音乐频谱分析方法、音乐频谱显示装置和音乐播放装置

摘要

一种带有音乐频谱显示装置的音乐播放装置，包括音频数据存储模块，存储音频数据；音频数据读取模块，访问存储模块，并读取存储模块中存储的音频数据，将该数据发送给音频解码模块；音频A/D转换模块，用于获取音频数字信号，将音频模拟数字信号转变成音频模拟信号；音频播放模块，用于获取音频模拟信号，将该音频模拟信号放大滤波后，在外部功放中播放出来，所述的音频解码模块解码部分音频数据后，数据被复制两份，分别同时发送给音频A/D转换模块和波形转换模块，分别转换成声音信号和频谱图形。在音乐播放装置中加入频谱显示装置，丰富了音乐播放动态节奏，给用户音乐动感的直观感受；通过设计合理的频谱分析方法，降低了处理器运算负荷。

说明书

【技术领域】

本发明属于语音信号处理技术领域，涉及一种音乐频谱分析方法和音乐频谱显示装置和音乐播放装置。

【背景技术】

先前的PC上的音乐播放器只有音乐播放功能，后来为了更加丰富用户的音乐体验，根据音乐的节奏和强度在视觉上为用户提供了动态的实时显示频谱图形的窗口。

在当前各项硬件性能有限的嵌入式设备音乐播放器中，虽然也有音乐频谱显示的功能，但是该音乐频谱图是先期已经制作好的动态背景图片，在音乐播放时，其波动图形随着播放器的打开而显示出来，如果需要实时动态的显示音乐的频率波动曲线，则其占用的内存和处理器比率相当大。

【发明内容】

本发明正是为了解决上述的技术问题，提出了一种新的音乐频谱分析方法、音乐频谱显示装置和音乐播放装置。

本发明提供一种音乐频谱分析方法，该方法包括：

获取音频解码后生成的数字信号的波形数据；

对该波形数据进行时域信号到频域信号的转换。

所述的音频解码后的数字信号包括左声道信号和右声道信号，获取音频解码后生成的数字信号的波形数据包括，抽取其中一个声道信号的波形数据。

所述对波形数据进行时域信号到频域信号的转换，包括：采用快速离散傅立叶变换算法对波形数据进行时域信号到频域信号的转换，在进行快速傅立叶变换时，将时域序列和输出的频域序列都按照自然顺序排列。

所述获取音频解码后生成的数字信号的波形数据步骤之后进一步包括，每隔一段时间采样一次数字信号，获取该数字信号的波形数据。

所述的对数字信号进行采样的频率为被采样波频率的2~4倍，优选为3倍。

本发明还提供一种音乐频谱显示装置，该装置采用ARM处理器处理如权利要求1-5任一所述音乐频谱分析任务，该音乐频谱显示装置包括：

音频解码模块，用于获取原始音频数据，并对该音频数据进行解码生成原始的音频数字信号；

波形转换模块，用于将该音频数字信号的波形数据进行时域信号到频域信号的转换，形成该波形在各频率段振幅大小分布数据；

波形显示模块，用于将该该波形在各频率段振幅大小分布数据通过条形图显示出来。

该装置还包括：

信号采样模块，用于对音频解码模块解码后的音频数字信号进行采样，每隔一段时间采样一次数字信号，获取该数字信号的波形数据，并将该波形数据发送给波形转换模块。

所述的对数字信号进行采样的频率为被采样波频率的2~4倍，优选为3倍。

本发明还提供一种包括上述音乐频谱显示装置的音乐播放装置，其特征在于，该装置还包括音频数据存储模块，用于存储音频数据；音频数据读取模块，用于访问存储模块，并读取存储模块中存储的音频数据，并将该数据发送给音频解码模块；音频A/D转换模块，用于获取音频数字信号，并将音频模拟数字信号转变成音频模拟信号；音频播放模块，用于获取音频模拟信号，并将该音频模拟信号放大滤波后，在外部功放中播放出来，其特征在于，所述的音频解码模块解码部分音频数据后，所述的数据被复制两份，分别同时发送给音频A/D转换模块和波形转换模块，分别转换成声音信号和频谱图形。

所述的音乐播放装置还设置有控制模块，用于控制频谱显示装置的开启和关闭。

本发明的有益的技术效果在于：

本发明通过在音乐播放装置中加入频谱显示装置，丰富了音乐播放的动态节奏，给用户以音乐动感的直观感受。

通过设计合理的频谱分析方法，降低了处理器的运算负荷。

【附图说明】

图1为实施例1频谱分析方法的流程图；

图2为本发明的数字信号的波形图；

图3为实施例2频谱分析方法的流程图；

图4为实施例3频谱显示装置的结构框图；

图5为实施例4频谱显示装置的结构框图；

图6为本发明的频谱图；

图7为实施例5音乐播放装置结构框图。

【具体实施方式】

本发明设计一种音乐频谱分析方法、利用该频谱分析方法获得频谱显示的装置以及包含有该频谱显示装置的音乐播放器。下面结合实施例对本发明做进一步的阐述和说明：

实施例1

如图1，一种把音乐原始采样的波形数据转换为波形在某一时刻人耳能够听到的频率段的声音强度大小分布情况的方法，即音乐频谱分析方法，该方法包括：

101、获取音频解码后生成的数字信号的波形数据。该步骤具体为，音频解码模块对数字音频文件进行解码后生成音频数字信号1011，该音频数字信号中包含了声音原始采样的波形数据，复制该音频数字信号1012，所述的音频数字信号包括左声道信号和右声道信号，抽取其中一个声道信号的波形数据作为将要转换的波形数据1013，所述波形数据，如图2所示

102、对该波形数据进行时域信号到频域信号的转换。所述时域信号为某一频率的波以时间轴为x轴，以振幅为y轴的波形数据，所述频域信号为以频率为x轴，以振幅为y轴的某一时刻的频谱数据，将时域信号转变成频域信号需用到傅立叶转换方法方能降低数据转换时的运算量，由于经过音频解码后的数字信号的波形数据为是离散数据，所以可以用快速离散傅立叶变换算法进行转换。

在进行快速傅立叶变换时，将时域序列和输出的频域序列都按照自然顺序排列，采用此种方法与时间抽选奇偶分解法对时域序列和频域序列进行分解相比，在中间运算过程虽然占用的中间存储单元比占用的中间存储单元要大，但是其运算量比时间抽选奇偶分解法要小

实施例2

在实施例1的基础之上，为了节省中间存储单元的占用率，以及降低运算量，在抽取其中一个声道信号的波形数据作为将要转换的波形数据步骤之后进一步包括，1014：每隔一段时间采样一次数字信号，获取该数字信号的波形数据，所述的对数字信号进行采样的频率为被采样波频率的3倍。

实施例3

如图4所示，本发明还提供一种音乐频谱显示装置20，该装置采用ARM处理器处理如实施例1所述的音乐频谱分析任务，该频谱显示装置包括：

音频解码模块201，用于获取原始音频数据，并对该音频数据进行解码生成原始的音频数字信号；

波形转换模块202，用于将该音频数字信号的波形数据进行时域信号到频域信号的转换，形成该各频率段的波在某一时间段振幅大小分布数据；

波形显示模块203，用于将该该波形在各频率段振幅大小分布数据通过条形图显示出来。

音频解码模块201对数字音频文件进行解码后生成音频数字信号，该音频数字信号中包含了声音原始采样的波形数据，所述ARM处理器复制该音频数字信号，所述的音频数字信号包括左声道信号和右声道信号，所述ARM处理器抽取其中一个声道信号的波形数据作为将要转换的波形数据，通过波形转换模块202对波形数据进行转换，所述对波形的转换为时域信号到频域信号的转换，转换时是采用快速离散傅立叶变换算法进行转换的，处理该算法时在ARM处理器和存储单元中完成，从时域信号到频域信号转换后，形成该各频率段的波在某一时间段振幅大小分布数据，通过波形显示模块203将各频率段的波在某一时间段的振幅大小分布数据通过条形图显示出来，把各个时间段的分布数据都用条形图形连续的显示出来，就形成一个连续的频谱图，如图6所示。

实施例4

在上述实施例3的基础之上，如图5所示，所述的音乐频谱显示装置还包括：

信号采样模块204，所述信号采样模块204对其中一个声道信号的波形数据进行采样，每隔一段时间采样一次数字信号，获取该数字信号的波形数据，并将该波形数据发送给波形转换模块处理，所述的对数字信号进行采样的频率为被采样波频率的3倍。

实施例5

如图7所示，本发明还提供一种音乐播放装置30，所述的音乐播放装置30包括实施例4所述的音乐频谱显示装置20，该音乐播放装置30还包括音频数据存储模块301，用于存储音频数据；音频数据读取模块302，用于访问存储模块301，并读取存储模块301中存储的音频数据，并将该数据发送给音频解码模块201；音频A/D转换模块303，用于获取音频数字信号，并将音频模拟数字信号转变成音频模拟信号；音频播放模块304，用于获取音频模拟信号，并将该音频模拟信号放大滤波后，在外部功放中播放出来，所述的音频解码模块201解码部分音频数据后，所述被解码后的数据被ARM处理器1复制成两份，分别同时发送给音频A/D转换模块303和波形转换模块202，分别转换成声音信号和频谱图形。

所述的音乐播放装置还设置有控制模块305，用于控制频谱显示装置20的开启和关闭。

如图8所示，所述音乐播放装置的工作原理如下：

频谱显示装置20随着音乐播放装置30一同启动，音乐播放装置的音频数据读取模块302从音频数据存储模块301中读取音频文件，该音频文件的数据被发送给数据解码模块201解码，形成音频数字信号，ARM处理器1复制该音频数字信号一份，发送给波形转换模块202处理，同时，原先一份被ARM处理器1发送给音频A/D转换模块303，被发送给音频A/D转换模块303的音频数字信号被转换成音频模拟信号，该音频模拟信号在音频播放模块304中经过模拟信号放大滤波后，在外部功放中播放出来，而被发送给波形转换模块202处理的音频数字信号包括一左声道和一右声道，ARM处理器1抽取其中的一个声道的波形数据进行频谱分析，信号采样模块204对其中一个声道信号的波形数据进行采样，每隔一段时间采样一次数字信号，获取该数字信号的波形数据，并将该波形数据发送给波形转换模块处理，所述的对数字信号进行采样的频率为被采样波频率的3倍，波形转换模块202采用快速离散傅立叶变换算法对采样后的波形数据进行时域信号到频域信号的转换，形成该各频率段的波在某一时间段振幅大小分布数据，通过波形显示模块203将各频率段的波在某一时间段的振幅大小分布数据通过条形图显示出来，把各个时间段的分布数据都用条形图形连续的显示出来。

所述的音乐播放装置30还设置有控制模块305，用于控制频谱显示装置20的开启和关闭，当频谱显示装置20关闭时，频谱不在音乐播放装置30中显示，频谱分析也不在ARM处理器1中运行，而音乐播放装置的音乐播放功能依然可以使用。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。