波表音樂合成系統的製作方法

2023-05-21 17:31:41

專利名稱：：波表音樂合成系統的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種音樂合成系統，特別涉及一種應用於通訊裝置中的音樂合成系統。
背景技術：
：請參閱圖1，圖1為已知的波表(wavetable)音樂合成系統10的示意圖。已知波表合成系統10包含一音樂檔案庫11、一分析模塊12、一音樂生成器14、一數模轉換放大裝置20與一揚聲器22。已知波表音樂合成系統10在合成一音樂檔案13時，是由音樂檔案庫11傳送音樂檔案13至分析模塊12，音樂檔案13將由分析模塊12進行音符數據與控制命令(包含樂器的選擇，音量與特效的設定…等等)的擷取，進而獲得相關音樂檔案13的分析數據。音樂生成器14進一步包含一樂器資料庫16與一合成模塊18，並在得到由分析模塊12所提供的分析數據後，根據分析數據自樂器資料庫16提供所需使用的樂器數據24，再由合成模塊18進行音樂的合成。合成模塊18是根據分析數據以及樂器數據合成一脈衝編碼調製數據，數模轉換放大裝置20則將該脈衝編碼調製數據轉換為一模擬信號並加以放大，並輸出至揚聲器22以發出聲音。在已知的波表合成系統中，基本的樂器資料庫記錄包含有128種弦律樂器數據及47種打擊樂器數據。在已知的波表音樂合成系統中，一般以非易失性存儲器(Non-VolatileMemory)，例如只讀存儲器(ReadOnlyMemory，ROM)，加以存放128種弦律樂器及47種打擊樂器的樂器數據，作為樂器資料庫。當需要合成樂曲時，再由合成模塊18從樂器資料庫16中取出所需的樂器數據24以合成樂曲。此法雖然能保持合成音樂時品質的完善，但由於需要大量的存儲器容量，因此製造成本通常偏高。已知的低成本波表音樂合成系統，是利用許多樂器之間具有某種程度相似性的特性，只取較常使用的樂器數據加以儲存，以降低存放128+47種樂器數據時所需付出的儲存成本。請參照圖2，圖2為一已知的低成本波表音樂合成系統30的示意圖。已知低成本波表合成系統30包含一音樂檔案庫11、一分析模塊12、一音樂生成器34、一數字模擬轉換與放大裝置20與一揚聲器22。已知低成本波表合成系統30的作法是以一較低容量的非易失性存儲器中存放M0種弦律樂器及P0種打擊樂器的樂器數據26，所儲存的M0與P0種樂器是較常使用的代表性樂器。因(M0+P0)種樂器數據儲存空間遠小於(128+47)種樂器數據儲存空間，因此，得以使用低容量的非易失性存儲器以達到降低成本的目的。如圖2所示，已知低成本波表合成系統30是先從音樂檔案庫11中取出音樂檔案13，再由分析模塊12對音樂檔案13進行分析而得到一分析數據。音樂生成器34之中包含一存儲器36、一樂器更換模塊38與一合成模塊18，並在得到由分析模塊12所提供的分析數據後，經由樂器更換模塊38執行一樂器更換程序。樂器更換模塊38記錄有128種弦律樂器和M0種代表性樂器的匹配表，以及47種打擊樂器和P0種代表性樂器的匹配表。並經由樂器更換程序，將分析數據中指定的樂器轉換成M0及P0種代表性樂器中的樂器。合成模塊18則自存儲器36中取出樂器數據26以進行音樂的合成。在此已知的低成本的波表聲音合成系統中，存儲器36與樂器更換程序38所需使用的數據記錄儲存在非易失性存儲器(通常是只讀存儲器(ROM))上，故所能使用的樂器種類是固定的，因而在實際使用上常有因樂器遭篩選之後，音樂特性失真的缺點。
發明內容本發明的目的是提供一低成本設計的音樂合成系統，用以執行波表音樂合成(wavetableaudiosynthesis)。此系統是在低成本的情況下，利用有限存儲器數據，希望在使樂曲特性因樂器種類改變所造成的不協調性得以減到最低，並達到音樂合成的目的。本發明的音樂合成系統包含一樂器資料庫、一分析模塊、一存儲器以及一判斷模塊。樂器資料庫用以儲存第一預定數量種樂器數據。分析模塊用以分析輸入的音樂檔案，而得出該音樂檔案所包含的第二預定數量種樂器數據。存儲器，具有一預定容量，用以儲存合成該音樂檔案所需的樂器數據。判斷模塊，用以判斷該第二預定數量種樂器數據的總和數據量是否大於存儲器的預定容量。若判斷結果為否，則自該樂曲資料庫中取出該第二預定數量種樂器數據儲存至該存儲器中。若判斷結果為是，則執行一樂器更換程序，將該第二預定數量種樂器數據更換為一第三預定數量種樂器數據，該第三預定數量種樂器數據的總和數據量不大於該預定容量，該判斷模塊並自該樂器資料庫中取出該第三預定數量樂器數據儲存至該存儲器中。至於合成模塊，則是用以根據該存儲器中所儲存的樂器數據合成一數位音樂信號。本發明藉由可動態存取的存儲器存取合成樂曲所需樂器的樂器數據，由於使用低容量的存儲器，因此降低了應用龐大存儲器所需花費的成本。雖然可動態存取的存儲器(例如DRAM)通常單位成本較高，但由於所需容量較小，因此整體來說其儲存成本還是較圖2的已知技術便宜。此外，本發明儲存在存儲器中的樂器數據，並非固定的樂器數據，而是隨著樂曲所需樂器不同選取最接近的樂器數據，因此大幅改善了已知技術在使用低容量非易失性存儲器(例如ROM)儲存固定樂器數據時合成音樂的表現品質。關於本發明的優點與精神可以藉由以下結合附圖的詳細說明得到進一步的了解。圖1為已知的波表(wavetable)音樂合成系統的示意圖。圖2為一已知的低成本波表音樂合成系統的示意圖。圖3是本發明的波表音樂合成系統40的示意圖。圖4是圖3中判斷模塊的示意圖。圖5為圖4中匹配表41的示意圖。圖6是圖4中匹配模塊的另一實施例的示意圖。圖7是本發明的樂器選擇方法流程圖。圖式標號說明40波表音樂合成系統41、49匹配表42更換模塊43、45次表格44載入模塊46匹配模塊47分組表51音樂檔案庫53音樂檔案52分析模塊54判斷模塊56樂器資料庫60存儲器66合成模塊68數模轉換放大裝置70揚聲器具體實施方式請參閱圖3，圖3是本發明的波表音樂合成系統40的示意圖。本發明的波表音樂合成系統40包含一音樂檔案庫51、一分析模塊52、一判斷模塊54、一樂器資料庫56、一存儲器60、一合成模塊66、一數模轉換放大裝置68與一揚聲器70。在此先闡明本發明各種資料庫中所儲存的數據，音樂檔案庫51中儲存有許多樂曲，樂器資料庫56中則儲存有預定數量(M1+P1)種樂器數據，其中包含M1種旋律樂器數據以及P1種打擊樂器數據。舉例而言，樂器資料庫中可包含128種旋律樂器數據以及47種打擊樂器數據。在本實施例中，樂器資料庫56是一高容量、低成本、低存取速度的儲存裝置，因此並不適合直接取代圖1已知技術中的樂器資料庫16，而直接為合成模塊所使用。接著詳述本實施例的操作過程。本發明的波表音樂合成系統40是先由分析模塊52，分析自音樂檔案庫51輸入的一音樂檔案53，而得出合成音樂檔案53所需的一預定數量(M2+P2)種樂器數據。舉例而言，假設想要合成某一特定音樂檔案53需要8種旋律樂器以及3種打擊樂器的樂器數據，則M2為8、P2為3。判斷模塊54接著判斷(M2+P2)種樂器數據所需使用的儲存空間是否大於存儲器60的預定容量。該預定容量可為存儲器60的可儲存空間、或是一預設的特定容量大小。若判斷結果為否，則判斷模塊54由樂器資料庫56中取出(M2+P2)種樂器數據存至存儲器60中。若判斷結果為是，則執行一樂器更換程序，將(M2+P2)種樂器數據更換為另一預定數量(M3+P3)種類器數據，(M3+P3)種樂器數據的總和數據量是不大於存儲器60的預定容量。最後根據判斷模塊54的判斷，由樂器資料庫56中取出(M3+P3)種進行波表音樂合成時所需的樂器數據62儲存至存儲器60中。合成模塊66根據存儲器60所儲存的樂器數據合成數位音樂信號，經由數模轉換放大裝置68，輸出至揚聲器70以輸出該音樂檔案53。由上述可知，本發明的特點在於可隨著波表合成系統內建的存儲器的容量大小，選擇性的挑選最適合的樂器數據以替代原先波表樂器合成所需的樂器數據。因此，如何選擇合適的樂器數據為本發明的重心所在。請參閱圖4。本發明的判斷模塊54進一步包含一匹配模塊46、一更換模塊42以及一載入模塊44。匹配模塊46中進一步包含有一匹配表41，用以記錄(M1+P1)種樂器數據之間的相似程度，更換模塊42用以在所需使用的樂器數據量大於存儲器60的預定容量時進行使用樂器種類的更換程序，以減少數據量。載入模塊44則用以在確定所需使用的在數據量不大於存儲器60的預定容量時，進行從外部樂器資料庫60將所需使用的(M2+P2)種或(M3+P3)種樂器數據載入存儲器60的動作。請參閱圖5，圖5為圖4中匹配表41的示意圖，判斷模塊54中的匹配模塊40在實施上進一步包含一匹配表41，用以記錄(M1+P1)種樂器數據中每一種樂器數據與其他種樂器數據兩兩相較的一樂器相似值，對於不同樂器之間的相似程度給予量化標準。匹配表41中包含兩個次表格，表格43是針對樂器資料庫56中M1種弦律樂器建立M1×M1的表格。表格45是針對P1種打擊樂器建立P1×P1的表格。通過匹配表的建立，直接查表即可得任二種樂器之間的相似程度。舉例而言，在表格43中D0，1即代表第1種樂器與第2種樂器的樂音的相似度，D2，3即第3種樂器與第4種樂器的樂音的相似度。因此，如D0，0、D1，1……這些同種樂器之間的差距為0。如果當用以合成的M2+P2種樂器數據的總數據量大於存儲器60的預定容量時，則可根據匹配表41，循序找出欲合成的波表樂曲所需使用的(M2+P2)種樂器數據中樂器相似值最小的一對樂器，假設樂器數據M對樂器數據N的樂器相似值最大，則將樂器數據M以樂器數據N取代。當進行更換程序後，此時所需的樂器數據已進一步縮減為(M3+P3)種樂器數據，其總數據量將不大於該預定容量。然而在上述匹配表41中，當M1及P1很大時，表格建立不易且可能需佔用許多空間。舉例而言，在有128種弦律樂器及47種打擊樂器的情況下，則需建立一128×128的表格及一47×47的表格。因此有另一實施方法如下，請參閱圖6，圖6是圖4中匹配模塊46的第二實施例的示意圖。第二實施例的實施方法使用一分組表47及一配合分組表使用的匹配表49，其中分組表47用以記錄(M1+P1)種樂器數據依相似程度進行分組後所得的多個樂器數據群組(M4+P4)組。如圖6所示，分組表47是將M1種弦律樂器分為M4組，將P1種打擊樂器分為P4組，m1、m2、m3……則代表各別的弦律樂器，p1、p2、p3……則代表個別的打擊樂器，每一個樂器數據群組包含多種樂器數據、並且以一代表樂器數據代表該樂器數據群組所包含的各種樂器數據。亦即當所需合成的一樂器數據屬於第一樂器群組G1時，則直接以第一樂器群組的代表樂器取代該樂器數據。如果經過查詢分組表47而減少樂器種類後，總數據量仍大於該預定容量時，此時可透過配合分組表使用的匹配表49再進一步選擇可供代換的樂器數據。如圖6所示，匹配表49是用以記錄每一代表樂器與其他群組的代表樂器兩兩相較的一樂器相似值。由於匹配表49僅記錄各樂器數據群組的代表樂器的兩兩相似值，相較於建立(M1+P1)種樂器的匹配表，此種代表樂器的匹配表較容易建立且不佔空間。舉例而言，將128種弦律樂器先行分類為30組，將47種打擊樂器進一步分類為10組，根據此分組表，則只需要建立一30×30的弦律樂器匹配表，以及10×10的打擊樂器匹配表。在此特別強調一點，在以匹配表查找樂器特性最相像的兩項樂器時，在表格中樂器M對樂器N的樂器相似值與樂器N對樂器M的樂器相似值可以是不同的，這是因為在聽覺經驗中，樂器M取代樂器N的效果不錯，但樂器N取代樂器M時的效果卻不一定良好，因此在表格的定義上可以表現此彈性。接下來以具體數字為例來加以解釋本實施例。經過分析模塊52的分析，合成音樂檔案53需8種弦律樂器ma、mb、mc、md、me、mf、mg、mh，及3種打擊樂器pa、pb、pc。此時判斷模塊54將判斷(8+3)種樂器數據是否超過存儲器所能提供的預定容量大小，如果為否的話，判斷模塊54中的載入模塊44將載入(8+3)種樂器數據至存儲器60中。如果(8+3)種樂器數據超過存儲器所提供的預定容量大小，則啟動更換模塊42以執行更換程序。在判斷模塊54中，先經由匹配模塊46查表得以mb去更換ma的樂器相似值最高，經更換模塊42捨去mb的音樂數據後，(7+3)種樂器數據若不超過存儲器的預定容量，則載入模塊44由樂器資料庫56存取此(7+3)種樂器數據至存儲器60，以利合成模塊66進行音樂檔案53的合成，而mb樂器的弦律則以ma樂器的樂音演奏之。如果(7+3)種樂器數據仍超過存儲器的預定容量，則繼續進行更換程序，直到所選的樂器數據的總數據料不大於該預定容量。請參閱圖7，圖7是本發明的樂器選擇方法流程圖，結合圖5，包含下列步驟步驟500開始。步驟502由分析模塊52取得樂器使用數量(M2+P2)。步驟504判斷(M2+P2)種樂器所需使用的樂器數據是否大於存儲器60的預定容量，若判斷結果為是，則進行步驟506；若答案為否，則進行步驟510。步驟506啟動匹配模塊40，找出最相似的樂器以及合適的更換方式。步驟508啟動更換模塊42，以減少樂器的使用數量，再重複進行步驟504的判斷。步驟510啟動載入模塊44，將所需使用的樂器數據62由樂器資料庫56載入存儲器60中，步驟510結束。綜上所述，本發明藉由可動態存取的存儲器存取合成樂曲所需樂器的樂器數據，由於使用低容量的存儲器，因此降低了應用龐大存儲器所需花費的成本。此外，本發明儲存於存儲器中的樂器數據，並非固定的樂器數據，是隨著樂曲所需樂器不同選取最接近的樂器數據，因此大幅改善了已知技術的使用低容量非易失性存儲器(例如ROM)儲存固定樂器數據時合成音樂的表現品質。藉由以上較佳實施例的詳述，是希望能更加清楚描述本發明的特徵與精神，而並非以上述所披露的較佳實施例來對本發明的範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請的權利要求的範疇內。權利要求1.一種音樂合成系統，用以執行波表樂曲合成，該系統包含一樂器資料庫，用以儲存一第一預定數量種樂器數據；一分析模塊，用以分析輸入的一波表樂曲，而得出合成該波表樂曲所需的一第二預定數量種樂器數據；一存儲器，具有一預定容量，用以儲存合成該波表樂曲所需的樂器數據；一判斷模塊，用以判斷該第二預定數量種樂器數據的總和數據量是否大於該預定容量；若判斷結果為否，則自該樂器資料庫中取出該第二預定數量種樂器數據儲存至該存儲器中；若判斷結果為是，則執行一樂器更換程序，將該第二預定數量種樂器數據更換為一第三預定數量種樂器數據，該第三預定數量種樂器數據的總和數據量是不大於該預定容量；以及自該樂器資料庫中取出該第三預定數量種樂器數據儲存至該存儲器中；以及一合成模塊，用以根據該存儲器中所儲存的樂器數據合成一數位音樂信號。2.如權利要求1所述的音樂合成系統，進一步包含一匹配表，用以記錄該第一預定數量種樂器數據中每一種樂器數據與其他種樂器數據兩兩相較的一樂器相似值。3.如權利要求2所述的音樂合成系統，其中該樂器更換程序包含下列步驟根據該匹配表，循序找出該第二預定數量種樂器數據中每一種樂器數據的樂器相似值最高的一樂器數據；重複上述步驟，直到所有樂器數據的總和數據量不大於該預定容量，即獲得該第三預定數量種數據。4.如權利要求1所述的音樂合成系統，進一步包含一分組表，用以記錄該第一預定數量種樂器數據的多個樂器數據群組，每一個樂器數據群組包含多種樂器數據且以一代表樂器數據代表該樂器數據群組所包含的所述樂器數據。5.如權利要求4所述的音樂合成系統，進一步包含一匹配表，用以記錄所述樂器數據群組中每一樂器數據群組與其他樂器數據群組兩兩相較的一樂器相似值。6.如權利要求5所述的音樂合成系統，其中該樂器更換程序包含下列步驟根據該分組表，循序找出該第二預定數量種樂器數據中每一種樂器數據所歸類的樂器數據群組；判斷該第二預定數量種樂器數據歸類後的樂器數據群組的代表樂器數據所需的總和數據量是否不大於該預定容量；若是，即獲得該第三預定數量種樂器數據；若否，則根據該匹配表，循序找出該第二預定數量種樂器數據歸類後的每一樂器數據群組其樂器相似值最高的一樂器數據群組；重複上步驟，直到所有樂器數據群組的代表樂器數據的總和數據量不大於該預定容量，即獲得該第三預定數量種樂器數據。7.一種應用於一音樂合成器的樂器數據選擇系統，用以選擇合成一音樂檔案所需的樂器數據，該音樂合成器包含一樂器資料庫以及一存儲器，該樂器資料庫用以儲存一第一預定數量種樂器數據，該存儲器具有一預定容量，用以儲存合成該樂曲所需的樂器數據，該系統包含一分析模塊，用以分析輸入的該波表樂曲，而得出合成該波表樂曲所需的一第二預定數量種樂器數據；以及一判斷模塊，用以判斷該第二預定數量種樂器數據的總和數據量是否大於該預定容量；若判斷結果為否，則自該樂器資料庫中取出該第二預定數量種樂曲數據儲存至該存儲器中；若判斷結果為是，則執行一樂器更換程序，將該第二預定數量種樂器數據更換為一第三預定數量種樂器數據，該第三預定數量種樂器數據的總和數據量不大於該預定容量；以及自該樂器資料庫中取出該第三預定數量種樂曲數據儲存至該存儲器中。8.如權利要求7所述的樂器數據選擇系統，進一步包含一匹配表，用以記錄該第一預定數量種樂器數據中每一種樂器數據與其他種樂器數據兩兩相較的一樂器相似值。9.如權利要求8所述的樂器數據選擇系統，其中該樂器更換程序包含下列步驟根據該匹配表，循序找出該第二預定數量種樂器數據中每一種樂器數據的樂器相似值最高的一樂器數據；重複上述步驟，直到所有樂器數據的總和數據量不大於該預定容量，即獲得該第三預定數量種數據。10.如權利要求1所述的樂器數據選擇系統，進一步包含一分組表，用以記錄該第一預定數量種樂器數據的多個樂器數據群組，每一個樂器數據群組包含多種樂器數據且以一代表樂器數據代表該樂器數據群組所包含的所述樂器數據。11.如權利要求4所述的樂器數據選擇系統，進一步包含一匹配表，用以記錄所述樂器數據群組中每一樂器數據群組與其他樂器數據群組兩兩相較的一樂器相似值。12.如權利要求5所述的樂器數據選擇系統，其中該樂器更換程序包含下列步驟根據該分組表，循序找出該第二預定數量種樂器數據中每一種樂器數據所歸類的樂器數據群組；判斷該第二預定數量種樂器數據歸類後的樂器數據群組的代表樂器數據所需的總和數據量是否不大於該預定容量；若是，即獲得該第三預定數量種樂器數據；若否，則根據該匹配表，循序找出該第二預定數量種樂器數據歸類後的每一樂器數據群組其樂器相似值最高的一樂器數據群組；重複上步驟，直到所有樂器數據群組的代表樂器數據的總和數據量不大於該預定容量，即獲得該第三預定數量種樂器數據。13.一種應用於一音樂合成器的樂器數據選擇方法，用以選擇合成一音樂檔案所需的樂器數據，該音樂合成器包含一樂器資料庫以及一存儲器，該樂器資料庫用以儲存一第一預定數量種樂器數據，該存儲器具有一預定容量，用以儲存合成該音樂檔案所需的樂器數據，該方法包含分析該音樂檔案，而得出合成該音樂檔案所需的一第二預定數量種樂器數據；判斷該第二預定數量種樂器數據的總和數據量是否大於該預定容量；若判斷結果為否，則自該樂器資料庫中取出該第二預定數量種樂曲數據儲存至該存儲器中；若判斷結果為是，則執行一樂器更換程序，將該第二預定數量種樂器數據更換為一第三預定數量種樂器數據，該第三預定數量種樂器數據的總和數據量不大於該預定容量；以及自該樂器資料庫中取出該第三預定數量種樂器數據儲存至該存儲器中。14.如權利要求13所述的樂器數據選擇方法，其中該音樂合成器進一步包含一匹配表，用以記錄該第一預定數量種樂器數據中每一種樂器數據與其他種樂器數據兩兩相較的一樂器相似值。15.如權利要求14所述的樂器數據選擇方法，其中該樂器更換程序包含下列步驟根據該匹配表，循序找出該第二預定數量種樂器數據中每一種樂器數據的樂器相似值最高的一樂器數據；重複上述步驟，直到所有樂器數據的總和數據量不大於該預定容量，即獲得該第三預定數量種數據。16.如權利要求13所述的樂器數據選擇方法，其中該音樂合成器進一步包含一分組表，用以記錄該第一預定數量種樂器數據的多個樂器數據群組，每一個樂器數據群組包含複數種樂器數據且以一代表樂器數據代表該樂器數據群組所包含的所述樂器數據。17.如權利要求4所述的樂器數據選擇系統，其中該音樂合成器進一步包含一匹配表，用以記錄所述樂器數據群組中每一樂器數據群組與其他樂器數據群組兩兩相較的一樂器相似值。18.如權利要求5所述的樂器數據選擇系統，其中該樂器更換程序包含下列步驟根據該分組表，循序找出該第二預定數量種樂器數據中每一種樂器數據所歸類的樂器數據群組；判斷該第二預定數量種樂器數據歸類後的樂器數據群組的代表樂器數據所需的總和數據量是否不大於該預定容量；若是，即獲得該第三預定數量種樂器數據；若否，則根據該匹配表，循序找出該第二預定數量種樂器數據歸類後的每一樂器數據群組其樂器相似值最高的一樂器數據群組；重複上步驟，直到所有樂器數據群組的代表樂器數據的總和數據量不大於該預定容量，即獲得該第三預定數量種樂器數據。全文摘要一種音樂合成系統，該系統包含有樂器資料庫，用以儲存第一預定數量種樂器數據；分析模塊，用以分析輸入的音樂檔案，而得出該音樂檔案所包含的第二預定數量種樂器數據；存儲器，具有一預定容量，用以儲存合成該音樂檔案所需的樂器數據；判斷模塊，用以判斷該第二預定數量種樂器數據的總和數據量是否大於存儲器預定容量；合成模塊，用以根據該存儲器中所儲存的樂器數據合成一數位音樂信號。判斷模塊若判斷結果為否，則自該樂曲資料庫中取出該第二預定數量種樂曲數據儲存至該存儲器中；若結果為是，則執行一樂器更換程序，將該第二預定數量種樂器數據更換為第三預定數量種樂器數據，第三預定數量種樂器數據的總和數據量是不大於存儲器預定容量。文檔編號G10H7/00GK1567426SQ03142378公開日2005年1月19日申請日期2003年6月10日優先權日2003年6月10日發明者謝鬱震申請人:聯發科技股份有限公司