CN111988891A - 无人机编队音乐同步灯光控制方法、控制系统及无人机 - Google Patents

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Abstract

本发明属于音乐灯光控制技术领域，公开了一种无人机编队音乐同步灯光控制方法、控制系统及无人机，对系统输入原始音乐文件和原始灯效效果。对原始音乐文件进行时域和频域分析，得到该音乐频率，节奏，音量大小等特点。基于分析结果，对原始灯效效果进行后处理，改变灯效的亮度，颜色等相关特点。将处理好的新灯效发送至无人机编队。本发明利用对音频信号进行时域和频域下的分析，实现了根据音频信号的特点改变无人机编队灯光原有效果的功能，得到了保证无人机编队灯光的亮度和音乐的音量大小相匹配、无人机编队灯光的色调和音乐的最大频率相匹配的技术效果。

Description

无人机编队音乐同步灯光控制方法、控制系统及无人机
技术领域
本发明属于音乐灯光控制技术领域，尤其涉及一种无人机编队音乐同步灯光控制方法、控制系统及无人机。
背景技术
目前，无人机编队灯光表演中的音乐灯光控制设备，依赖灯光设计人员手动调整。典型方法为设计人员在3D建模软件中导入音效后，根据音乐波形设置无人机表演队形颜色，导致了音乐同步灯光控制效果设计复杂，耗费大量人力物力，且存在音效灯光不同步，显示效果差等问题。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)现有技术，不能保证无人机编队灯光的亮度和音乐的音量大小相匹配、造成无人机编队灯光的节奏和音乐的节奏匹配效果差。
(2)现有技术，不能保证无人机编队灯光的色调和音乐的最大频率相匹配、造成无人机编队灯光的色调和音乐的风格匹配效果差。
(3)现有技术，不能保证无人机编队灯光表现和音乐的时间做到完全匹配，造成视觉效果和音乐的同步效果差。
解决以上问题及缺陷的难度为：
(1)解决以上问题的难度在于，基于现有技术，由于需要设计人员手动设置，无法做到灯效效果绝对精确。
(2)解决以上问题的难度在于，需要详细分析音乐文件在时域和频域下的特征，并精确记录。
(3)解决以上问题的难度在于，需要明确音乐文件的特征和无人机表演灯效的匹配关系，达到流畅自然的效果。
解决以上问题及缺陷的意义为：
(1)解决以上问题的意义在于：可以实现自动无人机表演灯光与音乐效果的匹配，节省灯效设计及制作时间。
(2)解决以上问题的意义在于：可以实现自动无人机表演灯光与音乐效果的匹配，避免出现无人机表演灯效与音乐不同步的问题。
(3)解决以上问题的意义在于：可以实现自动无人机表演灯光与音乐效果的匹配，提升无人机灯光表演的视觉效果和表现力。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种种无人机编队音乐同步灯光控制方法、控制系统及无人机。本发明能自动截取和分析音乐文件在时域和频域下的特性，并根据特定对应关系生成和改变无人机编队灯光效果。该发明在时域和频域下分析音乐文件和记录特点的方式，以及生成和改变无人机编队灯光效果的特定对应关系。
本发明是这样实现的，一种无人机编队音乐同步灯光控制方法，包括：
对系统输入的原始音乐文件和原始灯效效果时间长度信息进行对比，时间长度不一致，则对音乐文件进行截取处理；
读取音乐文件的中的音频信号，分析在时域下的声音波形及幅值，记录各时刻的音量大小信息；
将音频信号进行傅里叶变换，分析在频域下的特点，记录音乐文件在各时刻下的频谱信息；
确认音乐的特点和灯效之间的对应关系，经过相应计算，改变无人机编队灯效的亮度及颜色；
将处理好的新灯效发送至无人机编队。
进一步，在时域下对音乐中的音频信号进行分析的方法包括：无人机编队灯光信号刷新率为25Hz，则在灯光信号的每个40ms周期中，记录音频信号中的波形，找到周期中最大振幅作为最大幅值，生成队列{M}＝M1,M2,L，每一个元素为该周期内的最大幅值。
在频域下对音乐中的音频信号进行分析的方法包括：无人机编队灯光信号刷新率为25Hz，则在灯光信号的每个40ms周期中，记录各个周期下幅值最大的频段，生成队列{F}＝F1,F2,L，每一个元素为该周期内幅值最大的频率。
进一步，根据音乐的最大幅值队列{M}和最大频率队列{F}分别改变无人机编队的亮度及色调；将RGB色彩空间转换为HSL色彩空间，转换公式为：
Figure BDA0002636087500000031
Figure BDA0002636087500000032
Figure BDA0002636087500000033
进一步，确认音乐的特点和灯效之间的对应关系的方法包括：
整体灯光亮度与队列{M}的关系为：
Figure BDA0002636087500000034
其中，Lno为无人机编队灯光原有亮度，Ln为根据最大幅值队列{M}修改后的无人机编队灯光亮度。
确认音乐的特点和灯效之间的对应关系的方法包括：
无人机编队整体灯光色调随队列{F}变化，对应关系为：
Figure BDA0002636087500000035
其中，Hno为无人机编队灯光原有色调，Hn为根据最大频率队列{F}修改后的无人机编队灯光色调。
本发明的另一目的在于提供一种无人机编队音乐同步灯光控制系统，包括：
音乐文件截取处理模块，用于对系统输入的原始音乐文件和原始灯效效果时间长度信息进行对比，时间长度不一致，则对音乐文件进行截取处理；
音频分析模块，用于读取音乐文件的中的音频信号，分析在时域下的声音波形及幅值，记录各时刻的音量大小信息；
音频傅里叶变换模块，用于将音频信号进行傅里叶变换，分析在频域下的特点，记录音乐文件在各时刻下的频谱信息；
音乐特点和灯效分析模块，用于确认音乐的特点和灯效之间的对应关系，经过相应计算，改变无人机编队灯效的亮度及颜色；
传输模块，用于将处理好的新灯效发送至无人机。
本发明的另一目的在于提供一种搭载无人机编队音乐同步灯光控制系统的无人机编队。
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
对系统输入的原始音乐文件和原始灯效效果时间长度信息进行对比，时间长度不一致，则对音乐文件进行截取处理；
读取音乐文件的中的音频信号，分析在时域下的声音波形及幅值，记录各时刻的音量大小信息；
将音频信号进行傅里叶变换，分析在频域下的特点，记录音乐文件在各时刻下的频谱信息；
确认音乐的特点和灯效之间的对应关系，经过相应计算，改变无人机编队灯效的亮度及颜色；
将处理好的新灯效发送至无人机编队。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述方法。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
本发明应用背景为无人机编队灯光表演。该背景使用若干架次的无人机编队，在空中组成特定队形和图案，并利用其搭载的灯光显示设备显示特定光效，从而达到一定的观赏和艺术效果。在某些表演现场，存在背景音乐等音效，如果实现音乐同步灯效，能够极大地提高其观赏性和艺术性。
相比于现有技术，本发明的优点进一步包括：利用对音频信号进行时域和频域下的分析，实现了根据音频信号的特点改变无人机编队灯光原有效果的功能，得到了保证无人机编队灯光的亮度和音乐的音量大小相匹配、无人机编队灯光的色调和音乐的最大频率相匹配的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的无人机编队音乐同步灯光控制方法流程图。
图2是本发明实施例提供的无人机编队音乐同步灯光控制方法原理图。
图3是本发明实施例提供的原始灯效与本发明的对比示意图；
图3中：(a)原始灯效；(b)音乐音量增大时灯效；(c)音乐音量减小时灯效；(d)音乐频率升高时灯效；(e)音乐频率降低时灯效。
图4是本发明实施例提供的分析后的音量数据示意图。
图5是本发明实施例提供的分析后的频率数据示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种无人机编队音乐同步灯光控制方法、控制系统及无人机，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的无人机编队音乐同步灯光控制方法包括：
S101，对系统输入原始音乐文件和原始灯效效果。
S102，对原始音乐文件进行时域和频率分析，得到该音乐频率，节奏，音量大小等特点。
S103，基于步骤S102的分析结果，对原始灯效效果进行后处理，改变灯效的亮度，颜色等相关特点。
S104，将处理好的新灯效发送至无人机编队。
本方法适用于解决无人机编队表演效果与表演现场的环境音效、配乐的协调及同步问题，具有易于实现，高效迅速，效果稳定及有效提升无人机编队观赏性等特点。
本发明提供一种无人机编队音乐同步灯光控制系统，包括：
音乐文件截取处理模块，用于对系统输入的原始音乐文件和原始灯效效果时间长度信息进行对比，时间长度不一致，则对音乐文件进行截取处理；
音频分析模块，用于读取音乐文件的中的音频信号，分析在时域下的声音波形及幅值，记录各时刻的音量大小信息；
音频傅里叶变换模块，用于将音频信号进行傅里叶变换，分析在频域下的特点，记录音乐文件在各时刻下的频谱信息；
音乐特点和灯效分析模块，用于确认音乐的特点和灯效之间的对应关系，经过相应计算，改变无人机编队灯效的亮度及颜色；
传输模块，用于将处理好的新灯效发送至无人机编队。
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例
如图2是本发明实施例提供的无人机编队音乐同步灯光控制方法包括以下具体步骤：
步骤1：对系统输入原始音乐文件和原始灯效效果，对比音乐文件和原始灯效效果时间长度，如时间长度不一致，对音乐文件进行截取处理；
步骤2：读取音乐文件的中的音频信号，分析其在时域下的声音波形及幅值，记录下各时刻的音量大小等信息；
步骤3：将音频信号进行傅里叶变换，分析其在频域下的特点，记录音乐文件在各时刻下的频谱等信息；
步骤4：确认音乐的特点和灯效之间的对应关系，经过相应计算，改变无人机编队灯效的亮度及颜色。
步骤5：将处理好的新灯效发送至无人机编队。
在本发明中，在时域下对音乐中的音频信号进行分析：由于无人机编队灯光信号刷新率为25Hz，则在灯光信号的每个40ms周期中，记录音频信号中的波形，找到周期中最大振幅作为最大幅值，生成队列{M}＝M1,M2,L，其中，每一个元素为该周期内的最大幅值。
在本发明中，在频域下对音乐中的音频信号进行分析：由于无人机编队灯光信号刷新率为25Hz，则在灯光信号的每个40ms周期中，记录各个周期下幅值最大的频段，生成队列{F}＝F1,F2,L，其中，每一个元素为该周期内幅值最大的频率。
在本发明中，根据音乐的最大幅值队列{M}和最大频率队列{F}分别改变无人机编队的亮度及色调。在本系统中，灯光颜色由RGB色彩空间决定。而RGB色彩空间无法直接调整亮度及色调。故将RGB色彩空间转换为HSL色彩空间，转换公式为：
Figure BDA0002636087500000081
Figure BDA0002636087500000082
Figure BDA0002636087500000083
在本发明中，确认音乐的特点和灯效之间的对应关系：
整体灯光亮度与队列{M}的关系为：
Figure BDA0002636087500000084
其中，Lno为无人机编队灯光原有亮度，Ln为根据最大幅值队列{M}修改后的无人机编队灯光亮度。上述处理步骤，保证无人机编队灯光的亮度和音乐的音量大小相匹配，带来视觉上的节奏感。
在本发明中，确认音乐的特点和灯效之间的对应关系：
无人机编队整体灯光色调随队列{F}变化,对应关系为：
Figure BDA0002636087500000085
其中，Hno为无人机编队灯光原有色调，Hn为根据最大频率队列{F}修改后的无人机编队灯光色调。上述处理步骤，保证无人机编队灯光的色调和音乐的最大频率相匹配，使无人机编队灯光的视觉效果与音乐风格一致。
本发明中，处理好的新灯效重新上传至无人机。无人机编队进行表演时，同步与音乐进行播放。
下面结合实验对本发明的技术效果作详细的描述。
图3是本发明实施例提供的原始灯效与本发明的对比示意图；
图3中：(a)原始灯效；(b)音乐音量增大时灯效；(c)音乐音量减小时灯效；(d)音乐频率升高时灯效；(e)音乐频率降低时灯效。
本发明能够生成与音乐音频同步的灯光效果，提升无人机编队表演的艺术性和节奏性。
本发明能够全程自动生成新的灯光效果序列，无需人工参与。
本发明能够自动分析音乐在时域下的最大音量，并记录。分析后的音量数据示意如图4。
本发明能够自动分析音乐在频域下的最大频率，并记录。分析后的频率数据示意如图5。
本发明能基于特定关系改变无人机灯光表演灯效的原有亮度和色调。
本发明能够将处理好的新灯效重新上传至无人机。无人机编队进行表演时，同步与音乐进行播放。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人机编队音乐同步灯光控制方法，其特征在于，所述无人机编队音乐同步灯光控制方法包括：
对系统输入的原始音乐文件和原始灯效效果时间长度信息进行对比，时间长度不一致，则对音乐文件进行截取处理；
读取音乐文件的中的音频信号，分析在时域下的声音波形及幅值，记录各时刻的音量大小信息；
将音频信号进行傅里叶变换，分析在频域下的特点，记录音乐文件在各时刻下的频谱信息；
确认音乐的特点和灯效之间的对应关系，经过相应计算，改变无人机编队灯效的亮度及颜色；
将处理好的新灯效发送至无人机编队。
2.如权利要求1所述的无人机编队音乐同步灯光控制方法，其特征在于，在时域下对音乐中的音频信号进行分析的方法包括：无人机编队灯光信号刷新率为25Hz，则在灯光信号的每个40ms周期中，记录音频信号中的波形，找到周期中最大振幅作为最大幅值，生成队列{M}＝M1,M2,L，每一个元素为该周期内的最大幅值。
3.如权利要求1所述的无人机编队音乐同步灯光控制方法，其特征在于，在频域下对音乐中的音频信号进行分析的方法包括：无人机编队灯光信号刷新率为25Hz，则在灯光信号的每个40ms周期中，记录各个周期下幅值最大的频段，生成队列{F}＝F1,F2,L，每一个元素为该周期内幅值最大的频率。
4.如权利要求1所述的无人机编队音乐同步灯光控制方法，其特征在于，根据音乐的最大幅值队列{M}和最大频率队列{F}分别改变无人机编队的亮度及色调；将RGB色彩空间转换为HSL色彩空间，转换公式为：
Figure FDA0002636087490000021
5.如权利要求1所述的无人机编队音乐同步灯光控制方法，其特征在于，确认音乐的特点和灯效之间的对应关系的方法包括：
整体灯光亮度与队列{M}的关系为：
Figure FDA0002636087490000022
其中，Lno为无人机编队灯光原有亮度，Ln为根据最大幅值队列{M}修改后的无人机编队灯光亮度。
6.如权利要求1所述的无人机编队音乐同步灯光控制方法，其特征在于，确认音乐的特点和灯效之间的对应关系的方法包括：
无人机编队整体灯光色调随队列{F}变化，对应关系为：
Figure FDA0002636087490000023
其中，Hno为无人机编队灯光原有色调，Hn为根据最大频率队列{F}修改后的无人机编队灯光色调。
7.一种无人机编队音乐同步灯光控制系统，其特征在于，所述无人机编队音乐同步灯光控制系统包括：
音乐文件截取处理模块，用于对系统输入的原始音乐文件和原始灯效效果时间长度信息进行对比，时间长度不一致，则对音乐文件进行截取处理；
音频分析模块，用于读取音乐文件的中的音频信号，分析在时域下的声音波形及幅值，记录各时刻的音量大小信息；
音频傅里叶变换模块，用于将音频信号进行傅里叶变换，分析在频域下的特点，记录音乐文件在各时刻下的频谱信息；
音乐特点和灯效分析模块，用于确认音乐的特点和灯效之间的对应关系，经过相应计算，改变无人机编队灯效的亮度及颜色；
传输模块，用于将处理好的新灯效发送至无人机编队。
8.一种搭载无人机编队音乐同步灯光控制系统的无人机。
9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
对系统输入的原始音乐文件和原始灯效效果时间长度信息进行对比，时间长度不一致，则对音乐文件进行截取处理；
读取音乐文件的中的音频信号，分析在时域下的声音波形及幅值，记录各时刻的音量大小信息；
将音频信号进行傅里叶变换，分析在频域下的特点，记录音乐文件在各时刻下的频谱信息；
确认音乐的特点和灯效之间的对应关系，经过相应计算，改变无人机编队灯效的亮度及颜色；
将处理好的新灯效发送至无人机编队。
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1～6任意一项所述方法。
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