Hệ thống điều khiển ma trận phun nước nghệ thuật theo nhạc dựa trên bộ phân lớp âm nhạc

Bài viết trình bày một phương pháp mới để điều khiển nhạc nước tự động theo dạng ma trận các vòi phun. Trong đó, mỗi vòi phun sẽ được gán với một tần số âm nhạc phù hợp và sẽ thay đổi độ cao theo cao độ của tần số được gán. Khác với các phương pháp trước đây điều khiển cao độ theo từng mức bằng các van điện từ, thì trong phương pháp này chúng tôi điều khiển theo phương pháp băm xung liên tục tỉ lệ với cao độ của tần số nên các vòi phun sẽ mượt và đẹp mắt hơn.

Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Quốc gia lần thứ IX “Nghiên cứu ứng dụng Công nghệ thông tin (FAIR'9)”; Cần Thơ, ngày 4-5/8/2016 DOI: 10.15625/vap.2016.00028 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MA TRẬN PHUN NƯỚC NGHỆ THUẬT THEO NHẠC DỰA TRÊN BỘ PHÂN LỚP ÂM NHẠC Phan Đình Duy 1, Trần Ngọc Đức1, Trần Văn Quang1, Vũ Đức Lung1 Kho K Thuật M y T nh Tr ng i h C ng nghệ thông tin HQG TP.HCM duypd@uit.edu.vn, ductn@uit.edu.vn, quangtv@uit.edu.vn, lungvd@uit.edu.vn TĨM TẮT— Bài báo trình bày phương pháp để điều khiển nhạc nước tự động theo dạng ma trận vịi phun Trong đó, vòi phun gán với tần số âm nhạc phù hợp thay đổi độ cao theo cao độ tần số gán Khác với phương pháp trước điều khiển cao độ theo mức van điện từ, phương pháp điều khiển theo phương pháp băm xung liên tục tỉ lệ với cao độ tần số nên vòi phun mượt đẹp mắt Để hệ thống tự động điều khiển theo nhạc tốt hơn, báo đề xuất hệ thống phân lớp âm nhạc cho loại nhạc Việt tương ứng thông số điều khiển hệ thống cho loại nhạc Hệ thống vòi phun thiết kế theo ma trận 10x10 kết hợp với hệ thống đèn chiếu sáng thử nghiệm cho hiệu ứng phun nước đẹp mắt theo đánh giá chuyên gia Từ khóa— Nhạc nước, điều khiển, tự động, phun nước, hệ thống nhúng, phân lớp âm nhạc I GIỚI THIỆU Nh n nghệ thuật lo i hình nghệ thuật kết hợp giữ âm nh n phun nh s ng để t o nên kh ng gi n bật với hình d ng thiết kế độ đ o ùng màu sắ âm th nh ấn t ợng ho ng i xem Trên giới khu vự hâu Âu đài phun n để l i dấu ấn sâu đậm đặ sắ ấu trú đ thị ủ th i vàng son v ơng giả Ngày n y đài phun n kh ng hỉ đ t tới đỉnh o ủ nghệ thuật tổ kh ng gi n thiết kế đ thị mà òn ả kh nh kĩ thuật xây dựng ó s ng t o nghệ thuật tuyệt v i ủ on ng i ó kết hợp ng nghệ xây dựng tr ng thiết bị ng nghệ điều khiển vào hệ thống nh n Nổi bật số ng trình nh n nghệ thuật giới nh ng trình phun n ủ kh h s n Bell gio [10] (L s Veg s M ) Dub i Fount in [11] Singapore Marina Bay [12], Dancing fountains - Burj Kh lif [13] Trong n ũng ó nhiều ng trình tiếng nh ng trình phun n Vịnh H Long Vinpe rl L nd C ng viên ầm Sen … Tuy ó nhiều ng trình thự tế tiếng nh nh ng ng bố kho h lĩnh vự l i h n hế Có thể kể đến vài ng trình nghiên ứu n ngồi lĩnh vự nh n nghệ thuật nh ng trình “Cre ting Musical-Fount in Shows” [1] ủ t giả Min-Joon “Computer ided design system for developing musi l fount in progr m” [2] ủ t giả Liu D n Cả h i ng trình trình bày mứ độ đơn giản khu n khổ m thử nghiệm h thự thự tế Trong n hỉ ó ng trình ủ nhóm t giả Vũ ứ Lung ộng gồm: ng trình thứ “Nghiên ứu ph ơng ph p thiết kế điều khiển nh n từ xây dựng m hình thử nghiệm” [3] trình bày phân t h thiết kế xây dựng m hình nh n hồ n hữu khu n viên ủ tr ng i h C ng nghệ th ng tin i h Quố gi TP.HCM; ng trình thứ h i “A Comp t utonomous displ y in sp e using w ter drops” [4] t i Hội thảo toàn quố ng nghệ th ng tin năm 2013 t i i h Cần�� tr ng Khi nh đ ợ đ vào phần mềm tiến hành rút tr h đo n tập đặ tr ng nhằm phân nh vào thể lo i t ơng ứng ể phân lớp âm nh b o tiến hành thử nghiệm h i ph ơng ph p kh th ng dụng ho kết tốt giải to n là:   Phân lớp dùng Support Ve tor M hine (SVM) sử dụng k thuật Cross - validation (folds =10): Phân lớp dùng K-Nearest Neighbor (K-NN) 228 HỆ THỐNG IỀU KHIỂN MA TRẬN PHUN NƯỚC NGHỆ THUẬT THEO NHẠC DỰA TRÊN BỘ PHÂN LỚP ÂM NHẠC IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN A Thử nghiệm phân lớp âm nhạc Tập liệu thử nghiệm ủ b o 250 nh Việt N m đ ợ tải từ h i website nghe nh trự tuyến tiếng t i Việt N m http://mp3.zing.vn http://nhaccuatui.com C nh đ ợ hi thành thể lo i nh C h m ng nh trẻ nh ro k Việt nh thiếu nhi nh trữ tình Mỗi thể lo i 50 nh định d ng mp3, 128kbps với dung l ợng khoảng 1GB Dữ liệu đ ợ hi thành 10 phần nh u phần 25 mẫu qu trình Tr in/Test thự lặp l i 10 lần T i lần Tr in/Test phần liệu dùng để Test phần òn l i dùng để Tr in Tỉ lệ phân lo i h nh x với SVM 85.2% Với Ph ơng ph p phân lớp dùng K-NN kết phụ thuộ vào số l ng giềng gần K nh bảng Bảng Kết phân lớp với thuật to n K-NN ủ tập liệu nh Số K K=1 K=2 K=3 K=4 Việt Kết 77.2% 75.6% 82.4% 84.4% K=5 85.6% K=6 84% K=7 83.2% K=8 84.4% K=9 81.6% K = 10 84% Nh với số l ng giềng K=5 ho kết phân lớp o với tỉ lệ 85.6% Tỷ lệ kh ng o nh ng so với ng trình [6-8] kết o t ho thấy ó thể hấp nhận đ ợ ể thự hệ thống ph ơng pháp dùng K-NN với K=5 đ ợ lự h n B Thử nghiệm toàn hệ thống ể thử nghiệm đ nh gi hệ thống hồ phun n hồn hỉnh gồm 100 vịi phun gắn kèm với 100 m y bơm 100 đèn LED hiếu s ng theo d ng m trận vòi phun đ ợ xây dựng Vòi phun đ ợ thiết kế để ột n phun lên m ng t nh thẩm m kết hợp với nh s ng ủ đèn LED bên d ới t o nên ột n m ng màu sắ th y đổi đẹp mắt Hệ thống đ ợ lắp đặt t i tầng th ợng tr ng i h C ng nghệ th ng tin – HQG TP.HCM nh hình Hình Hệ thống m trận 10x10 thự tế tủ Phần ứng hệ thống đ ợ thiết kế gồm ó bo rd điều khiển bo rd ng suất dự vào MCU ARM Cortex M4 lo i thiết bị điện tử nh : Mosfet Diode IC74595 … C phận điện tử đ ợ phân hi lắp đặt tủ: ng suất tủ điều khiển nh hình Ph n ình Duy Trần Ng ứ Trần Văn Qu ng Vũ ứ Lung Tủ điện cơng suất 229 Tủ điện điều khiển Hình Hệ thống điện tử điều khiển m trận So với hệ thống phun n tự động theo nh mà tr nhóm xây dựng [3] đề tài đ ợ ph t triển huyên nghiệp việ bố tr lắp đặt vòi phun ph ơng ph p điều khiển độ mịn đ p ứng ủ vòi phun với o độ ủ tần số âm th nh ể đ nh gi t nh nghệ thuật ủ kị h biểu diễn húng t i m i huyên gi nghệ thuật từ ng ty huyên lĩnh vự đ ợ đ nh gi ho kết tốt nhiều so với phiên tr Tuy nhiên hệ thống òn ó hậm trễ nhỏ (khoảng giây) mặ dù khó ph t đồng ủ nh với phản ứng ủ vịi phun Nhóm đ ng thử nghiệm ho phần mềm ph t nh hậm giây so với t n hiệu điều khiển m y bơm để ng i nghe thấy đ ợ đồng Phần mềm m m y t nh ũng h đ ợ đẹp m ợt mà nh mong đợi ần đ ợ ph t triển tiếp V KẾT LUẬN Bài b o trình bày ph ơng ph p để điều khiển phun n nghệ thuật theo d ng m trận dự việ băm xung liên tụ tỉ lệ với o độ ủ tần số dự vào việ phân lớp âm nh để ó th ng số điều khiển phù hợp ể kiểm nghiệm nhóm t giả xây dựng hệ thống thự tế b o gồm bo rd phần ứng phần mềm nhúng board phần mềm m y t nh để thự điểu khiển hệ thống m trận vòi phun Kết kho h ủ b o h nhiều nh ng độ phứ t p kh o đ ợ thiết kế từ đầu gồm phần ứng phần mềm nhúng phần mềm m y t nh Kết ũng ho thấy gi trị thự tiễn o ó thể huyển gi o ng nghệ để ho r sản phẩm phụ vụ nhu ầu thự tế VI LỜI CẢM ƠN Nhóm nghiên ứu xin hân thành ảm ơn Sở KHCN TP HCM tài trợ kinh ph “Nghiên ứu xây dựng m trận phun n nghệ thuật” mã số 273/2014/H -SKHCN ho húng t i thự đề tài TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Min-Joon, Yoo and In-Kwon Lee, “Creating Musical-Fountain Shows, IEEE Computer Graphics and Applications”, vol 29, issue 5, p.p 6-13, 2009 [2] Liu Dan et al., “Computer aided design system for developing musical fountain programs”, Tsinghua Science and Technology, vol 8, issue 5, p.p 612-616, 2003 [3] Vu Duc Lung, “Automatic Musical Fountain with Audio Frequency Analysis using FFT Algorithm”, Proceedings of the 3rd International Conference on Mechanical and Electrical Technology (ICMET2011), 2011 [4] Le Van La, Ph n Dinh Duy Vo Th nh Xuyen “A Compact Autonomous Display in Space Using Water Drops”, Hội thảo Tồn quốc cơng nghệ thơng tin t i i h c Cần Thơ 2013 [5] Liu Xuejun, Liu Chang, Wang Jingzhi, Xing Jisheng, "Interharmonic Parameter Estimation Based on FFT and MUSIC”, Power System Protection and Control, vol.37, pp.37-40, 2009 [6] Babu Kaji Baniya, “Automatic Music Genre Classification Using Timbral Texture and Rhythmic Content Features”, ICACT Transactions on Advanced Communications Technology (TACT), 2014 [7] Dalwon Jang and Sei-Jin Jang, “Very Short Feature Vector For Music Genre Classiciation Based On Distance Metric Lerning”, International Conference on Audio, Language and Image Processing (ICALIP), 2014 [8] G Tz net kis Cook “Musical genre classification of audio signals”, IEEE Transactions on Audio and Speech Processing, 2002 [9] http://www.st.com/web/catalog/tools/FM116/SC959/SS1532/PF252419 230 HỆ THỐNG IỀU KHIỂN MA TRẬN PHUN NƯỚC NGHỆ THUẬT THEO NHẠC DỰA TRÊN BỘ PHÂN LỚP ÂM NHẠC [10] Bellagio fountain show, Las Vegas - Michael Jackson - Billy Jean http://www.youtube.com/watch?v=401wv1eKc2c [11] Dubai Fountain 2010 Thriller Michael Jackson http://www.youtube.com/watch?v=MoxxK-8MeWw [12] Beautiful Fountain Water Show in Singapore Marina Bay http://www.youtube.com/results?search_query= fountain+show+singapore AN AUTOMATIC CONTROL SYSTEM OF MUSICAL MATRIX FOUNTAIN BASED ON MUSIC GENRE CLASSIFICATION Phan Dinh Duy, Tran Ngoc Duc, Tran Van Quang, Vu Duc Lung ABSTRACT— The study shows a novel method for automation control of the musical matrix fountain In each nozzle, the variation of nozzle height is assigned to a frequency appropriately In contrast to the other control method, which is used digital valve to control, the proposed method focus on the continuous pulse modulation, which is proportional to frequency level Base on that technique, the nozzle effect is more smoothly To control the system better, the classifier for genres of Vietnamese music have been proposed and respectively control parameter sets for each genre are also proposed Finally, the whole system are designed in a matrix form with 10 x 10 nozzle and lighting system The system was tested and shows spectacular effects, according to the experts  ...228 HỆ THỐNG IỀU KHIỂN MA TRẬN PHUN NƯỚC NGHỆ THUẬT THEO NHẠC DỰA TRÊN BỘ PHÂN LỚP ÂM NHẠC IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN A Thử nghiệm phân lớp âm nhạc Tập liệu thử nghiệm ủ b... http://www.st.com/web/catalog/tools/FM116/SC959/SS1532/PF252419 230 HỆ THỐNG IỀU KHIỂN MA TRẬN PHUN NƯỚC NGHỆ THUẬT THEO NHẠC DỰA TRÊN BỘ PHÂN LỚP ÂM NHẠC [10] Bellagio fountain show, Las Vegas - Michael Jackson... điều khiển phun n nghệ thuật theo d ng m trận dự việ băm xung liên tụ tỉ lệ với o độ ủ tần số dự vào việ phân lớp âm nh để ó th ng số điều khiển phù hợp ể kiểm nghiệm nhóm t giả xây dựng hệ thống