CN113393861A

CN113393861A - 一种基于频谱识别的音乐可视化系统

Info

Publication number: CN113393861A
Application number: CN202110683134.8A
Authority: CN
Inventors: 杜彬; 张宏; 吕和翔
Original assignee: Harbin University of Science and Technology
Current assignee: Harbin University of Science and Technology
Priority date: 2021-06-21
Filing date: 2021-06-21
Publication date: 2021-09-14

Abstract

本发明提供了基于频谱识别的音乐可视化系统，以克服传统的音乐可视化系统存在机械地将音乐与色彩匹配在一起的问题。该音乐可视化系统系统包括音频信号处理单元和播放单元；其中微处理器单元连接按键单元、LCD显示单元、灯光显示单元；微处理器单元通过接口单元耦接存储单元和音频解码单元的输入端；音频解码单元的输出端耦接音频信号处理单元的输入端；音频信号处理单元的输出端耦接微处理器单元；音频解码单元耦接播放单元。本发明专利能够根据音乐的音调和节奏使灯光显示单元显示不同的颜色，所以可以将音乐可视化地展现出来，所以本发明可以广泛的应用于各种有灯光音乐的领域和场所。

Description

一种基于频谱识别的音乐可视化系统

技术领域

本发明涉及信号处理领域，尤其涉及音频频谱信号分析领域。

背景技术

伴随着科技的进步以及社会的发展，人们在物质生活品质提升的同时对精神享受上的追求也不断提高。色彩具有很强的心理暗示作用，而音乐也早已被证实具有调节心情的作用。如果将色彩与音乐联系到一起将可以起到更好地舒缓心情放松压力的作用。

发明内容

本发明专利的目的在于提供一种让音乐与色彩更加匹配的，可以将音乐可视化的系统。

本发明专利提供了一种基于频谱识别的音乐可视化系统，以克服传统的色彩音乐只是将色彩与音乐机械地匹配在一起的缺陷。

该音乐可视化系统包括：微处理器单元、按键单元、LCD显示单元、文件存储单元、解码单元、音频信号处理单元、灯光显示单元以及音频播放单元。其中，所述微处理器单元连接所述按键单元、LCD显示单元、灯光显示单元。所述微处理器单元通过所述接口单元耦接所述存储单元和所述音频解码单元的输入端；所述音频解码单元的输入端藕接所述音频信号处理单元的输入端；所述音频信号处理单元的输入端藕接所述微处理器单元；所述音频解码单元藕接所述播放单元。

进一步地，所述的微处理器单元可以为STC15w4K61S4芯片。

进一步地，所述的按键单元可以为接上拉电阻的独立按键。

进一步地，所述的LCD显示单元可以为LCD12864液晶显示。

进一步地，所述的灯光显示单元采用16*16点阵。

进一步地，所述的接口单元采用SPI总线。

进一步地，所述的文件存储单元采用U盘。

进一步地，所述的解码单元采用VS1005音频解码芯片。

进一步地，所述的音频信号处理单元采用音频信号调理电路。

进一步地，所述的音乐播放单元采用双声道音箱。

有益效果：本发明专利通过对文件系统中的音乐文件进行解码、放大后进行提取信息，然后对提取出来的信息进行音频频谱分析，然后与之对应建立与色彩关系的映射，以此来实现音乐可视化功能。用这样的方式可以克服只能将色彩与音乐机械式地联系在一起的缺点，可以实现较为准确地将色彩和音乐联系在一起，以此来实现音乐可视化。

附图说明

图1是根据本发明示意的一种基于频谱识别的音乐可视化系统的一个示例框图。

图2是本发明专利的一个应用示例电路图。

具体实施方式

下面将参考图并结合实施例，来详细的说明本发明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：在图1示例中，该音乐可视化系统包括有：

微处理器单元1、按键单元2、LCD显示单元3、灯光显示单元4、接口单元5、存储单元6、音频解码单元7、音频信号处理单元8和播放单元9；

其中，所述微处理器单元1连接所述按键单元2、LCD显示单元3、灯光显示单元4；所述微处理器单元1通过所述接口单元5耦接所述存储单元6和所述音频解码单元7的输入端；所述音频解码单元7的输出端耦接所述音频信号处理单元8的输入端；所述音频信号处理单元8的输出端耦接所述微处理器单元1；所述音频解码单元7耦接播放单元9。

如图1所示，微处理器单元1通过接口单元5耦接存储单元6,可以从存储单元6中读取音乐文件。其中，微处理器单元1采用STC15W4K61S4芯片，存储单元6可以为SD卡或者是U盘，微处理器单元1通过接口单元5耦接至音频解码单元7的输入端，这样微处理器单元1可以将其从存储单元6中读取到的音频文件发送到音频解码单元7,之后音频解码单元7可以将读取到的音频文件进行解码，其中，音频解码单元7可以为VS1005型音频编解码器，VS1005型音频编解码器是单片MP3/AAC/WMA/MIDI音频解码器，也可以实现自适应差分脉冲编码调制，能够实现本发明所需的功能；

如图1所示，音频解码单元7的输出端耦接音频信号处理单元8的输入端，音频信号处理单元8的输出端耦接微处理器单元1，这样音频信号处理单元8可以将音乐文件解码后得到的音频信号进行放大，然后将放大后的音频信号发送给微处理器单元1。微处理器单元1接收到放大后的音频信号(模拟信号)后，对其进行AD转换，之后利用某些音乐作曲软件来对音乐文件进行和弦提取。之后我们针对该音乐的每一个和弦进行频谱分析，比如我们可以使用matlab软件来对和弦进行频谱分析，然后将频谱分析的结果与标准和弦的频谱分析结果进行比较，确定与该和弦最接近的标准和弦，然后将该标准和弦对应的显示方案确定为该和弦的显示方案，并通过与微处理器单元1耦接的灯光显示单元4显示出来；

通过对放大后的音频信号(模拟信号)进行和弦提取，灯光显示单元4可以根据该和弦序列中每个和弦的时间来同步显示其对应的灯光显示方案，其中灯光显示单元4可以为16*16塔型点阵；

其中16*16塔型点阵的设计灵感来源于我们日常生活中常见的点阵，与日常生活中我们看到的点阵不同之处在于，我们将日常生活中看到的矩形点阵连接成一个圆柱型，圆柱型中间的小灯焊接稍紧密一些，这样就成了美丽的塔型。塔型点阵一共高16层，每层焊有16个小灯，共有256个小灯共同构成16*16点阵，这256个小灯全部使用七彩变色LED。七彩变色LED与普通的发光二极管最大的区别就是它可以根据PWM技术调节占空比来显示出不同的颜色。由于七彩变色LED具有这种特性，所以特别适合本发明专利，七彩变色LED一共能显示七种颜色，其中包括红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。在对七彩变色LED进行编程之前，我们需要对它进行颜色测试，我们分别输出不同的PWM值，记录该PWM值下七彩变色LED的颜色，从而对我们日后整体系统的编程作好准备；

此外，还需要说明的是，音频信号处理单元8包括音频信号采集放大支路，其中音频信号采集放大支路的音频输入端耦接音频解码单元7的输出端，并且每个音频信号采集放大支路的输出端耦接微处理器单元1；

此外，音频解码单元7将存储单元6中的音乐文件进行解码，得到音乐文件的音频信号，经过微处理器单元将音乐的节奏和强度转变为控制信号，根据此控制信号来操控灯光显示单元中共256个七彩变色LED的亮灭和颜色，从而实现了基于音乐的变化而使16*16塔型点阵显示不同颜色和动画；

通过以上描述可知，上述根据本发明通过对解码、放大后的音频进行和弦提取，并对提取的和弦进行频谱分析，以对播放音频各个和弦的频谱与标准和弦的频谱进行比对，并将与播放音频每个和弦的频谱最接近的标准和弦的灯光显示方案确定为对应和弦的灯光显示方案。也就是说，随着播放音乐和弦的变化，其对应的灯光显示方案也在不断变化，由此实现了随着音乐和弦的变化灯光的颜色和动画也随之改变的这一项技术要求；

图2示出了图1所示的基于频谱识别的音乐可视化系统的应用示例的电路图。如图2所示，在该应用示例中，STC15W4K61S4型微处理器(作为微处理器单元1的示例)，其通过SPI总线耦接SD卡或U盘存储器(作为存储单元6的示例)，并通过SPI总线耦接VS1005型音频解码器(音频解码单元7的示例)，VS1005型音频解码器的包括两个输出通道，即图2中所示的“左音箱”和“右音箱”。通过图2中的两个音箱，可以实现音乐的播放；

图2中所示的LCD12864液晶显示来显示SD卡中音乐文件的歌词。LCD12864采用+5V供电，STC15W4K61S4的某一合适引脚作为LCD12864的RS控制信号，用来决定单片机是进行数据选择还是指令选择，当RS＝1时是数据操作；当RS＝0时是写指令或读状态操作；STC15W4K61S4的某一合适引脚作为R/W选择信号，决定单片机对显示模块是进行读选通还是写选通；STC15W4K61S4的某一合适引脚接使能信号E，决定数据是被锁存还是被读出；STC15W4K61S4的8个接口接LCD12864液晶的DB0～DB7，用于二者之间的数据传送；

按键单元用来控制准备播放的音乐文件，按键单元一端接GND，一端接STC15W4K61S4的某一引脚(要求该引脚内部有上拉电阻)，之后微处理器单元通过该引脚是否有电平变化来判断按键是否被按下，从而判断是否应该切换播放文件。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例，此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的，因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

以上所述，仅是本发明的最佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对此作出的任何形式的简单修改，等同变化范围内，都属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于频谱识别的音乐可视化系统，其特征在于，所述的音乐可视化系统包括有：

微处理器单元、按键单元、LCD显示单元、灯光显示单元、接口单元、存储单元、音频解码单元、音频信号处理单元和播放单元；

其中，所述微处理器单元连接所述的按键单元、LCD显示单元、灯光显示单元；所述单片机单元通过所述接口单元耦接所述存储单元和所述音频解码单元的输入端；所述音频解码单元的输出端耦接所述音频信号处理单元的输入端；所述音频信号处理单元的输出端耦接所述单片机单元；所述音频解码单元耦接所述播放单元。

2.根据权利要求1所述的基于频谱识别的音乐可视化系统，其特征在于，所述的单片机单元为STC15W4K61S4微处理器。

3.根据权利要求1所述的基于频谱识别的音乐可视化系统，其特征在于，所述的按键单元为接通上拉电阻的独立按键。

4.根据权利要求1所述的基于频谱识别的音乐可视化系统，其特征在于，所述的歌词显示单元采用LCD12864液晶显示。

5.根据权利要求1所述的基于频谱识别的音乐可视化系统，其特征在于，所述的灯光显示单元采用塔形的16*16点阵。

6.根据权利要求1所述的基于频谱识别的音乐可视化系统，其特征在于，所述的接口单元包括SPI总线。

7.根据权利要求1所述的基于频谱识别的音乐可视化系统，其特征在于，所述的存储单元采用SD卡或U盘。

8.根据权利要求1所述的基于频谱识别的音乐可视化系统，其特征在于，所述的音频解码单元采用VS1005。

9.根据权利要求1所述的基于频谱识别的音乐可视化系统，其特征在于，所述的播放单元采用双声道音箱。