一种音高检测方法、装置、调音器和存储介质与流程

本技术涉及乐器，特别是涉及一种音高检测方法、装置、调音器和存储介质。

背景技术：

1、对于所有的乐器来说，保持音准是一个最基础的需求。音准是一个乐器发出的声音和它设计的标准声音之间在频率上的差别，这个差别越小则该乐器的音准越好，用于评价音准的频率是指乐器的基频频率。

2、大多数的乐器由于本身结构、材料和环境的原因，其音准都是不断会发生变化的，所以所有的乐器都会有一定的调节机械机构来调整乐器的音准。比如弦鸣乐器(小提琴，吉他)都会有调节器，用户通过操作调节器来调整乐器的音准。

3、有经验的使用者可以仅仅凭借听觉来判断是否已经将乐器调整到了合适的音准，但是大部分的使用者都需要借助一定的设备来辅助调整音准，这种设备一般称为调音器或者校音器。如图1所示，调音器会首先通过一定的换能设备来将乐器发出的声波信号转换为电信号，对于原生乐器比如木吉他来说，这种换能设备就是麦克风，对于电鸣乐器比如电吉他，这种换能设备就是拾音器。调音器在获取了对应声波信号的电信号以后，通用的处理方法是将其进行数模转换从而得到数字信号。得到的数字信号再通过一定的计算单元比如dsp或者单片机进行一定的数学运算，从而得到信号中的基频信息，该基频信息就是对应的音高。通过比对待调整的乐器的标准音高信息，调音器就可以通过一定的显示单元比如lcd来提示用户音准的偏差大小和方向。用户在得到该信息以后就会做相应的操作来调整乐器直到乐器的输出满足音准的需求。

4、然而，计算单元是针对原始的音频信号数据进行的数学运算，一般最基本的运算是快速傅里叶分析(fft)，做fft运算首先需要获取一段时间内的数据作为计算缓冲，然后针对该段数据进行计算，因此会产生一定延迟效应，也就是在音频数据产生以后到最终得出音高信息之间存在一定的延时。一般来说这个延时都在100毫秒左右。如果要缩短这个延迟，最直接的办法是将计算单元的运算能力提高，让fft计算所需的时间缩短。但是这又造成了计算单元的成本提高，从而提高了整体调音器的成本。另外大部分的调音器都是电池供电的，提高计算单元的运算能力也进一步提供整体功耗，从而降低了产品使用时间。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种音高检测方法、装置、调音器和存储介质，能够在不损失检测精度的前提下，实现低延迟、低功耗、低成本的效果。

2、一种音高检测方法，包括：

3、获取音频电信号，所述音频电信号经脉冲成形电路处理，得到与所述音频电信号相对应的幅度信号以及多个脉冲方波信号；

4、根据所述幅度信号，采用包络算法，对多个脉冲方波信号进行筛选，得到多个优选脉冲方波信号；

5、依次对每个优选脉冲方波信号进行谐波匹配，得到所述音频电信号与每个优选脉冲方波信号相对应的基频单周期组；

6、根据所述基频单周期组进行第一查表，得到所述音频电信号与每个优选脉冲方波信号相对应的实际音高与音分偏差的集合；

7、根据所述实际音高与所述音分偏差的集合，得到所述音频电信号的音高信息。

8、在一个实施例中，依次对每个优选脉冲方波信号进行谐波匹配，得到所述音频电信号与每个优选脉冲方波信号相对应的基频单周期组包括：

9、计算一个优选脉冲方波信号的频率，进行第二查表，得到所述优选脉冲方波信号的频率位置；

10、在与所述频率位置相邻的两个半音之中，以与所述优选脉冲方波信号的频率距离更近的半音为邻居半音，并得到所述优选脉冲方波信号与邻居半音音高的频率比值；

11、当所述频率比值达到预设的第一阈值时，以所述优选脉冲方波信号的频率为所述音频电信号与所述优选脉冲方波信号相对应的基频单周期；

12、依次计算其它优选脉冲方波信号的频率，得到与其它优选脉冲方波信号相对应的基频单周期，并得到所述音频电信号与每个优选脉冲方波信号相对应的基频单周期组。

13、在一个实施例中，依次对每个优选脉冲方波信号进行谐波匹配，得到所述音频电信号与每个优选脉冲方波信号相对应的基频单周期组还包括：

14、当所述频率比值未达到预设的第一阈值时，以所述优选脉冲方波信号的频率以及上一个优选脉冲方波信号的频率之和为第一频率，重新进行第二查表并以当前频率比值为第一比值；

15、当所述第一比值达到预设的第一阈值时，以所述第一频率为所述音频电信号与所述优选脉冲方波信号相对应的基频单周期；

16、当所述第一比值未达到预设的第一阈值时，以所述优选脉冲方波信号的频率以及上两个优选脉冲方波信号的频率之和为第二频率，重新进行第二查表并以当前频率比值为第二比值；

17、当所述第二比值达到预设的第一阈值时，以所述第二频率为所述音频电信号与所述优选脉冲方波信号相对应的基频单周期；

18、当所述第二比值未达到预设的第一阈值时，根据预设的阈值步长降低第一阈值到第二阈值，比较所述频率比值与预设的第二阈值，直至所述频率比值、所述第一比值或所述第二比值达到预设的当前阈值。

19、在一个实施例中，所述音频电信号经脉冲成形电路处理，得到与所述音频电信号相对应的幅度信号以及多个脉冲方波信号包括：

20、所述音频电信号经脉冲成形电路的滤波器预处理，得到与所述音频电信号相对应的幅度信号；

21、将所述幅度信号输入脉冲成形电路的比较器，得到多个方波信号；

22、多个方波信号经脉冲成形电路的脉冲整形器再处理，得到与所述音频电信号相对应的多个脉冲方波信号。

23、在一个实施例中，根据所述幅度信号，采用包络算法，对多个脉冲方波信号进行筛选，得到多个优选脉冲方波信号包括：

24、对所述幅度信号进行模数转换，采用包络算法，根据预设的标准，判断多个脉冲方波信号的有效性；

25、当多个脉冲方波信号有效时，对多个脉冲方波信号进行筛选，得到多个优选脉冲方波信号。

26、在一个实施例中，根据所述实际音高与所述音分偏差的集合，得到所述音频电信号的音高信息包括：

27、对所述实际音高与所述音分偏差的集合进行观察窗处理，得到实际音高组与音分偏差组；

28、分别对所述实际音高组与所述音分偏差组进行累计，以次数最高的实际音高与音分偏差为可靠数据；

29、根据所述可靠数据，得到所述音频电信号的音高信息。

30、在一个实施例中，计算一个优选脉冲方波信号的频率包括：

31、采用定时器对一个脉冲方波信号进行计数，得到计数结果；

32、根据所述计数结果以及定时器的计数频率，计算所述脉冲方波信号的频率。

33、一种音高检测装置，包括：

34、获取模块，用于获取音频电信号，所述音频电信号经脉冲成形电路处理，得到与所述音频电信号相对应的幅度信号以及多个脉冲方波信号；

35、筛选模块，用于根据所述幅度信号，采用包络算法，对多个脉冲方波信号进行筛选，得到多个优选脉冲方波信号；

36、匹配模块，用于依次对每个优选脉冲方波信号进行谐波匹配，得到所述音频电信号与每个优选脉冲方波信号相对应的基频单周期组；

37、查表模块，用于根据所述基频单周期组进行第一查表，得到所述音频电信号与每个优选脉冲方波信号相对应的实际音高与音分偏差的集合；

38、输出模块，用于根据所述实际音高与所述音分偏差的集合，得到所述音频电信号的音高信息。

39、一种调音器，包括：

40、换能单元，用于将乐器的振动信号转换为音频电信号；

41、处理单元，用于根据所述音频电信号检测音高信息；包括成形部件、计算部件与存储部件；所述存储部件存储有计算机程序，所述成形部件与所述计算部件执行所述计算机程序时实现任一个实施例中音高检测方法的步骤，其中，所述成形部件根据所述音频电信号生成幅度信号和脉冲方波信号，所述计算部件根据所述幅度信号和所述脉冲方波信号检测音高信息；

42、显示单元，用于显示所述音高信息。

43、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现任一个实施例中音高检测方法的步骤。

44、上述音高检测方法，首先将获取的音频电信号经脉冲成形电路处理，得到脉冲方波信号，然后对优选脉冲方波信号进行谐波匹配，得到音频电信号的基频单周期，再进行查表，就可以得到实际音高与音分偏差，进而得到音频电信号的音高信息。本技术在得到音频电信号的脉冲方波信号以后，只需要对该信号进行简单的计数检测和耗时非常小的查表运算即可获得音高数据。整体的运算时间大幅度减少，进一步减少了运算带来的延迟；而且由于计数检测不需要高运算能力的计算单元，产品的成本和功耗都降到了最低。因此，本技术可以在不损失检测精度的前提下，实现超低延迟、超低功耗、超低成本的技术效果。