兼容智能手機(jī)的可見光通信系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種兼容智能手機(jī)的可見光通信系統(tǒng)，包括部分信息選擇模塊、部分信息編碼器、全部信息編碼器、可見光通信調(diào)制器、LED陣列、專用接收設(shè)備及智能手機(jī)，部分信息編碼器、全部信息編碼器的輸入端分別與信息選擇模塊連接，輸出端分別與可見光通信調(diào)制器連接，可見光通信調(diào)制器與LED陣列連接，專用接收設(shè)備及智能手機(jī)分別接收LED陣列發(fā)出的可見光信號，得到全部或部分發(fā)送信息的估計(jì)值。該兼容智能手機(jī)的可見光通信系統(tǒng)可以利用智能手機(jī)或帶有高速攝像頭的專用接收設(shè)備作為接收設(shè)備，擴(kuò)展了MIMO可見光通信的應(yīng)用范圍，同時(shí)在使用專用接收設(shè)備時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對部分發(fā)送信息的分集接收，從而降低部分發(fā)送信息傳輸時(shí)的錯(cuò)誤概率。
【專利說明】兼容智能手機(jī)的可見光通信系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種兼容智能手機(jī)的可見光通信系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在多入多出(Multiple Input Multiple Output, ΜΙΜΟ)可見光通信系統(tǒng)中，在發(fā)送端，通過單獨(dú)控制LED陣列中各LED閃爍，可以實(shí)現(xiàn)傳輸多路可見光信號的并行傳輸，從而提高系統(tǒng)的整體傳輸速率和系統(tǒng)容量。為了不使可見光通信對人的正常生活造成干擾，需要設(shè)定一個(gè)較高的LED的閃爍頻率值。
[0003]相應(yīng)的在接收端，需要利用圖像傳感器接收可見光信號，并使用數(shù)字圖像處理的方法從中獲得LED陣列中各LED的瞬時(shí)狀態(tài)。當(dāng)LED的閃爍頻率較高時(shí)，圖像傳感器也需要較高的響應(yīng)速率。而具有較高響應(yīng)速率的圖像傳感器，其成本也都非常高昂。同時(shí)，高速的數(shù)字圖像處理也要求接收端設(shè)備具有較高的運(yùn)算能力，響應(yīng)的也對應(yīng)著較高的成本。而接收端較高的成本，在很大程度上制約了 MMO可見光通信系統(tǒng)的推廣和發(fā)展。
[0004]近年來，智能手機(jī)經(jīng)歷了迅速的發(fā)展和普及，如果能將其作為MMO可見光通信系統(tǒng)的接收端設(shè)備，必將會極大的降低該系統(tǒng)的成本、加速該系統(tǒng)的推廣和發(fā)展?，F(xiàn)在的智能手機(jī)均配有較高像素的攝像頭，其CPU也具有較強(qiáng)的運(yùn)算能力，同時(shí)也可以較為方便的將數(shù)字圖像處理的算法移植到智能手機(jī)中。但是，由于其攝像頭不具有較高的響應(yīng)速率，無法應(yīng)用于現(xiàn)有的MMO可見光通信系統(tǒng)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:為了提供一種兼容智能手機(jī)的可見光通信系統(tǒng)，可以利用智能手機(jī)或帶有高速攝像頭的專用接收設(shè)備作為接收設(shè)備，擴(kuò)展了 MMO可見光通信的應(yīng)用范圍。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種兼容智能手機(jī)的可見光通信系統(tǒng)，包括發(fā)送設(shè)備及接收設(shè)備，所述發(fā)送設(shè)備包括:
部分信息選擇模塊，用于從發(fā)送信息中選擇出部分單獨(dú)傳輸?shù)男畔ⅲ?br> 部分信息編碼器，與部分信息選擇模塊相連，用于將部分信息選擇模塊選擇出的信息進(jìn)行較低速率的編碼；
全部信息編碼器，與部分信息選擇模塊相連，用于將全部的發(fā)送信息進(jìn)行較高速率的編碼；
可見光通信調(diào)制器，分別與部分信息編碼器、全部信息編碼器相連，用于將部分信息編碼器、全部信息編碼器輸出的編碼信號轉(zhuǎn)換為LED陣列中各LED的驅(qū)動(dòng)信號；
LED陣列，與可見光通信調(diào)制器相連，用于利用可見光通信調(diào)制器輸出的驅(qū)動(dòng)信號驅(qū)動(dòng)陣列中的各led,從而輸出可見光信號；
所述接收設(shè)備包括:
專用接收設(shè)備，用于以較高速率采集包含完整LED陣列的圖像，并從中提取出LED陣列中各LED所對應(yīng)的較高速率碼字序列，解碼后最終得到全部信息的估計(jì)值；
智能手機(jī)，用于以較低速率采集包含完整LED陣列的圖像，并從中提取出LED陣列中各LED所對應(yīng)的較低速率碼字序列，解碼后最終得到部分信息的估計(jì)值。
[0007]所述專用接收設(shè)備包括:
高速攝像頭，用于以較高速率采集包含完整LED陣列的圖像；
專用圖像處理模塊，用于從高速攝像頭所采集的圖像中提取LED陣列中各LED所對應(yīng)的較高速率碼字序列；
全部信息解碼器，用于對LED陣列中各LED所對應(yīng)的較高速率碼字序列進(jìn)行解碼，得到全部信息的估計(jì)值。
[0008]所述智能手機(jī)包括:
攝像頭，用于以較低速率采集包含完整LED陣列的圖像；
手機(jī)圖像處理模塊，用于從攝像頭所采集的圖像中提取LED陣列中各LED所對應(yīng)的較低速率碼字序列；
部分信息解碼器，用于對LED陣列中各LED所對應(yīng)的較低速率碼字序列進(jìn)行解碼，得到部分信息的估計(jì)值。
[0009]其中，手機(jī)圖像處理模塊和專用圖像處理模塊都是用于從圖像采集模塊所采集的圖像中提取LED陣列中各LED所對應(yīng)的碼字序列，手機(jī)圖像處理模塊和專用圖像處理模塊均包括依次連接的LED陣列區(qū)域判定模塊、LED區(qū)域判定模塊、二值化閾值獲取模塊及二值化模塊。
[0010]所述發(fā)送設(shè)備在傳輸全部的發(fā)送信息時(shí)，發(fā)送信息中的一部分也被同時(shí)單獨(dú)的傳輸。
[0011]所述接收設(shè)備可以使用專用接收設(shè)備以接收全部的發(fā)送信息，也可以使用智能手機(jī)作為接收設(shè)備來接收發(fā)送信息中的一部分信息。在專用接收設(shè)備中，使用工業(yè)用高速攝像頭作為圖像采集模塊，使用PC機(jī)或FPGA作為圖像處理模塊及解碼器。在智能手機(jī)中，使用手機(jī)自帶攝像頭作為圖像采集模塊，并通過在手機(jī)上開發(fā)應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)圖像處理模塊及解碼器的功能。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
(O本發(fā)明在傳輸全部的發(fā)送信息時(shí)，同時(shí)以較低速率單獨(dú)的傳輸發(fā)送信息中的部分信息，從而可以利用智能手機(jī)作為接收設(shè)備，擴(kuò)展了 MMO可見光通信的應(yīng)用范圍；
(2)在使用專用接收設(shè)備時(shí)，也可以獨(dú)立的獲得單獨(dú)傳輸?shù)陌l(fā)送信息中的部分信息，得到分集接收的效果，從而可以降低部分信息傳輸時(shí)的錯(cuò)誤概率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0014]圖1是本發(fā)明兼容智能手機(jī)的可見光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明兼容智能手機(jī)的可見光通信系統(tǒng)的專用接收設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明兼容智能手機(jī)的可見光通信系統(tǒng)的智能手機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明兼容智能手機(jī)的可見光通信系統(tǒng)的可見光通信調(diào)制器的輸入輸出示例； 圖5是本發(fā)明兼容智能手機(jī)的可見光通信系統(tǒng)的專用圖像處理模塊或手機(jī)圖像處理模塊的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0016]如圖1所示，一種兼容智能手機(jī)的可見光通信系統(tǒng)，包括發(fā)送設(shè)備及接收設(shè)備，所述發(fā)送設(shè)備包括信息選擇模塊、部分信息編碼器、全部信息編碼器、可見光通信調(diào)制器及LED陣列，所述信息選擇模塊分別與部分信息編碼器、全部信息編碼器連接，所述部分信息編碼器、全部信息編碼器輸出端分別與可見光通信調(diào)制器連接，所述可見光通信調(diào)制器與LED陣列連接，所述接收設(shè)備包括專用接收設(shè)備及智能手機(jī)。
[0017]如圖2所示，所述專用接收設(shè)備包括依次相連的工業(yè)高速攝像頭、專用圖像處理模塊及全部信息解碼器。
[0018]如圖3所示，所述智能手機(jī)包括依次相連的攝像頭、手機(jī)圖像處理模塊及部分信息解碼器。
[0019]發(fā)送信息輸入到發(fā)送設(shè)備之后，首先通過部分信息選擇模塊，選擇出需要單獨(dú)傳輸?shù)牟糠中畔?；然后將選擇出的部分信息通過部分信息編碼器轉(zhuǎn)換為較低速率的二進(jìn)制編碼，同時(shí)將發(fā)送信號的全部信息通過全部信息編碼器轉(zhuǎn)換為較高速率的二進(jìn)制編碼；接著通過可見光通信調(diào)制器將部分信息編碼器及全部信息編碼器輸出的編碼信號轉(zhuǎn)換為LED陣列中各LED的驅(qū)動(dòng)信號；最后利用得到的LED驅(qū)動(dòng)信號分別驅(qū)動(dòng)LED陣列中的各個(gè)LED，從而輸出可見光信號。在接收設(shè)備中，可以使用專用接收設(shè)備來接收全部信息，也可以使用智能手機(jī)來接收部分信息。在專用接收設(shè)備中，使用工業(yè)用高速攝像頭作為圖像采集模塊，使用PC機(jī)或FPGA作為圖像處理模塊及解碼器。在智能手機(jī)中，使用手機(jī)自帶攝像頭作為圖像采集模塊，并通過在手機(jī)上開發(fā)應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)圖像處理模塊及解碼器的功能。專用接收設(shè)備和智能手機(jī)的工作流程相同。首先使用圖像采集模塊得到包含完整LED陣列在內(nèi)的圖像；接著利用圖像處理模塊得到LED陣列中每個(gè)LED對應(yīng)的碼字序列；最后通過解碼器對每個(gè)LED對應(yīng)的編碼信號序列進(jìn)行解碼，從而獲得全部信息或部分信息的估計(jì)值。
[0020]如圖4所示的可見光通信調(diào)制器的一個(gè)輸入輸出示例。在這里，假設(shè)LED陣列中只有一個(gè)LED存在，當(dāng)LED陣列中存在多個(gè)LED時(shí)，需要首先將輸入可見光通信調(diào)制器的編碼進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為與LED數(shù)量相同的并行序列，相應(yīng)的可見光通信調(diào)制器的輸出為多路并行的電脈沖序列。從圖中可以看出，可見光通信調(diào)制器的輸出為一個(gè)頻率為K*L Hz的電脈沖序列，其中K*L由專用接收設(shè)備中的工業(yè)用高速攝像頭的響應(yīng)速率決定，K由智能手機(jī)自帶的攝像頭的響應(yīng)速率決定?？梢姽馔ㄐ耪{(diào)制器輸出的電脈沖序列幅度值由部分信息編碼和全部信息編碼共同決定。當(dāng)輸入的部分信息編碼位為“I”時(shí)，若同時(shí)輸入的全部信息編碼位為“1”，則輸出的電脈沖幅度值為Al ;若同時(shí)輸入的全部信息編碼位為“0”，則輸出的電脈沖幅度值為O。類似的當(dāng)輸入的部分信息編碼位為“O”時(shí),若同時(shí)輸入的全部信息編碼位為“1”，則輸出的電脈沖幅度值為AO ;若同時(shí)輸入的全部信息編碼位為“0”，則輸出的電脈沖幅度值為O。
[0021]如圖5所示的專用圖像處理模塊或手機(jī)圖像處理模塊的工作流程。手機(jī)自帶的攝像頭或工業(yè)用高速攝像頭所采集到的圖像輸入專用圖像處理模塊或手機(jī)圖像處理模塊之后，首先通過匹配的方法判定并分離出圖像中表示LED陣列的區(qū)域。然后，判定出LED陣列中各LED所分別對應(yīng)的區(qū)域，再根據(jù)圖像情況獲取出二值化閾值之后，通過二值化得到各LED所對應(yīng)的瞬時(shí)狀態(tài)，從而獲得與全部信息或部分信息對應(yīng)的碼字序列。在使用智能手機(jī)作為接收設(shè)備時(shí)，可直接將以整個(gè)LED陣列區(qū)域中的平均亮度作為閾值，在進(jìn)行二值化之后，得到的就是與部分信息對應(yīng)的碼字序列。在使用專用接收設(shè)備時(shí)，需要根據(jù)不同幅度脈沖所對應(yīng)的亮度的比例關(guān)系，利用平均亮度確定出AO所對應(yīng)的亮度之后，將AO的一半作為閾值，在進(jìn)行二值化之后，得到的就是與全部信息對應(yīng)的碼字序列。若在使用專用接收設(shè)備時(shí)，對接收到的L幅連續(xù)畫面進(jìn)行疊加，并用平均亮度作為閾值，則也可以獲得與部分信息對應(yīng)的碼字序列。
[0022]以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種兼容智能手機(jī)的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于，包括發(fā)送設(shè)備及接收設(shè)備，所述發(fā)送設(shè)備包括: 部分信息選擇模塊，用于從發(fā)送信息中選擇出部分單獨(dú)傳輸?shù)男畔ⅲ? 部分信息編碼器，與部分信息選擇模塊相連，用于將部分信息選擇模塊選擇出的信息進(jìn)行較低速率的編碼； 全部信息編碼器，與部分信息選擇模塊相連，用于將全部的發(fā)送信息進(jìn)行較高速率的編碼； 可見光通信調(diào)制器，分別與部分信息編碼器、全部信息編碼器相連，用于將部分信息編碼器、全部信息編碼器輸出的編碼信號轉(zhuǎn)換為LED陣列中各LED的驅(qū)動(dòng)信號； LED陣列，與可見光通信調(diào)制器相連，用于利用可見光通信調(diào)制器輸出的驅(qū)動(dòng)信號驅(qū)動(dòng)陣列中的各led,從而輸出可見光信號； 所述接收設(shè)備包括: 專用接收設(shè)備，用于以較高速率采集包含完整LED陣列的圖像，并從中提取出LED陣列中各LED所對應(yīng)的較高速率碼字序列，解碼后最終得到全部信息的估計(jì)值； 智能手機(jī)，用于以較低速率采集包含完整LED陣列的圖像，并從中提取出LED陣列中各LED所對應(yīng)的較低速率碼字序列，解碼后最終得到部分信息的估計(jì)值。
2.如權(quán)利要求1所述的兼容智能手機(jī)的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述專用接收設(shè)備包括: 高速攝像頭，用于以較高速率采集包含完整LED陣列的圖像； 專用圖像處理模塊，用于從高速攝像頭所采集的圖像中提取LED陣列中各LED所對應(yīng)的較高速率碼字序列； 全部信息解碼器，用于對LED陣列中各LED所對應(yīng)的較高速率碼字序列進(jìn)行解碼，得到全部信息的估計(jì)值。
3.如權(quán)利要求1所述的兼容智能手機(jī)的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述智能手機(jī)包括: 攝像頭，用于以較低速率采集包含完整LED陣列的圖像； 手機(jī)圖像處理模塊，用于從攝像頭所采集的圖像中提取LED陣列中各LED所對應(yīng)的較低速率碼字序列； 部分信息解碼器，用于對LED陣列中各LED所對應(yīng)的較低速率碼字序列進(jìn)行解碼，得到部分信息的估計(jì)值。
4.如權(quán)利要求2或3所述的兼容智能手機(jī)的可見光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述手機(jī)圖像處理模塊或?qū)Ｓ脠D像處理模塊包括依次連接的LED陣列區(qū)域判定模塊、LED區(qū)域判定模塊、二值化閾值獲取模塊及二值化模塊。
【文檔編號】H04B10/116GK103957056SQ201410202584
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月14日
【發(fā)明者】賈子彥, 潘玲佼, 沈琳, 黃成 , 陶為戈, 賈中寧 申請人:江蘇理工學(xué)院