CN105278355A - 一种利用音频控制马达震动的方法及装置 - Google Patents

一种利用音频控制马达震动的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用音频控制马达震动的方法及装置，所述方法包括：建立音频特征信息与马达震动时长的对应关系；获取用来控制马达震动的音频数据；通过解析所述音频数据，得到相应的音频特征信息，并确定所述音频特征信息对应的马达震动时长；按照所确定的马达震动时长，控制马达震动。本发明以软件方式实时处理音频数据，从而驱动马达震动，不依赖于专有硬件，可在任何终端上应用，具有高度的实时性、移植性和可行性，极高的提高了用户体验。

Description

一种利用音频控制马达震动的方法及装置
技术领域
本发明涉及终端马达震动技术，特别涉及一种利用音频控制马达震动的方法及相关装置。
背景技术
移动终端的马达震动和音频播放是相对独立的功能。图1是现有技术提供的音频和马达模块结构图，如图1所示，通常，音频模块结构包含用户层111(用户播放器等应用以及框架层和硬件适配层)、音频驱动112、音频硬件123(编译码器codec,耳机，扬声器等硬件)。马达模块结构包含用户层121(马达相关应用及框架层和硬件适配层)、马达驱动122、马达硬件层123。
传统的终端马达震动方法和体验单一，或者依赖于音频编解码硬件的支持驱动马达多样化震动，本发明通过软件方式实现音频对终端马达的控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用音频控制马达震动的方法及装置，能更好地通过软件方式实现音频对终端马达的控制。
根据本发明的一个方面，提供了一种利用音频控制马达震动的方法，包括：
建立音频特征信息与马达震动时长的对应关系；
获取用来控制马达震动的音频数据；
通过解析所述音频数据，得到相应的音频特征信息，并确定所述音频特征信息对应的马达震动时长；
按照所确定的马达震动时长，控制马达震动。
优选地，所述音频特征信息包括音频振幅和/或音频频率，所述的建立音频特征信息与马达震动时长的对应关系的步骤包括：
按照已知音频振幅和/或音频频率及相应得到的马达震动时长，确定音频振幅权值系数和/或音频频率权值系数；
利用所述音频振幅权值系数和/或音频频率权值系数，得到音频振幅和/或音频频率与马达震动时长的对应关系。
优选地，所述的获取用来控制马达震动的音频数据的步骤包括：
实时检测终端的震动事件，并当检测到震动事件时，获取所述音频数据；
其中，所述震动事件包括终端来电事件、终端麦克实时录制音频文件的事件；
其中，所述音频数据来自终端的预存音频文件或终端麦克实时录制的音频文件。
优选地，所述的通过解析所述音频数据，得到相应的音频特征信息的步骤包括：
对所述音频数据的某一时域内的音频振幅进行采样，得到多个采样音频振幅；
利用所述多个采样音频振幅进行多项式插值计算，得到所述时域内的关于音频振幅的多项式函数；
利用所述多项式函数，将所述时域内的中间时间点对应的音频振幅作为所述音频数据在所述时域内的音频振幅；和/或
利用快速傅里叶算法，获取所述时域内的音频频率，并将出现次数最多的音频频率作为所述音频数据在所述时域内的音频频率。
优选地，还包括：
将马达震动强度预先划分为对应于不同音频振幅的若干等级，形成所述音频振幅与马达震动强度之间的映射表；
通过解析所述音频数据而得到相应的音频振幅后，在所述映射表中查找对应于所述音频振幅的马达震动强度；
按照所得到的马达震动强度，控制马达震动。
根据本发明的另一方面，提供了一种利用音频控制马达震动的装置，包括：
关系建立模块，用于建立音频特征信息与马达震动时长的对应关系；
数据采样适配模块，用于获取用来控制马达震动的音频数据；
数据处理模块，用于通过解析所述音频数据，得到相应的音频特征信息，并确定所述音频特征信息对应的马达震动时长；
马达控制模块，用于按照所述马达震动时长，控制马达震动。
优选地，所述音频特征信息包括音频振幅和/或音频频率，所述关系建立模块按照已知音频振幅和/或音频频率及相应得到的马达震动时长，确定音频振幅权值系数和/或音频频率权值系数，并利用所述音频振幅权值系数和/或音频频率权值系数，得到音频振幅和/或音频频率与马达震动时长的对应关系。
优选地，所述数据采样适配模块实时检测终端的震动事件，并当检测到震动事件时，获取所述音频数据，其中，所述震动事件包括终端来电事件、终端麦克实时录制音频文件的事件，所述音频数据来自终端的预存音频文件或终端麦克实时录制的音频文件。
优选地，所述数据处理模块对所述音频数据的某一时域内的音频振幅进行采样，得到多个采样音频振幅，利用所述多个采样音频振幅进行多项式插值计算，得到所述时域内的关于音频振幅的多项式函数，利用所述多项式函数，将所述时域内的中间时间点对应的音频振幅作为所述音频数据在所述时域内的音频振幅；和/或利用快速傅里叶算法，获取所述时域内的音频频率，并将出现次数最多的音频频率作为所述音频数据在所述时域内的音频频率。
优选地，所述关系建立模块还用于将马达震动强度预先划分为对应于不同音频振幅的若干等级，形成所述音频振幅与马达震动强度之间的映射表，使所述数据处理模块在通过解析所述音频数据而得到相应的音频振幅后，在所述映射表中查找对应于所述音频振幅的马达震动强度，以供所述马达控制模块按照所得到的马达震动强度，控制马达震动。
与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：
本发明通过软件方式实现音频对终端马达的控制，实现马达多样化震动，提升终端震动的用户体验。
附图说明
图1是现有技术提供的音频和马达模块结构图；
图2是本发明实施例提供的利用音频控制马达震动的方法原理框图；
图3是本发明实施例提供的利用音频控制马达震动的装置框图及其在系统中的位置示意图；
图4是本发明实施例提供的利用音频控制马达震动的软件流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图2是本发明实施例提供的利用音频控制马达震动的方法原理框图，如图2所示，包括：
步骤S201：建立音频特征信息与马达震动时长的对应关系。
所述音频特征信息包括音频振幅和/或音频频率。
具体地说，按照已知音频振幅和/或音频频率及相应得到的马达震动时长，确定音频振幅权值系数和/或音频频率权值系数，并利用所述音频振幅权值系数和/或音频频率权值系数，建立音频振幅和/或音频频率与马达震动时长的对应关系。换句话说，首先通过实验数据确定音频振幅权值系数和/或音频频率权值系数，然后再利用所确定的音频振幅权值系数和/或音频频率权值系数，得到音频振幅和/或音频频率与马达震动时长的对应关系。
步骤S202：获取用来控制马达震动的音频数据。
具体地说，实时检测终端的震动事件，例如终端来电事件(例如来电呼叫、接收到短信/彩信/即时消息、闹钟提醒等)、终端麦克实时录制音频文件的事件等，并当检测到震动事件时，获取所述音频数据。本发明不拘泥于音频数据的来源，所述音频数据的来源可以是终端预存的音频文件，也可以是终端麦克实时录制的音频文件。
进一步地，需要判断所述音频数据是否是单声道数据，如果是单声道数据，则直接进行后续处理，否则提取其中一个声道的数据作为控制马达震动的音频数据，然后进行后续处理。
步骤S203：通过解析所述音频数据，得到相应的音频特征信息，并确定所述音频特征信息对应的马达震动时长。
所述音频振幅的获取步骤包括：对所述音频数据的某一时域(例如0.5S、1S、1.5S、2S内)内的音频振幅进行采样，得到多个采样音频振幅，并利用所述多个采样音频振幅进行多项式插值计算，得到所述时域内的关于音频振幅的多项式函数，最后将所述多项式函数中所述时域内的中间时间点对应的音频振幅作为所述音频数据在所述时域内的音频振幅。
所述音频频率的获取步骤包括：利用快速傅里叶算法，获取所述时域内的音频频率，并将出现次数最多的音频频率作为所述音频数据在所述时域内的音频频率。
在得到所述时域内的音频振幅和/或音频频率后，利用步骤S201中所建立的音频特征信息与马达震动时长的对应关系，确定所述时域内的音频振幅和/或音频频率对应的马达震动时长。
步骤S204：按照所确定的马达震动时长，控制马达震动。
后续时域内的马达震动情况，可以通过重复步骤S203和步骤S204确定。
本实施例不仅可以通过控制马达震动时长，保证了马达使用寿命，还可以通过以下步骤，使马达实现多样化震动，具体步骤包括：
将马达震动强度预先划分为若干等级，每个等级对应于不同音频振幅，从而形成音频振幅与马达震动强度之间的映射表。在解析音频数据而得到相应的音频振幅后，在所述映射表中查找对应于所述音频振幅的马达震动强度，并按照所得到的马达震动强度，控制马达震动。
图3是本发明实施例提供的利用音频控制马达震动的装置框图及其在系统中的位置示意图，如图3所示，所述装置设置在音频模块结构(包括用户层111、音频驱动112、音频硬件123)和马达模块结构(包括用户层121、马达驱动122、马达硬件层123)之间，包括：关系建立模块(图中未示出)、数据采样适配模块31、数据处理模块32和马达控制模块33。其中：
所述关系建立模块用于建立音频特征信息与马达震动时长的对应关系，具体地说，所述音频特征信息包括音频振幅和/或音频频率，所述关系建立模块按照已知音频振幅和/或音频频率及相应得到的马达震动时长，确定音频振幅权值系数和/或音频频率权值系数，并利用所述音频振幅权值系数和/或音频频率权值系数，得到音频振幅和/或音频频率与马达震动时长的对应关系。进一步地，所述关系建立模块还可以用于建立音频振幅和马达震动强度之间的映射表，具体地说，将马达震动强度预先划分为对应于不同音频振幅的若干等级，从而形成所述音频振幅与马达震动强度之间的映射表。
所述数据采样适配模块31用于获取用来控制马达震动的音频数据，具体地说，所述数据采样适配模块31实时检测终端的震动事件，例如终端来电事件、终端麦克实时录制音频文件的事件等，并当检测到震动事件时，获取所述音频数据(不同来源音频流)，音频数据既可以来自已有的音频文件也可以是实时的MIC采集数据。进一步地，所述数据采样适配模块31判断所述音频数据是否是单声道数据，如果是单声道数据，则直接进行后续处理，否则提取其中一个声道的数据作为控制马达震动的音频数据，然后进行后续处理。换句话说，所述数据采样适配模块31主要负责音频数据的收集和简单处理(例如提取一个声道的数据)，适配普通的音频文件流数据和麦克风录音的流数据。
所述数据处理模块32用于通过解析所述音频数据，得到相应的音频特征信息，并确定所述音频特征信息对应的马达震动时长，具体地说，所述数据处理模块32对所述音频数据的某一时域内的音频振幅进行采样，得到多个采样音频振幅，利用所述多个采样音频振幅进行多项式插值计算，得到所述时域内的关于音频振幅的多项式函数，利用所述多项式函数，将所述时域内的中间时间点对应的音频振幅作为所述音频数据在所述时域内的音频振幅；和/或利用快速傅里叶算法，获取所述时域内的音频频率，并将出现次数最多的音频频率作为所述音频数据在所述时域内的音频频率；在得到所述时域内的音频振幅和/或音频频率后，利用所述关系建立模块建立的音频特征信息与马达震动时长的对应关系，确定所述时域内的音频振幅和/或音频频率对应的马达震动时长，进一步地，还可以利用所述音频振幅与马达震动强度之间的映射表，确定所述时域内的音频振幅对应的马达震动强度。换句话说，所述数据处理模块集成音频PCM数据(即音频数据)的重要算法，处理PCM数据，并转换成马达对应的震动强度和时长。
所述马达控制模块33用于按照所述马达震动时长，控制马达震动，进一步地，还可以按照马达震动强度控制马达震动的节奏。换句话说，所述马达控制模块33利用获取的震动强度和时长来控制马达震动。
本实施例不依赖于特定硬件和音频数据来源，可以实时的利用软件对pcm数据进行处理控制马达的震动行为，以解决通过模拟各种音频的节奏来渲染马达震动效果。
具体工作步骤如下：
步骤一：定义一个映射关系。
音频pcm数据的音频振幅对应马达的震动强度，马达的震动时间由音频频率和振幅的二元函数确定。其中，所述音频振幅由音频pcm数据直接可以获取，音频频率由快速傅里叶变换(FFT)算法获得。
步骤二：马达震动强度可以通过控制马达的输入电流值来实现，驱动层可以提供该接口。
具体地说，驱动层提供调节马达电流接口，应用程序调用此接口控制马达震动强度，其中，所述马达震动强度分若干等级，例如三级或以上。
步骤三：音频PCM数据的获取。
数据的获取可以是已经存在音频文件，也可以来源与麦克风的即时录音数据。
步骤四：从获取的pcm数据，提取单声道数据进行处理。
目前常用的音频采样率8kHZ-44.1kHZ，数据量很大。直接使用音频的曲线来控制会严重影响马达的使用寿命，所以需要进一步对数据进行抽象简化，本实施例采用插值算法(例如拉格朗日插值算法、牛顿插值算法等)来实现对音频数据的处理，对某一时域(以1s为例)内的pcm点每隔100ms取点，然后做一次多项式插值，求出插值函数(即多项式函数)，根据所述插值函数取时间在500ms时的振幅，输入映射函数获取对应的马达震动强度(或者通过查找映射表，找到与所述振幅对应的马达震动强度)。使用FFT算法获取数据中间点时的频率。使用获取的频率和/或振幅输入步骤一中的二元函数获取对应的震动时长(<1s)，1s内马达的震动强度和时长由此确定。如此对音频数据以1s时间间隔来细分，来达到对马达的多样化控制。该算法每隔1s计算的方式也可以尽可能避免过度开关马达，使马达的寿命减小。插值算法可以尽可能的仿真音频的播放方式以实现音频节奏和马达震动的同步，提高用户体验。
由于本实施例中有大量对pcm数据振幅、频率的及时处理，为了保证马达震动能够及时响应音频的变化，移动终端的CPU优选双核或以上的CPU，内存优选1G或以上的RAM。
本方案中利用从音频数据的pcm数据提取的单声道数据实现对马达的震动强度和震动时长的控制。不拘泥于音频数据来源，音频数据来源可以是已有的音频文件，也可以是实时的音频pcm数据，比如从麦克风录音的实时pcm数据采样。不依赖于特定硬件，便于在各个移动终端操作系统(OS)之间平滑移植。同时考虑到马达的使用寿命，通过对pcm数据的处理，尽可能在保证震动节奏感的同时,减少马达开关次数和马达震动时长。数据处理中充分考虑PCM数据的振幅，频率，声道等参数以实现马达震动对音频节奏变化的充分体现，高效实时的以震动方式表现音频数据的节奏。
图4是本发明实施例提供的利用音频控制马达震动的软件流程图，在获取音频文件前，还包括以下步骤：
步骤1.1：将pcm数据的振幅划分为若干等级，分别对应马达的不同震动强度，即得到关于振幅与振动强度的映射关系，本实施例以三级为例，即pcm数据的振幅划分为三级，分别对应马达三级震动强度，例如，振幅在[0,0.3]时马达不震动，振幅在[0.3,0.6]时马达弱震动，振幅在[0.6,1]时马达强震动。
步骤1.2：建立马达震动时长和pcm数据的振幅和/或频率的对应关系，本实施例以建立马达震动时长和pcm数据的振幅和频率的二元关系函数为例，所述二元关系函数使用不同额定频率的正弦波在不同振幅时的实验数据可以获取，频率在20HZ-20KHZ之间选取。假设得到的二元关系函数如下：
f(A,ω)＝mA+nω0＜f(A,ω)＜1s(1)
其中，A为音频振幅，ω为音频频率，m为音频振幅权值系统，n为音频频率权值系数。
步骤2.0：马达驱动提供控制马达震动强度接口函数。
如图4所示，利用音频控制马达震动的步骤如下：
步骤S401：获取音频文件。
步骤S402：获取音频文件的PCM数据格式、采样率、声道等信息。
步骤S403：获取PCM数据(音频数据)，判断PCM数据是否为双声道数据，如果是双声道数据，则执行步骤S404，如果是单声道数据则直接使用，执行步骤S405。
步骤S404：提取其中一个声道的数据使用，执行步骤S405。
步骤S405：获取1s时域内的PCM数据。
步骤S406：判断数据获取是否成功，若成功，则执行步骤S407和步骤S408，否则执行步骤S411。
步骤S407：解析用来控制马达震动的1s时域内的PCM数据，获取1s时域内的振幅。
对在这段时间内的PCM数据每隔100ms抽取一个样本点，共取得10个样本点后进行多项式插值计算，获取所述区域内的多项式函数，根据该函数取时域中间值点对应的振幅作为所述1s时域内的振幅。
步骤S408：解析用来控制马达震动的1s时域内的PCM数据，获取1s时域内的频率。
在这1s时域内使用FFT算法获得出现频率次数最多的频率作为这1s时域内的频率。
步骤S409：将步骤S407中获取的振幅输入所述步骤1.1的映射关系中，取得所述1s时域内的马达震动强度；将步骤S407和步骤S408中获取的频率和振幅作为参数输入所述步骤1.2中确定的二元关系函数(1)中，获取所述1s时域内的马达震动时长。
步骤S410：按照所述1s时域内马达震动强度和时长调用步骤2.0所述的接口函数控制马达震动。
随着PCM数据的输入，通过重复步骤S405-S410，取得对应时域内马达震动强度和时长，调用步骤2.0的接口函数控制马达震动。
本发明软件使用了多项式插值和FFT算法实现了音频曲线和马达震动的对应关系，其他软件方案也在本发明要求的包含范围之内，且该发明实现方式可以在Android、IOS、WindowsMobile等移动操作系统直接平滑移植。
利用本发明可以实现的如移动终端来电音频震动提醒，麦克风信号收集实时触发震动等利用音频来渲染震动的方案也在本专利要求范围之内。
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
综上所述，本发明具有以下技术效果：
本发明以软件方式实时处理PCM数据来驱动马达震动，不依赖专有硬件，可在任何终端上应用，具有高度实时性、移植性和可行性，是对现有技术的一次重大革新；并且，软件方式实现的马达震动具有音频的节奏感，会给用户带来全新的用户体验。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用音频控制马达震动的方法，其特征在于，包括：
建立音频特征信息与马达震动时长的对应关系；
获取用来控制马达震动的音频数据；
通过解析所述音频数据，得到相应的音频特征信息，并确定所述音频特征信息对应的马达震动时长；
按照所确定的马达震动时长，控制马达震动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述音频特征信息包括音频振幅和/或音频频率，所述的建立音频特征信息与马达震动时长的对应关系的步骤包括：
按照已知音频振幅和/或音频频率及相应得到的马达震动时长，确定音频振幅权值系数和/或音频频率权值系数；
利用所述音频振幅权值系数和/或音频频率权值系数，得到音频振幅和/或音频频率与马达震动时长的对应关系。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的获取用来控制马达震动的音频数据的步骤包括：
实时检测终端的震动事件，并当检测到震动事件时，获取所述音频数据；
其中，所述震动事件包括终端来电事件、终端麦克实时录制音频文件的事件；
其中，所述音频数据来自终端的预存音频文件或终端麦克实时录制的音频文件。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述的通过解析所述音频数据，得到相应的音频特征信息的步骤包括：
对所述音频数据的某一时域内的音频振幅进行采样，得到多个采样音频振幅；
利用所述多个采样音频振幅进行多项式插值计算，得到所述时域内的关于音频振幅的多项式函数；
利用所述多项式函数，将所述时域内的中间时间点对应的音频振幅作为所述音频数据在所述时域内的音频振幅；和/或
利用快速傅里叶算法，获取所述时域内的音频频率，并将出现次数最多的音频频率作为所述音频数据在所述时域内的音频频率。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
将马达震动强度预先划分为对应于不同音频振幅的若干等级，形成所述音频振幅与马达震动强度之间的映射表；
通过解析所述音频数据而得到相应的音频振幅后，在所述映射表中查找对应于所述音频振幅的马达震动强度；
按照所得到的马达震动强度，控制马达震动。
6.一种利用音频控制马达震动的装置，其特征在于，包括：
关系建立模块，用于建立音频特征信息与马达震动时长的对应关系；
数据采样适配模块，用于获取用来控制马达震动的音频数据；
数据处理模块，用于通过解析所述音频数据，得到相应的音频特征信息，并确定所述音频特征信息对应的马达震动时长；
马达控制模块，用于按照所述马达震动时长，控制马达震动。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述音频特征信息包括音频振幅和/或音频频率，所述关系建立模块按照已知音频振幅和/或音频频率及相应得到的马达震动时长，确定音频振幅权值系数和/或音频频率权值系数，并利用所述音频振幅权值系数和/或音频频率权值系数，得到音频振幅和/或音频频率与马达震动时长的对应关系。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述数据采样适配模块实时检测终端的震动事件，并当检测到震动事件时，获取所述音频数据，其中，所述震动事件包括终端来电事件、终端麦克实时录制音频文件的事件，所述音频数据来自终端的预存音频文件或终端麦克实时录制的音频文件。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述数据处理模块对所述音频数据的某一时域内的音频振幅进行采样，得到多个采样音频振幅，利用所述多个采样音频振幅进行多项式插值计算，得到所述时域内的关于音频振幅的多项式函数，利用所述多项式函数，将所述时域内的中间时间点对应的音频振幅作为所述音频数据在所述时域内的音频振幅；和/或利用快速傅里叶算法，获取所述时域内的音频频率，并将出现次数最多的音频频率作为所述音频数据在所述时域内的音频频率。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述关系建立模块还用于将马达震动强度预先划分为对应于不同音频振幅的若干等级，形成所述音频振幅与马达震动强度之间的映射表，使所述数据处理模块在通过解析所述音频数据而得到相应的音频振幅后，在所述映射表中查找对应于所述音频振幅的马达震动强度，以供所述马达控制模块按照所得到的马达震动强度，控制马达震动。
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