一种基于外设设备的MIDI控制器、MIDI消息生成系统及方法与流程

一种基于外设设备的midi控制器、midi消息生成系统及方法
技术领域
1.本技术涉及音乐技术领域，具体涉及一种基于人机接口外设设备的midi控制器、midi消息生成系统及方法。


背景技术：

2.midi控制器是现在电子乐器演奏和编辑常用的一种设备。midi控制器一般包含几个人机交互器件，包括按键，旋钮，滑块和打击垫。当用户操作其中任意人机交互器件，midi控制器会按照用户设定好的映射方法将用户操作的结果转换成相应的midi信息，并且通过用户设定好的通讯方式将midi信息发送出去。同时midi控制器也会接收用户设定好的通讯端口上发送过来的midi信息，并根据用户设定好的规则对接收到的midi信息进行过滤，修改或者组合处理，并且再根据用户设定好的规则通过用户指定的通讯端口发送出去。然而，现有midi控制器一般是专业编曲人使用的设备，往往成本较高、功能复杂，入门难度大。随着手机或平板音乐制作app的兴起，又为初学者低成本进入该领域提供了便利。但是app上触屏操作对于乐器演奏来说容易误触，力度位置等不好控制，导致用户体验较差。


技术实现要素：

3.鉴于上述问题，本技术提供了一种基于人机接口外设设备的midi控制器、midi消息生成系统及方法，解决现有的midi控制器成本较高、功能复杂以及入门难度大的问题。
4.为实现上述目的，发明人提供了一种基于人机接口外设设备的midi控制器，包括hid协议解析芯片、第一微控制器、输出接口模块以及电源模块；
5.所述hid协议解析芯片上设有usb接口，所述usb接口用于人机接口外设设备接入hid协议解析芯片；所述hid协议解析芯片连接于第一微控制器，所述hid协议解析芯片用于通过usb接口接收人机接口外设设备的hid数据输入，并将接收的hid数据解析成串行数据发送至第一微控制器；
6.所述输出接口模块连接于第一微控制器，所述输出接口模块用于与终端设备通信连接；
7.所述第一微控制器用于将hid协议解析芯片输入的串行数据转换成midi信息并输出至输出接口模块；
8.所述电源模块连接于hid协议解析芯片、第一微控制器及输出接口模块，所述电源模块用于为hid协议解析芯片、第一微控制器及输出接口模块供电。
9.在一些实施例中，所述hid协议解析芯片usb接口为hid专用芯片或者带有usb接口并内置hid协议的第二微控制器。
10.在一些实施例中，所述输出接口模块包括蓝牙无线通信模块。
11.在一些实施例中所述输出接口模块包括midi有线接口。
12.在一些实施例中，所述usb接口为多个。
13.在一些实施例中，所述电源模块包括电源管理模块及锂电池，所述锂电池通过电
源管理模块连接于hid协议解析芯片、第一微控制器及输出接口模块。
14.在一些实施例中，所述第一微控制器还用于获取连接的外接设备的设备类型，根据获取的设备类型的设备动作对应的midi消息表，将连接的外接设备输入的设备动作转换为相应的midi消息。
15.还提供了另一个技术方案：一种midi消息生成系统，包括人机接口外设设备、midi控制器及用户终端，所述midi控制器为上述所述midi控制器；
16.所述人机接口外设设备连接于midi控制器的usb接口；
17.所述用户终端可以是手机、电脑等安装了midi播放或编辑软件的智能终端，所述用户终端与midi控制器的输出接口模块通信连接。
18.在一些实施例中，所述人机接口外设设备为鼠标、键盘及游戏手柄中的一个或多个。
19.还提供了另一个技术方案：一种midi消息生成方法，所述方法应用于上述所述midi消息生成系统，所述方法包括以下步骤：
20.通过usb接口获取人机接口外设设备的设备动作；
21.hid协议解析芯片将人机接口外设设备的设备动作解析成串行数据并发送至第一微控制器；
22.第一微控制器根据hid协议解析芯片解析的串行数据转换成相应的midi信息；
23.第一微控制器将生成的midi信息通过输出接口模块发送至用户终端。
24.区别于现有技术，上述技术方案，通过在midi控制器上设置外接hid协议解析芯片，人机接口外设设备通过hid协议解析芯片上设置usb接口接入hid协议解析芯片，演奏者可以通过人机接口外设设备进行演奏音乐，当演奏者通过人机接口外设设备进行演奏时，hid协议解析芯片通过usb接口获取人机接口外设设备的hid数据输入，并将人机接口外设设备的hid数据输入转换成串行数据后发送至第一微控制器，第一微控制器将hid协议解析芯片输入的串行数据将人机接口外设设备的设备动作转换成相应的midi信息发送至用户终端，通过用户终端进行播放midi信息对应的音乐。通过人机接口外设设备进行演奏动作采集，可以减少midi控制器的成本，而且通过人机接口外设设备进行演奏动作采集，操作方便，功能简单，大大降低入门难度，提高用户的体验感。
25.上述发明内容相关记载仅是本技术技术方案的概述，为了让本领域普通技术人员能够更清楚地了解本技术的技术方案，进而可以依据说明书的文字及附图记载的内容予以实施，并且为了让本技术的上述目的及其它目的、特征和优点能够更易于理解，以下结合本技术的具体实施方式及附图进行说明。
附图说明
26.附图仅用于示出本技术具体实施方式以及其他相关内容的原理、实现方式、应用、特点以及效果等，并不能认为是对本技术的限制。
27.在说明书附图中：
28.图1为具体实施方式所述基于人机接口外设设备的midi控制器的一种结构示意图；
29.图2为具体实施方式所述键盘按键和演奏功能对应表的一种示意图；
30.图3为具体实施方式所述鼠标和演奏功能对应表的一种示意图；
31.图4为具体实施方式所述midi消息生成系统的一种结构示意图
32.图5为具体实施方式所述midi消息生成方法的一种流程示意图
33.上述各附图中涉及的附图标记说明如下：
34.100、midi控制器，
35.110、hid协议解析芯片，111、usb接口；
36.120、第一微控制器；
37.130、输出接口模块；
38.140、电源模块，141、锂电池，142、电源管理模块；
39.200、人机接口外设设备，210、键盘，220、鼠标，230、游戏手柄；
40.300、用户终端，310、电脑，320、智能终端。
具体实施方式
41.为详细说明本技术可能的应用场景，技术原理，可实施的具体方案，能实现目的与效果等，以下结合所列举的具体实施例并配合附图详予说明。本文所记载的实施例仅用于更加清楚地说明本技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本技术的保护范围。
42.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中各个位置出现的“实施例”一词并不一定指代相同的实施例，亦不特别限定其与其它实施例之间的独立性或关联性。原则上，在本技术中，只要不存在技术矛盾或冲突，各实施例中所提到的各项技术特征均可以以任意方式进行组合，以形成相应的可实施的技术方案。
43.除非另有定义，本文所使用的技术术语的含义与本技术所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中对相关术语的使用只是为了描述具体的实施例，而不是旨在限制本技术。
44.在本技术的描述中，用语“和/或”是一种用于描述对象之间逻辑关系的表述，表示可以存在三种关系，例如a和/或b，表示：存在a，存在b，以及同时存在a和b这三种情况。另外，本文中字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的逻辑关系。
45.在本技术中，诸如“第一”和“第二”之类的用语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的数量、主次或顺序等关系。
46.在没有更多限制的情况下，在本技术中，语句中所使用的“包括”、“包含”、“具有”或者其他类似的表述，意在涵盖非排他性的包含，这些表述并不排除在包括所述要素的过程、方法或者产品中还可以存在另外的要素，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者产品中不仅可以包括那些限定的要素，而且还可以包括没有明确列出的其他要素，或者还包括为这种过程、方法或者产品所固有的要素。
47.与《审查指南》中的理解相同，在本技术中，“大于”、“小于”、“超过”等表述理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等表述理解为包括本数。此外，在本技术实施例的描述中“多个”的含义是两个以上(包括两个)，与之类似的与“多”相关的表述亦做此类理解，例
如“多组”、“多次”等，除非另有明确具体的限定。
48.在本技术实施例的描述中，所使用的与空间相关的表述，诸如“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“垂直”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等，所指示的方位或位置关系是基于具体实施例或附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术的具体实施例或便于读者理解，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的位置、特定的方位、或以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本技术实施例的限制。
49.除非另有明确的规定或限定，在本技术实施例的描述中，所使用的“安装”“相连”“连接”“固定”“设置”等用语应做广义理解。例如，所述“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体设置；其可以是机械连接，也可以是电连接，也可以是通信连接；其可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；其可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本技术所属技术领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述用语在本技术实施例中的具体含义。
50.请参阅图1，本实施例提供了一种基于人机接口外设设备的midi控制器，包括hid协议解析芯片110、第一微控制器120、输出接口模块130以及电源模块140；
51.所述hid协议解析芯片110上设有usb接口111，所述usb接口111用于人机接口外设设备200接入hid协议解析芯片110；所述hid协议解析芯片110连接于第一微控制器120，所述hid协议解析芯片110用于通过usb接口111接收人机接口外设设备200的hid数据输入，并将接收的hid数据解析成串行数据发送至第一微控制器120；hid协议解析芯片110具备usb输入接口，用于接收人机接口外设设备200的标准hid数据输入，并将该数据解析成低速的串行数据。该hid协议解析芯片110可采用市场现有的hid专用芯片或者用带usb接口并且内置了hid解析软件的第二微控制器来实现。hid(human interface device)人机接口设备类别是windows最早支持的usb类别。由其名称可以了解hid设备是计算机直接与人交互的设备，例如键盘、鼠标和游戏杆等。不过hid设备不一定要有人机接口，只要符合hid类别规范，就都是hid设备。
52.所述输出接口模块130连接于第一微控制器120，所述输出接口模块130用于与终端设备通信连接；
53.所述第一微控制器120用于将hid协议解析芯片110输入的串行数据转换成midi信息并输出至输出接口模块130；
54.所述电源模块140连接于hid协议解析芯片110、第一微控制器120及输出接口模块130，所述电源模块140用于为hid协议解析芯片110、第一微控制器120及输出接口模块130供电。
55.通过在midi控制器上设置外接hid协议解析芯片110，人机接口外设设备200通过hid协议解析芯片110上设置usb接口111接入hid协议解析芯片110，演奏者可以通过人机接口外设设备200进行演奏音乐，当演奏者通过人机接口外设设备200进行演奏时，hid协议解析芯片110通过usb接口111获取人机接口外设设备200的hid数据输入，并将人机接口外设设备200的hid数据输入转换成串行数据后发送至第一微控制器120，第一微控制器120将hid协议解析芯片110输入的串行数据将人机接口外设设备200的设备动作转换成相应的midi信息发送至用户终端，通过用户终端进行播放midi信息对应的音乐。通过人机接口外
设设备200进行演奏动作采集，可以减少midi控制器的成本，而且通过人机接口外设设备200进行演奏动作采集，操作方便，功能简单，大大降低入门难度，提高用户的体验感。其中，人机接口外设设备200如键盘、鼠标及游戏手柄等电脑人机接口外设设备200，而键盘和鼠标等电脑外设是绝大多数人熟悉的输入设备，可通过人手操作，精准的实现很多信息的输入，是实现音乐输入或演奏低成本易上手的理想方法。
56.在某些实施例中，所述usb接口111为usb接口。usb接口，即通用串行总线(英语：universal serial bus，缩写：usb)是一种串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范，被广泛地应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品，并扩展至摄影器材、数字电视(机顶盒)、游戏机等其它相关领域。最新一代是usb4，传输速度为40gbit/s，三段式电压5v/12v/20v，最大供电100w，新型type c接口允许正反盲插。现有的人机接口外设设备200通常采用的是usb接口，通过将usb接口111采用usb接口可以适用于大多数人机接口外设设备200。
57.在某些实施例中，输出接口模块130包括蓝牙无线通信模块。通过蓝牙无线通信模块可以将第一微控制器120输入的midi信息基于蓝牙midi标准协议发送至只是蓝牙通信的用户终端，实现midi信息在用户终端上播放。
58.在一些实施例中，输出接口模块130为midi有线接口。midi有线接口(musical instrument digital interface)即乐器数字接口是音乐与计算机结合的产物。它是一种计算机与midi设备之间连接的硬件，同时也是一种数字音乐的标准。
59.在某些实施例中，输出接口模块130可以采用midi有线接口及蓝牙无线通信模块的有线或者蓝牙无线通信两种模式，都是将接收到的微控制输入的串行midi消息数据通过标准midi有线接口或者具有蓝牙midi协议的蓝牙无线通信模块输出至电脑或者智能终端等用户终端。智能终端包括手机、平板等；而常用的音乐制作软件如电脑端cubase、fl studio，苹果手机/苹果平板的库乐队，安卓手机/安卓平板的fluidsynth等都支持标准的有线midi或蓝牙midi信号的输入。
60.在某些实施例中，所述usb接口111为多个。可以采用多个usb接口111可以实现多个人机接口外设设备200接入midi控制器，可以通过多个人机接口外设设备200进行演奏动作，如同时接入键盘和鼠标等。
61.在某些实施例中，所述电源模块140包括电源管理模块142及锂电池141，所述锂电池141通过电源管理模块142连接于hid协议解析芯片110、第一微控制器120及输出接口模块130。电源管理模块142用于锂电池141的充电管理，同时加载升压和降压芯片为hid协议解析芯片110、第一微控制器120和输出接口模块130提供5v和3.3v的稳压供电。锂电池141安装增加了本发明的便携性和易用性。
62.在一些实施例中，所述第一微控制器120还用于获取连接的外接设备的设备类型，根据获取的设备类型的设备动作对应的midi消息表，将连接的外接设备输入的设备动作转换为相应的midi消息。第一微控制器120的功能是将串口接收到的hid协议解析芯片110输入的设备动作数据转化成midi消息输出至midi信号输出接口模块130。第一微控制器120内部预先设置了每个设备动作对应的midi消息表，比如当键盘接入midi控制器，按下键盘上的按键“z”对应演奏音符“c3”对应的midi消息，松开按键“z”对应停止音符“c3”对应的midi消息。也可以设置一个按键触发多个音符同时演奏的和弦，比如按下“f1”键对应同时演奏
(或以一定的时间间隔依次演奏)“c3”、“e3”、“g3”三个音符的c和弦。如果用鼠标，则可设置前后移动对应连续输出持续升高或降低的音符，左右移动对应音量的身高降低，这样配合用户终端的音乐制作软件的不同音色可制作各种音效。
63.具体的，midi控制器连接键盘时可利用键盘的按键实现键盘类乐器的大多数演奏功能，甚至可以通过预设一些功能按键实现简化演奏，使初学者更容易入门。配合音乐制作软件的音色库可通过键盘模拟绝大多数乐器的演奏，甚至鼓组的演奏。通过在第一微控制器120内部嵌入式软件的设置，可建立图2所示的键盘按键和演奏功能对应表。将esc键对应上弯音，f1-f12键对应和弦区，字母键a-z对应钢琴键盘区，空格键对应底鼓，删除键对应功能键，home键对应高通，pageup键对应低通，pagedown键对应底通，
↑
键对应吊嚓，
↓
键对应军鼓，
←
键对应踩嚓，
→
键对应叮叮镲等，可利用标准键盘实现旋律、和弦、鼓等不同形式的演奏。
64.如图3所示的鼠标和演奏功能对应表；第一微控制器120嵌入式软件中预先设置初始的音量和音符，当接收到鼠标左键按下的消息则开始按设定的音量和音符进行演奏，当接收到鼠标前移的消息则根据前移的距离将音符换成更高的音符进行演奏，当接收到鼠标后移的消息则根据后移的距离将音符换成更低的音符进行演奏，当接收到鼠标左移的消息则根据左移的距离降低相应的音量进行演奏，当接收到鼠标右移的消息则根据右移的距离升高相应的音量进行演奏。
65.请参阅图4，另一实施例中，一种midi消息生成系统，包括人机接口外设设备200、midi控制器100及用户终端300，所述midi控制器100为上述实施例中的midi控制器100；
66.midi控制器100包括hid协议解析芯片110、第一微控制器120、输出接口模块130以及电源模块140；
67.所述hid协议解析芯片110上设有usb接口111，所述usb接口111用于外接设备接入hid协议解析芯片110；所述hid协议解析芯片110连接于第一微控制器120，所述hid协议解析芯片110用于通过usb接口111接收人机接口外设设备200的hid数据输入，并将接收的hid数据解析成串行数据发送至第一微控制器120；hid协议解析芯片110具备usb输入接口，用于接收人机接口外设设备200的标准hid数据输入，并将该数据解析成低速的串行数据。该芯片可采用市场现有的hid专用芯片或者用带usb接口并且内置了hid解析软件的第一微控制器120来实现。
68.所述输出接口模块130连接于第一微控制器120，所述输出接口模块130用于与终端设备通信连接；
69.所述第一微控制器120用于将hid协议解析芯片110输入的串行数据转换成midi信息并输出至输出接口模块130；
70.所述电源模块140连接于hid协议解析芯片110、第一微控制器120及输出接口模块130，所述电源模块140用于为hid协议解析芯片110、第一微控制器120及输出接口模块130供电；
71.所述人机接口外设设备200连接于midi控制器100的usb接口111；
72.所述用户终端300与midi控制器100的输出接口模块130通信连接。
73.通过在midi控制器100上设置外接hid协议解析芯片110，人机接口外设设备200通过hid协议解析芯片110上设置usb接口111接入hid协议解析芯片110，演奏者可以通过人机
接口外设设备200进行演奏音乐，当演奏者通过人机接口外设设备200进行演奏时，hid协议解析芯片110通过usb接口111获取人机接口外设设备200的hid数据输入，并将人机接口外设设备200的hid数据输入转换成串行数据后发送至第一微控制器120，第一微控制器120将hid协议解析芯片110输入的串行数据将人机接口外设设备200的设备动作转换成相应的midi信息发送至用户终端300，通过用户终端300进行播放midi信息对应的音乐。通过人机接口外设设备200进行演奏动作采集，可以减少midi控制器100的成本，而且通过人机接口外设设备200进行演奏动作采集，操作方便，功能简单，大大降低入门难度，提高用户的体验感。其中，人机接口外设设备200如键盘210、鼠标220及游戏手柄230等电脑人机接口外设设备，而键盘和鼠标等电脑外设是绝大多数人熟悉的输入设备，可通过人手操作，精准的实现很多信息的输入，是实现音乐输入或演奏低成本易上手的理想方法。其中，用户终端300包括电脑310和智能终端320，智能终端320包括手机及平板等，而常用的音乐制作软件如电脑端cubase、fl studio，苹果手机/苹果平板的库乐队，安卓手机/安卓平板的fluidsynth等都支持标准的有线midi或蓝牙midi信号的输入。
74.在一些实施例中，所述人机接口外设设备200为鼠标220、键盘210及游戏手柄230中的一个或多个。
75.请查阅图5，另一实施例中，一种midi消息生成方法，所述方法应用于上述实施例中的midi消息生成系统，所述方法包括以下步骤：
76.步骤s510：通过usb接口获取人机接口外设设备的设备动作；
77.步骤s520：hid协议解析芯片将人机接口外设设备的设备动作解析成串行数据并发送至第一微控制器；
78.步骤s530：第一微控制器根据hid协议解析芯片解析的串行数据转换成相应的midi信息；
79.步骤s540：第一微控制器将生成的midi信息通过输出接口模块发送至用户终端。
80.通过在midi控制器上设置外接hid协议解析芯片，人机接口外设设备通过hid协议解析芯片上设置usb接口接入hid协议解析芯片，演奏者可以通过人机接口外设设备进行演奏音乐，当演奏者通过人机接口外设设备进行演奏时，hid协议解析芯片通过usb接口获取人机接口外设设备的hid数据输入，并将人机接口外设设备的hid数据输入转换成串行数据后发送至第一微控制器，第一微控制器将hid协议解析芯片输入的串行数据将人机接口外设设备的设备动作转换成相应的midi信息发送至用户终端，通过用户终端进行播放midi信息对应的音乐。通过人机接口外设设备进行演奏动作采集，可以减少midi控制器的成本，而且通过人机接口外设设备进行演奏动作采集，操作方便，功能简单，大大降低入门难度，提高用户的体验感。其中，人机接口外设设备如键盘、鼠标及游戏手柄等电脑人机接口外设设备，而键盘和鼠标等电脑外设是绝大多数人熟悉的输入设备，可通过人手操作，精准的实现很多信息的输入，是实现音乐输入或演奏低成本易上手的理想方法。
81.最后需要说明的是，尽管在本技术的说明书文字及附图中已经对上述各实施例进行了描述，但并不能因此限制本技术的专利保护范围。凡是基于本技术的实质理念，利用本技术说明书文字及附图记载的内容所作的等效结构或等效流程替换或修改产生的技术方案，以及直接或间接地将以上实施例的技术方案实施于其他相关的技术领域等，均包括在本技术的专利保护范围之内。