專利名稱：一種氣息檢測方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及信號檢測技術領域，尤其涉及一種氣息檢測方法及裝置。
背景技術：
目前，電子樂器逐漸興起，最早是電子琴，后來逐漸出現(xiàn)了其它更多的電 子樂器。由于電子樂器比傳統(tǒng)樂器更容易掌握，并且可以演奏出各種不同的音 色，因此受到廣大用戶的青睞。
對于吹奏類的電子樂器，是通過檢測用戶氣息的有無來控制吹奏類的電子 樂器的發(fā)出聲音，即只有4企測到有用戶氣息存在時，吹奏類的電子樂器才會發(fā) 出聲音，如果沒有才企測到用戶氣息，吹奏類的電子樂器是不會發(fā)出聲音的，從 而通過檢測氣息的有無來決定音長。
因此，現(xiàn)有技術對于用戶氣息的檢測，只能檢測到氣息的有無，而不能像 真實樂器一樣，通過氣息的強弱來控制吹奏類樂器發(fā)出高低八度的不同音色。 因此，現(xiàn)有的吹奏類的電子樂器無法真正模擬真實的吹奏類樂器，不能成為專 業(yè)人士的樂器，也不能作為學習樂器的工具。
綜上所述，現(xiàn)有的氣息檢測技術只能檢測到氣息的有無，無法根據(jù)氣息的 強弱對氣息的類型進行劃分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供了 一種氣息檢測方法及裝置，用以根據(jù)氣息的強弱實現(xiàn) 對氣息的多種類型的劃分。
本發(fā)明實施例提供的一種氣息檢測方法包括
通過氣息采集設備采集用戶氣息信號，并確定每一幀用戶氣息信號的能量包絡；
通過將每一幀用戶氣息信號的能量包絡與預先設定的閾值進行比較，確定
該幀用戶氣息信號為高八度氣息信號或低八度氣息信號。 本發(fā)明實施例提供的一種氣息檢測裝置包括 能量包絡確定單元，用于確定每一幀用戶氣息信號的能量包絡； 氣息類型分類單元，用于通過將每一幀用戶氣息信號的能量包絡與預先設
定的閾值進行比較，確定該幀用戶氣息信號為高八度氣息信號或低八度氣息信
本發(fā)明實施例，通過氣息采集設備采集用戶氣息信號，并確定每一幀用戶 氣息信號的能量包絡；通過將每一幀用戶氣息信號的能量包絡與預先設定的閾 值進行比較，確定該幀用戶氣息信號為高八度氣息信號或低八度氣息信號，從 而實現(xiàn)了根據(jù)氣息的強弱變化實現(xiàn)對氣息的多種類型的劃分。


圖1為本發(fā)明實施例提供的一種氣息檢測方法的流程示意圖2為本發(fā)明實施例提供的用戶氣息信號的能量示意圖3為本發(fā)明實施例提供的能量包絡判決結(jié)果示意圖4為本發(fā)明實施例提供的改進了高音保持的能量包絡判決結(jié)果示意圖5為本發(fā)明實施例提供的采用過零率檢測后的能量包絡判決結(jié)果示意
圖6為本發(fā)明實施例提供的一種氣息檢測裝置的結(jié)構示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明實施例4是供了一種氣息檢測方法及裝置，用以根據(jù)氣息的強弱變化 實現(xiàn)對氣息的多種類型的劃分。
本發(fā)明實施例預先為存在用戶氣息的情況下，將用戶氣息信號設置為兩種
6類型，即高八度氣息信號和低八度氣息信號。本發(fā)明實施例首先判定當前幀是 否存在用戶氣息，如果存在，則進一步判斷當前幀的用戶氣息信號是高八度氣 息信號還是低八度氣息信號。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例提供的技術方案進行說明。
參見圖1，本發(fā)明實施例提供的一種氣息檢測方法包括步驟
5101、 通過氣息采集設備采集用戶氣息信號，并確定每一幀用戶氣息信號 的能量包絡。
5102、 通過將每一幀用戶氣息信號的能量包絡與預先設定的閾值進行比 較，確定該幀用戶氣息信號為高八度氣息信號或低八度氣息信號。
下面對步驟S101進行詳細的解釋說明。
氣息采集設備采集用戶氣息信號需要經(jīng)過去直流濾波器(DC Remove)進 行去直流處理，即消除用戶氣息信號中的直流信號。因為，較大的直流偏置會 對后續(xù)的能量包絡檢測和過零率檢測造成較大影響，因此需要設計較好的去直 流濾波器。本發(fā)明實施例中的去直流濾波器可以采用2階無限沖擊響應(IIR, Infinite Impulse Response )高通濾波器，截止頻率可以為80Hz。
例如，采集到的用戶氣息信號的波形如圖2所示，前一半波形表示用戶氣 息較弱，可以判定為低八度氣息信號，后一半波形表示用戶氣息較強，可以判 定為高八度氣息信號，中間波形表示無氣息的狀態(tài)。
然后，對用戶氣息信號分別進行能量包絡檢測
計算用戶氣息信號的能量，采用的公式如下
Eng(i)=sig(i)*sig(i) , i=0 -— L陽l
其中，Eng表示能量，sig表示信號，L表示一幀信號的長度，i表示采樣點。
得到了示i采樣點用戶氣息信號的能量Eng(i)之后，利用Eng(i)分別通過 下列公式提取能量包絡
r， = r呼* a + e"w) * (i - a)Eng_p(i)=Tmp
其中，Engj(i)表示i采樣點用戶氣息信號的能量包絡，"表示能量包絡平 滑因子，0SaSl。
本發(fā)明實施例考慮到用戶氣息的特點，對用戶氣息信號的能量包絡的提取 進行改進，預先為用戶氣息信號的上升(增強)過程和下降(減弱)過程分別 設置不同的能量包絡平滑因子。即
如果Eng(i戶Tmp，貝寸
= J"wy * +五"g(/) * (1 — a)
如果Eng(i)《Tmp,貝'h
r， = * 〃 +* (1 — 〃) 本發(fā)明實施例為了加強用戶氣息的保持效果，可以采用快升慢降的原則， 即設置"<〃。
最后，本發(fā)明實施例將得到的每一幀中各個采樣點的用戶氣息信號的能量 包絡取平均值，作為該幀用戶氣息信號的能量包絡的值Eng一avg，即
Eng—avg=(Engj(0)+.. .+Eng_p(L-l))/L 較佳地，步驟S102包括
將每一幀用戶氣息信號的能量包絡與預先設定的第 一閾值和第二閾值進 行比較，其中第一閾值小于第二閾值；
若每一幀用戶氣息信號的能量包絡小于第一閾值，則確定該幀不存在用戶 氣息；
若每一幀用戶氣息信號的能量包絡大于第二閾值，則確定該幀用戶氣息信 號為高八度氣息信號；
若每一幀用戶氣息信號的能量包絡大于或等于第一閾值，并且小于或等于 第二閾值，則確定該幀用戶氣息信號為低八度氣息信號。
具體地，可以根據(jù)試驗數(shù)據(jù)設定第一閾值和第二閾值，假設第一閾值用 ThresholdL表示，第二閾值用ThresholdH表示，Eng—avg表示當前幀確定的用 戶氣息信號的能量包絡，則如果Eng一avg〈ThresholdL,則判定當前幀為無用戶氣息輸入，即用戶沒有 對氣息采集設備吹氣；
如果Eng—avg>ThresholdH,則判定當前幀的用戶氣息信號為高八度氣息信
如果ThresholdL^Eng—avg^ThresholdH，則判定當前幀的用戶氣息信號為 低八度氣息信號。
當不存在用戶氣息時，可以稱用戶氣息處于無氣息狀態(tài)，可以用0表示； 當用戶氣息信號為低八度氣息信號時，可以稱用戶氣息處于低八度狀態(tài)， 可以用1表示；
當用戶氣息信號為高八度氣息信號時，可以稱用戶氣息處于高八度狀態(tài)， 可以用2表示。
例如，通過能量包絡對圖2所示的用戶氣息信號進行判斷的結(jié)果如圖3所 示，從圖3的判決結(jié)果可以看到，雖然可以準確區(qū)分用戶氣息的低八度狀態(tài)和 無氣息狀態(tài)，但是高八度狀態(tài)中有很多采樣點的用戶氣息被判定為了低八度狀 態(tài)，造成這種錯誤的原因是用戶氣息信號的波形都是一個由低到高，再到低 的漸變的過程，相當于正弦波的波形變化趨勢，因此對于高八度狀態(tài)的用戶氣 息，雖然信號4艮強，但是在氣息開始和結(jié)束的時候，能量都比較低，因此很容 易誤判為低八度狀態(tài)的氣息。
為了解決這個問題，本發(fā)明實施例提出了一種增加高音保持的算法，即如 果當前已經(jīng)將用戶氣息判定為高八度狀態(tài)的氣息，則后續(xù)氣息的能量包絡只要 能超過較低的第一閾值，則繼續(xù)將該氣息判定為高八度狀態(tài)的氣息。
因此，較佳地，若當前幀的前一幀用戶氣息信號為高八度氣息信號，并且 當前幀用戶氣息信號的能量包絡大于或等于第一閾值，則確定當前幀用戶氣息 信號為高八度氣息信號。也就是說，若當前幀的用戶氣息信號的能量包絡大于 或等于第一閾值，并且當前幀的前一幀用戶氣息信號為高八度氣息信號，則即 使當前幀的用戶氣息信號的能量包絡小于或等于第二閾值，也判定當前幀用戶氣息信號為高/\度氣息信號。
采用了高音保持算法后的判決結(jié)果如圖4所示，通過比較圖3和圖4可以 看出，采用了高音保持算法后的判決結(jié)果更加準確了。然而，從圖4可以看出， 對于高八度氣息的判決，在波形的中部和尾部都完全正確，但是在開始的一段 時間內(nèi)仍然將氣息錯判為低八度氣息。因此，本發(fā)明實施例進一步采用另一個 參數(shù)，即過零率來進行輔助判決。
所謂過零率，是指信號穿越0點的次數(shù)。如果氣息越快，則信號越強，即 能量包絡越大，對應的過零率越高；反之越低。也就是說，高八度氣息信號的 過零率要高于低八度氣息信號的過零率。
較佳地，采用過零率對用戶氣息信號的類型判決，只應用在^r測到存在用 戶氣息的前幾幀進行判決，后續(xù)的判決可以通過上述能量包絡的判決方法執(zhí) 行。
因此，本發(fā)明實施例中，對于初始的前若干幀(具體的幀數(shù)，可以根據(jù)實 際需要進行設置)用戶氣息信號，檢測能量包絡大于或等于第一閾值的每一幀 用戶氣息信號的過零率；如果該幀用戶氣息信號的過零率大于預先設置的過零 率閾值時，則確定該幀用戶氣息信號為高八度氣息信號；否則，確定該幀用戶 氣息信號為低八度氣息信號。
例如，假設令過零率表示為ZTR， ZTR的值可以通過下列公式計算得到
如果sig(i)*sig(i+l)<0,則ZTR=ZTR+1。
即如果連續(xù)兩個采樣點的用戶氣息信號相乘小于零，則表示用戶氣息信號 對應的波形穿越了一次零點，因此需要對ZTR加1。 假設預先設置的過零率閾值為ThresholdZ,則
如果ZTR>ThresholdZ，則將當前采樣點的用戶氣息信號判定為高八度氣 息信號；
如果ZTRsThresholdZ,則將當前采樣點的用戶氣息信號判定為低八度氣 息信號。采用了過零率對用戶氣息信號的類型進行判決后的判決結(jié)果如圖5所示，
由圖5可見，用戶氣息信號類型的判決結(jié)果非常準確。
參見圖6,本發(fā)明實施例提供的一種氣息檢測裝置包括 能量包絡確定單元11,用于確定每一幀用戶氣息信號的能量包絡。 氣息類型分類單元12，用于通過將每一幀用戶氣息信號的能量包絡與預先
設定的閾值進行比較，確定該幀用戶氣息信號為高八度氣息信號或低八度氣息信號。
較佳地，所述氣息類型分類單元12包括
比較單元121,用于將每一幀用戶氣息信號的能量包絡與預先設定的第一 閾值和第二閾值進行比較，其中所述第 一 閾值小于所述第二閾值。
氣息有無判定單元122,用于如果每一幀用戶氣息信號的能量包絡小于所 述第一閾值，則確定該幀不存在用戶氣息；否則，對于初始的前若干幀用戶氣 息信號，觸發(fā)高低八度初始判定單元123進行判定；對于后續(xù)用戶氣息信號， 觸發(fā)高低八度判定單元124進行判定。
高低八度初始判定單元123,用于在接收到氣息有無判定單元122的觸發(fā) 后，對于初始的前若干幀用戶氣息信號，檢測能量包絡大于或等于所述第一闊 值的每一幀用戶氣息信號的過零率；如果該幀用戶氣息信號的過零率大于預先 設置的過零率閾值時，則確定該幀用戶氣息信號為高八度氣息信號；否則，確 定該幀用戶氣息信號為低八度氣息信號。
高低八度判定單元124,用于在接收到氣息有無判定單元122的觸發(fā)后， 在每一幀用戶氣息信號的能量包絡大于所述第二闊值時，確定該幀用戶氣息信 號為高八度氣息信號；在每一幀用戶氣息信號的能量包絡大于或等于所述第一 閾值，并且小于或等于所述第二閾值時，確定該幀用戶氣息信號為低八度氣息 信號。
較佳地，所述高低八度判定單元124，進一步在當前幀的前一幀用戶氣息 信號為高八度氣息信號，并且當前幀用戶氣息信號的能量包絡大于或等于所述第 一 閾值，則確定當前幀用戶氣息信號為高八度氣息信號。
較佳地，所述能量包絡確定單元11確定的每一幀用戶氣息信號的能量包 絡的值為該幀各個采樣點的能量包絡的平均值。
綜上所述，本發(fā)明實施例，通過氣息采集i殳備采集用戶氣息信號，并確定
每一幀用戶氣息信號的能量包絡；通過將每一幀用戶氣息信號的能量包絡與預
先設定的閾值進行比較，確定該幀用戶氣息信號為高八度氣息信號或低八度氣 息信號，從而實現(xiàn)了根據(jù)氣息的強弱變化實現(xiàn)對氣息的多種類型的劃分，使得 吹奏類的電子樂器不但能用氣息的有無來決定音長，而且還能控制聲音的高低 八度，可以仿真真實的吹奏類樂器。
顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā) 明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及 其等同技術的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權利要求
1、一種氣息檢測方法，其特征在于，該方法包括通過氣息采集設備采集用戶氣息信號，并確定每一幀用戶氣息信號的能量包絡；通過將每一幀用戶氣息信號的能量包絡與預先設定的閾值進行比較，確定該幀用戶氣息信號為高八度氣息信號或低八度氣息信號。
2、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，通過將每一幀用戶氣息信 號的能量包絡與預先設定的閾值進行比較，確定該幀用戶氣息信號為高八度氣 息信號或低八度氣息信號的步驟包括將每一幀用戶氣息信號的能量包絡與預先設定的第一閾值和第二閾值進 行比較，其中所述第一閾值小于所述第二闞值；若每一幀用戶氣息信號的能量包絡小于所述第一閾值，則確定該幀不存在 用戶氣息；若每一幀用戶氣息信號的能量包絡大于所述第二閾值，則確定該幀用戶氣 息信號為高/v度氣息信號；若每一幀用戶氣息信號的能量包絡大于或等于所述第一閾值，并且小于或 等于所述第二閾值，則確定該幀用戶氣息信號為低八度氣息信號。
3、 根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，若當前幀的前一幀用戶氣 息信號為高八度氣息信號，并且當前幀用戶氣息信號的能量包絡大于或等于所 述第 一閾值，則確定當前幀用戶氣息信號為高八度氣息信號。
4、 根據(jù)權利要求2或3所述的方法，其特征在于，該方法還包括 對于初始的前若干幀用戶氣息信號，檢測能量包絡大于或等于所述第一閾值的每一幀用戶氣息信號的過零率；如果該幀用戶氣息信號的過零率大于預先設置的過零率閱值時，則確定該 幀用戶氣息信號為高八度氣息信號；否則，確定該幀用戶氣息信號為低八度氣 息信號。
5、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述每一幀用戶氣息信號的能量包絡的值為該幀各個采樣點的能量包絡的平均值。
6、 一種氣息檢測裝置，其特征在于，所述裝置包括 能量包絡確定單元，用于確定每一幀用戶氣息信號的能量包絡； 氣息類型分類單元，用于通過將每一幀用戶氣息信號的能量包絡與預先設定的閾值進行比較，確定該幀用戶氣息信號為高八度氣息信號或低八度氣息信
7、 根據(jù)權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述氣息類型分類單元包括比較單元，用于將每一幀用戶氣息信號的能量包絡與預先"i殳定的第 一 閣值 和第二閾值進行比較，其中所述第一閾值小于所述第二閾值；氣息有無判定單元，用于如果每一幀用戶氣息信號的能量包絡小于所述第 一閾值，則確定該幀不存在用戶氣息；否則，觸發(fā)高低八度判定單元；高低八度判定單元，用于接收到氣息有無判定單元的觸發(fā)后，在每一幀用 戶氣息信號的能量包絡大于所述第二閾值時，確定該幀用戶氣息信號為高vx度 氣息信號；在每一幀用戶氣息信號的能量包絡大于或等于所述第一閾值，并且 小于或等于所述第二閾值時，確定該幀用戶氣息信號為低八度氣息信號。
8、 根據(jù)權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述高低八度判定單元， 進一步在當前幀的前一幀用戶氣息信號為高八度氣息信號，并且當前幀用戶氣 息信號的能量包絡大于或等于所述第一閾值，則確定當前幀用戶氣息信號為高 八度氣息信號。
9、 根據(jù)權利要求7或8所述的裝置，其特征在于，所述氣息類型分類單 元還包括高低八度初始判定單元，用于對于初始的前若干幀用戶氣息信號，；險測能 量包絡大于或等于所述第一閾值的每一幀用戶氣息信號的過零率；如果該幀用 戶氣息信號的過零率大于預先設置的過零率閾值時，則確定該幀用戶氣息信號為高八度氣息信號；否則，確定該幀用戶氣息信號為低八度氣息信號。
10、根據(jù)權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述能量包絡確定單元確 定的每一幀用戶氣息信號的能量包絡的值為該幀各個采樣點的能量包絡的平 均值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣息檢測方法及裝置，用以根據(jù)氣息的強弱實現(xiàn)對氣息的多種類型的劃分。本發(fā)明提供的一種氣息檢測方法包括通過氣息采集設備采集用戶氣息信號，并確定每一幀用戶氣息信號的能量包絡；通過將每一幀用戶氣息信號的能量包絡與預先設定的閾值進行比較，確定該幀用戶氣息信號為高八度氣息信號或低八度氣息信號。
文檔編號G10H1/02GK101582257SQ20091007931
公開日2009年11月18日 申請日期2009年3月5日 優(yōu)先權日2009年3月5日
發(fā)明者馮宇紅, 晨 張 申請人:北京中星微電子有限公司