CN102509216B - 一种通过音频信号进行手机现场支付的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过音频信号进行手机现场支付的方法及装置，本发明装置包括：收款客户端单元、支付服务单元和付款客户端单元；收款客户端单元安装在收款方的收银终端上，支付服务单元安装在支付服务方的支付服务系统中，付款客户端单元安装在付款方持有的手机上。付款方的手机通过互联网或移动互联网与服务方连接，传输数据时，通过非对称加密方法保证通道安全。收款方的收银终端通过互联网或移动互联网与服务方连接，传输数据时，通过非对称加密方法保证通道安全。收款方的收银终端通过喇叭发出音频信号，传递交易信息给付款方的手机，音频信号的频率范围为16-22KHz，人耳难以察觉，而手机和收银终端的喇叭、麦克风可以处理。

Description

一种通过音频信号进行手机现场支付的方法及装置

技术领域

本发明涉及移动通讯、支付领域，具体涉及一种通过音频信号进行手机现场支付的方法及装置。

背景技术

目前，手机之间或手机与电脑之间的通讯方式较多，包括蓝牙、无线网络和其他近场通讯方式，但这些通讯方式对硬件配置有较高和特定的要求，建立通讯的过程较为繁琐，软硬件成本较高，覆盖面窄，不便于进行手机现场支付、与手机之间互传私密资料等对数据传输的可靠性要求较高的数据传输。

公开号为CN101247183A的专利申请，公开了一种采用某一频率的高频波形结合水平部分，表达1、0数值，实现超声波通讯的方法。该方法基于硬件模块的配合改造，在发送端采用MCU(Micro Control Unit，简称微控制单元)中断方式读取包络参数，发出高频模拟信号；接收端模拟电路对麦克风模拟信号进行放大、带通滤波、包络检波和整形处理，获得低频方波信号，然后解码为二进制数据。在通讯信息之前增加一位高电平起始位，由接收端模拟电路判断此起始位高电平信号是否持续4～9毫秒，以判断是否接收通讯信息；接受通讯信息时，接收端MCU开启中断，读取为低电平则数据位为“0”，高电平则数据位为“1”。但实际使用超声波进行数据通讯时，手机、电脑配备的喇叭、麦克风的声音频率范围较窄，灵敏度受限，且受环境噪音影响，容易出现声波失真，导致数据传输时错误率太高，不能达到高可靠性数据传输的实用要求。该专利申请公开的方法，采用二进制方式编码数据，每单位传输数据的信息量少，大数据量传输时，遇有波形失真的概率高；“0”、“1”数值的判断简单通过电平高低决定，在环境噪音影响较大时，电平高低值失真率高，高低电平分界的门限值随环境影响变化大，无法准确设置；某位数据的判断出现差错时，无法校验纠错，一位出错，即可导致整个报文出错；手机、电脑的物理构造在出厂时已经固化，应用时再改造电路的成本太高。该方法难以满足手机、电脑进行高可靠性的数据传输的实用要求。

手机支付，指用户使用其移动终端(通常是手机)对所消费的商品或服务进行账务支付的一种服务方式。手机现场支付指手机用户与商户面对面的进行支付操作的方式。目前，实现手机现场支付的方法已经存在，但都存在一些不足。例如，NFC标准手机现场支付方案采用一种短距离的高频无线通信技术，需要改造手机硬件和收银终端，硬件成本高，市场推广缓慢。而条码支付采用显示条码和扫描条码的方式传递付款方信息，进行现场支付。条码支付对显示条码的手机屏幕的亮度、大小要求较高，对扫描条码的扫描枪或摄像头要求较高，限制了使用范围；使用时不够直观便捷。

法国Tagattitude公司的NSDT及TagPay技术，实现了一种通过音频信号传递付款方信息进行手机现场支付的方法。该方法的音频信号由付款方手机发出，收款方的收银终端解析音频信号，收银终端为定制的硬件设备。该方法的不足点是：付款方手机发出类似拨号音的音频信号，音频信号包含付款方的身份信息，若被恶意窃听截取，将可能泄露付款方的敏感信息，造成付款方资金风险；收款方的收银终端为定制的硬件设备，需要较高的硬件成本，且携带不便；不能使用商户已有的电脑或手机进行收款，适应性不足。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种通过音频信号进行手机现场支付的方法及装置，在不改变手机、收银终端的物理构造的基础上，利用手机、收银终端上的喇叭和麦克风实现音频信号传递交易信息，实现安全便捷的手机现场支付。

技术方案：本发明所述的通过音频信号进行手机现场支付的方法，包括如下步骤：

(1)收款方将交易信息输入收款客户端单元，所述收款客户端单元通过网络向支付服务方的支付服务单元发送所述交易信息以及收款方账号，请求开始支付交易；

(2)所述支付服务方的支付服务单元存储接收到的交易数据，生成交易标识号并返回给所述收款客户端单元；

(3)所述收款客户端单元加密收到的交易标识号，并根据加密的交易标识号信息生成音频信号并播放；

(4)付款方的付款客户端单元录取并解析音频信号，若解析失败，则重新录取并解析音频信号；解析成功则进入下一步；

(5)所述付款客户端单元对解析的音频信号解密得到交易标识号，通过网络向所述支付服务单元发送交易标识号；

(6)所述支付服务单元根据交易标识号检索到存储的交易数据，返回给所述付款客户端单元，所述付款客户端单元将收到的交易数据内容显示给付款方，要求付款方确认付款；

(7)付款方确认付款后，所述付款客户端单元通过网络向所述支付服务单元传递付款方账号，请求付款处理；

(8)所述支付服务单元进行付款处理，并返回付款处理结果给所述付款客户端单元；若付款处理成功，所述付款客户端单元向付款方提示付款成功；

(9)所述收款客户端单元通过网络向所述支付服务单元定时轮询，查询该支付交易的状态；若所述收款客户端单元查询到该支付交易的状态为已付款成功，则向收款方提示收款成功信息，并停止播放音频。

为了进一步保证信号传输的可靠性，本发明方法中，步骤(3)中根据加密的交易标识号信息生成音频信号并播放和步骤(4)中付款客户端单元录取并解析音频信号，涉及到的音频信号传输方法有两种比较优选的方法。

其中第一种音频信号传输方法包括如下步骤：

(11)首先通过收款客户端单元中的数据编码单元计算需传输数据的校验值，在需传输数据后加上校验值和结束符，组成完整数据；

(12)再通过收款客户端单元中的数据编码单元对步骤(11)中得到的完整数据，对照编码规则，转换到对应的声波频率上，根据单个频率的发送持续时间组成连续的多频声波信息；

(13)通过收款客户端单元的多频声波发送单元控制发声装置按照多频声波信息连续地发出声波信号，并不断循环，直至查询到该支付交易的状态为已付款成功或到达超时时间；

(14)通过付款客户端单元的多频声波接收单元，控制收听装置近距离接收发声装置发出的声波信号，直至接收的音频信息达到长度要求，保存接收到的完整音频信息，并设定循环数i的初始值为0；

(15)通过付款客户端单元的数据解码单元对保存的完整音频信息进行计算解析，对照与步骤(12)相同的编码规则，将完整音频信息按单个频率持续时间长度分成相应数目的时间分段，计算各个频率在每个时间分段内的幅度值并进行排序，其中幅度值最大的频率为该时间分段内的首选频率，其他频率为该时间分段内的备选频率，再将所有声波频率转换到相应的数值上；

(16)将各个时间分段内首选频率对应的数值组成一组完整数据，进行校验，判断校验是否成功，若判断结果为是，则完成多频声波的数据传输；

(17)若步骤(16)中的判断结果为否，则依幅度值由大到小的次序用各个时间分段内备选频率对应的数值替换首选频率对应的数值，组成一组完整数据，进行校验，判断校验是否成功，若判断结果为是，则完成多频声波的数据传输；

(18)若步骤(17)中的判断结果为否，则判断循环数i＝n是否成立，若判断结果为是，则多频声波的数据传输失败，其中，n为大于1的自然数；

(19)若步骤(18)中的判断结果为否，则将步骤(14)中接收的完整音频信息的起始位置向后偏移一个偏移时间长度后再进行保存，i＝i+1；返回步骤(15)，所述偏移时间长度为单个频率持续时间长度的1/n。

第二种音频信号传输方法包括如下步骤：

(21)首先通过收款客户端单元中的数据生成单元计算需传输数据的校验值，给需传输数据加上校验起始标志和校验值，组成完整数据；

(22)再通过收款客户端单元中的双音多频信息编码单元对步骤(21)中得到的完整数据，对照编码规则，转换到对应的双音多频叠加信号上，根据发送持续时间组成连续的双音多频叠加信号信息；

(23)通过收款客户端单元中的双音多频声波发送单元控制发声装置按照双音多频叠加信号信息连续地发出声波信号，并不断循环，直至查询到该支付交易的状态为已付款成功或到达超时时间；

(24)通过付款客户端单元的双音多频声波接收单元，控制收听装置近距离接收发声装置发出的声波信号，直至接收的音频信息达到长度要求，保存接收到的完整音频信息，并设定循环数i的初始值为0；

(25)通过付款客户端单元的双音多频信息解码单元对保存的完整音频信息进行计算解析，对照与步骤(22)相同的编码规则，将完整音频信息按发送持续时间长度分成相应数目的时间分段，根据幅度大小次序，选取每个时间分段中的两个频率并解析由其构成的双音多频叠加信号为相应数值，形成一组完整数据；通过付款客户端单元的数据验证单元对该完整数据进行校验，判断校验是否成功，若判断结果为是，则完成双音多频声波的数据传输；

(26)若步骤(25)中的判断结果为否，则判断循环数i＝n是否成立，若判断结果为是，则多频声波的数据传输失败，其中，n为大于1的自然数；

(27)若步骤(26)中的判断结果为否，则将步骤(24)中接收的完整音频信息的起始位置向后偏移一个偏移时间长度后再进行保存，i＝i+1；返回步骤(25)，所述偏移时间长度为发送持续时间长度的1/n。

本发明所述的装置，包括：收款客户端单元、支付服务单元和付款客户端单元。所述收款客户端单元安装在收款方的收银终端上，用于：首先，通过网络向支付服务单元发送交易数据，请求开始支付交易；其次，接收支付服务单元返回的交易标识号并加密；再次，根据加密的交易标识号信息生成音频信号并播放；最后，通过网络向支付服务单元查询支付交易的状态。所述支付服务单元安装在支付服务方的支付服务系统中，用于：首先，存储接收到的由收款客户端单元发送的交易数据，生成交易标识号并返回给收款客户端单元；其次，接收付款客户端单元发送的交易标识号，并根据交易标识号检索到存储的交易数据，返回给所述付款客户端单元；再次，根据付款客户端单元的付款请求进行付款处理，并返回付款处理结果给付款客户端单元。所述付款客户端单元安装在付款方持有的手机上，用于：首先，录取并解析收款客户端单元发出的音频信号；其次，对解析的音频信号解密得到交易标识号，并通过网络向支付服务单元发送交易标识号；再次，接收支付服务单元发送的交易数据并显示给付款方确认；最后，经付款方确认后通过网络向支付服务单元传递付款方账号，请求付款处理并接收支付服务单元发送的付款处理结果。

为了实现上述第一种音频信号传输方法，所述收款客户端单元进一步包括数据编码单元和多频声波发送单元，所述付款客户端单元包括数据解码单元和多频声波接收单元。

所述数据编码单元，首先计算需传输数据的校验值，在需传输数据后加上校验值和结束符，组成完整数据，再将完整数据的每个数值转换到对应的声波频率上，根据单个频率的发送持续时间组成连续的多频声波信息，实现数据与多频声波信号的对应转换；所述多频声波发送单元，控制发声装置按数据编码单元转换得到的多频声波信息连续地发出声波信号；所述多频声波接收单元，控制收听装置接收发声装置发出的声波信号，并保存数据；所述数据解码单元，将多频声波接收单元保存的数据进行解码校验。

为了实现上述第二种音频信号传输方法，所述收款客户端单元进一步包括数据生成单元、双音多频信息编码单元和双音多频声波发送单元，所述付款客户端单元包括双音多频声波接收单元、双音多频信息解码单元和数据验证单元。

所述数据生成单元，计算需传输数据的校验值，给需传输数据加上校验起始标志和校验值，组成完整数据；所述双音多频信息编码单元，将数据生成单元生成的完整数据的每个数值转换到对应的双音多频叠加信号上，根据发送持续时间组成连续的双音多频叠加信号信息，实现数据与双音多频声波信号的对应转换；所述双音多频声波发送单元，控制发声装置按双音多频信息编码单元转换得到的双音多频叠加信号信息连续地发出声波信号；所述双音多频声波接收单元，控制收听装置接收发声装置发出的声波信号，并保存信息；所述双音多频信息解码单元，将双音多频声波接收单元保存的信息进行计算、解码；所述数据验证单元，对解码后的数据进行校验。

有益效果：1、本发明应用在手机与收银终端之间进行现场支付方面，使用手机、收银终端的喇叭与麦克风，手机和收银终端的支付范围广泛，成本低廉；2、本发明在不改变手机、收银终端的物理构造情况下，通过音频信号传递交易信息，使用直观便捷，实现安全便捷的手机现场支付，满足了数据安全性、便捷性的要求；3、支付交易由收款方发起，通过音频信号传递的交易标识号对应的交易数据内容为收款方账号、收款金额、商品数量和其他说明等收款方信息，即使被窃听截取也不会造成收款方或付款方的资金风险；交易标识号由支付服务方生成，对应交易数据内容由支付服务方存储管理，难以被伪造；通过网络传输通道加密、交易标识号加密等手段保证信息数据不会被破解，有效保证了手机现场支付的安全。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

图2为本发明装置结构示意图。

图3为本发明实施例1中收款客户端单元和付款客户端单元结构示意图。

图4为本发明实施例1中音频信号的传输方法流程图。

图5为本发明实施例1中的正弦波形声波信号。

图6为本发明实施例2中收款客户端单元和付款客户端单元结构示意图。

图7为本发明实施例2中音频信号的传输方法流程图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：本发明所述通过音频信号进行手机现场支付的装置，如图2所示，包括：收款客户端单元、支付服务单元和付款客户端单元。

所述收款客户端单元安装在收款方的收银终端上，用于：首先，通过网络向支付服务单元发送交易数据，请求开始支付交易；其次，接收支付服务单元返回的交易标识号并加密；再次，根据加密的交易标识号信息生成音频信号并播放；最后，通过网络向支付服务单元查询支付交易的状态。收款方为具有收银终端的商户或个人，收银终端的类型包括台式电脑、平板电脑、手机或其他定制的收银设备。所述支付服务单元安装在支付服务方的支付服务系统中，用于：首先，存储接收到的由收款客户端单元发送的交易数据，生成交易标识号并返回给收款客户端单元；其次，接收付款客户端单元发送的交易标识号，并根据交易标识号检索到存储的交易数据，返回给所述付款客户端单元；再次，根据付款客户端单元的付款请求进行付款处理，并返回付款处理结果给付款客户端单元。所述付款客户端单元安装在付款方持有的手机上，用于：首先，录取并解析收款客户端单元发出的音频信号；其次，对解析的音频信号解密得到交易标识号，并通过网络向支付服务单元发送交易标识号；再次，接收支付服务单元发送的交易数据并显示给付款方确认；最后，经付款方确认后通过网络向支付服务单元传递付款方账号，请求付款处理并接收支付服务单元发送的付款处理结果。

付款方的手机通过互联网或移动互联网与服务方连接，传输数据时，通过非对称加密方法保证通道安全。收款方的收银终端通过互联网或移动互联网与服务方连接，传输数据时，通过非对称加密方法保证通道安全。收款方的收银终端通过喇叭发出音频信号，传递交易信息给付款方的手机，音频信号的频率范围为16K-22K，人耳难以察觉，而手机和收银终端的喇叭、麦克风可以处理。

如图3所示，所述收款客户端单元包括数据编码单元和多频声波发送单元，所述付款客户端单元包括数据解码单元和多频声波接收单元。所述数据编码单元，首先计算需传输数据的校验值，在需传输数据后加上校验值和结束符，组成完整数据，再将完整数据的每个数值转换到对应的声波频率上，根据单个频率的发送持续时间组成连续的多频声波信息，实现数据与多频声波信号的对应转换。所述多频声波发送单元，控制发声装置按数据编码单元转换得到的多频声波信息连续地发出声波信号。所述多频声波接收单元，控制收听装置接收发声装置发出的声波信号，并保存数据。所述数据解码单元，将多频声波接收单元保存的数据进行解码校验。

如图1所示，本发明所述通过音频信号进行手机现场支付的方法，包括如下步骤：

(1)收款方将收款金额、商品数量和其他说明等交易信息输入收款客户端单元，所述收款客户端单元通过网络向支付服务方的支付服务单元发送所述交易信息以及收款方账号，请求开始支付交易；

(2)所述支付服务方的支付服务单元存储接收到的交易数据，生成交易标识号并返回给所述收款客户端单元；

(3)所述收款客户端单元加密收到的交易标识号，加密方法为对称加密算法；并根据加密的交易标识号信息生成音频信号并播放；

(4)付款方的付款客户端单元录取并解析音频信号，若解析失败，则重新录取并解析音频信号；解析成功则进入下一步；

(5)所述付款客户端单元对解析的音频信号解密得到交易标识号，通过网络向所述支付服务单元发送交易标识号；

(6)所述支付服务单元根据交易标识号检索到存储的交易数据，返回给所述付款客户端单元，所述付款客户端单元将收到的交易数据内容显示给付款方，要求付款方确认付款；

(7)付款方确认付款后，所述付款客户端单元通过网络向所述支付服务单元传递付款方账号，请求付款处理；

(8)所述支付服务单元进行付款处理，并返回付款处理结果给所述付款客户端单元；若付款处理成功，所述付款客户端单元向付款方提示付款成功；

(9)所述收款客户端单元通过网络向所述支付服务单元定时轮询，查询该支付交易的状态，定时轮询的间隔的时间可以为5秒；若所述收款客户端单元查询到该支付交易的状态为已付款成功，则向收款方提示收款成功信息，并停止播放音频。

其中，步骤(3)中根据加密的交易标识号信息生成音频信号并播放和步骤(4)中付款客户端单元录取并解析音频信号，涉及到的音频信号传输方法为，定义单个频率的发送持续时间为40毫秒，保持收款客户端单元和付款客户端单元的步调一致，且数据编码单元和数据解码单元采用相同的编码规则，具体如图4所示，包括如下步骤：

(11)首先通过收款客户端单元中的数据编码单元计算需传输数据的校验值，在需传输数据后加上校验值和结束符，组成完整数据；将完整数据采用10进制方式定义，0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十个数值，分别与十个不同的声波频率一一对应，使用“#”作为结束符，这样共计11个频率组成多频声波，如表1所示为本例中声波频率、10进制对应的数值和发送持续时间的对应关系。

表1声波频率、10进制对应的数值和发送持续时间的对应关系

声波频率(HZ)	数值	持续时间(毫秒)
			17500	0	40
17800	1	40
			18100	2	40
18400	3	40
			18700	4	40
19000	5	40

19300	6	40
			19600	7	40
19900	8	40
			20200	9	40
20500	#	40

每次多频声波发送的完整数据长度为16位，其中前10位为需传输数据，5位为校验值，1位为结束符；如表2所示为一个多频声波的完整数据简单示例表。

表2一个多频声波的完整数据简单示例表

(12)再通过收款客户端单元中的数据编码单元对步骤(11)中得到的完整数据，对照编码规则，转换到对应的声波频率上，根据单个频率的发送持续时间组成连续的多频声波信息；该对应的声波频率范围在16KHz～22KHz范围内。

(13)通过收款客户端单元的多频声波发送单元控制喇叭按照多频声波信息连续地发出声波信号，并不断循环，直至查询到该支付交易的状态为已付款成功或到达超时时间。

(14)通过付款客户端单元的多频声波接收单元，控制麦克风近距离接收喇叭发出的声波信号，直至接收的音频信息达到长度要求，保存接收到的完整音频信息，并设定循环数i的初始值为0。

(15)通过付款客户端单元的数据解码单元对保存的完整音频信息进行计算解析，对照与步骤(12)相同的编码规则，将完整音频信息按单个频率持续时间长度分成相应数目的时间分段，计算各个频率在每个时间分段内的幅度值并进行排序，其中幅度值最大的频率为该时间分段内的首选频率，其他频率为该时间分段内的备选频率，再将所有声波频率转换到相应的数值上。

(16)将各个时间分段内首选频率对应的数值组成一组完整数据，进行校验，判断校验是否成功，若判断结果为是，则完成多频声波的数据传输。

(17)若步骤(16)中的判断结果为否，则依幅度值由大到小的次序用各个时间分段内备选频率对应的数值替换首选频率对应的数值，组成一组完整数据，进行校验，判断校验是否成功，若判断结果为是，则完成多频声波的数据传输。

(18)若步骤(17)中的判断结果为否，则判断循环数i＝n是否成立，若判断结果为是，则多频声波的数据传输失败，其中，n为大于1的自然数。

(19)若步骤(18)中的判断结果为否，则将步骤(14)中接收的完整音频信息的起始位置向后偏移一个偏移时间长度后再进行保存，i＝i+1；返回步骤(15)，所述偏移时间长度为单个频率持续时间长度的1/n。

本例中采用的编码规则为PCM音频编码，在步骤(12)中通过PCM音频编码完成完整数据的转换，在步骤(14)中通过PCM音频编码保存接收到的音频信息，同时结合多种压缩运算法，以降低数据量和传输量。

所述步骤(13)中声波信号以正弦波波形发出，如图5所示，为一个正弦波形音频数据被取样和量化为PCM音频编码值。正弦波形音频数据在每段固定时间内被取一次样本，即x轴的刻度；而每一个样本则依照算法，选定它在y轴上的位置；这样便产生完全离散的输入信号的替代物，编码成为数码数据，以作保存或处理。生成正弦波取决于三个参数：正弦波频率、采样频率、位深度，如生成18100HZ的正弦波，44.1K采样频率，16位深度。使用sin函数可以生成输出正弦波形音频数据，sin函数计算一个弧度角的正弦值(2π弧度等于360度)，返回值的范围是从-1到1。每个采样点的步进弧度值计算公式为：(2*π)/(采样频率/正弦波频率)。16位深度音频数据的最大强度值和最小强度值分别为32767和-32768。计算出每个采样点的步进弧度正弦值与强度值的乘积，填入到PCM音频编码格式的数据区中，就完成了音频波形的调制。收款客户端单元采用上述方法可生成多频声波中每个频率的波形数据。为避免频率之间变换时信号落差导致产生人耳可以听到的噪音，每个频率周期中，中间强度取值最高，左端的强度取值依次由最低增加到最高，右端的强度取值依次由最高降低到最低，实现频率之间的平滑变换，避免产生噪音。收款客户端单元按多频声波信息连续发出声波信号，循环播放，直至查询到该支付交易的状态为已付款成功。

付款客户端单元对录取到的多频声波信息进行检测，即计算解析单个频率持续时间段内的音频信号的频率，对照编码规则确定相应的数值。根据奈奎斯特采样定理，“如果信号是带限的，并且采样频率高于信号带宽的一倍，那么，原来的连续信号可以从采样样本中完全重建出来。”本例采用的录音采样频率为44.1K或更高频率，使得16K-22KHZ的超声波信号可以从采样样本中完全重建出来。

对信号的频谱进行分析可以判定频率信息，在本例中，付款客户端单元对信号频谱的分析采用对于音频信号的频率幅度值计算既有效又快速的Goertzel算法，Goertzel算法的示例软件程序代码如下：

通过上述Goertzel算法计算一段音频信息，能够返回某频率的幅度能量值，输入参数说明如下：

samples：音频信息值的数组，对应于PCM编码中的值序列；

freq：需要检测的频率，如18100；

N：参与运算的音频信息个数，如882表示44100HZ采样频率时，20毫秒的音频信息个数；

samplerate：采样频率，如44100。

本例中，解码数据时，以单个频率持续时间即每40毫秒的音频信息为1帧，16位完整数据传输时，一次完整录音共680毫秒，即表示16帧完整数据的信息加上1帧偏移保留信息；对16帧信息的每1帧信息计算解析，编码规则中11个频率在该帧内的幅度值，为避免一帧横跨两个频率周期导致误判，计算幅度值时，只将每帧的前20毫秒的音频信息参与运算；排序后幅度值最大的频率作为首选频率，其他频率依次作为备选频率。16帧的频率幅度值计算完成后，将每一帧的首选频率对应的数值，组成16位完整的数据进行校验。若校验失败，则再依次序用每一帧的备选频率对应的数值替换首选频率对应的数值，组成16位完整的数据进行校验。完整音频信息的起始位若不当，一帧可能横跨两个频率周期，将导致频率幅度值误判，所以若仍校验失败，则将完整音频信息的起始位置往后偏移10毫秒，重新执行本步骤，共重复4次，直到校验成功或偏移次数全部执行完。因环境噪音影响、麦克风灵敏度限制等原因，首选频率可能不是实际发出的频率，备选频率参与运算，可以有效提高频率的命中率。为避免误判和降低运算量，备选频率的选择范围可以缩小，如只选择幅度值排名前3的备选频率进行数值对应和组成数据。对于4次不同起始位的运算步骤，可以分别汇总最大频率幅度值总和，只校验总和前2位的步骤的数据，忽略总和后2位的步骤的数据。

对于各组16位完整数据，每组数据的校验方法如下：按结束符出现的位置重排数据，将结束符往后的数据移至数据最前部。这时，前10位为需传输的数据，第11位至第15位为校验值。计算前10位数据的校验值是否等于后5位校验值；若相等，则得出这10位数据为正确的需传输的数据，数据传输成功完成；若不相等，则继续循环计算其他各组数据的校验值是否相等。通过5位校验值的校验，保证了数据的准确性。

实施例2：本实施例装置及方法与实施例1的不同点在于(未涉及到的同实施例1)：

如图6所示，本实施例收款客户端单元包括数据生成单元、双音多频信息编码单元和双音多频声波发送单元，付款客户端单元包括双音多频声波接收单元、双音多频信息解码单元和数据验证单元。

所述数据生成单元，计算需传输数据的校验值，给需传输数据加上校验起始标志和校验值，组成完整数据；所述双音多频信息编码单元，将数据生成单元生成的完整数据的每个数值转换到对应的双音多频叠加信号上，根据发送持续时间组成连续的双音多频叠加信号信息，实现数据与双音多频声波信号的对应转换；所述双音多频声波发送单元，控制发声装置按双音多频信息编码单元转换得到的双音多频叠加信号信息连续地发出声波信号；所述双音多频声波接收单元，控制收听装置接收发声装置发出的声波信号，并保存信息；所述双音多频信息解码单元，将双音多频声波接收单元保存的信息进行计算、解码；所述数据验证单元，对解码后的数据进行校验。

如图7所示，步骤(3)中根据加密的交易标识号信息生成音频信号并播放和步骤(4)中付款客户端单元录取并解析音频信号，涉及到的音频信号传输方法为，定义发送持续时间为40毫秒，保持收款客户端单元和付款客户端单元的步调一致，且数据编码单元和数据解码单元采用相同的编码规则，具体传输步骤如下：

(21)通过数据生成单元采用CRC校验法给需传输数据加上校验起始标志和校验值，组成完整数据。将完整数据采用16进制方式定义，0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E和F十六个数值，分别与十六组双音频率一一对应，本例中双音多频叠加信号对应的编码表如表3所示。

表3双音多频叠加信号对应的编码表

低频/高频	18100	18400	18700	19000
					16100	0	1	2	3
16400	4	5	6	7
					16700	8	9	A	B
17000	C	D	E	F

根据表3可得知对应于每个数值的双音多频叠加信号的叠加信号，如表4所示。

表4对应于每个数值的双音多频叠加信号的叠加信号

每次多频声波发送的完整数据长度为14位，其中前8位为需传输数据，2位为事先定义的校验起始标志，4位为校验值，本例中的校验起始标志为“OF”；如表5所示为一个双音多频的完整数据简单示例表。

表5一个双音多频的完整数据简单示例表

(22)对步骤(21)中得到的完整数据，通过双音多频信息编码单元对照表3的编码规则，转换到对应的双音多频叠加信号上，根据发送持续时间组成连续的双音多频叠加信号信息，该对应的声波频率范围在16KHz～22KHz范围内。

(23)通过双音多频声波发送单元控制喇叭按照双音多频叠加信号信息连续地发出声波信号，并不断循环，直至查询到该支付交易的状态为已付款成功或到达超时时间。

(24)通过麦克风近距离接收喇叭发出的声波信号，直至接收的音频信息达到长度要求，保存接收到的完整音频信息，并设定循环数i的初始值为0。

(25)通过双音多频信息解码单元对保存的完整音频信息进行计算解析，对照与步骤(22)相同的编码规则，将完整音频信息按发送持续时间长度分成相应数目的时间分段，根据幅度大小次序，选取每个时间分段中的两个频率并解析由其构成的双音多频叠加信号为相应数值，形成一组完整数据；通过数据验证单元对该完整数据进行校验，判断校验是否成功，若判断结果为是，则完成双音多频声波的数据传输。

(26)若步骤(25)中的判断结果为否，则判断循环数i＝n是否成立，若判断结果为是，则多频声波的数据传输失败，其中，n为大于1的自然数。

(27)若步骤(26)中的判断结果为否，则将步骤(24)中接收的完整音频信息的起始位置向后偏移一个偏移时间长度后再进行保存，i＝i+1；返回步骤(25)，所述偏移时间长度为发送持续时间长度的1/n。

本例中采用的编码规则为PCM音频编码，在步骤(22)中通过PCM音频编码完成完整数据的转换，在步骤(24)中通过PCM音频编码保存接收到的音频信息，同时结合多种压缩运算法，以降低数据量和传输量。

所述步骤(23)中声波信号以正弦波波形发出，生成双音多频叠加的正弦波取决于参数：两个正弦波频率、采样频率、位深度，如16100HZ+18100HZ，44.1K采样频率，16位深度。使用sin函数可以生成输出正弦波音频数据，sin函数计算一个弧度角的正弦值。每个采样点的步进弧度值计算公式为：(2*π)/(采样频率/正弦波频率)。两个频率中，每个频率的16位深度音频数据的最大强度值和最小强度值分别为16383和-16384。计算出两个频率中每个频率的采样点的步进弧度正弦值与强度值的乘积，将两个乘积值相加，将和值填入到PCM格式的数据区中，就完成了叠加的音频波形的调制。本例采用上述方法生成双音多频叠加的波形数据。

为避免频率之间变换时信号落差导致产生人耳可以听到的噪音，每个发送的双音多频信号周期中，中间强度取值最高，左端的强度取值依次由零增加到最高，右端的强度取值依次由最高降低到最低，实现平滑变换，避免产生噪音。

收款客户端单元按双音多频叠加信号信息连续发出声波信号，循环播放，直至查询到该支付交易的状态为已付款成功。

付款客户端单元对录音得到的双音多频叠加信号信息进行检测，即计算每个持续时间段内的音频信号的双音频率，对照编码规则确定相应的数值。根据奈奎斯特采样定理，“如果信号是带限的，并且采样频率高于信号带宽的一倍，那么，原来的连续信号可以从采样样本中完全重建出来。”本例采用的录音采样频率为44.1K或更高频率，使得16K-22K HZ的超声波信号可以从采样样本中完全重建出来。

对信号的频谱进行分析可以判定频率信息，在本例中，接收端对信号频谱的分析采用对于音频信号的频率幅度值计算既有效又快速的Goertzel算法。

本例中，解码数据时，以单个频率持续时间即每40毫秒的音频信息为1帧，14位完整数据传输时，一次完整录音共600毫秒，即表示14帧完整数据的信息加上1帧偏移保留信息；对14帧信息的每1帧信息计算解析，编码规则中8个频率在该帧内的幅度值，为避免一帧横跨两个信号周期导致误判，计算幅度值时，只将每帧的前20毫秒的音频信息参与运算；排序后幅度值前3大的频率，记为该帧的频率1、频率2、频率3。

14帧的频率幅度值计算完成后，将每一帧的频率1、频率2组合对应的数值，组成14位完整的数据进行校验。若校验失败，则再依次序用每一帧的频率1、频率3组合以及频率2、频率3组合对应的数值替换频率1、频率2组合对应的数值，组成14位完整的数据进行校验。

完整音频信息的起始位若不当，一帧可能横跨两个信号周期，将导致频率幅度值误判，所以若仍校验失败，则将完整音频信息的起始位置往后偏移10毫秒，重新执行本步骤，共重复4次，直到校验成功或偏移次数全部执行完。备选频率组合参与运算，可以有效提高数据解析成功率，消除环境噪音、麦克风灵敏度的影响。为避免误判和降低运算量，对于4次不同起始位的运算步骤，可以分别汇总最大频率幅度值总和，只校验总和前2位的步骤的数据，忽略总和后2位的步骤的数据。

对于各组14位完整数据，每组数据的校验方法如下：循环查找校验起始标志，按校验起始标志出现的位置重排数据，将校验起始标志往后的数据移至数据最前部。这时，前4位为校验值，第5位至第12位为需传输的8位数据，计算8位数据的校验值是否等于前4位校验值；若相等，则得出这8位数据为正确的需传输的数据，数据传输成功完成；若不相等，则继续循环计算其他各组数据的校验值是否相等。通过4位校验值的校验，保证了数据的准确性。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (8)

1.一种通过音频信号进行手机现场支付的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)收款方将交易信息输入收款客户端单元，所述收款客户端单元通过网络向支付服务方的支付服务单元发送所述交易信息以及收款方账号，请求开始支付交易；

(2)所述支付服务方的支付服务单元存储接收到的交易数据，生成交易标识号并返回给所述收款客户端单元；

(3)所述收款客户端单元加密收到的交易标识号，并根据加密的交易标识号信息生成音频信号并播放；

(4)付款方的付款客户端单元录取并解析音频信号，若解析失败，则重新录取并解析音频信号；解析成功则进入下一步；

(5)所述付款客户端单元对解析的音频信号解密得到交易标识号，通过网络向所述支付服务单元发送交易标识号；

(6)所述支付服务单元根据交易标识号检索到存储的交易数据，返回给所述付款客户端单元，所述付款客户端单元将收到的交易数据内容显示给付款方，要求付款方确认付款；

(7)付款方确认付款后，所述付款客户端单元通过网络向所述支付服务单元传递付款方账号，请求付款处理；

(8)所述支付服务单元进行付款处理，并返回付款处理结果给所述付款客户端单元；若付款处理成功，所述付款客户端单元向付款方提示付款成功；

(9)所述收款客户端单元通过网络向所述支付服务单元定时轮询，查询该支付交易的状态；若所述收款客户端单元查询到该支付交易的状态为已付款成功，则向收款方提示收款成功信息，并停止播放音频。

2.根据权利要求1所述的通过音频信号进行手机现场支付的方法，其特征在于：

步骤(3)中根据加密的交易标识号信息生成音频信号并播放和步骤(4)中付款客户端单元录取并解析音频信号的方法包括如下步骤：

(11)首先通过收款客户端单元中的数据编码单元计算需传输数据的校验值，在需传输数据后加上校验值和结束符，组成完整数据；

(12)再通过收款客户端单元中的数据编码单元对步骤(11)中得到的完整数据，对照编码规则，转换到对应的声波频率上，根据单个频率的发送持续时间组成连续的多频声波信息；

(13)通过收款客户端单元的多频声波发送单元控制所述收款客户端单元的发声装置按照多频声波信息连续地发出声波信号，并不断循环，直至查询到该支付交易的状态为已付款成功或到达超时时间；

(14)通过付款客户端单元的多频声波接收单元，控制所述付款客户端单元的收听装置近距离接收所述收款客户端单元的发声装置发出的声波信号，直至接收的音频信息达到长度要求，保存接收到的完整音频信息，并设定循环数i的初始值为0；

(15)通过付款客户端单元的数据解码单元对保存的完整音频信息进行计算解析，对照与步骤(12)相同的编码规则，将完整音频信息按单个频率持续时间长度分成相应数目的时间分段，计算各个频率在每个时间分段内的幅度值并进行排序，其中幅度值最大的频率为该时间分段内的首选频率，其他频率为该时间分段内的备选频率，再将所有声波频率转换到相应的数值上；

(16)将各个时间分段内首选频率对应的数值组成一组完整数据，进行校验，判断校验是否成功，若判断结果为是，则完成多频声波的数据传输；

(17)若步骤(16)中的判断结果为否，则依幅度值由大到小的次序用各个时间分段内备选频率对应的数值替换首选频率对应的数值，组成一组完整数据，进行校验，判断校验是否成功，若判断结果为是，则完成多频声波的数据传输；

(18)若步骤(17)中的判断结果为否，则判断循环数i＝n是否成立，若判断结果为是，则多频声波的数据传输失败，其中，n为大于1的自然数；

(19)若步骤(18)中的判断结果为否，则将步骤(14)中接收的完整音频信息的起始位置向后偏移一个偏移时间长度后再进行保存，i＝i+1；返回步骤(15)，所述偏移时间长度为单个频率持续时间长度的1/n。

3.根据权利要求1所述的通过音频信号进行手机现场支付的方法，其特征在于：

步骤(3)中根据加密的交易标识号信息生成音频信号并播放和步骤(4)中付款客户端单元录取并解析音频信号的方法包括如下步骤：

(21)首先通过收款客户端单元中的数据生成单元计算需传输数据的校验值，给需传输数据加上校验起始标志和校验值，组成完整数据；

(22)再通过收款客户端单元中的双音多频信息编码单元对步骤(21)中得到的完整数据，对照编码规则，转换到对应的双音多频叠加信号上，根据发送持续时间组成连续的双音多频叠加信号信息；

(23)通过收款客户端单元中的双音多频声波发送单元控制所述收款客户端单元的发声装置按照双音多频叠加信号信息连续地发出声波信号，并不断循环，直至查询到该支付交易的状态为已付款成功或到达超时时间；

(24)通过付款客户端单元的双音多频声波接收单元，控制所述付款客户端单元的收听装置近距离接收所述收款客户端单元的发声装置发出的声波信号，直至接收的音频信息达到长度要求，保存接收到的完整音频信息，并设定循环数i的初始值为0；

(25)通过付款客户端单元的双音多频信息解码单元对保存的完整音频信息进行计算解析，对照与步骤(22)相同的编码规则，将完整音频信息按发送持续时间长度分成相应数目的时间分段，根据幅度大小次序，选取每个时间分段中的两个频率并解析由其构成的双音多频叠加信号为相应数值，形成一组完整数据；通过付款客户端单元的数据验证单元对该完整数据进行校验，判断校验是否成功，若判断结果为是，则完成双音多频声波的数据传输；

(26)若步骤(25)中的判断结果为否，则判断循环数i＝n是否成立，若判断结果为是，则多频声波的数据传输失败，其中，n为大于1的自然数；

(27)若步骤(26)中的判断结果为否，则将步骤(24)中接收的完整音频信息的起始位置向后偏移一个偏移时间长度后再进行保存，i＝i+1；返回步骤(25)，所述偏移时间长度为发送持续时间长度的1/n。

4.根据权利要求1所述的通过音频信号进行手机现场支付的方法，其特征在于：

步骤(1)中，所述交易信息包括收款金额、商品数量和其他说明。

5.根据权利要求1所述的通过音频信号进行手机现场支付的方法，其特征在于：

步骤(3)中，交易标识号的加密方法为对称加密算法。

6.一种实现权利要求1所述方法的装置，其特征在于该装置包括：收款客户端单元、支付服务单元和付款客户端单元；

所述收款客户端单元安装在收款方的收银终端上，用于：首先，通过网络向支付服务单元发送交易数据，请求开始支付交易；其次，接收支付服务单元返回的交易标识号并加密；再次，根据加密的交易标识号信息生成音频信号并播放；最后，通过网络向支付服务单元查询支付交易的状态；若所述收款客户端单元查询到该支付交易的状态为已付款成功，则向收款方提示收款成功信息，并停止播放音频；

所述支付服务单元安装在支付服务方的支付服务系统中，用于：首先，存储接收到的由收款客户端单元发送的交易数据，生成交易标识号并返回给收款客户端单元；其次，接收付款客户端单元发送的交易标识号，并根据交易标识号检索到存储的交易数据，返回给所述付款客户端单元；再次，根据付款客户端单元的付款请求进行付款处理，并返回付款处理结果给付款客户端单元；

所述付款客户端单元安装在付款方持有的手机上，用于：首先，录取并解析收款客户端单元发出的音频信号；其次，对解析的音频信号解密得到交易标识号，并通过网络向支付服务单元发送交易标识号；再次，接收支付服务单元发送的交易数据并显示给付款方确认；最后，经付款方确认后通过网络向支付服务单元传递付款方账号，请求付款处理并接收支付服务单元发送的付款处理结果。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述收款客户端单元包括数据编码单元和多频声波发送单元，所述付款客户端单元包括数据解码单元和多频声波接收单元；

所述数据编码单元，首先计算需传输数据的校验值，在需传输数据后加上校验值和结束符，组成完整数据，再将完整数据的每个数值转换到对应的声波频率上，根据单个频率的发送持续时间组成连续的多频声波信息，实现数据与多频声波信号的对应转换；

所述多频声波发送单元，控制所述收款客户端单元的发声装置按数据编码单元转换得到的多频声波信息连续地发出声波信号；

所述多频声波接收单元，控制所述付款客户端单元的收听装置接收所述收款客户端单元的发声装置发出的声波信号，并保存数据；

所述数据解码单元，将多频声波接收单元保存的数据进行解码校验。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述收款客户端单元包括数据生成单元、双音多频信息编码单元和双音多频声波发送单元，所述付款客户端单元包括双音多频声波接收单元、双音多频信息解码单元和数据验证单元；

所述数据生成单元，计算需传输数据的校验值，给需传输数据加上校验起始标志和校验值，组成完整数据；

所述双音多频信息编码单元，将数据生成单元生成的完整数据的每个数值转换到对应的双音多频叠加信号上，根据发送持续时间组成连续的双音多频叠加信号信息，实现数据与双音多频声波信号的对应转换；

所述双音多频声波发送单元，控制所述收款客户端单元的发声装置按双音多频信息编码单元转换得到的双音多频叠加信号信息连续地发出声波信号；

所述双音多频声波接收单元，控制所述付款客户端单元的收听装置接收所述收款客户端单元的发声装置发出的声波信号，并保存信息；

所述双音多频信息解码单元，将双音多频声波接收单元保存的信息进行计算、解码；所述数据验证单元，对解码后的数据进行校验。