[发明专利]一种实时音乐频谱矢量图形的绘制方法

权利要求书

1.一种实时音乐频谱矢量图形的绘制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

101)初始化参数步骤：由任务调度器初始化图形计算器与音频分析器的相关参数；

102)音频分析步骤：由步骤101)初始化的音频参数触发音频分析器进行分析，将音频数据按照时间进行数据分块分析，并对分析结果进行缓存，以供调用；

103)调取音频数据步骤：由任务调度器根据时间值从步骤102)的分析结果中获取该时间值内的分析结果；

104)数据转换步骤：将步骤103)获取的数据根据设定的转换方式转化为图形参量数据；

105)图形处理步骤：由图形处理模块将步骤104)转化后的数据结合步骤101)初始化时给出的相关参数，获得几何描述参量，并根据几何描述参量由OpenGL渲染上效果，所述OpenGL为一个提供跨编程语言、跨平台的编程接口规格的专业的图形程序；

所述步骤105)中，图形处理具体包括如下步骤：

501)建立几何模型步骤：基于笛卡尔坐标系、球坐标系，用统一的坐标描述符描述坐标模型、种类、逻辑类型、用途；并用统一的数据结构对图形进行维度描述；

502)几何参量转换步骤：在步骤501)的基础上由步骤103)的数据建立图形属性值，并依据所设定的可变性描述符修改图形对应的几何参量；

503)几何图形处理步骤：根据步骤502)的图形属性值和图形容器的几何关系，通过矩阵变换获取相应的图形的几何参量，为图形渲染提供数据依据，并可依据设定，实时修改属性，实时处理更新；

所述图形的维度描述包括图形对象的几何属性的分析与抽象、定义图形样式、建立可变标示符描述体系；

所述定义图形样式包括轮廓色、填充色、柔化程度、Hue颜色空间的迭代次数，颜色对称性；所述Hue为色调；

所述步骤501)中的图形为按圆周分布的柱状频谱图；其中每个柱形体为矩形，用长宽进行描述；每个矩形都要将其锚定在圆周上一点，设圆周的半径为r，圆周的圆心作为锚点；圆周上某一点与圆心的连线与x轴的夹角为圆周上某点的极坐标描述为同时需要呈圆心辐射状，每一个矩形的旋转角度为θ₁，得到极坐标与直角坐标的转换表示为：

其中x、y表示为定位坐标值，为角度；

根据矩形的长宽以及锚点位置，得出矩形4个顶点的坐标，其中矩形的左上点为pLT(x0,y0)：

pLT首先要平移到其在容器里的锚点位置，x/y的平移量，可利用上述公式进行转换；假设其平移量为(Δx1,Δy1)；移到锚点后，pLT还要绕锚点旋转角度θ1；最终的绝对坐标，还要考虑容器在背景的中的坐标，假设容器在背景的锚点坐标为(x2,y2)，则相应的平移量为(Δx2,Δy2)；涉及到坐标平移，旋转可利用以下变换矩阵公式(12)进行计算：

其中pLT最终的绝对坐标(x0′,y0′)可通过下述公式(13)进行计算：

其中(Δx₂,Δy₂)为锚点坐标为(x₂,y₂)的平移量；

所述步骤503)中的图形渲染通过OpenGL实现，通过OpenGL的抗锯齿功能，渲染高质量图形对象和利用OpenGL实现矢量渲染；在OpenGL中绘制描边色与填充色不一样的图形、根据所设定的Hue颜色空间迭代次数，计算不同图形组中各个图形的颜色，并做相应绘制；所述Hue为一个可快速开发和调试Hadoop生态系统各种应用的一个基于浏览器的图形化用户接口；所述Hadoop是一种分布式系统基础架构；

所述步骤102)音频分析具体步骤如下：

301)音视频同步步骤：由步骤101)的音频分析器按音频时间进行数据分块，达到音视频效果同步；

302)基于FFT快速频谱分析步骤：将对步骤301)的音频信息通过FFT进行分析，获取音频参数，并缓存分析结果；所述FFT即快速傅里叶变换为DFT即离线傅里叶变换的一种改进型快速处理音频信息的方法；

303)音频信息的转换步骤：将步骤302)得到的音频信息根据相应的数学映射转化为几何参量值，并缓存该结果，以备调用；

所述DFT采用如下公式(1)进行频谱分析：

其中j为虚数单位，e为自然常数，n为参数，N为有限长序列的数量；

所述FFT的输入序列表示成如下公式(4)偶点序列x1(r)和奇点序列x2(r)，r为序列的索引值：

进而DFT的表达式可以拆分为如下公式(5)：

其中进而公式进一步演变成为如下公式(6)：

X₁(k)，X₂(k)分别是x₁(r)，x₂(r)的N/2点，从而演化得公式(7)：

将一个N点的DFT分解得到两个N/2点的DFT，随后重新组成一个N点的DFT；而X₁(k)和X₂(k)以及x₁(r)，x₂(r)都是N/2点序列，X(k)却有N点；用上述计算得到的X(K)的前一半项数结果；利用复指数根的周期性如下公式(8)：

从而得到公式(9)：

X₁(k+N/2)＝X₁(k)

X₂(k+W/2)＝X₂(k) 公式(9)

同时也具有周期性，从而得到如下公式(10)：

结合公式(9)和公式(10)得到完整的N点FFT的表达式为，如下公式(2)进行前半部分分析，公式(3)进行后半部分分析：

其中X₁(k)，X₂(k)，分别是FFT的输入序列表示成偶点序列和奇点序列的N/2点DFT，为的演化变式