BR102012010913A2

BR102012010913A2 - Método para comunicação de dados entre dispositivos através de ondas sonoras

Info

Publication number: BR102012010913A2
Application number: BRBR102012010913-1A
Authority: BR
Inventors: Marcelo Da Cunha Ramos
Original assignee: Hangar 4 Projetos Ltda
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2014-05-13
Also published as: IN2014DN10105A; JP2015524180A; WO2013166567A8; WO2013166567A1; ZA201408692B; US20150163336A1; KR20150020268A; BR112014027929A2; CN104769965A

Abstract

MÉTODO PARA COMUNICAÇÃO DE DADOS ENTRE DISPOSITIVOS ATRAVÉS DE ONDAS SONORAS.A presente invenção trata de um método de comunicação de dados entre dois dispositivos compreendendo a codificação do dado digital em sinal digital de som, o envio deste sinal digital para reprodução nas caixas de som do dispositivo emissor, a propagação do som no ar, a captura do som pelo microfone do dispositivo receptor e sua transformação em dados digitais de som e a decodificação do dado digital de som para recuperação do dado original, operações essas realizadas sem a necessidade de hardware adicional ou qualquer outro tipo de conectividade.

Description

I "MÉTODO PARA COMUNICAÇÃO DE DADOS ENTRE DISPOSITIVOS ATRAVÉS DE ONDAS SONORAS"

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção trata de um método

especialmente desenvolvido para aplicação direta na comunicação em dispositivos móveis com algum potencial computacional, permitindo a comunicação de dados entre dois dispositivos sem a necessidade de hardware adicional, ou qualquer outro tipo de conectividade.

HISTÓRICO DA INVENÇÃO

A presente invenção visa suprir uma necessidade crescente no mercado de aplicações entre dispositivos móveis que possam ser emparelhados (pareados) 15 de forma simples e assim efetuar a troca de informações que possam servir como base para funcionalidades mais complexas. Em geral, a função de emparelhamento deve exigir a proximidade física dos dispositivos.

Atualmente são utilizadas diversas soluções de hardware ou sistemas de software para esta finalidade, tais como: comunicação via bluetooth, pareamento via evento temporal, comunicação via DTMF (Dual Tone Multi-Frequency) e comunicação via NFC (Near Field Communication).

A tecnologia bluetooth possibilita uma maneira de conectar e trocar informações entre dispositivos que possuam o hardware apropriado e funciona para comunicações de curta distância. No entanto, o processo de pareamento via bluetooth não é trivial, pois exige alguns passos de identificação que tornam a experiência pouco intuitiva. Além disso, também não é universal, dado que algumas plataformas restringem essa possibilidade aos dispositivos de mesma marca.

No que se refere ao pareamento via evento

temporal, uma das soluções atualmente no mercado chama-se BUMP. Nessa solução, dois dispositivos móveis executam a mesma ação (sacudir o aparelho) ao mesmo tempo. Esta ação seria a chave para iniciar um pareamento de dispositivos. No 10 entanto, esta solução exige a conectividade com a internet e o uso de localização geográfica (GPS) dos dispositivos para seu funcionamento, o que, obviamente, limita as possibilidades de uso prático e eficaz do BUMP.

A comunicação via DTMF, amplamente conhecida 15 como os sons reproduzidos por telefones em discagem, pode ser usada para comunicação entre dispositivos. No entanto, devido à natureza do sinal, é necessário uma comunicação em uma única via, onde basicamente se reproduz o som perto do microfone do segundo dispositivo ou, alternativamente, os 20 aparelhos devem ser posicionados de forma invertida tentando assim obter uma comunicação em duas vias.

Por fim, a comunicação via NFC é uma tecnologia que permite a troca de dados, pequenas transações e a comunicação sem fio entre dois dispositivos utilizando 25 frequências de rádio de baixa potência. Essa é uma tecnologia eficiente, porém requer que ambos os dispositivos estejam equipados com o hardware necessário para propiciar a comunicação entre si. Todas as tecnologias acima possuem no minimo um dos seguintes inconvenientes para sua perfeita funcionalidade e adoção de uso: necessidade de conectividade, interferências externas, velocidade de 5 transmissão, proximidade extrema e/ou necessidade de hardware especial.

No caso da conectividade, há necessidade de o dispositivo estar ligado à internet através de uma rede privada, local ou celular. 0 uso de frequências mais baixas 10 gera a necessidade de uma amostra maior de sinal para codificação e decodificação de dados o que resulta em uma transmissão menos eficiente.

A proximidade extrema é outro problema, pois exige que a saida de áudio de um dispositivo esteja pareada com o microfone do outro e vice-versa.

Em casos mais específicos, notam-se problemas acarretados pela interferência externa, no caso do método de comunicação sonora utilizando sinais de DTMF (freqüências na ordem de 400Hz e 600Hz) , por exemplo, o que prejudica a 20 confiabilidade do sinal, além de haver necessidade de certo tempo para a captação do tom, o que torna a transmissão bastante lenta. Em outros casos, utilizado nas soluções NFC, por exemplo, existe a necessidade de hardware especial, que é raro nos modelos atuais e acarreta maior custo aos 25 dispositivos.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

É objetivo da presente invenção solucionar de forma eficaz os problemas acima citados na técnica de comunicação de dados entre dispositivos móveis, eliminando a necessidade de conectividade com internet ou redes para a comunicação entre os dispositivos.

Outro objetivo da presente invenção é prover um método de comunicação entre dois dispositivos móveis fazendo uso de frequências mais altas, o que torna o sinal menos suscetível a interferências.

Outro objetivo da presente invenção é prover um método de comunicação entre dois dispositivos móveis que, fazendo uso de frequências mais altas, permite a codificação do sinal em amostras menores de som, aumentando a velocidade de transmissão.

É também objetivo da presente invenção prover um método de comunicação entre dois dispositivos móveis 15 fazendo uso de frequências mais altas que, embora exija uma certa proximidade entre os dispositivos, funciona em distâncias maiores que aqueles do estado da técnica, tais como até cerca de 10 a 15 centímetros de distância um do outro, favorecendo a comunicação em duas vias.

Outro objetivo adicional da presente invenção

é prover um método de comunicação entre dois dispositivos móveis fazendo uso de frequências mais altas, de forma que possa ser utilizado por qualquer dispositivo com capacidade computacional, saída de som e microfone, aproveitando-se, 25 assim, da enorme variedade de aparelhos existentes atualmente no mercado. BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

O método para comunicação de dados entre dispositivos através de ondas sonoras de acordo com a presente invenção poderá ser bem compreendido com o auxilio 5 das figuras em anexo, as quais não devem ser consideradas como limitativas do escopo da presente invenção, pois de uma forma meramente exemplificativa, representam:

Figura 1 - ilustra um esquema geral da transmissão de dados entre dois dispositivos segundo o método da presente invenção.

Figura 2 - ilustra uma amostra de sinal codificado como som através de um gráfico de análise de frequências.

Figura 3 - ilustra um primeiro método para codificação/decodificação do dado original através de um gráfico de análise de frequências.

- Figura 4 - ilustra um método alternativo de codificação/decodificação do dado original através de um gráfico de análise de frequências.

- Figura 5 - ilustra o processo de codificação de

um dado a ser transmitido em um sinal sonoro através de um diagrama.

- Figura 6 - ilustra o processo de decodificação de um som capturado pelo microfone do dispositivo receptor

através de um diagrama.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Conforme esquematicamente ilustrado na Figura 1, o método de transmissão de dados entre dois dispositivos de acordo com a presente invenção comprende (i) a codificação do dado digital em sinal digital de som, (ii) o envio deste sinal digital para reprodução em caixas de som do dispositivo emissor, (iii) a propagação do som no ar,

(iv) a captura do som pelo microfone do dispositivo receptor, (v) a transformação em dados digitais de som, e (vi) a decodificação do dado digital de som para recuperação do dado original conforme.

A Figura 2 ilustra em gráfico os dados codificados em forma de altas frequências de som, as quais se destacam como picos (A) no gráfico. O eixo "Frequência" representa o espectro de frequências que o dispositivo pode reproduzir e capturar. Normalmente, esse espectro se restringe ao auditivo humano, ou seja, OHz a 22Khz, mas é também possível o uso de frequências acima dessa faixa, caso os dispositivos tenham tal capacidade. 0 eixo "dB" representa a potência que cada frequência possui na amostra de som capturada. Assim, a partir da existência e do posicionamento desses picos, é possível decodificar a informação binária necessária para reconstituir o dado digital. 0 número de picos necessários para codificação/decodificação do sinal pode variar de acordo com a implementação. A potência de cada frequência poderá variar de acordo com as variáveis desejadas para a aplicação, tais como distância mínimo/máxima de transmissão, correção de características de reprodução e gravação dos dispositivos e até mesmo características de ruídos no ambiente. 0 tamanho das amostras de som irá variar de acordo com as frequências utilizadas, seu número e a confiabilidade desejada na aplicação.

De acordo com a presente invenção, freqüências de som preferidas são aquelas contidas dentro do 5 espectro na ordem de 14KHz a 22KHz. Valores de freqüências de som abaixo de 14KHz podem, no entanto, serem utilizados, mas a interferência externa irá aumentar e a velocidade de transmissão irá necessariamente diminuir. Já valores de freqüências de som acima de 22KHz seriam utilizados quando 10 da disponibilidade no mercado consumidor de dispositivo com maior capacidade para usar frequências ainda mais altas.

Podem ser utilizados dois métodos diferentes para codificação/decodificação do dado original. 0 primeiro método, conforme ilustrado na Figura 3, compreende a divisão 15 do espectro de frequências em faixas; os picos de frequências devendo estar posicionados à direita ou à esquerda do eixo de cada banda, sendo o posicionamento interpretado como sinais binários (0 ou 1), a partir dos quais se reconstitui o dado digital transmitido. Cabe 20 ressaltar que o número e o posicionamento das faixas de frequência poderão variar de acordo com a implementação desejada, não sendo necessário, portanto, que elas sejam contíguas.

Um segundo método, ou método alternativo, conforme ilustrado na Figura 4, também exige a divisão do espectro em faixas de modo que a existência ou a ausência de picos em cada banda determinará se o sinal binário terá valor 0 ou 1 e, a partir desses sinais, será possível a reconstrução do dado digital transmitido. Cabe ressaltar que o número e o posicionamento das faixas de frequência poderão variar de acordo com a implementação e não sendo também necessário que elas sejam contíguas.

Em ambos os métodos, os sinais binários

poderão conter tanto o dado digital a ser transmitido como bits de controle e verificação de erros.

No processo de codificação de um dado a ser transmitido em um sinal sonoro de acordo com a presente 10 invenção, o dado original é partido em seqüências menores de bits. Cada seqüência é codificada em sinais sonoros utilizando um dos métodos descritos anteriormente. Os pequenos sinais sonoros são então concatenados em um único dado digital de som e reproduzido no alto-falante do 15 dispositivo, conforme ilustrado na Figura 5. Como observado anteriormente, pode-se adicionar bits de verificação de erros em cada seqüência e/ou ao dado a ser transmitido para garantir a confiabilidade do processo de transmissão.

No processo de decodif icação de um som 20 capturado pelo microfone do dispositivo receptor, o dispositivo digitalíza o som ambiente capturado e, através de análises constantes de amostras, é detectado um início de sinal de dados. As amostras são então partidas para análises de frequência e, através de um dos métodos descritos 25 anteriormente, são codificadas em seqüências de bits. Essas seqüências de bits são então concatenadas de modo que o dado transmitido seja recuperado. 0 processo está ilustrado na Figura 6. EXEMPLOS DE APLICAÇÃO

SISTEMAS DE PAGAMENTO POR DISPOSITIVO MÓVEL

Uma das aplicações preferidas da presente invenção é sua utilização em sistemas de pagamento para 5 dispositivos móveis, possibilitando assim que a grande quantidade de dispositivos móveis (smartphones, tablets e similares) presentes no mercado possa atuar como ponto de venda (PDV) e dispositivos de pagamento utilizando uma mecânica simples de cobrança e pagamento. Através do método 10 de transmissão de dados entre dois dispositivos de acordo com a presente invenção torna-se possível a criação de um sistema de pagamentos de mecânica bastante simples. Na aplicação do dispositivo de venda (PDV) se insere o valor a ser recebido. 0 dispositivo pagador P com sua aplicação é 15 aproximado ao PDV e através de um protocolo específico da aplicação, os dispositivos se comunicam por som, trocando as informações necessárias para efetivação da transação. Basta então um consentimento do pagador para que a transação seja concluída.

PAREAMENTO DE CELULARES PARA COMPARTILHAMENTO DE

INFORMAÇÕES

Uma das funcionalidades mais diretas da presente invenção é o pareamento de dispositivos, de forma a viabilizar que dois dispositivos fisicamente próximos possam 25 compartilhar dados de forma simples e intuitiva. Através método de transmissão de dados entre dois dispositivos de acordo com a presente invenção é possível facilmente parear dois dispositivos AeB, bastando o dispositivo Aeo dispositivo B utilizarem a mesma aplicação e estarem fisicamente próximos. Com um protocolo de pareamento específico da aplicação, AeB poderão se reconhecer e estabelecer um vínculo para troca de informações. A partir 5 desse ponto, ambos remetente e destinatário já estarão identificados para recebimento e envio de dados.

FECHADURAS ELETRÔNICAS

Uma outra aplicação simples e direta da presente invenção é para a abertura de fechaduras. Ou seja, 10 possibilitar a abertura de fechaduras com a utilização de dispositivos móveis. Através do método de transmissão de dados entre dois dispositivos de acordo com a presente invenção, um dispositivo LF pode estar ligado a um mecanismo de liberação de portas e cofres. Referido dispositivo DF 15 ligado a fechadura estará constantemente ouvindo o som ambiente e possuirá uma base de dados de "chaves" (seqüências de dados) descartáveis. Um dispositivo de abertura DL possuirá também uma base de dados de "chaves" para reprodução. Ao se reproduzir um dos "sons chave", o 20 dispositivo da fechadura DF reconhecerá a validade do mesmo e abrirá a porta. 0 "som chave" utilizado passa automaticamente a ser inválido após a abertura e será descartado de ambas as bases de dados.

TROCA DE INFORMAÇÕES PESSOAIS Um exemplo de aplicação adicional é a troca

de informações pessoais de contato, por exemplo, cartões de visita. Através do método de transmissão de dados entre dois dispositivos de acordo com a presente invenção é possível transmitir de forma simples, sem a necessidade de nenhum outro tipo de conectividade, dados pessoais, tais como, nome, empresa, endereço, telefone, email, etc. Basta que ambas as pessoas possuam um dispositivo móvel com a 5 aplicação de troca de informações segundo a presente invenção e aproximem seus dispositivos. As informações pessoais de cada um serão transmitidas por som e devidamente cadastradas em um banco de dados interno de cada dispositivo para uso futuro.

10

Claims

1. Método para comunicação de dados entre dispositivos através de ondas sonoras, CARACTERIZADO por compreender as seguintes etapas: codificação do dado digital em sinal digital de som, a reprodução do sinal digital no alto-falante do dispositivo 1, a propagação do som no meio (ar) , a captura do sinal digital de som pelo microfone do dispositivo 2, a sua transformação em dados digitais de som e a decodificação do dado digital de som em dado original.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato das ondas sonoras serem transmitidas em altas frequências.

3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, CARACTERIZADO pelo fato das altas frequências tornarem o sinal menos suscetível a interferências externas.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato das altas frequências permitirem a codificação do sinal em amostras menores de som aumentando assim a velocidade de transmissão.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato das altas freqüências de som estarem contidas dentro do espectro na ordem de 14KHz a 22KHz.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato das altas freqüências de som estarem abaixo, mas preferivelmente próximo de 14KHz.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato das altas freqüências de som estarem acima de 22KHz, desde que haja dispositivo com maior capacidade para usar altas frequências.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de ser utilizado por qualquer dispositivo que apresente capacidade computacional, saida de som e microfone.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de exigir uma distância máxima de 10 a 15 centímetros entre os dispositivos.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de compreender a codificação/decodificação do dado digital dividindo o espectro de frequências em faixas de modo que os picos de frequência fiquem posicionados à direita ou à esquerda do eixo de cada banda, sendo o posicionamento interpretado como sinais binários os quais podem ser reconstituídos após transmitido como dado digital.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de compreender um método alternativo de codificação/decodificação do dado digital onde o espectro de frequências é divido em faixas, de modo que a existência ou ausência de picos em cada banda determinará se o sinal binário terá valor 0 ou 1, a partir daí tornando-se possível a reconstituição do dado digital transmitido.

12. Método, de acordo com qualquer das reivindicações 1, 10 ou 11, CARACTERIZADO pelo fato do processo de codificação de um dado a ser transmitido em um sinal sonoro compreender as etapas de (i) repartir o dado original em seqüências menores de bits, (ii) codificar as seqüências em sinais sonoros utilizando um dos métodos das reivindicações 7 ou 8, (iii) concatenação dos pequenos sinais sonoros em um único dado digital de som, e (iv) posteriormente reproduzi-lo no alto-falante do dispositivo.

13. Método, de acordo com qualquer das reivindicações 1, 10 ou 11, CARACTERIZADO pelo fato do processo de decodificação de um som capturado pelo microfone do dispositivo receptor compreender as etapas de (i) digitalização do som ambiente capturado pelo dispositivo, (ii) detecção do início de sinal de dados através de análises da amostra, (iii) repartição das amostras para análises de frequências, (iv) utilização de um dos métodos das reivindicações 7 ou 8 para codificação em seqüência de bits e (v) posterior concatenação das seqüências e recuperação do dado transmitido.

14. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de ser utilizado em sistemas de pagamento via dispositivos móveis, fechadura eletrônica ou na troca de informações pessoais.