TWI600992B - 一種音樂燈光律動系統及方法 - Google Patents

Description

一種音樂燈光律動系統及方法

本發明涉及燈光裝置技術領域，尤其涉及一種音樂燈光律動系統及方法。

隨著科技進步，人民生活水平的提高，人們對於品質生活的需求開始日益高漲。白熾燈的發明是人類文明從近代走向現代文明的重要標誌之一，人們通過燈光將黑夜染成白晝。進入21世紀後，人們發現燈光除了照明還有改變氛圍，渲染氣氛的作用。自此各種以渲染場景氣氛爲目的的各色燈光系統開始紛紛在市場中出現，原來簡單的照明燈光立馬變的五顔六色，絢麗多姿起來。在各式各樣的氛圍燈技術中，有一種稱爲燈光音樂律動技術的氛圍燈技術對人們的品質生活起著非常重要的影響。在這種燈光技術中燈光系統的燈光一般會隨著背景音樂的變化而發生有規律的變化，變化不一定是亮度變化，也包括顔色的變化。這種技術通常分爲兩種實現方式，一種是根據音頻功放系統揚聲器中電壓的變化帶動燈光的明暗變化，來起到節奏燈光的作用。揚聲器是由電磁鐵，線圈，喇叭振膜組成。聲音的能量越大，聲響越大，就需要更大的電壓來驅動喇叭振膜。這種燈光系統利用揚聲器的這個現象，在線圈到喇叭振膜中間遷出一根額外電路來驅動燈光，此時燈光的明暗變化就隨著音樂强度的變化而改變。另一種則是人工事先根據音樂種類來對燈光系統進行預編程，從而控制不同燈光來隨著音樂節奏進行閃爍和變化。這種系統需要編程人員對將要編輯的歌曲有十分深入的理解，這些編程人員需要針對某些常見歌曲或旋律編寫一種特殊的脚本，並將脚本燒寫到律動系統的ROM（唯讀存儲器）中，然後系統啓動後根據唯讀存儲器中的數據來驅動燈光系統。

在基於揚聲器實現的音樂燈光律動技術中，由於實現原理的簡單性，導致燈光不能實現複雜的效果，只能通過基本的明暗變化來模擬音樂中的節奏。這種音樂燈光律動技術只能配合節奏明顯的搖滾或流行樂，如果是古典交響樂或者較輕柔的樂曲，則會因爲節奏不明顯而表現力下降。除此之外，該技術只能實現節奏的律動，而節奏僅僅只是音樂表現力的一部分，而更重要的旋律則無法表現，不僅如此，該技術通過軟件控制較難，只適合簡單的場景。

在基於單片機預編程的燈光律動技術中，由於需要人工預先對音樂效果進行脚本編程，則存在適用範圍的局限性問題，由於人類從古至今音樂種類繁多，每個人對音樂的興趣又不同，不可能存在一個數據庫對所有的音樂都有相關的燈光控制脚本。採用該技術的燈光律動系統需要大量的時間和金錢投入。

所以不論是基於揚聲器還是基於單片機與編程實現的音樂燈光律動技術，均不能高效、便捷的實現具有强表現力的燈光效果。

針對上述技術問題，本申請提供了一種音樂燈光律動系統，所述系統包括：

採集配置模組，採集環境信息和/或獲取外界輸入信息，並根據所述環境信息和/或外界輸入信息配置算法參數，以獲得旋律譜；

音樂播放器，用於播放音頻數據；

數字音頻提取模組，與所述音樂播放器相連，以接收並根據所述音樂播放器的播放流獲得數字音頻信號信息；

律動算法模組，分別與所述採集配置模組和所述數字音頻提取模組相連，且所述律動算法模組根據所述算法參數對所述數字音頻信號信息進行處理，以獲得節奏譜；

控制模組，分別與所述採集配置模組和所述律動算法模組相連，以接收並根據對所述旋律譜和所述節奏譜獲取律動驅動信號；以及

與所述控制模組連接的燈珠，所述控制模組根據所述律動驅動信號控制所述燈珠進行有規律的閃爍。

較佳的，所述採集配置模組包括：

場景採集單元，接收所述環境信息和/或所述外界輸入信息，處理後獲取律動參數；

律動算法配置單元，與所述場景採集單元相連，接收所述律動參數，配置算法參數，並自動生成旋律譜；

其中，所述環境信息包括溫度信息、和/或視頻信息，所述外界處理信息包括喜好信息、和/或音樂類型信息、和/或配置文件信息。

較佳的，所述場景採集單元與溫度傳感器、攝像頭以及所述音樂播放器相連，用於接收所述溫度信息、所述視頻信息以及所述音樂類型信息。

較佳的，所述場景採集單元通過雲端大數據獲取用戶的所述喜好信息；以及

所述場景採集單元設置有用戶帳號，用戶通過登錄所述用戶帳號自行發出所述配置文件信息。

較佳的，所述節奏譜和所述旋律譜是一系列由0到255數字組成的數組；

其中，每組數組中均包括三個分別與紅、綠、藍一一對應的數字。

較佳的，所述控制模組包括：

光譜混合單元，與所述律動算法配置單元和所述律動算法模組相連，對所述旋律譜和所述節奏譜進行混合，獲得所述律動驅動信號；

燈光驅動單元，與所述光譜混合單元及所述燈珠相連，根據所述律動驅動信號驅動點亮所述燈珠；

其中，所述光譜混合單元還接收用戶直接輸入的所述旋律譜。

較佳的，包括步驟：

S1：所述場景採集單元獲取所述環境信息和/或所述外界輸入信息，並根據所述環境信息和/或外界輸入信息獲得所述律動參數，將所述律動參數輸入至所述律動算法配置單元；

S2：所述律動算法配置單元根據所述律動參數配置所述算法參數，並自動生成所述旋律譜；

S3：所述數字音頻提取模組提取所述播放流，獲得所述數字音頻信號信息；

S4：所述律動算法模組根據所述算法參數對所述數字音頻信號信息進行處理，獲得所述節奏譜；

S5：判斷所述光譜混合單元中是否有來自用戶輸入的所述旋律譜，如果沒有，執行S6，否則執行S7；

S6：所述光譜混合單元接收所述律動算法配置單元傳遞來的所述旋律譜，並與所述節奏譜進行混合，獲得所述律動驅動信號；

S7：所述光譜混合單元接收來自用戶輸入的所述旋律譜，並與所述節奏譜進行混合，獲得所述律動驅動信號；

S8：所述燈光驅動單元接收所述律動驅動信號，驅動點亮所述燈珠，獲得燈光效果。

較佳的，在所述步驟S4中，所述律動算法模組對所述數字音頻信號信息進行快速傅立葉變換，以獲得所述節奏譜。

較佳的，在所述步驟S1中，當所述溫度傳感器測量的溫度大於等於35度，所述溫度信息用數字0表示；當所述溫度傳感器測量的溫度在之間，所述溫度信息用數字1表示；當所述溫度傳感器測量的溫度在（5，20）之間，所述溫度信息用數字2表示；當所述溫度傳感器測量的溫度在5度及5度以下，所述溫度信息用3表示。

較佳的，在所述步驟S1中，所述場景採集單元利用識別算法，對採集到的視頻進行分析處理，以獲取所述視頻中是否存在人的圖像；在判定存在人的圖像後，判斷所述視頻中包括的人的圖形的個數，若所述人的圖形個數爲1，則用數字-1表示所述視頻信息；否則，用數字0表示所述視頻信息。

較佳的，將所述溫度信息和所述視頻信息相加，以獲得環境權值，並根據所述環境權值生産冷色調旋律譜或暖色調旋律譜。

較佳的，冷色調旋律譜對應的所述環境權值大於所述暖色調旋律譜對應的所述環境權值。

綜上所述，由於採用了上述技術方案，本專利申請記載了一種音樂燈光律動系統和方法，其有益效果有：將節奏和旋律都同時考慮在內，並通過對節奏和旋律進行統計分析，獲取最終律動效果，相比於單一使用節奏或旋律來獲取律動效果，更貼合用戶需求，所達到的律動效果也更佳；且該系統和方法能夠自動分析環境狀態，如周圍溫度、人數等，並根據這些信息來生産旋律譜，並能夠通過設置優先權，優選使用用戶輸入的旋律譜；在算法上，該系統和方法僅僅使用了簡單的快速傅立葉變換算法和若干乘法和加法來保證律動效果的實時性。

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步的說明。

實施例一

如圖1所示，一種音樂燈光律動系統，包括：

採集配置模組1，採集溫度信息、和/或視頻信息、和/或喜好信息、和/或音樂類型信息、和/或配置文件信息，並根據這些信息配置算法參數，並生産旋律譜；

音樂播放器2，用於播放音頻數據；

數字音頻提取模組3，與所述音樂播放器2相連，用於提取所述音樂播放器2的播放流，從而獲得數字音頻信號信息；

律動算法模組4，分別與所述數字音頻提取模組3和所述律動算法配置單元12相連接，根據所述算法參數對所述數字音頻信號信息進行快速傅立葉變換，獲得當前音樂不同頻率區域內的信息，並根據律動燈光數目决定律動的節奏譜；

控制模組5，分別與所述採集模組和所述律動算法模組相連，對所述旋律譜和所述節奏譜進行處理，獲取律動驅動信號；

燈珠6，與所述控制模組5相連，所述控制模組5根據所述律動驅動信號控制所述燈珠6進行有規律的閃爍。

如圖2所示，其中，所述採集配置模組1包括：

場景採集單元11，所述場景採集單元11用於採集環境信息和外界輸入信息。所述場景採集單元11與溫度傳感器、攝像頭相連接，用於接收環境的溫度信息和視頻信息，所述溫度信息和所述視頻信息構成所述環境信息。此外，所述場景採集單元11還與音樂播放器2連接，用於獲取音樂類型信息，以及通過雲端大數據分析獲取用戶的喜好信息，所述場景採集單元11還設置有用戶帳號，用戶通過登錄帳號自行配置文件來配置自己所喜歡的律動方式。所述外界輸入信息包括音樂類型信息、喜好信息以及所述配置文件。根據所述環境信息和所述外界輸入信息，所述場景採集單元11獲取律動參數；

律動算法配置單元12，與所述場景採集單元11相連，接收所述律動參數，並根據所述律動參數配置具體的算法參數，並自動生成旋律譜。

所述控制模組5包括：

光譜混合單元51，與所述律動算法配置單元12和所述律動算法模組4相連，對所述旋律譜和所述節奏譜進行混合，獲得律動驅動信號；

燈光驅動單元52，與所述光譜混合單元51以及燈珠6相連，並根據所述律動驅動信號驅動點亮所述燈珠6，獲得燈光效果。

此外，攝像頭對環境進行拍照，所述場景採集單元11經分析後獲取視頻信息，所述視頻信息包括人數信息。由於音樂類型多種多樣，所述場景採集單元11根據音樂類型信息選擇不同的律動參數。針對搖滾或者重金屬流行樂，所述場景採集單元11配置重節奏、輕旋律的算法參數；針對古典或者抒情類型的音樂，所述場景採集單元11配置重旋律、輕節奏的算法參數。

在所述律動算法配置單元12中，所述算法參數包括音頻幀長度、快速傅立葉變換所需要的採樣點數、採樣率、節奏點强度因子、節奏點减弱因子等。

所述節奏譜和所述旋律譜是一系列由0到255數字組成的數組，這些數字每三個一組，每組中分別代表紅、綠、藍三色的數字。

所述光譜混合單元51還接收來自雲端或者用戶的旋律譜，且優先接收來自雲端或者用戶輸入的旋律譜。所述光譜混合單元51在獲得所述旋律譜和所述節奏譜之後，對兩者進行混合，即將代表所述節奏譜的數字乘到代表所述旋律譜的數字中，獲得一組全新的三個一組的數組，這些數組即爲所述律動驅動信號。

所述音樂燈光律動系統可以與12個燈珠6相接，每個燈珠6對應不同的音樂頻率範圍。該系統在獲得旋律譜和節奏譜後，通過光譜混合單元51，獲得一個音頻幀的燈光驅動數據，然後將該數據通過燈光驅動單元52來驅動燈光，獲得最終效果。

所述音樂燈光律動系統，將節奏和旋律都同時考慮在內，並通過對節奏和旋律進行統計分析，獲取最終律動效果，相比於單一使用節奏或旋律來獲取律動效果，該系統更貼合用戶需求，所達到的律動效果也更佳。且該系統能夠自動分析用戶喜好及環境狀態，如周圍溫度、人數等，並根據這些信息來生産旋律譜。在算法上，僅僅使用了簡單的快速傅立葉變換算法和若干乘法和加法來保證律動效果的實時性。該系統不但具有高效、全自動的特點，還可以由用戶手動設置旋律譜。

實施例二

根據上述實施例提供的一種音樂燈光律動系統，本實施例針對該系統提出了一種音樂燈光律動方法。

如圖3所示，所述音樂燈光律動方法，包括步驟：

S1：所述場景採集單元11獲取溫度信息、人數信息、音樂類型信息、和/或喜好信息、和/或配置文件信息，對這些信息處理後獲得所述律動參數，並將這些律動參數輸入至所述律動算法配置單元12；

S2：所述律動算法配置單元12根據所述律動參數配置所述算法參數，並自動生成旋律譜；

S3：所述數字音頻提取模組3提取所述音樂播放器2的播放流，獲得數字音頻信號信息；

S4：所述律動算法模組4根據所述算法參數對所述數字音頻信號信息進行快速傅立葉變換，獲得當前音樂不同頻率區域內的信息，並根據律動燈光數目决定律動的節奏譜；

S5：判斷所述光譜混合單元51中是否有來自用戶輸入的旋律譜，如果沒有，執行S6，否則執行S7；

S6：所述光譜混合單元51接收所述律動算法配置單元12傳遞來的所述旋律譜，並與所述節奏譜進行混合，獲得律動驅動信號；

S7：所述光譜混合單元51接收接收來自用戶輸入的旋律譜，並與所述節奏譜進行混合，獲得律動驅動信號；

S8：所述燈光驅動單元52接收所述律動驅動信號，驅動點亮所述燈珠6，獲得燈光效果。

需要指出的是，在所述場景採集單元11中，針對溫度信息，如果溫度大於等於35度定義當前環境爲炎熱，所述溫度信息用0表示；如果當前溫度在之間，表示當前環境爲適宜溫度，所述溫度信息用1表示；如果當前溫度在（5，20）之間，表示當前溫度偏凉，所述溫度信息用2表示；如果當前溫度在5度及5度以下，表示當前溫度爲寒冷，所述溫度信息用3表示。所述場景採集單元11利用識別算法，對採集到的視頻進行分析處理，判斷視頻中是否有多人，如果有則判斷爲派對環境，所述視頻信息用0表示，如果只有一個人，則判斷爲獨處環境，所述視頻信息用-1表示。這些數字相加獲得最後環境權值，該權值越大，系統會越偏好自動生成使用冷色調旋律譜，反之則會越偏好自動生成暖色調旋律譜。

所述律動算法配置單元12中生成的所述算法參數包括：音頻幀長度、快速傅立葉變換所需要的採樣點數、採樣率、節奏點强度因子、節奏點减弱因子等。

所述音樂燈光律動方法，將節奏和旋律都同時考慮在內，並通過對節奏和旋律進行統計分析，獲取最終律動效果，相比於單一使用節奏或旋律來獲取律動效果，該方法更貼合用戶需求，所達到的律動效果也更佳。且該方法能夠自動分析環境狀態，如周圍溫度、人數等，並根據這些信息來生産旋律譜，並能夠通過設置優先權，優選使用用戶輸入的旋律譜。在算法上，該方法僅僅使用了簡單的快速傅立葉變換算法和若干乘法和加法來保證律動效果的實時性。

以上所述僅爲本發明較佳的實施例，並非因此限制本發明的實施方式及保護範圍，對於本領域技術人員而言，應當能夠意識到凡運用本發明說明書及圖示內容所做出的等同替換和顯而易見的變化所得到的方案，均應當包含在本發明的保護範圍內。

1‧‧‧採集配置模組
11‧‧‧場景採集單元
12‧‧‧律動算法配置單元
2‧‧‧音樂播放器
3‧‧‧數字音頻提取模組
4‧‧‧律動算法模組
5‧‧‧控制模組
51‧‧‧光譜混合單元
52‧‧‧燈光驅動單元
6‧‧‧燈珠
S1-S8‧‧‧步驟

圖1是本發明一種音樂燈光律動系統的結構示意圖一； 圖2是本發明一種音樂燈光律動系統的結構示意圖二； 圖3是本發明一種音樂燈光律動方法的流程圖。

11‧‧‧場景採集單元

12‧‧‧律動算法配置單元

2‧‧‧音樂播放器

3‧‧‧數字音頻提取模組

4‧‧‧律動算法模組

5‧‧‧控制模組

51‧‧‧光譜混合單元

52‧‧‧燈光驅動單元

6‧‧‧燈珠

Claims (11)

1. 一種音樂燈光律動系統，所述系統包括：採集配置模組，採集環境信息和/或獲取外界輸入信息，並根據所述環境信息和/或外界輸入信息配置算法參數，以獲得旋律譜；音樂播放器，用於播放音頻數據；數字音頻提取模組，與所述音樂播放器相連，以接收並根據所述音樂播放器的播放流獲得數字音頻信號信息；律動算法模組，分別與所述採集配置模組和所述數字音頻提取模組相連，且所述律動算法模組根據所述算法參數對所述數字音頻信號信息進行處理，以獲得節奏譜；控制模組，分別與所述採集配置模組和所述律動算法模組相連，以接收並根據對所述旋律譜和所述節奏譜獲取律動驅動信號；以及與所述控制模組連接的燈珠，所述控制模組根據所述律動驅動信號控制所述燈珠進行有規律的閃爍；所述控制模組包括：光譜混合單元，分別與所述律動算法配置單元及所述律動算法模組相連，對所述旋律譜和所述節奏譜進行混合，獲得所述律動驅動信號；燈光驅動單元，分別與所述光譜混合單元及所述燈珠相連，根據所述律動驅動信號驅動點亮所述燈珠；其中，所述光譜混合單元還接收用戶直接輸入的所述旋律譜。
2. 根據專利申請範圍第1項所述的音樂燈光律動系統，所述採集配置模組包括： 場景採集單元，接收所述環境信息和/或所述外界輸入信息，處理後獲取律動參數；律動算法配置單元，與所述場景採集單元相連，接收所述律動參數，配置算法參數，並自動生成旋律譜；其中，所述環境信息包括溫度信息、和/或視頻信息，所述外界處理信息包括喜好信息、和/或音樂類型信息、和/或配置文件信息。
3. 根據專利申請範圍第2項所述的音樂燈光律動系統，所述場景採集單元與溫度傳感器、攝像頭以及所述音樂播放器相連，用於接收所述溫度信息、所述視頻信息以及所述音樂類型信息。
4. 根據專利申請範圍第2項所述的音樂燈光律動系統，所述場景採集單元通過雲端大數據獲取用戶的所述喜好信息；以及所述場景採集單元設置有用戶帳號，用戶通過登錄所述用戶帳號自行發出所述配置文件信息。
5. 根據專利申請範圍第1項所述的音樂燈光律動系統，所述節奏譜和所述旋律譜是一系列由0到255數字組成的數組；其中，每組數組中均包括三個分別與紅、綠、藍一一對應的數字。
6. 一種音樂燈光律動方法，包括步驟：S1：場景採集單元獲取環境信息和/或外界輸入信息，並根據所述環境信息和/或外界輸入信息獲得律動參數，將所述律動參數輸入至律動算法配置單元；S2：所述律動算法配置單元根據所述律動參數配置算法參數，並自動生成所述旋律譜；S3：數字音頻提取模組提取播放流，獲得數字音頻信號信息； S4：律動算法模組根據所述算法參數對所述數字音頻信號信息進行處理，獲得節奏譜；S5：判斷光譜混合單元中是否有來自用戶輸入的所述旋律譜，如果沒有，執行S6，否則執行S7；S6：所述光譜混合單元接收所述律動算法配置單元傳遞來的所述旋律譜，並與所述節奏譜進行混合，獲得律動驅動信號；S7：所述光譜混合單元接收來自用戶輸入的所述旋律譜，並與所述節奏譜進行混合，獲得所述律動驅動信號；S8：燈光驅動單元接收所述律動驅動信號，驅動點亮燈珠，控制所述燈珠進行有規律的閃爍。
7. 根據專利申請範圍第6項所述的音樂燈光律動方法，在所述步驟S4中，所述律動算法模組對所述數字音頻信號信息進行快速傅立葉變換，以獲得所述節奏譜。
8. 根據專利申請範圍第6項所述的音樂燈光律動方法，在所述步驟S1中，當溫度傳感器測量的溫度大於等於35度，所述溫度信息用數字0表示；當所述溫度傳感器測量的溫度在20度及其以上，並且在35度以下，所述溫度信息用數字1表示；當所述溫度傳感器測量的溫度在5至20度之間，所述溫度信息用數字2表示；當所述溫度傳感器測量的溫度在5度及5度以下，所述溫度信息用3表示。
9. 根據專利申請範圍第8項所述的音樂燈光律動方法，在所述步驟S1中，所述場景採集單元利用識別算法，對採集到的視頻進行分析處理，以獲取所述視頻中是否存在人的圖像；在判定存在人的圖像後，判斷所述視頻中包括 的人的圖形的個數，若所述人的圖形個數為1，則用數字-1表示所述視頻信息；否則，用數字0表示所述視頻信息。
10. 根據專利申請範圍第6項所述的音樂燈光律動方法，將所述溫度信息和所述視頻信息相加，以獲得環境權值，並根據所述環境權值生產冷色調旋律譜或暖色調旋律譜。
11. 根據專利申請範圍第10項所述的音樂燈光律動方法，所述冷色調旋律譜對應的所述環境權值大於所述暖色調旋律譜對應的所述環境權值。