[發明專利]一種麥克風陣列識別音樂節奏控制燈帶的裝置和方法

在審

• 申請號: 201710696123.7
• 申請日: 2017-08-03
• 公開（公告）號: CN107660034A
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 姜華;徐佳;袁亭;林若瑜;劉超
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學鹽城大數據研究院有限公司
• 主分類號: H05B37/02
• 分類號: H05B37/02;G10L15/06;G10L21/0208;G10L25/48;G10L21/0216
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技術領域

本發明涉及語音識別控制、燈具控制技術領域，提供一種麥克風陣列識別音樂節奏控制燈帶的裝置和方法。

背景技術

音樂噴泉：這個只能通過PC機控制預先設置好的控制方式，音樂噴泉不能隨廣場舞的大媽播放的音樂隨動。

KTV燈光隨動：要么是固定的幾種燈光控制，要么DJ手動控制，不能每個燈都自己聽懂音樂節奏，自己隨動。

音樂識別，目前只有極少部分的藍牙燈有燈光隨動功能，但是必須手機算好了PWM信號，然后傳給燈光，而燈自己不能聽懂音樂節奏，在裝潢燈帶，圣誕樹上無法應用(不可能手機一直開著，只是為了算節奏)，市場上急需不聯網、低成本、遠距離、不需要定制的燈光隨動模塊，特別是在智能照明，室內外裝潢燈帶(室內是背景墻燈帶；室外是無法布線的橋上燈帶、大排檔燈帶、樹及門面裝潢燈帶)、圣誕樹(需要燈光隨動迎照氛圍)等產品。

麥克風陣列，就是按一定距離排列放置的一組麥克風，通過聲波抵達陣列中每個麥克風之間的微小時差的相互作用，麥克風陣列可以獲得比單個的麥克風更好地指向性。通過對所有麥克風信號的綜合處理，麥克風陣列可以組合成為所要求的強指向性麥克風，形成被稱為“波束”的指向特性。麥克風陣列的波束可以經由特殊電路或程序算法軟件控制，使其指向聲源方向而加強音頻采集效果。陣列算法處理后的指向性波束形成技術能精確的形成一個錐狀窄波束，只接受說話人的聲音同時抑制環境中的噪音與干擾。

本發明可以在普通燈帶的基礎上，提供一種麥克風陣列識別音樂節奏控制燈帶的裝置和方法，系統硬件由通用MCU，兩個獨立16位的ADC芯片，四個高靈敏、高信噪比麥克風，及外圍電路組成，軟件為識別音樂節奏控制燈帶引擎。本發明主要通過6個步驟實現燈帶隨外部播放的音樂節奏閃動的功能(音樂隨動)，從而提高產品的品味，解決目前燈帶只能固定節奏閃動的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種麥克風陣列識別音樂節奏控制燈帶的裝置和方法的方法，成本低、使用簡單、識別距離遠、使用場景覆蓋廣，方便用戶在聽語音時，燈光能音樂隨動。實現燈帶隨外部播放的音樂節奏閃動的功能(音樂隨動)，從而提高產品的品味，解決目前燈帶只能固定節奏閃動的問題。

本發明的目的是這樣實現的：系統硬件由通用MCU，兩個獨立16位的ADC芯片，四個高靈敏、高信噪比麥克風，及外圍電路組成，軟件為識別音樂節奏控制燈帶引擎。

系統分如下兩個方面：

(1)硬件部分：

將四個高靈敏、高信噪比麥克風通過一定距離進行組合，形成環形的陣列；其中的距離是通過對麥克風采集到的信號進行互相關，尋找到相關信號的最大值，得到兩信號之間的延時τ，再乘以聲波傳播速度C₀，得到距離d＝C₀τ；如圖3所示，AINLP-AINLN和AINRP-AINRN表示的是ADC芯片的兩個差分輸入，其用來作為麥克風的接口，并且一個ADC芯片只能接兩路ADC；而實現四個麥克風的陣列則需要兩個ADC芯片，該ADC支持TDM模式可以用來級聯多個ADC；在TDM模式中，至多可以級聯4個，并且這些ADC數據之間沒有相位差；麥克風陣列實時采集聲音，數據從AINLP-AINLN和AINRP-AINRN進入，經過I2S總線輸入進MCU中，經過外圍電路，最后由識別音樂節奏引擎控制燈帶；其中I2S由MCLK，SCLK，LRCK，SDOUT組成，該芯片不僅支持I2S，還支持左對齊和DSP-A/B的數字格式，主從模式；另外該芯片選擇AD0(Pin17)、AD1(Pin8)、CCLK和CDATA作I2C的總線；該芯片利用I2C的端口來控制內部寄存器的讀寫，使其工作在合適的模式下，簡單可靠，其發送、接收數據的速率可高達400kbps；

(2)軟件部分：

步驟1：預先訓練、存儲音樂節奏的特征值模型到系統中硬件部分的通用MCU中；

步驟2：系統中高靈敏、高信噪比麥克風實時采集語音并輸入進獨立16位的ADC芯片；

步驟3：兩個獨立16位的ADC芯片通過I2S或SPI接口把語音實時送入通用MCU；

步驟4：通用MCU實時運行預處理算法，進行回聲消除、降噪；

步驟5：通用MCU實時計算預處理后的音樂聲學特征參數；

步驟6：通用MCU根據計算值，實時轉換為pwm信號，實時控制燈帶閃爍。

預先訓練、存儲音樂節奏的特征值模型，為通過深度神經網絡基于多首歌曲提取出的音樂節奏特征參數。

當用戶在播放音樂時，燈帶的燈光能隨著音樂節奏跳動的功能。