CN112261767A - 一种控制灯效的方法、装置、系统及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种控制灯效的方法、装置、系统及存储介质，涉及灯光控制技术领域，包括：获取音乐采样信号，并对音乐采样信号进行分帧，确定每一帧的数据信号；根据数据信号的平均能量，确定对应的音乐节奏；根据音乐节奏，控制灯光元件的灯效。本发明利用音乐采样信号中的平均能量有效确定音乐节奏，控制灯光元件随音乐节奏进行依次的变化，实现了随音乐节奏响应的多样的灯光效果。
Description
技术领域
本发明涉及灯光控制技术领域，具体而言，涉及一种控制灯效的方法、装置、系统及存储介质。
背景技术
灯效控制广泛应用于展厅、歌唱会、卡拉OK等场所，主要用于伴随着音乐烘托现场气氛。传统的人工控制灯效方法是由特定的灯光师判断现场旋律情况，对灯光元件进行不同的控制。然而，灯光师对现场旋律的主观判断显然存在误差，再加上人为控制并不及时，因而，人为控制灯光效果存在误差性、延迟性。为了达到更好的灯光效果，现有技术利用对音乐信号的FFT特征或者通过喇叭的电流特征，对灯光效果进行控制，而无论是FFT特征还是电流特征，往往需要依赖于硬件设备的数据处理能力，且容易受到环境噪声影响，无法准确反映音乐节奏，进而无法有效地将灯光效果适配于音乐节奏。
因此，如何随着音乐快速准确地控制灯效，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是如何随着音乐快速准确地控制灯效，为达上述目的，第一方面，本发明提供了一种控制灯效的方法，包括：
获取音乐采样信号，并对所述音乐采样信号进行分帧，确定每一帧的数据信号；
根据所述数据信号的平均能量，确定对应的音乐节奏；
根据所述音乐节奏，控制灯光元件的灯效。
由此，本发明利用分帧求平均不仅能初步避免噪声影响，且通过分帧求平均，将每一帧的数据信号合并成一个平均能量，并以该平均能量表征该帧数据信号的信号特征，有效减少了数据量，且求平均能量只需对每一帧数据信号求和取平均，相对于FFT等方法，算法过程简单快速。综上，本发明利用分帧求平均能量的方法，避免了复杂的运算转换过程，利用每一帧的平均能量反映了信号的变化过程，以此有效确定音乐节奏，控制灯光元件随音乐节奏进行依次的变化，实现了随音乐节奏响应的多样的灯光效果，在音乐过程中，保证了随着音乐快速准确地控制灯效，加强了对氛围的烘托。
进一步地，所述根据所述数据信号的平均能量，确定对应的音乐节奏包括：
根据当前帧数据信号的平均能量和前一帧数据信号的平均能量的差值，判断所述当前帧数据信号是否出现明显涨幅，其中，所述当前帧数据信号为当前帧下的所述数据信号，前一帧数据信号为所述当前帧数据信号对应的前一帧下的所述数据信号；
若出现，则所述当前帧数据信号为所述音乐节奏。
由此，本发明利用前后帧平均能量的差值，有效判断是否出现明显涨幅，以此保证判断音乐节奏的准确性。
进一步地，所述根据当前帧数据信号的平均能量和前一帧数据信号的平均能量的差值，判断所述当前帧数据信号是否出现明显涨幅包括：
若所述差值大于平均能量均值，则判断所述当前帧数据信号出现所述明显涨幅，其中，所述平均能量均值为当前帧下，在预设时间段内的所述数据信号的平均能量的均值。
由此，本发明利用对前后帧平均能量的差值的判断，当其大于平均能量均值，说明当前帧的能量出现了涨幅，因而，有效鉴别了此时的音乐节奏。
进一步地，所述根据所述数据信号的平均能量，确定对应的音乐节奏的步骤之后，还包括：对所述音乐节奏进行去噪，去除无效节奏。
由此，对音乐节奏进行去噪，避免无效节奏的干扰，保证对灯光元件的控制的准确性。
进一步地，所述根据所述音乐节奏，控制灯光元件的灯效包括：
当所述音乐节奏出现，调节所述灯光元件的亮度。
由此，当音乐节奏出现时，为了随着音乐节奏变化，因而调节灯光元件的亮度，以有效烘托气氛。
进一步地，所述根据所述音乐节奏，控制灯光元件的灯效包括：
检测当前时刻出现的所述音乐节奏与前一时刻出现的所述音乐节奏的时间间隔；
若所述时间间隔达到预设间隔时长，则调节所述灯光元件变成不同的颜色。
由此，当音乐节奏之间出现了较长的间隔，为了显示其变化，有效控制灯光元件的颜色，以加强对氛围的烘托。
为达上述目的，第二方面，本发明提供了一种控制灯效的装置，其包括：
获取单元：用于获取音乐采样信号，并对所述音乐采样信号进行分帧，确定每一帧的数据信号；
处理单元：用于根据所述数据信号的平均能量，确定对应的音乐节奏；
控制单元：用于根据所述音乐节奏，控制灯光元件的灯效。
所述控制灯效的装置与上述控制灯效的方法相对于现有技术所具有的有益效果相同，在此不再赘述。
为达上述目的，第三方面，本发明提供了一种控制灯效的装置，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上所述的控制灯效的方法。
所述控制灯效的装置与上述控制灯效的方法相对于现有技术所具有的有益效果相同，在此不再赘述。
为达上述目的，第四方面，本发明提供了一种控制灯效的系统，包括多个灯光元件和如上所述的控制灯效的装置。
由此，本发明利用分帧求平均不仅能初步避免噪声影响，且通过分帧求平均，将每一帧的数据信号合并成一个平均能量，并以该平均能量表征该帧数据信号的信号特征，有效减少了数据量，且求平均能量只需对每一帧数据信号求和取平均，相对于FFT等方法，算法过程简单快速。综上，本发明利用分帧求平均能量的方法，避免了复杂的运算转换过程，利用每一帧的平均能量反映了信号的变化过程，以此有效确定音乐节奏，控制灯光元件随音乐节奏进行依次的变化，实现了随音乐节奏响应的多样的灯光效果，在音乐过程中，保证了随着音乐快速准确地控制灯效，加强了对氛围的烘托。
为达上述目的，第五方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述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读取并运行时，实现如上所述的控制灯效的方法。
所述计算机可读存储介质与上述控制灯效的方法相对于现有技术所具有的有益效果相同，在此不再赘述。
附图说明
图1所示为本发明实施例的控制灯效的方法的流程示意图；
图2所示为本发明实施例的获取音乐采样信号方法的流程示意图；
图3所示为本发明实施例的确定音乐节奏的流程示意图；
图4所示为本发明实施例的调节灯光元件亮度的示意图；
图5所示为本发明实施例的调节灯光元件颜色的流程示意图；
图6所示为本发明实施例第二方面提供的控制灯效的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述根据本发明的实施例，描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同附图标记表示相同或相似的要素。要说明的是，以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表本发明的所有实施方式。它们仅是与如权利要求书中所详述的、本发明公开的一些方面相一致的装置和方法的例子，本发明的范围并不局限于此。在不矛盾的前提下，本发明各个实施例中的特征可以相互组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在展厅、歌唱会、卡拉OK等场所中，灯效控制必不可少，主要用于烘托现场气氛。一般而言，灯效是随着音乐变化的，如此才能有效地营造同音乐节奏相匹配的场景。传统的灯效控制多为人工控制，由特定的灯光师判断现场旋律情况，对灯光元件进行不同的控制。人工控制灯效存在局限性，一方面，灯光师对现场旋律的主观判断显然存在误差，无法完全掌握音乐节奏；另一方面，灯光师对音乐节奏的反映存在延迟，导致人为控制的灯效也会出现延迟，与现场的音乐节奏并不匹配。
为了达到更好的灯光效果，现有技术利用对音乐信号的FFT特征或者通过喇叭的电流特征，对灯光效果进行控制。而在上述方法中，无论是FFT特征还是电流特征，往往需要依赖于硬件设备的数据处理能力，且在提取的过程中容易受到环境噪声影响，无法准确反映音乐节奏，进而无法有效地将灯光效果适配于音乐节奏。综上，现有控制灯光效果技术存在误差性、延迟性。如何随着音乐快速准确地控制灯效，是目前亟待解决的问题。
本发明第一方面的实施例提供了一种控制灯效的方法。结合图1来看，图1所示为本发明实施例的控制灯效的方法的流程示意图，其包括步骤S1至S3，其中：
在步骤S1中，获取音乐采样信号，并对音乐采样信号进行分帧，确定每一帧的数据信号。由此，通过分帧以便进一步对音乐节奏的筛选。
可选地，上述获取音乐采样信号的方法为：音乐设备(诸如麦克风)生成模拟信号；主控芯片利用AGC(Automatic Gain Control，自动增益)算法采集模拟信号不同的音量，生成对应的音乐采样信号。在本发明实施例中，主控芯片为BLE(Bluetooth Low Energy，低功耗蓝牙)芯片。由此，准确采集模拟信号，进而有效生成音乐采样信号。
具体地，结合图2来看，图2所示为本发明实施例的获取音乐采样信号方法的流程示意图，其包括步骤S11至S13，其中：
在步骤S11中，获取音乐设备生成的模拟信号，并对模拟信号进行模拟放大，确定模拟放大信号。由此，得到有效的模拟放大信号。
在步骤S12中，通过模/数转换，确定初始数字信号，并对初始数字信号进行数字放大，确定放大数字信号。其中，采用ADC(Analog-to-Digital Converter，模/数转换器)进行模/数转换，由此，得到有效的放大数字信号。
在步骤S13中，对放大数字信号进行信号平均处理，确定音乐采样信号。由此，通过信号平均处理进行初步地去噪，以此得到最终的、有效的音乐采样信号。
可选地，步骤S13具体包括：对放大数字信号进行信号平均处理，确定平均数字信号；计算平均数字信号中的过零率，根据过零率检测平均数字信号的有效频率成分；根据平均数字信号中的有效频率成分，确定音乐采样信号。由此，先通过信号平均处理，得到平均数字信号，再通过过零率去除其中的无效频率，最终得到有效准确的音乐采样信号。
可选地，上述对音乐采样信号进行分帧具体包括：设置预设帧时长；每个预设帧时长内的音乐采样信号为一帧数据信号。由此，保证了有效的分帧，确定了每一帧的数据信号。
在本发明实施例中，预设帧时长设为20ms，即每隔20ms为一帧数据信号。由此，通过设置合理的预设帧时长，进行了高效的分帧处理。以一个具体的数值例说明，当采样率为4000/s时，即时长为一秒的音乐采样信号包括4000个信号数据点，当预设帧时长为20ms时，即一帧数据信号的时长为20ms，包含200个信号数据点。
在步骤S2中，根据数据信号的平均能量，确定对应的音乐节奏。由此，由于进行了分帧处理，本发明利用每一帧数据信号中的平均能量，即可反映音乐采样信号的变化，以此有效确定了音乐节奏。由此，本发明利用分帧求平均不仅能初步避免噪声影响，且通过分帧求平均，将每一帧的数据信号合并成一个平均能量，并以该平均能量表征该帧数据信号的信号特征，有效减少了数据量，且求平均能量只需对每一帧数据信号求和取平均，相对于FFT等方法，算法过程简单快速。
可选地，上述数据信号的平均能量的确定过程具体包括：针对每一帧数据信号，计算其中包含的所有信号数据点的绝对值的平均值。以一个具体的数值例说明，当一帧数据信号的时长为20ms，包含200个信号数据点，则该帧数据信号的平均能量为200个信号数据点的绝对值之和除以200，所得结果为该帧数据信号的平均能量。
可选地，结合图3来看，图3所示为本发明实施例的确定音乐节奏的流程示意图，步骤S2包括步骤S21至S22，其中：
在步骤S21中，根据当前帧数据信号的平均能量和前一帧数据信号的平均能量的差值，判断当前帧数据信号是否出现明显涨幅，其中，当前帧数据信号为当前帧下的数据信号，前一帧数据信号为当前帧数据信号对应的前一帧下的数据信号。
可选地，步骤S21具体包括：若差值大于能量均值，则判断当前帧数据信号出现明显涨幅，其中，平均能量均值为当前帧下，在预设时间段内的数据信号的平均能量的均值。由此，本发明利用对前后帧平均能量的差值的判断，当其大于平均能量均值，说明当前帧的能量出现了涨幅，因而，有效鉴别了此时的音乐节奏。
在本发明实施例中，能量均值设为D，预设时间段为10s，能量均值D是在当前帧下，最近10秒内的所有数据信号的平均能量的均值来决定的一个阀值，因而是动态变化的。若当前帧数据信号的平均能量和前一帧数据信号的平均能量的差值为第一差值K，当第一差值K大于能量均值D，说明当前帧数据信号相较于最近10秒内的所有数据信号，出现了能量的较大增长，因而有效显示了音乐节奏。
在步骤S22中，若出现，则当前帧数据信号为音乐节奏。由此，本发明利用前后帧平均能量的差值，有效判断是否出现明显涨幅，以此保证判断音乐节奏的准确性。
可选地，步骤S2之后还包括：对音乐节奏进行去噪，去除无效节奏。由此，对音乐节奏进行去噪，避免无效节奏的干扰，保证对灯光元件的控制的准确性。
可选地，上述对音乐节奏进行去噪的过程具体包括：确定数据信号中的噪声信息和节奏信息；通过与运算，根据噪声信息和节奏信息，确定最终的音乐节奏。
以一个具体的数值例说明以上进行去噪的过程：分帧求平均后的信号表示为[101 2 6 20]，其中10对应第一帧数据信号的平均能量，1对应第二帧数据信号的平均能量，2对应第三帧数据信号的平均能量，6对应第四帧数据信号的平均能量，20对应第五帧数据信号的平均能量。其中，第二帧数据信号的平均能量1与第一帧数据信号的平均能量10，相差过大，因而确定第二帧数据信号为节奏，置为1；第五帧数据信号的平均能量20与第四帧数据信号的平均能量6，相差过大，因而确定第五帧数据信号为节奏，置为1，其他置为0，得到节奏信息[0 1 0 0 1](1为有节奏，0为无节奏)。而去噪后噪声信息为[1 0 0 1 1](1为有效声音，0为噪声)，此时，将节奏信息[0 1 0 0 1]与噪声信息[1 0 0 1 1]进行与运算，得到[0 0 0 0 1]，即第五帧数据信号为最终的音乐节奏。可以理解的是，本发明实施例采取的去噪方法为常规去噪方法，在此不作限制，只要完成对应的去噪功能即可。
在步骤S3中，根据音乐节奏，控制灯光元件的灯效。由此，利用音乐采样信号中的平均能量有效确定音乐节奏，控制灯光元件随音乐节奏进行变化，实现了随音乐节奏响应的灯光效果。
可选地，步骤S3具体包括：当音乐节奏出现，调节灯光元件的亮度。由此，当音乐节奏出现时，为了随着音乐节奏变化，因而调节灯光元件的亮度，以有效烘托气氛。
其中，上述调节灯光元件的亮度包括：当音乐节奏出现时，调节灯光元件亮度先升高再降低。可以理解的是，本发明实施例中的灯光元件可以为多个，当音乐节奏出现时，多个灯光元件的亮度调节方式可以设置为相同，也可以设置为不同。除此之外，本发明实施例中的亮度调节方式不限于先升高再降低，依实际情况设定即可。
在本发明实施例中，结合图4来看，图4所示为本发明实施例的调节灯光元件亮度的示意图，从图中可知，灯光元件的亮度范围为0-255(阶)，当音乐节奏出现时，灯光元件的亮度先冲高至最高亮度255，然后随着音乐节奏的消失，其亮度再下降。由此，有效地使灯光效果与音乐节奏相匹配，渲染了氛围。
可选地，结合图5来看，图5所示为本发明实施例的调节灯光元件颜色的流程示意图，步骤S3具体还包括步骤S31至S32，其中：
在步骤S31中，检测当前时刻出现的音乐节奏与前一时刻出现的音乐节奏的时间间隔。由此，有效根据音乐节奏的时间间隔判断音乐旋律的情况。
在步骤S32中，若时间间隔达到预设间隔时长，则调节灯光元件变成不同的颜色。由此，当音乐节奏之间出现了较长的间隔，为了显示其变化，有效控制灯光元件的颜色，以加强对氛围的烘托。
在本发明实施例中，预设间隔时长设为200ms。由此，当音乐节奏之间的时间间隔较大，说明音乐节奏产生了一定的变化，因而将灯光颜色转换，加强其与音乐节奏的匹配程度。可以理解的是，本发明实施例中的灯光元件可以为多个，当音乐节奏出现时，多个灯光元件的颜色调节方式可以设置为相同，也可以设置为不同。
本发明第一方面实施例提供的控制灯效的方法，利用音乐采样信号中的平均能量有效确定音乐节奏，控制灯光元件随音乐节奏进行依次的变化，实现了随音乐节奏响应的多样的灯光效果，在音乐过程中，保证了随着音乐有效、及时地控制灯效，加强了对氛围的烘托。
本发明第二方面的实施例提供了一种控制灯效的装置，结合图6来看，图6所示为本发明实施例第二方面提供的控制灯效的装置600的结构示意图，其包括：
获取单元601：用于获取音乐采样信号，并对音乐采样信号进行分帧，确定每一帧的数据信号；
处理单元602：用于根据数据信号的平均能量，确定对应的音乐节奏；
控制单元603：用于根据音乐节奏，控制灯光元件的灯效。
上述控制灯效的装置与上述控制灯效的方法相对于现有技术所具有的有益效果相同，在此不再赘述。
本发明第三方面的实施例提供了一种控制灯效的装置，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，计算机程序被处理器读取并运行时，实现如上的游戏设备的动态识别方法。
上述控制灯效的装置与上述控制灯效的方法相对于现有技术所具有的有益效果相同，在此不再赘述。
本发明第四方面的实施例提供了一种控制灯效的系统，包括多个灯光元件和如本发明第三方面实施例的控制灯效的装置。
本发明第四方面实施例提供的控制灯效的系统，利用音乐采样信号中的平均能量有效确定音乐节奏，控制灯光元件随音乐节奏进行亮度和颜色的依次的变化，实现了随音乐节奏响应的多彩的灯光效果，在音乐过程中，保证了随着音乐有效、及时地控制灯效，加强了对氛围的烘托。
本发明第五方面的实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器读取并运行时，实现如上的控制灯效的方法。本发明第五方面实施例提供的计算机可读存储介质，利用音乐采样信号中的平均能量有效确定音乐节奏，控制灯光元件随音乐节奏进行亮度和颜色的依次的变化，实现了随音乐节奏响应的多彩的灯光效果，在音乐过程中，保证了随着音乐有效、及时地控制灯效，加强了对氛围的烘托。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，应当理解的是，上述实施例是示例性的，不能解释为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种控制灯效的方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取音乐采样信号，并对所述音乐采样信号进行分帧，确定每一帧的数据信号；
根据所述数据信号的平均能量，确定对应的音乐节奏；
根据所述音乐节奏，控制灯光元件的灯效。
2.根据权利要求1所述的控制灯效的方法，其特征在于，所述根据所述数据信号的平均能量，确定对应的音乐节奏包括：
根据当前帧数据信号和前一帧数据信号的所述平均能量之间的差值，判断所述当前帧数据信号是否出现明显涨幅，其中，所述当前帧数据信号为当前帧下的所述数据信号，前一帧数据信号为所述当前帧数据信号对应的前一帧下的所述数据信号；
若出现，则所述当前帧数据信号为所述音乐节奏。
3.根据权利要求2所述的控制灯效的方法，其特征在于，所述根据当前帧数据信号和前一帧数据信号的所述平均能量之间的差值，判断所述当前帧数据信号是否出现明显涨幅包括：
若所述差值大于能量均值，则所述当前帧数据信号出现所述明显涨幅，其中，所述能量均值为当前帧下，在预设时间段内的所述数据信号的所述平均能量的均值。
4.根据权利要求3所述的控制灯效的方法，其特征在于，所述根据所述数据信号的平均能量，确定对应的音乐节奏的步骤之后，还包括：对所述音乐节奏进行去噪。
5.根据权利要求1所述的控制灯效的方法，其特征在于，所述根据所述音乐节奏，控制灯光元件的灯效包括：
当所述音乐节奏出现，调节所述灯光元件的亮度。
6.根据权利要求1所述的控制灯效的方法，其特征在于，所述根据所述音乐节奏，控制灯光元件的灯效包括：
检测当前时刻出现的所述音乐节奏与前一时刻出现的所述音乐节奏的时间间隔；
若所述时间间隔达到预设间隔时长，则调节所述灯光元件变成不同的颜色。
7.一种控制灯效的装置，其特征在于，包括：
获取单元：用于获取音乐采样信号，并对所述音乐采样信号进行分帧，确定每一帧的数据信号；
处理单元：用于根据所述数据信号的平均能量，确定对应的音乐节奏；
控制单元：用于根据所述音乐节奏，控制灯光元件的灯效。
8.一种控制灯效的装置，其特征在于，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如权利要求1-6中任一项所述的控制灯效的方法。
9.一种控制灯效的系统，其特征在于，包括多个灯光元件和根据权利要求8所述的控制灯效的装置。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述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读取并运行时，实现如权利要求1-6中任一项所述的控制灯效的方法。
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