灯光音联动控制方法及系统与流程

本发明涉及自动化控制领域，特别是涉及灯光音联动控制方法及系统。

背景技术：

目前市面上的led灯的闪烁变化和颜色变化可以通过控制声音节拍或音量的变化方式来实现，而通过led灯灯组的使得这种闪烁变化和颜色变化呈现出更好的光与色彩效果。led灯灯组是指将多个led灯通过串联或并联等连接方式通过控制系统以实现灯光闪烁和颜色变化的特殊效果技术。

灯光随着音乐声变化，如果要变化得有艺术性，灯光的变化需要随着音乐的节拍变化，而不仅仅是随着音乐的响度变化。而一般来说，音乐的节拍是由鼓声等低音乐器来表现。因此检测音乐的低音节拍，对于有效地控制灯光非常重要。

传统的声音节拍分析系统中，需要使用较为昂贵的低通滤波器，来分析音频信号里面的低音成分，并需要一些软件系统进行数字信号处理，例如利用快速傅立叶变换(fastfouriertransform，fft)来分析处理音频信号里的低音信号。上述的低音信号分析处理方法，需要一个较为高级和昂贵的计算机系统，并且处理过程复杂。另外，传统的声音节拍分析系统中，其适应的音源是一个较为稳定的音量输入，例如cd播放器。对于一些音量波动比较大的音源来说，传统的节拍分析系统无法准确的分析处理。

技术实现要素：

基于此，有必要针对低音信号分析处理过程复杂的问题，提供一种灯光音联动控制方法及系统。

一种灯光音联动控制方法，包括：

采集音频信号，并将所述音频信号进行放大；

获取放大后的音频信号中音频强度大于强度阈值的第一音频信号；

判断所述第一音频信号的持续时间是否大于第一时间阈值，若是，则保留所述第一音频信号，并将所述第一音频信号作为低音信号；否则过滤所述第一音频信号；

在节拍时间窗口内检测所述低音信号的数量，并获取所述低音信号的节拍；

根据所述低音信号的节拍控制灯光工作模式。

在其中一个实施例中，所述采集音频信号，并将所述音频信号进行放大的步骤，包括：

利用麦克风采集音频信号，并通过两级前置放大器将所述音频信号进行放大处理。

在其中一个实施例中，在节拍时间窗口内检测所述低音信号的数量，并获取所述低音信号的节拍的步骤，包括：

检测两个以上依序相邻的节拍时间窗口内的所述低音信号的数量；

判断所述低音信号的数量是否大于节拍阈值，若是，则在所述节拍时间窗口内形成一个节拍；否则在所述节拍时间窗口内没有形成节拍；

获取各个所述节拍时间窗口内的节拍。

在其中一个实施例中，所述在节拍时间窗口内检测所述低音信号的数量，并获取所述低音信号的节拍的步骤之前，还包括：

根据所述音频强度调节第一时间阈值。

在其中一个实施例中，所述根据所述音频强度调节第一时间阈值的步骤，包括：

检测在节拍时间窗口内的平均音频强度；

判断所述平均音频强度是否大于平均音频强度阈值的上限，若是，则增大所述第一时间阈值，直至平均音频强度小于平均音频强度阈值的上限；

判断平均音频强度是否小于平均音频强度阈值的下限，若是则减小所述第一时间阈值，直至平均音频强度大于平均音频强度阈值的下限。

在其中一个实施例中，所述在节拍时间窗口内检测所述低音信号的数量，并获取所述低音信号的节拍的步骤之后，还包括：

调节所述节拍的速度。

在其中一个实施例中，所述调节所述节拍的速度的步骤，包括：

检测预设时间窗口内的所述节拍的数量，并计算在预设时间窗口内的节拍速度；

判断所述节拍速度是否大于预设节拍速度的上限，若是，则增大节拍阈值直至所述节拍速度小于预设节拍速度的上限；

判断所述节拍速度是否小于预设节拍速度的下限，若是，则减小节拍阈值直至所述节拍速度大于预设节拍速度的下限。

在其中一个实施例中，所述调节所述节拍的速度的步骤，还包括：

检测预设时间窗口内的所述节拍的数量，并计算在预设时间窗口内的节拍速度；

判断所述节拍速度是否大于预设节拍速度的上限，若是，则增大第一时间阈值直至所述节拍速度等于预设节拍速度的上限；

判断所述节拍速度是否小于预设节拍速度的下限，若是，则减小第一时间阈值直至所述节拍速度大于预设节拍速度的下限。

在其中一个实施例中，所述调节所述节拍的速度的步骤，还包括：

检测预设时间窗口内的所述节拍的数量，并计算在预设时间窗口内的节拍速度；

检测所述节拍速度是否大于预设节拍速度的上限，若是，则同时增大节拍阈值和第一时间阈值直至所述节拍速度小于预设节拍速度的上限；

检测所述节拍速度是否小于预设节拍速度的下限，若是，则同时减小节拍阈值和第一时间阈值直至所述节拍速度大于预设节拍速度的下限。

一种灯光音联动控制系统，包括：

麦克风：用于采集音频信号；

两级前置放大器，用于放大所述音频信号；

控制器，用于检测所述音频信号，并调节控制所述音频信号以形成低音信号的节拍；

灯光驱动器，用于根据所述低音信号的节拍驱动灯光工作；

灯，用于实现不同式样的发光。

上述灯光音联动控制方法，通过检测音频信号中的低音信号，获取低音信号的节拍，并根据低音信号的节拍控制灯光的工作方式，其信号分析处理过程简单，控制灵敏。

附图说明

图1为一实施例的灯光音联动控制方法流程图；

图2为一实施例的音频波形示意图；

图3为图1中步骤s600的其中一种实现方式流程图；

图4为另一实施例的音频波形示意图；

图5为另一实施例的灯光音联动控制方法流程图；

图6为图5中步骤s500中的其中一种实现方式流程图；

图7为图5中步骤s700中的其中一种实现方式流程图；

图8为图5中步骤s700中的另一种实现方式流程图；

图9为图5中步骤s700中的另一种实现方式流程图；

图10为一实施例的灯光音联动控制系统结构示意图；

图11为另一实施例的灯光音联动控制系统结构示意图；

图12为一实施例的灯光音联动控制系统电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的内容公开更加透彻全面。

本发明提供一种灯光音联动控制方法及系统，通过检测音频信号的节拍和幅度等信息，控制灯光的闪烁及亮度。音乐的节拍通常是由鼓声等低音乐器来表现。因此检测音乐的低音节拍，对于有效地控制灯光非常重要。其中，利用高灵敏度的麦克风以及两级前置放大器，可以检测到65分贝的音频信号；利用节拍检测系统可实现对65分贝至110分贝的音频信号进行检测，并且能够从高音和低音的混合音频中准确的检测出低音部分。

图1为一实施例的灯光音联动控制方法流程图，包括：

步骤s100：采集音频信号，并将音频信号进行放大。

本步骤中，利用高度灵敏的麦克风，以及两级的前置放大器，从而对音频信号的感应灵敏度较高。例如可采集65分贝的音频信号。

步骤s200：获取放大后的音频信号中音频强度大于强度阈值的第一音频信号。

具体地，如图2所示，该图为音频波形图。其中，强度阈值为m0，m0为系统能够检测到音频信号的能量峰值。系统获取待测音频波形中的波峰能量超过m0的部分，作为第一音频信号10，如图中强度阈值线m0的下端部分。

步骤s300：判断第一音频信号的持续时间是否大于第一时间阈值，若是，则执行步骤s400a；否则执行步骤s400b。

具体地，参见图2，第一时间阈值tth用于衡量第一音频信号10的频率大小(波长大小)，并用于判别低音信号和高音信号。例如，第一音频信号10包括了低音信号和高音信号，当第一音频信号10的持续时间t1大于第一时间阈值tth，则第一音频信号10为低音信号；当第一音频信号10的持续时间t1小于第一时间阈值tth，则第一音频信号10为高音信号。

步骤s400a：保留第一音频信号，并将第一音频信号作为一个低音信号。

步骤s400b：过滤第一音频信号。

步骤s600：在节拍时间窗口内检测低音信号的数量，并获取低音信号的节拍。

具体地，如图2所示，节拍时间窗口btw为上述低音信号形成一个节拍的时间，并作为检测上述低音信号的数量的时间窗口。通过检测上述低音信号在节拍时间窗口btw内的数量，当其数量大于某一设定的节拍阈值bth时，可确定节拍时间窗口btw内存在一个低音信号的节拍。

步骤s800：根据低音信号的节拍控制灯光工作模式。

具体地，灯光为led灯光，灯光工作模式包括闪烁、亮度变化及颜色变化等模式。

具体地，采集音频信号，并将音频信号进行放大的步骤，包括：

利用麦克风采集音频信号，并通过两级前置放大器将音频信号进行放大处理。

具体地，如图3所示，在节拍时间窗口内检测低音信号的数量，并获取低音信号的节拍的步骤，包括：

步骤s610：检测两个以上依序相邻的节拍时间窗口内的低音信号的数量nb；

步骤s620：判断低音信号的数量是否大于节拍阈值，若是，则执行步骤s630a；否则执行步骤s630b。

步骤s630a：在节拍时间窗口内形成一个节拍。

步骤s630b：在节拍时间窗口内没有形成节拍。

步骤s640：获取各个节拍时间窗口内的节拍。

在本实施例中，如图4所示，在一段时间的音频信号中，设置多个依序相邻的节拍时间窗口btw(即检测节拍的时间窗口)；以及设置节拍阈值bth，即在节拍时间窗口btw内要形成一个节拍所需要的低音信号的数量nb。分别检测每个节拍时间窗口btw内的低音信号的数量nb，并将各个节拍时间窗口btw内的低音信号的数量nb与节拍阈值bth进行比较，当nb大于bth时，在节拍时间窗口btw内形成一个节拍；当nb小于bth时，在节拍时间窗口btw内未形成节拍。

进一步地，参见图5，在节拍时间窗口内检测低音信号的数量，并获取低音信号的节拍的步骤之前，还包括：

步骤s500：根据音频强度调节第一时间阈值。

具体地，如图2所示，音频强度影响系统对低音信号的检测。一方面，当第一音频信号10为高音信号时，如果第一音频信号10的强度太大，导致第一音频信号10的持续时间t1大于第一时间阈值tth，此时可能将高音信号错误的判断为低音信号，影响检测的准确性。另一方面，当第一音频信号10为低音信号时，如果第一音频信号10的强度太小，导致第一音频信号10的持续时间t1小于第一时间阈值tth，此时可能将低音信号错误的判断为高音信号而过滤掉。

因此，需根据音频强度实时调整第一时间阈值tth，防止低音信号的错检及漏检。

具体地，如图6所示，根据音频强度调节第一时间阈值的步骤，包括：

步骤s510：检测在节拍时间窗口内的平均音频强度；

步骤s520：判断平均音频强度是否大于平均音频强度阈值的上限，若是，则执行步骤s520a；否则，执行步骤s530

步骤s520a：增大第一时间阈值，直至平均音频强度小于平均音频强度阈值的上限

步骤s530：判断平均音频强度是否小于平均音频强度阈值的下限，若是，则执行步骤s530b。

步骤s530b：减小第一时间阈值，直至平均音频强度大于平均音频强度阈值的下限。

在本实施例中，步骤s520和步骤s530的顺序不做限定，还可以先执行步骤s530再执行步骤s520。即，可先判断平均音频强度是否小于平均音频强度阈值的下限，再判断平均音频强度是否大于平均音频强度阈值的上限。此外，增大第一时间阈值tth可防止将高音信号错误的判断为低音信号，减小第一时间阈值tth可防止低音信号的漏检。

进一步地，如图5所示，在节拍时间窗口内检测低音信号的数量，并获取低音信号的节拍的步骤之后，还包括：

步骤s700：调节节拍的速度。节拍的速度表示为每分钟的节拍数。

具体地，参见图7，调节节拍的速度的步骤，包括：

步骤s710：检测预设时间窗口内的节拍的数量，并计算在预设时间窗口内的节拍速度。

步骤s720：判断节拍速度是否大于预设节拍速度的上限，若是，则执行步骤s720a；否则执行步骤s730。

步骤s720a：增大节拍阈值直至节拍速度小于预设节拍速度的上限。

步骤s730：判断节拍速度是否小于预设节拍速度的下限，若是，则执行步骤s730a；

步骤s730a：减小节拍阈值直至节拍速度大于预设节拍速度的下限。

在本实施例中，还可以先执行步骤s730的判断再执行步骤s720的判断，即，判断节拍速度是否大于预设节拍速度的上限，以及判断节拍速度是否小于预设节拍速度的下限，对这两个步骤的先后顺序不做具体限定。另外，参见图4，节拍速度tp为节拍的数量np和预设时间窗口ttw(图为显示)的比值，即表示单位内的节拍的数量，单位时间取为一分钟。因此，当预设时间窗口ttw不变时，预设时间窗口ttw内的节拍的数量np决定节拍速度tp的大小，而节拍的数量np与节拍时间窗口btw内是否形成一个节拍有关。例如，当每个节拍时间窗口btw内都形成一个节拍，则在预设时间窗口ttw内的节拍的数量np就比较多；当只有少数节拍时间窗口btw内形成一个节拍，则在预设时间窗口ttw内的节拍的数量np就比较少。进一步地，在节拍时间窗口btw内是否形成一个节拍与节拍时间窗口btw内的低音信号的数量nb及节拍阈值bth有关。例如，当节拍时间窗口btw内的低音信号的数量nb大于节拍阈值bth，则在节拍时间窗口btw内形成一个节拍；当节拍时间窗口btw内的低音信号的数量nb小于节拍阈值bth，则在节拍时间窗口btw内不能形成一个节拍。

因此，可通过调节节拍阈值bth来控制节拍时间窗口btw内是否形成一个节拍，进而控制在预设时间窗口ttw内的节拍的数量np，最终调节节拍速度tp，以使其落在一个预设节拍速度范围内，而这个范围适合灯光的变化，避免节拍速度太快导致灯光的变化无法看清，以及节拍速度太慢导致灯光的变化不明显。

例如，增大节拍阈值bth可减少节拍的数量np，从而使节拍速度tp变慢；减小节拍阈值bth可增加节拍的数量np，从而使节拍速度tp变快。

具体地，如图8所示，调节节拍的速度的步骤，还包括：

步骤s710：检测预设时间窗口内的所述节拍的数量，并计算在预设时间窗口内的节拍速度。

步骤s720：判断节拍速度是否大于预设节拍速度的上限，若是，则执行步骤s720c；否则步骤s730。

步骤s730c：增大第一时间阈值直至节拍速度小于预设节拍速度的上限。

步骤s730：判断节拍速度是否小于预设节拍速度的下限，若是，则执行步骤s730d。

步骤s730d：减小第一时间阈值直至节拍速度大于预设节拍速度的下限。

在本实施例中，还可以先执行步骤s730的判断再执行步骤s720的判断，即，判断节拍速度是否大于预设节拍速度的上限，以及判断节拍速度是否小于预设节拍速度的下限，对这两个步骤的先后顺序不做具体限定。另外，参见图2，当第一时间阈值tth增大时，在节拍时间窗口btw内的低音信号的数量nb减少，当低音信号的数量nb小于节拍阈值bth时，该节拍时间窗口btw内就无法形成一个节拍。因此，当节拍速度tp超过预设节拍速度范围时，通过增大第一时间阈值tth可减少预设时间窗口ttw内的节拍的数量np，从而使节拍速度tp变慢；反之，当节拍速度tp低于预设节拍速度范围时，通过减小第一时间阈值tth可增加预设时间窗口ttw内的节拍的数量np，从而使节拍速度tp变快。

具体地，如图9所示，调节节拍的速度的步骤，还包括：

步骤s710：检测预设时间窗口内的节拍的数量，并计算在预设时间窗口内的节拍速度；

步骤s720：判断节拍速度是否大于预设节拍速度的上限，若是，则执行步骤s730e；否则步骤s730。

步骤s730e：同时增大节拍阈值和第一时间阈值直至节拍速度等于预设节拍速度的上限。

步骤s730：判断节拍速度是否小于预设节拍速度的下限，若是，则执行步骤s730f。

步骤s730f：同时减小节拍阈值第一时间阈值直至节拍速度大于预设节拍速度下限

在本实施例中，还可以先执行步骤s730的判断再执行步骤s720的判断，即，判断节拍速度是否大于预设节拍速度的上限，以及判断节拍速度是否小于预设节拍速度的下限，对这两个步骤的先后顺序不做具体限定。另外，由于增大节拍阈值bth与增大第一时间阈值tth均能使节拍速度tp变慢，因此，当节拍速度tp超过预设节拍速度范围时，可同时增大节拍阈值bth和第一时间阈值tth，使节拍速度tp变慢；反之，当节拍速度tp低于预设节拍速度范围时，可同时减小节拍阈值bth和第一时间阈值tth，使节拍速度tp变快。

图10为一实施例的灯光音联动控制系统，包括：

麦克风100，用于采集音频信号。

放大模块200，用于放大音频信号。

控制模块300，用于检测音频信号，并调节控制音频信号以形成低音信号的节拍。

驱动模块400，用于根据低音信号的节拍驱动灯光工作。

灯500，用于实现不同式样的发光。

进一步地，如图11所示，放大模块200包括一级放大模块210和二级放大模块220。一级放大模块210和二级放大模块220分别对麦克风100获取的音频信号进行不同程度的放大，并将放大后的音频信号输出至控制模块300。其中，音频信号还可以只经过一级放大模块210放大后直接输出至控制模块300，以获取较低强度的音频信号。音频信号通过一级放大模块210放大或通过一级放大模块210和二级放大模块220同时放大，可使控制模块300获取较宽动态强度范围的音频信号。

进一步地，参见图11，灯500为led灯组。

在其中一实施例中，led灯组为由多个led灯串联组成的灯串。其中，组成led灯串的多个led灯受两个控制通道a和b控制，并且控制方式为：ababab……。即相邻两个led灯受不同的控制通道控制，其根据音频信号的节拍、拍速及强度等信息可实现如下5种的工作模式：

(1)a控制通道的灯亮，b控制通道的灯暗；或者a控制通道的灯暗，b控制通道的灯亮。即a、b控制通道的灯根据节拍进行交替的开启或关闭。

(2)a和b控制通道的灯随着节拍同时进行闪亮(即由暗变量)。

(3)a控制通道的灯随着节拍闪亮，b控制通道的灯随着节拍闪暗(即由亮变暗)；或者b控制通道的灯随着节拍闪亮，a控制通道的灯随着节拍闪暗(即由亮变暗)。

(4)a控制通道的灯全亮，b控制通道的灯随着节拍进行闪烁；或b控制通道的灯全亮，a控制通道的灯随着节拍进行闪烁。

(5)a和b控制通道的灯随着节拍同时闪暗。

具体地，参见图12，该图为一实施例的灯光音联动控制电路示意图。其中，该电路包括：麦克风20、放大电路30、控制器40及驱动电路50。麦克风20连接放大电路30，用获取音频信号，并将音频信号转换为电信号输出至放大电路30。放大电路30用于将电信号一级或两级放大输出至控制器40。控制器40将放大后的电信号进行分析处理，并输出控制信号(其中控制信号包含音频信号的节拍、拍速及强度等信息)至驱动电路50。驱动电路50连接led灯组，并根据控制信号驱动led灯组进行不同式样的发光。

上述灯光音联动控制方法，通过检测音频信号中的低音信号，获取低音信号的节拍，并根据低音信号的节拍控制灯光的工作方式，其信号分析处理过程简单，控制灵敏。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。