CN114466495B - 一种声音变化控制灯光亮度和色彩高度匹配变化的方法 - Google Patents

Abstract

一种声音变化控制灯光亮度和色彩高度匹配变化的方法，包括以下步骤：S1：捕捉声音信号，将当前时刻之前的一段声音信号中的有效频率转化为数据组ts1，将该段声音信号中的有效振幅转化为数据组ts2；S2：将数据组ts1转化为时间与颜色相对应的数据组tm1，将数据组ts2转化为时间与亮度相对应的数据组tm2；然后将数据组tm1和数据组tm2组合为数据组TM，并使数据组TM与电压数据池M一一对应；其中，电压数据池M用于驱动灯具，使灯具发出具有某种颜色的灯光，并使该灯光具有某一等级的亮度。本方法能够使灯具显示的颜色与音乐频率的高低进行高度匹配，并使灯具的亮度与音乐声量的大小进行高度匹配，在人体感知上使灯光与音乐所表达的情感相适应。

Description

一种声音变化控制灯光亮度和色彩高度匹配变化的方法

技术领域

本发明涉及智能灯具领域，尤其是涉及一种声音变化控制灯光亮度和色彩高度匹配变化的方法。

背景技术

随着家居的智能化发展，智能灯具也应运而生。由于便于控制，智能灯具在生活中能够给人们带来很大的便利，在满足人们对照明要求的同时，亮度和色彩的变化可以增加人们对灯光使用的趣味性。但是在目前的智能灯具领域中，智能灯具的音乐播放韵律与灯光亮度和色彩并不能完美的配合。突出的表现是，当音乐音量较小时，灯光的亮度和色彩不会出现明显的变化；而当音乐音量足够大时，灯光亮度和色彩变化的节奏与音乐的节奏并不匹配，人们感觉声音只是能偶尔控制一下灯光，多数情况下灯光的颜色和亮度都是按固定的节奏变化，并不会随着声音的节奏变化，或者在某种节奏感较强的音乐情景下灯光变化匹配度较为一致，但在轻音乐或节奏感不是特别强烈的音乐或声源情景下灯光变化匹配度就出现不一致的情况，人们的感官体验大幅降低，制约了智能灯具的应用领域和使用场景。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种声音变化控制灯光亮度和色彩高度匹配变化的方法，其目的在于：使灯具显示的颜色与音乐频率的高低进行高度匹配，并使灯具的亮度与音乐声量的大小进行高度匹配，在人体感知上使灯光与音乐所表达的情感相适应。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种声音变化控制灯光亮度和色彩高度匹配变化的方法，包括以下步骤：

S1：捕捉声音信号，将当前时刻之前的一段声音信号中的有效频率转化为历史数据组ts1，并将该段声音信号中的有效振幅转化为历史数据组ts2；

S2：通过算法m1将历史数据组ts1转化为时间与颜色相对应的数据组tm1，通过算法m2将历史数据组ts2转化为时间与亮度相对应的数据组tm2，然后将数据组tm1和数据组tm2组合为数据组TM，并使数据组TM与电压数据池M一一对应；所述电压数据池M用于驱动灯具，使灯具发出具有一种颜色的灯光，并使该灯光具有一种等级的亮度；其中，

算法m1为：首先计算历史数据组ts1中所有有效频率的加权平均值，然后计算加权平均值与当前有效频率F之间的偏移量△F，即：

△F=(F1+F2+F3+...+Fs)/s-F；

设定n1个连续的频段区间，偏移量△F位于其中的一个频段区间内，该频段区间的区间代号构成数据组tm1；

算法m2为：选取将历史数据组ts2中的最大有效振幅Am，然后计算当前有效振幅A与最大有效振幅Am的比值L，即：L=A/Am，该比值L构成数据组tm2。

优选的，在步骤S1中，通过FFT变换将该段声音信号转换为多组离散数据，每组离散数据都具有一组频率数据和一组与该频率数据相对应的振幅数据；提取振幅数据中的最大振幅，并将该最大振幅作为该组离散数据的有效振幅；同时，提取该有效振幅所对应的频率，并将该频率作为该组离散数据的有效频率。

优选的，在算法m2中，设定n2个连续的区间，比值L位于其中的一个区间内，该区间的区间代号构成数据组tm2。

优选的，所述灯具内置有控制***，所述控制***包括控制模块、音乐播放器和声音捕捉器；其中，声音捕捉器用于捕捉来自音乐播放器的声音，控制模块能够根据该声音的变化使灯具的灯光亮度和颜色随之高度匹配变化。

优选的，所述控制模块具有寄存器，在寄存器内写入有电压数据池M。

优选的，所述灯具为蓝牙灯具，蓝牙灯具能够通过蓝牙通讯模块与手机连接；在手机内安装有用于控制蓝牙灯具的APP软件，APP软件能够调用手机上的麦克风来捕捉声音，并根据该声音的变化使蓝牙灯具的灯光亮度和颜色随之高度匹配变化。

优选的，在步骤S2中，数据组TM经过加密打包成数据包C，数据包C通过蓝牙通讯协议X发送到蓝牙通讯模块上，蓝牙通讯模块对数据包C进行解密，解密后的数据组与电压数据池M一一对应。

由于采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明中的灯具，其颜色的显示是建立在有效频率的偏移量上的，由于当前的有效频率和偏移量都是随时间而变化的，因此灯具能够随着音乐频率的变化而显示出不同的颜色。此外，本发明将当前音量值与组内最大音量值的比值作为灯具亮度的指标，并将灯具显示的颜色与亮度进行结合，丰富了视觉上的表达。

相比背景技术，本匹配方法能够使灯具显示的颜色与音乐频率的高低进行高度匹配，并使灯具的亮度与音乐声量的大小进行高度匹配，在人体感知上使灯光与音乐所表达的情感相适应。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为算法m1的流程图。

图3为算法m2的流程图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种声音变化控制灯光亮度和色彩高度匹配变化的方法，在本实施例中，该方法用于蓝牙灯具。所述蓝牙灯具内置有控制模块、蓝牙通讯模块和RGBCW投光灯，其中，蓝牙通讯模块的引脚通过转接板电路与灯具的驱动电路连接，驱动电路由IC放大功率电路组成，用于驱动RGBCW投光灯发光。本蓝牙灯具能够通过蓝牙通讯模块与手机连接，在手机内安装有用于控制蓝牙灯具的APP软件，该APP软件能够控制音乐的播放，并能调用手机上的声音捕捉器（麦克风）捕捉该音乐的声音信号。

在控制模块的寄存器内预先写入有电压数据池M，电压数据池M用于驱动蓝牙灯具，使蓝牙灯具显示某一颜色，并使该颜色具有某一等级的亮度。在本实施例中，电压数据池M具有120组电压值，每组电压值均具有R、G、B三路电压值，每一组电压值都能够驱动蓝牙灯具，使其发出某一种颜色的灯光，并使该灯光具有某一等级的亮度。具体的，本蓝牙灯具能够显示24种颜色，每种颜色具有5种亮度等级。这样，电压数据池M就对应蓝牙灯具的120种显示状态。电压数据池M的组数越多，蓝牙灯具所能够显示出的状态就越多，表现也就越丰富；相反，电压数据池M的组数越少，显示出的状态就越少。

为了实现声音变化控制灯光亮度和色彩的高度匹配，本方法包括以下步骤：

S1：通过声音捕捉器捕捉声音信号，并通过FFT变换将当前时刻之前的一段声音信号中的有效频率转化为历史数据组ts1，并将该段声音信号中的有效振幅转化为历史数据组ts2。

如图1所示，在本实施例中，对声音信号的FFT变换是在手机的APP软件中进行的。APP软件能够控制手机内音乐的播放，并能调用手机上的声音捕捉器（麦克风）捕捉该音乐的声音信号，并将当前时刻之前的一段声音信号转换为多组离散数据，每组离散数据都具有一组频率数据和一组与该频率数据相对应的振幅数据，比如：（f1、a1）、（f2、a2）、...、（fn、an）。APP软件从中提取出振幅数据中的最大振幅，并将该最大振幅作为该组离散数据的有效振幅a；同时，APP软件提取该有效振幅所对应的频率，并将该频率作为该组离散数据的有效频率f。比如某一组离散数据中的a5为最大振幅，则APP软件将a5作为该组离散数据的有效振幅，同时，APP软件将a5所对应的f5作为该组离散数据的有效频率。即在某一时刻所对应的一组离散数据中，APP软件从中提取（f5、a5）作为有效数据，其余数据忽略。以此类推， APP软件提取该声音信号中所有的有效频率，并将该有效频率按时间顺序组成一组由F1、F2、...、Fs构成的历史数据组ts1。同样的，APP软件提取该声音信号中所有的有效振幅a，并将该有效振幅a按时间顺序组成一组由A1、A2、...、As构成的历史数据组ts2。

在本实施例中，历史数据组ts1和历史数据组ts2在寄存器内寄存，对于历史数据组ts1来说，寄存器都具有255个寄存位，s的最大值为255，当s值超过255时就会移除最老的有效频率。对于历史数据组ts2来说，寄存器都具有80个寄存位，s的最大值为80，当s值超过80时就会移除最老的有效振幅。这样，随着音乐的播放，有效频率和有效振幅都会随时间而被顺次更新，实现动态更新。

S2： APP软件接着通过算法m1将历史数据组ts1转化为时间与颜色相对应的颜色数据组tm1，通过算法m2将历史数据组ts2转化为时间与亮度相对应的亮度数据组tm2。

如图2所示，算法m1为：

首先计算历史数据组ts1中所有有效频率的加权平均值，然后计算加权平均值与当前有效频率F之间的偏移量△F，即：△F=(F1+F2+F3+...+Fs)/s-F。设定有n1个连续的频段区间，偏移量△F位于其中的一个频段区间内，该频段区间的区间代号构成数据组tm1。

在本实施例中，在控制模块内设定有24个频段区间，其中包括22个闭合频段区间和两个开放频段区间，两个开放频段区间分别位于22个闭合频段区间的两端，24个频段区间分别对应24组蓝牙灯具所要显示的颜色。具体的，每一个当前偏移量△F都能与24个频段区间中的某一个频段区间相对应，那么该频段区间所对应的区间代号将被写入颜色数据组tm1中，这样随着偏移量△F的不断更新，构成区间代号与时间相对应的颜色数据组tm1。由于颜色数据组tm1与电压数据池M一一对应，因此蓝牙灯具显示出该频段区间所对应的颜色。比如当前的偏移量△F为8，则偏移量△F落入图2中（5≤△F＜10）的频段区间，而该频段区间的区间代号14代表显示绿色灯光，区间代号14与电压数据池M中显示绿色的某一组电压值相对应，该组电压值使蓝牙灯具显示绿色灯光。值得注意的是，电压数据池M中使蓝牙灯具显示绿色灯光的有5组电压值，每组电压值都能使蓝牙灯具显示的绿色灯光具有不同的亮度等级，这就需要对灯光颜色的亮度等级进行选择。

还值得注意的是，偏移量△F也可以表示为：△F=F-(F1+F2+F3+...+Fs)/s。显然，相对于△F=(F1+F2+F3+...+Fs)/s-F，前者的偏移量△F与后者的偏移量△F仅有正负号上的差别，由于频段区间的区间代号所代表的颜色是人为自定义的，因此采用前者公式或后者公式计算的偏移量△F，在使用效果上并没有实质上的区别。

由于历史数据组ts1与采样时间有对应关系，而且当前时间所对应的有效频率F，以及数据组ts1都是随时间而不断更新的，因此偏移量△F是随有效频率F变化而变化的，那么APP软件就能够将历史数据组ts1转化为时间与颜色相对应的颜色数据组tm1。这样，随着音乐频率的变化，蓝牙灯具的显示颜色也跟随变化。显然，这样的变化具有高度的匹配性。

如图3所示，算法m2为：

计算当前有效振幅A与历史数据组ts2内最大有效振幅Am的比值L，即：L=A/Am，该比值L构成亮度数据组tm2。

在本实施例中，历史数据组ts2具有80个有效振幅，APP软件选取其中最大有效振幅Am。比值L代表当前蓝牙灯具的亮度，比值L越大，亮度越高；比值L越小，亮度越小。由于历史数据组ts2与采样时间有对应关系，历史数据组ts2是随时间而不断更新的，因此最大有效振幅Am也是不断更新的。再由于当前有效振幅A是变化的，因此当前蓝牙灯具的亮度也随之高度匹配变化。这样，APP软件就能够将历史数据组ts2转化为时间与亮度相对应的亮度数据组tm2。

为了降低硬件的负担，需要适量减少亮度等级的数量。在本实施例中，将比值L按大小分成5个连续的区间，每个区域对应一个亮度等级。比如，区间Ⅰ（0≤L＜20%）对应亮度等级Ⅰ，区间Ⅱ（20≤L＜40%）对应亮度等级Ⅱ，区间Ⅲ（40≤L＜60%）对应亮度等级Ⅲ，区间Ⅳ（60≤L＜80%）对应亮度等级Ⅳ，区间Ⅴ（80≤L＜100%）对应亮度等级Ⅴ。如果某时刻比值L为73%，对应的亮度等级为Ⅳ，那么区间Ⅳ的区间代号Ⅳ将被写入亮度数据组tm2中。这样随着历史数据组ts2的不断更新，构成区间代号与时间相对应的亮度数据组tm2。显然，区间分得越多，灯光的亮度等级就越多，同色灯光的变化就越丰富。但是电压数据池M也需要配置更大的数量。

最后， APP软件将颜色数据组tm1和亮度数据组tm2组合为数据组TM，并使数据组TM与电压数据池M一一对应。由于数据组TM具有一系列有关颜色的区间代号和有关亮度的区间代号，当某时刻颜色的区间代号为14，亮度的区间代号为Ⅳ，那么此时该数据组（14，Ⅳ）与电压数据池M中的某组电压值唯一对应，该组电压值驱动蓝牙灯具，使蓝牙灯具发出具有Ⅳ亮度的绿色灯光。

为了便于数据的传输，在本实施例中，数据组TM经过加密打包成数据包C，数据包C通过蓝牙通讯协议X发送到蓝牙通讯模块上，蓝牙通讯模块将数据包C解密，解密后的数据组TM与电压数据池M一一对应。电压数据池M中处于触发状态的电平电压经过转接电路和IC功放电路后，驱动蓝牙灯具发光，使灯光的亮度和色彩随音乐而变化。

由上述可知，颜色数据组tm1和亮度数据组tm2都是随音乐的进程而不断变化的。由于音乐声音的捕捉、数据的转换和传输是不间断的，而且用时很短，因此本蓝牙灯具的灯光亮度和色彩能够高度匹配音乐频率的高低和音量大小，在人体感官上，使灯光与音乐所表达的情感相适应。

值得注意的是，本灯具的应用不限于蓝牙灯具以及用于控制蓝牙灯具的手机。本灯具还可以独立成为一个***，该***包括控制模块、音乐播放器和声音捕捉器等硬件，其中，声音捕捉器能够捕捉来自音乐播放器的声音。各硬件能够在控制软件的协同和控制下，使灯光的亮度和颜色随声音的变化而高度匹配变化。

未详述部分为现有技术。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种声音变化控制灯光亮度和色彩高度匹配变化的方法，其特征是：包括以下步骤：

S1：捕捉声音信号，将当前时刻之前的一段声音信号中的有效频率转化为历史数据组ts1，并将该段声音信号中的有效振幅转化为历史数据组ts2；

S2：通过算法m1将历史数据组ts1转化为时间与颜色相对应的数据组tm1，通过算法m2将历史数据组ts2转化为时间与亮度相对应的数据组tm2，然后将数据组tm1和数据组tm2组合为数据组TM，并使数据组TM与电压数据池M一一对应；所述电压数据池M用于驱动灯具，使灯具发出具有一种颜色的灯光，并使该灯光具有一种等级的亮度；其中，

算法m1为：首先计算历史数据组ts1中所有有效频率的加权平均值，然后计算加权平均值与当前有效频率F之间的偏移量△F，即：

△F=(F1+F2+F3+...+Fs)/s-F；

设定n1个连续的频段区间，偏移量△F位于其中的一个频段区间内，该频段区间的区间代号构成数据组tm1；

算法m2为：选取将历史数据组ts2中的最大有效振幅Am，然后计算当前有效振幅A与最大有效振幅Am的比值L，即：L=A/Am，该比值L构成数据组tm2。

2.如权利要求1所述的一种声音变化控制灯光亮度和色彩高度匹配变化的方法，其特征是：在步骤S1中，通过FFT变换将该段声音信号转换为多组离散数据，每组离散数据都具有一组频率数据和一组与该频率数据相对应的振幅数据；提取振幅数据中的最大振幅，并将该最大振幅作为该组离散数据的有效振幅；同时，提取该有效振幅所对应的频率，并将该频率作为该组离散数据的有效频率。

3.如权利要求1所述的一种声音变化控制灯光亮度和色彩高度匹配变化的方法，其特征是：在算法m2中，设定n2个连续的区间，比值L位于其中的一个区间内，该区间的区间代号构成数据组tm2。

4.如权利要求1或2或3所述的一种声音变化控制灯光亮度和色彩高度匹配变化的方法，其特征是：所述灯具内置有控制***，所述控制***包括控制模块、音乐播放器和声音捕捉器；其中，声音捕捉器用于捕捉来自音乐播放器的声音，控制模块能够根据该声音的变化使灯具的灯光亮度和颜色随之高度匹配变化。

5.如权利要求4所述的一种声音变化控制灯光亮度和色彩高度匹配变化的方法，其特征是：所述控制模块具有寄存器，在寄存器内写入有电压数据池M。

6.如权利要求1或2或3所述的一种声音变化控制灯光亮度和色彩高度匹配变化的方法，其特征是：所述灯具为蓝牙灯具，蓝牙灯具能够通过蓝牙通讯模块与手机连接；在手机内安装有用于控制蓝牙灯具的APP软件，所述APP软件能够调用手机上的麦克风来捕捉声音，并根据该声音的变化使蓝牙灯具的灯光亮度和颜色随之高度匹配变化。

7.如权利要求6所述的一种声音变化控制灯光亮度和色彩高度匹配变化的方法，其特征是：在步骤S2中，数据组TM经过加密打包成数据包C，数据包C通过蓝牙通讯协议X发送到蓝牙通讯模块上，蓝牙通讯模块对数据包C进行解密，解密后的数据组与电压数据池M一一对应。

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