本發(fā)明涉及可見(jiàn)光通信領(lǐng)域，是一種基于可見(jiàn)光的智能設(shè)備近場(chǎng)通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展，同時(shí)智能手機(jī)等移動(dòng)終端不斷普及，這使得近距離的非接觸式通信應(yīng)用在移動(dòng)支付、身份識(shí)別、廣告推送等領(lǐng)域大展身手。

目前流行的近距離非接觸式通信方法主要有wi-fi(wirelessfidelity)、藍(lán)牙(bluetooth)、nfc(nearfieldcommunication)通信等。但是各類(lèi)現(xiàn)有的近距離非接觸式通信方法在安全性和靈活性上存在不足。例如wi-fi、nfc通信技術(shù)因?yàn)椴捎秒姶挪▊鬏?，所以在傳輸過(guò)程中信息較為容易截獲、竊聽(tīng)。可見(jiàn)光通信技術(shù)作為一種新興技術(shù)，使用波長(zhǎng)為400-700nm的可見(jiàn)光實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，基于可見(jiàn)光定向傳播和快速衰減的物理特性，使得可見(jiàn)光通信在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中不易被竊聽(tīng)，在安全性上有較大的優(yōu)勢(shì)。然而，現(xiàn)有的可見(jiàn)光通信對(duì)硬件設(shè)備有較高的要求。如li-fi(lightfidelity)是一種可見(jiàn)光無(wú)線通信技術(shù)，但是它需要在現(xiàn)有的照明設(shè)備上添加特殊芯片才能在室內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸。目前，尚沒(méi)有適合普通智能設(shè)備(諸如手機(jī)、平板電腦等)的可見(jiàn)光通信方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服已有近距離非接觸式通信方法的安全性較低、靈活性較差的不足，本發(fā)明提供一種安全性較高、靈活性良好的基于可見(jiàn)光的智能設(shè)備近場(chǎng)通信系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種基于可見(jiàn)光的智能設(shè)備近場(chǎng)通信系統(tǒng)，包括發(fā)送端和接收端，所述發(fā)送端包括編碼模塊、調(diào)制方式選擇模塊、發(fā)送模塊和掃描識(shí)讀模塊，所述接收端包括光信息采集模塊、信號(hào)調(diào)節(jié)模塊、解調(diào)方式選擇模塊、解碼模塊、條碼顯示模塊以及數(shù)據(jù)顯示模塊；

所述的編碼模塊，用于從應(yīng)用程序接收原始數(shù)據(jù)，將原始數(shù)據(jù)按照編碼表轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制序列，然后加入奇偶校驗(yàn)位，接著將完成編碼的二進(jìn)制序列交給調(diào)制方式選擇模塊；

所述的調(diào)制方式選擇模塊，用于選擇脈寬調(diào)制，脈沖間隔調(diào)制或狀態(tài)轉(zhuǎn)換調(diào)制方法控制閃光燈發(fā)送光信息；

所述的發(fā)送模塊，用于將編碼后的信息按照選定的調(diào)制方式控制閃光燈，將信息以光脈沖的形式發(fā)送出去；

所述的光信息采集模塊，用于接收發(fā)送模塊所發(fā)出的光信息，獲取光信號(hào)序列；

所述的信號(hào)調(diào)節(jié)模塊，用于對(duì)光信息采集模塊接收的光信號(hào)進(jìn)行異常點(diǎn)的檢測(cè)和消除；

所述的解調(diào)方式選擇模塊，用于選擇與發(fā)送端調(diào)制方式選擇模塊相同的選項(xiàng)以方便解調(diào)；

所述的解碼模塊，用于對(duì)信號(hào)調(diào)節(jié)模塊輸出的光信號(hào)進(jìn)行解碼，在解碼過(guò)程中，采用基于最大距離的解碼算法進(jìn)行二值判斷；

所述的條碼顯示模塊，用于實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光的反向通信，在接收解碼模塊發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)之后，添加新的數(shù)據(jù)，接著將更新后的數(shù)據(jù)通過(guò)條碼的形式顯示在智能設(shè)備屏幕上，便于其他設(shè)備獲??；

所述的數(shù)據(jù)顯示模塊，用于在智能設(shè)備屏幕上顯示從解碼模塊獲得的數(shù)據(jù)，便于使用者查看；

所述的掃描識(shí)讀模塊，用于識(shí)讀接收端的條碼顯示模塊顯示的條碼，對(duì)條碼信息進(jìn)行解碼后，獲取可見(jiàn)光反向通信的信息。

進(jìn)一步，所述的解碼模塊，采用基于最大距離的解碼算法的過(guò)程如下：

步驟301：光信息采集模塊連續(xù)采集發(fā)送端所發(fā)送的光信息，獲得光信息序列。

步驟302：將光信息序列逐次進(jìn)行異常點(diǎn)檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)異常點(diǎn)，則將異常點(diǎn)去除；

步驟303：將光信息序列按照解調(diào)方法轉(zhuǎn)換成光信息持續(xù)間隔序列，根據(jù)最大距離算法對(duì)光信息持續(xù)間隔序列進(jìn)行二值判斷，還原出二進(jìn)制比特序列；

步驟304：將獲得的二進(jìn)制序列按照相對(duì)應(yīng)的編碼表還原出相應(yīng)的信息。

再進(jìn)一步，所述步驟303中，二值判斷的過(guò)程如下：

步驟401：輸入序列b{b[0],b[1],...,b[i]}，b為進(jìn)行升序和去重操作后的光信息持續(xù)間隔序列，其中0<i<l+1，i為整數(shù)，l為序列b的長(zhǎng)度；

步驟402：maxdist表示序列b中相鄰兩個(gè)光信息持續(xù)間隔之間的最大距離，最大距離初始化為b[1]-b[0]，即信號(hào)處理后的光信息序列的第二個(gè)光信號(hào)持續(xù)間隔和第一個(gè)光信號(hào)持續(xù)間隔之差，i初始化為1，x用來(lái)記錄符號(hào)“1”所需的最小的光信號(hào)持續(xù)間隔，初始化為b[1]；y用來(lái)記錄符號(hào)“0”所需的最大的光信號(hào)持續(xù)間隔，初始化為b[0]；

步驟403：判斷i是否小于l+1，如果i大于等于l+1，表示序列b中所有光信號(hào)持續(xù)間隔已經(jīng)遍歷完成，跳過(guò)步驟404、步驟405、步驟406，直接執(zhí)行步驟407；如果i小于l+1，則執(zhí)行步驟404；

步驟404：判斷maxdist是否小于b[i]-b[i-1]的差。如果maxdist小于b[i]-b[i-1]的差，則執(zhí)行步驟405；如果maxdist大于等于b[i]-b[i-1]的差，則維持x和y不變，執(zhí)行步驟406；

步驟405：更新maxdist為b[i]-b[i-1]的差，更新x為b[i]，更新y為b[i-1]；

步驟406：對(duì)i進(jìn)行加1操作，即取下一個(gè)光信號(hào)持續(xù)間隔進(jìn)行判斷，執(zhí)行步驟403；

步驟407：對(duì)最終獲得的x和y取平均數(shù)，得到z，z表示區(qū)分符號(hào)“0”和“1”的閾值；

步驟408：對(duì)序列b中每個(gè)光信號(hào)持續(xù)間隔和閾值的大小進(jìn)行比較；

步驟409：如果光信號(hào)持續(xù)間隔大于閾值，則令bit為1，即此時(shí)光信號(hào)持續(xù)間隔被判斷為符號(hào)“1”；如果光信號(hào)持續(xù)間隔小于閾值，則令bit為0，即此時(shí)光信號(hào)持續(xù)間隔被判斷為符號(hào)“0”；

步驟410：將存儲(chǔ)符號(hào)信息的bit依次添加到bitseq序列中，bitseq序列用來(lái)表示二進(jìn)制比特序列；

步驟411：獲得二進(jìn)制比特序列bitseq，通過(guò)二進(jìn)制比特序列bitseq對(duì)照編碼表可以還原發(fā)送端發(fā)送的信息。

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：隨著智能設(shè)備的不斷普及，日常生活中使用近距離非接觸式信息交互的領(lǐng)域越來(lái)越普遍。目前主流的智能設(shè)備，例如智能手機(jī)、平板電腦等都帶有閃光燈、攝像頭和光線傳感器，因此借助這些已有的硬件，在智能設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)一種基于可見(jiàn)光的近距離信息交互方法是可行的。

整個(gè)系統(tǒng)的基本流程如下所述：發(fā)送端編碼模塊首先接收使用者的原始數(shù)據(jù)，將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行定長(zhǎng)編碼。然后使用者可以選擇pwm、pim、stm調(diào)制方式中的一種用于對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，但不僅僅局限于這三種調(diào)制方式。接著發(fā)送模塊按照選定的調(diào)制方式進(jìn)行光信號(hào)調(diào)制，控制閃光燈按照一定的規(guī)律發(fā)送光信息。

接收端的光信息采集模塊采集發(fā)送端所發(fā)送的光信息，進(jìn)而獲得光信息序列。然后通過(guò)信號(hào)調(diào)節(jié)模塊對(duì)光信息序列中可能出現(xiàn)的異常點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)并將檢測(cè)到的異常點(diǎn)去除。期間使用者在解調(diào)方式選擇模塊中選擇的解調(diào)方式應(yīng)當(dāng)與發(fā)送端的調(diào)制方式選項(xiàng)相一致。接著數(shù)據(jù)在解碼模塊中進(jìn)行信息解碼，解碼模塊使用的是基于最大距離算法的二值判斷算法，該算法主要用于進(jìn)行符號(hào)“0”，“1”區(qū)分以獲得相應(yīng)的二進(jìn)制序列。在獲得二進(jìn)制序列之后，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，驗(yàn)證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。然后，根據(jù)編碼表將二進(jìn)制序列還原成發(fā)送端發(fā)送的信息并通過(guò)數(shù)據(jù)顯示模塊將還原的信息顯示在屏幕上便于使用者查看。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)基于可見(jiàn)光的反向通信，條碼顯示模塊在已獲得的信息的基礎(chǔ)上添加新信息，生成條碼并且在智能設(shè)備屏幕上顯示，便于發(fā)送端設(shè)備識(shí)讀獲取信息。這時(shí)發(fā)送端的掃描識(shí)讀模塊掃描獲取接收端條碼顯示模塊呈現(xiàn)的條碼信息，進(jìn)行解碼獲取信息，完成可見(jiàn)光的反向通信過(guò)程。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：相對(duì)于wi-fi、藍(lán)牙、nfc等通信技術(shù)，本發(fā)明的設(shè)備間通信均采用距離短而且直接的可見(jiàn)光鏈路，可以更好的保證通信的隱私性和安全性。同時(shí)本發(fā)明避免了wi-fi、藍(lán)牙繁瑣的認(rèn)證過(guò)程。與nfc技術(shù)相比，本發(fā)明的智能設(shè)備近場(chǎng)信息交互系統(tǒng)及方法是完全基于智能設(shè)備現(xiàn)有硬件基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)，在不需要額外的硬件芯片或設(shè)備以及基礎(chǔ)設(shè)施的前提下就可以使得兩部智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)快速的近距離信息通信。另外，使用者也可以將智能設(shè)備與配備光線傳感器的pos(pointofsale)終端接觸，完成快捷支付。因此，本發(fā)明的智能設(shè)備近場(chǎng)信息交互系統(tǒng)可以為很多nfc應(yīng)用場(chǎng)景提供一種低成本，易使用、更安全的通信方式。

附圖說(shuō)明

圖1為基于可見(jiàn)光的智能設(shè)備近場(chǎng)通信系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)示意圖；

圖2為基于可見(jiàn)光的智能設(shè)備近場(chǎng)通信系統(tǒng)的模塊示意圖；

圖3為基于最大距離算法的解碼流程圖；

圖4為最大距離算法進(jìn)行二值判斷流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參照?qǐng)D1～圖4，一種基于可見(jiàn)光的智能設(shè)備近場(chǎng)通信系統(tǒng)，圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)硬件示意圖。本發(fā)明的硬件主要涉及以下部分：

硬件101：攝像頭，用于掃描識(shí)讀接收端反饋的條碼信息。

硬件102：閃光燈，用于發(fā)送端將數(shù)據(jù)通過(guò)可見(jiàn)光的形式發(fā)送出去。

硬件103：光線傳感器，用于接收閃光燈所發(fā)送的光信息。

硬件104：智能設(shè)備屏幕，用于顯示接收到的數(shù)據(jù)以及呈現(xiàn)用于可見(jiàn)光反向通信的條碼。

圖2為本發(fā)明的整體系統(tǒng)模塊示意圖。主要包括發(fā)送端和接收端，其中發(fā)送端包括編碼模塊、調(diào)制方式選擇模塊、發(fā)送模塊、掃描識(shí)讀模塊4個(gè)模塊；接收端包括光信息采集模塊、信號(hào)調(diào)節(jié)模塊、解調(diào)方式選擇模塊、信息解碼模塊、條碼顯示模塊(此處條碼以qr(quickresponse)碼為例)和數(shù)據(jù)顯示模塊6個(gè)模塊。

模塊201：編碼模塊首先從應(yīng)用程序接收使用者的原始數(shù)據(jù)，接著將原始數(shù)據(jù)按照編碼表轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制序列，同時(shí)加入奇偶校驗(yàn)位，然后將完成編碼的二進(jìn)制序列交給調(diào)制方式選擇模塊。

模塊202：調(diào)制方式選擇模塊可以選擇使用脈寬調(diào)制(pulsewidthmodulation，pwm)，脈沖間隔調(diào)制(pulseinternalmodulation，pim)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換調(diào)制(statetransactionmodulation，stm)三種調(diào)制方法去閃光燈發(fā)送光信息的進(jìn)行調(diào)制，當(dāng)然并不僅僅局限于這三種模式。

模塊203：發(fā)送模塊將信息按照選定的調(diào)制方式控制閃光燈按照一定的規(guī)律發(fā)送光信息。

模塊204：光信息采集模塊用于接收發(fā)送端的閃光燈所發(fā)出的光信息進(jìn)而獲取光信號(hào)序列。

模塊205：信號(hào)調(diào)節(jié)模塊用于對(duì)光信息采集模塊接收到的光信號(hào)進(jìn)行異常點(diǎn)檢測(cè)并且對(duì)于發(fā)現(xiàn)的異常點(diǎn)消除。

模塊206：解調(diào)方式選擇模塊應(yīng)當(dāng)選擇與發(fā)送端調(diào)制方式選擇模塊相同的選項(xiàng)以方便解調(diào)。

模塊207：解碼模塊用于對(duì)信號(hào)調(diào)節(jié)模塊輸出的光信號(hào)進(jìn)行解碼，在解碼過(guò)程中，由于實(shí)際存在數(shù)據(jù)漂移的情況，采用基于最大距離的解碼算法去進(jìn)行二值判斷。

模塊208：條碼顯示模塊用于實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光的反向通信，具體方式為首先獲取來(lái)自于解碼模塊的數(shù)據(jù)，接著在該數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上添加新的數(shù)據(jù)，然后在智能設(shè)備屏幕上以條碼的形式顯示更新后的數(shù)據(jù)。

模塊209：數(shù)據(jù)顯示模塊用于接收解碼模塊發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)顯示在智能設(shè)備屏幕上，便于使用者查看。

模塊210：掃描識(shí)讀模塊用于對(duì)接收端的條碼顯示模塊顯示的條碼的識(shí)讀，獲取條碼中存儲(chǔ)的信息，完成可見(jiàn)光的反向通信過(guò)程。

基于最大距離算法的解碼方法，其解碼方法流程圖如圖3所示，包括以下步驟：

步驟301：光信息采集模塊連續(xù)采集發(fā)送端所發(fā)送的光信息，獲得光信息序列。

步驟302：將光信息序列逐次(一般為3個(gè)采樣點(diǎn)一組)進(jìn)行異常點(diǎn)檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)異常點(diǎn)，則將異常點(diǎn)去除。

步驟303：將光信息序列按照解調(diào)方法轉(zhuǎn)換成光信息持續(xù)間隔序列，根據(jù)最大距離算法對(duì)光信息持續(xù)間隔序列進(jìn)行二值判斷，還原出二進(jìn)制比特序列。具體的最大距離算法進(jìn)行二值判斷的方法在圖4中描述。

步驟304：將獲得的二進(jìn)制序列按照相對(duì)應(yīng)的編碼表還原出相應(yīng)的信息。

基于最大距離算法進(jìn)行二值判斷，還原比特序列的流程圖如圖4所示，包括以下步驟：

步驟401：輸入序列b{b[0],b[1],...,b[i]}，b為進(jìn)行升序和去重操作后的光信息持續(xù)間隔序列，其中0<i<l+1，i為整數(shù)，l為序列b的長(zhǎng)度。

步驟402：maxdist表示序列b中相鄰兩個(gè)光信息持續(xù)間隔之間的最大距離。最大距離初始化為b[1]-b[0]，即信號(hào)處理后的光信息序列的第二個(gè)光信號(hào)持續(xù)間隔和第一個(gè)光信號(hào)持續(xù)間隔之差。i初始化為1。x用來(lái)記錄符號(hào)“1”所需的最小的光信號(hào)持續(xù)間隔，初始化為b[1]；y用來(lái)記錄符號(hào)“0”所需的最大的光信號(hào)持續(xù)間隔，初始化為b[0]。

步驟403：判斷i是否小于l+1。如果i大于等于l+1，表示序列b中所有光信號(hào)持續(xù)間隔已經(jīng)遍歷完成，跳過(guò)步驟404、步驟405、步驟406，直接執(zhí)行步驟407；如果i小于l+1，則執(zhí)行步驟404。

步驟404：判斷maxdist是否小于b[i]-b[i-1]的差。如果maxdist小于b[i]-b[i-1]的差，則執(zhí)行步驟405；如果maxdist大于等于b[i]-b[i-1]的差，則維持x和y不變，執(zhí)行步驟406。

步驟405：更新maxdist為b[i]-b[i-1]的差，更新x為b[i]，更新y為b[i-1]。

步驟406：對(duì)i進(jìn)行加1操作，即取下一個(gè)光信號(hào)持續(xù)間隔進(jìn)行判斷，執(zhí)行步驟403。

步驟407：對(duì)最終獲得的x和y取平均數(shù)，得到z，z表示區(qū)分符號(hào)“0”和“1”的閾值。

步驟408：對(duì)序列b中每個(gè)光信號(hào)持續(xù)間隔和閾值的大小進(jìn)行比較。

步驟409：如果光信號(hào)持續(xù)間隔大于閾值，則令bit為1，即此時(shí)光信號(hào)持續(xù)間隔被判斷為符號(hào)“1”；如果光信號(hào)持續(xù)間隔小于閾值，則令bit為0，即此時(shí)光信號(hào)持續(xù)間隔被判斷為符號(hào)“0”。

步驟410：將存儲(chǔ)符號(hào)信息的bit依次添加到bitseq序列中，bitseq序列用來(lái)表示二進(jìn)制比特序列。

步驟411：獲得二進(jìn)制比特序列bitseq，通過(guò)二進(jìn)制比特序列bitseq對(duì)照編碼表可以還原發(fā)送端發(fā)送的信息。