專利名稱：一種基于音頻空氣傳輸?shù)氖謾C近距離通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，具體涉及一種基于音頻空氣傳輸?shù)氖謾C近距離通信方法。
背景技術(shù)：
目前在手機和其它移動設(shè)備之間的近距離通信(NFC)技術(shù)中，絕大多數(shù)是基于專門硬件的無線電傳輸方案，也有少量基于紅外線等的光傳輸方案，例如藍牙、802. 11(Wi-Fi)、ZigBee、超寬頻(UWB)、紅外(IrDA)等。這些方案都要求手機或其它移動設(shè)備具備專門硬件，費用較高，通用性不強，尤其是不能兼容沒有上述專門硬件的手機或其它移動設(shè)備
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種基于音頻空氣傳輸?shù)氖謾C近距離通信方法，利用目前手機具有的拾音器和揚聲器，無需發(fā)射或接收任何電磁波或光波，實現(xiàn)手機之間，或手機與其它移動設(shè)備之間近距離內(nèi)的無線信息傳輸。本發(fā)明的實現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成
一種基于音頻空氣傳輸?shù)氖謾C近距離通信方法，包括發(fā)送方和接收方，所述發(fā)送方及接收方至少包括手機、電腦中的一種，所述發(fā)送方設(shè)有揚聲器，所述接收方設(shè)有拾音器，且所述發(fā)送方及接收方分別設(shè)置有運算處理芯片，其特征在于所述發(fā)送方通過運算處理芯片將欲發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為音頻信號并通過所述揚聲器發(fā)出；所述接收方通過拾音器接收所述音頻信號并通過所述運算處理芯片將所述音頻信號還原為所述數(shù)據(jù)。所述發(fā)送方具體發(fā)送步驟為將待發(fā)送的所述數(shù)據(jù)進行壓縮和編碼，然后進行信道編碼，并將信道編碼后的所述數(shù)據(jù)調(diào)制到所述發(fā)送設(shè)備支持的音頻上。所述壓縮是根據(jù)所述數(shù)據(jù)的種類進行選擇，采取不壓縮、先游程長度壓縮再霍夫曼壓縮、霍夫曼壓縮中的任意一種。所述發(fā)送設(shè)備上設(shè)置有拾音器，所述發(fā)送設(shè)備根據(jù)所述拾音器測量到的周圍環(huán)境噪音，選擇不同的調(diào)制、編碼方式。所述接收方的具體接收步驟為所述拾音器接收所述音頻信號并對其進行解調(diào)，然后對解調(diào)后的內(nèi)容進行信道譯碼糾錯，并進行解壓縮，得到所述數(shù)據(jù)。在通信過程中，所述發(fā)送方發(fā)送一定量數(shù)據(jù)后暫停，所述接收方根據(jù)接收狀況，向所述發(fā)送方發(fā)出繼續(xù)發(fā)送或重發(fā)，所述發(fā)送方根據(jù)指示繼續(xù)發(fā)送，或重發(fā)上次發(fā)送內(nèi)容。本發(fā)明的優(yōu)點是利用目前手機具有的拾音器和揚聲器，無需發(fā)射或接收任何電磁波或光波，實現(xiàn)手機之間，或手機與其它移動設(shè)備之間近距離內(nèi)的無線信息傳輸，不需要附加其它硬件，不需要發(fā)射或接收任何電磁波或光波，成本低廉，實現(xiàn)方便，還具備一定的抗干擾能力。


圖I是本發(fā)明中信息發(fā)送方工作流程 圖2是本發(fā)明中信息接收方工作流程圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖通過實施例對本發(fā)明特征及其它相關(guān)特征作進一步詳細說明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解
如圖1-2所示，圖中標記1-6分別為數(shù)據(jù)I、運算處理芯片2、揚聲器3、拾音器4、運算處理芯片5、信息6。實施例如圖1、2所示，本實施例中通信裝置分發(fā)送方和接收方，發(fā)送方上設(shè)置有運算處理芯片2和揚聲器3，用以將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)I通過運算處理芯片轉(zhuǎn)換為音頻信號并通過揚聲器3發(fā)出；接收方上設(shè)置有拾音器4和運算處理芯片5，拾音器4接收來自揚聲器3的音頻信號，運算處理芯片5將接收到的音頻信號還原為信息6，數(shù)據(jù)I即為信息6的原始形態(tài)?！け緦嵤├械倪\算處理芯片2、5，是現(xiàn)有手機和其它移動設(shè)備中都具有的IC微處理芯片，能進行緩存、壓縮/解壓、編/譯碼、調(diào)制/解調(diào)、輸入/輸出等信息處理功能。發(fā)送方的發(fā)送具體步驟如下
I、發(fā)送前通過拾音器監(jiān)聽環(huán)境噪聲，如果噪聲大于50分貝，則采用BPSK調(diào)制，信道編碼包括矩陣交織和RS碼的組合糾錯，記為速率級I ;如果噪聲介于40分貝到50分貝之間，則采用QPSK調(diào)制，信道編碼僅使用矩陣交織，記為速率級2 ;如果噪聲小于40分貝，則采用8PSK調(diào)制，信道編碼包括矩陣交織和RS碼的組合糾錯，記為速率級3。當沒有監(jiān)聽結(jié)果，或者發(fā)送通信過程本身的“確認”、“重發(fā)”內(nèi)容時，始終采用速率級I。2、將要發(fā)送的內(nèi)容分為二進制數(shù)據(jù)(以O(shè)標識)、普通文本(以I標識)、URL(以2標識)、通訊錄數(shù)據(jù)(以3標識)，由用戶對所發(fā)送的內(nèi)容作出選擇。根據(jù)需要發(fā)送的信息內(nèi)容不同，如果是二進制數(shù)據(jù)，則不進行壓縮；如果是普通文本，則先進行游程長度壓縮，然后進行霍夫曼壓縮；如果是URL或通訊錄數(shù)據(jù)，則進行霍夫曼壓縮。本實施例中所采用的兩種壓縮方式具體步驟如下
游程長度壓縮a)遍歷需要壓縮的內(nèi)容，如果發(fā)現(xiàn)有五個及以上連續(xù)重復的字符，則將這些連續(xù)的字符替換為三個字符“0xFE”，該字符表示游程長度編碼的標志；重復出現(xiàn)的字符本身；字符重復的次數(shù)。b)如果需要壓縮的內(nèi)容中本來就存在字符“OxFE”，則無論該字符是否五個及以上連續(xù)重復出現(xiàn)，都對其進行如步驟a)描述的編碼?；舴蚵鼔嚎sa)檢查字符在數(shù)據(jù)中的出現(xiàn)頻率。b)構(gòu)建哈夫曼樹。c)創(chuàng)建哈夫曼編碼表。d)生成壓縮后結(jié)果。3、對I處理后的數(shù)據(jù)分塊，每塊數(shù)據(jù)大小為368字節(jié)(2944比特)，在每塊前順次加上I字節(jié)速率級標志(I至3)、I字節(jié)數(shù)據(jù)類型標志(O至3)、I字節(jié)保留字段、I字節(jié)分塊編號(從O開始，每個塊遞增I)、I字節(jié)總分塊數(shù)量、2字節(jié)“本塊數(shù)據(jù)長度”(不包含前面加入的3個字節(jié)，以比特為單位)。加入的數(shù)據(jù)和分塊后的一塊數(shù)據(jù)組成375個字節(jié)(3000比特)的單元，如果有分塊數(shù)據(jù)長度不足370字節(jié)(2960比特)，則將實際長度記入“本塊數(shù)據(jù)長度”，數(shù)據(jù)塊末尾添加相應(yīng)數(shù)量的0，補足370字節(jié)(2960比特)。4、將前面處理得到的每一塊單獨生成CRC校驗值，形成攜帶有CRC校驗值的數(shù)據(jù)塊。本實施例中的CRC校檢碼采用的生成多項式記為G (X)，G (x) =x16+x12+x5+l，并且具有如下步驟
a)將待添加CRC校驗的數(shù)據(jù)比特流用信息多項式CU)表示，將CU)左移R位，則可表示成C(x)*2K，這樣CU)的右邊就會空出R位，這就是校驗碼的位置。b)將C(x)*2K得到的新序列，除以生成多項式G(X)，得到的余數(shù)就是校驗碼。c)將校驗碼放到步驟a中空出的R位上，形成添加了 CRC校驗的數(shù)據(jù)。5、本實施例以速率級I為例，將帶有校驗的數(shù)據(jù)采用一定參數(shù)和層次的RS碼和矩陣編碼進行信道編碼。信道編碼包括矩陣交織和RS碼的組合糾錯。無論對于速率級為多少的情況，一個發(fā)送過程的第一個數(shù)據(jù)塊，都采用速率級I的信道編碼方式。組合糾錯方式為RS碼為內(nèi)碼，矩陣交織為外碼。RS碼編碼采用循環(huán)碼的生成方法。采用的域生成多項式為x8+x7+x2+x+l，包括塊長度32符號、信息段長度24符號和校驗長度8符號，可糾正3個以下的隨機錯誤。矩陣交織深度為16，可把以傳輸過程中的突發(fā)錯誤轉(zhuǎn)換成隨機錯誤，從而有效保證傳輸過程的可靠性。6、本實施例以速率級I為例，將前面生成的數(shù)據(jù)，通過BPSK調(diào)制方式，調(diào)制到固定頻率的正弦波上，生成數(shù)字化的聲音數(shù)據(jù)。無論對于速率級為多少的情況，一個發(fā)送過程的第一個數(shù)據(jù)塊，都采用速率級I的調(diào)制方式。本實施例中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化聲音步驟如下取固定的聲音頻率fe=1500HZ，采樣率fs=30KSPSoa)得到兩個相位相差180度的1500Hz單頻序列，序列一記為，
f 本 η
5 , S1 (n) =cos —·,其中，η=1，2，3......;序列二記為 S2, S2(η)= —cos ~ ,其中，
1S
n=l，2，3......οb)創(chuàng)建數(shù)組A，其長度為待調(diào)制數(shù)據(jù)比特數(shù)的10倍。c)遍歷待調(diào)制數(shù)據(jù)的每個比特，當該比特為O時，在數(shù)組A添加10個值，這些值來自于對應(yīng)的S1 (η);當該比特為I時，在數(shù)組A添加10個值，這些值來自于對應(yīng)的S2 (η)。d)數(shù)組A中最后的值，即為調(diào)制之后的數(shù)據(jù)。7、通過設(shè)備將數(shù)字化的聲音轉(zhuǎn)化成模擬聲音發(fā)送，也就是播放聲音。8、如果連續(xù)發(fā)送的數(shù)據(jù)塊大于10個，當發(fā)送完第10個數(shù)據(jù)塊時，轉(zhuǎn)為接收狀態(tài)，等待接收方的“確認”或“重發(fā)”指令，決定繼續(xù)發(fā)送后面10個數(shù)據(jù)塊，還是重新發(fā)送前面已發(fā)送過的10個數(shù)據(jù)塊。接收方的接收具體步驟如下
首先，接收步驟基本上是發(fā)送步驟的逆過程。I、通過設(shè)備的錄音功能對聲音信號進行捕捉，得到數(shù)字化的聲音信號進行信號。2、對數(shù)字化的聲音信號進行檢測，當發(fā)現(xiàn)信號有明顯變大，超過一定門限，即認為有可能收到信號，開始進行下一步的解調(diào)處理。3、本實施例以速率級I為例，對信號進行BPSK解調(diào)，從中找到一個數(shù)據(jù)塊的開始位置和數(shù)據(jù)塊長度后，根據(jù)數(shù)據(jù)塊長度，持續(xù)解調(diào)完該數(shù)據(jù)塊。無論對于速率級為多少的情況，一個發(fā)送過程的第一個數(shù)據(jù)塊，都采用速率級I的方式解調(diào)。本實施例中的BPSK解調(diào)過程如下取固定的聲音頻率fs=1500Hz，采樣率fs=30KSPS。
f ___ d|c ηa)構(gòu)造單頻序列記為 S，S(n)=cos~^~，其中，η=ι，2, 3......。
Is b)將待解調(diào)數(shù)據(jù)與該序列相乘并濾波，得到新的序列，記為B。c)創(chuàng)建數(shù)組C，其長度為B的十分之一。d)對B序列中每10個值進行平均，如果平均值大于0，在C中添加I個為I的比特；如果小于等于0，在C中添加一個為O的比特。e)數(shù)組C中最后的值，即為解調(diào)之后的數(shù)據(jù)。4、將解調(diào)后的數(shù)據(jù)，進行RS碼和(或)矩陣編碼的信道譯碼，得到譯碼后的數(shù)據(jù)。本實施例以速率級I為例，但無論對于速率級為多少的情況，一個發(fā)送過程的第一個數(shù)據(jù)塊，都采用速率級I的信道譯碼。矩陣交織的譯碼過程是交織的逆過程。生成的時候使用m*n的矩陣，譯碼時把比特流輸入n*m的矩陣，輸出的比特流即為矩陣譯碼的數(shù)據(jù)。本實施例的譯碼過程如下
a)、計算伴隨式的值；
b)、依據(jù)伴隨式的值確定差錯定位多項式；
C)、求出錯誤位置值；
d)、根據(jù)錯誤位置求取錯誤值；
e)、對C、d步所標的錯誤位置和錯誤值進行糾正。5、對去擾后的數(shù)據(jù)進行CRC校驗，如果校驗通過，則進入下一步操作，如果校驗失敗，則停止操作，向用戶提示接收失敗。本實施例中CRC校檢過程如下將待校驗的數(shù)據(jù)比特流用信息多項式CU)表示，將CU)除以G(X)，如果能整除，余數(shù)為0，則校驗通過；否則校驗不通過。6、對通過CRC校驗的數(shù)據(jù)，如果是第一個數(shù)據(jù)塊，則提取其“速率級”的值供接收后續(xù)數(shù)據(jù)塊時使用，再根據(jù)數(shù)據(jù)塊起始位置的類型標志，對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)部分進行處理普通文本進行游程長度解壓和霍夫曼譯碼，對URL或通訊錄數(shù)據(jù)，進行霍夫曼譯碼，對二進制數(shù)據(jù)不進行處理。本實施例中的霍夫曼譯碼過程如下遍歷壓縮后的數(shù)據(jù)，每一次都從哈夫曼樹的根節(jié)點出發(fā)，遇到O時,進入節(jié)點的左子樹,遇到I時進入節(jié)點的右子樹，直到到達葉子節(jié)點為止，并取得最終的字符。重復這一過程，直到所有字符都已經(jīng)解碼。該過程也等同于通過查詢霍夫曼編碼表得到對應(yīng)的字符。本實施例中的游程長度壓縮譯碼過程如下a)遍歷需要解壓縮的內(nèi)容，如果發(fā)現(xiàn)“OxFE”，則將其后的一個字符，重復N遍，其中N為被重復字符后面一個字符所表示的數(shù)值。b)用前面步驟得到的N個字符，替代以“OxFE”開始的三個字符。7、將前面處理結(jié)果緩存起來，根據(jù)步驟6中得到的數(shù)據(jù)塊總數(shù)和當前塊編號，如果尚未處理完所有數(shù)據(jù)塊，則返回I繼續(xù)檢測信號。如果達到連續(xù)處理了 10個數(shù)據(jù)塊，則根據(jù)這10個數(shù)據(jù)塊CRC校驗的情況，全通過則發(fā)送“確認”，要求發(fā)送方繼續(xù)發(fā)送10個數(shù)據(jù)塊；有不通過的情況，則發(fā)送“重發(fā)”，要求發(fā)送方重新發(fā)送前面的10個數(shù)據(jù)塊?！按_認”和“重發(fā)”分別是內(nèi)容為O或I的特殊數(shù)據(jù)塊。
8、如果已經(jīng)處理完最后一個數(shù)據(jù)塊，則將前面所有緩存的數(shù)據(jù)塊合并，得到發(fā)送方發(fā)送出來的數(shù)據(jù)。9、根據(jù)需求，將上一步得到的發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)進行顯示或根據(jù)數(shù)據(jù)類別標識作后續(xù)處理。然后返回I繼續(xù)檢測信號。本實施例在具體實施時通信裝置分發(fā)送方和接收方，可以是具有音頻發(fā)送功能(揚聲器)和接收功能(拾音器)，以及運算處理能力的手機、平板電腦、電腦、POS機終端、簽到終端、廣告終端等。發(fā)送方和接收方之間是通過聲音進行無線信息傳輸。僅通過軟件實現(xiàn)信息傳輸功能。應(yīng)用場景包括電腦向手機發(fā)送一段文本、手機之間傳送通訊錄、手機向POS終端傳送銀行卡號、密碼完成支付、廣告終端向手機發(fā)送URL鏈接到廣告網(wǎng)頁等。
權(quán)利要求
1.一種基于音頻空氣傳輸?shù)氖謾C近距離通信方法，包括發(fā)送方和接收方，所述發(fā)送方及接收方至少包括手機、電腦中的一種，所述發(fā)送方設(shè)有揚聲器，所述接收方設(shè)有拾音器，且所述發(fā)送方及接收方分別設(shè)置有運算處理芯片，其特征在于所述發(fā)送方通過運算處理芯片將欲發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為音頻信號并通過所述揚聲器發(fā)出；所述接收方通過拾音器接收所述音頻信號并通過所述運算處理芯片將所述音頻信號還原為所述數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于音頻空氣傳輸?shù)氖謾C近距離通信方法，其特征在于所述發(fā)送方具體發(fā)送步驟為將待發(fā)送的所述數(shù)據(jù)進行壓縮和編碼，然后進行信道編碼，并將信道編碼后的所述數(shù)據(jù)調(diào)制到所述發(fā)送設(shè)備支持的音頻上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于音頻空氣傳輸?shù)氖謾C近距離通信方法，其特征在于所述壓縮是根據(jù)所述數(shù)據(jù)的種類進行選擇，采取不壓縮、先游程長度壓縮再霍夫曼壓縮、霍夫曼壓縮中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于音頻空氣傳輸?shù)氖謾C近距離通信方法，其特征在于所述發(fā)送設(shè)備上設(shè)置有拾音器，所述發(fā)送設(shè)備根據(jù)所述拾音器測量到的周圍環(huán)境噪音，選擇不同的調(diào)制、編碼方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于音頻空氣傳輸?shù)氖謾C近距離通信方法，其特征在于所述接收方的具體接收步驟為所述拾音器接收所述音頻信號并對其進行解調(diào)，然后對解調(diào)后的內(nèi)容進行信道譯碼糾錯，并進行解壓縮，得到所述數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于音頻空氣傳輸?shù)氖謾C近距離通信方法，其特征在于在通信過程中，所述發(fā)送方發(fā)送一定量數(shù)據(jù)后暫停，所述接收方根據(jù)接收狀況，向所述發(fā)送方發(fā)出繼續(xù)發(fā)送或重發(fā)，所述發(fā)送方根據(jù)指示繼續(xù)發(fā)送，或重發(fā)上次發(fā)送內(nèi)容。
全文摘要
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，具體涉及一種基于音頻空氣傳輸?shù)氖謾C近距離通信方法，其特征在于所述發(fā)送方通過運算處理芯片將欲發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為音頻信號并通過所述揚聲器發(fā)出；所述接收方通過拾音器接收所述音頻信號并通過所述運算處理芯片將所述音頻信號還原為所述數(shù)據(jù)。本發(fā)明的優(yōu)點是利用目前手機具有的拾音器和揚聲器，無需發(fā)射或接收任何電磁波或光波，實現(xiàn)手機之間，或手機與其它移動設(shè)備之間近距離內(nèi)的無線信息傳輸，不需要附加其它硬件，不需要發(fā)射或接收任何電磁波或光波，成本低廉，實現(xiàn)方便，還具備一定的抗干擾能力。
文檔編號H04B5/00GK102891927SQ20121024519
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月17日
發(fā)明者白壯 申請人:白壯