本發(fā)明涉及光標(biāo)簽的編碼方法，具體為一種基于噴泉碼的分時光標(biāo)簽編碼方法。

背景技術(shù)：

光標(biāo)簽具有識別距離遠(yuǎn)、定向準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)實時更新的優(yōu)點(diǎn)，相對于傳統(tǒng)識別碼具有明顯優(yōu)勢。但是，光標(biāo)簽對識別距離有敏感性，對于攝像采集設(shè)備而言，受到感光器件和鏡頭的影響，在不同距離條件下，可讀的光標(biāo)簽分辨率不同，即距離近分辨率高，距離遠(yuǎn)分辨率低，使得編碼難以統(tǒng)一；也由于識別距離的不同，光標(biāo)簽的數(shù)字信號單元可能有時全部、有時部分能被識別，因此同一光標(biāo)簽信息在不同距離條件下的讀取會出現(xiàn)誤讀，導(dǎo)致信息傳遞失敗，使得光標(biāo)簽使用中存在障礙。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種基于噴泉碼的分時光標(biāo)簽編碼方法，能夠?qū)崿F(xiàn)在可視距離內(nèi)，距離光標(biāo)簽的遠(yuǎn)近不同位置均可實現(xiàn)解碼。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種基于噴泉碼的分時光標(biāo)簽編碼方法，包括如下步驟，

步驟1，對光標(biāo)簽所要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行不同單元長度的分塊，得到n組數(shù)據(jù)組，每組中數(shù)據(jù)塊的單元長度相同；

步驟2，分別對每組數(shù)據(jù)組進(jìn)行噴泉碼編碼，得到對應(yīng)數(shù)據(jù)塊的噴泉碼塊和對應(yīng)數(shù)據(jù)組的噴泉碼塊分組；

步驟3，將每組數(shù)據(jù)組的噴泉碼塊分別按報文格式進(jìn)行填充得到對應(yīng)各噴泉碼塊的發(fā)送報文；

步驟4，將光標(biāo)簽的顯示周期平均分為與數(shù)據(jù)組組數(shù)相同的等份，每個等份作為一個時隙，每個時隙顯示一幀，將所有數(shù)據(jù)組按幀的顯示順序依次循環(huán)顯示；光標(biāo)簽的每一幀顯示對應(yīng)數(shù)據(jù)組中的任意一個發(fā)送報文；

步驟5，用戶采集光標(biāo)簽顯示且匹配各自終端識別要求的發(fā)送報文，接收達(dá)到解碼要求數(shù)量的噴泉碼塊后，進(jìn)行噴泉碼編碼的逆運(yùn)算，恢復(fù)得到光標(biāo)簽所發(fā)送的數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，步驟1的具體步驟如下，

1.1對于光標(biāo)簽所要發(fā)送的數(shù)據(jù)D依次采用不同的單元長度進(jìn)行分塊，塊的單元長度依次為l₁，l₂，l₃，…，l_n；其中l(wèi)₁，l₂，l₃，…，l_n均為正整數(shù)，并有l(wèi)₁<l₂<…<l_n；

1.2在進(jìn)行長度分塊時，將數(shù)據(jù)D依照二進(jìn)制數(shù)比特順序從左到右或從右到左依次分割為等長度數(shù)據(jù)塊，數(shù)塊長度表示為l，有l(wèi)∈{l₁,l₂,…,l_n}，若最后一個分塊末尾的長度不夠，則補(bǔ)零到相同長度，即：

先以l₁為塊長度單位將D切分為

再以l₂為塊長度單位將D切分為

…，

最后以l_n為塊長度單位將D切分為其中，均為原始數(shù)據(jù)塊，簡稱原始塊，i為自然數(shù)，1≤i≤|D|，從而得到不同塊長度且能夠順序拼接成D的n個塊分組集合，即：{D₁,D₂,…,Dn}，此處|·|為模運(yùn)算。

進(jìn)一步，步驟2的具體過程表示如下，

其中，D′₁、D′₂、…、D′_n為噴泉碼塊分組，共得到n組噴泉碼塊分組，LT(·)為噴泉碼變換,均為編碼后的噴泉碼數(shù)據(jù)單元塊，簡稱噴泉碼塊；j為自然數(shù)，1≤j，此處噴泉碼塊的比特位數(shù)與原始塊比特位數(shù)相等，即：任一原始數(shù)據(jù)塊的比特位數(shù)與對應(yīng)的噴泉碼塊的比特位數(shù)相等且均為l_k，k為自然數(shù)，且有1≤k≤n。

再進(jìn)一步，所述的發(fā)送報文的格式依次由數(shù)據(jù)的ID號區(qū)，報文長度區(qū)，數(shù)據(jù)區(qū)，報文時間戳區(qū)和數(shù)據(jù)報文校驗位區(qū)五個數(shù)據(jù)區(qū)域組成，其中所述的數(shù)據(jù)報文校驗位是對數(shù)據(jù)的ID號區(qū)，報文長度區(qū)，數(shù)據(jù)區(qū)和報文時間戳區(qū)四個部分進(jìn)行校驗計算的結(jié)果值；

在進(jìn)行數(shù)據(jù)填充時，數(shù)據(jù)的ID號順序生成，如果溢出從開始填入數(shù)據(jù)的ID號區(qū)；將報文長度為ID號長度位數(shù)、報文長度位數(shù)、噴泉碼塊長度、時間戳位數(shù)與校驗位位數(shù)的和填入報文長度區(qū)；隨機(jī)選出的噴泉碼塊填入數(shù)據(jù)區(qū)；當(dāng)前時間填入報文時間戳區(qū)；計算校驗和填入數(shù)據(jù)報文校驗位區(qū)；

光標(biāo)簽的一幀能夠顯示q比特的數(shù)據(jù)，q≥p，計算上述填充好的完整的報文長度，長度記為p，使用光標(biāo)簽中相鄰的個信號單元構(gòu)成的矩形陣列表示上述獲得的數(shù)據(jù)格式的1個比特的數(shù)據(jù)，該矩形陣列的長與寬的差值為最小值。

再進(jìn)一步，步驟四中顯示噴泉碼時，將填充好的第m幀數(shù)據(jù)幀f_m在光標(biāo)簽上顯示出來，其中，m為自然數(shù)，1≤m≤n；當(dāng)進(jìn)入下一個時隙，即m+1幀時，再執(zhí)行步驟三，且當(dāng)m+1>n時，令m＝1。

再進(jìn)一步，步驟五中，用戶采集噴泉碼數(shù)據(jù)時包括如下步驟，

5.1用戶采集一個完整周期T中光標(biāo)簽發(fā)送的幀，從所有f_m中找到數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)校驗計算正確的所有幀，從中選取m最大值m_MAX；

5.2接收下一個周期的噴泉碼塊分組數(shù)據(jù)幀得到發(fā)送的噴泉碼塊；檢驗步驟5.2接收到的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)校驗計算是否正確，若正確執(zhí)行子步驟5.3，否則執(zhí)行子步驟5.1；

5.3對已接收到的所有噴泉碼塊進(jìn)行逆運(yùn)算恢復(fù)出數(shù)據(jù)；所述逆運(yùn)算表示如下，

其中，LT^-1(·)為噴泉碼逆運(yùn)算變換，恢復(fù)出數(shù)據(jù)；

5.4檢測得到數(shù)據(jù)是否完整，若不完整則再執(zhí)行子步驟5.2，否則結(jié)束光標(biāo)簽讀取，獲取光標(biāo)簽所發(fā)送的數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，光標(biāo)簽所要發(fā)送的數(shù)據(jù)為二進(jìn)制數(shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明利用噴泉碼有損連接條件下的數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)，結(jié)合變數(shù)據(jù)塊長度和分時顯示的方法，實現(xiàn)了在不同視距距離均可識別的編碼，用戶可以無障礙的利用自己的多種分辨設(shè)備進(jìn)行不同距離下的光標(biāo)簽采集。本發(fā)明具有過程合理，可以使用同一光標(biāo)簽滿足區(qū)域范圍內(nèi)不同距離用戶的光標(biāo)簽讀取，可以基于此系統(tǒng)開發(fā)光標(biāo)簽的高級應(yīng)用。上述方法利用了光標(biāo)簽的信息互動、可即時編輯的特性，是目前其它標(biāo)簽方法所不能達(dá)到的。

附圖說明

圖1本發(fā)明實例中所述光標(biāo)簽的樣例圖。

圖2本發(fā)明實例中所述方法的應(yīng)用場景圖。

圖3本發(fā)明實例中所述方法的時序圖。

圖4本發(fā)明實例中所述噴泉碼的編碼格式示意圖。

圖5本發(fā)明實例中所述方法流程圖。

圖中：信號單元1、定位標(biāo)識2、光標(biāo)簽3、第一光標(biāo)簽采集設(shè)備4、第二光標(biāo)簽采集設(shè)備5、第三光標(biāo)簽采集設(shè)備6、數(shù)據(jù)的ID號區(qū)7、報文長度區(qū)8、數(shù)據(jù)區(qū)9、報文時間戳區(qū)10、數(shù)據(jù)報文校驗位區(qū)11。

具體實施方式

下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。

本發(fā)明中上述光標(biāo)簽樣例如圖1所示。光標(biāo)簽包括信號單元1簡稱為數(shù)據(jù)位和定位標(biāo)識2簡稱為標(biāo)志位兩部分，其中定位標(biāo)識為圖1中三個較大的矩形框，組成一組定位標(biāo)識2，工作狀態(tài)下定位標(biāo)識2以一定的頻率同步閃爍，通過圖像差分的方法可以很快得被攝像設(shè)備檢測出來，進(jìn)而借助定位標(biāo)識可以確定信號單元的位置，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)識別與讀?。恍盘枂卧?為定位標(biāo)識間的矩形黑白小正方形，多個信號單元1構(gòu)成一組，通常信號單元1組成不限于5×5的陣列，每個信號單元1表示數(shù)字信號的0或1，整個信號單元組組成的矩陣構(gòu)成一幀的數(shù)字信號序列，本實例中標(biāo)志位的邊長為數(shù)據(jù)位邊長的兩倍，更加便于定位；為了增加信號單元1表示的數(shù)據(jù)空間，工作狀態(tài)下各信號單元1也可按照預(yù)定的程序進(jìn)行閃動，從而將更多的信號內(nèi)容通過多幀顯示。這時需要在多幀中給出一個起始幀/結(jié)束標(biāo)識幀，用于標(biāo)定多幀一個完整周期的開始/結(jié)束位置，該幀信號單元組設(shè)定為一個特殊的數(shù)據(jù)組合，如：全0或全1或任何不與實際可能表述的信息相異的特殊組合。

在實際使用中，由于識別距離的不同，上述結(jié)構(gòu)光標(biāo)簽的數(shù)字信號單元可能有時全部、有時部分能被識別，導(dǎo)致信息傳遞問題。如圖2所示的應(yīng)用場景。分別位于近、中、遠(yuǎn)距離區(qū)域的第一、二和三光標(biāo)簽采集設(shè)備4、5、6，同時對光標(biāo)簽3進(jìn)行識別；需要通過編碼需使光標(biāo)簽3發(fā)送的光標(biāo)簽數(shù)據(jù)能夠被第一、二和三光標(biāo)簽采集設(shè)備4、5、6均有效識別；同時當(dāng)?shù)谝?、二和三光?biāo)簽采集設(shè)備4、5、6，并且在可視區(qū)域內(nèi)游走，近、中、遠(yuǎn)距離之間切換，距離區(qū)域發(fā)生變化時，也可持續(xù)有效識別光標(biāo)簽3的數(shù)據(jù)。采用本發(fā)明的方法能夠很好的實現(xiàn)該目的。

經(jīng)過分析比較，數(shù)字噴泉碼是一種良好的解決方案。數(shù)字噴泉碼是將一些數(shù)據(jù)、文件，轉(zhuǎn)化為一個有效的任意數(shù)量的編碼包的方法，這樣只要接收到稍大于信源數(shù)據(jù)包數(shù)量的編碼包的子集，就可以恢復(fù)信源數(shù)據(jù)。它允許在有損連接的情況下傳輸文件，而且傳輸過程不依賴于是否知道丟包率，也不需要接收端反饋哪些數(shù)據(jù)包丟失了。數(shù)字噴泉碼的發(fā)送端可以由k個原始分組生成任意數(shù)量的編碼分組，接收端只要收到k·(1+ε)個編碼分組的任意子集，即可通過譯碼以高概率成功(和ε有關(guān))恢復(fù)全部原始分組，本發(fā)明設(shè)計的數(shù)字噴泉碼不僅擁有很小的譯碼開銷ε，而且具有簡單的編譯碼方法和很小的編譯碼復(fù)雜度?？梢钥吹剑鲜鼍幋a過程就如同源源不斷產(chǎn)生水滴(相當(dāng)于編碼分組)的噴泉(相當(dāng)于編碼器)，而我們只要用杯子(相當(dāng)于譯碼器)接收足夠數(shù)量的水滴，即可達(dá)到飲用(相當(dāng)于成功譯碼)的目的，而不必關(guān)心是那一點(diǎn)水(相當(dāng)于編碼分組)流入你的杯中。

將光標(biāo)簽因識別距離發(fā)生變化的情況，等同于一種特殊的刪除信道，因此基于噴泉碼進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼的方法是完全適用的。對于光標(biāo)簽所要發(fā)送的數(shù)據(jù)D，當(dāng)距離近，攝像設(shè)備分辨率高的情況下，可以在將上述發(fā)送端的數(shù)據(jù)分解成單位數(shù)據(jù)包(二進(jìn)制數(shù)據(jù))比特位長的分組，進(jìn)行編碼；當(dāng)距離遠(yuǎn)，攝像設(shè)備分辨率低的情況下，可以在將上述發(fā)送端的數(shù)據(jù)分解成單位數(shù)據(jù)包(二進(jìn)制數(shù)據(jù))比特位段的分組，進(jìn)行編碼，再采用分時放送不同分組的方法實現(xiàn)在同一光標(biāo)簽上實現(xiàn)不同分組噴泉碼的發(fā)送。上述基于噴泉碼的分時光標(biāo)簽編碼方法時序圖如圖3所示。其中將一個光標(biāo)簽數(shù)據(jù)周期劃分為n個相等的字段，每個字段對應(yīng)不同分組比特長度單位的噴泉碼，且DF₁至DF_n分組長度依次遞增的關(guān)系。對于分辨率低的攝像設(shè)備盡量使用分組長度短的噴泉碼，反之使用盡量長的噴泉碼。

具體的，上述基于噴泉碼的分時光標(biāo)簽編碼方法包括如下步驟。

步驟一：對數(shù)據(jù)進(jìn)行不同長度的分塊。對于光標(biāo)簽所要發(fā)送的數(shù)據(jù)D(D為二進(jìn)制數(shù))，依次采用不同的單元長度進(jìn)行分塊，塊長度依次為l₁，l₂，l₃，…，l_n，其中l(wèi)₁，l₂，l₃，…，l_n均為正整數(shù)，并有l(wèi)₁<l₂<…<l_n。

在進(jìn)行長度分塊時，將數(shù)據(jù)D依照二進(jìn)制數(shù)比特順序從左到右(亦可從右到左)順序依次分割為等長度數(shù)據(jù)塊，數(shù)塊長度表示為l，有l(wèi)∈{l₁,l₂,…,l_n}，若最后一個分塊末尾不夠補(bǔ)零，即：

先以l₁為塊長度單位將D切分為

再以l₂為塊長度單位將D切分為

…，

最后以l_n為塊長度單位將D切分為其中均為原始數(shù)據(jù)塊，簡稱原始塊，i為自然數(shù)，1≤i≤|D|，從而得到不同塊長度且能夠順序拼接成D的n個塊分組集合，即：{D₁,D₂,…,D_n}，此處|·|為模運(yùn)算，為取整運(yùn)算；

步驟二：對各等長度數(shù)據(jù)塊的分組進(jìn)行噴泉碼編碼。得到對應(yīng)噴泉碼塊分組，其過程是：

其中，D′₁、D′₂、…、D′_n為噴泉碼塊分組，從而共得到n組噴泉碼塊分組，LT(·)為噴泉碼變換,均為編碼后的噴泉碼數(shù)據(jù)單元塊，簡稱噴泉碼塊；j為自然數(shù)，1≤j，此處噴泉碼塊的比特位數(shù)與原始塊比特位數(shù)相等，即：任一原始數(shù)據(jù)塊的比特位數(shù)與對應(yīng)的噴泉碼塊的比特位數(shù)相等且均為l_k，k為自然數(shù)，且有1≤k≤n；

步驟三：光標(biāo)簽幀數(shù)據(jù)填充。將光標(biāo)簽的數(shù)據(jù)顯示周期T平均分為n等份，每個等份作為一個時隙，每個時隙顯示一幀，對于第m幀(記為f_m)，m為自然數(shù)，1≤m≤n，則選擇D′_m噴泉碼塊分組中的數(shù)據(jù)塊作為顯示內(nèi)容填入幀，隨機(jī)從D′_m中選出噴泉碼塊填充報文格式，所述的報文格式如圖4所示，由多個數(shù)據(jù)域依次組成，本優(yōu)選實例中以五個數(shù)據(jù)域為例進(jìn)行說明，分別是數(shù)據(jù)的ID號區(qū)7，報文長度區(qū)8，數(shù)據(jù)區(qū)9，報文時間戳區(qū)10和數(shù)據(jù)報文校驗位區(qū)11，其中所述的數(shù)據(jù)報文校驗位15是對數(shù)據(jù)的ID號區(qū)7，報文長度區(qū)8，數(shù)據(jù)區(qū)9和報文時間戳區(qū)10四個部分進(jìn)行校驗計算的結(jié)果值；

在進(jìn)行數(shù)據(jù)填充時，數(shù)據(jù)的ID號順序生成，如果溢出從0開始填入數(shù)據(jù)的ID號區(qū)7；報文長度為ID號長度位數(shù)、報文長度位數(shù)、噴泉碼塊長度、時間戳位數(shù)和校驗位位數(shù)的和，記為p；將p填入報文長度區(qū)8；選出的噴泉碼塊填入數(shù)據(jù)區(qū)9；當(dāng)前時間填入報文時間戳區(qū)10；計算校驗和填入數(shù)據(jù)報文校驗位區(qū)11；

已知光標(biāo)簽的一幀可以顯示q比特的數(shù)據(jù)，q≥p，計算上述填充好的完整的報文長度，長度記為p，使用光標(biāo)簽的相鄰的個信號單元構(gòu)成的矩形陣列表示上述獲得的數(shù)據(jù)格式的1個比特的數(shù)據(jù)，該矩形陣列的長與寬的差值為最小值；

步驟四：顯示噴泉碼，將填充好的數(shù)據(jù)幀f_m在光標(biāo)簽3上顯示出來；當(dāng)進(jìn)入下一個時隙，即m+1幀時(當(dāng)m+1>n時，令m＝1)，再執(zhí)行步驟三；

步驟五：用戶采集噴泉碼數(shù)據(jù)，分兩種情況：

情況一：用戶保持靜止，沒有跨越不同距離區(qū)域，則執(zhí)行下面子步驟：

a1、用戶采集一個完整周期T中光標(biāo)簽3發(fā)送的幀，從所有f_m中,1≤m≤n，找到數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)校驗計算正確的所有幀，從中選取m最大值m_MAX；

a2、接收下一個周期的噴泉碼塊分組數(shù)據(jù)幀得到發(fā)送的噴泉碼塊；

a3、對已接收到的所有噴泉碼塊進(jìn)行逆運(yùn)算，即：

LT^-1(·)為噴泉碼逆運(yùn)算變換，恢復(fù)出數(shù)據(jù)；

a4、檢測得到數(shù)據(jù)是否完整，若不完整則再執(zhí)行子步驟a2，否則結(jié)束光標(biāo)簽讀??；

情況二：用戶處于移動狀態(tài)，跨越了不同距離區(qū)域，則執(zhí)行下面子步驟：

b1、用戶采集一個完整周期T中光標(biāo)簽3發(fā)送的幀，從所有f_m中,1≤m≤n，找到數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)校驗計算正確的所有幀，從中選取m最大值m_MAX；

b2、接收下一個周期的噴泉碼塊分組數(shù)據(jù)幀得到發(fā)送的噴泉碼塊；檢驗步驟b2接收到的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)校驗計算是否正確，若正確執(zhí)行子步驟b3，否則執(zhí)行子步驟b1；

b3、對已接收到的所有噴泉碼塊進(jìn)行公式(1)運(yùn)算恢復(fù)出數(shù)據(jù)；

b4、檢測得到數(shù)據(jù)是否完整，若不完整則再執(zhí)行子步驟b2，否則結(jié)束光標(biāo)簽讀??；

步驟六：完成光標(biāo)簽讀取，數(shù)據(jù)輸出；完畢。

以具體的實際應(yīng)用舉例說明如下。

不同距離光標(biāo)簽采集設(shè)備同時采集光標(biāo)簽數(shù)據(jù)。在開放區(qū)域(無遮擋)有光標(biāo)簽L，距離L約50米、100米、250米分別有用戶A、B、C三人對L進(jìn)行識別，假設(shè)三人所持的采集設(shè)備與L的技術(shù)體制相匹配；M為光標(biāo)簽L所要傳輸?shù)囊欢螖?shù)據(jù)(二進(jìn)制數(shù))，具體如下：

M＝{100010101010101011101001101011}

采用本發(fā)明技術(shù)進(jìn)行編碼，

步驟一：首先將M按照單位長度10、5、3比特進(jìn)行分組，得到三組分組：D₁＝{(1000101010),(1010101110),(1001101011)}

D₂＝{(10001),(01010),(10101),(01110),(10011),(01011)}

D₃＝{(100),(010),(101),(010),(101),(011),(101),(001),(101),(011)}

可見D₁,D₂,D₃均可各自單獨(dú)拼接恢復(fù)出M；

步驟二：對D₁,D₂,D₃分別進(jìn)行LT噴泉碼變換，得到各自對應(yīng)的噴泉碼塊分組：

D₁′＝{(010001011),(0011001111),(1010100111),…}

D₂′＝{(11001),(11011),(10001),(01010),(10000),(10010),…}

D₃′＝{(101),(010),(101),(010),(100),(011),(001),(101),(101),(011),…}

步驟三：將上述噴泉碼塊分別按照圖4規(guī)定格式進(jìn)行填充：

D₁′

→{(00000001|00110010|10001011|00000001|1010101110101010)

…}

D₂′→{(00000001|00101101|11001|00000001|1010101110101010)

…}

D₃′→{(00000001|00101011|101|00000001|1010101110101010)

…}

步驟四：L的時間周期T為1.2秒，則在rT+0至rT+0.4秒時隨機(jī)顯示D₁′的任一噴泉碼幀，在rT+0.4至rT+0.8秒時隨機(jī)顯示D₂′的任一噴泉碼，在rT+0.8至rT+1.2秒時隨機(jī)顯示D₃′的任一噴泉碼；r為非負(fù)整數(shù)。

步驟五：依據(jù)分辨率的不同，A、B、C分別在適合自己的時隙接收L發(fā)送的噴泉碼，即：D₁′→A，D₂′→B，D₃′→C，接收到足夠的噴泉碼塊數(shù)后，進(jìn)行LT的逆運(yùn)算，恢復(fù)出M；若其中某人處于活動狀態(tài)，則根據(jù)接收到的噴泉碼的區(qū)塊位置，進(jìn)行拼接，亦可恢復(fù)出M；完畢。