CN106332393B - 一种音乐灯光律动系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种音乐灯光律动系统及方法，所述音乐律动系统包括：采集配置模块，采集温度信息、和/或视频信息、和/或喜好信息、和/或音乐类型信息、和/或配置文件信息，并根据所述环境信息和所述外界输入信息配置算法参数，并生产旋律谱；数字音频提取模块，提取音乐播放器的播放流，获得数字音频信号信息；律动算法模块，根据所述算法参数对所述数字音频信号信息进行处理，获得节奏谱；控制模块，对所述旋律谱和所述节奏谱进行处理，获取律动驱动信号，控制并驱动灯珠。通过对节奏和旋律进行统计分析获取最终律动效果，相比于单一使用节奏或旋律来获取律动效果，所达到的律动效果也更佳。

Description

一种音乐灯光律动系统及方法

技术领域

本发明涉及灯光装置技术领域，尤其涉及一种音乐灯光律动系统及方法。

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。白炽灯的发明是人类文明从近代走向现代文明的重要标志之一，人们通过灯光将黑夜染成白昼。进入21世纪后，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系统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系统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。这种技术通常分为两种实现方式，一种是根据音频功放系统扬声器中电压的变化带动灯光的明暗变化，来起到节奏灯光的作用。扬声器是由电磁铁，线圈，喇叭振膜组成。声音的能量越大，声响越大，就需要更大的电压来驱动喇叭振膜。这种灯光系统利用扬声器的这个现象，在线圈到喇叭振膜中间迁出一根额外电路来驱动灯光，此时灯光的明暗变化就随着音乐强度的变化而改变。另一种则是人工事先根据音乐种类来对灯光系统进行预编程，从而控制不同灯光来随着音乐节奏进行闪烁和变化。这种系统需要编程人员对将要编辑的歌曲有十分深入的理解，这些编程人员需要针对某些常见歌曲或旋律编写一种特殊的脚本，并将脚本烧写到律动系统的ROM(只读存储器)中，然后系统启动后根据只读存储器中的数据来驱动灯光系统。

在基于扬声器实现的音乐灯光律动技术中，由于实现原理的简单性，导致灯光不能实现复杂的效果，只能通过基本的明暗变化来模拟音乐中的节奏。这种音乐灯光律动技术只能配合节奏明显的摇滚或流行乐，如果是古典交响乐或者较轻柔的乐曲，则会因为节奏不明显而表现力下降。除此之外，该技术只能实现节奏的律动，而节奏仅仅只是音乐表现力的一部分，而更重要的旋律则无法表现，不仅如此，该技术通过软件控制较难，只适合简单的场景。

在基于单片机预编程的灯光律动技术中，由于需要人工预先对音乐效果进行脚本编程，则存在适用范围的局限性问题，由于人类从古至今音乐种类繁多，每个人对音乐的兴趣又不同，不可能存在一个数据库对所有的音乐都有相关的灯光控制脚本。采用该技术的灯光律动系统需要大量的时间和金钱投入。

所以不论是基于扬声器还是基于单片机与编程实现的音乐灯光律动技术，均不能高效、便捷的实现具有强表现力的灯光效果。

发明内容

针对上述技术问题，本申请提供了一种音乐灯光律动系统，所述系统包括：

采集配置模块，采集环境信息和/或获取外界输入信息，并根据所述环境信息和/或外界输入信息配置算法参数，以获得旋律谱；

音乐播放器，用于播放音频数据；

数字音频提取模块，与所述音乐播放器相连，以接收并根据所述音乐播放器的播放流获得数字音频信号信息；

律动算法模块，分别与所述采集配置模块和所述数字音频提取模块相连，且所述律动算法模块根据所述算法参数对所述数字音频信号信息进行处理，以获得节奏谱；

控制模块，分别与所述采集配置模块和所述律动算法模块相连，以接收并根据对所述旋律谱和所述节奏谱获取律动驱动信号；以及

与所述控制模块连接的灯珠，所述控制模块根据所述律动驱动信号控制所述灯珠进行有规律的闪烁。

较佳的，所述采集配置模块包括：

场景采集单元，接收所述环境信息和/或所述外界输入信息，处理后获取律动参数；

律动算法配置单元，与所述场景采集单元相连，接收所述律动参数，配置算法参数，并自动生成旋律谱；

其中，所述环境信息包括温度信息、和/或视频信息，所述外界处理信息包括喜好信息、和/或音乐类型信息、和/或配置文件信息。

较佳的，所述场景采集单元与温度传感器、摄像头以及所述音乐播放器相连，用于接收所述温度信息、所述视频信息以及所述音乐类型信息。

较佳的，所述场景采集单元通过云端大数据获取用户的所述喜好信息；以及

所述场景采集单元设置有用户帐号，用户通过登录所述用户帐号自行发出所述配置文件信息。

较佳的，所述节奏谱和所述旋律谱是一系列由0到255数字组成的数组；

其中，每组数组中均包括三个分别与红、绿、蓝一一对应的数字。

较佳的，所述控制模块包括：

光谱混合单元，与所述律动算法配置单元和所述律动算法模块相连，对所述旋律谱和所述节奏谱进行混合，获得所述律动驱动信号；

灯光驱动单元，与所述光谱混合单元及所述灯珠相连，根据所述律动驱动信号驱动点亮所述灯珠；

其中，所述光谱混合单元还接收用户直接输入的所述旋律谱。

较佳的，包括步骤：

S1：所述场景采集单元获取所述环境信息和/或所述外界输入信息，并根据所述环境信息和/或外界输入信息获得所述律动参数，将所述律动参数输入至所述律动算法配置单元；

S2：所述律动算法配置单元根据所述律动参数配置所述算法参数，并自动生成所述旋律谱；

S3：所述数字音频提取模块提取所述播放流，获得所述数字音频信号信息；

S4：所述律动算法模块根据所述算法参数对所述数字音频信号信息进行处理，获得所述节奏谱；

S5：判断所述光谱混合单元中是否有来自用户输入的所述旋律谱，如果没有，执行S6，否则执行S7；

S6：所述光谱混合单元接收所述律动算法配置单元传递来的所述旋律谱，并与所述节奏谱进行混合，获得所述律动驱动信号；

S7：所述光谱混合单元接收来自用户输入的所述旋律谱，并与所述节奏谱进行混合，获得所述律动驱动信号；

S8：所述灯光驱动单元接收所述律动驱动信号，驱动点亮所述灯珠，获得灯光效果。

较佳的，在所述步骤S4中，所述律动算法模块对所述数字音频信号信息进行快速傅立叶变换，以获得所述节奏谱。

较佳的，在所述步骤S1中，当所述温度传感器测量的温度大于等于35度，所述温度信息用数字0表示；当所述温度传感器测量的温度在[20,35)之间，所述温度信息用数字1表示；当所述温度传感器测量的温度在(5，20)之间，所述温度信息用数字2表示；当所述温度传感器测量的温度在5度及5度以下，所述温度信息用3表示。

较佳的，在所述步骤S1中，所述场景采集单元利用识别算法，对采集到的视频进行分析处理，以获取所述视频中是否存在人的图像；在判定存在人的图像后，判断所述视频中包括的人的图形的个数，若所述人的图形个数为1，则用数字-1表示所述视频信息；否则，用数字0表示所述视频信息。

较佳的，将所述温度信息和所述视频信息相加，以获得环境权值，并根据所述环境权值生产冷色调旋律谱或暖色调旋律谱。

较佳的，冷色调旋律谱对应的所述环境权值大于所述暖色调旋律谱对应的所述环境权值。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利申请记载了一种音乐灯光律动系统和方法，其有益效果有：将节奏和旋律都同时考虑在内，并通过对节奏和旋律进行统计分析，获取最终律动效果，相比于单一使用节奏或旋律来获取律动效果，更贴合用户需求，所达到的律动效果也更佳；且该系统和方法能够自动分析环境状态，如周围温度、人数等，并根据这些信息来生产旋律谱，并能够通过设置优先权，优选使用用户输入的旋律谱；在算法上，该系统和方法仅仅使用了简单的快速傅立叶变换算法和若干乘法和加法来保证律动效果的实时性。

附图说明

图1是本发明一种音乐灯光律动系统的结构示意图一；

图2是本发明一种音乐灯光律动系统的结构示意图二；

图3是本发明一种音乐灯光律动方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

实施例一

如图1所示，一种音乐灯光律动系统，包括：

采集配置模块1，采集温度信息、和/或视频信息、和/或喜好信息、和/或音乐类型信息、和/或配置文件信息，并根据这些信息配置算法参数，并生产旋律谱；

音乐播放器2，用于播放音频数据；

数字音频提取模块3，与所述音乐播放器2相连，用于提取所述音乐播放器2的播放流，从而获得数字音频信号信息；

律动算法模块4，分别与所述数字音频提取模块3和所述律动算法配置单元12相连接，根据所述算法参数对所述数字音频信号信息进行快速傅立叶变换，获得当前音乐不同频率区域内的信息，并根据律动灯光数目决定律动的节奏谱；

控制模块5，分别与所述采集模块和所述律动算法模块相连，对所述旋律谱和所述节奏谱进行处理，获取律动驱动信号；

灯珠6，与所述控制模块5相连，所述控制模块5根据所述律动驱动信号控制所述灯珠6进行有规律的闪烁。

如图2所示，其中，所述采集配置模块1包括：

场景采集单元11，所述场景采集单元11用于采集环境信息和外界输入信息。所述场景采集单元11与温度传感器、摄像头相连接，用于接收环境的温度信息和视频信息，所述温度信息和所述视频信息构成所述环境信息。此外，所述场景采集单元11还与音乐播放器2连接，用于获取音乐类型信息，以及通过云端大数据分析获取用户的喜好信息，所述场景采集单元11还设置有用户帐号，用户通过登录帐号自行配置文件来配置自己所喜欢的律动方式。所述外界输入信息包括音乐类型信息、喜好信息以及所述配置文件。根据所述环境信息和所述外界输入信息，所述场景采集单元11获取律动参数；

律动算法配置单元12，与所述场景采集单元11相连，接收所述律动参数，并根据所述律动参数配置具体的算法参数，并自动生成旋律谱。

所述控制模块5包括：

光谱混合单元51，与所述律动算法配置单元12和所述律动算法模块4相连，对所述旋律谱和所述节奏谱进行混合，获得律动驱动信号；

灯光驱动单元52，与所述光谱混合单元51以及灯珠6相连，并根据所述律动驱动信号驱动点亮所述灯珠6，获得灯光效果。

此外，摄像头对环境进行拍照，所述场景采集单元11经分析后获取视频信息，所述视频信息包括人数信息。由于音乐类型多种多样，所述场景采集单元11根据音乐类型信息选择不同的律动参数。针对摇滚或者重金属流行乐，所述场景采集单元11配置重节奏、轻旋律的算法参数；针对古典或者抒情类型的音乐，所述场景采集单元11配置重旋律、轻节奏的算法参数。

在所述律动算法配置单元12中，所述算法参数包括音频帧长度、快速傅立叶变换所需要的采样点数、采样率、节奏点强度因子、节奏点减弱因子等。

所述节奏谱和所述旋律谱是一系列由0到255数字组成的数组，这些数字每三个一组，每组中分别代表红、绿、蓝三色的数字。

所述光谱混合单元51还接收来自云端或者用户的旋律谱，且优先接收来自云端或者用户输入的旋律谱。所述光谱混合单元51在获得所述旋律谱和所述节奏谱之后，对两者进行混合，即将代表所述节奏谱的数字乘到代表所述旋律谱的数字中，获得一组全新的三个一组的数组，这些数组即为所述律动驱动信号。

所述音乐灯光律动系统可以与12个灯珠6相接，每个灯珠6对应不同的音乐频率范围。该系统在获得旋律谱和节奏谱后，通过光谱混合单元51，获得一个音频帧的灯光驱动数据，然后将该数据通过灯光驱动单元52来驱动灯光，获得最终效果。

所述音乐灯光律动系统，将节奏和旋律都同时考虑在内，并通过对节奏和旋律进行统计分析，获取最终律动效果，相比于单一使用节奏或旋律来获取律动效果，该系统更贴合用户需求，所达到的律动效果也更佳。且该系统能够自动分析用户喜好及环境状态，如周围温度、人数等，并根据这些信息来生产旋律谱。在算法上，仅仅使用了简单的快速傅立叶变换算法和若干乘法和加法来保证律动效果的实时性。该系统不但具有高效、全自动的特点，还可以由用户手动设置旋律谱。

实施例二

根据上述实施例提供的一种音乐灯光律动系统，本实施例针对该系统提出了一种音乐灯光律动方法。

如图3所示，所述音乐灯光律动方法，包括步骤：

S1：所述场景采集单元11获取温度信息、人数信息、音乐类型信息、和/或喜好信息、和/或配置文件信息，对这些信息处理后获得所述律动参数，并将这些律动参数输入至所述律动算法配置单元12；

S2：所述律动算法配置单元12根据所述律动参数配置所述算法参数，并自动生成旋律谱；

S3：所述数字音频提取模块3提取所述音乐播放器2的播放流，获得数字音频信号信息；

S4：所述律动算法模块4根据所述算法参数对所述数字音频信号信息进行快速傅立叶变换，获得当前音乐不同频率区域内的信息，并根据律动灯光数目决定律动的节奏谱；

S5：判断所述光谱混合单元51中是否有来自用户输入的旋律谱，如果没有，执行S6，否则执行S7；

S6：所述光谱混合单元51接收所述律动算法配置单元12传递来的所述旋律谱，并与所述节奏谱进行混合，获得律动驱动信号；

S7：所述光谱混合单元51接收接收来自用户输入的旋律谱，并与所述节奏谱进行混合，获得律动驱动信号；

S8：所述灯光驱动单元52接收所述律动驱动信号，驱动点亮所述灯珠6，获得灯光效果。

需要指出的是，在所述场景采集单元11中，针对温度信息，如果温度大于等于35度定义当前环境为炎热，所述温度信息用0表示；如果当前温度在[20,35)之间，表示当前环境为适宜温度，所述温度信息用1表示；如果当前温度在(5，20)之间，表示当前温度偏凉，所述温度信息用2表示；如果当前温度在5度及5度以下，表示当前温度为寒冷，所述温度信息用3表示。所述场景采集单元11利用识别算法，对采集到的视频进行分析处理，判断视频中是否有多人，如果有则判断为派对环境，所述视频信息用0表示，如果只有一个人，则判断为独处环境，所述视频信息用-1表示。这些数字相加获得最后环境权值，该权值越大，系统会越偏好自动生成使用冷色调旋律谱，反之则会越偏好自动生成暖色调旋律谱。

所述律动算法配置单元12中生成的所述算法参数包括：音频帧长度、快速傅立叶变换所需要的采样点数、采样率、节奏点强度因子、节奏点减弱因子等。

所述音乐灯光律动方法，将节奏和旋律都同时考虑在内，并通过对节奏和旋律进行统计分析，获取最终律动效果，相比于单一使用节奏或旋律来获取律动效果，该方法更贴合用户需求，所达到的律动效果也更佳。且该方法能够自动分析环境状态，如周围温度、人数等，并根据这些信息来生产旋律谱，并能够通过设置优先权，优选使用用户输入的旋律谱。在算法上，该方法仅仅使用了简单的快速傅立叶变换算法和若干乘法和加法来保证律动效果的实时性。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所做出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种音乐灯光律动系统，其特征在于，所述系统包括：

采集配置模块，采集环境信息和/或获取外界输入信息，并根据所述环境信息和/或外界输入信息配置算法参数，以获得旋律谱；

音乐播放器，用于播放音频数据；

数字音频提取模块，与所述音乐播放器相连，以接收并根据所述音乐播放器的播放流获得数字音频信号信息；

律动算法模块，分别与所述采集配置模块和所述数字音频提取模块相连，且所述律动算法模块根据所述算法参数对所述数字音频信号信息进行处理，以获得节奏谱；

控制模块，分别与所述采集配置模块和所述律动算法模块相连，以接收并根据所述旋律谱和所述节奏谱获取律动驱动信号；以及

与所述控制模块连接的灯珠，所述控制模块根据所述律动驱动信号控制所述灯珠进行有规律的闪烁。

2.根据权利要求1所述的音乐灯光律动系统，其特征在于，所述采集配置模块包括：

场景采集单元，接收所述环境信息和/或所述外界输入信息，处理后获取律动参数；

律动算法配置单元，与所述场景采集单元相连，接收所述律动参数，配置算法参数，并自动生成旋律谱；

其中，所述环境信息包括温度信息、和/或视频信息，所述外界输入信息包括喜好信息、和/或音乐类型信息、和/或配置文件信息。

3.根据权利要求2所述的音乐灯光律动系统，其特征在于，所述场景采集单元与温度传感器、摄像头以及所述音乐播放器相连，用于接收所述温度信息、所述视频信息以及所述音乐类型信息。

4.根据权利要求2所述的音乐灯光律动系统，其特征在于，所述场景采集单元通过云端大数据获取用户的所述喜好信息；以及

所述场景采集单元设置有用户帐号，用户通过登录所述用户帐号自行发出所述配置文件信息。

5.根据权利要求1所述的音乐灯光律动系统，其特征在于，所述节奏谱和所述旋律谱是一系列由0到255数字组成的数组；

其中，每组数组中均包括三个分别与红、绿、蓝一一对应的数字。

6.根据权利要求2所述的音乐灯光律动系统，其特征在于，所述控制模块包括：

光谱混合单元，分别与所述律动算法配置单元及所述律动算法模块相连，对所述旋律谱和所述节奏谱进行混合，获得所述律动驱动信号；

灯光驱动单元，分别与所述光谱混合单元及所述灯珠相连，根据所述律动驱动信号驱动点亮所述灯珠；

其中，所述光谱混合单元还接收用户直接输入的所述旋律谱。

7.一种音乐灯光律动方法，应用于上述权利要求1-6任意一项所述的音乐灯光律动系统，其特征在于，包括步骤：

S1：场景采集单元获取环境信息和/或外界输入信息，并根据所述环境信息和/或外界输入信息获得律动参数，将所述律动参数输入至律动算法配置单元；所述环境信息包括温度信息、和/或视频信息；

S2：所述律动算法配置单元根据所述律动参数配置算法参数，并自动生成所述旋律谱；

S3：数字音频提取模块提取播放流，获得数字音频信号信息；

S4：律动算法模块根据所述算法参数对所述数字音频信号信息进行处理，获得节奏谱；

S5：判断光谱混合单元中是否有来自用户输入的所述旋律谱，如果没有，执行S6，否则执行S7；

S6：所述光谱混合单元接收所述律动算法配置单元传递来的所述旋律谱，并与所述节奏谱进行混合，获得律动驱动信号；

S7：所述光谱混合单元接收来自用户输入的所述旋律谱，并与所述节奏谱进行混合，获得所述律动驱动信号；

S8：灯光驱动单元接收所述律动驱动信号，驱动点亮灯珠，控制所述灯珠进行有规律的闪烁。

8.根据权利要求7所述的音乐灯光律动方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述律动算法模块对所述数字音频信号信息进行快速傅立叶变换，以获得所述节奏谱。

9.根据权利要求7所述的音乐灯光律动方法，其特征在于，在所述步骤S1中，当温度传感器测量的温度大于等于35度，所述温度信息用数字0表示；当所述温度传感器测量的温度在[20,35)之间，所述温度信息用数字1表示；当所述温度传感器测量的温度在(5，20)之间，所述温度信息用数字2表示；当所述温度传感器测量的温度在5度及5度以下，所述温度信息用3表示。

10.根据权利要求9所述的音乐灯光律动方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述场景采集单元利用识别算法，对采集到的视频进行分析处理，以获取所述视频中是否存在人的图像；在判定存在人的图像后，判断所述视频中包括的人的图形的个数，若所述人的图形个数为1，则用数字-1表示所述视频信息；否则，用数字0表示所述视频信息。

11.根据权利要求7所述的音乐灯光律动方法，其特征在于，将所述温度信息和所述视频信息相加，以获得环境权值，并根据所述环境权值生产冷色调旋律谱或暖色调旋律谱。

12.根据权利要求11所述的音乐灯光律动方法，其特征在于，所述冷色调旋律谱对应的所述环境权值大于所述暖色调旋律谱对应的所述环境权值。