一种基于模拟音源采样的律动氛围灯的控制方法和系统

1.本发明涉及一种基于模拟音源采样的律动氛围灯控制方法及系统。


背景技术：

2.音乐可以舒缓人的心情，随音乐律动的氛围灯可以展现音乐的情绪
3.现有的氛围灯系统大多也为单色氛围灯无法实现随音乐律动的灯光效果，少部分具备律动功能的氛围灯也因为依托于音频解码芯片而无法后期加装，更无法使用手机或者遥控器进行控制。
4.因此，如何让氛围灯系统从模拟音源采集音频并能够随着音乐节奏与幅值的变化展现出不同的灯光效果并实现手机/遥控器对氛围灯系统的遥控功能成为了一个亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种基于模拟音源采样的律动氛围灯控制方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于模拟音源采样的律动氛围灯控制方法，按照下述步骤进行：
7.s1、从扬声器处取得模拟音源信号，并经滤波调压电路处理后，送至mcu 输入端口；由mcu的10位adc将连续的模拟信号转换为离散的数字信号；为确保利用时域的数字信号能顺利求解出频域谱，避免采样率过低造成的混叠现象，采样频率需要大于信号中最高频率的两倍；
8.s2、mcu采用快速傅立叶变换算法fft，将采集的音频模拟信号解算为各频段上的幅值；有限长离散信号序列x(k)的快速傅立叶变换为：
[0009][0010]
其中wn称为蝶形因子，k
·
n为指数；
[0011]
s3、mcu依据s2中所得到的各频率上的幅值，采用滑动平均法计算当前时刻的综合幅值f(t)
[0012]
f(t)＝w1a
t-1
+w2a
t-2
+w3a
t-3
+
…
+w
nat-n
[0013]
其中n为滑动窗口大小，a
t-1
为第t-1时刻的观测值，w1为第t-1时刻观测值的权重；a
t-2
为第t-2时刻的观测值，w2为第t-2时刻观测值的权重；根据公式计算，最终得到当前时刻的综合幅值；
[0014]
s4、mcu执行s3处理得到综合幅值后，根据音乐灯光信号解算算法，将幅值转换为灯光颜色信号和亮度信号；其中音乐灯光信号解算算法自动或手动切换灯光模式；根据综合幅值大小判断音乐音量是否低于阈值，若是，则进入呼吸模式，灯光亮度呈呼吸灯状态变
化并辅以颜色改变；若不是，则进入律动模式；在律动模式下，将综合幅值映射成亮度信号时，进行归一化处理，设定映射上限max与下限min，通过迭代的方法实时更新；
[0015]
s5、对亮度信号进行校正。因为人眼对亮度具有本能的非线性感受，眼睛对低亮度的光强变化更敏感，具体表现在一个灯具，当输出光强随时间线性变化时，人眼的感受是非线性的，在灯光微亮区，灯具很小的光强改变也让人眼感到亮度变化很大，而在光强比较大的区域，很大的光强变化，人眼感到的亮度变化也不大；
[0016]
以f表示人眼对亮度的感受，表示光强，经验显示针对人眼的这种特性，需要对输出光强执行带偏移量的非线性γ校正，采用公式如下：
[0017]
l＝(l
÷
lmax)
×
(l
÷
lmax)
×
(lmax-λ)+λ
[0018]
其中l为亮度，lmax为亮度上限，λ为亮度偏移量；
[0019]
s6、将经过校正的亮度信号发送给氛围灯驱动板，氛围灯驱动板按信号点亮灯珠。
[0020]
优选的，所述s4具体包括：无线信号接收模块接受蓝牙控制信号与红外控制信号；
[0021]
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于模拟音源采样的律动氛围灯系统，包括：mcu系统主控制器，无线数据传输模块，氛围灯驱动板和发光二极管与导光管。其中，所述mcu系统主控制器包括音源采集模块，音频信息处理模块，灯光信号解算模块。
[0022]
所述音源采集模块从模拟信号输入源获得信号并调整幅值使得信号强度满足要求；所述音频信息处理模块将经调制的信号通过快速傅立叶变化从时域转换为频域数据，并向所述mcu系统主控制器输出各频段幅值；所述无线数据传输模块将获得的红外遥控和蓝牙遥控信号发送至所述mcu系统主控制器；所述mcu系统主控制器中的灯光信号解算模块接收到所述音频信息处理模块发送的幅值数据和所述无线数据传输模块发送的遥控信号后，处理计算并输出控制信号，包括颜色信号和亮度信号，并执行带偏移量的非线性γ校正，将最终信号发送给所述氛围灯驱动板；所述氛围灯驱动板为灯珠控制模块，直接控制灯珠的颜色与亮度等；所述发光二极管与导光管将光源均匀散布
[0023]
进一步，所述律动氛围灯系统，其特征在于：所述音频采集模块为适应不同输入源的具体情况，设置有一可调电阻器，调整幅值使得信号强度满足要求。
[0024]
进一步，所述音乐信号为各类模拟音频信号。
[0025]
进一步，所述无线信号接收模块接收来自红外信号或蓝牙信号，其中红外信号来源于红外遥控器，蓝牙信号来源于经过配对手机上的app或小程序。
[0026]
进一步，所述系统主控制器中处理各频段幅值的算法采用滑动平均原理，截取一定窗口时间内的强度幅值，采取加权平均的方式，窗口期内较早的数据权重小，最新的数据权重大，避免数据剧烈变化导致的若干问题，计算出该频段在某一时刻的综合幅值。
[0027]
进一步，所述氛围灯驱动板通过脉宽调制方式(pwm)控制r、g、b每种颜色的明暗程度。
[0028]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能够让律动氛围灯系统装配于模拟音源环境中，且能够让氛围灯随音乐律动的效果更佳，能够随着音乐节奏与幅值的变化展现出不同的灯光效果。同时为用户提供了包括遥控器、手机小程序在内的多种控制方式，满足了用户实时切换氛围灯颜色、模式的要求。
附图说明
[0029]
图1是本基于模拟音源采样的律动氛围灯控制方法的流程图；
[0030]
图2是本基于模拟音源采样的律动氛围灯系统的结构框架图；
具体实施方式
[0031]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0032]
本实施例提供了一种基于模拟音源采样的支持遥控器/手机控制的律动氛围灯系统，如图1所示，其包括mcu系统主控制器，无线数据传输模块，氛围灯驱动板和发光二极管与导光管。其中，所述mcu系统主控制器包括音源采集模块，音频信息处理模块，灯光信号解算模块。
[0033]
音源采集模块由扬声器处获得模拟音源信号，为适应不同输入源的具体情况，音源采集模块的整流电路中包含一个可调电阻器，音源信号经由整流电路处理并调整幅值使得信号强度满足要求，被送至mcu输入端口。mcu的10位 adc的采样时钟频率配置为38.46khz，意味着音频信号中的最高频率可以达到19.32khz，考虑到人耳能听到的最高频率声音约为20khz，因此38.46khz 的采样时钟频率是足够的。
[0034]
有限长离散信号序列x(k)的快速傅立叶变换为：
[0035][0036]
其中wn称为蝶形因子，k
·
n为指数。音频信息处理模块利用快速傅立叶变换算法，将时域上的信号转化为包括7个典型频率在内的32个频率上的幅值，这7个典型频率分别是63hz，160hz，400hz，1khz，2.5khz，6.25khz和 16khz，随后音频信息处理模块向mcu系统主控制器输出各频段的幅值大小。
[0037]
mcu系统主控制器接收到音频信息处理模块发送的各频段幅值数据后，需要对其进行处理，采用滑动平均原理，截取一定窗口时间内的强度幅值，采取加权平均的方式，窗口期内较早的数据权重小，最新的数据权重大，避免数据剧烈变化导致的若干问题，计算出该频段在某一时刻的综合幅值，采用公式：
[0038]
f(t)＝w1a
t-1
+w2a
t-2
+w3a
t-3
+
…
+w
nat-n
[0039]
其中n为滑动窗口大小，a
t-1
为第t-1时刻的观测值，w1为第t-1时刻观测值的权重；a
t-2
为第t-2时刻的观测值，w2为第t-2时刻观测值的权重。
[0040]
无线数据传输模块可以接收红外遥控和蓝牙遥控信号，其中红外遥控信号是由与系统配套的红外遥控器发出的，蓝牙遥控信号则是由与蓝牙模块配对的手机发出的，无线数据传输模块将接收到的遥控信号发送至系统主控制器。
[0041]
mcu系统主控制器接收到无线数据传输模块发送的遥控信号后，切换氛围灯模式，并结合全部频段在某一时刻的综合幅值处理计算亮度与颜色信号，当综合幅值达到高点时，颜色信号产生变化。
[0042]
因为人眼对亮度具有本能的非线性感受，眼睛对低亮度的光强变化更敏感，具体表现在一个灯具，当输出光强随时间线性变化时，人眼的感受是非线性的，在灯光微亮区，
灯具很小的光强改变也让人眼感到亮度变化很大，而在光强比较大的区域，很大的光强变化，人眼感到的亮度变化也不大；因此针对人眼的这种特性，需要对输出光强控制信号执行带偏移量的非线性γ校正，采用公式如下：
[0043]
l＝(l
÷
lmax)
×
(l
÷
lmax)
×
(lmax-λ)+λ
[0044]
其中l为亮度，lmax为亮度上限，λ为亮度偏移量；mcu主控制器向氛围灯驱动板输出校正过的控制信号。
[0045]
氛围灯驱动板为三原色灯珠控制模块，接收到系统主控制器发送的信号后直接控制灯珠的颜色与亮度。
[0046]
发光二极管与导光管将光源均匀散布，使预设的灯条形成优美效果。
[0047]
工作原理：
[0048]
通电后，氛围灯系统启动，此时若无音源信号输入，则mcu系统主控制器依据遥控信号向氛围灯驱动板发送颜色和亮度信号，控制氛围灯进入单色常亮或呼吸灯模式；当开始播放音乐时，音源采集模块接收到模拟信号，mcu系统主控制器接收到音频信息处理模块发送的幅值信号并进行计算，发送灯光控制信息至氛围灯驱动板，控制氛围灯颜色变化。
[0049]
无线数据传输模块接收红外遥控和蓝牙遥控信号并送至系统主控制器进行模式切换。
[0050]
在红外遥控器和手机app/小程序上可以对音乐氛围灯进行设置、控制。控制内容包括：可打开或关闭灯光，切换灯光明暗、颜色、律动模式等。