CN113707110A - 智能照明的控制方法和*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及智能灯光控制技术，公开了智能照明的控制方法和***；其方法包括，获取声音电压信号，拾音单元通过振动膜将声音的振动信号转换为声音的电压信号；分解声音电压信号，音频解码单元将声音的电压信号转换为数字信号，并通过FFT分解成声音的频谱；信号的转换，音频处理单元对声音的频谱进行转换，并将转换后的信号传送至显示单元，显示单元对接收的信号进行显示；通过前端拾音模块直接采集音频信号，对于音频信号的格式没有要求，且其设计成本低；通过音频解码单元转换为声音的频谱信号，其延时低，响应速度快；音频处理单元对频谱信号进行转换，能够匹配音乐氛围，节拍应对准确，音乐和光色对应效果好。
Description
技术领域
本发明涉及智能灯光控制技术，尤其涉及了智能照明的控制方法和***。
背景技术
随着科技进步，人民生活水平的提高，人们对于品质生活的需求开始日益高涨。人们发现灯光除了照明还有改变氛围，渲染气氛的作用。自此各种以渲染场景气氛为目的的各色灯光***开始纷纷在市场中出现，原来简单的照明灯光立马变的五颜六色，绚丽多姿起来。在各式各样的氛围灯技术中，有一种称为灯光音乐律动技术的氛围灯技术对人们的品质生活起着非常重要的影响。在这种灯光技术中灯光***的灯光一般会随着背景音乐的变化而发生有规律的变化，变化不一定是亮度变化，也包括颜色的变化。
例如专利名称为，一种随音乐律动显示***；专利申请号：CN201910845112.X申请日：2019-09-08；专利申请记载了，律动控制装置监测扬声器装置的声音音量，并输出控制命令给车载显示装置调整显示亮度；扬声器装置播放声音时，律动控制装置监测扬声器装置的声音频率，并输出控制命令给车载显示装置调整显示颜色；总的音强对应颜色，控制逻辑维度单一，音乐和光色无法密切联系。
例如专利名称为：一种车载音乐律动氛围灯电路；专利申请号：CN202011292584.6，申请日：2020-11-18专利申请记载了一种车载音乐律动氛围灯电路，包括电源电路、光感检测电路、恒压电路、发光电路、声音检测电路，所述电源电路经过恒压电路稳压后输出稳定电压给发光电路、声音检测电路供电，所述光感检测电路通过检测外部光信号的变化来控制所述恒压电路的通断，所述发光电路包括驱动电路和发光二极管LED1，所述声音检测电路通过检测外部声音信号的变化来控制所述驱动电路的通断，从而使得发光二极管LED1随着外部声音的变化而律动着亮灭。本发明通过声音检测电路的设置，实现了氛围灯随音乐的效果。
例如专利名称为：一种LED控制电路、控制器及级联控制器；专利申请号：CN202021209697.0；申请日：2020-06-24专利申请公开了一种LED控制电路、控制器及级联控制器，所述LED控制电路包括：音频信号采集模块，用于采集音频信号；音频控制模块，与所述音频信号采集模块连接，用于接收所述音频信号，检测所述音频信号的实时频率值与实时幅值，并根据所述实时频率值与所述实时幅值生成LED灯效控制信号，以控制LED灯呈现出预设的律动效果。该控制电路具有实时性地声音采集并转换成音乐律动功能，来实现LED灯条灯带等的灯光颜色、亮度、播放速度、显示效果、画面等的控制调节。
针对现有技术中的智能照明的技术固定的模拟信号限值，拾音效果差，具体应用中远近不同的场合效果无法保证；算法简单，一方面有较多主拍丢失，另一方面拾音/处理延时过长，会造成光变换的节奏对应不上音乐的节奏；对于解码芯片方式，通过串并联介入音频源，需要适配不同的应用场景以及音源格式，***复杂，成本高，应用灵活性差。
发明内容
本发明针对现有技术中智能照明的技术其设置固定的模拟信号限值，拾音效果差，不能保证不同场合效果；且算法简单，有较多主拍丢失，拾音、处理延时过长，会造成光变换的节奏对应不上音乐的节奏；对于解码芯片方式，通过串并联介入音频源，需要适配不同的应用场景以及音源格式，***复杂，应用灵活性差，提供了智能照明的控制方法和***。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
智能照明的控制方法，其包括拾音单元、音频解码单元、音频处理单元和显示单元；其方法包括，
获取声音电压信号，拾音单元通过振动膜将声音的振动信号转换为声音的电压信号；
分解声音电压信号，音频解码单元将声音的电压信号转换为数字信号，并通过FFT分解成声音的频谱；
信号的转换，音频处理单元对声音的频谱进行转换，并将转换后的信号传送至显示单元；
信号的显示，显示单元对接收的信号进行显示。
通过前端拾音模块直接采集音频信号，对于音频信号的格式没有要求，而且其设计成本低；同时通过音频解码单元转换为声音的频谱信号，其延时低，响应速度快；通过音频处理单元对频谱信号进行转换，能够匹配音乐氛围，节拍应对准确，音乐和光色对应效果好。
作为优选，音频处理单元包括响应速度的控制；响应速度的控制包括灵敏度的设置和采样间隔周期的设置。
作为优选，音频处理单元还包括节奏的控制。
作为优选，音频处理单元还包括频谱信号颜色的转换；节奏的控制包括灯带色温的控制；不同的频率段位置对应不同的颜色设置，并依据节奏快慢调整色温偏好确定灯带的色温；每个频率频谱分解信号幅值为Aamp，Fn为第n个频段的幅值积分结果；FF为第n个频段幅值积分的理论上限；
Lxn为位置n的亮度值。
作为优选，节奏的控制还包括重音拍数量的控制，通过算法控制确定单位时间内的有效的重音拍数，音拍数量的控制，通过公式2，
公式2中，p为重音拍数量，thigh高音拍周期，tmid中音拍周期，tlow低音拍周期，a为经验常数。
作为优选，节奏的控制还包括灯带变暗过程的调节，通过灯带步长设置进行灯带变暗过程调节。
作为优选，节奏的控制还包括灯带亮度调节，节奏自适应，重音拍响应优先于可控变暗的过程，通过设置重音拍的响应优先级，调节灯带的亮度。
通过对重音拍的设置，能够依据实际的使用环境灵活设置不同的灵敏度。
智能照明的控制***，其包括供电转换模块、前端拾音模块、音频解码模块和显示模块，供电转换模块提供电压至前端拾音模块、音频解码模块和显示模块；还包括音频处理模块；前端拾音模块，将接收的音频信号转换为电压信号，并传送至音频解码模块；音频解码模块对接收的电压信号进行声音频谱的分解，并将分解后的声音频谱信号传送至音频处理模块，音频处理模块依据频段控制算法获取声音的显示信号，将声音的显示信号传送至显示模块，显示模块对接收的声音信号进行显示。
作为优选，还包括至少4个电压转换模块，4个电压转换模块分别为第一电压转换模块，第二电压转换模块、第三电压转换模块和第四电压转换模块；第一电压转换模块提供电压至前端拾音模块；第二电压转换模块提供电压至音频解码模块；第三电压转换模块提供电压至音频处理模块；第四电压转换模块提供电压至显示模块。
作为优选，供电转换模块包括适配器、USB供电、电池供电。
作为优选，通过单芯片方案实现FFT分频及数据存储和调用。
作为优选，显示模块包括灯带、灯板、球泡灯等各种发光体。通过对显示模块设置为不同的组合及形式，其应用场景多。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：通过本发明设计的智能照明，通过FFT(快速傅里叶转换)分解频谱，基于声学，色彩学和心理学，将音乐和光色准确的密切的联系起来；通过设置阈值和采样算法优化，改善终端距离变化时的效果；通过算法控制变化步长，氛围参数配置等算法优化，改善整体效果；Mic终端拾音，无需在***中接入解码芯，无需适应各种音频信号格式；其设计简单，能够适应不同的音频信号。
附图说明
图1是本发明的***图。
图2是本发明的***供电转换模块电路图。
图3是本发明的前端拾音模块电路图。
图4是本发明的音频解码模块电路图.
图5是本发明的音频处理模块电路图。
图6是本发明的实施例3控制图。
图7是本发明的重音拍效果示意图。
图8是本发明的测试波形图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
智能照明的控制方法，包括拾音单元、音频解码单元、音频处理单元和显示单元；其方法包括，
获取声音电压信号，拾音单元通过振动膜将声音的振动信号转换为声音的电压信号；
分解声音电压信号，音频解码单元将声音的电压信号转换为数字信号，并通过FFT分解成声音的频谱；
信号的转换，音频处理单元对声音的频谱进行转换，并将转换后的信号传送至显示单元；
信号的显示，显示单元对接收的信号进行显示。
通过前端拾音模块直接采集音频信号，对于音频信号的格式没有要求，而且其设计成本低；同时通过音频解码单元转换为声音的频谱信号，其延时低，响应速度快；通过音频处理单元对频谱信号进行转换，能够匹配音乐氛围，节拍应对准确，音乐和光色对应效果好。
音频处理单元信号的转换包括频谱信号颜色的转换，每个频率频谱分解信号幅值为Aamp，Fn为第n个频段的幅值积分结果；FF为第n个频段幅值积分的理论上限；
Lxn为位置n的亮度值。发光体会随着音乐的律动节奏自动调节不同位置的颜色，展现出符合频率变化和声音高低的光色切换。
音频处理单元包括响应速度的控制；响应速度的控制包括灵敏度的设置和采样间隔周期的设置。
音频处理单元还包括节奏的控制，节奏的控制包括重音拍数量的控制，通过算法控制确定单位时间内的有效的重音拍数量；
灯带色温的控制，依据节奏快慢调整色温偏好确定灯带的色温；
灯带变暗过程的调节，通过灯带步长设置进行灯带变暗过程调节；
灯带亮度调节，节奏自适应，重音拍响应优先于可控变暗的过程，通过设置重音拍的响应优先级，调节灯带的亮度；
灯带闪烁的调节，加权导入一段时间内的光色信息，减缓灯带亮灭节奏。
重音拍数量的控制，通过公式2，
公式2中，p为重音拍数量，thigh高音拍周期，tmid中音拍周期，tlow低音拍周期，a为经验常数。通过对重音拍的设置，数量多周期短；能够灵活设置不同的灵敏度依据实际的实用环境。一般人眼能识别光色切换的速度为几十毫秒至一两百毫秒，假设周期100ms才能清晰的分辨两个音拍，在比较快节奏的音乐环境下，假设p为5，则a的经验取值为0.5。
实施例2
在实施例1基础上，本实施例定义位置1为红色，位置2为绿色，位置3为蓝色；将所述频谱分解信号分为3段，其中频率在200Hz-1500Hz范围内的转换值F1用作红色位置1的亮度Lx1计算；同理对于频率在1500Hz-2800Hz范围内的转换值F2用作绿色位置2的亮度Lx2计算；频率在3800Hz-4100Hz范围内的转换值F3用作蓝色位置3的亮度Lx3计算；
实施例3
在上述实施例基础上，本实施例定义最高音强设定值的50％以上为有效的重音拍，图3中#1，#2，#3，#4为相应的有效重音拍，即计数N＝4，相应公式中a1＝#1,a2＝#2,a3＝#3,a4＝#4,；最高音强设定值的20％-50％之间为小节拍，如图中#5，#6，#8，#9，#10，仅在一段时间t之内有效重音拍计数为N＝0的时候，参与计算并控制光色，避免长时间灯灭，此时公式中b1＝#5,b2＝#6,b3＝#8,b4＝#9,b5＝#10；否则做过滤处理，减少闪烁次数，9次减少到4次；最高音强设定值的20％以下定义为微响或底噪，如图中#7，无条件做过滤处理。本实施例中所述的50％，20％的灵敏度，可以根据实际使用的环境，音源原始强度等条件，灵活设置成其他百分比，以实现类似效果为准。实现自适应距离和强度；
t∈(t1，t2)
Lxlim为重音拍的阈值，Pact实际的音拍；N为实际检测到的重音拍的数量。
本实施例中设置p＝0.4，并定义1秒内检测到小于等于2个有效重音拍为慢节奏氛围，则此氛围中各个模式的灯光变换控制周期为200ms；定义1秒内检测到大于2个且小于等于5个有效重音拍为正常节奏氛围，则此氛围中各个模式的灯光变换控制周期为80～200ms；定义1秒内检测到大于等于5个有效重音拍为快节奏氛围，则此氛围中各个模式的灯光变换控制周期为80ms。
选取波长较长的谱段如红橙黄绿为暖色配色，选取波长较短的谱段如绿青蓝紫为冷色配色；快节奏氛围中，增大暖色区放大系数使整体氛围偏暖；慢节奏氛围中，增大冷色区放大系数使整体氛围偏冷。
通过设定调节步长，控制灯光渐渐变暗来模拟自然音频阻尼衰减的过程。本实施例中，定义变暗过程总持续时间100ms，步长为20％，步长为占空比或幅值；总持续时间和步长可以依据实际条件选取其他参数，实现类似效果为准。改善节拍效果，设定有效重音拍的检测为第一优先级，每20ms一次的变暗过程中，检测到有效重音拍立即响应亮度变化，打断变暗过程。
实施例4
在上述实施例基础上，本实施例的显示单元通过驱动RGB工作的模拟驱动信号或数字IC接收所述频段算法控制单元发送的亮灭控制时序信号，控制红绿蓝灯珠以不同的亮度工作实现所述频段算法控制单元定义的各种算法，最终体现出准确的，及时的声音和颜色的对应关系。
实施例5
在上述实施例基础上，通过智能照明的控制方法实现的智能照明的控制***，其包括供电转换模块、前端拾音模块、音频解码模块和显示模块，供电转换模块提供电压至前端拾音模块、音频解码模块和显示模块；还包括音频处理模块；前端拾音模块，将接收的音频信号转换为电压信号，并传送至音频解码模块；音频解码模块对接收的电压信号进行声音频谱的分解，并将分解后的声音频谱信号传送至音频处理模块，音频处理模块依据频段控制算法获取声音的显示信号，并声音的显示信号传送至显示模块，显示模块对接收的声音信号进行显示。
通过单芯片方案实现FFT分频及数据存储和调用；音频解码模块为FFT音频解码模块通过其自身配备的AD转换口将电压信号转换成数字信号，从而被运算器件识别，运算器件通过FFT(快速傅里叶转换)分解声音频谱，基于香农采样定理，选取合适的采样频率，窗函数。数据重叠等方法将声音频谱分解成数个频率段的频谱分解信号，每个频率段数值对应不同的音量幅值高低。
前端拾音模块包括麦克风或咪头等声电转换器件，本实施例中为驻极体电容式麦克风，也可替换成其他如晶体麦克风，碳质麦克风，或动态麦克风等声电转换器件。
实施例6
在上述实施例基础上，本实施例的智能照明的控制***，还包括电压转换模块，其中电压转换模块为4个，4个电压转换模块分别为第一电压转换模块，第二电压转换模块、第三电压转换模块和第四电压转换模块；第一电压转换模块提供电压至前端拾音模块；第二电压转换模块提供电压至音频解码模块；第三电压转换模块提供电压至音频处理模块；第四电压转换模块提供电压至显示模块。通过对不同的模块分开供电，其适用性强，对于不同型号的芯片均可适用。
Claims (10)
1.智能照明的控制方法，包括拾音单元、音频解码单元、音频处理单元和显示单元；其方法包括，
获取声音电压信号，拾音单元通过振动膜将声音的振动信号转换为声音的电压信号；
分解声音电压信号，音频解码单元将声音的电压信号转换为数字信号，并通过FFT分解成声音的频谱；
信号的转换，音频处理单元对声音的频谱进行转换，并将转换后的信号传送至显示单元；
信号的显示，显示单元对接收的信号进行显示。
2.根据权利要求1所述的智能照明的控制方法，其特征在于，音频处理单元包括节奏的控制。
3.根据权利要求1所述的智能照明的控制方法，其特征在于，音频处理单元还包括响应速度的控制；响应速度的控制包括灵敏度的设置和采样间隔周期的设置。
4.根据权利要求2所述的智能照明的控制方法，其特征在于，音频处理单元还包括频谱信号颜色的转换；节奏的控制包括灯带色温的控制；不同的频率段位置对应不同的颜色设置，并依据节奏快慢调整色温偏好确定灯带的色温；每个频率频谱分解信号幅值为Aamp，Fn为第n个频段的幅值积分结果；FF为第n个频段幅值积分的理论上限；
Lxn为位置n的亮度值。
5.根据权利要求2所述的智能照明的控制方法，其特征在于，节奏的控制还包括重音拍数量的控制，通过算法控制确定单位时间内的有效的重音拍数，音拍数量的控制，通过公式2获得音拍周期，
公式2中，p为重音拍数量，thigh高音拍周期，tmid中音拍周期，tlow低音拍周期，a为经验常数。
6.根据权利要求2所述的智能照明的控制方法，其特征在于，节奏的控制还包括灯带变暗过程的调节，通过灯带步长设置进行灯带变暗过程调节。
7.根据权利要求2所述的智能照明的控制方法，其特征在于，节奏的控制还包括灯带亮度调节，节奏自适应，重音拍响应优先于可控变暗的过程，通过设置重音拍的响应优先级，调节灯带的亮度。
8.根据权利要求2所述的智能照明的控制方法，其特征在于，节奏的控制还包括灯带闪烁的调节，加权光色信息，减缓灯带亮灭节奏。
9.智能照明的控制***，包括供电转换模块、前端拾音模块、音频解码模块和显示模块，供电转换模块提供电压至前端拾音模块、音频解码模块和显示模块；其特征在于，还包括音频处理模块；前端拾音模块，将接收的音频信号转换为电压信号，并传送至音频解码模块；音频解码模块对接收的电压信号进行声音频谱的分解，并将分解后的声音频谱信号传送至音频处理模块，音频处理模块依据频段控制算法获取声音的显示信号，将声音的显示信号传送至显示模块，显示模块对接收的声音信号进行显示。
10.根据权利要求9所述的智能照明的控制***，其特征在于，音频解码模块包括单芯片模组，单芯片模组用于实现FFT分频、数据存储和调用。
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