一种智能音频识别灯光控制系统的制作方法

1.本发明涉及舞台灯光控制领域，更具体地涉及一种智能音频识别灯光控制系统。


背景技术：

2.舞台灯光也叫“舞台照明”，是现场美术造型手段之一。广义的舞台灯光设备如照明灯具、幻灯、控制系统等，其不仅用于演出舞台，还常见于酒吧、ktv、室外景观等场合。为了营造美术的效果，舞台灯光设备除了灯光的控制还包括烟雾和水雾等。
3.为了营造出美术造型，现有的舞台灯光设备须控制的电脑灯数量较多而内容复杂，因而舞台灯光的控制系统主要利用dmx协议以标准数字信号进行调配控制。dmx512协议采用单向通信，其数据包有0～511帧数据，最多可控制512个通道。由于通信协议开放，效率可靠性高，在舞台灯光行业中广泛运用。对于dmx512，控制系统所发送的数据包可同时控制多个电脑灯，每个电脑灯设置有不同的控制通道，可实现亮度、光圈、频闪、颜色、图案、旋转或转动等多个维度的控制，通过多个维度控制的组合，进而实现诸如颜色的跳动等的灯效，而多个电脑灯的控制配合可形成波浪等的图形效果。
4.现有技术中，专业舞台表演有相关人员依照表演内容对舞台灯光的控制进行编程，以营造所需的氛围。然而，在酒吧、ktv、室外景观等场合的舞台灯光设备中，舞台灯光的造型为在若干固定的运行模式中选择，无法根据现场音乐实时调节相匹配的灯光氛围。某些现有方案采用从音乐平台获取由音乐经分析所得标记，并根据标记将灯光控制切换到相对于的运行模式中，如将音乐标记为愉悦、轻快或悲伤等，灯光控制系统通过获取的标记，运行与音乐情绪相对应的预设的灯光控制程序。这需要获取音乐平台开放权限，同时标记有限且控制程序是预设的，不能跟随演唱者实时调整。另一些现有方案随人声和配乐音频信号的实时控制灯具，但控制系统可进行的数据量处理受限，继而音乐特征的获取受局限，音乐中有规律的东西基本上被打破，灯具显示不太规律的颜色、亮度变化，使得表达音乐表现力差。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种智能音频识别灯光控制系统，可兼顾专业人员对舞台灯光的程序编制，以及实时依照现场音乐情感控制舞台灯光，使得舞台灯光效果更为丰富，且能高度吻合于舞台音乐与现场表演，使观众获得更好的舞台观感体验。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
7.本发明提供一种智能音频识别灯光控制系统，包括控制模块和音频识别模块，所述控制模块用于输入并生成灯光控制程序，所述音频识别模块连接于控制模块；所述音频识别模块包括依次连接的音频接收单元、特征获取单元和程序调整单元；所述音频接收单元，用于实时接收外部输入的音频信号；所述特征获取单元，用于对所述音频接收单元获取的音频信号进行分析，获得音频信号的音频特征参数；所述程序调整单元，用于对所述特征获取单元获得的音频特征参数，获得灯光控制程序的参量的调整量；所述控制模块获取所
述程序调整单元的实时调整量，生成并输出实际的灯光控制程序。
8.上述灯光控制系统，作为优选地，所述调整量由音频特征参数的参考中值获得调整量的零点，由音频特征参数超出参考中值获得所述调整量的正值，由音频特征参数低于参考中值获得所述调整量的负值，所述灯光控制程序中的实际参量由设定值参考调整量的增加或减少后确定。
9.上述灯光控制系统，作为优选地，所述音频识别模块还包括阈值判断单元，所述阈值判断单元根据音频特征参数的参考极大值获得所述调整量的最大值，且当音频特征参数超出参考极大值时使所述程序调整单元输出调整量的最大值，所述阈值判断单元参数的参考极小值获得所述调整量的最小值，且当音频特征参数小于参考极小值时使所述程序调整单元输出调整量的最小值。
10.上述灯光控制系统，作为优选地，所述阈值判断单元根据音频特征参数的若低于启动参考值，所述程序调整单元输出调整量为零，所述灯光控制程序的实际参量由设定值根据调整量进行百分比增减而获得。
11.上述灯光控制系统，作为优选地，所述音频识别模块还包括调整判断单元，所述调整判断单元判断当前音频特征参数是否变化超出设定比例，当超出设定比例由所述程序调整单元跟随重新获取调整量，当未超出设定比例由所述程序调整单元以上一次调整量运行。
12.上述灯光控制系统，作为优选地，所述控制模块设置有参量标识单元，所述参量标识单元对控制程序的设定参量进行标记，对于已标记的设定参量将参考调整量输出实际参量。
13.上述灯光控制系统，作为优选地，所述程序调整单元根据不同音频特征参数获取至少两个调整量，所述参量标识单元依照选择而对控制程序进行相应调整量的标记。
14.上述灯光控制系统，作为优选地，所述音频特征参量为频率、幅度、比特率、通道数、过零率、短时能量、短时自相关系数之中的一种或两种以上的组合。
15.上述灯光控制系统，作为优选地，所述灯光控制程序的参量为亮度、光圈大小、频闪时间、x轴转动、y轴转动、图案、xy速度、放大、聚焦、色度或颜色。
16.上述灯光控制系统，作为优选地，所述控制模块包括数据处理单元、控制输入单元、储存单元、dmx收发单元和电源模块；所述数据处理单元包括第一处理器和第二处理器；所述控制输入单元包括场景选择按键，通道选择按键，输入推杆和操作按键，所述场景选择按键，通道选择按键和输入推杆电连接于第二处理器，以输入灯光控制程序，所述操作按键电连接于第一处理器，以操作控制系统；所述储存单元电连接于第一处理器，以储存灯光控制程序，所述dmx收发单通过接口将灯光控制程序发送至灯光设备；所述第一处理器和第二处理器通讯连接，以将输入参量发送至第一处理器生成灯光控制程序；所述音频接收单元为声音录取装置，并电连接于第一处理器；所述特征获取单元和所述特征获取单元设置于第一处理器，以将获取的声音信号转换为调整量。
17.与现有技术相比，本发明有益效果如下：
18.(1)本发明通过在舞台灯光控制系统上设置音频识别模块，利用音频信号及分析得到的音频特征，获取可实时改变已设灯光控制程序的运行参量的调整量，使得灯光控制程序在可令舞台灯具生成丰富的灯光效果，同时该灯光效果伴随于现场音乐变化而变化，
继而提高身处舞台的感官体验，并且节省了灯光控制编程人员的工作，使各类中小型舞台也可通过简单的控制方式获得丰富的舞台灯光效果。
19.(2)本发明进一步通过设定调整量的范围，及上下浮动的调节方式，一方面可使为跟随音乐而变化，而非其他音频信号；另一方面，音频特征的浮动变化可体验音乐的情感特点，而随浮动变化可控制灯光程序参量变化，进而使灯光随音乐情感特征变化。
20.(3)本发明进一步通过设定参量标识单元，使可将现有的程序中单步或多步场景中的设定参量可跟随调整参量，通过对现有程序的简化地实时编译，使特定的灯光控制参量跟随由特定的音频特征而得的调整量变化，使基于音频识别的灯光控制，更为贴近于现场音乐的表达，同时也能保持灯光的基础表现风格。
21.(4)本发明更进一步通过设置程序输入的相关电路结构，实现音频识别的控制和按键操纵程序输入的控制相辅相成，继而获得更好的灯光体验。
22.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
23.图1为本发明智能音频识别灯光控制系统的结构示意图；
24.图2为本发明智能音频识别灯光控制系统的电路结构示意图；
25.图3为本发明智能音频识别灯光控制系统的判断单元结构示意图；
26.图4为本发明智能音频识别灯光控制系统的控制原理示意图。
27.附图标记为：1、控制模块；11、第一处理器；111、参量标识单元；112、操作按键；113、储存单元；114、dmx收发单元；12、第二处理器；121、场景选择按键，122、通道选择按键，123、输入推杆；13、电源模块；2、音频识别模块；21、音频接收单元；22、特征获取单元；23、程序调整单元；24、判断单元；241、阈值判断单元；242、调整判断单元。
具体实施方式
28.为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不作为限制本发明的范围。
29.如图1至4所示，本发明提供一种智能音频识别灯光控制系统，包括控制模块1和音频识别模块2，控制模块1用于输入并生成灯光控制程序，音频识别模块2连接于控制模块1。
30.可以理解的是，控制模块1用于通过通道(电脑灯)选择，场景(程序步)选择，参量(推杆程序运行)输入，而获得dmx控制程序。而dmx控制程序的控制数据包括由多个数据帧组成，每帧数据包括1位低电平起始位、8位数据位和2位高电平停止位。其中，为识别数据包，包括了作为第一帧数据的break信号和mab信号；其他数据帧在控制总线上发出，各舞台灯光设备响应于其对应的控制命令，而获得舞台灯效。音频识别模块2通过麦克风录制将现场声音转换为音频电信号，或者音频接口直接获得音频电信号，继而通过分析获得音频特征信号，并由音频特征信号获取调整量，调整量与灯光控制程序的参量相关联。
31.举例来说，在一个方面，音频特征参量为频率、幅度、比特率、通道数、过零率、短时能量、短时自相关系数等。而灯光控制程序参量为在0-256之间的参数，或者0-100％的参数。在另一方面，灯光控制程序是随舞台电脑灯的功能确定的。举例来说，一般现有参量为
亮度、光圈大小、频闪时间、x轴转动、y轴转动、图案、xy速度、放大、聚焦、色度和颜色等。如80％的亮度，即电脑灯的可调亮度范围的80％；如随推杆设定数值为98的光圈大小，即电脑灯的可调光圈范围的98/256。
32.参考图1，在实施例中，音频识别模块2包括依次连接的音频接收单元21、特征获取单元22、判断单元24和程序调整单元23；音频接收单元21，用于实时接收外部输入的音频信号；特征获取单元22，用于对音频接收单元21获取的音频信号进行分析，获得音频信号的音频特征参数；判断单元24，用于根据音频特征参数判断出选用的阈值和变化的间隔；程序调整单元23，用于对特征获取单元22获得的音频特征参数，获得灯光控制程序的参量的调整量；控制模块1获取程序调整单元23的实时调整量，生成并输出实际的灯光控制程序。
33.可以理解的是，音频接收单元21所获取的音频信号，其信号的含义多样，需要分析处理方可为灯光控制的参考。音频信号包含如音调、音频、音色等信息，经过特征获取单元22进行分析处理得到。但音频特征信号可以使不同的音频类型，而音频特征信号不具备为灯光控制提供参考功能。因而，判断单元24对音频特征信号进一步的分型，获取出与音乐类型，特别是音乐中所需与灯光配合的音频特征参数。当音频特征参数经过判断处理，程序调整单元23可通过音频特征参数在音乐累心特征参数中的序列位置，根据序列位置可判断当前音频特征参量是舒缓的，还是激昂的。最后，音频特征参量可形成对灯光控制程序中的参量的控制。
34.举例来说，由当前音频信号的波形频率和幅度，可以分析得到音频信号的音调特征，经过判断单元24进一步确定该音调特征是音乐类型的音频信号，再分析该音调特征在完整的音乐类型的音调特征进行比较，则可以将音调特征在一个如舒缓到激昂的维度序列的位置。则可以量化地得到音调特征所表达的音乐节奏，进而获得对诸如亮度颜色等电脑灯控制参量的调整量。当音频特征的数值在维度上处于舒缓的位置，则将对应降低电脑灯的亮度，缩小聚焦的焦点，色度可将低到冷色等的色系，形成相对应的灯管控制程序参量的调整量。
35.可以理解的是，同一调整量表示了音乐类型的情绪，因而该调整量对应于电脑灯的控制参量可调整增加或调整降低，以形成相配合的氛围。
36.具体的是，调整量由音频特征参数的参考中值获得调整量的零点，由音频特征参数超出参考中值获得调整量的正值，由音频特征参数低于参考中值获得调整量的负值，灯光控制程序中的实际参量由设定值参考调整量的增加或减少后确定。
37.举例来说，在舒缓到激昂的维度上，选取需要跟随的上下限阈值，并选取对应无需调节灯光参量的中值。或者，通过上下限阈值所进一步获得的中值，确定无需调节灯光参量的位置。
38.参考图3，本实施例中，判断单元24包括阈值判断单元24124和调整判断单元24224。
39.具体来说，阈值判断单元24124根据音频特征参数的参考极大值获得调整量的最大值，且当音频特征参数超出参考极大值时使程序调整单元23输出调整量的最大值，阈值判断单元24124参数的参考极小值获得调整量的最小值，且当音频特征参数小于参考极小值时使程序调整单元23输出调整量的最小值。
40.可以理解的是，实际输入的音频信号的类型非常多，因而灯光控制程序只需相应
音乐范围内的音频信号。在音频信号的频率特征上，当频率小于频率参考的最小值，则以该频率参考最小值输出音频特征参量；当频率大于参考的最大值，则以该频率参考最大值输出音频特征参量。
41.具体来说，调整判断单元24224判断当前音频特征参数是否变化超出设定比例，当超出设定比例由程序调整单元23跟随重新获取调整量，当未超出设定比例由程序调整单元23以上一次调整量运行。
42.可以理解的是，实际上一首歌曲的音频特征变化程度不大，但变化随时发生。同样地，电脑灯在一定变化量的调整才引起观众的视觉主意。具体地，调整判断单元24224比较和判断，若音频特征的变化量超过设定比例，则重新设置当前的调整量，若音频特征的变化量在设定比例以内，则以上一次设置的调整量作为当前的调整量。此外，可以理解判断的周期可设置的，以过滤掉瞬时的瞬时极值的音频特征参考信息，在判断的周期内，可取音频特征的均值，作为调整量的设置计算方式。
43.参考图4，本实施例中，控制模块1设置有参量标识单元111，参量标识单元111对控制程序的设定参量进行标记，对于已标记的设定参量将参考调整量输出实际参量。程序调整单元23根据不同音频特征参数获取至少两个调整量，参量标识单元111依照选择而对控制程序进行相应调整量的标记。
44.具体来说，从音频信号分析获取的音频特征参量有多重，根据诸如频率、幅度、比特率等的特征参量中的一种或两种以上，获得1#的调整量，该调整量可表示音乐类型的相对特点维度对应于舒缓到激昂；而可以利用另一种或多种的组合的特征参量，获得2#调整量，该调整量可表示的音乐类型的相对特点维度对应于悲伤到欢快。
45.举例说明，在512dmx的数据包中，包含了512位的数据帧，数据帧可控制地址对应的电脑灯，及电脑灯对应运行功能。当前亮度、聚焦程度、x轴和/或y轴运转的速度，将在该控制程序数据包中的对应于灯具的位置，参量标识等于对各程序步的对应参量进行标记，当程序步在运行时，跟随于当前调整量而变化，输出实际的控制程序，进而获得配合于当前音乐环境的舞台灯光效果。
46.参考图2，本实施例中，智能音频识别灯光控制系统还包括了灯光控制程序的输入部分，并构成设置于舞台现场的可实时采集音频信号的控制装置。
47.具体来说，控制模块1包括数据处理单元、控制输入单元、储存单元113、dmx收发单元114和电源模块13；数据处理单元包括第一处理器11和第二处理器12；控制输入单元包括场景选择按键，通道选择按键，输入推杆通道选择按键，123和操作按键112，场景选择按键，通道选择按键和输入推杆通道选择按键，123电连接于第二处理器12，以输入灯光控制程序，操作按键112电连接于第一处理器11，以操作控制系统；储存单元113电连接于第一处理器11，以储存灯光控制程序，dmx收发单通过接口将灯光控制程序发送至灯光设备；第一处理器11和第二处理器12通讯连接，以将输入参量发送至第一处理器11生成灯光控制程序；音频接收单元21为声音录取装置，并电连接于第一处理器11；特征获取单元22和特征获取单元22设置于第一处理器11，以将获取的声音信号转换为调整量。
48.可以理解的，数据处理单元由两个处理器组成，以利用算力尽心不同的输出处理，增加系统稳定性。第二处理器12用于采集按键和推杆的电信号，实现控制程序的输入，并输出到第一处理器11。而第一处理器11用于音频信号的识别，灯光控制程序的输入交互系统，
以及灯光控制程序信号的生成储存与发送。
49.根据本发明的实施例在实际编程中的步骤如下：
50.(1)经由操作按键112和显示模块进行系统功能的操作，并进入控制界面的程序编制状态。操作通道选择按键，按下后对应的指示led灯将亮起，选择所需要改变参量电脑灯。
51.(2)操作场景选择按键，选择所需要编辑的作为场景(即scene)“单步程序”，或“多步程序”(即走灯)。
52.(3)操纵输入推杆通道选择按键，123，在单步程序中，设定各电脑灯各参量的选择；在多部程序中，设定梁旭的电脑灯运行状态和运行顺序。
53.(4)重复步骤1至3，形成多个舞台灯光控制程序，诸如电脑灯依次摆动，对焦渐变，灯光淡入淡出，多颜色跳动变化等的综合的舞台灯光效果。
54.(5)根据参量标识单元111，对各电脑灯各参量中需要跟随音频信号变化的部分进行标记。
55.综上所述，根据本发明的实施例在舞台灯光的运行状态如下：当控制模块1运行在音频识别控制模式下，录音装置运行并输入音频信号，经过音频的识别后输出调整量，控制模块1根据调整量实时地调整灯光控制程序中对应的参量并输出，使电脑灯运行的灯效，与即时音乐演出相关联。
56.以上实施例主要描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。