CN105202707B - 基于音频信号特征识别的空调送风控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于音频信号特征识别的空调送风控制系统，其通过对音频信号中携带的音频信号特征信息加以提取和识别处理，在音频信号播放过程中就能够同步地依据音频信号中携带的音频信号特征信息对空调的送风状态进行控制，只要在音频信号中存在与预设定的音频控制特征信息相匹配的音频信号特征信息，就能够触发相应的送风动作控制，使得该空调送风控制系统能够应用于任意情况的音源输出场合，确保了出风控制的自适应性，还在音频信号的播放处理中考虑了对音频信号特征信息加以提取和识别处理所造成的延迟，很好地解决了送风控制与音频信号协同控制的同步性问题，针对同步性、自适应性有较高要求的协同控制应用场合提供了有效的系统解决方案。

Description

基于音频信号特征识别的空调送风控制系统

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域和空调控制技术领域，具体涉及一种基于音频信号特征识别的空调送风控制系统。

背景技术

随着科学技术的进步以及人们生活质量的提高，空调系统已成为公共室内场所以及居家室内环境中几乎必备的室内环境调节系统，而且在一些特殊的应用环境中，还对于空调系统有着较为特殊的技术要求，从而逐渐催生了的新的空调技术产业和技术研发方向。

例如，在4D（四维）影院、5D（五维）影院等多维影像感知系统中，往往需要随着影像和音效的播放而同步调整空调系统的送风速度和送风方向，让观众能够结合对风力、风向等感知而更加真实地感受到影像情节中刮风、高速行进、坠落等过程的互动体验，这便对空调系统提出了新的技术要求。

又例如，有研究表明，室内环境的综合质量对人员的工作效率有着重要的影响，因此通过改善室内环境综合质量是帮助提高人员工作效率的重要途径之一；而现有的室内空调系统通常只能够提供定向送风气流或往返摆动的规律动态送风气流，送风形式较为单调，容易使人产生疲乏、无趣的心理疲态，或让人产生嗜睡感，影响工作效率。同时，又有相关研究表明，在室内环境中播放恰当的音乐，不仅有助于对环境噪声形成遮盖屏蔽的作用，还能够帮助人员放松心情、舒缓心里压力，从而排除因环境噪声引起的烦闷情绪，并引导人员心情平缓，帮助提高工作效率。基于上述的研究理论，如果在室内环境播放恰当音乐的同时，还控制室内环境空调系统的送风状态随着音乐旋律而相应调整，则能够在借助音乐调整人员心情的同时，还使得空调系统的送风气流状态变化多样，避免了因空调系统送风气流形式单调而引起人员疲乏、嗜睡的情况，进一步的帮助提升室内工作人员的工作效率。

在上述举例的应用环境中，都涉及到空调系统的送风状态与音效协同控制的技术，在该技术研发方向上，研发人员在目前也做出了一些研究和探索。

申请号CN201310226628.9的我国专利申请公开了一种空调器音频控制方法及装置和空调器，其通过获取空调器的工作状态，所获取的空调器的工作状态包括送风状态，然后控制空调器播放与工作状态对应的音频，来实现空调系统的送风状态与音效协同控制，以提升了用户体验。但该方案所存在的不足在于，其只能够根据送风状态来播放预设定的相应音频，若要应用到上述的应用环境中，若然可以通过在空调系统中预先设计动态的送风状态并播放与送风动作状态向契合的音乐来实现，但由于空调系统的送风状态动作始终是预先设定的，如果用户自定义的更换了与送风状态动作不相契合音乐音频文件进行播放，空调系统的送风状态动作并不会随着更换的新的音乐而自适应改变。这样以来，该技术方案就不能满足用户自定义音乐音频且确保空调系统送风状态动作与自定义音乐音频同步的要求，同时也无法满足4D（四维）影院、5D（五维）影院等多维影像感知系统中空调系统的送风状态随音效同步的要求。

又例如，我国专利申请CN201410367595.4公开了一种空调器风向切换方法和系统，其在侦测到音频信号时，空调器确定预设的音频信号与出风方向之间的映射关系中，是否有音频信号与侦测到的音频信号匹配；在预设的音频信号与出风方向之间的映射关系中，有音频信号与侦测到的音频信号匹配时，空调器确定匹配的音频信号所对应的出风方向，由空调器控制其导风板指向所述出风方向或者避开所述出风方向，由此便可以基于发送的音频信号调节空调器的出风方向。但该方案所存在的不足在于，其是基于对侦测到的音频信号自身与预设的音频信号之间进行匹配判定，也就是说，要在侦测到的音频信号播放完毕后，才能基于侦测采集到的音频信号进行判定和空调出风控制，这就决定了其空调系统的出风控制肯定是滞后于音频信号的。这样的技术方案，可以应用于通过语音声控来调节空调出风状态的应用场景中，但对于上述的多维影像感知系统中空调系统的送风状态随音效同步调整或室内空调系统的送风状态随音乐同步动态调整等应用场合中，该技术方案无法实现送风控制与音频信号相同步的技术要求。

由此可见，针对于空调系统的送风控制与音频信号同步的协同控制技术，在现有技术中还没有很好的解决方案，导致了在很多应用场景下，空调系统难以达到所需的同步性、自适应性等方面的技术要求。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种基于音频信号特征识别的空调送风控制系统，其通过对音频信号中携带的音频信号特征信息加以提取和识别处理，在音频信号播放过程中就能够同步地依据音频信号中携带的音频信号特征信息自适应地对空调的送风状态进行控制，解决了现有技术中的空调系统送风控制与音频信号协同控制技术在同步性、自适应性方面有所欠缺的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种基于音频信号特征识别的空调送风控制系统，包括音源音频输出电路、音频延迟播放电路、音频信号特征识别电路和空调送风控制电路；

所述音源音频输出电路用于分别向音频延迟播放电路和音频信号特征识别电路输出数字音频信号；

所述音频信号特征识别电路中预设存储有音频控制特征信息与送风动作控制指令之间的对应关系，用于对来自音源音频输出电路的数字音频信号进行音频数据处理，提取出所述数字音频信号中携带的音频信号特征信息并进行判断，且每当判断到与预设定的音频控制特征信息相匹配的音频信号特征信息，则向空调送风控制电路发送相对应的送风动作控制指令；所述音频信号特征信息包括音律特征信息、音阶特征信息、音色特征信息、音量特征信息、节拍特征信息中的至少一种；

所述空调送风控制电路用于根据来自音频信号特征识别电路的送风动作控制指令，对空调的送风速度和送风方向进行控制；

所述音频延迟播放电路用于根据预设定的延迟播放时间，对来自音源音频输出电路的数字音频信号进行延迟播放，且所设定的延迟播放时间与音频信号特征识别电路对来自音源音频输出电路的数字音频信号进行音频数据处理所造成的处理延迟时间相匹配。

上述基于音频信号特征识别的空调送风控制系统中，作为优选方案，所述音频延迟播放电路包括信号延时电路、数字音频解码器、功率放大器和扬声器；所述音源音频输出电路输出的数字音频信号通过信号延时电路延时传输至数字音频解码电路，由数字音频解码电路对数字音频信号解码后的解码音频再传输至功率放大器进行功率放大传送至扬声器进行音频播放。

上述基于音频信号特征识别的空调送风控制系统中，作为优选方案，所述音频信号特征识别电路包括特征指令存储模块、特征信息提取模块和特征对比处理模块；所述特征指令存储模块用于存储预设定的音频控制特征信息与送风动作控制指令之间的对应关系；所述特征信息提取模块用于对来自音源音频输出电路的数字音频信号进行音频数据处理，提取出所述数字音频信号中携带的音频信号特征信息；所述特征对比处理模块用于将提取出的音频信号特征信息与特征指令存储模块中存储的预设定的音频控制特征信息进行对比判断，且每当判断到与预设定的音频控制特征信息相匹配的音频信号特征信息，则向空调送风控制电路发送与所匹配的音频信号特征信息相对应的送风动作控制指令。

上述基于音频信号特征识别的空调送风控制系统中，作为进一步改进方案，还包括识别延迟统计处理电路，用于统计计算音频信号特征识别电路对来自音源音频输出电路的数字音频信号进行音频数据处理所造成的处理延迟时间值，并将该处理延迟时间值输出至音频延迟播放电路中，作为音频延迟播放电路所预设定的延迟播放时间。

上述基于音频信号特征识别的空调送风控制系统中，作为优选方案，所述识别延迟统计处理电路统计计算音频信号特征识别电路对来自音源音频输出电路的数字音频信号进行音频数据处理所造成的处理延迟时间值的具体方式为：统计记录来自音源音频输出电路的数字音频信号输入至音频信号特征识别电路的时间流信息，且在音频信号特征识别电路对所述数字音频信号进行音频数据处理过程中提取后判断到与预设定的音频控制特征信息相匹配的音频信号特征信息而输出相对应的送风动作控制指令时，记录所述送风动作控制指令输出的时间点作为处理延迟终点时间点，并记录所述与预设定的音频控制特征信息相匹配的音频信号特征信息在数字音频信号中的音频节点位置，查询数字音频信号输入至音频信号特征识别电路的时间流信息，确定数字音频信号中所述与预设定的音频控制特征信息相匹配的音频信号特征信息所在的音频节点位置输入至音频信号特征识别电路的时间点，将之作为处理延迟起点时间点，然后以所述处理延迟终点时间点与处理延迟起点时间点之间的时间差值，作为音频信号特征识别电路对来自音源音频输出电路的数字音频信号进行音频数据处理所造成的处理延迟时间值。

相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明基于音频信号特征识别的空调送风控制系统，其通过对音频信号中携带的音频信号特征信息加以提取和识别处理而对空调的送风状态进行控制，因此只要在音频信号中存在与预设定的音频控制特征信息相匹配的音频信号特征信息，就能够触发相应的送风动作控制，使得该空调送风控制系统能够应用于任意情况的音源输出场合，确保了出风控制的自适应性。

2、本发明基于音频信号特征识别的空调送风控制系统，在音频信号播放过程中就能够同步地依据音频信号中携带的音频信号特征信息对空调的送风状态进行控制，并且在音频信号的播放处理中考虑了对音频信号特征信息加以提取和识别处理所造成的延迟，很好地解决了送风控制与音频信号协同控制的同步性问题。

3、本发明基于音频信号特征识别的空调送风控制系统，能够有效地解决现有技术中的空调系统送风控制与音频信号协同控制技术在同步性、自适应性方面有所欠缺的问题，很好地针对于多维影像感知系统中空调系统的送风状态随音效同步调整或室内空调系统的送风状态随音乐同步动态调整等对同步性、自适应性有较高要求的应用场合提供了有效的系统解决方案。

附图说明

图1为本发明基于音频信号特征识别的空调送风控制系统的一种系统构架示意图。

图2为本发明基于音频信号特征识别的空调送风控制系统的另一种系统构架示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明提供了一种基于音频信号特征识别的空调送风控制系统，如图1所示，该空调送风控制系统包括音源音频输出电路、音频延迟播放电路、音频信号特征识别电路和空调送风控制电路。其中，音源音频输出电路用于分别向音频延迟播放电路和音频信号特征识别电路输出数字音频信号。音频信号特征识别电路中预设存储有音频控制特征信息与送风动作控制指令之间的对应关系，用于对来自音源音频输出电路的数字音频信号进行音频数据处理，提取出所述数字音频信号中携带的音频信号特征信息并进行判断，且每当判断到与预设定的音频控制特征信息相匹配的音频信号特征信息，则向空调送风控制电路发送相对应的送风动作控制指令；这里所述的音频信号特征信息，包括音律特征信息、音阶特征信息、音色特征信息、音量特征信息、节拍特征信息中的至少一种，主要是指能够对音频的数字频谱特征加以体现和识别的信息。空调送风控制电路用于根据来自音频信号特征识别电路的送风动作控制指令，对空调的送风速度和送风方向进行控制。而音频延迟播放电路用于根据预设定的延迟播放时间，对来自音源音频输出电路的数字音频信号进行延迟播放，且所设定的延迟播放时间与音频信号特征识别电路对来自音源音频输出电路的数字音频信号进行音频数据处理所造成的处理延迟时间相匹配，以使得播放出的音频与根据音频信号特征信息而控制的送风状态相同步。

在具体设计实施时，本发明基于音频信号特征识别的空调送风控制系统中，音源音频输出电路适用于输出数字音频信号，可以采用现有技术中的数字音频输出电路实现，也可以采用现有技术中的模拟音频输出电路经过功率放大、D/A转换（模/数转换）后输出而实现；其中优选采用数字音频输出电路，更有利于音源音频输出电路的小型化，更便于电路集成；同时音源音频输出电路中可以包含音频存储单元和设定单元，用于存储多个不同的音频文件，例如不同的声音音频、音乐音频等，并提供选择设定播放指定音频文件的功能，这些功能都是现有技术中常见的音频播放功能，不属于本发明技术的重点，在此就不再多加赘述了。音频延迟播放电路则可以包括信号延时电路、数字音频解码器、功率放大器和扬声器，其中，音源音频输出电路输出的数字音频信号通过信号延时电路延时传输至数字音频解码电路，由数字音频解码电路对数字音频信号解码后的解码音频再传输至功率放大器进行功率放大传送至扬声器进行音频播放，由此来达到延迟播放的目的。音频信号特征识别电路则可以包括特征指令存储模块、特征信息提取模块和特征对比处理模块；其中，特征指令存储模块用于存储预设定的音频控制特征信息与送风动作控制指令之间的对应关系；特征信息提取模块用于对来自音源音频输出电路的数字音频信号进行音频数据处理，提取出所述数字音频信号中携带的音频信号特征信息；特征对比处理模块用于将提取出的音频信号特征信息与特征指令存储模块中存储的预设定的音频控制特征信息进行对比判断，且每当判断到与预设定的音频控制特征信息相匹配的音频信号特征信息，则向空调送风控制电路发送与所匹配的音频信号特征信息相对应的送风动作控制指令。而空调送风控制电路，则可以沿用现有的空调系统中的送风控制电路，只要其能够根据不同的送风动作控制指令执行多种不同送风速度和送风方向的送风动作即可，具体的送风动作控制指令即其相应的送风动作对应关系，则可以通过空调送风控制电路中送风动作程序所指定。

本发明基于音频信号特征识别的空调送风控制系统，其工作过程如下：由音源音频输出电路分别向音频延迟播放电路和音频信号特征识别电路输出数字音频信号；音频延迟播放电路和音频信号特征识别电路同时接收到来自音源音频输出电路的数字音频信号后，音频信号特征识别电路对数字音频信号进行音频数据处理提取出所述数字音频信号中携带的音频信号特征信息并进行判断，且每当判断到与预设定的音频控制特征信息相匹配的音频信号特征信息，则向空调送风控制电路发送相对应的送风动作控制指令，由空调送风控制电路用于根据来自音频信号特征识别电路的送风动作控制指令，对空调的送风速度和送风方向进行控制；与此同时，音频延迟播放电路也根据预设定的延迟播放时间对来自音源音频输出电路的数字音频信号进行延迟播放，并且由于所设定的延迟播放时间与音频信号特征识别电路对来自音源音频输出电路的数字音频信号进行音频数据处理所造成的处理延迟时间是相匹配的，因此可以使得播放出的音频与根据音频信号特征信息而控制的送风状态相同步。例如，如果音频信号特征识别电路针对数字音频信号中的节拍特征信息加以提取识别并指令空调送风控制电路按节拍执行摆风送风的动作，那么音频信号特征识别电路只要在数字音频信号中的节拍时间点时提取到节拍特征信息，并且如果通过判断确认与音频控制特征信息中的节拍控制特征信息向匹配，便会向空调送风控制电路发送一次摆风送风动作指令，由此，每当在数字音频信号中的节拍时间点到来时，音频信号特征识别电路便会向空调送风控制电路发送一次摆风送风动作指令，从而使得空调系统按数字音频信号中的节拍时间点有节拍地执行摆风送风动作；与此同时，虽然音频信号特征识别电路每次从识别提取到数字音频信号中的节拍时间点到输出摆风送风动作指令之间存在执行数据处理的时间延迟（可能在毫秒级），但由于音频延迟播放电路也根据预设定的延迟播放时间对来自音源音频输出电路的数字音频信号进行延迟播放，因此便能够使得播放出的音频与空调系统按音频节拍执行的摆风送风动作始终保持同步。

此外，为了能够更好地保证音频信号播放与送风状态控制的同步性，在本发明基于音频信号特征识别的空调送风控制系统中，如图2所示，还可以进一步增加设置延迟统计处理电路，用于统计计算音频信号特征识别电路对来自音源音频输出电路的数字音频信号进行音频数据处理所造成的处理延迟时间值，并将该处理延迟时间值输出至音频延迟播放电路中，作为音频延迟播放电路所预设定的延迟播放时间。从具体实现而言，识别延迟统计处理电路统计计算音频信号特征识别电路对来自音源音频输出电路的数字音频信号进行音频数据处理所造成的处理延迟时间值的具体方式可以采用以下方式：统计记录来自音源音频输出电路的数字音频信号输入至音频信号特征识别电路的时间流信息，且在音频信号特征识别电路对所述数字音频信号进行音频数据处理过程中提取后判断到与预设定的音频控制特征信息相匹配的音频信号特征信息而输出相对应的送风动作控制指令时，记录所述送风动作控制指令输出的时间点作为处理延迟终点时间点，并记录所述与预设定的音频控制特征信息相匹配的音频信号特征信息在数字音频信号中的音频节点位置，查询数字音频信号输入至音频信号特征识别电路的时间流信息，确定数字音频信号中所述与预设定的音频控制特征信息相匹配的音频信号特征信息所在的音频节点位置输入至音频信号特征识别电路的时间点，将之作为处理延迟起点时间点，然后以所述处理延迟终点时间点与处理延迟起点时间点之间的时间差值，作为音频信号特征识别电路对来自音源音频输出电路的数字音频信号进行音频数据处理所造成的处理延迟时间值。这样以来，便可以借助延迟统计处理电路的处理，让音频信号特征识别电路对数字音频信号进行音频数据处理所实际造成的处理延迟时间值，实时地对音频延迟播放电路所预设定的延迟播放时间进行更新，用以指导音频延迟播放电路后续的延迟播放处理，从而使得音频的延迟播放时间始终逼近实际的音频数据处理延迟时间值，进而更好地保证音频信号播放与送风状态控制之间的同步性。

由此可见，本发明基于音频信号特征识别的空调送风控制系统，首先是通过对音频信号中携带的音频信号特征信息加以提取和识别处理而对空调的送风状态进行控制，因此不管音频信号自身是否预存的、还是随机的、还是用户自定义播放的，只要在音频信号中存在与预设定的音频控制特征信息相匹配的音频信号特征信息，就能够触发相应的送风动作控制，使得该空调送风控制系统能够应用于任意情况的音源输出场合，确保了出风控制的自适应性；不仅如此，本发明基于音频信号特征识别的空调送风控制系统，在音频信号播放过程中就能够同步地依据音频信号中携带的音频信号特征信息对空调的送风状态进行控制，并且在音频信号的播放处理中考虑了对音频信号特征信息加以提取和识别处理所造成的延迟，很好地解决了送风控制与音频信号协同控制的同步性问题。因此，本发明基于音频信号特征识别的空调送风控制系统，能够有效地解决现有技术中的空调系统送风控制与音频信号协同控制技术在同步性、自适应性方面有所欠缺的问题，能够很好地针对于多维影像感知系统中空调系统的送风状态随音效同步调整或室内空调系统的送风状态随音乐同步动态调整等对同步性、自适应性有较高要求的应用场合提供有效的系统解决方案。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种基于音频信号特征识别的空调送风控制系统，其特征在于，包括音源音频输出电路、音频延迟播放电路、音频信号特征识别电路和空调送风控制电路；

所述音源音频输出电路用于分别向音频延迟播放电路和音频信号特征识别电路输出数字音频信号；

所述音频信号特征识别电路中预设存储有音频控制特征信息与送风动作控制指令之间的对应关系，用于对来自音源音频输出电路的数字音频信号进行音频数据处理，提取出所述数字音频信号中携带的音频信号特征信息并进行判断，且每当判断到与预设定的音频控制特征信息相匹配的音频信号特征信息，则向空调送风控制电路发送相对应的送风动作控制指令；所述音频信号特征信息包括音律特征信息、音阶特征信息、音色特征信息、音量特征信息、节拍特征信息中的至少一种；

所述空调送风控制电路用于根据来自音频信号特征识别电路的送风动作控制指令，对空调的送风速度和送风方向进行控制；

所述音频延迟播放电路用于根据预设定的延迟播放时间，对来自音源音频输出电路的数字音频信号进行延迟播放，且所设定的延迟播放时间与音频信号特征识别电路对来自音源音频输出电路的数字音频信号进行音频数据处理所造成的处理延迟时间相匹配。

2.根据权利要求1所述基于音频信号特征识别的空调送风控制系统，其特征在于，所述音频延迟播放电路包括信号延时电路、数字音频解码器、功率放大器和扬声器；所述音源音频输出电路输出的数字音频信号通过信号延时电路延时传输至数字音频解码电路，由数字音频解码电路对数字音频信号解码后的解码音频再传输至功率放大器进行功率放大传送至扬声器进行音频播放。

3.根据权利要求1所述基于音频信号特征识别的空调送风控制系统，其特征在于，所述音频信号特征识别电路包括特征指令存储模块、特征信息提取模块和特征对比处理模块；

所述特征指令存储模块用于存储预设定的音频控制特征信息与送风动作控制指令之间的对应关系；

所述特征信息提取模块用于对来自音源音频输出电路的数字音频信号进行音频数据处理，提取出所述数字音频信号中携带的音频信号特征信息；

所述特征对比处理模块用于将提取出的音频信号特征信息与特征指令存储模块中存储的预设定的音频控制特征信息进行对比判断，且每当判断到与预设定的音频控制特征信息相匹配的音频信号特征信息，则向空调送风控制电路发送与所匹配的音频信号特征信息相对应的送风动作控制指令。

4.根据权利要求1所述基于音频信号特征识别的空调送风控制系统，其特征在于，还包括识别延迟统计处理电路，用于统计计算音频信号特征识别电路对来自音源音频输出电路的数字音频信号进行音频数据处理所造成的处理延迟时间值，并将该处理延迟时间值输出至音频延迟播放电路中，作为音频延迟播放电路所预设定的延迟播放时间。

5.根据权利要求4所述基于音频信号特征识别的空调送风控制系统，其特征在于，所述识别延迟统计处理电路统计计算音频信号特征识别电路对来自音源音频输出电路的数字音频信号进行音频数据处理所造成的处理延迟时间值的具体方式为：

统计记录来自音源音频输出电路的数字音频信号输入至音频信号特征识别电路的时间流信息，且在音频信号特征识别电路对所述数字音频信号进行音频数据处理过程中提取后判断到与预设定的音频控制特征信息相匹配的音频信号特征信息而输出相对应的送风动作控制指令时，记录所述送风动作控制指令输出的时间点作为处理延迟终点时间点，并记录所述与预设定的音频控制特征信息相匹配的音频信号特征信息在数字音频信号中的音频节点位置，查询数字音频信号输入至音频信号特征识别电路的时间流信息，确定数字音频信号中所述与预设定的音频控制特征信息相匹配的音频信号特征信息所在的音频节点位置输入至音频信号特征识别电路的时间点，将之作为处理延迟起点时间点，然后以所述处理延迟终点时间点与处理延迟起点时间点之间的时间差值，作为音频信号特征识别电路对来自音源音频输出电路的数字音频信号进行音频数据处理所造成的处理延迟时间值。