CN116801456A - Led灯具的智能化控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及LED灯具的智能化控制方法，方法包括：采集声音信号；从声音信号中提取连续的多个声控信号帧；计算多个声控信号帧中每个声控信号帧的频谱；通过多个滤波器对多个声控信号帧中每个声控信号帧的频谱进行滤波，计算得到多个滤波器中每个滤波器的能量；对多个滤波器中每个滤波器的能量进行离散余弦变换，得到多个声控信号帧中每个声控信号帧的梅尔倒谱系数；根据多个声控信号帧中每个声控信号帧的梅尔倒谱系数及其一阶差分构建多个声控信号帧中每个声控信号帧的特征向量；将多个声控信号帧的特征向量输入预设的语音检测模型，识别对LED灯具的声控指令。本发明能够精准地检测出用户的声控指令，从而准确地对LED灯具的照明进行控制。
Description
技术领域
本发明涉及智能照明技术领域，且更为具体地，涉及一种LED灯具的智能化控制方法。
背景技术
目前，市面上的智能LED灯具可以实时采集的用户声控指令，按照用户的需求来实现基本的调光功能，如调灯光颜色、灯光亮度、灯光照射方向等等，以满足用户在不同场景下使用LED灯具的需要。
调研发现，现有的智能LED灯具在对用户的声控指令检测与识别方面尚有缺陷，普遍存在不能及时、准确地响应用户指令的问题，因此，需要一种新的对LED灯具进行智能化控制的技术方案，提升LED灯具对用户指令响应的精确性。
发明内容
为了解决上述技术问题，提出了本申请，以提供一种能够提升LED灯具对用户指令响应的精确性的LED灯具的智能化控制方法。
第一方面，本发明提供了一种LED灯具的智能化控制方法，包括：在安装了LED灯具的环境中采集声音信号；从所述声音信号中提取连续的多个声控信号帧；计算所述多个声控信号帧中每个声控信号帧的频谱：
；
其中，为所述多个声控信号帧中第i个声控信号帧的频谱，L为所述多个声控信号帧中每个声控信号帧的长度，/>为所述多个声控信号帧中第n个声控信号帧的时间序列信号值，exp()为自然常数e的指数，j为傅里叶变换的虚数；通过多个滤波器对所述多个声控信号帧中每个声控信号帧的频谱进行滤波，对滤波结果进行对数计算得到所述多个滤波器中每个滤波器的能量：
；
其中，为所述多个滤波器中第m个滤波器的能量，/>为所述多个滤波器中第m个滤波器对所述多个声控信号帧中第k个声控信号帧的频率响应；对所述多个滤波器中每个滤波器的能量进行离散余弦变换，得到所述多个声控信号帧中每个声控信号帧的梅尔倒谱系数：
；
其中，为所述多个声控信号帧中第t个声控信号帧的梅尔倒谱系数，M为所述多个滤波器的数量；根据所述多个声控信号帧中每个声控信号帧的梅尔倒谱系数及其一阶差分构建所述多个声控信号帧中每个声控信号帧的特征向量；将所述多个声控信号帧的特征向量输入预设的语音检测模型，识别对所述LED灯具的声控指令；根据所述声控指令控制所述LED灯具的照明。
优选地，前述的LED灯具的智能化控制方法，“从所述声音信号中提取连续的多个声控信号帧”的步骤包括：按时间顺序从所述声音信号中提取多个声音帧，所述多个声音帧的长度均为L；计算所述多个声音帧中每个声音帧的短时能量：
；
其中，为所述多个声音帧中第a个声音帧的短时能量；计算所述多个声音帧中每个声音帧的短时过零率：
；
；
其中，为所述多个声音帧中第a个声音帧的短时过零率；根据所述多个声音帧中每个声音帧的短时能量和短时过零率，从所述多个声音帧中识别出所述声控信号帧。
优选地，前述的LED灯具的智能化控制方法，“根据所述多个声音帧中每个声音帧的短时能量和短时过零率，从所述多个声音帧中识别出所述声控信号帧”的步骤包括：将所述多个声音帧中短时能量高于第一阈值且所述短时过零率高于第二阈值的声音帧作为声控初始帧；将所述多个声音帧中短时能量低于所述第一阈值且所述短时过零率低于所述第二阈值的位于所述声控初始帧之后的声音帧作为声控终止帧；将所述声控初始帧、声控终止帧及位于二者之间的所有声音帧作为所述声控信号帧。
优选地，前述的LED灯具的智能化控制方法，在“按时间顺序从所述声音信号中提取多个声音帧”的步骤之前，包括：计算所述声音信号的饱和嵌入维数；根据所述饱和嵌入维数设置所述多个声音帧的长度L。
优选地，前述的LED灯具的智能化控制方法，所述多个声音帧中相邻的两个声音帧中具有重合部分，所述重合部分的长度为L-1。
优选地，前述的LED灯具的智能化控制方法，“将所述多个声控信号帧的特征向量输入预设的语音检测模型，识别对所述LED灯具的声控指令”的步骤还包括：通过所述语音检测模型识别所述声控指令的来源用户；在所述来源用户记录在预设的用户名单中时，进入“根据所述声控指令控制所述LED灯具的照明”的步骤。
第二方面，本发明提供了一种LED灯具，包括：照明模块，用于照明；声音采集模块，在安装了LED灯具的环境中采集声音信号；声控信号帧提取模块，从所述声音信号中提取连续的多个声控信号帧；频谱计算模块，计算所述多个声控信号帧中每个声控信号帧的频谱：
；
其中，为所述多个声控信号帧中第i个声控信号帧的频谱，L为所述多个声控信号帧中每个声控信号帧的长度，/>为所述多个声控信号帧中第n个声控信号帧的时间序列信号值，exp()为自然常数e的指数，j为傅里叶变换的虚数；能量计算模块，通过多个滤波器对所述多个声控信号帧中每个声控信号帧的频谱进行滤波，对滤波结果进行对数计算得到所述多个滤波器中每个滤波器的能量：
；
其中，为所述多个滤波器中第m个滤波器的能量，/>为所述多个滤波器中第m个滤波器对所述多个声控信号帧中第k个声控信号帧的频率响应；梅尔倒谱系数计算模块，对所述多个滤波器中每个滤波器的能量进行离散余弦变换，得到所述多个声控信号帧中每个声控信号帧的梅尔倒谱系数：
；
其中，为所述多个声控信号帧中第t个声控信号帧的梅尔倒谱系数，M为所述多个滤波器的数量；特征向量计算模块，根据所述多个声控信号帧中每个声控信号帧的梅尔倒谱系数及其一阶差分构建所述多个声控信号帧中每个声控信号帧的特征向量；声控指令识别模块，将所述多个声控信号帧的特征向量输入预设的语音检测模型，识别对所述LED灯具的声控指令；照明控制模块，根据所述声控指令控制所述照明模块的照明。
本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：
本发明的技术方案，在安装LED灯具的环境中采集声音信号之后，提取其中的声控信号帧并计算其频谱，通过滤波器对声控信号帧的频谱滤波后进行对数计算得到滤波器的能量，以及通过离散余弦变换计算得到声控信号帧的梅尔倒谱系数，此时将声控信号帧的梅尔倒谱系数及其一阶差分作为语音检测模型的输入特征，由于声控信号帧的梅尔倒谱系数及其一阶差分能够全面准确地反映用户的声控指令，所以将声控信号帧的梅尔倒谱系数及其一阶差分输入语音检测模型后，能够精准地检测出用户的声控指令，从而准确地对LED灯具的照明进行控制。
附图说明
通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
图1为根据本申请实施例的一种LED灯具的智能化控制方法的流程图；
图2为根据本申请实施例的一种LED灯具的智能化控制方法的局部流程图；
图3为根据本申请实施例的一种LED灯具的智能化控制方法的另一局部流程图；
图4为根据本申请实施例的一种LED灯具的框图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的一些实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的一个实施例中提供了一种LED灯具的智能化控制方法，包括：
步骤S110，在安装了LED灯具的环境中采集声音信号；
本实施例中，对安装LED灯具的环境不进行限制，例如可以是室内或室外的环境；
步骤S120，从声音信号中提取连续的多个声控信号帧；
步骤S130，计算多个声控信号帧中每个声控信号帧的频谱：
；
其中，为多个声控信号帧中第i个声控信号帧的频谱，L为多个声控信号帧中每个声控信号帧的长度，/>为多个声控信号帧中第n个声控信号帧的时间序列信号值，exp()为自然常数e的指数，j为傅里叶变换的虚数。
本实施例中，通过上述公式计算出的声控信号帧的频谱，能够准确体现声音的频率；
步骤S140，通过多个滤波器对多个声控信号帧中每个声控信号帧的频谱进行滤波，对滤波结果进行对数计算得到多个滤波器中每个滤波器的能量：
；
其中，为多个滤波器中第m个滤波器的能量，/>为多个滤波器中第m个滤波器对多个声控信号帧中第k个声控信号帧的频率响应；
本实施例中，通过上述公式对滤波器的能量进行了准确的计算；
步骤S150，对多个滤波器中每个滤波器的能量进行离散余弦变换，得到多个声控信号帧中每个声控信号帧的梅尔倒谱系数：
；
其中，为多个声控信号帧中第t个声控信号帧的梅尔倒谱系数，M为多个滤波器的数量。
本实施例中，由于梅尔倒谱系数比用于正常的对数倒频谱中的线性间隔的频带更能近似人类的听觉系统，所以适用于进行用户声控指令的检测识别；
步骤S160，根据多个声控信号帧中每个声控信号帧的梅尔倒谱系数及其一阶差分构建多个声控信号帧中每个声控信号帧的特征向量；
本实施例中，为适应人体发声和耳朵听觉的特点，计算每个声控信号帧的梅尔倒谱系数的一阶差分，将梅尔倒谱系数及其一阶差分组合形成语音检测模型的输入特征，同时具备声控指令的静态和动态特点，也具有良好的检测稳定性；
步骤S170，将多个声控信号帧的特征向量输入预设的语音检测模型，识别对LED灯具的声控指令；
本实施例中，将梅尔倒谱系数及其一阶差分组合形成语音检测模型的输入特征，能够准确地识别分析出用户的声控指令；
步骤S180，根据声控指令控制LED灯具的照明；
根据本实施例的技术方案，在安装LED灯具的环境中采集声音信号之后，提取其中的声控信号帧并计算其频谱，通过滤波器对声控信号帧的频谱滤波后进行对数计算得到滤波器的能量，以及通过离散余弦变换计算得到声控信号帧的梅尔倒谱系数，此时将声控信号帧的梅尔倒谱系数及其一阶差分作为语音检测模型的输入特征，由于声控信号帧的梅尔倒谱系数及其一阶差分能够全面准确地反映用户的声控指令，所以将声控信号帧的梅尔倒谱系数及其一阶差分输入语音检测模型后，能够精准地检测出用户的声控指令，从而准确地对LED灯具的照明进行控制。
如图2所示，本发明的一个实施例中还提供了一种LED灯具的智能化控制方法，相比于前述的实施例，本实施例的LED灯具的智能化控制方法，步骤S120包括：
步骤S210，按时间顺序从声音信号中提取多个声音帧，多个声音帧的长度均为L；
具体地，计算声音信号的饱和嵌入维数，根据饱和嵌入维数设置多个声音帧的长度L，且多个声音帧中相邻的两个声音帧中具有重合部分，重合部分的长度为L-1；
本实施例中，在语音检测技术领域中，为声音信号进行合理划分以获得恰当长度的声音帧，本实施例中根据声音信号的饱和嵌入维数设置分帧的长度，以保持分帧后得到的声音帧的动力学特性。本实施例中，进一步根据饱和嵌入维数设置在时间顺序上相邻两帧的重合部分，以确保划分得到的声音帧的连贯性。
步骤S220，计算多个声音帧中每个声音帧的短时能量：
；
其中，为多个声音帧中第a个声音帧的短时能量；
步骤S230，计算多个声音帧中每个声音帧的短时过零率：
；
；
其中，为多个声音帧中第a个声音帧的短时过零率；
步骤S240，根据多个声音帧中每个声音帧的短时能量和短时过零率，从多个声音帧中识别出声控信号帧；
根据本实施例的技术方案，对声音信号进行分帧处理，并根据每帧声音帧的短时能量和短时过零率，从多个声音帧中识别出反映了用户声控指令的声控信号帧。
如图3所示，本发明的一个实施例中还提供了一种LED灯具的智能化控制方法，相比于前述的实施例，本实施例的LED灯具的智能化控制方法，步骤S240包括：
步骤S310，将多个声音帧中短时能量高于第一阈值且短时过零率高于第二阈值的声音帧作为声控初始帧；
步骤S320，将多个声音帧中短时能量低于第一阈值且短时过零率低于第二阈值的位于声控初始帧之后的声音帧作为声控终止帧；
步骤S330，将声控初始帧、声控终止帧及位于二者之间的所有声音帧作为声控信号帧；
根据本实施例的技术方案，基于短时能量和短时过零率判断声控初始帧和声控终止帧，进而提取声控信号帧，有效提升了对声控指令的分辨率；
本发明的一个实施例中还提供了一种LED灯具的智能化控制方法，相比于前述的实施例，本实施例的LED灯具的智能化控制方法，步骤S170还包括：
通过语音检测模型识别声控指令的来源用户；
在来源用户记录在预设的用户名单中时，进入步骤S180；
根据本实施例的技术方案，LED灯具只接受记录在用户名单的用户声控，避免LED灯具被其他用户随意控制。
如图4所示，本发明的一个实施例中提供了一种LED灯具，包括：
照明模块410，用于照明。
本实施例中，照明模块包括用于照明的各种器件，具备调节LED灯具的照明亮度和颜色等功能；
声音采集模块420，在安装了LED灯具的环境中采集声音信号；
本实施例中，对安装LED灯具的环境不进行限制，例如可以是室内或室外的环境；
声控信号帧提取模块430，从声音信号中提取连续的多个声控信号帧；
频谱计算模块440，计算多个声控信号帧中每个声控信号帧的频谱；
；
其中，为多个声控信号帧中第i个声控信号帧的频谱，L为多个声控信号帧中每个声控信号帧的长度，/>为多个声控信号帧中第n个声控信号帧的时间序列信号值，exp()为自然常数e的指数，j为傅里叶变换的虚数。
本实施例中，通过上述公式计算出的声控信号帧的频谱，能够准确体现声音的频率。
能量计算模块450，通过多个滤波器对多个声控信号帧中每个声控信号帧的频谱进行滤波，对滤波结果进行对数计算得到多个滤波器中每个滤波器的能量：
；
其中，为多个滤波器中第m个滤波器的能量，/>为多个滤波器中第m个滤波器对多个声控信号帧中第k个声控信号帧的频率响应。
本实施例中，通过上述公式对滤波器的能量进行了准确的计算。
梅尔倒谱系数计算模块460，对多个滤波器中每个滤波器的能量进行离散余弦变换，得到多个声控信号帧中每个声控信号帧的梅尔倒谱系数：
；
其中，为多个声控信号帧中第t个声控信号帧的梅尔倒谱系数，M为多个滤波器的数量；
本实施例中，由于梅尔倒谱系数比用于正常的对数倒频谱中的线性间隔的频带更能近似人类的听觉系统，所以适用于进行用户声控指令的检测识别；
特征向量计算模块470，根据多个声控信号帧中每个声控信号帧的梅尔倒谱系数及其一阶差分构建多个声控信号帧中每个声控信号帧的特征向量；
本实施例中，为适应人体发声和耳朵听觉的特点，计算每个声控信号帧的梅尔倒谱系数的一阶差分，将梅尔倒谱系数及其一阶差分组合形成语音检测模型的输入特征，同时具备声控指令的静态和动态特点，也具有良好的检测稳定性；
声控指令识别模块480，将多个声控信号帧的特征向量输入预设的语音检测模型，识别对LED灯具的声控指令；
本实施例中，将梅尔倒谱系数及其一阶差分组合形成语音检测模型的输入特征，能够准确地识别分析出用户的声控指令；
照明控制模块490，根据声控指令控制照明模块的照明。
根据本实施例的技术方案，在安装LED灯具的环境中采集声音信号之后，提取其中的声控信号帧并计算其频谱，通过滤波器对声控信号帧的频谱滤波后进行对数计算得到滤波器的能量，以及通过离散余弦变换计算得到声控信号帧的梅尔倒谱系数，此时将声控信号帧的梅尔倒谱系数及其一阶差分作为语音检测模型的输入特征，由于声控信号帧的梅尔倒谱系数及其一阶差分能够全面准确地反映用户的声控指令，所以将声控信号帧的梅尔倒谱系数及其一阶差分输入语音检测模型后，能够精准地检测出用户的声控指令，从而准确地对LED灯具的照明进行控制。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。
Claims (6)
1.一种LED灯具的智能化控制方法，其特征在于，包括：
在安装了LED灯具的环境中采集声音信号；
从所述声音信号中提取连续的多个声控信号帧；
计算所述多个声控信号帧中每个声控信号帧的频谱：
；
其中，为所述多个声控信号帧中第i个声控信号帧的频谱，L为所述多个声控信号帧中每个声控信号帧的长度，/>为所述多个声控信号帧中第n个声控信号帧的时间序列信号值，exp()为自然常数e的指数，j为傅里叶变换的虚数；
通过多个滤波器对所述多个声控信号帧中每个声控信号帧的频谱进行滤波，对滤波结果进行对数计算得到所述多个滤波器中每个滤波器的能量：
；
其中，为所述多个滤波器中第m个滤波器的能量，/>为所述多个滤波器中第m个滤波器对所述多个声控信号帧中第k个声控信号帧的频率响应；
对所述多个滤波器中每个滤波器的能量进行离散余弦变换，得到所述多个声控信号帧中每个声控信号帧的梅尔倒谱系数：
；
其中，为所述多个声控信号帧中第t个声控信号帧的梅尔倒谱系数，M为所述多个滤波器的数量；
根据所述多个声控信号帧中每个声控信号帧的梅尔倒谱系数及其一阶差分构建所述多个声控信号帧中每个声控信号帧的特征向量；
将所述多个声控信号帧的特征向量输入预设的语音检测模型，识别对所述LED灯具的声控指令；
根据所述声控指令控制所述LED灯具的照明。
2.根据权利要求1所述的LED灯具的智能化控制方法，其特征在于，“从所述声音信号中提取连续的多个声控信号帧”的步骤包括：
按时间顺序从所述声音信号中提取多个声音帧，所述多个声音帧的长度均为L；
计算所述多个声音帧中每个声音帧的短时能量：
；
其中，为所述多个声音帧中第a个声音帧的短时能量；
计算所述多个声音帧中每个声音帧的短时过零率：
；
；
其中，为所述多个声音帧中第a个声音帧的短时过零率；
根据所述多个声音帧中每个声音帧的短时能量和短时过零率，从所述多个声音帧中识别出所述声控信号帧。
3.根据权利要求2所述的LED灯具的智能化控制方法，其特征在于，“根据所述多个声音帧中每个声音帧的短时能量和短时过零率，从所述多个声音帧中识别出所述声控信号帧”的步骤包括：
将所述多个声音帧中短时能量高于第一阈值且所述短时过零率高于第二阈值的声音帧作为声控初始帧；
将所述多个声音帧中短时能量低于所述第一阈值且所述短时过零率低于所述第二阈值的位于所述声控初始帧之后的声音帧作为声控终止帧；
将所述声控初始帧、声控终止帧及位于二者之间的所有声音帧作为所述声控信号帧。
4.根据权利要求2所述的LED灯具的智能化控制方法，其特征在于，在“按时间顺序从所述声音信号中提取多个声音帧”的步骤之前，包括：
计算所述声音信号的饱和嵌入维数；
根据所述饱和嵌入维数设置所述多个声音帧的长度L。
5.根据权利要求4所述的LED灯具的智能化控制方法，其特征在于，
所述多个声音帧中相邻的两个声音帧中具有重合部分，所述重合部分的长度为L-1。
6.根据权利要求1所述的LED灯具的智能化控制方法，其特征在于，“将所述多个声控信号帧的特征向量输入预设的语音检测模型，识别对所述LED灯具的声控指令”的步骤还包括：
通过所述语音检测模型识别所述声控指令的来源用户；
在所述来源用户记录在预设的用户名单中时，进入“根据所述声控指令控制所述LED灯具的照明”的步骤。
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| CN (1) | CN116801456A (zh) |
Citations (8)
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