一种LED灯阵音频显示装置及其傅里叶模糊控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107306462A(43)申请公布日2017.10.31(21)申请号201610241189.2(22)申请日2016.04.19(71)申请人齐鲁工业大学地址250353山东省济南市长清区大学路3501(72)发明人王佐勋曾凡顺张贺龙(51)Int.Cl.H05B33/08(2006.01)G09F9/33(2006.01)权利要求书1页说明书2页附图4页(54)发明名称一种LED灯阵音频显示装置及其傅里叶模糊控制方法(57)摘要本发明设计了一种采用LED灯阵显示声音信号的频谱的显示装置，利用自适应模糊控制算法实现对LED音乐频谱中灯光变化亮度的控制。实时的采集声音播放过程中音频信号，经过傅里叶变换，提取出各种频段的频率，跟反馈的频率比较，把比较的差值和差值变化率送入自适应模块控制器，通过自适应模糊控制器，调节各LED灯的亮灭以实现亮度变化，使LED频谱能够快速随声音信号改变亮度，能够准确反映音律变化，满足准确显示各频段幅值的要求。CN107306462ACN107306462A权利要求书1/1页1.本发明的关键点设计一种采用LED灯阵显示声音信号的频谱的显示装置，利用自适应模糊控制算法实现对LED音乐频谱中灯光变化亮度的控制;实时的采集音乐播放过程中音频信号，经过傅里叶变换，提取出各种频段的频率，跟反馈的频率比较，把比较的差值和差值变化率送入自适应模块控制器，通过自适应模糊控制器，调节各LED灯的亮灭以实现亮度变化，使LED频谱能够快速随声音信号改变亮度，能够准确反映音律变化，满足准确显示各频段幅值的要求。2.根据权利要求1所述的LED灯阵显示声音信号的频谱的显示装置和控制方法，其特征在于将声音信号进行傅里叶变换，提取幅值最大的50个谐波幅值，送入自适应模糊控制器，然后在LED灯阵的50列中显示，每列有100个LED灯。3.根据权利要求1所述的快速跟踪声音信号变化显示的控制方法，其特征在于利用傅里叶变换后的自适应模糊控制方法对LED频谱中音频信号快速跟踪，保证LED变化速率紧跟音频信号的变化速率。4.根据权利要求1所述的显示声音信号频谱的显示装置，其特征在于自适应模糊控制方法对LED灯阵的显示实时的调整，实时显示的是同一时刻声音信号各频段的幅值占最大幅值的比例，所以不会出现饱和的现象。2CN107306462A说明书1/2页一种LED灯阵音频显示装置及其傅里叶模糊控制方法技术领域[0001]本发明涉及一种LED灯阵音频显示装置和显示控制方法，具体的讲是采用傅里叶模糊控制方法，控制LED灯阵的显示快速跟随声音能量的变化而变化，属于智能家居领域。背景技术[0002]LED灯阵频谱显示随音频信号变化的过程一般具有非线性、高频性、变化幅度大等特点，是一个十分复杂的实时显示各频段幅值的过程。因为量化显示各频段幅值是这个过程中的一个非线性对象，其受干扰的因素有很多，所以，要想建立一个能精确显示各频段幅值的固定数学模型是比较难以实现的。目前存在的频谱显示各式各样，但是以电脑显示和液晶显示的居多，显示颜色单一。在传统的频谱显示设备中存在的问题是：当声音信号振幅较小时，并且声音信号变化不是很快时，此时误差变化率较小频率响应的失真较小；相反，当声音信号振幅较大并且信号变化很快的时候，此时就会发生LED灯的变化速率跟不上音乐节奏的现象。这是因为普通处理方法不能很快的对快速变化的信号进行跟踪处理，造成了频谱失真现象。发明内容[0003]针对于以上音频显示装置的问题，设计了专用于音频变化的傅里叶模糊自适应控制方法，本发明采用50*100的LED灯阵显示频谱。[0004]本发明借助傅里叶变换和制定的模糊关系来解决LED频谱亮灭精确度和高频变换控制的难题，本发明是通过以下技术方案实现的：根据输入的音频信号进行傅里叶变换提取各波段频率1，频谱显示后傅里叶变换提取的各波段频率2，频率1和频率2实时的比较，把经过放大的偏差和偏差变化率输入模糊控制器，经过模糊控制器调节输出Pi调节系数Kp和Ki，快速调节LED灯阵的高频亮灭，使LED灯阵的LED灯能够实现快速跟随声音信号亮灭，各LED灯都能准确快速点亮和消亮，满足音乐频谱中对于频谱显示各频段幅值的要求。[0005]该发明的有益之处是，当LED频谱所显示的幅值高于纵向LED数量的时候，即某些频段“鼓了包”就是说这些频段过强，采用模糊控制的方法可以自动调节这些过强频段和频谱整体使之按正常比例显示。通过实施本控制方法，可以更加精确的处理LED亮灭跟随音频变化失真的问题，提高频谱显示的精确性和稳定性。附图说明[0006]图1为LED频谱亮度变化的模糊控制结构示意图:图中：1--音乐信号；2--模糊控制规则；3--频谱控制电路；4--频谱