專(zhuān)利名稱(chēng)：基于qr碼的無(wú)反饋單向數(shù)據(jù)傳輸方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種基于QR碼的無(wú)反饋單向數(shù)據(jù)傳輸方法及裝置，屬于信息通信領(lǐng)域，特別涉及物理隔離網(wǎng)絡(luò)間的單向數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。
背景技術(shù)：
在政務(wù)信息化建設(shè)的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到需要在內(nèi)外網(wǎng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的情況。如在內(nèi)網(wǎng)公文處理平臺(tái)產(chǎn)生了新的文件，需要以短信形式通知相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，而根據(jù)保密要求，內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)是不能連接互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信設(shè)備的。如果使用網(wǎng)閘等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，成本比較高；而生成中間文件再刻盤(pán)的方式，又影響了工作效率，并帶來(lái)一定的耗費(fèi)。迫切需要一種能在內(nèi)外網(wǎng)物理隔離的環(huán)境下成本低廉的數(shù)據(jù)交換解決方案。 二維碼技術(shù)是近些年發(fā)展起來(lái)的一種新型的編碼方法，廣泛應(yīng)用于物流、身份識(shí)另IJ、數(shù)據(jù)交換等領(lǐng)域。它是用某種特定的集合圖形按一定規(guī)律在平面分布的黑白相間的圖形記錄數(shù)據(jù)符號(hào)信息的。二維碼有許多編碼算法，常用的有Data Matrix,PDF417,QR Code等。QR碼(Quick Response Code)是由Denso-Wave公司發(fā)明的二維碼編碼,這種編碼具備全方位、高速讀取特性，且存儲(chǔ)信息量大、糾錯(cuò)性能好，最大可存儲(chǔ)2K字節(jié)數(shù)據(jù)，最高糾錯(cuò)等級(jí)可以糾錯(cuò)約30%的數(shù)據(jù)碼字。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過(guò)將QR碼技術(shù)作為信息載體，公開(kāi)一種基于QR碼的無(wú)反饋單向數(shù)據(jù)傳輸方法和裝置。本發(fā)明所述的方法，其技術(shù)方案包括帶有QR編碼模塊及展示模塊的發(fā)送端和帶有攝像模塊及QR解碼模塊的接收端，其步驟為
(1)初始化發(fā)送端和接收端系統(tǒng)之間的最大時(shí)鐘誤差N和每幅QR碼圖像連續(xù)重復(fù)顯示次數(shù)M ;
(2)發(fā)送端的QR編碼模塊將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)按可轉(zhuǎn)換的容量進(jìn)行分割后，由QR圖像序列號(hào)、時(shí)間戳和分割后的數(shù)據(jù)按順序組合并編碼成QR碼圖像序列，其中，同步數(shù)據(jù)由圖像序列號(hào)和時(shí)間戳組成，且每個(gè)原始分割部分在序列中連續(xù)重復(fù)M次；
(3)將編碼后的QR碼圖像序列按圖像序列號(hào)順序由發(fā)送端的QR展示模塊顯示；
(4)接收端的攝像模塊采集發(fā)送端QR展示模塊的圖像；
(5)接收端中的解碼模塊對(duì)上述的QR碼圖像進(jìn)行解碼；
(6)提取出的時(shí)間戳信息和圖像序列號(hào)信息，判斷傳輸正確性
若接收端的時(shí)差超過(guò)N秒或圖像序列號(hào)差值超過(guò)閾值M，則判定傳輸出錯(cuò)，終止運(yùn)行；否則，將解碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行重組，輸出最后的結(jié)果。在本發(fā)明中，M為單幀QR圖像的重放次數(shù)，為了提高在無(wú)反饋條件下系統(tǒng)的可用性采取的一種冗余措施。具體說(shuō)來(lái)，每幀QR圖像都有一個(gè)唯一的圖像序列號(hào)，如1，2，3，4，5，....N。當(dāng)M=2時(shí)，(1,2)和(3、4)幀圖像所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容是完全一致的。當(dāng)系統(tǒng)傳輸環(huán)境被破壞，接收端接收到的圖像序列連續(xù)2個(gè)圖像丟失，此時(shí)有30%的概率丟失傳輸信息，而一旦有連續(xù)3個(gè)圖像丟失，則有100%的概率丟失了信息，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法正常傳輸，判定傳輸失敗。N是發(fā)射端和接收端時(shí)鐘的差，通過(guò)對(duì)N的數(shù)值進(jìn)行判斷，確定本發(fā)明在運(yùn)行時(shí)是否進(jìn)行了連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸當(dāng)沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，系統(tǒng)要保持穩(wěn)定的連接狀態(tài)，以便能快速轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)。因此，簡(jiǎn)單的通過(guò)比較發(fā)送端的時(shí)間戳信息和接收端時(shí)鐘的差值，只要能保持在一個(gè)較小的范圍內(nèi)，即N，就表明處于同步狀態(tài)。另外，由于接收端攝像頭受設(shè)備時(shí)鐘控制，定時(shí)抓拍QR圖像，正常情況下系統(tǒng)兩端的時(shí)鐘差應(yīng)保持恒定的差值。如果任何一端的時(shí)鐘不夠穩(wěn)定，導(dǎo)致這個(gè)時(shí)鐘差逐漸增大，則說(shuō)明系統(tǒng)處于不穩(wěn)定的工作環(huán)境。本發(fā)明中，按單幀QR碼圖像的最大信息量進(jìn)行數(shù)據(jù)分割，最大信息量的值由攝像頭品質(zhì)決定，取值范圍為QR版本廣40。為方便，兩者的同步時(shí)間差N—般不大于10秒，發(fā)送端對(duì)編碼信號(hào)進(jìn)行顯示時(shí)，其重復(fù)次數(shù)M —般為2-5次。在上述方案中，在對(duì)被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行分割編碼時(shí)，可以按照不同的信息量進(jìn)行分割，但最好是按QR碼允許的最大信息量進(jìn)行分割，從而提高數(shù)據(jù)傳輸速度。實(shí)現(xiàn)上述基于QR碼的無(wú)反饋單向數(shù)據(jù)傳輸方法的裝置，包括帶有時(shí)鐘模塊發(fā)送端和接收端，發(fā)送端中依次連接有數(shù)據(jù)分塊模塊、QR編碼模塊和QR展示模塊；其接收端包括攝像模塊、QR解碼模塊、同步檢測(cè)模塊和數(shù)據(jù)重組模塊。其中，發(fā)送端(I)或接收端(2 )可采用設(shè)置有實(shí)現(xiàn)QR碼發(fā)送和接收及處理(編碼、解碼)的手機(jī)、PDA、計(jì)算機(jī)或其它公知的裝置。本發(fā)明由上述方案可知，本發(fā)明在確保網(wǎng)絡(luò)物理隔離的前提下，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的單向傳輸，從而保證了傳輸?shù)陌踩?。另外，本發(fā)明基于QR碼自身所具備的糾錯(cuò)機(jī)制，可使用普通家用攝像頭直接采集LCD屏顯示的QR圖像，克服了攝像頭采集圖像固有的形變、模糊等問(wèn)題，能夠有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。它還具有下列優(yōu)點(diǎn)
I、本發(fā)明采用普通攝像頭作為QR碼采集設(shè)備、IXD屏作為QR碼顯示設(shè)備，硬件成本較低。2、本發(fā)明通過(guò)傳輸QR碼圖像序列進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，發(fā)送端和接收端之間無(wú)反饋信號(hào)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯蜗蛱卣髦庇^、可靠。3、本發(fā)明提出的數(shù)據(jù)傳輸方法解決了無(wú)反饋條件下，如何確保傳輸數(shù)據(jù)正確性的問(wèn)題，從而保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，更加適于實(shí)用。


圖I為本發(fā)明基于QR碼的無(wú)反饋單向數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的原理 圖2為本發(fā)明基于QR碼的無(wú)反饋單向數(shù)據(jù)傳輸方法的流程具體實(shí)施方式
如圖I所示，本發(fā)明的設(shè)備包括發(fā)送端和接收端，它們均為PC機(jī)，發(fā)送端中包括相互連接的數(shù)據(jù)分塊模塊、QR編碼模塊和QR展示模塊。接收端中包括相互連接的攝像模塊、QR解碼模塊、同步檢測(cè)模塊和數(shù)據(jù)重組模塊。發(fā)送端和接收端中各模塊的連接方式采用現(xiàn)有技術(shù)。在發(fā)送端中，其展示模塊采用現(xiàn)有的LCD屏幕，而接收設(shè)備中的攝像模塊采用普通攝像頭。本實(shí)施例中的發(fā)射端和接收端可采用手機(jī)、PDA、計(jì)算機(jī)或其它公知的裝置。利用該設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)無(wú)反饋單向傳輸?shù)姆椒ㄈ鐖D2所示，具體步驟如下
(I)初始化發(fā)送端和接收端系統(tǒng)中的最大同步時(shí)鐘誤差N和顯示重復(fù)次數(shù)M
Ca)同步時(shí)鐘。在同步工作方式下，需要設(shè)置發(fā)射端PCl和接收端PC2的時(shí)鐘同步，其誤差不超過(guò)閾值N秒(N〈=10)；
(b)QR碼圖像尺寸。QR碼中嵌入的信息越多，形成的QR碼尺寸越大，對(duì)展示設(shè)備和攝像設(shè)備的要求就越高，因此在設(shè)備性能一般的情況下，往往設(shè)置較少的信息容量和較高的糾錯(cuò)級(jí)別。最大信息量一般取值范圍為QR版本廣40 ；
(c)重放次數(shù)M的設(shè)置。重復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)是在無(wú)反饋情況下提高系統(tǒng)可用性的一種方法，但太高的重放次數(shù)導(dǎo)致傳輸?shù)乃俾蔬^(guò)慢。經(jīng)驗(yàn)顯示，設(shè)置重放次數(shù)為2是比較折中的參數(shù)；
(d)穩(wěn)定的工作環(huán)境。攝像頭采集QR碼圖像需要穩(wěn)定的工作環(huán)境，任何震動(dòng)或光線的變化都將影響采集圖像的質(zhì)量。因此應(yīng)將攝像頭進(jìn)行有效的固定，并且提供良好、均勻的光照。(2)發(fā)送端的QR編碼模塊將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)按可轉(zhuǎn)換的容量進(jìn)行分割后將分割而成的每部分編碼，以及由圖像序列號(hào)和時(shí)間戳組成的同步數(shù)據(jù)，順序組合并編碼為QR圖像序列，其中每個(gè)原始分割部分在序列中連續(xù)重復(fù)M次。(3)將編碼后的QR碼圖像序列由發(fā)送端的QR展示模塊發(fā)送端的IXD屏幕中順序顯不。(4)接收端PC2的攝像頭采集到發(fā)送端IXD屏幕中的QR圖像。(5)接收端中的解碼模塊對(duì)上述的QR碼圖像逐個(gè)進(jìn)行解碼。(6)提取每幀QR碼圖像中同步標(biāo)志的時(shí)間戳信息和圖像序列號(hào)信息，然后進(jìn)行對(duì)錯(cuò)判斷
如解碼的時(shí)間戳信息與接收端的設(shè)備時(shí)差超過(guò)N秒或圖像序列號(hào)差值超過(guò)閾值M，則判定傳輸失敗，系統(tǒng)發(fā)出同步錯(cuò)誤告警，本次傳輸終止，由監(jiān)控人員調(diào)整設(shè)備或參數(shù)后重新傳輸。如時(shí)差、圖像序列號(hào)差值均在規(guī)定數(shù)值范圍內(nèi)，則接收端的數(shù)據(jù)重組模塊將解碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行重組，還原得到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，完成一次數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程。
權(quán)利要求
1.一種基于QR碼的無(wú)反饋單向數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征是它包括帶有QR編碼模塊及展示模塊的發(fā)送端和帶有攝像模塊及QR解碼模塊的接收端，其步驟為 (1)初始化發(fā)送端和接收端系統(tǒng)之間的最大時(shí)鐘誤差N和每幅QR碼圖像連續(xù)重復(fù)顯示次數(shù)M ; (2)發(fā)送端的QR編碼模塊將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)按可轉(zhuǎn)換的容量進(jìn)行分割后，由QR圖像序列號(hào)、時(shí)間戳和分割后的數(shù)據(jù)按順序組合并編碼成QR碼圖像序列，其中，同歩數(shù)據(jù)由圖像序列號(hào)和時(shí)間戳組成，且每個(gè)原始分割部分在序列中連續(xù)重復(fù)M次； (3)將編碼后的QR碼圖像序列按圖像序列號(hào)順序由發(fā)送端的QR展示模塊顯示； (4)接收端的攝像模塊采集發(fā)送端QR展示模塊的圖像； (5)接收端中的解碼模塊對(duì)上述的QR碼圖像進(jìn)行解碼； (6)提取出的時(shí)間戳信息和圖像序列號(hào)信息，判斷傳輸正確性 若接收端的時(shí)差超過(guò)N秒或圖像序列號(hào)差值超過(guò)閾值M，則判定傳輸出錯(cuò)，終止運(yùn)行；否則，將解碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行重組，輸出最后的結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于QR碼的無(wú)反饋單向數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征是按單幀QR碼圖像的最大信息量進(jìn)行數(shù)據(jù)分割，最大信息量的值取值范圍為QR版本廣40。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于QR碼的無(wú)反饋單向數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征是同步時(shí)間差N—般小于等于10秒；發(fā)送端對(duì)編碼信號(hào)進(jìn)行顯示時(shí)，其重復(fù)次數(shù)M為2-5次。
4.一種基于QR碼的無(wú)反饋單向數(shù)據(jù)傳輸裝置，其特征是它包括帶有時(shí)鐘模塊的發(fā)送端和接收端，發(fā)送端中依次連接有數(shù)據(jù)分塊模塊、QR編碼模塊和QR展示模塊；其接收端包括攝像模塊、QR解碼模塊、同步檢測(cè)模塊和數(shù)據(jù)重組模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于QR碼的無(wú)反饋單向數(shù)據(jù)傳輸裝置，其特征是所述發(fā)送端(I)或接收端(2)為手機(jī)或PDA或計(jì)算機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明屬于信息通信領(lǐng)域，特別涉及物理隔離網(wǎng)絡(luò)間的單向數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。它包括帶有QR編碼模塊及展示模塊的發(fā)送端和帶有攝像模塊及QR解碼模塊的接收端，其步驟為將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為由QR圖像序列號(hào)、時(shí)間戳和分割后的數(shù)據(jù)按順序組合并編碼成QR碼圖像序列；將編碼后的QR碼圖像序列由發(fā)送端的QR展示模塊顯示；接收端采集發(fā)送端QR展示模塊的圖像后對(duì)上述的QR碼圖像進(jìn)行解碼；提取出的時(shí)間戳信息和圖像序列號(hào)信息，判斷傳輸正確性；若判定傳輸出錯(cuò)，終止運(yùn)行；否則，將解碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行重組，輸出最后的結(jié)果。本發(fā)明通過(guò)傳輸QR碼圖像序列進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，發(fā)送端和接收端之間無(wú)反饋信號(hào)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯蜗蛱卣髦庇^、可靠。而且，本發(fā)明解決了無(wú)反饋條件下，如何確保傳輸數(shù)據(jù)正確性的問(wèn)題，從而保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，更加適于實(shí)用。
文檔編號(hào)H04L1/00GK102983938SQ20121045275
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者張劍, 孫鵬, 張電, 王一鳴, 宋文政 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍72671部隊(duì)