音频视觉化设备及相关的灯光控制设备的制作方法

本实用新型的各实施方式涉及音频视觉化领域，更具体地，涉及一种音频视觉化设备，以及包括这样的音频视觉化设备的灯光控制设备。

背景技术：

通常地，音频和视频通过各自的方式进行呈现。然而，随着科技的发展和进步，存在着将音频视觉化的有趣尝试。音频视觉化，即将音频以视觉化的方式呈现给用户，用以丰富人们的视听享受。

现有存在各种的音频视觉化设备，但这些音频视觉化设备存在一些普遍的缺陷。例如，通常需要对每个待视觉化的音频文件以特定的效果进行预编程，然后才能实现视觉化。或者，虽然可以实时响应于输入的音频文件，但可能仅能实现音频的简单的视觉化。此外，这些音频视觉化设备通常仅能针对特定的光源单元提供控制信号来实现音频视觉化。

同时，诸如商场、写字楼等很多场所通常配备有大量的照明设备，但这些照明设备通常仅用于普通照明。已知的传统音频视觉化设备并不能方便地与这些照明设备的连接并且对它们进行控制。

技术实现要素：

鉴于以上，本公开的目的之一在于提供一种音频视觉化设备，该音频视觉化设备能够至少克服或者缓解现有技术中所存在的技术问题。

根据本公开的第一方面，提供了一种音频视觉化设备。该音频视觉化设备，包括：音频输入单元，被配置为接收输入的音频信号；音频处理单元，耦合至所述音频输入单元并且被配置为从来自所述音频输入单元的所述音频信号中提取音频信息；光源控制单元，耦合至所述音频处理单元并且被配置为根据所述音频信息生成用于光源的控制信号；以及至少一个光源单元，耦合至所述光源控制单元并且被配置为根据所述控制信号产生视觉化的灯光效果。

通过本公开的音频视觉化设备，可以实现对输入的音频信号的数字化处理，并且能够提取与音频信号相关的各种音频信息。进一步地，光源单元可以响应于该音频信息的变化而实时地提供变化的灯光效果。

根据本公开的一些实施例，所述音频处理单元被配置为提取频谱信息和/或节拍信息作为所述音频信息。通过该频谱信息和/或节拍信息的提取，可以使得光源单元能够响应于频谱能量信息和/或节拍信息来实时地呈现变化的视觉化的灯光效果。

根据本公开的一些实施例，所述光源控制单元包括控制信号处理模块，所述控制信号处理模块被配置用于产生包括脉宽调制信号和/或数字化编码指令信号的所述控制信号。在这样的实施例中，脉宽调制信号可以用以直接对光源进行控制，而数字化编码指令信号可以方便地用以对多个光源进行单独的寻址和控制。

根据本公开的一些实施例，所述控制信号处理模块包括模式选择单元，所述模式选择单元被配置为根据所述音频信息选择对应的灯光效果模式，并且输出与所选择的灯光效果模式相对应的所述控制信号。通过该模式选择单元，可以向用户提供更加丰富的灯光效果模式，从而丰富用户的视听享受。

根据本公开的一些实施例，所述控制信号处理模块还包括耦合至所述模式选择单元的频谱能量确定单元，其中所述频谱能量确定单元被配置为确定第一预定时间段内音频的频谱能量值，所述模式选择单元被配置为根据所述频谱能量值选择对应的所述灯光效果模式。通过频谱能量确定单元，使得利用频谱能量值的变化来控制灯光效果模式成为可能。

根据本公开的一些实施例，所述控制信号处理模块还包括耦合至所述模式选择单元的节拍确定单元，其中所述节拍确定单元被配置为确定第二预定时间段内音频的节拍次数，所述模式选择单元被配置为根据所述节拍次数值选择对应的所述灯光效果模式。通过节拍确定单元，使得利用节拍次数的变化来控制灯光效果模式成为可能。

根据本公开的一些实施例，所述至少一个光源单元包括第一光源单元，所述第一光源单元包括第一光源模块、第一驱动器和第一协议接口模块，其中所述第一驱动器被配置为从所述脉宽调制信号端口直接接收所述脉宽调制信号，或者经由所述第一协议接口模块从所述编码指令信号端口接收所述数字化编码指令信号。通过该第一光源单元的配置，可以允许任意地接收脉宽调制信号或数字化编码指令信号。特别地，数字化编码指令信号允许容易地寻址到该第一光源单元，并且实现对其的控制。

根据本公开的一些实施例，所述至少一个光源单元还包括与所述第一光源单元串接的至少一个第二光源单元，每个所述第二光源单元包括第二光源模块、第二驱动器和第二协议接口模块，所述第二驱动器被配置为从所述脉宽调制信号端口直接接收所述脉宽调制信号，或者经由所述第二协议接口模块从紧邻的上游协议接口模块接收所述数字化编码指令信号。通过该至少一个第二光源单元的设置，可以允许任意地串接多个光源单元，这使得多个光源单元的阵列布置或离散布置成为可能。并且，第二光源单元也能够根据数字化编码指令信号被轻易地寻址和控制。

根据本公开的一些实施例，所述至少一个光源单元包括多个离散布置的光源。这种离散布置的光源可以用以在相当大的空间范围内营造灯光氛围，例如特别地适用于诸如商场的活动场所，并且可以充分地利用活动场所中现有的灯光设备。

根据本公开的第二方面，提供了一种灯光控制设备。该灯光控制设备可以包括根据第一方面所述的音频视觉化设备。这样，音频视觉化设备可以作为灯光控制设备的一部分呈现。由此，灯光控制设备既可以实现常规的灯光控制，例如常规的照明控制，同时可以在需要的时候，启动音频视觉化功能。这丰富了现有的灯光控制设备的功能。

附图说明

在附图中，相似/相同的附图标记通常贯穿不同视图而指代相似/相同的部分。附图并不必按比例绘制，而是通常强调对本实用新型的原理的图示。在附图中：

图1示出了根据本公开的一个示例实施例的音频视觉化设备的结构示意图；

图2示出了根据本公开的一个示例实施例的音频视觉化设备中的音频输入单元的结构示意图；

图3示出了根据本公开的一个示例实施例的音频视觉化设备中的光源控制单元的结构示意图；

图4示出了根据本公开的一个示例实施例的光源控制单元中的控制信号处理模块的结构示意图；

图5示出了根据本公开的一个示例实施例的音频视觉化设备中的光源单元的结构示意图；

图6示出了本公开的一个示例实施例的光源单元的两种不同光源布置的示意图；以及

图7示出了根据本公开的一个示例实施例的音频视觉化方法的流程图。

具体实施方式

以下将参考附图对本公开的各个实施例进行详细描述。实施例的一个或多个示例由附图所示出。实施例通过本公开的阐述所提供，并且不旨在作为对本公开的限制。例如，作为一个实施例的一部分所示出或描述的特征可能在另一个实施例中被使用以生成又一进一步的实施例。本公开旨在包括属于本公开范围和精神的这些和其他修改和变化。

图1示出了根据本公开的示例实施例的音频视觉化设备100的结构示意图。如图1所示，该音频视觉化设备100包括音频输入单元110、音频处理单元120、光源控制单元130和光源单元140。

音频输入单元110被配置为接收输入的音频信号10，并且耦合至音频处理单元120。例如，在一些实施例中，音频信号10可以为音乐信号。然而将会理解，在其他实施例中，其他的声音信号也是可行的。

音频处理单元120耦合至音频输入单元110，并且能够从音频输入单元110接收音频信号10。根据本公开的实施例，音频处理单元120可被配置为从音频信号中提取音频信息20。音频信息20的示例包括但不限于：音量信息、频谱能量信息和/或节拍信息等。

光源控制单元130耦合至音频处理单元120，并且被配置为根据上述音频信息20生成用于光源的控制信号30。光源控制单元130所产生的控制信号30被递送给至少一个光源单元140。光源单元140根据控制信号30产生视觉化的灯光效果。在一些实施例中，视觉化灯光效果可以响应于输入的音频信号中的音频信息而实时变化，并且视觉化的灯光效果可以包括以不同模式运行的灯光效果，这将在下文详述。

音频视觉化设备100还可以包括电源单元180。该电源单元18被配置成向上述音频输入单元110、音频处理单元120、光源控制单元130和光源单元140供电。需要注意的是：尽管图1中示出了由单个电源单元180向音频视觉化设备100的各个部件供电，但这不是必需的。在其他的实施例中，可以有多个不同的电源单元分别向上述音频视觉化设备100的各个部件供电。例如，在一个实施例中，可以利用一个电源单元向光源单元140供电，而使用另一个不同的电源单元向音频输入单元110、音频处理单元120、光源控制单元130这三者同时供电。其他布置也是可能的。

图2示出了根据本公开的一个示例实施例的音频视觉化设备100中的音频输入单元110的结构示意图。如图2所示，在此实施例中，音频输入单元110可以例如包括以下的三种音频输入接口：麦克风111、音频输入插孔112和无线传输单元113。

麦克风111可以直接采集环境中的音频信号10。音频输入插孔112可以通过接线连接而接收音频视觉化设备100外部的音频信号10。无线传输单元113可以接收例如通过wifi、蓝牙、近场通信等无线方式所传输的音频信号10。应当理解，尽管上面示出了三种音频输入接口，但这并不作为限制。在其他实施例中，可以有更多或更少数目的音频输入接口。

音频输入单元110还可以包括滤波器单元116、放大器114、模数转换器等部件。各种音频输入接口所接收的音频信号10可以根据需要通过滤波器单元116、放大器114、模数转换器115等部件进行去噪、放大、模数转换等处理。任何目前已知或者将来开发的技术均可用于这些处理，在此不再详述。

经处理的音频信号被输出到音频处理单元120。如上所述，音频处理单元120能够接收来自音频输入单元110的音频信号，并且对所接收的音频信号进行数字处理，以提取与音频信号有关的音频信息。该音频信息例如可以包括音量信息、频谱能量信息和与音乐节拍有关的节拍信息等等。作为示例，音频处理单元120可以包括例如MSGEQ 7的集成电路芯片，用于对音频信号进行处理，以提取诸如频率信息的音频信息。备选地或附加地，音频处理单元120可以包括微处理器(诸如ATML MEGA2560)等设备来对音频信号执行傅里叶变换(FFT)处理，以提取相关的音频信息。

图3示出了根据本公开的一个示例实施例的音频视觉化设备中的光源控制单元130的结构示意图。在此示例中，光源控制单元130可以包括数字输入接口131、控制信号处理模块132、脉宽调制信号端口133和编码指令信号端口134。

数字输入接口131被配置用于从音频处理单元120接收处理的数字音频信息并将其传递给控制信号处理模块132。控制信号处理模块132根据所接收的音频信息生成用于光源的控制信号30。作为示例，在一些实施例中，控制信号可以包括脉宽调制信号31和/或数字化编码指令信号32。脉宽调制信号31可直接用于对光源的供应电流进行控制，以产生相应的灯光控制。数字化编码指令信号32可对多个不同的光源进行寻址和单独的灯光控制。当然，这仅仅是示例，而无意限制本公开的范围。在其他实施例中，光源控制信号30可以包括备选的或者附加的分量。

图4示出了根据本公开的一个示例实施例的光源控制单元中的控制信号处理模块的结构示意图。如图4所示，在此示例中，控制信号处理模块132包括频谱能量确定单元1321、节拍确定单元1322、其他音频信息确定单元1324和模式选择单元1323。需要说明的是，上述频谱能量确定单元1321、节拍确定单元1322和其他音频信息确定单元1324仅仅是示例的音频信息判断单元。在实际情况中，本领域技术人员可以根据实际需要选择这些音频信息单元中的一个或多个；或者，甚至在一些实施例中，可以使得模式选择单元1323直接随时间等的其他参数的变化来选择相应的灯光效果模式。

频谱能量确定单元1321被配置为确定第一预定时间段内音频的频谱能量值，并且将输出耦合到模式选择单元1323。模式选择单元1323继而可以根据所接收的频谱能量值来选择对应的灯光效果模式。例如，频谱能量确定单元1321可以确定第一预定时间段内音频的频谱能量值，相应地，模式选择单元1323可以进一步根据该频谱能量值所处的范围来选择对应的灯光效果模式。

节拍确定单元1322被配置为确定第二预定时间段内音频的节拍次数值。该第二预定时间段与之前描述的第一预定时间可以相同也可以不同。节拍确定单元1322将输出提供给与其耦合的模式选择单元1323。模式选择单元1323可以根据所述节拍次数值来选择对应的所述灯光效果模式。例如，节拍确定单元1322可以确定第二预定时间段内的音频的节拍次数，模式选择单元1323则可以根据该节拍次数值所处的范围来选择对应的灯光效果模式。

其他音频信息判断单元1324例如可以确定与音频有关的其他参数值，并且将输出耦合到模式选择单元1323。模式选择单元1323被配置为根据其他参数值来选择对应的所述灯光效果模式。例如，其他音频信息判断单元1322可以判断与音频有关的其他参数值，然后可以通过模式选择单元1323进一步根据该其他参数值处于哪一范围来选择对应的灯光效果模式。

在一些实施例中，可以将上述频谱能量确定单元1321、节拍确定单元1322和其他音频信息判断单元1324中的多个输出中的任意组合作为模式选择单元1323的输入，使得模式选择单元1323能够选择对应的灯光效果模式。仅作为示例，在图7示出的实施例中，频谱能量确定单元1321和节拍确定单元1322两者输出的组合被用作模式选择单元1323输入，来选择灯光效果模式的示例实施例，后面将对此进一步详细讨论。

此外，在一些实施例中，模式选择单元1323还可以独立于上述频谱能量确定单元1321、节拍确定单元1322和其他音频信息判断单元1324的输出来选择灯光效果模式。例如，模式选择单元1323可以基于时间的变化来选择对应的灯光效果模式。又如，模式选择单元1323可以基于外部的用户输入信号80来直接选择灯光效果模式，这赋予了用户自行控制模式选择单元1323的能力。

在一些实施例中，灯光效果模式例如可以包括但不限于以下模式：

●自由运行模式：灯光的颜色、亮度和图案可以随机变化，这个模式可以特别地适用于音频视觉化设备的数据初始化阶段，或者音频输入的等待时间阶段。

●跟随运行模式：灯光可以响应于音频信息例如频谱信息的变化而变化。

●火花运行模式：灯光可以响应于音频信息例如节拍信息的变化，而呈现火花绽放的效果。

●冷光/暖光运行模式：灯光可以响应于音频信息的变化，而以冷光/暖光的效果进行呈现。

●高/低亮度运行模式：灯光可以响应于音频信息的变化，而以高/低亮度的效果进行呈现。

通过在音频输入过程中，单独或组合使用上述各种灯光效果模式，可以提供极其丰富的灯光效果。

上述的各种灯光效果具体地通过下面描述的光源单元来执行。图5示出了根据本公开的一个示例实施例的音频视觉化设备中的光源单元140的结构示意图。如图5所示，至少一个光源单元140包括串接的多个光源单元。为清晰起见，图中示出了第一光源单元1401和第二140n，其中n为大于1的整数。

作为示例结构，在一些实施例中，第一光源单元1401可以包括第一光源模块1411、第一驱动器1421和第一协议接口模块1431。第一驱动器1421被配置为从脉宽调制信号端口133直接接收脉宽调制信号31，或者经由第一协议接口模块1431从编码指令信号端口134接收数字化编码指令信号32，由此驱动第一光源模块1411发光。第一协议接口模块1431可以将接收的数字化编码指令信号32进行解码，并且提取用于控制第一光源模块1411的控制信息，并且将其余数字化编码指令信号32传递给下一个光源单元。

其他串接的光源单元的结构/或功能可以与第一光源单元1401类似。例如，第二光源单元140n可以包括第二光源模块141n、第二驱动器142n和第二协议接口模块143n。第二驱动器142n被配置为从脉宽调制信号端口133直接接收脉宽调制信号31，或者经由第二协议接口模块143n从紧邻的上游协议接口模块接收数字化编码指令信号32。第二协议接口模块143n执行与第一协议接口模块1431类似的功能，即，提取用于控制相应的光源模块141n的控制信息，并将其他数字化编码指令信号32传递给下一个光源单元。特别地，如果第二光源单元140n是串接中的最后一个光源单元，则不继续传递数字化编码指令信号32。

在一些实施例中，多个光源单元1401，……，140n中的光源模块1411，……，141n。在一些实施例中，这些光源模块可以以阵列的方式进行布置，或者离散地布置。例如，这些光源模块1411，……，140n可以以二维阵列的方式进行布置，以便形成屏幕，这种屏幕可以例如布置在建筑物的外墙，或者作为某个晚会的灯光展示屏呈现。备选地，在另一些实施例中，这些光源模块1411，……，140n可以离散地布置在活动场所(例如商场的内部，或者户外的运动场所)中，以营造一个相当大的用于人们活动的灯光氛围。

通过上述至少一个光源单元1401，……，140n的上述结构布置，可以容易地实现对上述多个光源单元1401，……，140n中的每个光源单元的寻址和单独控制。例如，针对布置在商场内部的不同位置处的光源单元，通过上述结构布置，可以在在例如商场内部营造一个随音频输入实时地变换的灯光效果。

进一步地，每个光源模块1411，……，141n可以包括串联或并联的一个或多个光源。该光源包括但不限于发光二极管(LED)、荧光灯管以及其他类型的灯。这些不同类型的光源可以组合地进行布置。作为光源模块中的光源布置的示例，图6分别示出了本公开的一个示例实施例的光源单元中的两种不同光源布置的示意图。

如图6的示例(a)所示，可以交替地布置一组冷色白光光源151和一组暖色白光光源152。如图6中示例(b)所示，可以交替地布置一组暖色彩色光源161和一组冷色彩色光源162。这些不同组的光源可以被单独的寻址和控制。上述白光光源和彩色光源的单独设置，使得单独地呈现和控制白色或彩色的光成为可能。而且，冷色光源和暖色光源的单独设置，使得单独地呈现和控制冷色和暖色的光成为可能。需要注意的是，图6中所示的光源的数目仅是示例，并不构成对该实施例的限制，并且将理解，在其他实施例中，光源单元中的光源可以有不同的布置。

以上描述了本公开的实施例的音频视觉化设备。通过上面对音频视觉化设备的描述可知，本公开的音频视觉化设备可以轻松地实现随音频输入变化的灯光效果，并且可以提供丰富的灯光效果模式。

特别地，本公开的至少一个光源单元可以集中或离散地布置，从而可以适合应用于广泛的灯光场所。进一步地，这种光源单元的结构和布置方式，使得上述灯光场所中的现有的大量灯光设备有可能经过简单的改装而作为音频视觉化设备的光源单元，使得它们也能够响应于音频输入而实现变化的各种灯光效果，从而有可能营造一种相当大范围的随音频输入而变化的灯光氛围。

利用灯光场所中的现有的灯光设备优点还在于其能够在不同时间段内提供不同的灯光功能：例如，在平常的时间里，这些灯光设备可以仅提供普通照明；而在活动期间，这些灯光设备不仅能够提供普通照明，还能够跟随输入的音频提供变化的照明效果，这使得能够充分地利用灯光场所中的现有的各种灯光设备，并且节约了成本。

图7示出了根据本公开的一个示例实施例的音频视觉化过程的流程图。在框520，判断音频视觉化设备的数据初始化过程是否结束。如果尚未结束，则在该数据初始化过程期间，使得音频视觉化设备的光源单元处于自由运行模式(框530)。在自由运行模式下，光源单元的灯光效果不会响应于音频信息的变化而变化。

如果在框520确定数据初始化过程结束，在框540，确定第一预定时间段内的音频的频谱能量值，并且在框550判断该频谱能量值是否超过第一频谱能量阈值。

如果频谱能量值没有超过第一频谱能量阈值，在框530，使得光源单元的灯光效果处于自由运行模式。如果频谱能量值已经超过第一频谱能量阈值，在框560，判断该频谱能量值是否超过第二频谱能量阈值。

如果频谱能量值尚未超过第二频谱能量阈值，则在框580，使得光源单元的灯光效果处于跟随运行模式。在该跟随运行模式下，光源单元的灯光效果将会响应于音频信息的变化而实时地变化。另一方面，如果频谱能量值已经超过第二频谱能量阈值，则在框570，使得光源单元的灯光效果处于火花运行模式。在该火花运行模式下，光源单元的灯光效果可以以火花般方式绽放。

在该火花运行模式下，可以在框590对第二预定时间段内音频的节拍进行计数，从而确定第二预定时间段内音频的节拍次数。在框600，判断节拍次数值是否超过第一节拍阈值。如果超过，则在框620，使灯光效果处于冷光运行子模式。该冷光运行子模式下，可以使得在火花运行模式下的灯光效果进入冷光状态，即以冷色来显示灯光效果。否则，如果判断节拍次数值没有超过第一节拍阈值，则在框610，使灯光效果处于暖光运行子模式。在该暖光运行子模式下，可以使得在火花运行模式下的灯光效果进入暖光状态，即以暖色来显示灯光效果。

需要说明的是，上述示例实施例中所描述的对应于某个音频信息值(例如，频谱能量值、节拍次数值)的特定的灯光效果运行模式不是必需的。例如，在其他实施例中，可以以与上述特定的灯光效果运行模式不同的灯光效果运行模式进行运行。此外，上述第一预定时间段、第二预定时间段、第一频谱能量阈值、第二频谱能量阈值以及第一节拍阈值均可以根据实际需要确定，其中第一预定时间段可以与第二预定时间段相同或不同，第二频谱能量阈值大于第一频谱能量阈值。

作为非限制性的示例，对于上述频谱能量阈值的确定，在频谱能量阈值归一化为0-255的数值区间的情况下，可以例如将第一频谱能量阈值设置为20，以及将第二频谱能量阈值设置为180。对于第一节拍阈值，在例如以分钟为单位的第二预定时间段内进行计数的情况下，可以例如将第一节拍阈值设置为97bpm(即，每分钟97次节拍)，如果超过该第一节拍阈值，则表明输入的音频处于快节奏的状态；如果低于该第一节拍阈值，则表明音频处于慢节奏的状态。相应地，可以使灯光效果分别处于冷光和暖光运行子模式。将理解，在其他实施例中，可以设置与上述限定的第一和第二预定时间段不同的第一和第二时间段，并且可以设置更多或更少数目的频谱能量阈值、节拍阈值或者其他不同的音频信息阈值。

以上已经介绍了本公开提供的音频视觉化设备，以及相应的音频视觉化方法，其中音频视觉化方法中的各个步骤可以相应地由音频视觉化设备中的对应部件来实现，例如可以通过频谱能量确定单元1321来确定第一预定时间段内音频的频谱能量值，通过节拍确定单元1322来确定第二预定时间段内音频的节拍次数值，以及通过模式选择单元1323来判断频谱能量值是否超过第一、第二频谱能量阈值，以及判断节拍次数值是否超过第一节拍阈值，等等。

本领域技术人员将理解，以上描述的本公开的音频视觉化设备以及相应的音频视觉化方法可以提供丰富的灯光效果模式，并且可以充分利用现有的灯光设备作为其光源单元。特别地，该音频视觉化设备可以应用于诸如建筑物外墙、商场内部的广泛的灯光场所。此外，音频视觉化设备可以作为灯光控制设备的一部分呈现，使得上述灯光控制设备在通常情况下仅提供常规的灯光功能(例如，照明功能)，而在需要的情况下，可以提供上述音频视觉化功能。

虽然已经在附图和前述描述中详细说明和描述了本实用新型，但这些说明和描述应被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的；本实用新型不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践所请求保护的发明中，通过研究附图、公开和所附权利要求可以理解并且实践所公开的实施例的其它变体。另外，尽管上面通过所执行的功能和方法步骤来描述音频视觉化设备中的相应单元或模块，然而，本领域技术人员将清楚的是，音频视觉化设备中的相应单元或模块可以以硬件结构，软件或者软硬件相结合的方式来实现。

在权利要求中，词语“包括”并不排除其它元件，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其它单元可以满足在权利要求中阐述的多个项目的功能。仅在互不相同的实施例或从属权利要求中记载某些特征的仅有事实，并不意味着不能有利地使用这些特征的组合。在不脱离本申请的精神和范围的情况下，本申请的保护范围涵盖在各个实施例或从属权利要求中记载的各个特征任何可能组合。

在权利要求中的任何参考标记不应被理解为限制本实用新型的范围。