一種超聲波通訊編碼方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種超聲波通訊編碼方法及系統(tǒng)，尤其涉及一種基于有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī) 的超聲波通訊編碼方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前的終端設(shè)備多數(shù)具有放音和錄音功能，使用聲波進(jìn)行信息的傳輸附加成本 低，同時(shí)超聲波在傳輸時(shí)方向性強(qiáng)，受外界環(huán)境干擾少，所以超聲波用于通訊越來(lái)越受到青 睞。在目前的超聲波通訊系統(tǒng)中，多數(shù)的編碼時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，同時(shí)缺少有效的方法保證遠(yuǎn)距離和 復(fù)雜的場(chǎng)景下信息傳輸?shù)馁|(zhì)量?，F(xiàn)有的用于超聲波通訊的編碼方法，使用一些特定的單頻 超聲波信號(hào)完成信息的傳輸，2個(gè)頻段傳輸lbit信息，傳輸?shù)男畔⒘枯^少；編碼沒(méi)有考慮信 息開(kāi)始的標(biāo)志位，水印開(kāi)始段檢測(cè)不準(zhǔn)。同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中，由于環(huán)境的影響，信息傳輸過(guò) 程中可能受污染，缺少有效的偵測(cè)手段?，F(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)如下：1.相同的時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù) 據(jù)量較少，實(shí)時(shí)性較高方案中應(yīng)用受限。2.編碼魯棒性不高，水印檢測(cè)不準(zhǔn)，在受環(huán)境影響 時(shí)無(wú)法及時(shí)偵測(cè)。3.設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單、單一，不夠靈活。傳統(tǒng)的超聲波通訊編碼方法，在傳輸 信息比特率和質(zhì)量上無(wú)法滿足應(yīng)用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：構(gòu)建一種超聲波通訊編碼方法及系統(tǒng)，克服現(xiàn)有方案 相同時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較少，實(shí)時(shí)性較高的方案中應(yīng)用受限難點(diǎn)；解決編碼魯棒性不高， 水印檢測(cè)不準(zhǔn)，受環(huán)境影響時(shí)無(wú)法及時(shí)偵測(cè)；解決設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單、單一，不夠靈活的技術(shù)問(wèn) 題。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：構(gòu)建一種超聲波通訊編碼方法，步驟如下：
[0005]編碼：設(shè)計(jì)編碼序列串，采用所述編碼序列串對(duì)待傳輸信息進(jìn)行編碼；
[0006] 構(gòu)建編碼序列：將所述編碼序列串作為多狀態(tài)跳轉(zhuǎn)的有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)的輸入字 符；
[0007]進(jìn)行超聲波信息加載：將所述有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)的狀態(tài)序列映射到超聲波單頻信 號(hào)，超聲波單頻信號(hào)狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)包含編碼信息。
[0008]本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：還包括構(gòu)建同步信號(hào)：設(shè)置一個(gè)單頻信號(hào)作為編碼 信號(hào)的同步信號(hào)。
[0009] 本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：將所述有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)的狀態(tài)序列映射到超聲波單 頻信號(hào)的公式如下：
[0010] y=cos(23iXfXt+ 0)
[0011] 其中f為目標(biāo)頻帶，t為采樣間隔，0為初始相位角。
[0012] 本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述超聲波通訊編碼信號(hào)還包括生成的奇偶校驗(yàn)編 碼段。
[0013] 本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述多狀態(tài)跳轉(zhuǎn)的有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)數(shù)目 根據(jù)編碼采用的進(jìn)制以及信息的表示范圍確定。
[0014] 本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述同步信號(hào)的長(zhǎng)度大于等于2倍編碼段單頻信號(hào) 長(zhǎng)度。
[0015] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：構(gòu)建一種超聲波通訊編碼系統(tǒng)，包括編碼模塊、編碼序列構(gòu) 建模塊、超聲波信息加載模塊，所述編碼模塊設(shè)計(jì)編碼序列串，采用所述編碼序列串對(duì)待傳 輸信息進(jìn)行編碼；所述編碼序列構(gòu)建模塊將所述編碼序列串作為多狀態(tài)跳轉(zhuǎn)的有限狀態(tài)自 動(dòng)機(jī)的輸入字符；所述超聲波信息加載模塊將所述有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)的狀態(tài)序列映射到超聲 波單頻信號(hào)，超聲波單頻信號(hào)狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)包含編碼信息。
[0016] 本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：還包括同步信號(hào)構(gòu)建模塊，所述同步信號(hào)構(gòu)建模塊 設(shè)置一個(gè)單頻信號(hào)作為編碼信號(hào)的同步信號(hào)。
[0017] 本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：還包括超聲波信息加載模塊，將所述有限狀態(tài)自動(dòng) 機(jī)的狀態(tài)序列映射到超聲波單頻信號(hào)的公式如下：
[0018] y=cos(2 3iXfXt+ 0 )
[0019] 其中f為目標(biāo)頻帶，t為采樣間隔，0為初始相位角。
[0020] 本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：還包括奇偶校驗(yàn)編碼模塊，所述奇偶校驗(yàn)編碼模塊 生成奇偶校驗(yàn)編碼段。
[0021] 本發(fā)明的技術(shù)效果是：構(gòu)建一種超聲波通訊編碼方法及系統(tǒng)，設(shè)計(jì)編碼序列串，采 用所述編碼序列串對(duì)待傳輸信息進(jìn)行編碼；將所述編碼序列串作為多狀態(tài)跳轉(zhuǎn)的有限狀態(tài) 自動(dòng)機(jī)的輸入字符；將所述有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)的狀態(tài)序列映射到超聲波單頻信號(hào)，超聲波單 頻信號(hào)狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)包含編碼信息?；谟邢逘顟B(tài)自動(dòng)機(jī)的超聲波編碼方法，有限狀態(tài)自動(dòng) 機(jī)可以靈活設(shè)計(jì)編碼方案，有效提高信息傳輸?shù)谋忍芈?，可以有效推廣超聲波通訊在實(shí)際 生活中應(yīng)用。本發(fā)明在超聲波通訊中引入同步信號(hào)和奇偶校驗(yàn)信號(hào)，提升信息傳輸?shù)馁|(zhì)量。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的流程圖。
[0023] 圖2為本發(fā)明的5狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)圖。
[0024] 圖3為本發(fā)明單頻信號(hào)時(shí)域波形圖。
[0025] 圖4為本發(fā)明單頻信號(hào)頻域波形圖。
[0026]圖5為本發(fā)明帶有同步位信號(hào)段的頻譜圖。
[0027] 圖6為本發(fā)明帶有奇偶校驗(yàn)信息的頻譜圖。
[0028] 圖7為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)一步說(shuō)明。
[0030] 如圖1所示，本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】是：構(gòu)建一種超聲波通訊編碼方法，步驟如 下：
[0031] 編碼：設(shè)計(jì)編碼序列串，采用所述編碼序列串對(duì)待傳輸信息進(jìn)行編碼。
[0032] 具體實(shí)施過(guò)程如下：編碼串不一定限于8位，使用多少位需要考慮實(shí)際應(yīng)用 需求，位數(shù)越多傳輸?shù)男畔⒎秶螅莻鬏斠粋€(gè)有限信息的時(shí)間也更長(zhǎng)。本發(fā)明以 8位舉例：使用8bit對(duì)信息進(jìn)行編碼，總的指令數(shù)目為256個(gè)（0-255)，二進(jìn)制表述為 (00000000-11111111)，同理使用4進(jìn)制描述為（0000-3333)。每一個(gè)ID代表一個(gè)具體的物 理指令和意義，本發(fā)明也支持使用更高進(jìn)制進(jìn)行信息的描述。利用超聲波來(lái)控制一些終端 設(shè)備，即超聲波控制，發(fā)送端發(fā)送控制指令I(lǐng)D，目前認(rèn)為常用的控制應(yīng)用方案中256個(gè)指令 (8位）就可以滿足需求了。使用超聲波傳輸一些字符信息，即超聲波通訊，目前ASCII字 符可打印的字符是96個(gè)，所以8位基本滿足需求了。如果字符串超出8位，即數(shù)據(jù)值大于 256,可以使用9位或者更多位，那么對(duì)應(yīng)的編碼序列相應(yīng)加長(zhǎng)即可。
[0033] 構(gòu)建編碼序列：將所述編碼序列串作為多狀態(tài)跳轉(zhuǎn)的有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)的輸入字 符。
[0034] 具體實(shí)施過(guò)程如下：將4進(jìn)制長(zhǎng)度為4的編碼串（0000-3333)作為有限狀態(tài)自 動(dòng)機(jī)的輸入字符，設(shè)計(jì)一個(gè)5狀態(tài)跳轉(zhuǎn)方案有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)（本發(fā)明需要根據(jù)信息傳輸?shù)?比特率，輸入字符進(jìn)制，設(shè)計(jì)一個(gè)合理有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)）。有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)是一個(gè)五元組， M= (0，Z，扒仏尸），其中：
[0035] Q表示狀態(tài)的非空有窮集合，q是M的一個(gè)狀態(tài)，本方法中自動(dòng)機(jī)狀態(tài)集 合為a,b,c,d,e字母構(gòu)成的最大長(zhǎng)度為5的狀態(tài)序列。
[0036]E表示輸入字母表，4進(jìn)制表示的字母表為（0, 1，2, 3)，對(duì)應(yīng)步驟a)設(shè)計(jì)的序列集 合。
[0037] P表示狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)，口 ：QXE-Q。
[0038] q表示M的開(kāi)始狀態(tài)。
[0039] F表示M的終止?fàn)顟B(tài)集合，F(xiàn)被Q包含。
[0040] 以上的描述過(guò)程可以使用如下的轉(zhuǎn)換圖表達(dá)，如圖2所示，使用一個(gè)5狀態(tài)的跳轉(zhuǎn) 圖描述，5狀態(tài)有限自動(dòng)機(jī)其跳轉(zhuǎn)輸入字符為0, 1，2, 3。
[0041] 具體實(shí)施例中，所述多狀態(tài)跳轉(zhuǎn)的有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)數(shù)根據(jù)編碼采用的 進(jìn)制以及信息的表示范圍確定。如果使用的是2進(jìn)制，一個(gè)狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到其他狀態(tài)，輸入有 〇, 1兩個(gè)可能字符，則對(duì)應(yīng)的編碼就是本專利提到的需要使用3個(gè)不同超聲波頻段信號(hào)進(jìn) 行跳轉(zhuǎn)描述（3個(gè)狀態(tài)2個(gè)輸入字符）。舉例：假設(shè)傳輸?shù)腎D為75,二進(jìn)制為01001011， 我們使用a，b，c三個(gè)超聲波段進(jìn)行描述這個(gè)二進(jìn)制串，則設(shè)計(jì)超聲波編碼對(duì)應(yīng)的也許就是 ababcabac〇
[0042] 如果設(shè)計(jì)的4進(jìn)制，一個(gè)狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到其他狀態(tài)，輸入有0, 1，2, 3四個(gè)可能字符，則 需要5個(gè)不同超聲波頻段信號(hào)進(jìn)行跳轉(zhuǎn)描述（5個(gè)狀態(tài)4個(gè)輸入字符）。舉例：假設(shè)傳輸?shù)?ID為75,四進(jìn)制序列串為1023,我們使用a，b，c，d，e，5個(gè)不同超聲波頻段信號(hào)描述這個(gè)四 進(jìn)制串，則設(shè)計(jì)超聲波編碼是acdea，和二進(jìn)制相比編碼的長(zhǎng)度更短了，傳輸時(shí)間上更快了。
[0043] 所以使用不同的進(jìn)制描述意義在于超聲波頻段越多，使用更高進(jìn)制串描述，最終 傳輸?shù)臅r(shí)間更短或者信息表示范圍更大。
[0044] 進(jìn)行超聲波信息加載：將所述有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)的狀態(tài)序列映射到超聲波單頻信 號(hào)，超聲波單頻信號(hào)狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)包含編碼信息。
[0045] 具體實(shí)施過(guò)程如下：將長(zhǎng)度為5的狀態(tài)序列映射到高頻的單頻信號(hào)，單頻信號(hào)狀 態(tài)的跳轉(zhuǎn)包含編碼信息，本發(fā)明根據(jù)此原則設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度為125ms有效超聲波編碼信息。
[0046] 生成單頻信號(hào)的公式如下：
[0047] y=cos(2JrXfXt+ 9 )
[0048] 其中f為目標(biāo)頻帶，t為采樣間隔，0為初始相位角。
[0049] 圖3為本發(fā)明單頻信號(hào)時(shí)域波形圖，圖4為本發(fā)明單頻信號(hào)頻域波形圖。
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