下面一个区域17的参数，分别为10和12，根据两个参数的差值得到区域16所包含的采样的个数为2个；找到采样10的参数，判断键值80是否在该采样的按键值范围(0-50)内，如果在，则取出该采样参数储存下来留做合成时使用；如果不在，则一直循环直到遍历区域16包含的所有采样；处理完区域16后，重复上述过程，直到遍历完该音色包含的所有区域；当遍历音色号7下面的区域16时，发现采样11是用来合成键值80的音的，同时区域17中的采样13也是用来合成键值80的音的，存储这两个采样11和13的相关信息，用来播放音色为7键值为80的这个音，最后，根据所存储的满足要求的采样来合成所要播放的音。现有技术存在的主要问题是由于音色库结构复杂，音乐播放过程复杂、系统资源消耗大、音色库不易实现。由于SF2和DLS音色库层次结构比较复杂，包含内容比较多，各个音色相关信息的排列没有特定顺序，播放音乐时即要查找所需的采样数据，还要查找并计算合成时所需的采样调制参数，导致播放音乐的过程非常复杂，对系统资源要求比较高，实现时具有较大难度。利用音色库播放音乐时对系统处理器的能力有一定的要求，一首音乐中大量的音是连续发声的，要在很短的时间里播放多个音，当系统处理器的能力不足以实时并行播放很多音时，就会因为系统处理速度不够导致音乐播放不连续或者无法播放。使用音色库时对系统存储空间的大小也有要求，标准的通用音乐乐器数字接口标准(GM)音色库有128种音色，用于合成每种音色的采样数据大小从几K字节到几百K字节不等，由于采样数据越大合成出的音色效果越逼真，所以很多优质的音色库都采用了比较大的采样数据，再加上大量用于描述各种音色的参数信息，就使得整个音色库比较庞大，这对于存储空间有限的系统来讲是难以接受的。
发明内容为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种音色库查询播放系统及其实现方法，以提高音色查询和音乐播放的效率，使得音色库的实现更加简单、便捷、高效。为达到本发明的目的，本发明采取的技术方案为一种音色库顺序查询播放系统，包括系统处理器、存储器、寄存器和音色库模块，所述音色库模块包括至少一个音色库，音色库分为三层，最上层为音色信息字段，该层字段按音色号由小到大按顺序排列，每个音色号对应至少一个音色采样调制参数信息，第二层字段为音色采样调制参数信息字段，音色采样调制参数信息连续存放，每个音色采样调制参数信息对应至少一个音色采样数据，第三层字段为采样数据字段。所述音色信息具有相同的数据结构，音色信息包括音色所在的音色库号、用于合成该音色的音色采样调制参数的总数、音色采样调制参数在音色库中音色采样调制参数信息部分中的位置。所述音色采样调制参数信息具有相同的数据结构，至少包括合成音色的键值范围、原始音色的键值、在音色库模块中的位置、采样率、波表合成参数。一种音色库顺序查询播放方法，包括以下几个步骤骤1、根据所要播放音色的音色信息由小到大顺序查找音色库中的音色号，找到该音色的音色号在音色库中的位置；步骤2、得到该音色的音色号对应的所有音色采样调制参数信息总数及音色采样调制参数信息在音色库中的位置；步骤3、遍历该音色号对应的所有音色采样调制参数信息，根据所要播放音色的键值号找到该键值所需的音色采样调制参数信息；步骤4、根据音色采样调制参数信息将对应的音色采样数据进行合成播放。所述步骤1之前还包括系统处理器从音色库的音色信息字段获得音色库所包含的音色总数的步骤。所述步骤3进一步包括以下步骤步骤31、根据所要播放音色的键值号，判断键值号是否在得到的所有音色采样调制参数信息的键值范围内；步骤32、如果键值号在某一音色采样调制参数信息的键值范围内，则查找该键值所需的所有采样调制参数信息，否则结束；步骤33、根据所有音色采样调制参数信息查找音色采样在音色库中的位置，找到合成该音色的所有音色采样调制参数信息对应的音色采样数据。所述步骤4还包括通过波表合成方法合成音色的步骤。本发明具有显著的优点和积极效果，本发明提出的音色库结构中每个音色信息的数据结构一致且顺序排列，根据所要播放音的库号和音色号就可以直接找到所需的音色信息；通过音色信息能得到合成该音色时所需的采样数据总数和采样数据在音色库中的位置，遍历所有的采样信息就可以得到所需的采样数据及采样调制参数信息，最后将采样调制参数和采样数据送到播放模块进行播放。本发明的方法大大简化了音乐播放的过程，查找音色信息的过程非常简单，系统资源消耗小；同时由于去掉了一些不必要的音色库描述信息，统一了音色信息和采样调制参数的数据结构，使得音色库占用的存储空间也相应缩小，系统空间占用小，因此本发明大大提高了音色查询和播放的效率，降低了系统资源的占用，使得音色库的实现更加简单方便。图1为现有技术SF2音色库组成结构示意图；图2为现有技术SF2音色库中部分字段包含的有用参数信息示意图；图3为现有技术DLS音色库组成结构示意图；图4为现有技术DLS音色库中部分字段包含的有用参数信息示意图；图5为现有技术音色库各部分结构关系示意图；图6为现有技术中SF2音色库播放音乐流程图；图7为现有技术中DLS音色库播放音乐的实例示意图；图8为本发明音色库应用系统的结构示意图；图9为本发明音色库的组成结构示意图；图10为本发明音色库各部分结构关系示意图；图11为本发明的主流程图；图12为本发明播放音乐的实例示意图。具体实施例方式下面结合说明书附图来说明本发明的具体实施方式。请参阅图8本发明音色库查询播放系统的结构示意图。本发明的音色库顺序查询播放系统包括处理器、存储器、寄存器、包络曲线合成器和波表合成器，包络曲线合成器根据声学测试所得声音发声包络模型模拟乐器发声过程，波表合成器用于通过调整包络曲线的参数或添加和调节声音所经过的滤波器的参数，改变声音的发音效果，在存储器中有一个音色库模块，音色库模块包括至少一个顺序结构的音色库，音色库一般为一个，也可以有多个音色库，每个音色库结构一致，其中的音色号是由小到大按顺序排列的，每一个音色号对应至少一个音色采样。播放音乐时，系统处理器根据所要播放音乐的音色的库号查找某一音色库，找到所在的音色库后，在该音色库中查找该音色的音色号，找到音色号后，查找合成该音所需的音色采样调制参数信息和与其对应的音色采样，包络曲线产生器产生声音包络曲线，波表合成器将音色采样数据进行合成，最后送到播放模块播放。图9为本发明音色库的组成结构示意图。本发明的音色库由字段(chunk)组成，字段分三层排列，最上层字段为音色信息字段，为各个不同音色信息，该层字段按音色号由小到大顺序排列；第二层字段为音色采样调制参数信息字段，包括每个音色所包含的采样调制参数信息；第三层字段为采样数据字段，包含了合成该音色库中所有音色所需的所有音色采样数据。在本发明中，音色信息具有相同的数据结构，音色信息字段包括音色所在的音色库号、用于合成该音色的音色采样调制参数的总数、音色采样调制参数在音色库中音色采样调制参数信息部分中的位置。音色采样调制参数信息字段包括该采样调制参数用于合成音的键值范围、原始音的键值、音色采样数据在音色库中音色采样数据部分中的位置、采样率、波表合成参数等，每种音色的音色采样调制参数连续存放。音色采样数据字段存储用于合成音色的所有采样数据。由于本发明的音色库采用顺序结构，其占用的存储空间更小，播放音乐时的系统资源消耗更少，达到了音色库易于实现的目的，大大提高了音色库的可用性。图10为本发明音色库各部分结构关系示意图。在本发明一个较佳实施例中，音色库模块中的所有音色库结构一样，对于某一音色库i，其第一层存储音色信息，音色信息包括该音色所在的音色库号、所包含的采样数据总数、第一个采样数据参数序号，如音色库i的第一层中存储的是音色号，音色号由小到大顺序排列，共有12个，从0到11。第二层存储的是音色采样调制参数信息，包括键值范围、原始键值、采样数据所在的位置、采样率、包络曲线参数等信息，音色采样调制参数信息连续存储，如采样从20到23，每个音色号对应于至少一个音色采样调制参数信息，如第一层中的音色号11对应采样20和23的采样调制参数信息。第三层为音色采样数据，音色采样数据序号也连续存放，如音色采样数据序号由6到7，第二层的音色采样调制参数信息对应一个音色采样数据，如音色采样调制参数信息20对应音色采样数据8，音色采样调制参数信息23对应音色采样数据10。图11为本发明播放音乐的主流程图。首先，系统的处理器根据所要播放音色的音色信息按由小到大顺序查找音色库中的音色号，从音色库的音色信息字段获得音色库所包含的音色总数，系统处理器根据所要播放音色的音色信息由小到大顺序查找音色库中的音色号，找到该音色的音色号在音色库中的位置。其次，根据所要播放的音色的音色号，得到该音色的音色号对应的所有音色采样调制参数信息总数及其在音色库中的位置。具体方法是遍历该音色号对应的所有音色采样调制参数信息，根据所要播放音色的键值号找到该键值所需的音色采样调制参数信息及其在音色库中的位置。步骤3、逐一查询该音色号对应的所有音色采样调制参数信息，根据所要播放音色的键值号找到该键值所需的音色采样调制参数信息。最后，根据音色采样调制参数信息，将音色采样调制参数信息对应的音色采样数据送到波表合成器，用波表合成的方法合成并送到播放模块播放这个音。循环执行这些步骤，就可以播放音乐。本发明根据波表合成技术播放音乐的原理提出了一种易于实现的音色库结构。利用音色库和波表合成技术实现音乐播放的基本过程是一个音色库中可能包含一个或多个风格不同的库，每个音色库又包含多种音色。为了减小音色库所占用的系统空间，音色库中只会存储音色的少数几个采样数据。音色库中将音色的音域即音高范围划分成几个不同的区域，每个区域用一个或多个音色采样数据来合成。用少量的音色采样数据来合成大量不同的音，大大减小了音色库的大小，波表合成方法就是利用音色采样调制参数信息对有限的音色采样数据进行调制来合成各种音色的一种方法。播放某种音色的某个音时，利用合成这个音的音色采样调制参数信息和音色采样数据，通过波表合成的方法就可以合成播放这个音了，大量这样的音连续播放就实现了音乐的播放。请参阅图12本发明播放音乐的实例示意图。结合图6和图7，同样是播放一个音色(preset)号为7、键值(samplekey)为80的音，查找到它所对应的音色采样(sample)调制参数信息只需要按照以下几步来进行首先，得到音色号为7的音色信息，根据音色信息就可以知道该音色所包含的音色采样调制参数信息的个数为4个；然后，逐个查找该音色所包含的4个音色采样调制参数信息，找出用来合成键值80的音，由于第11个音色采样调制参数信息的键值范围和第13个音色采样调制参数信息的键值范围为71-127，包含了80，因此，音色采样调制参数信息11是用来合成键值80的音的，同时音色采样调制参数信息13也是用来合成键值80的音的，在系统存储器中存储这两个音色采样调制参数信息11和13，用来播放音色号为7键值为80的这个音。最后，根据所存储的满足要求的音色采样调制参数信息对应的音色采样数据来合成所要播放的音色，合成后送到播放模块进行播放。由上可以看出，本发明是在原有音色库技术的基础上，以方便系统实现的方式构造了一个新结构的音色库，在播放乐器指令数字化接口(MIDI)格式的音乐，合成每个音的时候就可以非常简单便捷地实现播放。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。权利要求1.一种音色库顺序查询播放系统，包括系统处理器、存储器、寄存器和音色库模块，其特征在于所述音色库模块包括至少一个音色库，音色库分为三层，最上层为音色信息字段，该层字段音色号按由小到大按顺序排列，每个音色号对应至少一个音色采样调制参数信息，第二层字段为音色采样调制参数信息字段，音色采样调制参数信息连续存放，每个音色采样调制参数信息对应至少一个音色采样数据，第三层字段为采样数据字段。2.根据权利要求1所说的音色库顺序查询播放系统，其特征在于所述音色信息具有相同的数据结构，音色信息包括音色所在的音色库号、用于合成该音色的音色采样调制参数的总数、音色采样调制参数在音色库中音色采样调制参数信息部分中的位置。3.根据权利要求1所述的音色库顺序查询播放系统，其特征在于所述音色采样调制参数信息具有相同的数据结构，至少包括合成音色的键值范围、原始音色的键值、在音色库模块中的位置、采样率、波表合成参数。4.一种音色库顺序查询播放方法，其特征在于该方法包括以下几个步骤步骤1、根据所要播放音色的音色信息由小到大顺序查找音色库中的音色号，找到该音色的音色号在音色库中的位置；步骤2、得到该音色的音色号对应的所有音色采样调制参数信息总数及音色采样调制参数信息在音色库中的位置；步骤3、遍历该音色号对应的所有音色采样调制参数信息，根据所要播放音色的键值号找到该键值所需的音色采样调制参数信息；步骤4、根据音色采样调制参数信息将对应的音色采样数据进行合成播放。5.根据权利要求4所述的音色库顺序查询播放方法，其特征在于所述步骤1之前还包括系统处理器从音色库的音色信息字段获得音色库所包含的音色总数的步骤。6.根据权利要求4所述的音色库顺序查询播放方法，其特征在于所述步骤3进一步包括以下步骤步骤31、根据所要播放音色的键值号，判断键值号是否在得到的所有音色采样调制参数信息的键值范围内；步骤32、如果键值号在某一音色采样调制参数信息的键值范围内，则查找该键值所需的所有采样调制参数信息，否则结束；步骤33、根据所有音色采样调制参数信息查找音色采样在音色库中的位置，找到合成该音色的所有音色采样调制参数信息对应的音色采样数据。7.根据权利要求4所述的音色库顺序查询播放方法，其特征在于所述步骤4还包括通过波表合成方法合成音色的步骤。全文摘要本发明是一种音色库顺序查询播放系统及其实现方法，包括音色库模块，音色库模块包括至少一个音色库，音色库分为三层，最上层为音色信息字段，该层字段按音色号由小到大按顺序排列，第二层字段为音色采样调制参数信息字段，音色采样调制参数信息连续存放，第三层字段为采样数据字段。根据所要播放音色的音色信息由小到大顺序查找音色库中的音色号，找到该音色的音色号在音色库中的位置；得到该音色的音色号对应的所有音色采样调制参数信息总数及其在音色库中的位置；遍历该音色号对应的所有音色采样调制参数信息，根据所要播放音色的键值号找到该键值所需的音色采样调制参数信息；根据音色采样调制参数信息将对应的音色采样数据进行合成播放。文档编号G10H1/44GK1776806SQ20051012807公开日2006年5月24日申请日期2005年11月25日优先权日2005年11月25日发明者邹晓红,赵原申请人:北京中星微电子有限公司