CN104206020B - 用于在照明系统中内插低帧速率传输的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
用于在照明系统中内插低帧速率传输的包括计算机程序产品的方法和设备。—种方法(100)，包括：在光装置(14)的微控制器(22)中，通过数据总线(16)以低帧速率从光控制器(12)接收(102)输入数据帧，根据查找表(LUT)中的换算方案从任何两个相邻的输入数据帧生成(104)输出数据帧，以及以比接收的输入数据帧的帧速率大的帧速率传送(106)输出数据帧，以便控制发光单元(24)的照明效果。
Description
技术领域
本发明通常涉及照明系统，并且更具体地，涉及在照明系统中内插低帧速率传输。
背景技术
数字照明技术，即基于诸如发光二极管(LED)之类的半导体光源的光照，为传统的荧光灯、HID和白炽灯提供了一种可行的供替代的选择。LED的功能优点和好处包括高能量转换和光效率、耐用性、更低生产费用及许多其它优点和好处。LED技术的最新进展已经提供了在许多应用中使能实现各种照明效果的高效且健壮的全谱照明源。使这些源具体化的装置的一些以照明模块为特色，其包括能够产生不同颜色(例如红色、绿色和蓝色)的一个或多个LED以及用于为了生成各种颜色和颜色改变照明效果而独立地控制LED的输出的处理器。
在诸如包括基于LED的光源的那些照明系统之类的照明系统中，期望控制照明系统的一个或多个光源。对一个或多个光源的控制使能实现针对环境的照明参数的指定。例如，用户可以直接地指定一个或多个光源的一个或多个照明参数。同样，例如，用户可以指定在环境中的一个或多个位置处所期望的效果，以及可以基于所期望的效果获得的一个或多个光源的照明参数。
许多灯光展示包括一系列缓慢改变的效果(例如，刷色、追踪彩虹)。这些种类的效果被设计成在若干帧的周期内将光输出从一种色调改变为另一种色调(或者从一种强度值改变到另一种强度值)。
典型地，数字照明控制器以某一帧率将数据发送到光装置以便更改光效果设置。光装置通常以由数字照明控制器所发送的相同速率刷新它们的输出。这意味着为了确保在视觉上观众不会察觉到从一帧到下一帧的转换，照明控制器必须以非常高的速率将数据发送到光装置。这耗费了大量的数据总线带宽。带宽使用情况与总线上的光装置的数量和数据帧速率相关。因为总线带宽是恒定的，所以随着总线上光装置的数量的增多，帧速率以及因此光装置的刷新速率降低。并且因此在大的照明设施中常常不可能实现非常高的刷新速率，从而造成了不连贯的光转换。
为了避免照明展示中的不希望的人为视觉效果，常常期望在光装置中具有高的刷新速率。随着数据总线上的灯的数量增多，维持高刷新速率的能力减小。因此，期望即使对于大的光设施，也能维持高刷新速率。同样，一些控制器不能发送高帧速率数据。因此，还期望降低由这些低帧速率控制器产生的人为视觉效果。
发明内容
以下部分呈现了本发明的简要内容以便提供对本发明方面的至少一些的基本理解。该发明内容不是对本发明的广泛概述。其不旨在标识本发明的关键特征或必要特征，也不旨在描述本发明的范围。其唯一的目的是以简化形式呈现本发明的一些概念以作为随后呈现的更详细的描述的前奏。
本发明涉及用于在照明系统中内插低帧速率传输的包括计算机程序产品的方法和设备。申请人已经认识并且了解到，代替以非常高的速率将帧发送到光装置，而是如果该装置被配置成根据预定的换算方案解释光信息，则对控制器来说，发送低帧速率数据常常是足够的。
一般地，在一方面中，本发明特写了一种方法(100)，包括：在光装置(14)的微控制器(22)中，通过数据总线(16)以低帧速率从光控制器(12)接收(102)输入数据帧；根据查找表(LUT)中的换算方案从任何两个相邻的输入数据帧生成(104)输出数据帧；以及以比接收的输入数据帧的帧速率大的帧速率传送(106)输出数据帧，以便控制发光单元(24)的照明效果。
在另一方面中，本发明特写了一种照明系统(10)，包括具有处理器(18)和存储器(20)的光控制器(12)，通过总线(16)被链接到光控制器(12)的光装置(14)，光装置(14)包括被链接到发光单元(24)的微控制器(22)，微控制器(22)具有处理器(28)和存储器(30)，存储器(30)包括帧重采样过程(100)，所述帧重采样过程(100)包括：通过总线(16)以低帧速率从光控制器(12)接收(102)输入数据帧，根据查找表(LUT)中的换算方案从任何两个相邻的输入数据帧生成(104)输出数据帧，以及以比接收的输入数据帧的帧速率大的帧速率传送(106)输出数据帧，以便控制发光单元(24)的照明效果。
术语“光装置”在本文中被用来指的是一个或多个照明单元以特定形状因素、组件或封装的实施方案和布置。术语“发光单元”在本文中被用来指的是诸如SSL或LED灯之类的设备，其包括相同或不同类型的一个或多个光源。给定的发光单元可以具有针对(一个或多个)光源的各种安装布置、围封/外壳布置和形状、和/或电气与机械连接配置中的任何一个。附加地，给定的发光单元可选地可以与涉及(一个或多个)光源的操作的各种其它构件(例如，控制电路)相关联(例如，包括，被耦合到和/或一起被封装)。
术语“控制器”在本文中通常被用来描述涉及一个或多个光源的操作的各种设备。可以以许多方式(例如，诸如使用专用硬件)来实施控制器，以便执行在本文中讨论的各种功能。“处理器”是采用一个或多个微处理器的控制器的一个例子，所述微处理器可以使用软件(例如，微代码)被编程，以便执行在本文中讨论的各种功能。控制器可以使用或者不使用处理器来实施，并且还可以被实施为执行一些功能的专用硬件和执行其它功能的处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关联的电路)的组合。可以在本公开内容的各种实施例中采用的控制器构件的例子包括但不限于常规的微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。
在各种实施方案中，处理器或控制器可以被与一个或多个存储媒体(在本文中一般地被称为“存储器”，例如，诸如RAM、PROM、EPROM以及EEPROM、软盘、紧凑盘、光盘、磁带等之类的易失性和非易失性计算机存储器)相关联。在一些实施方案中，可以使用一个或多个程序来对存储媒体进行编码，当所述一个或多个程序在一个或多个处理器和/或控制器上被执行时，执行在本文中讨论的功能中的至少一些。各种存储媒体可以被固定于处理器或控制器内，或者其可以是便携的，使得在其上存储的一个或多个程序可以被载入处理器或控制器中，以便实施在本文中讨论的本发明的各种方面。在一般意义上，术语“程序”或“计算机程序”在本文中被用来指的是可以被采用来对一个或多个处理器或控制器进行编程的任何类型的计算机代码(例如，软件或者微代码)。
在一个网络实施方案中，被耦合到网络的一个或多个装置可以作为针对耦合到网络的一个或多个其它装置的控制器(例如，以主/从关系的形式)。在另一实施方案中，联网环境可以包括被配置成控制耦合到网络的装置中的一个或多个的一个或多个专用控制器。通常，耦合到网络的多个装置每一个均可访问存在于通信介质或媒体上的数据；然而，给定装置可以是“可寻址的”，因为其被配置成例如基于为其分配的一个或多个特定标识符(例如，“地址”)选择性地与网络交换数据(即，从网络接收数据和/或传送数据到网络)。
如在本文中所使用的术语“网络”指的是便于(例如，针对装置控制、数据存储、数据交换等的)信息在耦合到网络的任何两个或更多个装置之间和/或多个装置中的传输的两个或更多个装置(包括控制器或者处理器)的任意互连。如应该被容易地了解到的，适于互连多个装置的网络的各种实施方案可以包括各种网络拓扑中的任意一个，并且采用各种通信协议中的任意一个。附加地，在根据本公开内容的各种网络中，在两个装置之间的任何一个连接可以表示在两个系统之间的专用连接，或者替换地表示非专用连接。除了承载意在供这两个装置使用的信息之外，这样的非专用连接可以承载未必意在供这两个装置中的任何一个使用的信息(例如，开放网络连接)。此外，应该被容易地了解到，如在本文中讨论的装置的各种网络可以采用一个或多个无线、有线/电缆、和/或光纤链路，以便于遍及网络的信息传输。
应当了解到，前述概念以及在下面更详细讨论的附加概念(假定这些概念不是前后矛盾的)的所有组合被设想作为在本文中所公开的发明主题的一部分。特别地，在本公开内容结尾出现的所要求保护的主题的所有组合被设想作为在本文中所公开的发明主题的一部分。还应当了解到，也在通过引用合并的任何公开内容中出现的在本文中显式地采用的术语都应当符合与在本文中所公开的特定概念最为一致的意思。
附图说明
通过结合后面的附图参考具体实施方式，将更充分地理解本发明的各种实施例，其中：
图1是示范性照明系统的框图。
图2是帧重采样过程的流程图。
图3是没有帧重采样过程的示范性图。
图4是具有帧重采样过程的示范性图。
在这些图中，相似的参考符号通常贯穿不同视图指的是相同部分。同样，图未必按比例绘制，替换的，通常将重点放置在图示本发明的原理上。
具体实施方式
在下面的具体实施方式中，出于解释而不限制的目的，阐述了公开特定细节的代表性实施例，以便提供对本教导的彻底理解。然而，对受益于本公开内容的本领域技术人员而言将明显的是，根据本教导的背离在本文中所公开的特定细节的其它实施例仍然是在所附权利要求的范围内。此外，可以省略对众所周知的设备和方法的描述，以便不会使对代表性实施例的描述含糊不清。这样的方法和设备明确地处于本教导的范围内。
参照图1，在各种实施例中，示范性照明系统10包括通过数字总线16链接到光装置14的光控制器12。光控制器12包括存储器18和处理器20。光装置14包括链接发光单元24的微处理器22。发光单元24可以包括发光二极管(LED)。
如为了本公开的目的在本文中使用的，术语“LED”应当被理解为包括任何电致发光二极管或者能够响应于电信号而生成辐射和/或充当光电二极管的任何类型的基于载流子注入/结的系统。因此，术语LED包括但不限于响应于电流而发光的各种基于半导体的结构、发光聚合物、有机发光二极管(OLED)、电致发光带等等。特别地，术语LED指的是可以被配置成生成红外光谱、紫外光谱以及可见光谱(一般包括从大约400纳米到大约700纳米的辐射波长)的各种部分中的一个或多个中的辐射的所有类型的发光二极管(包括半导体和有机发光二极管)。LED的一些例子包括但不限于各种类型的红外LED、紫外LED、红色LED、蓝色LED、绿色LED、黄色LED、琥珀色LED、橙色LED以及白色LED(下面将进一步讨论)。还应当了解到，LED可被配置和/或控制来生成具有针对给定光谱(例如，窄带宽、宽带宽)的各种带宽(例如，半峰全宽或者FWHM)以及在给定一般颜色分类内的各种主波长的辐射。
例如，被配置成生成基本上白光的LED(例如，白色LED)的一个实施方案可以包括大量的管芯，所述管芯分别发射不同光谱的电致发光，所述不同光谱的电致发光以组合方式混合以形成基本上白色的光。在另一实施方案中，白光LED可以被与磷光体材料相关联，所述磷光体材料将具有第一光谱的电致发光转换为不同的第二光谱。在这一实施方案的一个例子中，具有相对短的波长和窄的带宽光谱的电致发光“泵激”磷光体材料，其进而辐射具有稍更宽光谱的更长波长的辐射。
还应当理解，术语LED不限制LED的物理和/或电封装类型。例如，如上面所讨论的，LED可以指的是具有多个管芯的单一发光器件，所述多个管芯被配置成分别发射不同光谱的辐射(例如，其可以是或者可以不是单独可控的)。并且，LED可以被与被视为LED(例如，某些类型的白色LED)的不可分割的一部分的磷光体相关联。通常，术语LED可以指的是封装后的LED、未封装的LED、表面安装LED、板上芯片LED、T封装安装LED、径向封装LED、功率封装LED、包括某一类型的包装和/或光学元件(例如，扩散透镜)的LED等。
照明效果命令可以被存储在光控制器12的存储器18中，其在一些例子中可以是通用串行总线(USB)装置或者安全数字(SD)卡。在其它实施方案中，用户接口26被提供以便使得用户(未示出)能够输入照明效果命令至光控制器12，其继而将这些指令转换为数字数据，并且通过总线16将数字数据作为数据帧发送到光装置14的微控制器22。
从光控制器12到微控制器22的通信是以帧的形式的，例如，8位帧、16位帧等等。以通常被定义为帧每秒(fps)的帧速率通过总线16发送帧。帧内的数据指示微控制器22改变发光单元24的照明效果。示例性的照明效果是亮度。通常，由光控制器12发送到微控制器22的快的帧速率确保了发光单元24的照明效果的平滑转换，例如，如果期望来自发光单元24的光的平滑展示，则帧速率应当尽可能的快-这消除了不连贯的照明效果转换。无论光控制器12发送的帧速率是多少，发光单元24典型地都调整到相同的速率。然而，由光控制器12生成的帧越快且越大，施加到光控制器12上的工作越多。
微控制器22包括处理器28和存储器30。存储器30包括帧重采样过程100，所述帧重采样过程100采取数据的慢的输入帧速率，内插/换算接收的帧，并且创建从微控制器22到发光单元24的数据的更快帧速率输出。例如，帧重采样过程100可以以4fps的速率从光控制器12接收两个相邻的帧、重采样接收的帧、并且在每个接收的帧之间创建另外的36个帧，以便发送到发光单元24。
可以结合存储在存储器30中的查找表(LUT)来用任何类型的线性或者非线性换算完成重采样。在其它实施方案中，LUT被存储在微处理器18的闪存或者ROM中。帧重采样过程100是用于降低到光装置14的输入数据帧速率并且降低数据总线带宽使用、而同时确保帧转换平滑且没有人为视觉效果的方法。由微控制器22以慢的帧速率接收的帧被转换为以更高的帧速率输送到发光单元24的一系列帧。
为了使能实现通过帧重采样过程100的重采样或者内插，光控制器12将信令帧发送到帧重采样过程100以便开启内插。光控制器12包括许多设置，其中之一可以被用来向帧重采样过程100发信号以便开启内插。如果开启内插信令帧没有被使能，则帧重采样过程100不执行并且微控制器22将照常处理接收的帧并且在没有内插或者重采样的情况下将数据向前传递到发光单元24。
如图2所示，帧重采样过程100包括通过数据总线以低帧速率从光控制器接收(102)输入数据帧。输入数据帧包含照明效果设置。可以以帧每秒(fps)测量帧速率。
帧重采样过程100根据查找表(LUT)中的换算方案从两个相邻的接收的输入数据帧生成(104)输出数据帧。输出数据帧包含照明效果设置。换算方案可以是任何类型的线性或者非线性换算，诸如例如线性、二次方程、三次方程、对数或其组合。在一个例子中，LUT包括最大换算因子、时间指数和最大时间指数。在其它例子中，LUT包括输入帧的值到输出帧的值的具体映射。
生成(104)输出数据帧中的每一个可以包括换算两个相邻输入数据帧之间的差。
帧重采样过程100以比接收的数据帧的帧速率大的帧速率传送(106)输出数据帧，以便控制发光单元的照明效果。
帧重采样过程100可以以比接收的数据帧的帧速率大的帧速率传送(108)输出数据帧，以便控制多个发光单元的照明效果。
如图3所示，示范性图50绘出了以毫秒为单位的时间52与％光强度54，并且图示了在没有帧重采样过程100的情况下光控制器12如何通过将帧速率数据发送到光装置14而将光从关闭到全开。在这个例子中，通过以40Hz发送10个数据的帧(示为圆形)，发光单元24的光输出从0％增大到100％。更具体地，图50图示了光控制器12以输入帧速率将10个输入数据的帧发送到微控制器22，并且微控制器22以同一帧速率将相同的10个帧传送到发光单元24，即以40Hz输入10个帧，以40Hz输出10个帧。因此，在这个例子中，帧的输入速率和帧的输出速率是相等的。
如图4中所示，示范性图60绘出了以毫秒为单位的时间62与％光强度64，并且图示了在帧重采样过程100被使能的情况下光控制器12如何通过将低帧速率数据发送到光装置14而将光从关闭到全开。在这个例子中，通过以4Hz(示为正方形)将两个数据帧发送到光装置14，发光单元24的光输出从0％增大到100％，即，在时间＝0处为第一帧，以及在时间＝250毫秒处为第二帧。帧重采样过程100结合被存储在LUT中的换算方案内插被包含在两个接收的相邻帧内的数据，并且以更高的帧速率输出多个帧(示为圆形)至发光单元24，即产生10个输出帧，在时间＝0和时间＝250毫秒之间传送到发光单元24。更一般地，每当微控制器22执行时，它都必须计算输出帧的值。其通过换算两个接收的相邻输入帧之间的差来完成。可以通过LUT确定换算方案的换算因子，即内插路径。在图60中，如果新帧(new_frame)和旧帧(old_frame)是从光控制器12接收的相邻的输入帧，则帧重采样过程100可以使用以下等式生成内插的输出帧。
输出帧＝([(新帧-旧帧)×LUT[时间指数]]/最大换算因子)+旧帧 (1)
时间指数＝时间指数+时间增量 (2)。
等式(1)和(2)假定新帧大于旧帧。如果旧帧大于新帧，则可以使用类似的方程组，诸如以下：
输出帧＝([(旧帧-新帧)×LUT[时间指数]]/最大换算因子)+新帧 (3)
时间指数＝时间指数+时间增量 (4)。
可以增大时间增量(time_increment)的值，以便降低有效的内插刷新速率。
一旦时间指数(time_index)等于(或者超出)最大时间指数(max_time_index)，输出帧(output_frame)就应该以新帧充满。
以上描述的例子是线性内插，其中，发光单元24被指示为从关闭到全开。帧重采样过程100不限于线性内插；可以使用任何类型的线性或者非线性换算。在期望非线性照明效果的地方，诸如颜色从无到微红的缓慢上升、颜色的减少、以及颜色的另外增大，帧重采样过程100还可以处理非线性内插。为了实现这种非线性效果，光控制器12可以向帧重采样过程100发信号以便开启内插，并且使用存储在不同LUT中的不同换算方案来内插任何两个接收的相邻输入数据帧。存储不同的LUT使得帧重采样过程100能够处理不同的内插方案，诸如二次方程内插、三次方程内插、对数内插等等。
当增大或者减小发光单元的强度时，帧重采样过程100可以使用这些不同的内插方法。例如，当光渐强时可以使用线性内插，而当光渐弱时可以使用二次方程内插。可以在光装置上使能帧重采样过程100，而不需要对光控制器作出任何更改。对于光控制器而言还可能连同帧数据一起显式地发送额外的数据至光装置。该额外的数据可被用来配置帧重采样过程100。例如，光控制器12可以通过使用帧数据发送这个信息而在逐帧的基础上配置内插方案和速度。
虽然在本文中已经描述并且图示了若干发明实施例，但是本领域的普通技术人员应当容易地想到用于执行在本文中描述的功能和/或获得在本文中描述的结果和/或优点中的一个或多个优点的各种其它装置和/或结构，并且这种变型和/或更改中的每一个都被视为是在本文中描述的发明实施例的范围内。更一般地，本领域的技术人员应当容易地了解到，在本文中描述的所有参数、尺寸、材料和配置都旨在为示范性的，并且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将依赖于本发明教导所被用于的具体的一个或多个应用。本领域的技术人员应当认识到或者能够使用不超出例行的实验来得知在本文中描述的具体发明实施例的许多等同物。因此，应当理解，前述实施例仅通过例子被呈现，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，可以以与如具体描述和要求保护的之外的其它方式实践发明实施例。本公开内容的发明实施例针对在本文中描述的每个单独的特征、系统、产品、材料、配套组件和/或方法。另外，两个或更多个这样的特征、系统、产品、材料、配套组件和/或方法的任何组合(如果这样的特征、系统、产品、材料、配套组件和/或方法不是相互矛盾的)都被包括在本公开内容的发明范围内。
如在本文中所定义和使用的所有定义都应该被理解为对词典定义、通过引用而被并入的文献中的定义和/或所定义的术语的普通含义的控制。
如在本文中所使用的不定冠词“一”和“一个”在说明书和权利要求书中，除非明确地指示相反，都应当被理解为意指“至少一个”。
还应当理解，除非明确地指示相反，否则，在本文中所要求保护的包括超过一个步骤或动作的任何方法中，方法的步骤或动作的顺序不必限于方法的步骤或动作以其被记载的顺序。
并且，出现在权利要求中的括号之间的参考标号仅为了方便起见而被提供，并且不应该被解释为以任何方式限制权利要求。
Claims (19)
1.一种方法（100），包括：
在光装置的微控制器（22）中，通过数据总线（16）以低帧速率从光控制器（12）接收（102）多个输入数据帧；
根据查找表LUT中的换算方案从任何两个相邻的输入数据帧生成（104）多个输出数据帧；以及
以比接收的多个输入数据帧的帧速率大的帧速率传送（106）多个输出数据帧，以便控制发光单元（24）的照明效果。
2.如权利要求1所述的方法（100），其中，从包含线性、二次方程、三次方程和对数的组中选择换算方案。
3.如权利要求1所述的方法（100），其中，LUT包括最大换算因子、时间指数和最大时间指数。
4.如权利要求3所述的方法（100），其中，生成（104）多个输出数据帧中的每一个包括换算两个相邻输入数据帧之间的差。
5.如权利要求4所述的方法（100），其中，换算两个相邻输入数据帧之间的差包括：
生成输出数据帧，所述输出数据帧=([(第二输入数据帧值-第一输入数据帧值)×LUT[时间指数]]/最大换算因子)+第一输入数据帧值；以及
时间指数=时间指数+时间增量值。
6.如权利要求5所述的方法（100），进一步包括增大时间增量值以便降低有效的内插刷新速率。
7.如权利要求4所述的方法（100），其中，换算两个相邻输入数据帧之间的差包括：
生成输出数据帧，所述输出数据帧=([(第一输入数据帧-第二输入数据帧)×LUT[时间指数]]/最大换算因子)+第二输入数据帧；以及
时间指数=时间指数+时间增量值。
8.如权利要求7所述的方法（100），进一步包括增大时间增量值以便降低有效的内插刷新速率。
9.如权利要求1所述的方法（100），其中，数据帧包含照明效果设置。
10.如权利要求1所述的方法（100），其中，以比接收的第一多个数据帧的帧速率大的帧速率传送多个输出数据帧控制多个发光单元的照明效果。
11.一种照明系统（10），包括：
光控制器（12），其包括处理器（18）和存储器（20）；
光装置（14），其通过总线链接到光控制器（12）；
光装置（14）包括链接到发光单元的微控制器（22），微控制器（22）包括处理器（28）和存储器（30），存储器（30）包括帧重采样过程（100），所述帧重采样过程（100）包括：
通过总线（16）以低帧速率从光控制器（12）接收（102）多个输入数据帧；
根据存储在微控制器（22）的存储器中的查找表LUT中的换算方案从任何两个相邻的输入数据帧生成（104）多个输出数据帧；以及
以比接收的多个输入数据帧的帧速率大的帧速率传送（106）多个输出数据帧，以便控制发光单元（24）的照明效果。
12.如权利要求11所述的照明系统（10），其中，从包含线性、二次方程、三次方程和对数的组中选择换算方案。
13.如权利要求11所述的照明系统（10），其中，LUT包括最大换算因子、时间指数和最大时间指数。
14.如权利要求13所述的照明系统（10），其中，生成多个输出数据帧中的每一个包括换算两个相邻输入数据帧之间的差。
15.如权利要求14所述的照明系统（10），其中，换算两个相邻输入数据帧之间的差包括：
生成输出数据帧，所述输出数据帧=([(第二输入数据帧值-第一输入数据帧值)×LUT[时间指数]]/最大换算因子)+第一输入数据帧值；以及
时间指数=时间指数+时间增量值。
16.如权利要求15所述的照明系统（10），进一步包括增大时间增量值以便降低有效的内插刷新速率。
17.如权利要求14所述的照明系统（10），其中，换算两个相邻输入数据帧之间的差包括：
生成输出数据帧，所述输出数据帧=([(第一输入数据帧-第二输入数据帧)×LUT[时间指数]]/最大换算因子)+第二输入数据帧；以及
时间指数=时间指数+时间增量值。
18.如权利要求17所述的照明系统（10），进一步包括增大时间增量值以便降低有效的内插刷新速率。
19.如权利要求11所述的照明系统（10），其中，数据帧包含照明效果设置。
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