CN204442647U - 一种音频处理设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种音频处理设备，以克服现有的音乐灯光技术没有考虑音乐和弦的变化与灯光变化之间联系性的问题。该音频处理设备包括控制与处理单元、存储单元、音频解码单元、音频信号采集放大单元、显示单元以及接口单元；其中，控制与处理单元通过接口单元耦接存储单元，并通过接口单元耦接音频解码单元的音频输入端；音频解码单元的输出端耦接音频信号采集放大单元的输入端；音频信号采集放大单元的输出端耦接控制与处理单元；以及控制与处理单元耦接显示单元。本实用新型的音频处理设备能够实现基于播放音乐和弦变化的灯光变化显示方案，可以应用于信号处理领域。

Description

一种音频处理设备

技术领域

本实用新型涉及信号处理领域，尤其涉及一种音频处理设备。

背景技术

随着科技的发展，灯光显示技术不再局限于日常照明等领域。目前，在一些音乐播放技术领域也逐渐辅以灯光显示技术，使得人们能够在获得听觉刺激的同时得到视觉刺激，获得视听双重享受体验。然而，现有的音乐灯光技术通常是随机地或是根据音量的大小来变换灯光的显示，而没有考虑音乐和弦的变化与灯光变化之间的联系性。

实用新型内容

在下文中给出了关于本实用新型的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，本实用新型提供了一种音频处理设备，以至少解决现有的音乐灯光技术没有考虑音乐和弦的变化与灯光变化之间联系性的问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种音频处理设备，其特征在于，音频处理设备包括控制与处理单元、存储单元、音频解码单元、音频信号采集放大单元、显示单元以及接口单元；其中，控制与处理单元通过接口单元耦接存储单元，并通过接口单元耦接音频解码单元的音频输入端；音频解码单元的输出端耦接音频信号采集放大单元的输入端；音频信号采集放大单元的输出端耦接控制与处理单元；以及控制与处理单元耦接显示单元。

进一步地，音频信号采集放大单元可以包括两个音频信号采集放大支路，每个音频信号采集放大支路的音频输入端分别耦接音频解码单元的输出端，并且每个音频信号采集放大支路的输出端分别耦接控制与处理单元。

进一步地，控制与处理单元可以为微处理器。

进一步地，控制与处理单元可以为STM32F103型微处理器或STC12C5A60S2型微处理器。

进一步地，存储单元可以为SD卡存储器。

进一步地，接口单元可以包括SPI总线，SD卡存储器通过SPI总线与控制与处理单元相耦接。

进一步地，音频解码单元可以通过SPI总线与控制与处理单元相耦接。

进一步地，显示单元可以包括至少一路PWM驱动RGB-LED显示电路。

进一步地，音频解码单元可以为VS1003型音频解码器。

上述根据本实用新型实施例的音频处理设备，其通过对解码、放大后的播放音频进行和弦提取，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颜色显示方案确定为对应和弦的颜色显示方案，能够实现至少以下益处之一：能够实现基于播放音乐和弦变化的灯光的变化显示方案；以及通过两个放大支路，可以对两个声道中的音频进行放大等处理，由此可以更有针对性的处理左声道或右声道中的音频，使得后续处理中也可以选择性地根据左右声道中的音频进行分别处理。

通过以下结合附图对本实用新型的最佳实施例的详细说明，本实用新型的这些以及其他优点将更加明显。

附图说明

本实用新型可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本实用新型的优选实施例和解释本实用新型的原理和优点。在附图中：

图1是示意性地示出根据本实用新型实施例的音频处理设备的一个示例的框图；以及

图2是示出图1所示的音频处理设备的一个应用示例的电路图。

本领域技术人员应当理解，附图中的元件仅仅是为了简单和清楚起见而示出的，而且不一定是按比例绘制的。例如，附图中某些元件的尺寸可能相对于其他元件放大了，以便有助于提高对本实用新型实施例的理解。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本实用新型的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

本实用新型的实施例提供了一种音频处理设备，音频处理设备包括控制与处理单元、存储单元、音频解码单元、音频信号采集放大单元、显示单元以及接口单元；其中，控制与处理单元通过接口单元耦接存储单元，并通过接口单元耦接音频解码单元的音频输入端；音频解码单元的输出端耦接音频信号采集放大单元的输入端；音频信号采集放大单元的输出端耦接控制与处理单元；以及控制与处理单元耦接显示单元。

图1示出了根据本实用新型的实施例的音频处理设备的一个示例。在该示例中，音频处理设备包括控制与处理单元1、存储单元2、音频解码单元3、音频信号采集放大单元4、显示单元5以及接口单元6。

如图1所示，控制与处理单元1通过接口单元6耦接存储单元2，以从存储单元2中读取待播放的音频文件。其中，控制与处理单元1例如可以为微处理器(MPU)，比如性价比较高的STM32F103型微处理器或STC12C5A60S2型微处理器。存储单元2例如可以为SD卡存储器，SD卡存储器的存储容量大，并且体积小、重量轻，携带方便。存储单元2中所存储的音频文件的格式例如可以为MP3、MIDI等格式。

此外，控制与处理单元1还通过接口单元6耦接至音频解码单元3的音频输入端。这样，控制与处理单元1可以将其从存储单元2中读取到的音频文件经由接口单元6而发送到音频解码单元3，并由音频解码单元3对该音频文件(数字信号)进行解码处理。其中，音频解码单元3例如可以为VS1003型音频解码器。其中，VS1003型音频解码器是一个单片MP3/WMA等格式的音频解码器及ADPCM(自适应差分脉冲编码调制)编码器，能够实现本实用新型所需的功能和处理。

根据一种实现方式，接口单元6可以包括SPI(Serial PeripheralInterface，串行外设接口)总线，SD卡(Secure Digital Card)存储器(作为存储单元2的示例)可以通过SPI总线与控制与处理单元1相耦接。此外，VS1003型音频解码器(作为音频解码单元3的示例)也可以通过SPI总线与控制与处理单元1相耦接。

如图1所示，音频解码单元3的输出端耦接音频信号采集放大单元4的输入端，以将其解码后的音频信号(模拟信号)发送给音频信号采集放大单元4。

音频信号采集放大单元4的输出端耦接控制与处理单元1。这样，音频信号采集放大单元4接收到解码后的音频信号(模拟信号)后，对其进行放大，然后将放大后的音频信号(模拟信号)发送给控制与处理单元1。控制与处理单元1接收到放大后的音频信号(模拟信号)后，对其进行模数转换，并对该信号进行和弦提取，例如可以通过音乐作曲软件等编辑各种音乐文件来提取和弦。针对提取的每一个和弦，对该和弦进行频谱分析，例如可以采用Cool Edit Pro或Matlab等软件来对和弦进行频谱分析获得对应和弦的频谱。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颜色显示方案确定为该和弦的颜色显示方案，并通过与控制与处理单元1耦接的显示单元5显示出来。例如，可以通过频率对比方法确定音频信号的频谱与哪种音乐和弦的频谱对应或者相近，比如可以采用对比信号频谱最大强度法。

通过对放大后的音频信号(模拟信号)进行和弦提取，可以得到一个按时间先后排列的和弦序列，显示单元5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颜色显示方案。其中，显示单元5可以包括一路或多路PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)驱动RGB-LED显示电路。

RGB，又称为三原色光模式，它的基色就是红色(R)，绿色(G)和蓝色(B)，由于LED管发出光的频率的不同，就展现不同的色彩。由两种或两种以上的色光相混合时，会同时或者在极短的时间内连续刺激人的视觉器官，使人产生一种新的色彩感觉。这种由两种以上色光相混合，呈现另一种色光的方法，称为色光加色法。尽管这时三原色的亮度值并不相等，但国际照明委员会(CIE)却把每一原色的亮度值作为一个单位看待，所以色光加色法中红、绿、蓝三原色光等比例混合得到白光。即(R)+(G)+(B)＝(W)。红光和绿光等比例混合得到黄光，即(R)+(G)＝(Y)；红光和蓝光等比例混合得到品红光，即(R)+(B)＝(M)；绿光和蓝光等比例混合得到青光，即(G)+(B)＝(C)。如果不等比例混合，则会得到更加丰富的混合效果，如：黄绿、蓝紫、青蓝等。选择R、G、B三种LED发光管作为光源，通过微处理器PWM输出，驱动LED发光管根据不同占空比比例驱动的这些R、G、B三种LED发光管，给人视觉范围内变幻出各种不同的颜色，从而形成混光效果。

根据一种实现方式，可以预先通过如上所述的相同方法来对预选的标准和弦音乐中进行和弦提取，然后将提取到的各个和弦作为多个标准和弦。然后，针对每个标准和弦预设一个对应的颜色显示方案，也就是说，为标准和弦设置一个对应的红、绿、蓝三原色光的亮度值，这样通过驱动R、G、B三种LED发光管按照该亮度值对应地发光，即确定了该标准和弦的颜色显示方案。

此外，还需要说明的是，音频信号采集放大单元4例如可以包括两个音频信号采集放大支路。其中，每个音频信号采集放大支路的音频输入端耦接音频解码单元3的输出端，并且每个音频信号采集放大支路的输出端耦接控制与处理单元1。这样，通过两个放大支路，可以对两个声道中的音频进行放大等处理，由此可以更有针对性的处理左声道或右声道中的音频，使得后续处理中也可以选择性地根据左右声道中的音频进行分别处理。例如，分别对左右声道中的音频进行和弦提取、频谱比对等处理，并配置两路PWM驱动RGB-LED显示电路，以实现对左右声道中的音频分别进行对应的灯光显示。

通过以上描述可知，上述根据本实用新型的实施例的音频处理设备通过对解码、放大后的播放音频进行和弦提取，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颜色显示方案确定为对应和弦的颜色显示方案。也就是说，随着播放音乐和弦的变化，其对应的颜色显示方案也在不断变化，也即显示灯光随之变化，由此实现了基于播放音乐和弦变化的灯光的变化显示方案。

图2示出了图1所示的音频处理设备的一个应用示例的电路图。如图2所示，在该应用示例中，STC12C5A60S2型微处理器(作为控制与处理单元1的示例)，其通过SPI总线(作为接口单元6的示例)耦接SD卡存储器(作为存储单元2的示例)，并通过SPI总线耦接VS1003型音频解码器(即图2中的VS1003音频解码器，其作为音频解码单元3的示例)。此外，STC12C5A60S2型微处理器还通过PWM驱动而耦接至少两个RGB-LED混光显示单元(作为显示单元5的示例)。在图2所示例子中，显示单元5包括RGB-LED混光显示1(5-1)和RGB-LED混光显示2(5-2)这两个RGB-LED混光显示单元。

VS1003型音频解码器包括两个输出通道，即图2中所示的“音频输出L”和“音频输出R”。其中，音频输出L对应左声道，而音频输出R则对应右声道。在该应用示例中，音频信号采集放大单元4包括两个音频信号采集放大支路，其中，一个支路为“音频输出L——音频放大器4-1”，而另一个支路则为“音频输出R——音频放大器4-2”。

此外，在该应用示例中，音频处理设备还包括两个音箱，即图2中所示的音箱L 7-1和音箱R 7-2。其中，VS1003型音频解码器通过“音频输出L”耦接至音箱L 7-1，并通过“音频输出R”耦接至音箱L 7-2。音频放大器4-1和音频放大器4-2的输出端分别耦接STC12C5A60S2型微处理器内的模数转换器(即图2中的ADC)。

尽管根据有限数量的实施例描述了本实用新型，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本实用新型的范围内，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实用新型的主题而选择的。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。对于本实用新型的范围，对本实用新型所做的公开是说明性的，而非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求书限定。

Claims (10)

1.一种音频处理设备，其特征在于，所述音频处理设备包括控制与处理单元、存储单元、音频解码单元、音频信号采集放大单元、显示单元以及接口单元；

其中，所述控制与处理单元通过所述接口单元耦接所述存储单元，并通过所述接口单元耦接所述音频解码单元的音频输入端；所述音频解码单元的输出端耦接所述音频信号采集放大单元的输入端；所述音频信号采集放大单元的输出端耦接所述控制与处理单元；以及所述控制与处理单元耦接所述显示单元。

2.根据权利要求1所述的音频处理设备，其特征在于，所述音频信号采集放大单元包括两个音频信号采集放大支路，每个音频信号采集放大支路的音频输入端分别耦接所述音频解码单元的输出端，并且每个音频信号采集放大支路的输出端分别耦接所述控制与处理单元。

3.根据权利要求1所述的音频处理设备，其特征在于，所述控制与处理单元为微处理器。

4.根据权利要求3所述的音频处理设备，其特征在于，所述控制与处理单元为STM32F103型微处理器或STC12C5A60S2型微处理器。

5.根据权利要求1所述的音频处理设备，其特征在于，所述存储单元为SD卡存储器。

6.根据权利要求5所述的音频处理设备，其特征在于，所述接口单元包括SPI总线，所述SD卡存储器通过所述SPI总线与所述控制与处理单元相耦接。

7.根据权利要求6所述的音频处理设备，其特征在于，所述音频解码单元通过所述SPI总线与所述控制与处理单元相耦接。

8.根据权利要求1所述的音频处理设备，其特征在于，所述显示单元包括至少一路PWM驱动RGB-LED显示电路。

9.根据权利要求1所述的音频处理设备，其特征在于，所述音频解码单元为VS1003型音频解码器。

10.根据权利要求1所述的音频处理设备，其特征在于，所述控制与处理单元采用STC12C5A60S2型微处理器，所述存储单元采用SD卡存储器，所述音频解码单元采用VS1003型音频解码器，所述音频信号采集放大单元包括两个音频信号采集放大支路，每个音频信号采集放大支路分别包括一个音频放大器，所述显示单元包括至少两个RGB-LED混光显示单元，所述接口单元采用SPI总线；

其中，所述STC12C5A60S2型微处理器通过所述SPI总线耦接所述SD卡存储器，并通过所述SPI总线耦接所述VS1003型音频解码器，以及通过PWM驱动而耦接所述至少两个RGB-LED混光显示单元；以及所述音频处理设备还包括两个音箱，所述VS1003型音频解码器的两个音频输出通道分别与所述两个音箱一对一耦接。