完整版乐谱绘制系统的方法研究与实现毕业设计.docx
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完整版乐谱绘制系统的方法研究与实现毕业设计
毕业论文
题目:
乐谱绘制系统的方法研究与实现
姓名:
学号:
指导教师(职称):
专业:
计算机科学与技术
班级:
所在学院:
计算机科学与工程学院
2015年6月
摘要
在物联网技术飞速发展的今天,音乐及数字化技术也成为人类不可或缺的重要组成部分之一,它们无时无刻不在影响着当今社会的物质生活和精神文明水平。
而随着音乐网络教学的普及,音乐数字化等技术已经得到了非常广泛的应用。
但是让人感到遗憾的是,作为音乐核心内容的媒介——乐谱,在当前绝大范围的音乐教学系统中,都是以静态图片作为显示存在的,缺少一定的交互性。
所以本文的主要目标,是设计一个拥有交互性的在线音乐记谱系统,以此来满足教学中对动态乐谱的强烈需求,同时也可以推广音乐数字化技术在现今音乐教学领域中的应用。
在对如今音乐教学中各种记谱的交互方式以及各种商业记谱软件做了详细而深刻的调查和研究之后,本文又相对应的增加了如下内容:
设计并且实现了一种乐谱编辑的软件内核,在此基础上,实现并完成了一个音乐记谱的客户端,给用户提供了一个即时的功能强大的乐谱制作环境,它不仅支持乐谱编辑,同时也支持相应的乐谱识别及播放功能,由于其本身是基于MusicXML格式,所以对于相同格式的文件也可导入与导出。
对于一个软件来说,其基本实现功能与类似的软件大体相同,而能实现长远目标的核心价值就体现在它是否具有强大的移植性和可扩展性。
本文为此特地对MusicXML格式的文件进行了适当的扩充与修改,适时增强了本系统的容错率和可扩展性,该功能对于适应未来音乐记谱软件的发展是不容置疑的。
本文设计并完成的在线音乐记谱软件,解决了当前很多音乐教学系统所涉及到的对于乐谱缺乏相当交互性的难题,也在一定程度上摆脱了对静态乐谱的依赖以及其产生的绘制成本。
本系统既适用于业余的音乐爱好者,将生活中美妙动听的声音录制下来,也适用于一定的专业音乐人士及相关的教学用途,实乃生活学习必备之佳品。
关键词:
乐谱;MusicXML;交互性;音乐记谱
Abstract
IntheInternetofthingstechnologyrapiddevelopmenttoday,musicanddigitaltechnologyindispensableimportantpartof,theyareallagreatinfluenceonthesociety'smateriallifeandspiritualcivilizationlevel.Withthepopularityofmusicteachingmusicnetwork,digitaltechnologywidelyused.Butletapersonfeelregret,asthecorecontentofmusicmedia,music,inthevastrangeofmusicteachingsystem,areinastaticpictureasshowedthepresenceof,lackacertaindegreeofinteractivity.Sothemaingoalofthispaperisdesignasystem.Inordertomeettheteachingofdynamicmusicstrongdemand,alsocanpromotemusicdigitaltechnologyinthecurrentmusicteachinginthefieldofapplication.
Fornowmusicteachinginvariousnotationinteractivelyandrecordsavarietyofcommercialspectrumsoftwaretodothedetailedandprofoundinvestigationandresearchafter,therelativeshouldbeincreasedasfollows:
designandimplementationofamusiceditingsoftwarekernel,onthisbasis,wecompletedamusicalnotationoftheclient,totheuserprovidesapowerfulinstantmusicproductionenvironment.Itcannotonlysupportthemusiceditor,andsupporttoidentifytheappropriatemusicandplayfunction,becauseitsitselfisbasedonamusicxmlformat,sotofileinthesameformatcanalsobeimportandexport.Forasoftware,thebasicrealizationofroughlythesamefunctionandsimilarsoftwareandachievelong-termgoalofcorevalueliesinwhetherittoadapttofuturemusicrecordedspectrumofsoftwaredevelopmentisindisputable.
Thispaperdesignsandcompletestheonlinemusicrecordedspectrumsoftware,tosolvethecurrentrelatedtoalotofmusicteachingsystemformusiclackofconsiderableinteractionproblem,alsoinacertainextent,getridofthedependenceonthestaticscoreandtherenderingcost.Thissystemisnotonlysuitableforamateurmusiclovers,willbelivinginthewonderfulsoundsrecorded.Itcanalsobeusedinsomemusicprofessionalsandrelatedteachingpurposes,actuallylifelearningessentialthings.
Keywords:
Music;MusicXML;Interactive;MusicNotation
第一章绪论
1.1课题背景
音乐是伴随着人类历史文明的发展应运而生的一种行为艺术,它寄托着人们特殊的情感。
有时为了抨击现实反应社会艰难,人们泣血而歌;有时赞美英雄,歌颂美德,人们引吭高歌。
从古时代的敲击器物,用艰涩的语言和肢体演绎音乐的灵魂,到如今即时而成的音乐快餐,其发展之势简直是蓬勃不可挡。
虽然对音乐的起源无从考究,但是不得不承认,音乐毋庸置疑是人类抒发感情最直接最有效也是最真实的表达方式。
研究表明,这是因为音乐中的音符的间隔、衔接、转换,其高低起伏之音调,由淡转浓的音色,恰恰与人类的心灵和机体密切关联。
而由其地,中国历史源远流长,文化博大精深,作为其文化精髓之一的音乐更是历经千年的发展,包含了五十六个民族及地区的特异性,它们相互交融影响,产生了如今中国各式各样的音乐种类。
而如何将这种国之重味的音乐文化深刻且长远的传承下去,无疑是中国教育领域的一大必经之挑战和必不可少的重要使命。
由条件所限,传统的音乐教学方式和传统的自然学科教学方式大同小异,即我们所知的教师学生面对面的教学方式[1]。
这种方式毫无疑问,缺乏主动,完全是被动式的灌溉式教学模式;与此同时,与自然学科不同的是,作为艺术类的音乐课程,它极大程度依赖于老师的详细指导,在此基础上老师才可能把握住学生在音乐领域上的天赋才能和喜爱偏好,才可做到因材施教,所以这种极致入微的教学方式无疑会对学生未来的音乐道路产生巨大影响。
因此每个学生所占用的教学资源不可不谓之大[2]。
随着当今社会各种技术的飞速发展,尤其是互联网技术的兴起,一种新的音乐教育模式——网络教育也应运而生了。
网络教育也称做E-Learning或者虚拟教育环境,它是老师与学生之间借助多媒体以及互联网IT技术为媒介进行教育的一种便捷方式,有了这种模式,学生在家中也可以远程与老师连接进行学习,或在相应的资源链接中下载学习视频自学。
它极大程度上增加了本来紧缺的教学资源,大大降低了教学成本,同时也让现代教育界看到了未来远大的光明和希望。
是的,如果说传统教育模式是一艘江上漂行的渔船,那么现代教学方式则是海洋上望之即达的灯塔,不管你来不来,我就在那里。
它完成了跨时空、跨地域、以及强大交互性的挑战。
它允许学生根据个人能力及进度调整学习目标和学习计划,从而构建个人的认知学习体系;使得学生进行各种针对性的测评并提供相应的激励及反馈策略。
其交互方式借助音频、动画、视频等高端的科技手段,展示给学生以丰富的教学知识和诙谐的教学内容,并增强了学生的学习乐趣和学习激情。
由于网络教育给现代教育界带来如此巨大深远的影响,有的人甚至认为E-Learning会取代传统教学方式。
当然,因为我国在网络教育方面还处于早期阶段,大多数情形下还只是作为普通的辅助工具,所以传统教学模式依然无法被取缔,但是E-Learning的新兴之势同样无法阻挡。
为了顺应时代发展的步伐,音乐教育也是正在越来越多的方面应用这网络教育,从而突破传统音乐教育中的种种局限性,来实现音乐的教育信息化。
作为一种音乐的新型载体,网络在如今的网络教育时代为我们带来了崭新的教育模式和教育理念[3]。
以中央音乐学院为例,在它的多媒体数据库中收录了大量的稀有音乐资源,例如佛教音乐、古琴等极具民族特色的音乐素材,而且其中多门课程已经开始借助多媒体现代技术进行全面授课。
当然,相比于传统的音乐教学模式,网络音乐教育也存在着诸多局限,如教学手段受限啊,相当大程度上对网络的依赖等。
众所周知,乐谱是音乐教学中最为核心的元素。
作为音乐传播的载体,乐谱不论是在音乐网络教学中还是在音乐传统教学中都扮演着相当核心的角色[4]。
而乐谱,就是将音乐以文字、符号等按照一定的规则排列组合记录下来的一种载体,是用来传递并表达音乐信息的最为可靠的一种方式[5]。
纵观当今社会中的音乐网络教学系统,绝大多数乐谱都是以图片文档的形式加以传播,这与传统音乐教学中将乐谱印刷在课本上别无二致,所以其弊端无疑是十分明显且致命的:
1.有一些音乐教学系统采用了轻量级互动的乐谱插件。
而这些插件只支持固定的简单编辑操作,仅用于习题等有限场合。
所以老师的标注与讲解无法在乐谱上体现,师生之间无法通过乐谱获得良好的互动。
2.目前网络教育中,乐谱只是作为一种普通的图片存在,和传统的教学方式没多大差别,就是把印刷在纸面上的图谱成功显示在页面上而已。
使用者只能用来观察浏览,而不能自己动手实践,进行相关的音乐符号编辑等操作,缺乏严重的互动性。
3.由于其很低的移植行,乐谱内容又单一,根本无法允许老师手动编辑录入,只能通过技术人员事先录入或导入,缺乏相当的灵活度。
4.课堂上的乐谱插件,只能用于很基础的音乐教学,只能支持简单的操作,根本无法应用于复杂乐谱,专业性明显不足。
尽管现在也有一些比较专业的音乐教学工具,但是这些工具只能针对通用的多媒体教学,而并非是针对基层的乐谱。
以上事实非常贴切的说明了当今网络音乐教学乐谱的功能还具有很大不足,并有很
多可以改进的地方,所以需要寻找更完善的解决方案,来满足乐谱对灵活性、交互性以及专业性的需求,那么具体来说就是乐谱可标注、可编辑、可导入导出等,不再死板。
1.2国内外研究现状
由于乐谱在音乐制作和音乐教学中的核心地位,现在世界上很多公司都在努力对之前的乐谱绘制系统做出了改进工作。
当前的打谱工具大多数是以客户端的形式存在着。
那么这里就以客户端和插件进行分开说明。
1.记谱客户端
要了解记谱客户端,那么就得对客户端有相当的认识才行。
客户端,顾名思义,就是直接面向客户的端口。
说到面向客户,那么服务器就不得不提一下。
服务器,是承担并提供各种可靠地服务的计算机设备,它在稳定性、安全性、可管理性和可扩展性方等面水平较高。
而客户端则是服务器所服务的对象,当客户端发出数据请求,服务器就会根据接收的状态代码作出相应回应,随后客户端就能从服务器获取请求的资料数据。
现在比较常用的客户端包括接收邮件的电子邮件客户端,浏览网页的万维网网页客户端以及生活中已经非常普及的腾讯客户端等。
为了给这些客户端提供服务,那么就需要在网络当中有相对应的服务器及其服务程序提供相应服务。
但是关键问题是,如何将客户端和服务器通过某种方式建立连接,让它们正常通信呢?
了解过客户端的概念后,记谱软件客户端就比较好容易理解了。
作为服务器的服务对象,现在也逐渐衍生出了专门为满足移动公司需求的移动客户端,不得不承认,移动客户端将成为未来最热点的名词之一。
所以本项目研究的方向也不仅仅应该着眼于电脑端,也会在移动端大力开发。
如今国内外已经有多种商业化的记谱软件客户端,其功能大同小异。
其中国内有作
曲大师等;国外就比较多了,有Encore,Onvertune,Sibelius等。
而作为功能最为强大的商业记谱软件之一,Sibelius在当前出版、学术等无疑是权威。
就以Sibelius为例,它的乐谱记号齐全,功能全面,支持一般的MINI输入,也支持非传统的乐谱;其乐谱也可导出为MusicXML,BMP,MIDI等多种格式的。
2.在线记谱插件
什么是插件呢?
插件,英文翻译为Plug-in,又名外挂。
插件是在某种规则下编写而成的一种小应用程序接口,它通常不能独立运行,只能依靠其所支持的系统平台下运行。
所谓插件,可以理解为可插拔的小软件。
现在在日常生活中比较流行的插件有IE插件、游戏插件、Flash插件等,譬如我们最熟悉的Flash插件,一般安装好浏览器后,当用户点击视频进行观看时,通常浏览器会提示无法播放视频,请安装Flash插件。
其实Flash插件真正播放的是视频文件内部的SWF文件。
通常插件会伴随着浏览器的启动而自动运行,比如有些人在浏览网页时,会突然弹出一个广告窗口,播放着自己从来没点击过的链接,有时人们就很奇怪,我什么都没做它就自己弹出来了,是不是我电脑中病毒了?
其实不是,这种产生的网页动作也借用了插件技术,只不过它常常被人称之为广告软件。
除此之外的恶意插件还有间谍插件,间谍软件是当用户点开链接时,该插件会自动监视用户的各种上网行为,比如登陆了什么账号,阅读了某些网页,查看了什么商品之类的,监视的同时它还会将这些信息报告反馈给插件所有者,以此达到盗取高级账号或密码、恶意攻击等非法目的。
除此之外,使用插件其实也是有弊端的。
虽说插件是封装好的接口,但由于插件内部使用到的技术良莠不齐,而且其开发商也不一样,那么它就很可能与运行当中的某些程序发生未知冲突,这就会导致平时用户所常见的各种网页错误,运行时间不一致之类的超水准错误。
那么说这么多,插件到底有什么好处呢?
1)由于插件和插件之间是相互独立的,使用插件技术后必然会使得结构更加清晰、理解起来也更加容易。
2)插件式一种可插拔的软件,就像硬件接口一样,想用时就插上,不想用时就拔除,完全不用担心它会对程序产生什么干扰,所以使用插件,它的可维护性会更强大。
3)插件是一个小的整体,其内部是由特定程序结构所组成,那么对于插件的重复率也会相当高,这相当于某种外部接口,使用者不必关心其内部实现,只需找到使用接口就行,这就导致了使用插件,程序的可移植性会加强,程序执行效率会更高。
4)在软件工程的设计理念中,高内聚低耦合是最核心的思想。
而插件由于是通过与宿主程序进行直接交互,从而达到插件与插件之间、插件和程序之间的正常通信,所以使用插件后其耦合度也会大大降低[6]。
在如今互联网技术的高速发展下,WEB技术也随之蓬勃发展,以至于很多商业公司已经将为用户提供播放插件和在线乐谱显示作为必不可少的服务之一。
而除去上面提到的手段之外,还有一种就是把乐谱直接嵌入到网页中,即在线记谱插件。
通过这种方式,用户可随意的在线显示并播放乐谱文件,并且还可做一些额外的操作,比如保存、导出以及更换乐器播放等。
3.乐谱信息存储
直到如今,对于乐谱信息的存储,世界上依然没有给出一种十分成熟的统一标准。
可能说到这里,有些同学对乐谱的信息存储还不是很理解。
我们知道,文字是记录每天生活状态最好的方式之一,而文字的组成部分则是由笔画通过特定规则生成的。
一撇一拉,隐然与生活中的人类肢体语言和历史文化相暗合。
传承五千多年的中华传统文化,积累至今自然是底蕴深长,无数富含哲理与真言的名句其实和中国文字遥相呼应。
“天”,人字头上顶两层,下面一层在半腰,暗指天人合一的意味;上面一层则居于顶端,表达着古代人们对长生天的敬畏和仰望。
还有好多这样寓意深刻的汉子,在这里就不多赘述了。
其实音乐也和汉字在表达方式上隐相契合。
音乐作为承载着人们生活情感的方式存在着,它的核心组成部分是乐谱,就像文章的组成核心是文字一样。
乐谱分小了说,是由许许多多形状不一的乐理符号组成的,它们按照乐理规则排列在一起,形成一篇篇动听的乐章。
在以前,当乐器数字接口格式这个概念被提出来以后,其基于MINI的各方面应用也趋于成熟阶段,但令人遗憾的是,MINI输出的只是音乐强度及音调的数字记录信息,而其中大量的信息符号均未被保留下来。
于是,人们就又提出了大量的音乐符号标注,可是因为自身的局限性,都只能流逝在漫长的历史长河中令人惋惜。
所以很多商用的记谱软件都拥有属于自己的一套记录音乐的数据存储格式,都存在不可避免的局限性和封闭性,只能偏居一隅。
然后,一颗彗星以崛起之势冲向了星海,那就是MusicXML的诞生。
由Recordare公司发布的MusicXML,其优点非常明显,因为它基于当时已经很成熟的XML技术,对于网络的扩展性做得十分到位。
而且MusicXML结构清晰,便于阅读,对于音乐文件的记录描述也是十分详尽而规范[7]。
在之后的十几年发展中,MusicXML技术已经被很多种应用软件所支持,其势态之锐令人振奋。
上面就是对国内外音乐打谱系统及其发展历史的简约概述。
需要注意的是,对于在线乐谱的线上处理功能其上所有提到的记谱客户端软件均不支持,而且在线记谱插件也不允许用户进行在线编辑绘制,功能较为单一,并不实用[8]。
用另一句话说就是,到目前为止,似乎还不存在这样一款既能支持用户在线编辑、可自由导入导出市面上多数文件格式的音乐文件以及支持各种可扩展的音乐打谱软件,而这正是本文的研究方向。
1.3项目研究主要内容
本文主要的目标是研究出一种通俗易用的,既能满足大多数业余音乐爱好者对平时生活中美妙声乐的录制编辑,也能面向专业的音乐教育系统的一个功能非常强大,可在线自由编辑,且用户可添加自我标注的音乐记谱软件。
其研究的主要内容如下:
1.对国内外几家比较知名的音乐学府使用的记谱软件以及其对乐谱软件的应用场景和功能需求进行调查和研究,以此作为本文的研究方向,并编写需求文档。
2.根据文档上面的需求,分析并制作出一部实现上面所有功能的音乐记谱软件,最低标准是可支持在线播放、在线编辑、在线标注,而且可以支持MusicXML文件格式并加以自我扩展。
3.依据设计的音乐记谱软件客户端,实现一种在线的记谱插件,对于音乐教育系统可应用于多种场景。
1.4基本章节安排
本文主要分为五个章节,其余四章节内容如下:
第二章:
对项目所运用到的技术进行一定综述。
介绍本文中各项技术的社会背景、应用范围和发展现状等,以及将其与类似的技术相互对比,阐述之间的优缺点,最后说明它相对其他技术所特有的优势。
第三章:
系统设计。
对比较主流的音乐记谱软件进行综合调查和分析后,通过需求文档设计出系统的整体框架以及相应的功能模块。
第四章:
系统功能实现。
以第三章为基础,通过已有的设计方案进行功能实现。
第五章:
总结与展望。
对本文已经实现的功能进行分析总结,并找出存在的一些隐患和缺陷,然后根据乐谱需求提出相应的改进方案,方面日后的多次扩展和改进工作。
第二章相关技术综述
当今社会技术飞速发展,尤其是数字化技术则是如雨后春笋般涌出,而作为乐谱软件开发者,选择更适合该系统的技术显得尤为重要。
该系统设计到的一个对乐谱数据存储的读取格式和保存手段,即在原有的格式基础上进行一定程度上的扩充和自定义,更方便今后的开发工作。
本章将对项目中即将使用到的关键技术进行详细的讲述,并对相关技术对比说明。
2.1开发语言及工具
2.1.1开发语言
本项目所使用的开发语言有Java、HTML。
Java语言是一种面向对象程序设计的开发语言,它具有十分优秀的安全性、高效性、强移植性[9]。
Java语言于1995年由SunMicrosystems公司的GamesGosling和他的同事共同研发,后来由于内部因素,于2010年被Oracle公司收购。
Java是由四大基本部分组成:
Java基本语法、Java文件格式、JVM虚拟机和JavaAPI[10]。
Java著名的三大体系有JavaSE、JavaEE、JavaME,其中JavaSE属于标准版,JavaEE为企业版,而最后者是微型版,三者面向的服务对象都有所不同。
那么Java语言有何特征呢?
首先,它的学习成本非常低。
Java当中抛弃掉了存在于C和C++当中很难让人理解的特征,比如多继承、运算符重载之类的,尤其重要的是,Java语言中没有出现指针,这对大部分学习者来说不能不是一种福音,并且Java也非常人性化的进行内存自我管理,使用者根本不必担心垃圾堆积导致的内存泄露等问题;Java是全方位支持面向对象的编程语言。
它虽然不支持多继承,但在另一方面却发明了接口这种神奇的技术,通过接口,开发者可以间接实现多继承,并不关心内部代码的实现情况,使得开发模块化,自由灵活程度更高,对日后的测试和维护也是大有裨益;Java语言是很健壮的。
由于Java程序对于异常的处理做的相当到位,所以错误的发生概率也较低,而且由于Java语言是强制类型语言,所以系统的执行效率也会更高,避免了很多问题,尤其难得的是Java对垃圾回收方面也考虑在内,这些都保证了Java程序的健壮性;同时Java语言支持多线程,并且是动态的。
HTML语言,有人说它是通向WEB技术世界的钥匙,有了它就可通过超文本标签来实现自己想在网页上实现的一切功能。
我们知道web浏览器的作用是通过读取HTML文档的内容将其显示在网页客户端,没有HTML,那么网页上很多功能基本就无法实现。
所以通过反复思考,最终选择Java和HTML作为本次设计的主要语言。
2.1.2开发工具
本次设计所使用到的开发工具主要是MyEclipse以及IE浏览器。
MyEclipse是Eclipse的组件开发集合,它的功能十分强大,应用十分广泛和成熟,特别是对各种开源类产品的支持相当融洽。
现在MyEclipse支持很多功能,比如有JSP,JavaServlet,AJAX,Struts,Interchan
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