一种音频控制灯效方法、装置、系统及存储介质与流程

1.本发明属于灯光控制技术领域，尤其涉及一种音频控制灯效方法、装置、系统及存储介质。


背景技术：

2.led灯串通常使用在家庭装饰、排队节日装扮等场合，智能led 灯串内置控制器以及与手机通信的蓝牙或者wifi模块，不仅能够根据用户在手机app上的选择调整颜色，而且可以根据周围音乐信号的节奏变换灯效，led灯本体亮度和闪烁方式便可根据音乐的节奏变化来变化闪烁，增加用户体验感和节日氛围。
3.目前，市面上的智能灯光元件在获取音频信号时，噪音过滤处理效果较差，且由于受到音源距离远近的影响，使其音频信号节奏点的特征点不易提取，不能获取最佳的音频信号质量，导致音频节奏点与灯效的关联性不强。因而，实有必要设计一种音频控制灯效方法、装置及系统，以提高节奏点与灯效的关联性。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种音频控制灯效方法、装置、系统及存储介质，旨在解决现有技术中处理速度过慢、节奏点与灯效关联性不强的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明实施例提供一种音频控制灯效方法，包括：采集音频信号，对所述音频信号进行分帧设置，并对每帧的音频信号进行平均处理，以动态确定零点值坐标；根据所述零点值坐标对所述音频信号进行计算处理，获取音频采样数据，作为每帧音频节奏点的数据量；获取连续的音频节奏点的数据量，动态更新灯效变化阈值；通过实时比较当前音频节奏点与所述灯效变化阈值，控制灯光元件作出与音乐节奏对应的灯效变化。
6.可选地，所述获取连续的音频节奏点的数据量，动态更新灯效变化阈值步骤之后还包括：实时比较连续一段时间内的音频节奏点的数据量是否跑满采样量程的标准范围，如果是，则动态增加所述采样量程，以降低音量灵敏度。
7.可选地，所述获取连续的音频节奏点的数据量，动态更新灯效变化阈值步骤之后还包括：实时比较连续一段时间内的音频节奏点的数据量是否小于预设值，如果是，则动态减小所述采样量程，以提高音量灵敏度。
8.可选地，所述获取连续的音频节奏点的数据量，动态更新灯效变化阈值步骤之后还包括：实时比较连续一段时间内的音频节奏点的数据量，如果位于灵敏度检测的标准值
范围内，则复位所述采样量程，以恢复初始音量灵敏度。
9.可选地，所述获取连续的音频节奏点的数据量，动态更新灯效变化阈值的步骤，具体包括：通过滑动平均法计算所述音频采样数据的均值，结合经验值常数，动态调整所述灯效变化阈值。
10.可选地，所述根据所述零点值坐标对所述音频信号进行计算处理，获取音频采样数据的步骤，具体包括：将所述音频信号与所述零点值坐标作差且仅保留正值，将所有正值求和并计算所述音频信号的数据均值，获取音频采样数据。
11.可选地，所述获取音频采样数据的步骤之后，还包括：将持续时间短于脉冲时间阈值的脉冲信号进行过滤。
12.可选地，所述通过实时比较当前音频节奏点与所述灯效变化阈值，控制灯光元件作出与音乐节奏对应的灯效变化的步骤，具体包括：当前音频节奏点的数据大于等于灯效变化阈值时，则控制灯光元件的亮度变化至最大，直到音频节奏点的数据小于动态变化的灯效变化阈值时，则控制所述灯光元件的亮度呈曲线下降至预设灯效，其中，曲线斜率变化的方式通过分段线性实现。
13.本发明还提供一种音频控制灯效装置，包括：采样模块，所述采样模块用于采集音频信号，对音频信号进行分帧设置，并对每帧的音频信号进行平均处理，以动态确定零点值坐标；音频采样数据获取模块，所述音频采样数据获取模块用于根据所述零点值坐标对所述音频信号进行计算处理，获取音频采样数据，作为每帧音频节奏点的数据量；动态调节模块，所述动态调节模块用于获取连续的音频节奏点的数据量，动态更新灯效变化阈值；灯效调节模块，所述灯效调节模块用于通过实时比较当前音频节奏点与所述灯效变化阈值，控制灯光元件作出与音乐节奏对应的灯效变化。
14.本发明还提供一种音频控制灯效系统，包括灯光元件与上述的音频控制灯效装置。
15.一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，所述程序执行如上述的音频控制灯效方法。
16.本发明实施例提供的一种音频控制灯效方法中的上述一个或多个技术方案至少具有如下技术效果之一：本发明通过采集音频信号、分帧设置，对初始音频信号进行计算处理后得到零点值坐标，根据所述零点值坐标对所述音频信号进行计算处理，获取音频采样数据，作为每帧音频节奏点的数据量，减少一部分信号处理量并提高处理速度；获取连续的音频节奏点的数据量，动态更新灯效变化阈值；通过实时比较当前音频节奏点与所述灯效变化阈值，控制灯光元件作出与音乐节奏对应的灯效变化，从而提高音频节奏点与灯效之间的关联性，实现了音频控制灯效的功能，提高了用户的使用体验与环境的氛围感。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例提供的音频控制灯效方法的流程图；图2为本发明实施例提供的音频控制灯效的应用场景图；图3为本发明实施例提供的光通量和人眼感觉亮度与占空比的曲线示意图；图4为本发明实施例提供的音频控制灯效装置的结构框图；图5为本发明实施例提供的音频控制灯效系统的结构框图；图6为本发明实施例提供的计算机设备的结构框图。
具体实施方式
19.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本技术的描述。
20.应当理解，当在本技术说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
21.还应当理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
22.如在本技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0023]
另外，在本技术说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0024]
在本技术说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本技术的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
[0025]
在本发明的一个实施例中，如图2所示，提供本发明所述的音频控制灯效方法的应用场景图，包括音频采集设备600、音频数据处理设备700和灯光元件800，所述音频采集设备600与所述音频数据处理设备700连接，所述音频数据处理设备700与所述灯光元件800连接，所述音频采集设备600用于采集音频信号，所述音频数据处理设备700用于对音频数据进行处理，并通过处理后音频数据对所述灯光元件800进行发光控制。在本实施例中，所述
音频设备为麦克风，用于接收外部音频信号，所述灯光元件800为led灯串。其中，外部音频信号的音源可以是来自麦克风周围的喇叭、音箱等外部设备的音频信号，对当前环境下正在播放的音乐的音频信号进行采集，从而动态获取音频信号。
[0026]
在本发明的一个实施例中，如图1所示，提供一种音频控制灯效方法，包括：步骤s100：采集音频信号，对音频信号进行分帧设置，并对每帧的音频信号进行平均处理，以动态确定零点值坐标。
[0027]
具体地，在本步骤中，通过所述音频采集设备600对音频信号进行采集，且采集的音频信号为音频模拟信号，该音频模拟信号滤波放大后经adc进行模/数转换，并经滤波放大后输出音频数字信号。通过对音频数字信号进行分帧处理，对音频数字信号设置合适的帧长。在本实施例中，预设的帧时长为8ms，即为选取每8ms的时长为一帧，在一个示例中，假设目标音频数字信号的时长为8s，按照每帧8ms对其进行分帧处理，可以得到1000个音频帧。在其它实施例中，每帧也可为其它的时长。对分帧处理后的音频信号进行平均处理，根据预设的固定时间求取音频信号的期望，从而得到零点值坐标，由此动态确定零点值。
[0028]
步骤s200：根据所述零点值坐标对所述音频信号进行计算处理，获取音频采样数据，作为每帧音频节奏点的数据量。
[0029]
具体地，在本步骤中，通过将计算求得的零点值坐标与音频信号作差处理，舍弃负值，保留正值，将所有正值求和并计算音频信号的数据均值，得到音频采样数据，所述音频采样数据作为每帧音频节奏点的数据量。
[0030]
步骤s300：获取连续的音频节奏点的数据量，动态更新灯效变化阈值；具体地，在本步骤中，获取当前音频节奏点的数据量，通过滑动窗口法，实时动态更新灯效变化阈值，增强音频节奏点与灯效之间的关联性。
[0031]
步骤s400：通过实时比较当前音频节奏点与所述灯效变化阈值，控制灯光元件800作出与音乐节奏对应的灯效变化。
[0032]
具体地，在本步骤中，实时比较音频节奏点与所述灯效变化阈值，由此发出灯效控制指令，所述灯效控制指令可以用于控制灯光元件800的灯光展示效果，其中，灯光展示效果可以包括亮度、强度、颜色、色温等，在本发明实施例中，所述灯效控制指令用于控制灯光元件800的亮度。
[0033]
本发明通过采集音频信号、分帧设置，对初始音频信号进行计算处理后得到零点值坐标，根据所述零点值坐标对所述音频信号进行计算处理，获取音频采样数据，作为每帧音频节奏点的数据量，减少一部分信号处理量并提高处理速度；获取连续的音频节奏点的数据量，动态更新灯效变化阈值；通过实时比较当前音频节奏点与所述灯效变化阈值，控制灯光元件800作出与音乐节奏对应的灯效变化，从而提高音频节奏点与灯效之间的关联性，实现了音频控制灯效的功能，提高了用户的使用体验与环境的氛围感。
[0034]
在本发明的另一个实施例中，所述获取连续的音频节奏点的数据量，动态更新灯效变化阈值步骤之后还包括：实时比较连续一段时间内的音频节奏点的数据量是否跑满采样量程的标准范围，如果是，则动态增加所述采样量程，以降低音量灵敏度。
[0035]
具体地，在本步骤中，获取一段时间内的音频节奏点的数据量，若在该段时间内的音频节奏点的数据量均超出adc的采样量程，则判断为音频信号的响度过大，模数转换器
（adc）的采样量程已无法满足采样需求，通过调节adc的电压衰减配置，从而改变采样量程，灵活调整音频模拟信号采集的灵敏度故增加adc的采样量程，由此降低音量灵敏度。在一个实施例中，连续一段时间为3秒，即获取连续3秒内的音频节奏点的数据量，若音频节奏点的数据量在连续的3秒内均超出adc的采样量程，则增加adc的采样量程，降低音量灵敏度。由此，避免因音频信号的音源离adc的距离过近，导致误将响度较大的音频信号判断为音频节奏点，容易对音频节奏点的判断造成影响、产生误差。通过增加adc的采样量程，以降低音量灵敏度，防止音频信号连续时间内跑满量程，从而在音频信号的响度过大、音源过近的情况下，分辨出音频节奏点。
[0036]
在本发明的另一个实施例中，所述获取连续的音频节奏点的数据量，动态更新灯效变化阈值步骤之后还包括：实时比较连续一段时间内的音频节奏点的数据量是否小于预设值，如果是，则动态减小所述采样量程，以提高音量灵敏度。
[0037]
具体地，本步骤中，获取一段时间内的音频节奏点的数据量，若在该段时间内的音频节奏点的数据量均小于预设音量灵敏度检测的标准值范围，甚至趋近于零，则判断为该音频信号的响度过小，使响度低的音频节奏点缺失，对音频节奏点的判断造成影响、产生误差，此时adc的采样量程过大导致无法满足采样需求，故需要减小adc的采样量程，以此提高音量灵敏度。在一个实施例中，连续一段时间为3秒，即获取连续3秒内的音频节奏点的数据量，若音频节奏点的数据量在连续的3秒内均低于预设音量灵敏度检测的标准值范围，则减小adc的采样量程，由此增大音量灵敏度。在其它实施例中，连续一段时间也可为其它的时长。由此，在音频信号的音源离adc的距离较远的情况下，更容易触发信号的变化，从而分辨出音频节奏点。
[0038]
由此，通过调整adc的采样量程，实时调节音量灵敏度，有效防止当音源过远或过近时音频节奏点的识别误差，获取最佳的音频信号质量。
[0039]
在本发明的另一个实施例中，所述获取连续的音频节奏点的数据量，动态更新灯效变化阈值步骤之后还包括：实时比较连续一段时间内的音频节奏点的数据量，如果位于灵敏度检测的标准值范围内，则复位所述采样量程，以恢复初始音量灵敏度。
[0040]
具体地，本步骤中，获取一段时间内的音频节奏点的数据量，若在该段时间内的音频节奏点的数据量处于预设音量灵敏度检测的标准值范围内，则判断为此时的音频信号的响度适中，将adc的采样量程复位为初始设定，调节音量灵敏度至初始值。
[0041]
由此，通过灵活调节音量灵敏度，有效防止当音源过远或过近时音频节奏点的识别误差，获取最佳的音频信号质量。
[0042]
在本发明的另一个实施例中，所述获取连续的音频节奏点的数据量，动态更新灯效变化阈值的步骤，具体包括：通过滑动平均法计算音频采样数据的均值，结合经验值常数，动态调整所述灯效变化阈值。
[0043]
在本步骤中，通过获取当前连续的音频采样数据，由滑动平均法确定当前音频采样数据的灯效变化阈值。具体地，通过预先设置一个滑动窗口，根据滑动平均法计算当前滑动窗口下的均值，并将滑动窗口内的均值设定为灯效变化阈值。
[0044]
其中，滑动平均法又称为移动平均法，是指在简单平均数法基础上，通过一预设的滑动窗口，对滑动窗口内的数据求取平均值，按照滑动窗口移动的顺序对应增减新旧数据，动态调整滑动窗口内的平均值，该动态变化的平均值即为灯效变化阈值。在本实施例中，所述滑动窗口时间预设为1秒，此时灯效变化阈值则指在该滑动窗口时间1秒的时间段内所有音频采样数据的均值。在其它实施例中，滑动窗口时间也可为其它的时长。因而，随着滑动窗口的移动，该灯效变化阈值的取值是动态变化的。
[0045]
在本发明的另一个实施例中，所述根据所述零点值坐标对所述音频信号进行计算处理，获取音频采样数据的步骤，具体包括：将所述音频信号与零点值坐标作差且仅保留正值，将所有正值求和并计算所述音频信号的数据均值，获取音频采样数据。
[0046]
具体地，在本步骤中，通过将音频信号与动态零点值坐标作差处理，舍弃负值，保留正值，得到音频采样数据，将剩余所有正值求和并计算本段音频采样数据的总长度的均值，得到音频节奏点的数据量。本步骤相当于将音频信号波形的横坐标上移至其平均值位置，由于波形上下部分基本对称，该处理能够有效合并噪声，减少一部分信号处理量并提高处理速度。
[0047]
在本发明的另一个实施例中，所述获取音频采样数据的步骤之后，还包括：将持续时间短于脉冲时间阈值的脉冲信号进行过滤。
[0048]
具体地，本步骤中，获取音频采样数据，对音频采样数据进行均值滤波处理，具体将持续时间低于2ms（脉冲时间阈值）的脉冲造成的错点进行滤除，将音频信号保持时间过短的脉冲滤除，过滤噪声对音频采样数据的影响。
[0049]
在本发明的另一个实施例中，所述通过实时比较当前音频节奏点与所述灯效变化阈值，控制灯光元件800作出与音乐节奏对应的灯效变化的步骤，具体包括：当前音频节奏点的数据大于等于灯效变化阈值时，则控制灯光元件800的亮度变化至最大，直到音频节奏点的数据小于动态变化的灯效变化阈值时，则控制所述灯光元件800的亮度呈曲线下降至预设灯效，其中，曲线斜率变化的方式通过分段线性实现。在整个过程中，随着音乐节奏的不断变化，当音乐节奏点的数据再次大于等于灯效变化阈值时，触发灯效控制指令，控制灯光元件800的亮度变化至最大，当音乐节奏点的数据再次小于等效变化阈值，触发灯效控制指令，控制灯光元件800的亮度呈曲线下降至预设灯效，如此反复持续。应理解，所述预设灯效的亮度可根据用户需求自定义修改。
[0050]
具体地，在本步骤中，当音频节奏点的数据低于动态变化的阈值时，将灯光元件800的亮度从最大亮度降低至预设灯效，即以灯光元件800在最大亮度后以极快的速度做灯光亮度淡出，由于人眼真的不同亮度下的视觉效果有差别，灯光亮度淡出的过程为曲线淡出而非线性淡出。
[0051]
其中，如图3所示，由于led驱动是恒流的，故pwm改变的仅为恒流电流与断流的时间比，占空比与光通量的输出呈线性关系。而灯具元件的输出光通量随时间线性变化，但是人眼感受的却不是线性的，表现为在灯光微亮区很小的光通量改变也让人眼感到光通量变化很大。而在光通量比较大的区域时，很大的光通量跳跃，人眼感觉到的光通量变化不大。
[0052]
由此可得，若人眼感受亮度呈均匀下降，则需要让灯效以一定曲线变化。而改曲线的斜率是不断的变化，则只需分段改变斜率即可模拟曲线的下降趋势，故通过采样分段线
性的方法改变曲线的斜率，在音频节奏点的数据低于动态变化阈值时，自动降低灯光元件800亮度至预设灯效；以使灯效的变化更为柔和。
[0053]
一种音频控制灯效装置500，如图4所示，包括：采样模块510，所述采样模块510用于采集音频信号，对音频信号进行分帧设置，并对每帧的音频信号进行平均处理，以动态确定零点值坐标；音频采样数据获取模块520，所述音频采样数据获取模块520用于根据所述零点值坐标对所述音频信号进行计算处理，获取音频采样数据，作为每帧音频节奏点的数据量；动态调节模块530，所述动态调节模块530用于获取连续的音频节奏点的数据量，动态更新灯效变化阈值；灯效调节模块540，所述灯效调节模块540用于通过实时比较当前音频节奏点与所述灯效变化阈值，控制灯光元件800作出与音乐节奏对应的灯效变化。
[0054]
在本发明的另一个实施例中，所述动态调节模块530还用于：实时比较连续一段时间内的音频节奏点的数据量是否跑满采样量程的标准范围，如果是，则动态增加所述采样量程，以降低音量灵敏度。
[0055]
在本发明的另一个实施例中，所述动态调节模块530还用于：实时比较连续一段时间内的音频节奏点的数据量是否小于预设值，如果是，则动态减小所述采样量程，以提高音量灵敏度。
[0056]
在本发明的另一个实施例中，所述动态调节模块530，还用于：实时比较连续一段时间内的音频节奏点的数据量，如果位于灵敏度检测的标准值范围内，则复位所述采样量程，以恢复初始音量灵敏度。
[0057]
在本发明的另一个实施例中，所述动态调节模块530，还用于：通过滑动平均法计算音频采样数据的均值，结合经验值常数，动态调整所述灯效变化阈值。
[0058]
在本发明的另一个实施例中，所述采样模块510还用于：将所述音频信号与零点值坐标作差且仅保留正值，将所有正值求和并计算所述音频信号的数据均值，获取音频采样数据。
[0059]
在本发明的另一个实施例中，所述采样模块510还用于：将持续时间短于脉冲时间阈值的脉冲信号进行过滤。
[0060]
在本发明的另一个实施例中，所述灯效调节模块540还用于：当前音频节奏点的数据大于等于灯效变化阈值时，则控制灯光元件800的亮度变化至最大，直到音频节奏点的数据低于动态变化的灯效变化阈值时，则控制所述灯光元件800的亮度呈曲线下降至预设灯效，其中，曲线斜率变化的方式通过分段线性实现。
[0061]
一种音频控制灯效系统900，如图5所示，包括灯光元件800与所述的音频控制灯效装置500。
[0062]
一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序执行所述的音频控制灯效方法。
[0063]
在本发明的另一个实施例中，还提供一种计算机设备，包括一个或多个处理器、存储器；以及一个或多个程序，其中一个或多个程序被存储到存储器中，并且被配置成由一个或多个处理器执行，所述程序包括用于音频控制灯效方法的控制指令。
[0064]
所述计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图6所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现音频控制灯效方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
[0065]
在本发明的另一个实施例中，本发明还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述音频控制灯效方法的步骤。
[0066]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（rom）、可编程rom（prom）、电可编程rom（eprom）、电可擦除可编程rom（eeprom）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（ram）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram（sram）、动态ram（dram）、同步dram（sdram）、双数据率sdram（ddrsdram）、增强型sdram（esdram）、同步链路（synchlink） dram（sldram）、存储器总线（rambus）直接ram（rdram）、直接存储器总线动态ram（drdram）、以及存储器总线动态ram（rdram）等。
[0067]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。