CN103760974B - 用于模块化力觉交互设备的音乐调制处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于模块化力觉交互设备的音乐调制处理方法，属于力觉交互设备的驱动领域，该方法包括：接收音频的数字信号；对音频的数字信号进行信号抽取处理，得到抽样数字信号；对抽样数字信号进行分离处理；若分离处理后得到分离信号，则将分离信号输出至模块化力觉交互设备的对应模块。该方法通过对音频的数字信号进行信号抽取处理，实现了对音乐信号进行重采样，并确保了采用后的信号更接近原始音频信号，不失真，通过分离处理将抽样数字信号分离后可以正确的输出驱动模块化力觉交互设备各模块的信号，实现输出不同的震动感觉及力感，最大程度改善用户的体验效果。

Description

用于模块化力觉交互设备的音乐调制处理方法

技术领域

本发明涉及力觉交互设备的控制领域，特别是涉及一种用于模块化力觉交互设备的音乐调制处理方法。

背景技术

在过去的10年中，将触觉技术应用于移动设备一直是一个热点话题。例如，Poupyrev等人开发出一种高性能的触觉装置，名叫Touch Engine，该装置使用了多层压电陶瓷，提供了丰富的震动触觉反馈。但是基于压电陶瓷的力觉交互设备造价高，只能有一个模块工作，不能输出多样化的力感。

Inwook Hwang主持了一项研究，该研究引入了一种可以实时产生同步振动触觉的双频带触觉移动音乐设备。该触觉移动音乐设备采用了全新的微型双模式驱动器，可以产生振动所需的两个主要频率及运行实时振动生成算法，可播放从音乐文件中提取的双频段振动信息（低音和高音）。该触觉移动音乐设备控制方式至少存在以下缺点：不能满足用户期望的多样化的振动感受。并且也无法满足，人们期望获得在很大表面积的人体上的多个点的丰富的力觉感受。

美国德州仪器（Texas Instruments）在2013年6月推出一款DRV2605的驱动器，可直接接入音频信号，驱动一个振动电机。它的优点是用户可以获得和音乐信号相关的一个震动信号；缺点是，只能同时控制一个电机，或者控制几个电机输出同样的力感。无法同时输出多种力感。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于模块化力觉交互设备的音乐调制处理方法，能对音乐信号进行调制处理，输出驱动多模块力觉交互设备不同模块的信号，从而解决现有信号处理方法只能输出单一的力觉控制信号，力感单一，不能很好满足用户体验的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于模块化力觉交互设备的音乐调制处理方法，包括：

接收音频的数字信号；

对所述音频的数字信号进行信号抽取处理，得到抽样数字信号；

对所述抽样数字信号进行分离处理；

若分离处理后得到分离信号，则将所述分离信号输出至模块化力觉交互设备的对应模块。

本发明的有益效果为：通过对音频的数字信号进行信号抽取处理，实现了对音乐信号进行重采样，并确保了采用后的信号更接近原始音频信号，不失真，通过分离处理将抽样数字信号分离后可以输出作为驱动模块化力觉交互设备各模块的信号，实现输出不同的震动感觉及丰富的力感，最大程度改善用户的体验效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的音乐调制处理方法的示意图；

图2为本发明实施例提供的音乐调制处理方法的示意图；

图3为本发明实施例提供的音乐调制处理方法的示意图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

图1所示为本发明实施例提供一种用于模块化力觉交互设备的音乐调制处理方法，可以为由模块化力反馈组件组成的穿戴式力觉交互设备提供驱动信号，该方法包括：

接收音频的数字信号；

对所述音频的数字信号进行信号抽取处理，得到抽样数字信号；

对所述抽样数字信号进行分离处理；

若分离处理后得到分离信号，则将所述分离信号输出至模块化力觉交互设备的对应模块。

如图2所示，上述处理方法中，对音频的数字信号进行信号抽取处理，得到抽样数字信号包括：

步骤1，计算音频的数字信号的点数和时间；

步骤2，对计算点数和时间后的数字信号进行小波变换；具体可采用db4小波变换算法进行多级小波变换；较传统的傅里叶变换在音乐信号压缩方面，更能保留音频信号的真实性，变换后的信号更为接近原始音频信号。由于音频信号1s有几万个点，进行一次小波变换可以减少一半的点。只有对信号进行多次小波变换，才能把1s之内的点数减少一定范围（满足模块化力觉交互设备的模块的电机响应时间），从而提高处理效率。

步骤3，信号通过小波变换后被拆分成高频子带能量和低频系数两部分，每一部分信号的频率是原来的一半，从小波变换后的数字信号中获取高频子带能量，利用获得的高频子带能量对数字信号原高频子带能量进行更新；

步骤4，更新数字信号的高频子带能量后，判断是否达到抽样标准（判断标准为：抽样后的信号频率为10Hz）；若判断结果为是，则进行步骤5，若判断结果为否，则进行步骤6，

步骤5，对数字信号进行抽样，并将抽样后得到的抽样数字信号作为信号抽取处理后的抽样数字信号，进行步骤7；

步骤6，进行步骤2；

步骤7，结束本次对音频的数字信号进行的信号抽取处理。

上述对音频的数字信号进行信号抽取处理，音频抽取采用小波变换的方式对音乐信号进行了重采样，特别是小波变换采用db4算法的多级小波变换，较传统的傅里叶抽取的信号，更为接近原始信号。避免信号抽取处理造成的失真。

如图3所示，上述处理方法中，对抽样数字信号进行分离处理包括：

步骤21，计算抽样数字信号的均值μ和标准差delta，；

步骤22，比较某一时刻的抽样数字信号x(t)与均值μ和标准差delta，若x(t)小于均值μ减去0.8倍的标准差delta的值（即x(t)＜μ-0.8×delta），进行步骤23；若x(t)大于均值μ减去0.8倍的标准差delta的值且x(t)小于均值μ加上0.8倍的标准差delta的值（即μ-0.8×delta）＜x(t)＜μ＋0.8×delta），进行步骤24；若x(t)大于均值μ加上0.8倍的标准差delta的值x(t)（即x(t)＞μ＋0.8×delta），进行步骤25；

步骤23，无分离信号输出，对应的，不驱动模块化力觉交互设备的各模块，进行步骤26；

步骤24，构造按高斯分布的随机数y（其均匀分布区间为0～1，构造随机数的种子seed为0，若y大于0且小于等于3分之1（即0＜y≤1/3），输出的分离信号作为分离信号一；若y大于3分之1且小于等于3分之2（即1/3＜y≤2/3），输出的分离信号作为分离信号二；若y大于3分之2且小于等于1（即2/3＜y≤1），输出的分离信号作为分离信号三，对应的，分离信号一可用作驱动模块化力觉交互设备的模块一的驱动信号，分离信号二可用作驱动模块化力觉交互设备的模块二的驱动信号，分离信号三可用作驱动模块化力觉交互设备的模块三的驱动信号，进行步骤26；

步骤25，将全部信号作为分离信号输出，对应的，分离信号驱动模块化力觉交互设备的全部模块，进行步骤26；

步骤26，结束本次对抽样数字信号进行的分离处理。

上述分离处理，对信号抽取处理抽取的数字信号进行统计学分析和随机处理，形成可分立控制模块化力觉交互设备的各个模块的分离信号，从而实现输出不同的震动感觉及力感，实现了驱动模块化力觉交互设备最大程度改善用户的体验效果。

综上所述，本发明的处理方法，用音乐信号最大程度无失真地控制电机输出多种力感的控制处理方法，可对音乐信号进行调制处理，在音乐信号抽取方面，抽取出来的控制信号能很好反映音乐信号的真实性，抽取的信号经分离处理后可以输出驱动模块化力觉交互设备各个模块（如各个模块中的电机），从而实现驱动模块化力觉交互设备的各个模块输出不同的震动感觉及丰富力感，改善用户的体验。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种用于模块化力觉交互设备的音乐调制处理方法，其特征在于，包括：

接收音频的数字信号；

对所述音频的数字信号进行信号抽取处理，得到抽样数字信号；

对所述抽样数字信号进行分离处理；所述对所述抽样数字信号进行分离处理包括：

步骤21，计算所述抽样数字信号的均值μ和标准差delta；

步骤22，比较所述均值μ减去0.8倍的所述标准差delta的值小于某一时刻的抽样数字信号x(t)，进行步骤23；若比较所述均值μ减去0.8倍的所述标准差delta的值等于x(t)，进行步骤24；若比较所述均值μ加上0.8倍的所述标准差delta的值大于x(t)，进行步骤25；

步骤23，无分离信号输出，进行步骤26；

步骤24，构造按高斯分布的随机数y，y的均匀分布区间为0～1，构造随机数的种子seed为0，若y大于0且小于等于3分之1，输出的分离信号作为分离信号一；若y大于3分之1且小于等于3分之2，输出的分离信号作为分离信号二；若y大于3分之2且小于等于1，输出的分离信号作为分离信号三，进行步骤26；

步骤25，将全部信号作为分离信号输出，进行步骤26；

步骤26，结束本次对所述抽样数字信号进行分离处理；

若分离处理后得到分离信号，则将所述分离信号输出至模块化力觉交互设备的对应模块。

2.根据权利要求1所述的用于模块化力觉交互设备的音乐调制处理方法，其特征在于，所述对所述音频的数字信号进行信号抽取处理，得到抽样数字信号包括：

步骤1，计算所述音频的数字信号的点数和时间；

步骤2，对计算点数和时间后的所述数字信号进行小波变换；

步骤3，从小波变换后的所述数字信号中获取高频系数，利用获得的高频系数对所述数字信号中的原高频系数进行更新；

步骤4，更新所述数字信号的原高频系数后，判断是否达到抽样标准；若判断结果为是，则进行步骤5，若判断结果为否，则进行步骤6，

步骤5，对所述信号进行抽样，并将抽样后得到的所述抽样数字信号作为信号抽取处理后的抽样数字信号，进行步骤7；

步骤6，进行步骤2；

步骤7，结束本次对所述音频的数字信号进行的信号抽取处理。

3.根据权利要求2所述的用于模块化力觉交互设备的音乐调制处理方法，其特征在于，所述步骤4的判断是否达到抽样标准的判断标准为：抽样后的信号1s的点数不超过10个。