CN1703130A - 一种音乐控制发光灯组的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种音乐控制发光灯组的装置，包括多色发光灯组及其驱动装置，所述驱动装置产生方波信号，以控制多色发光灯组的发光状态，还包括音量检测模块和查找表，所述查找表的每一行均存储有一组发光灯控制参数，所述发光灯控制参数用于调整所述方波信号的占空比；所述音量检测模块用于输入音频信号，并分析获得音量大小及变化速率，从而产生查找表索引，所述查找表根据输入的查找表索引，输出对应的发光灯控制参数至所述驱动装置，以使所述驱动装置产生具有一定占空比的方波信号，控制多色发光灯组的颜色和亮度。相对现有技术，本发明具有结构简单、易于实施，显示色彩丰富、变化多样、异彩纷呈。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光灯组的亮度和颜色的控制装置，特别是一种音乐控制发光灯组的装置。
技术背景
目前一些数码产品，如手机、MP3播放器、CD机等产品，在播放音乐或铃声时，为了在视觉上产生一种节奏效果，通常将音乐的节奏与LED发光灯联系在一起。现在主要的一些厂商是将音乐的节奏与LED发光灯的开和关联系在一起，即随着音乐或铃声节奏的变化LED发光灯有节奏的开和关。这种方案尽管在视觉上产生了一种节奏的变化，但由于其只有亮暗变化而没有颜色的变化，致使视觉上的变化比较单调。
发明内容
本发明的目的是：针对现有技术的不足，提供一种结构简单合理，特别是可使发光灯的亮、暗以及颜色随播放的音乐或铃声的音量而变化的音乐控制发光灯组的装置。
为了解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种音乐控制发光灯组的装置，包括多色发光灯组及其驱动装置，所述驱动装置产生方波信号，以控制多色发光灯组的发光状态，还包括音量检测模块和查找表，所述查找表的每一行均存储有一组发光灯控制参数，所述发光灯控制参数用于调整所述方波信号的占空比；所述音量检测模块用于输入音频信号，并分析获得音量大小及变化速率，从而产生查找表索引，所述查找表根据输入的查找表索引，输出对应的发光灯控制参数至所述驱动装置，以使所述驱动装置产生具有一定占空比的方波信号，控制多色发光灯组的颜色和亮度。
所述音量检测模块可以包括音量最大值统计模块、音量斜率变化统计模块以及主控模块，
所述音量最大值统计模块用于输入音频信号，并统计比较获得音量最大值；
所述主控模块用于输出音量斜率控制信号以及时钟信号；
所述音量斜率变化统计模块输入所述音量最大值以及音量斜率控制信号，并计算当前音量变化的斜率，判断音量变化是否上扬，且上扬的速率是否足够快，从而产生输出查找表索引。
所述最大值统计模块可以由比较器和存储器构成，所述比较器用于输入一段时间内的音频信号，并比较获得音量最大值，所述存储器用于存储该音量最大值，并一方面作为上段时间的最大值返回给所述比较器，另一方面输出该音量最大值。
所述音量斜率变化统计模块可以由寄存器、选择器、声音上扬比较器、斜率比较器以及计数器构成，
所述寄存器寄存输入来自主控模块的时钟信号以及来自最大值统计模块的上段时间的音量最大值；
所述声音上扬比较器输入来自寄存器的上段时间的音量最大值以及来自最大值统计模块的当前时间音量最大值，比较后产生发光灯组开/关信号至所述驱动装置；
所述选择器的输入端输入所述上端时间的音量最大值，其控制端输入来自主控单元的斜率控制信号，其输出端输出音量斜率阈值；
所述斜率比较器的输入端输入所述音量斜率阈值以及来自最大值统计模块的当前时间音量最大值，其输出端输出比较结果至计数器；
所述计数器根据比较结果产生查找表索引。
所述音量检测模块可以包括音量最大值统计模块、音量级别确定模块以及主控模块，
所述音量最大值统计模块用于输入音频信号，并统计比较获得音量最大值；
所述主控模块用于输出音量级别划分参数以及时钟信号；
所述音量级别确定模块输入所述音量级别划分参数以及音量最大值，从而识别所述音量最大值所处的音量范围，以产生查找表索引。
所述音量级别确定模块可以包括逐次比较器、编码器、比较器、选择器、寄存器以及减法器，
所述逐次比较器输入来自最大值统计模块的当前时间音量最大值以及来自主控模块的音量级别划分参数，用于判别当前时间音量最大值所在音量范围，其输出端连接编码器的输入端，从而通过编码器产生对应于该音乐范围的新的索引值；
所述比较器的输入端分别输入新的索引值以及当前索引值，其输出端产生选择器的控制信号；
所述选择器的一个输入端输入新的索引值，其另一个输入端连接所述减法器的输出端，其选择结果输出至寄存器内；
所述寄存器用于输出查找表索引；
所述减法器用于输入查找表索引，并减1后将其结果输出至所述选择器的另一个输入端。
所述主控模块可以包括计数器、寄存器文件，所述计数器用于产生时钟信号，所述寄存器文件输入所述时钟信号以及来自总线的系统设置参数，其输出端分别输出斜率控制信号、级别划分参数。
还可以包括模式选择器，所述主控模块的寄存器文件输出模式选择信号至所述模式选择器的控制端，所述模式选择器的输入端分别输入来自所述斜率变化统计模块和所述音乐级别确定模块的查找表索引，从而在模式选择信号的控制下选择其中一个查找表索引输出。
所述多色发光灯组可以采用红、绿、蓝三种颜色的LED发光灯组，其驱动装置采用三组分别用于控制红、绿、蓝三色的LED发光灯组的脉宽调制信号发生器。
在上述技术方案中，本发明通过建立查找表，使其中存储的发光灯控制参数与多色发光灯组的亮度和颜色相对应，并且发光灯控制参数可以使多色发光灯组驱动装置产生具有一定占空比的方波信号，该方波信号可以调节多色发光灯组中各种颜色的发光灯的发光时间，这样，通过音量检测模块检测音乐的音量，从而来确定查找表的索引值，输出不同的发光灯控制参数，使发光灯组的平均亮度以及色彩组合的效果不同，实现了根据音乐的音量来调整发光灯组的亮度和颜色的目的。另外，本发明的音乐检测模块可以实现两种产生查找表索引的模式，即由音量级别统计模块来实现的音量变化控制模式，以及由音量变化斜率统计模块来实现的节奏变化控制模式，使多色发光灯组在不同的模式下，其颜色和亮度的变化规律又不相同。因此，相对现有技术，本发明具有结构简单、易于实施，并且其可控制发光灯组获得色彩丰富、变化多样、异彩纷呈的可视效果等特点。
附图说明
附图1为音频信号的特性曲线图；
附图2为本发明的结构原理方框图；
附图3为本发明的第一种较佳实施例的电路原理方框图；
附图4为本发明的第二种较佳实施例的电路原理方框图；
附图5为本发明的第三种较佳实施例的电路原理方框图；
附图6为图5的电路原理图；
附图7为本发明的第三种较佳实施例的控制方法流程图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
首先，有必要介绍一些相关的背景技术。
图1所示为音频信号的特性曲线图。声波的音量的大小如图所示，根据声波的特性，人耳听到的音量是声波上下振动的幅度，连接正方向振动的各最高点得到声波的包络线。包络线基本反应音量的起伏变化。当包络线的斜率大的时候，就表示乐曲的一个节奏。
多色发光灯组的亮度控制。发光灯，如发光二极管(LED)的状态一般只有两种：打开或者关闭。打开时发光灯发光，而关闭的时候就熄灭。设想具有一定占空比的方波信号控制一个发光灯，发光灯的状态将会是亮灭交替，即在方波信号的高电平时发光，低电平时熄灭。
如果方波信号的周期T很短的话，那么人眼将感觉不到发光灯的亮灭变化，取而代之的将是每个发光周期内的平均亮度，即点亮时间和熄灭时间加权后的一个平均亮度，这样通过改变方波信号的占空比(信号高的时间所占的比例)，就可以控制发光灯的亮度变化。方波信号占空比的分辨率越高，能够调节的亮度变化也会越细致。
多色发光灯组的颜色控制。大家都知道，不同颜色组合在一起时可以获得多种颜色效果。因而，可以控制多色发光灯组中不同颜色的发光灯的发光和熄灭，来得到颜色的组合。而根据光学色彩的三元色原理，通过控制RGB各种颜色的不同强度的组合，就可以实现不同的色彩效果。如(0，0，0)是黑色，(255，255，255)白色等等。因此，可以使用三个红绿蓝的发光灯组合得到各种色彩效果。
基于上述原理，本发明提供一种音乐控制发光灯组的装置，参考图2，由音量检测模块、查找表、多色发光灯组驱动装置以及多色发光灯组构成。
所述驱动装置产生方波信号，以控制多色发光灯组的发光状态。
所述查找表的每一行均存储有一组发光灯控制参数。可以由RAM、ROM或寄存器组构成。所述发光灯控制参数用于调整所述方波信号的占空比。
所述音量检测模块用于输入音频信号，并分析获得音量大小及变化速率，从而产生查找表索引，所述查找表根据输入的查找表索引，输出对应的发光灯控制参数至所述驱动装置，以使所述驱动装置产生具有一定占空比的方波信号，控制多色发光灯组的颜色和亮度。
所述音量斜率变化统计模块可以采用多种方式实施。
实施例1：
如图3所示，所述音量检测模块由音量最大值统计模块、音量斜率变化统计模块以及主控模块构成。其中，
所述音量最大值统计模块用于输入音频信号，并统计比较获得音量最大值。
所述主控模块用于输出音量斜率控制信号以及时钟信号。
所述音量斜率变化统计模块输入所述音量最大值以及音量斜率控制信号，并计算当前音量变化的斜率，判断音量变化是否上扬，且上扬的速率是否足够快，从而产生输出查找表索引。
实施例2：
如图4，所述音量检测模块由音量最大值统计模块、音量级别确定模块以及主控模块构成，其中，
所述音量最大值统计模块用于输入音频信号，并统计比较获得音量最大值。
所述主控模块用于输出音量级别划分参数以及时钟信号。
所述音量级别确定模块输入所述音量级别划分参数以及音量最大值，从而识别所述音量最大值所处的音量范围，以产生查找表索引。
实施例3：
参考图5，本实施例是将实施例1、实施例2两种技术方案综合应用。
本实施例中，所述多色发光灯组采用红、绿、蓝三种颜色的LED发光灯组，其驱动装置采用三组分别用于控制红、绿、蓝三色的LED发光灯组的脉宽调制信号发生器。
所述音量检测模块由音量最大值统计模块、音量斜率变化统计模块、音量级别确定模块、主控模块以及模式选择器构成。
参考图6，所述最大值统计模块由比较器和存储器构成，所述比较器用于输入一段时间内的音频信号，并比较获得音量最大值，所述存储器用于存储该音量最大值，并一方面作为上段时间的最大值返回给所述比较器，另一方面输出该音量最大值。
所述音量斜率变化统计模块由寄存器、选择器、声音上扬比较器、斜率比较器以及计数器构成。其中，
所述寄存器寄存输入来自主控模块的时钟信号以及来自最大值统计模块的上段时间的音量最大值；
所述声音上扬比较器输入来自寄存器的上段时间的音量最大值以及来自最大值统计模块的当前时间音量最大值，比较后产生发光灯组开/关信号至所述驱动装置；
所述选择器的输入端输入所述上端时间的音量最大值，其控制端输入来自主控单元的斜率控制信号，其输出端输出音量斜率阈值；
所述斜率比较器的输入端输入所述音量斜率阈值以及来自最大值统计模块的当前时间音量最大值，其输出端输出比较结果至计数器；
所述计数器根据比较结果产生查找表索引。
所述音量级别确定模块包括逐次比较器、编码器、比较器、选择器、寄存器以及减法器，
所述逐次比较器输入来自最大值统计模块的当前时间音量最大值以及来自主控模块的音量级别划分参数，用于判别当前时间音量最大值所在音量范围，其输出端连接编码器的输入端，从而通过编码器产生对应于该音乐范围的新的索引值；
所述比较器的输入端分别输入新的索引值以及当前索引值，其输出端产生选择器的控制信号；
所述选择器的一个输入端输入新的索引值，其另一个输入端连接所述减法器的输出端，其选择结果输出至寄存器内；
所述寄存器用于输出查找表索引；
所述减法器用于输入查找表索引，并减1后将其结果输出至所述选择器的另一个输入端。
所述主控模块包括计数器、寄存器文件(Register File)，所述计数器用于产生时钟信号，所述寄存器文件输入所述时钟信号以及来自总线的系统设置参数，其输出端分别输出斜率控制信号、级别划分参数。
所述主控模块的寄存器文件输出模式选择信号至所述模式选择器的控制端，所述模式选择器的输入端分别输入来自所述斜率变化统计模块和所述音乐级别确定模块的查找表索引，从而在模式选择信号的控制下选择其中一个查找表索引输出。
图7给出本实施例的具体工作流程。
步骤01，系统初始化。所述初始化的过程包括系统硬件的初始化过程。还包括建立查找表(Look-Up-Table，LUT)，所述查找表的每一行均存储有一组发光灯控制参数，所述发光灯控制参数与多色发光灯组显示的颜色和亮度相对应。也包括将音量在整个音量范围内划分为若干个范围，每一个范围对应一个查找表的索引。同时还包括设定音量变化斜率的阈值，即通过寄存器文件以及音量斜率变化统计模块的选择器输出斜率阈值。
步骤02，通过音量检测模块采集音量。
步骤03，统计一段时间内的音量的最大值，并将这个音量最大值保存。
步骤04，选择控制模式，当选择的控制模式为节奏变化控制模式时，进入步骤05；当选择的控制模式为音量变化控制模式时，进入步骤011。
步骤05，判断所述音量最大值判断音量是否上扬，是则执行步骤07，否则执行步骤06。
步骤06，直接输出发光灯组关闭的信号，或者通过查找表输出关闭发光灯组的发光灯控制参数，进入步骤017。
步骤07，判断所述音量变化斜率是否大于所述阈值，如果是则执行步骤08，否则跳转步骤09。
步骤08，使索引值＝当前索引值+1。
步骤09，使当前索引值保持不变。
步骤010，查找表根据步骤08或步骤09获得的索引值，输出对应的发光灯控制参数，跳转步骤017。至此完成节奏变化控制模式，使三色发光灯组在音量上扬的速率足够快的时候，即音乐节奏改变时，改变其颜色和亮度，否则，保持原有颜色和亮度不变，从而实现根据音乐的节奏而改变其颜色和亮度。
步骤011，判断所述音量最大值处于所述音量范围的哪一个范围。
步骤012，确定所述音量最大值所处的音量范围对应的索引。
步骤013，判断步骤012所获得的索引是否大于当前的查找表索引，如果是，则执行步骤014，否则执行步骤015。
步骤014，取步骤012所获得的索引为新的当前查找表索引值，并跳转步骤016。
步骤015，将当前索引值减1后所得值取为新的当前查找表索引值。
步骤016，查找表根据步骤014或步骤015所获得的新的当前查找表索引值，输出对应的发光灯控制参数，并进入步骤017。至此完成音量变化控制模式，时三色发光灯组在音量值在不同音量范围之间变化时，改变其颜色和亮度，从而实现根据音乐的音量而改变其颜色和亮度。
步骤017，多色发光灯组的驱动装置，即本实施例中的三组分别控制红、绿、蓝三色发光灯组的脉宽调制信号发生器，根据输入的发光灯控制参数，产生一组具有一定占空比的脉宽调制信号，从而完成对LED灯的发光时间的控制。
本实施例在使用时，红、绿、蓝三色LED灯组在音乐节奏变化控制模式下，将随着音乐节奏的加快而变化其颜色和亮度，而当音量下降时关闭三色发光灯组，符合人眼的视觉感受。红、绿、蓝三色LED灯组在音量变化控制模式下，当音量在音量范围内向上跳变时，LED灯组的颜色和亮度将对应跳变，而当音量向下跳变时，LED灯组将逐次改变其颜色和亮度。
从上述分析可以看出，本发明实质是利用方波信号的占空比的变化，调节多色发光灯组的明、暗以及发光持续时间，可以获得不同的亮度和颜色的原理，而通过采集音频信号的音量值，来选择对应的占空比调节参数，即发光灯控制参数，从而使多色发光灯组的亮度和颜色可以根据音乐的节奏以及音量的大小而变化，因此，所获得的发光灯组的显示效果相对现有技术，色彩更加丰富，可变性更强，显示效果更好。
以上为本发明的三种具体实施例，实际应用中，本发明的电路结构可以作出相应调整。基于无法穷尽所有可能的方案之理由，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1、一种音乐控制发光灯组的装置，包括多色发光灯组及其驱动装置，所述驱动装置产生方波信号，以控制多色发光灯组的发光状态，其特征在于：还包括音量检测模块和查找表，所述查找表的每一行均存储有一组发光灯控制参数，所述发光灯控制参数用于调整所述方波信号的占空比；所述音量检测模块用于输入音频信号，并分析获得音量大小及变化速率，从而产生查找表索引，所述查找表根据输入的查找表索引，输出对应的发光灯控制参数至所述驱动装置，以使所述驱动装置产生具有一定占空比的方波信号，控制多色发光灯组的颜色和亮度。
2、如权利要求1所述音乐控制发光灯组的装置，其特征在于：所述音量检测模块包括音量最大值统计模块、音量斜率变化统计模块以及主控模块，所述音量最大值统计模块用于输入音频信号，并统计比较获得音量最大值；
所述主控模块用于输出音量斜率控制信号以及时钟信号；
所述音量斜率变化统计模块输入所述音量最大值以及音量斜率控制信号，并计算当前音量变化的斜率，判断音量变化是否上扬，且上扬的速率是否足够快，从而产生输出查找表索引。
3、如权利要求2所述音乐控制发光灯组的装置，其特征在于：所述最大值统计模块由比较器和存储器构成，所述比较器用于输入一段时间内的音频信号，并比较获得音量最大值，所述存储器用于存储该音量最大值，并一方面作为上段时间的最大值返回给所述比较器，另一方面输出该音量最大值。
4、如权利要求2或3所述音乐控制发光灯组的装置，其特征在于：所述音量斜率变化统计模块由寄存器、选择器、声音上扬比较器、斜率比较器以及计数器构成，
所述寄存器寄存输入来自主控模块的时钟信号以及来自最大值统计模块的上段时间的音量最大值；
所述声音上扬比较器输入来自寄存器的上段时间的音量最大值以及来自最大值统计模块的当前时间音量最大值，比较后产生发光灯组开/关信号至所述驱动装置；
所述选择器的输入端输入所述上端时间的音量最大值，其控制端输入来自主控单元的斜率控制信号，其输出端输出音量斜率阈值；
所述斜率比较器的输入端输入所述音量斜率阈值以及来自最大值统计模块的当前时间音量最大值，其输出端输出比较结果至计数器；
所述计数器根据比较结果产生查找表索引。
5、如权利要求1所述音乐控制发光灯组的装置，其特征在于：所述音量检测模块包括音量最大值统计模块、音量级别确定模块以及主控模块，
所述音量最大值统计模块用于输入音频信号，并统计比较获得音量最大值；
所述主控模块用于输出音量级别划分参数以及时钟信号；
所述音量级别确定模块输入所述音量级别划分参数以及音量最大值，从而识别所述音量最大值所处的音量范围，以产生查找表索引。
6、如权利要求5所述音乐控制发光灯组的装置，其特征在于：所述音量级别确定模块包括逐次比较器、编码器、比较器、选择器、寄存器以及减法器，所述逐次比较器输入来自最大值统计模块的当前时间音量最大值以及来自主控模块的音量级别划分参数，用于判别当前时间音量最大值所在音量范围，其输出端连接编码器的输入端，从而通过编码器产生对应于该音乐范围的新的索引值；
所述比较器的输入端分别输入新的索引值以及当前索引值，其输出端产生选择器的控制信号；
所述选择器的一个输入端输入新的索引值，其另一个输入端连接所述减法器的输出端，其选择结果输出至寄存器内；
所述寄存器用于输出查找表索引；
所述减法器用于输入查找表索引，并减1后将其结果输出至所述选择器的另一个输入端。
7、如权利要求2或5所述音乐控制发光灯组的装置，其特征在于：所述主控模块包括计数器、寄存器文件，所述计数器用于产生时钟信号，所述寄存器文件输入所述时钟信号以及来自总线的系统设置参数，其输出端分别输出斜率控制信号、级别划分参数。
8、如权利要求7所述音乐控制发光灯组的装置，其特征在于：还包括模式选择器，所述主控模块的寄存器文件输出模式选择信号至所述模式选择器的控制端，所述模式选择器的输入端分别输入来自所述斜率变化统计模块和所述音乐级别确定模块的查找表索引，从而在模式选择信号的控制下选择其中一个查找表索引输出。
9、如权利要求8所述音乐控制发光灯组的装置，其特征在于：所述多色发光灯组采用红、绿、蓝三种颜色的LED发光灯组，其驱动装置采用三组分别用于控制红、绿、蓝三色的LED发光灯组的脉宽调制信号发生器。
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