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摘要 摘要 数字乐谱软件的设计和应用 学生姓名：周彦华导师姓名：邹采荣 东南大学信息科学与工程学院 随着数字化时代的不断进步，数字乐谱对比传统纸质乐谱显示出越来越大的优势，可以说数字乐谱 代替传统乐谱是未来乐谱发展的必然趋势，但目前音乐领域的数字化并不彻底。制作音乐和生成乐谱的软 件很多，相应的阅读乐谱的软硬件设备却很少，由于没有可行的方法把乐谱显示出来，演奏者必须把已数 字化的乐谱再打印到纸上。为了可以把现有的音乐数字化工作扩展到乐谱的阅读，又可以克服纸质乐谱本 身的缺点，设计一个跨平台的、便携的、用户友好的电子乐谱阅读器，利用嵌入式的阅读系统代替传统的 纸质乐谱与谱架的组合，无疑是一个不错的选择。一个数字乐谱系统除了可以帮助演奏人员在演奏时便捷 快速的翻谱，在实现乐团和个人乐谱管理的无纸化以及自动化上也有着现实的意义和极高的应用价值。本 文的研究内容就是针对一个数字乐谱软件系统的设计和应用。 系统是以嵌入式主板为硬件平台，以l i n u x 操作系统和w i n d o w s 操作系统为软件开发环境，将信息技 术、电子技术应用于音乐领域而开发出来的一项电子智能产品。这个数字乐谱系统可以实现大容量存储乐 谱曲目、方便的乐谱管理、及自动翻谱等功能，可以满足乐谱个人和团体使用者排练和演出的所有需求。 同时，个人数字音乐图书馆功能也是整个系统中的一个重点。本文从乐谱文件格式和传统乐谱格式数字化 两个角度讨论了系统中个人音乐图书馆的设计与应用，并着重研究了自定义语义乐谱文件格式的问题。 本系统的一个特点是它摆脱了以往的电子乐谱系统只能在单一平台上运用的束缚，把数字乐谱推广到 了多重领域。有利于我们今后将数字乐谱系统应用于其他嵌入式或桌面操作系统中，比如m a c - o s ， u c l i n u x ，v x w o r k s 等等。只要是支持g u i 的操作系统就能用本文设计的数字乐谱系统方案，由此达到了 跨平台设计的效果。 系统在总体上有较好的开放性和前瞻性。系统设计遵从实用性原则，易于使用，便于系统管理，具 有优化的系统结构和完善的互动功能。 关键词：数字乐谱；阅读器；跨平台开发；用户界面；数字音乐图书馆 第1 页 a b s t r a c t a b s t r a c t i nt h ed i g i t a la g e ，d i g i t a ls h e e tm u s i cs h o w sa l li n c r e a s i n ga d v a n t a g et ot r a d i t i o n a lp a p e r - b a s e ds h e e tm u s i c p a p e r - b a s e ds h e e tm u s i cw i l ld e f i n i t e l y b e r e p l a c e db yd i g i t a ls h e e tm u s i c i nt h ef u t u r e h o w e v e r ，t h e d i g i t a l i z a t i o ni nt h ef i e l do f m u s i ci sn o tc o m p l e t e t h e r ea r eal o to fs o f t w a r et og e n e r a t es h e e tm u s i c ，b u tl e s st o r e a ds h e e tm u s i c b e c a u s et h e r ei sn of e a s i b l ew a yt od i s p l a ys h e e tm u s i c ，p l a y e r sh a v et op r i n td i g i t a ls h e e tm u s i c t oo v e r c o m et h es h o r t c o m i n g so fp a p e r - b a s e ds h e e tm u s i c ，w ed e s i g nac r o s s p l a t f o r m ，p o r t a b l e ，u s e r - f r i e n d l y e l e c t r o n i cs h e e tm u s i cr e a d e r i tc a l lh e l pp l a y e rt ot u n ep a g ef a s ta n dc o n v e n i e n t , a n dh a sap r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e a n dh i g ha p p l i c a t i o nv a l u ei nt h ep a p e r l e s sm a n a g e m e n ta n da u t o m a t i o no fs h e e tm u s i cf o rb o t hi n d i v i d u a la n d b a n du s e r s 、m t he m b e d d e dm o t h e r b o a r d 勰h a r d w a r ep l a t f o r m l i n u xa n dw i n d o w sa ss o f t w a r ed e v e l o p m e n t e n v i r o n m e n t , i ti sa ne l e c t r o n i cp r o d u c tt h a ta p p l i e si n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n de l e c t r o n i ct e c h n o l o g yi nt h ef i e l d o fm u s i c t h i sd i g i t a ls h e e tm u s i cs y s t e mh a sal a r g ec a p a c i t yo fs h e e tm u s i c ，c o n v e n i e n ts h e e tm u s i cm a n a g e m e n t a n da u t o m a t i cp a g e t u n i n g ，w h i c hc a l ls a t i s f i e sa l ln e e d so fm u s i c i a n si nr e h e a r s a la n dp e r f o r m a n c e m o r e o v e r , p e r s o n a ld i g i t a lm u s i cl i b r a r yf u n c t i o ni sa l s oaf o c u si nt h es y s t e m w ed i s c u s st h ed e s i g na n da p p l i c a t i o no f p e r s o n a lm u s i cl i b r a r y , f o c u s i n go nt h ei m p l e m e n to f ac u s t o ms e m a n t i cs h e e tm u s i cf o r m a t o t h e re l e c t r o n i cs h e e tm u s i cs y s t e mc a l lo n l yu s eas i n g l ep l a t f o r m ，w h i l et h i ss y s t e mh a saf e a t u r eo f c r o s s - p l a t f o r m t h i sf e a t u r em a k e st h es y s t e mc a l lb eu s e di no t h e re m b e d d e do rd e s k t o po p e r a t i n gs y s t e m s u c h a sm a c - o s u c - l i n u x , v x w o r k sa n ds oo n a sl o n ga l si ti st os u p p o r tt h eg u io p e r a t i n gs y s t e m ，i tw i l lb ea b l et o r u nt h i sd i g i t a ls h e e tm u s i cs y s t e mo ni n i ng e n e r a l ，s y s t e mh a sa no p e na n df o r w a r d - l o o k i n gf e a t u r e s y s t e md e s i g nc o m p l i e sw i t ht h ep r i n c i p l eo f p r a c t i c a l i t y , e a s yt oi l s ea n dm a n a g e a n dh a saw o n d e r f u ls y s t e ms t r u c t u r e k e yw o r d ：d i g i t a ls h e e tm u s i c ；e l e c t r o n i cr e a d e r , c r o s s p l a t f o r md e v e l o p m e n t , u s e ri n t e r f a c e ，d i g i t a lm u s i c l i b r a r y 第1 i i 页 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特5 l , l j n 以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：囝叁登日期： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：函杰翌导师签名： 日期： 第一章绪论 1 1 课题研究的背景和意义 第一章绪论 乐谱的发明是人类音乐史上的里程碑，它的出现使人们可以在一个相对标准的平台上进行音乐的交流 和传承。但是，古往今来大部分的优秀音乐作品是以纸质乐谱的形式保留下来，直至今天，纸质乐谱仍是 表达和描述音乐作品的主要载体，图书馆保存乐谱或是管弦乐团和其他演奏者在排练和表演中仍然主要使 用纸质乐谱。纸质乐谱的存在使得人们可以交流和保存音乐，但是纸质乐谱的保存需要占用大量的存储空 间，不利于保存，在交流的时候必须以十分不便的实物传递的方式，十分费时，另外，纸质状乐谱仅能以 人工的方式进行查询和检索，很难实现高速的自动化查询与检索。纸质乐谱的这些缺点，严重地妨碍了音 乐资源的利用以及音乐文化的发展与交流。 另一方面，自计算机发明以来，计算机技术的迅速发展使得人类社会步入一个数字化时代，计算机的 出现使得人们可以更为方便快捷的交流与存储信息。于是，人们自然地想到将现代计算机科学与音乐艺术 的结合。许多作曲家开始使用作曲软件制作音乐，使用打谱软件来生成乐谱；但是，虽然制作音乐和生成 乐谱的软件很多，相应的阅读乐谱的软硬件设备却很少，由于没有可行的方法把乐谱显示出来，演奏者必 须把已数字化的乐谱再打印到纸上，这说明了在音乐领域数字化工作进行的并不彻底。 为了可以把现有的音乐数字化工作扩展到乐谱的阅读，又可以克服纸质乐谱本身的缺点，设计一个跨 平台的、便携的、用户友好的电子乐谱阅读器，利用嵌入式的阅读系统代替传统的纸质乐谱与谱架的组合， 无疑是一个不错的选择。一个数字乐谱系统除了可以帮助演奏人员在演奏时便捷快速的翻谱，在实现乐团 和个人乐谱管理的无纸化以及自动化上也有着现实的意义和极高的应用价值。 本项目的目的是开发一种基于嵌入式的便携式电子乐谱来代替纸质的乐谱。电子乐谱就是为了实现大 容量存储乐谱曲目、方便的乐谱管理、及自动翻谱等功能，基于以嵌入式主板硬件的核心，l i n u x 操作系统 和w i n d o w s 操作系统为软件设计的平台的思想下，将信息技术、电子技术应用于音乐领域而开发出来的一 项电子智能产品。 据调查研究，音乐家对这项技术十分感兴趣，认为电子乐谱架能取代纸制乐谱，就像打字机、文字处 理器和桌面印刷系统能够取代墨水、钢笔和纸。同时，电子乐谱架可大大节省时间提高效率。过去，指挥 和乐手们要花很多时间在乐谱上做记号。现在电子乐谱可通过自身设置在乐谱上加注释、记号和重音符， 然后立即传给音乐家，大大减少了乐谱相关的工作量，提高了管弦乐团排练的效率。以往当一个大的演出 团体进行巡回演出时，携带和管理数目庞大的乐谱是一项艰巨的任务，但现在电子乐谱架可以轻松地将所 有乐谱存储到硬盘等存贮介质中去。 事实上，在十多年前就有人提出过用数字乐谱来代替纸质乐谱的想法，然而在当时硬件软件条件都不 具备，电子乐谱系统设计在便携性、可靠性、显示效果方面都有所不足，不足以替代纸质乐谱。但在近些 年，硬件技术不断发展，特别是电子纸的出现完全改变了人们对于电子阅读器体积笨重的看法。此外，在 数字格式音乐资源在教学、演示、传播乃至版权保护等方面的优势越来越明显，音乐家们通过互联网分享、 传播、研究乐谱的愿望越来越强烈，对数字乐谱系统的需求也越来越大。 1 2 系统研究的国内外现状 国外从事数字乐谱系统的研究开发的高校和企业很多，文献也相当丰富，而国内在这方面尚处于起步 阶段。 第1 页 g 月 砚 z 1 9 9 6 年卡耐基梅隆大学的一纽研究人员设计了m u s e 概念系统 ij 。m u s e 基丁p c 架构硬件平台，预装 数字乐谱软件，是一个综合性系统。作者讨论了自动操作背景下页面转换的问题，并考虑了一种半静态方 式，即两页面同时显示分别刷新。 “个人管弦乐队”是博物馆展览项目，能让使用者通过模仿指挥者的手势米控制段音乐的演奏。 m i c o n ( m u s i cs t a n df o ri n t e r a c t i v ec o n d u c t i n z ) 是专门为其设计开发的电子乐谱架系统”j 。系统利用 o p e n g l ，实现了乐谱书的完整3 d 仿真，而乐谱静态显示在仿真书页上。当音乐到达当前页面的展后一个 音符时，页面自动跳转到下一页面，但翻页速度非常慢。 m i c o n 是针对非专业人士设计的数字乐谱系统，而m m m s ( m u l t i m o d a lm u s i c a ls t a n d ) 是针对音 乐专业人士包括乐器演奏者和乐队指挥推出的数字乐谱系统设计。该设计侧重于人机交互模式的研究，通 过采用多通道用户界面来改进数字乐谱系统在乐队排练和演出中的使用效率和自然度。 m o o d s ( m u s i co b j e c t 4 3 r i e n t e dd i s t r i b u t e ds y s t e m ) 是专为管弦乐队设计的数字乐谱系统9j 。m o o d s 根据管弦乐队使用乐谱的特点，将每位乐手的谱架设计成一台个人电脑，并都和唯一的中央控制器相连， 由控制器来操作管理乐谱。同样在排练和演出时，控制器可以控制完成所有乐手的翻谱工作。该系统同样 采用半静态翻页技术。 台湾光宝科技也有这方面的研究。其电子乐谱设计方案获得2 0 0 8 年国际设计= 奖德国i f 设计概念奖 ( d e s i g nc o n e e l ，ta w a r d ) 。在光宝电子乐谱( e m s ，e p a p e rm u s i cs c o r e ) 的设计中，没有采用常用的l c d 显 示屏，而是采用了约2 张a 4 纸太小的屯子纸显示乐谱内容，；还设计丁一个蓝牙连接的脚踏控制器来实 现韶谱操作。使爿j 完毕后，电子乐谱以卷轴式收纳，蓝习= 控制器则刚好套在卷轴之外。 在我国，目前还没有任何一款电子乐谱产晶问世，电子乐谱产品在我国有着广阔的前景。我们的目的 就是开发款有着我国自主知识产权的电子乐谱产品。 目前市场上在售的商业数字乐谱系统主要有e s t a n d 和m u s i c p a dp r o 。两者的硬件都采用基于p c 架构 的嵌 式硬件平台。m u s i c p a d p r o ，采用1 2 l 萸寸的t f r 型l c d 屏幕，整体尺寸1 33 英寸x9 , 9 英寸x 18 英寸( 重4 英磅) ，售价8 9 9 美元。e s t a n d 的产品型号更多一些，包括1 2 英寸到1 9 英寸的l c d 屏幕， 分别支持单页到双页的浏览。此外，两者预装的数字乐谱软件功能也比较类似，差异主要在于一些具体功 能的设计上。比如m u s i c p a dp r o 支持翻页预览模式而e s t a n d 没有这个设计。 固日 图1 - 1e s t a n d 电子乐谱( 左) 和m u s i c p a d p r o 电子乐谱( 右) 在数字乐谱系统的设计中，我们参考了许多成熟的商用电子阅读器的设计思想。电子阅读器上市较早， 有很多成熟的商用产品。a m a z o n 是一家以网上图书销售起家的公司，它推出了一款颇收消费者欢迎的电 子书阅读器k i n d l e 。k i n d l e 采用6 英寸电子纸规格为7 5 英寸x5 3 英寸x0 7 英寸，重1 03 盎司，售 价3 9 9 美元。此外电子阅读器设计的领先产商s o n y 公司在美国推出了多款电子阅读器，b - r e a d e r6 i n p o r t a b l es i l v e re b o o k a p p e o x l 7 0 p i x i n c h 是最新的一款产品。 第2 页 第一章绪论 1 3 论文的内容和安排 本论文涉及了一个完整的数字乐谱软件系统的设计和应用。系统基于以嵌入式主板硬件的核心，l i n u x 操作系统和w i n d o w s 操作系统为软件设计的平台的思想下，将信息技术、电子技术应用于音乐领域而开发 出来的一项电子智能产品。这个数字乐谱系统可以实现实现大容量存储乐谱曲目、方便的乐谱管理、及自 动翻谱等功能，可以满足管弦乐队排练和演出的所有需求，完全可以作为管弦乐队排练和演奏中传统纸质 乐谱的数字化替代品。此外，系统讨论了以往其他电子乐谱设计方案中忽视的用户界面设计细节，并阐述 了个人数字音乐图书馆和光学乐谱识别的概念，着重研究了乐谱文件格式定义等问题。 本文的章节安排如下： 第一章：绪论，主要介绍了数字乐谱软件的研究背景、发展现状，主要研究内容及本文所做的工作； 第二章：主要介绍了数字乐谱软件设计的总体方案、硬件平台和软件设计方案。 第三章：分析了用户需求和使用模式，设计并实现了数字乐谱系统用户界面。 第四章：设计并实现系统乐谱阅读相关的主要功能。 第五章：从数字音乐图书馆的角度出发，研究了自定义的数字乐谱格式。 第六章：总结全文，概括了全文所做的工作与得到的成果，分析了不足，并对将来的进一步工作做了 展望。 1 4 本章小结 绍。 本章主要介绍了数字乐谱软件的研究背景，研究意义与发展现状，并对文章的内容结构安排进行了介 1 5 参考文献 【l 】g r a e f e ，c ，w a h i l a ，d ，m a g l 丌r e ，j ，a n dd a s n a ，0 d e s i g n i n gt h em u s e ：ad i g i t a lm u s i c s t a n df o rt h es y m p h o n ym u s i c i a n c h i9 6 ( 19 9 6 ) ，4 3 每4 41 【2 】b o r c h e r s ，j ，s a m 叭n g e l 、w ，a n dm u h i ，h a u s e r ，m e n g i n e e r i n gar e a l i s t i cr e a l t i m ec o n d u c t i n g s y s t e mf o rt h ea u d i o n i d e or e n d e r i n go far e a lo r c h e s t r a m u l t i m e d i as o r w a r ee n g i n e e r i n g , 2 0 0 2 p r o c e e d i n g s f o u r t hi n t e l t l a t i o n a ls y m p o s i u mo n ( 2 0 0 2 ) 3 5 二3 6 2 3 1b o r c h e r s ，j ，h a d j a k o s ，a ，a n dm 。u h l h ”a u s e m m i c o nam u s i cs t a n df o ri n t e r a c t i v e c o n d u c t i n g p r o c e e d i n g so f t h e2 0 0 6c o n f e f e n c eo nn e wi n t e f f a c e sf o rm u s i c a le x p r e s s i o n ( 2 0 0 6 ) 2 5 4 一_ 2 5 9 【4 】b e l l ，b ，k l e b a n ，j ，k u c h e r a - m o 刚n ，j ，o j r h o l t ，d ，p u t n a m ，l ，a n ds t u r m ，b t h o m p s o n j i n t e r a c t i v em u s i c a lp e r f o r m a n c eu s i n gt h em u l t i m o d a lm u s i cs t a n d n s fi n t e g r a t i v eg r a d u a t e e d u c a t i o na n dr e s e a r c ht r a i n e e s h i pa n n u a lm e e t i n g ( j a n u a r y2 0 0 7 ) 【5 】b e l l i n l ，p ，f i o r a v a n t i ，f ，a n dn e s i ，p m a n a g i n gm u s i ci no r c h e s t r a s c o m p u t e r3 2 ，9 ( 19 9 9 ) ， 2 每- 3 4 第3 页 第= 章鼓字g 谱系统整体方案 2 1 总体方案 第二章数字乐谱系统的整体方案 随着计算机与电子科学的发展，传统的阅读方式正在发生着天翻地覆的变化。在音乐领域，由于纸质 乐谱本身具有如不宜保存、查找和携带以及翻页不便等缺点，也促使许多作曲家使用作曲软件制作音乐， 使用打谱软件来生成乐谱；但是虽然制作音乐和生成乐谱的软件根多，相应的阅读乐谱的软硬件设备却 很少由于没有可行的方法把乐谱显示出来，演奏者必须把已数字化的乐谱再打印到纸上，这说明了在音 乐领域数字化工作进行的并不彻底。 为了可以把现有的音乐数字化工作扩展到乐谱的阅读，又可以克服纸质乐谱本身的缺点，设计一个跨 平台的、便携的、用户友好的电子乐谱阅读器，利用嵌入式的阅读系统代替传统的纸质乐谱与谱架的组台， 无疑是一个不错的选择。 本项目的目的是开发一种基于嵌入式的便携式电子乐谱来代替纸质的乐谱。电子乐谱就是为了实现大 容量存储乐谱曲目、方便的乐谱管理、及自动翻谱等功能，基于以嵌入式主板硬件的核心，l i n u x 操作系统 和w i n d o w s 操作系统为软件设计的平台的思想下，将信息技术、电子技术应用于音乐领域而开发出来的一 项电子智能产品。 据调查研究音乐家对这项技术十分感* 趣认为电子乐谱架能取代纸制乐谱，就像打字机、立字址 理器和桌面印刷系统能够取代墨水、钢笔和纸。同时，电子乐谱架可节省时间。过去指挥和乐手们要花 很多时间在乐谱上做记号。现在电子乐谱可通过自身设置在乐谱上加注释、记号和重音苻然后立即传给 音乐家。这样，演奏者排练的时间就会更多。 在我国，目前还没有任何一款电子乐谱产品问世，电子乐谱产品在我国有着广阔的前景。我们的目 的就是开发一款有着我国自主知识产权的电子乐谱产品。 曲2 - i 电子乐谱总体方案不意幽 镕5 页 东南大学硕士学位论文 2 2 硬件平台 2 2 1 硬件整体方案 系统采用嵌入式的方案进行产品的开发。此外外围硬件的配备主要包括u s b 接口模块、无线蓝牙接 收接口模块、脚踏板、l c d 显示器、电源管理模块、音频输出模块、数据存储器和程序存储器。 图2 2 电子乐谱硬件平台 电子乐谱的硬件系统的核心部分主要由两大部分组成，一是嵌入式工业主板w a f e r l x ，一是带触摸屏 的1 4 英寸( 用于单页显示) 和1 7 英寸( 用于双页显示) 宽屏l c d 显示器。在整个电子乐谱系统中，嵌入 式主板计算机是整个电子乐谱的硬件的核心，也是软件设计与操作的主体平台；显示器主要完成乐谱显示、 人机交互的功能。 2 2 2 嵌入式主板 电子乐谱的嵌入式系统主要采用威达电公司的w a f e r - l x 系列工业主板，主板实物如下图所示： 第6 页 第= $ 数字g 谱系统自勺# 体方$ 图2 - 3w a f e r - l x 主板实物图 w a f e r l x 系统规格图如下闰所示： 图2 4 w a f e r - l x 系统规格图 处理器：a m d g e o d e l x 8 0 0 ： b i o sa w a r d ： 系统芯片组：a m d c s 5 5 3 6 ； 系统内存：1 个2 0 0 p i ns o d i m ms d r a m 插槽，支持3 3 4 4 0 0 m h z d d r ，晟高达到l g ： 显示：一c r t ：集成a m d g e o d el x 8 0 0 ； - - t t l l v d s ：1 8 位单通道1 h l c d ； 以太同：双r t l 8 1 0 0 c1 0 1 0 0b a s e t 以太网控制器： i o 接口：一2xs a t a 一4x u s b20 lx c f i i 一2x r s - 2 3 2 一lx p s 2 k b m s lx f d d 第7 页 东南大学硕士学位论文 一lx r s - 4 2 2 4 8 5 1xl p t s u p e ri o ：w 8 3 6 2 7 h g ： 音频：a c 9 7c o d e cr e a l t e ka l c 2 0 3 ： 看门狗定时器：软件可编程、支持1 - 2 5 5 秒系统重启； 电源：+ 5 v + 5 ，支持a t a t x 电源； 功耗：+ 5 v 1 2 a ( a m dl x 8 0 0 带d d r 4 0 01 g br a m ) ： 工作温度：0 6 0 ( 3 2 1 4 0 * f ) ； 相对湿度：5 9 5 ； 重量：一毛重：6 7 0 9 ； 一净重：2 3 0 9 ； 尺寸：1 4 5 ( w ) m m x l 0 2 ( l ) m m ； 2 3 软件总体设计 2 3 1 软件开发环境 w a f e r l x 嵌入式主板相对于台式机来说，资源比较有限，所以，运行在嵌入式主板上的操作系统必 须是经过精简的操作系统，这样才能在有限的资源下，让整个电子乐谱系统高效快速的运行。同时，为了 满足不同用户的需求，我们分别在嵌入式主板上移植安装了两种操作系统，一是嵌入式w i n d o w sx p 操作 系统，一种是l i n u x 操作系统，其中，l i n u x 操作系统，我们选择精简版的p u p p yl i n u x 系统，它的大小只 有8 0 多兆，能够快速的运行在嵌入式主板上。嵌入式w i n d o w sx p 操作系统的安装比较简单，和在台式机 上安装w i n d o w s 系统相差不大，所以本章主要讲解嵌入式主板l i n u x 操作系统的安装。 w i n d o w sx pe m b e d d e d 是桌面操作系统的组件化版本，它能够快速开发出最为可靠的全功能连接设 备。它采用与w i n d o w sx pp r o f e s s i o n a l 相同的二进制代码，从而使得嵌入式开发人员能够只选择那些小覆 盖范围嵌入式设备所需的丰富定制化特性。w i n d o w sx p e m b e d d e d 构建在已经得到验证的w i n d o w s 2 0 0 0 代码库基础之上，它提供了业内领先的可靠性、安全性和性能，并且具备最新的多媒体、w e b 浏览、电源 管理及设置支持功能。 p u p p yl i n u x 不到8 8 m b 大小，但它自带了大量的扫描仪、打印机、数码相机的驱动以及音乐录制 编辑转换软件。p u p p yl i n u x 4 0 0 甚至还包含了一个完整的办公环境。小巧是p u p p yl i n u x 最大的特色， 它小到足以在早期的电脑的内存中运行。p u p p y 几乎能在所有的硬件上运行。它易于操作，可以非常容易 地适合个人偏好。麻雀虽小，但五脏俱全。在p u p p yl i n u x 中系统工具、网络软件、办公应用、影音娱乐都 一个都不会少的。整个p u p p yl i n u x 可以装载在内存中。这意味着，所有的应用程序一眨眼的功夫就能启 动，并且立即对用户的输入作出响应。p u p p yl i n u x 能从f l a s h 卡或者是任何的u s b 存储设备启动。 2 3 2 软件开发工具 基于开发需要跨平台的理由，系统采用q t 作为开发工到1 i ，m i n g w 作为编译环境。 第8 页 第二章数字乐谱系统的整体方案 图2 5q t 跨平台图形用户界面开发工具 o t 是挪威t r o l l t e c h 公司开发的面向对象、高度封装的跨平台c + + 图形用户界面应用软件框架，它为 用户提供了一个开发商业级别、多平台应用软件的环境。q t 始设计于1 9 9 2 年，当时还不过是几个程序员 为了方便程序的编写与维护而开发的一些程序集。1 9 9 4 年，开发者们建立了t r o l l t e c h 公司，1 9 9 5 年发布 了q t 的第一个商业版本。之后，如同l i n u x 的发展一样，q t 逐渐变得羽翼丰满。在中国，t r o l l t e c h 公司 在2 0 0 1 年6 月与红旗公司签订了协议，共同致力于在手持设备上使用q t 进行应用软件的开发；另一家大 腕台湾威盛也使用q t 的嵌入式版本在嵌入式平台上进行相关软件的开发。在国外，挪威的p g s 石油 与天然气公司在考察了多家公司的跨平台产品( 包括j a v a ) 之后选择了q t 进行数据处理软件的开发，该 公司有超过2 0 0 0 台的终端用于各种数据的采集、分析与处理。 现在全球已经有超过4 5 个国家的数以千计的程序员使用q t 开发各种软件。q t 的版本众多，可分为 两大家族：桌面平台家族与嵌入式平台家族。前者又包括以下三个平台： ( 1 ) w i n d o w s 平台，包括w i n d o w s9 5 9 8 、n t 4 、2 0 0 0 和x p 。 ( 2 ) x 1l 平台，包括l i n u x 、s o l a r i s 、h p u x 、m x 、a i x 以及其他一些u n i x 的变种。 ( 3 ) m a c 平台。后者运行于嵌入式l i n u x 内核之上，精简与优化了各种图形操作，程序运行时无需 x 1 l 与m o t i f 系统的支持，这样可有效减少内存消耗与c p u 负担。 对于用户来说，桌面家族和嵌入式家族所调用的函数与类是一致的，这样当你移植一个系统时所做 的改动就很少，甚至只需重新编译。q t 与j a v a 同属跨平台的开发工具，但原理却完全不同：q 的跨平台 特征是在代码级实现而非运行级，不同的平台需要单独编译，因此也不需要什么虚拟机。如果说j a v a 是“一 次编译，到处运行”的话，q t 就是“一次编码，到处编译”。这种差异导致的结果是q t 开发的程序运行效率 要高于j a v a 开发的程序，可以用于工控等有实时性要求的场合。 我们也曾经考虑过另外两个使用较广泛的跨平台开发工具：k y l i x 和w x w i n d o w s 。前者是b o r l a n d 公 司的力作，在功能上相当于d e l p h if o rl i n u x 。为了使代码能跨平台编译，b o r l a n d 新开发了一种组件c l x ，即交叉平台控件库( c o m p o n e n tl i b r a r yc r o s s p l a t f o r m ) 。巧的是q t 被选择作为c l x 的基础，因此 两者有着亲密的血缘关系。但k y l i x 上的开发语言是p a s c a l 语言， 并不是使用最广泛的c c + + 。w x w i n d o w s 同q t 比较类似，也是一个跨平台的c + + 开发架构，自身也不带编译器。它最初起源于英国爱丁堡大 学的人工智能研究所，9 3 年发布了第一个公开版本，支持w i n d o w s 、u n i x 和m a c 平台，目前由一个非 赢利目的的民间团体进行开发、升级与维护，源码开放，功能也比较完整。但它在整体的健壮性、易用性 和性能上和q t 仍有着一定的差距。 q t 的几个特征特别适合数字乐谱软件开发的要求： ( 1 ) 数据库编程。q t3 0 内建了一组独立于各平台和数据库的a p i ，专门用来调用s q l 数据库，这 组a p i 为o r a c l e 、p o s t g r e s q l 以及m y s q l 提供o d b c 以及特殊数据库驱动程序支持。q t3 0 内置g u i 第9 页 东南大学硕士学位论文 和底层数据库同步的数据检测支持功能，使得后台数据的更改与前端界面的刷新同步，而q td e s i g n e r 亦 支持这些新的控制功能，为数据库提供应用软件快速开发工具( r a d ) 解决方案。 ( 2 ) q td e s i g n e r 图形界面开发。q td e s i g n e r 是一个全功能的图形用户界面开发工具，与d e l p h i 的 界面有点相似。它支持包括菜单和工具栏的应用软件主窗口的交互式设计，并且完全支持可定制模式的窗 口控件。此外，q td e s i g n e r 还内置了c + + 编辑器，允许用户在r a d 环境中直接编辑源代码。 ( 3 ) q tl i n g u i s t 语言工具。q tl i n g u i s t 是一个本地化工具，能够让用户把基于q t 开发的程序从一 种语言简单、智能地转变成另外一个语言，适合于开发国际版软件。它能够把程序中所有可见的文本转换 成任何支持统一字符编码标准( u n i c o d e ) 和指定平台的语言，它最主要的特征是一个适应特殊目的的编辑 工具和多语言术语智能数据库。一旦完成新的翻译，数据库将保存这些术语，以便以后再次使用。此外， q tl i n g u i s t 还完全支持u n i c o d e3 。 ( 4 ) 支持h t t p 和f t p 网络协议。q t3 0 的网络编程模块提供一个通过h 1 v 即协议交换数据的a p i ( 以前版本已经实现f t p 协议) 。 ( 5 ) 支持多显示器。q t3 0 允许应用软件支持多个显示器。在u n i x 平台上，q t 3 0 支持x i n e r a m a 和传统的多显示器技术，而w i n d o w s 平台上则是w i n d o w s9 8 和2 0 0 0 支持的虚拟桌面技术。q t3 0 提供 一个独立于系统平台的a p i 以实现上述技术。 ( 6 ) 美观的g u i 界面实现。q t3 0 支持浮动窗口，扩展了风格引擎，支持大量的标准窗口部件，包 括进度显示条( p r o g r e s sb a r ) ，旋转框( s p i nb o x ) 以及表格标题( t a b l eh e a d e r ) 等。此外，它还为交互 式文本编辑增加了图形界面控制。 ( 7 ) 可接近性支持。q 可控制与提供有关可接近性体系结构的信息，通过q t 提供的标准工具可开 发视觉或肢体残疾用户使用的应用软件( 例如w i n d o w sm a g n i f i e r 和n a r r a t o r ) 。 2 3 3 软件系统总体结构 数字乐谱软件系统的目标是实现为数字乐谱的个人或团体使用者提供一套完整、智能、自动化的解 决方案。从设计的不同角度出发可分为用户界面设计和乐谱功能设计两块，从功能出发又可分为显示模块、 标注模块、文件操作模块和翻谱模块四部分，每个模块又由几个子模块组成。因此，该系统是一个集数字 乐谱显示、翻谱、标注、编辑于一体的完整的数字乐谱系统。系统总体结构如图2 6 所示。 图2 - 6 软件系统总体结构 ( 1 ) 用户界面 用户界面的设计包括显示主窗口和菜单界面两个子模块的设计。其中主窗口子模块主要完成将乐谱 文件显示出来，而菜单界面模块设计主要考虑界面布局、菜单按钮和菜单结构三个部分。事实上，用户界 第l o 页 第二章数字乐谱系统的整体方案 面与系统的所有其他模块都相关，是彼此交叉的关系，这里把用户界面单独提出来的原因是由于用户界面 设计在本系统的开发中的特殊重要性。 ( 2 ) 标注模块 标注模块由文本标注、音符标注、标注擦除和标注撤销四个子功能模块组成。文本标注主要实现对 乐谱的文本性质的标注操作；音符标注模块完成音符的标注功能；标注擦除可以擦除所做的任何标注；而 标注撤销则是撤销上一次所做的标注。 ( 3 ) 文件操作模块 文件操作模块主要完成乐谱文件库的建立与维护。包括四个子模块，文件移动、文件删除、文件排序 和文件检索。当文件管理器里的数字乐谱文件达到一定数量时，文件操作模块就显得尤为重要。文件移动 和文件删除可以合理的管理文件夹中的数字乐谱文件；而文件排序和文件检索可以迅速地把有某一相同特 征( 比如作曲、乐器种类等) 的数字乐谱文件归类或者搜索到。 ( 4 ) 翻谱模块 翻谱模块用来完成电子乐谱的核心功能，即自动翻谱。电子乐谱为了在翻谱时使用者提示正在翻页 提供了两种可选的动画翻页模式：翻书模式、切屏模式。翻书模式是指电子乐谱在翻谱时产生类似人们翻 书的动效果，产生一次翻谱动作，电子乐谱的两个显示器的乐谱都刷新。切屏模式是指电子乐谱自动翻谱 时，一次只刷新一个显示屏的乐谱。 ( 5 ) 图书馆模块 图书馆模块用于实现数字乐谱文件的在线交流和分享，本地乐谱文件的高级管理和传统纸质乐谱的 数字化等功能，涉及到乐谱文件格式的应用。这一模块不是传统电子乐谱系统设计的内容，本课题将此模 块作为拓展部分加以研究和讨论。 2 4 本章小结 系统基于嵌入式硬件平台，跨l i n u x 系统和w i n d o w s 系统的软件开发环境，以q t3 0 商业版为开 发工具，根据数字乐谱个人和团体使用者的需求，具体侧重翻谱、标注等几个功能模块的设计开发。描述 了数字乐谱系统中各主要模块的设计思想方法，系统在总体上有较好的开放性和前瞻性。系统设计遵从实 用性原则，易于使用，便于系统管理，具有优化的系统结构和完善的互动功能。 2 5 参考文献 【1 】j a s m i nb l a n c h e t t e m a r ks u m m e r f i e l d c + + g u ip r o g r a m m i n gw i t hq t3 【m 】p r e n t i c eh a l lp t r 2 0 0 4 【2 g r a e f ec ，w a h i l ad ，m a g u i r ej & d a s n ao d e s i g n i n gt h em u s e ：c h i p r o c e e d i n g sv o l u m e19 9 6 ：p p 4 3 6 - 4 4 1 【3 】张光中m i d i 文件转化为五线谱在嵌入式系统上的实现科技信息2 0 0 8 ：1 9 p 3 9 9 4 0 1 第1 1 页 第三章用户界面的设计和实现 第三章用户界面的设计和实现 3 1 用户界面的基本概念和设计方法 3 1 1 用户界面简介 用户界面唧s e ri n t e r f a c e ) 【1 1 又称人机界面、人机系统，是指用户与计算机系统之间进行交互的操作方 式。它集中体现了计算机系统的输入、输出功能，以及用户对系统的各个部件进行操作的控制功能，是人 机交互的桥梁。数字图书馆用户界面是一种人机交互系统，而计算机系统是最为常见的人机系统，它由计 算机硬件、软件和人三部分组成，人与硬件、软件的交叉部分即构成用户界面( 见图3 - 1 ) 【2 1 。 图3 1 用户界面示意图 人机系统( 即用户界面) 的工作流程一般由以下几