本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，具體涉及一種基于音頻信號的拍打機(jī)控制方法。
背景技術(shù)：
1、近年來，音樂與身心健康的關(guān)系受到了廣泛關(guān)注。眾多研究表明，音樂能夠影響人的情緒與生理反應(yīng)，有助于減輕壓力、改善情緒并促進(jìn)身體的放松與恢復(fù)?；诖?，結(jié)合音樂節(jié)奏的拍打機(jī)逐漸成為養(yǎng)生理療領(lǐng)域的熱門產(chǎn)品。這類設(shè)備能夠在用戶享受音樂的同時，提供符合節(jié)奏的身體拍打，增強(qiáng)音樂的愉悅感，提高理療效果。
2、盡管傳統(tǒng)的拍打機(jī)在一定程度上能夠提供放松與舒適感，但現(xiàn)有的設(shè)備在根據(jù)音樂節(jié)奏進(jìn)行拍打時，仍然存在明顯的技術(shù)缺陷?，F(xiàn)有設(shè)備通常無法實(shí)時分析音頻信號，難以迅速響應(yīng)音樂節(jié)奏的變化。這導(dǎo)致拍打節(jié)奏與音樂節(jié)奏不匹配，影響用戶的體驗(yàn)效果。而且現(xiàn)有的拍打機(jī)在節(jié)拍輸出上依賴固定的設(shè)定，缺乏動態(tài)調(diào)整能力，無法適應(yīng)多變的音樂特性，導(dǎo)致在實(shí)際使用中不能精準(zhǔn)控制拍打強(qiáng)度和頻率。
3、基于此，亟須對現(xiàn)有拍打機(jī)控制方法做出改進(jìn)，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)缺陷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明目的在于：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種基于音頻信號的拍打機(jī)控制方法，解決現(xiàn)有技術(shù)無法匹配音頻信號的技術(shù)缺陷。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本申請實(shí)施了如下技術(shù)方案：
3、一種基于音頻信號的拍打機(jī)控制方法，包含如下步驟：
4、s101、將通過數(shù)據(jù)庫或者外部音頻采樣獲取的音頻信號進(jìn)行去噪處理獲得原始信號，對原始信號進(jìn)行重構(gòu)獲得基信號；
5、s201、將基信號通過在時間和頻率上的變化進(jìn)行頻域展開并計(jì)算展開后的基信號在每個時間窗口上的頻譜能量，獲得基信號的短時能量頻譜；
6、s301、將短時能量頻譜通過峰值檢測提取位置信號，通過對每個位置信號的能量峰值進(jìn)行檢測并根據(jù)預(yù)設(shè)的判斷閾值對每個位置上的能量峰值進(jìn)行判斷對比得出每個節(jié)拍對應(yīng)的時間信號；
7、s401、根據(jù)每個節(jié)拍對應(yīng)的時間信號構(gòu)建節(jié)拍信號并將節(jié)拍信號輸出到拍打機(jī)的控制單元；
8、控制單元將節(jié)拍信號轉(zhuǎn)換為驅(qū)動信號，驅(qū)動信號驅(qū)動拍打機(jī)對用戶實(shí)現(xiàn)拍打。
9、上述技術(shù)方案產(chǎn)生了如下技術(shù)效果：
10、本發(fā)明的基于音頻信號的拍打機(jī)控制方法，通過實(shí)時分析音頻信號，能夠迅速響應(yīng)音樂節(jié)奏的變化，確保拍打節(jié)奏與音樂節(jié)奏高度匹配，從而顯著提升了用戶的體驗(yàn)效果。此外，該方法通過動態(tài)調(diào)整節(jié)拍輸出，適應(yīng)了多變的音樂特性，實(shí)現(xiàn)了對拍打強(qiáng)度和頻率的精準(zhǔn)控制。相較于傳統(tǒng)拍打機(jī)，本發(fā)明不僅提高了設(shè)備的智能化水平，還進(jìn)一步增強(qiáng)了音樂理療的效果，為用戶帶來了更加舒適和愉悅的使用體驗(yàn)。
11、作為對本發(fā)明一種基于音頻信號的拍打機(jī)控制方法的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟s101中通過離散小波變換將音頻信號逐層拆分并通過逐層計(jì)算獲得拆分后的每一層音頻信號的近似系數(shù)與每一層音頻信號的細(xì)節(jié)系數(shù)；
12、將每一層音頻信號中的細(xì)節(jié)系數(shù)進(jìn)行去噪處理，結(jié)合去噪處理后后的每一層音頻信號中的細(xì)節(jié)系數(shù)和拆分后的每一層音頻信號的近似系數(shù)獲得原始信號。
13、作為對本發(fā)明一種基于音頻信號的拍打機(jī)控制方法的進(jìn)一步改進(jìn)，每一層音頻信號中的近似系數(shù)的計(jì)算方式為：
14、
15、其中，2i與2i+1用來表示在x[n]表示的音頻信號中處理的樣本對；n和i為音頻信號中的樣本索樣，表達(dá)每個樣本所在的位置；cj[i]表示在第j層的近似系數(shù)；
16、細(xì)節(jié)系數(shù)的計(jì)算方式為：
17、
18、其中，dj[i]表示在第j層的細(xì)節(jié)系數(shù)，表示當(dāng)前j層級時音頻信號的高頻特征。
19、作為對本發(fā)明一種基于音頻信號的拍打機(jī)控制方法的進(jìn)一步改進(jìn)，細(xì)節(jié)系數(shù)的去噪方法為：將每一層音頻信號的細(xì)節(jié)系數(shù)的值大于或者等于第一閾值的部分進(jìn)行保留，將每一層音頻信號的細(xì)節(jié)系數(shù)的值小于第一閾值的部分進(jìn)行去除。
20、作為對本發(fā)明一種基于音頻信號的拍打機(jī)控制方法的進(jìn)一步改進(jìn)，將原始信號進(jìn)行逆小波變換重構(gòu)獲得基信號，逆小波變換的表達(dá)形式為：
21、
22、其中，x‘[n]為經(jīng)過去噪處理后的基信號，l為小波變換的層數(shù)，cj為第j層的近似系數(shù)，dj為第j層的細(xì)節(jié)系數(shù)。
23、作為對本發(fā)明一種基于音頻信號的拍打機(jī)控制方法的進(jìn)一步改進(jìn)，小波的類型為haar小波。
24、作為對本發(fā)明一種基于音頻信號的拍打機(jī)控制方法的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟s101中，基信號通過短時傅里葉變換在時間和頻率上的變化進(jìn)行展開，短時傅里葉的表現(xiàn)形式為：
25、
26、其中，zxx[f,t]表示基信號在頻率f和時刻t下的頻域表示；x[m]表示基信號在時刻m的值；w[m-n]表示窗函數(shù)在m-n時刻的值；e-j2πfm用于完成基信號從時域到頻域的變換，f是頻率。
27、作為對本發(fā)明一種基于音頻信號的拍打機(jī)控制方法的進(jìn)一步改進(jìn)，基于頻譜能量計(jì)算方法對每個時間窗口的頻譜能量進(jìn)行計(jì)算；
28、頻譜能量計(jì)算方法的表達(dá)式為：
29、e[n]＝∑|zxx[f,n]|2
30、其中，e[n]為基信號在樣本索樣節(jié)點(diǎn)n上的頻譜能量值；zxx[f,t]表示基信號在頻率f和時刻t下的頻域表示。
31、作為對本發(fā)明一種基于音頻信號的拍打機(jī)控制方法的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟s301中判斷閾值的取值范圍為0.5-0.7。
32、作為對本發(fā)明一種基于音頻信號的拍打機(jī)控制方法的進(jìn)一步改進(jìn)，驅(qū)動信號的表達(dá)式為：
33、
34、其中，p[i]為離散序列且滿足p[i]∈{0,1}；s(t)為控制單元輸出的驅(qū)動信號，δ(t-ti)為狄拉克脈沖函數(shù)，與節(jié)拍信號中的時間信號對應(yīng)，amode為拍背模式信息。
1.一種基于音頻信號的拍打機(jī)控制方法，其特征在于，包含如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于音頻信號的拍打機(jī)控制方法，其特征在于，在所述步驟s101中通過離散小波變換將所述音頻信號逐層拆分并通過逐層計(jì)算獲得拆分后的每一層所述音頻信號的近似系數(shù)與每一層所述音頻信號的細(xì)節(jié)系數(shù)；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于音頻信號的拍打機(jī)控制方法，其特征在于，每一層所述音頻信號中的所述近似系數(shù)的計(jì)算方式為：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于音頻信號的拍打機(jī)控制方法，其特征在于，所述細(xì)節(jié)系數(shù)的去噪方法為：將每一層所述音頻信號的所述細(xì)節(jié)系數(shù)的值大于或者等于第一閾值的部分進(jìn)行保留，將每一層所述音頻信號的所述細(xì)節(jié)系數(shù)的值小于第一閾值的部分進(jìn)行去除。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于音頻信號的拍打機(jī)控制方法，其特征在于，將所述原始信號進(jìn)行逆小波變換重構(gòu)獲得所述基信號，逆小波變換的表達(dá)形式為：
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于音頻信號的拍打機(jī)控制方法，其特征在于，所述小波的類型為haar小波。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于音頻信號的拍打機(jī)控制方法，其特征在于，在步驟s101中，所述基信號通過短時傅里葉變換在時間和頻率上的變化進(jìn)行展開，所述短時傅里葉的表現(xiàn)形式為：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于音頻信號的拍打機(jī)控制方法，其特征在于，基于頻譜能量計(jì)算方法對每個時間窗口的所述頻譜能量進(jìn)行計(jì)算；
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于音頻信號的拍打機(jī)控制方法，其特征在于，在步驟s301中所述判斷閾值的取值范圍為0.5-0.7。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于音頻信號的拍打機(jī)控制方法，其特征在于，所述驅(qū)動信號的表達(dá)式為：