一种麦克风阵列识别音乐节奏控制灯带的装置和方法与流程

本发明涉及语音识别控制、灯具控制技术领域，提供一种麦克风阵列识别音乐节奏控制灯带的装置和方法。

背景技术：

音乐喷泉：这个只能通过pc机控制预先设置好的控制方式，音乐喷泉不能随广场舞的大妈播放的音乐随动。

ktv灯光随动：要么是固定的几种灯光控制，要么dj手动控制，不能每个灯都自己听懂音乐节奏，自己随动。

音乐识别，目前只有极少部分的蓝牙灯有灯光随动功能，但是必须手机算好了pwm信号，然后传给灯光，而灯自己不能听懂音乐节奏，在装潢灯带，圣诞树上无法应用(不可能手机一直开着，只是为了算节奏)，市场上急需不联网、低成本、远距离、不需要定制的灯光随动模块，特别是在智能照明，室内外装潢灯带(室内是背景墙灯带；室外是无法布线的桥上灯带、大排档灯带、树及门面装潢灯带)、圣诞树(需要灯光随动迎照氛围)等产品。

麦克风阵列，就是按一定距离排列放置的一组麦克风，通过声波抵达阵列中每个麦克风之间的微小时差的相互作用，麦克风阵列可以获得比单个的麦克风更好地指向性。通过对所有麦克风信号的综合处理，麦克风阵列可以组合成为所要求的强指向性麦克风，形成被称为“波束”的指向特性。麦克风阵列的波束可以经由特殊电路或程序算法软件控制，使其指向声源方向而加强音频采集效果。阵列算法处理后的指向性波束形成技术能精确的形成一个锥状窄波束，只接受说话人的声音同时抑制环境中的噪音与干扰。

本发明可以在普通灯带的基础上，提供一种麦克风阵列识别音乐节奏控制灯带的装置和方法，系统硬件由通用mcu，两个独立16位的adc芯片，四个高灵敏、高信噪比麦克风，及外围电路组成，软件为识别音乐节奏控制灯带引擎。本发明主要通过6个步骤实现灯带随外部播放的音乐节奏闪动的功能(音乐随动)，从而提高产品的品味，解决目前灯带只能固定节奏闪动的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种麦克风阵列识别音乐节奏控制灯带的装置和方法的方法，成本低、使用简单、识别距离远、使用场景覆盖广，方便用户在听语音时，灯光能音乐随动。实现灯带随外部播放的音乐节奏闪动的功能(音乐随动)，从而提高产品的品味，解决目前灯带只能固定节奏闪动的问题。

本发明的目的是这样实现的：系统硬件由通用mcu，两个独立16位的adc芯片，四个高灵敏、高信噪比麦克风，及外围电路组成，软件为识别音乐节奏控制灯带引擎。

系统分如下两个方面：

(1)硬件部分：

将四个高灵敏、高信噪比麦克风通过一定距离进行组合，形成环形的阵列；其中的距离是通过对麦克风采集到的信号进行互相关，寻找到相关信号的最大值，得到两信号之间的延时τ，再乘以声波传播速度c0，得到距离d＝c0τ；如图3所示，ainlp-ainln和ainrp-ainrn表示的是adc芯片的两个差分输入，其用来作为麦克风的接口，并且一个adc芯片只能接两路adc；而实现四个麦克风的阵列则需要两个adc芯片，该adc支持tdm模式可以用来级联多个adc；在tdm模式中，至多可以级联4个，并且这些adc数据之间没有相位差；麦克风阵列实时采集声音，数据从ainlp-ainln和ainrp-ainrn进入，经过i2s总线输入进mcu中，经过外围电路，最后由识别音乐节奏引擎控制灯带；其中i2s由mclk，sclk，lrck，sdout组成，该芯片不仅支持i2s，还支持左对齐和dsp-a/b的数字格式，主从模式；另外该芯片选择ad0(pin17)、ad1(pin8)、cclk和cdata作i2c的总线；该芯片利用i2c的端口来控制内部寄存器的读写，使其工作在合适的模式下，简单可靠，其发送、接收数据的速率可高达400kbps；

(2)软件部分：

步骤1：预先训练、存储音乐节奏的特征值模型到系统中硬件部分的通用mcu中；

步骤2：系统中高灵敏、高信噪比麦克风实时采集语音并输入进独立16位的adc芯片；

步骤3：两个独立16位的adc芯片通过i2s或spi接口把语音实时送入通用mcu；

步骤4：通用mcu实时运行预处理算法，进行回声消除、降噪；

步骤5：通用mcu实时计算预处理后的音乐声学特征参数；

步骤6：通用mcu根据计算值，实时转换为pwm信号，实时控制灯带闪烁。

预先训练、存储音乐节奏的特征值模型，为通过深度神经网络基于多首歌曲提取出的音乐节奏特征参数。

当用户在播放音乐时，灯带的灯光能随着音乐节奏跳动的功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明可以在灯带的基础上，提供一个系统硬件由通用mcu，两个独立16位的adc芯片，四个高灵敏、高信噪比麦克风，及外围电路组成，软件为识别音乐节奏控制灯带引擎。实现灯带随外部播放的音乐节奏闪动的功能(音乐随动)，从而提高产品的品味，解决目前灯带只能固定节奏闪动的问题，从而实现不联网、低成本、远距离、不需要定制的灯光随动模块，特别是在智能照明，室内外装潢灯带(室内是背景墙灯带；室外是无法布线的桥上灯带、大排档灯带、树及门面装潢灯带)、圣诞树(需要灯光随动迎照氛围)等产品。本发明可用于任何灯带。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。

图1是本发明系统软硬件示意图；

图2是本发明系统运行流程图。

图3是adc功能示意图。

图4是两个adc实现麦克风阵列图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对发明做进一步详细描述：

如图1所示，本实施例，系统包括硬件系统和软件系统，系统硬件由通用mcu，两个独立16位的adc芯片，四个高灵敏、高信噪比麦克风，及外围电路组成，软件为识别音乐节奏控制灯带引擎。预先训练、存储音乐节奏的特征值模型，为通过深度神经网络基于多首歌曲提取出的音乐节奏特征参数。

该识别方法包括以下两个方面：

(1)硬件方面：

将四个高灵敏、高信噪比麦克风通过一定距离进行组合，形成环形的阵列。其中的距离是通过对麦克风采集到的信号进行互相关，寻找到相关信号的最大值，得到两信号之间的延时τ，再乘以声波传播速度c0，得到距离d＝c0τ。按一定距离排列放置的一组麦克风，通过声波抵达阵列中每个麦克风之间的微小时差的相互作用，麦克风阵列可以获得比单个的麦克风更好地指向性。通过对所有麦克风信号的综合处理，麦克风阵列可以组合成为所要求的强指向性麦克风，形成被称为“波束”的指向特性。经阵列算法处理后的指向性波束形成技术能精确的形成一个锥状窄波束，只接受说话人的声音同时抑制环境中的噪音与干扰。

一个adc可以接两路麦克风，实现四个麦克风阵列就要使用两个adc，该adc支持tdm模式来级联多个adc，但是至多级联4个该设备。从图4中可以看出，i2s总线由mclk，sclk，lrck，sdout组成，最后的数字信号就是通过这几个引脚组成的i2s总线输入进mcu中，这些线路输入最大输入电平是1vrms。

麦克风实时收集声音，声音通过各自的ainlp-ainln和ainrp-ainrn输入，经过一个增益1db到27db范围立体pga，在不同的主从模式和不同的速度模式下，该adc芯片根据mclk产生sclk和lrck，再利用i2s总线将左右声道的声音数据输入进mcu中。再通过识别音乐节奏引擎对灯带进行控制。

软件方面：

如图2所示：

步骤1：预先训练、存储音乐节奏的特征值模型到系统中硬件部分的通用mcu中；

步骤2：系统中高灵敏、高信噪比麦克风实时采集语音并输入独立16位的adc芯片；

步骤3：独立16位的adc芯片通过i2s或spi接口把语音实时送入通用mcu；

步骤4：通用mcu实时运行预处理算法，进行回声消除、降噪；

步骤5：通用mcu实时计算预处理后的音乐声学特征参数；

步骤6：通用mcu根据计算值，实时转换为pwm信号，实时控制灯带闪烁。

本发明，作为一个灯带的控制模块，可以用在智能照明，室内外装潢灯带(室内是背景墙灯带；室外是无法布线的桥上灯带、大排档灯带、树及门面装潢灯带)、圣诞树(需要灯光随动迎照氛围)等产品。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。