CN102891927A - 一种基于音频空气传输的手机近距离通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通信领域，具体涉及一种基于音频空气传输的手机近距离通信方法，其特征在于：所述发送方通过运算处理芯片将欲发送的数据转换为音频信号并通过所述扬声器发出；所述接收方通过拾音器接收所述音频信号并通过所述运算处理芯片将所述音频信号还原为所述数据。本发明的优点是：利用目前手机具有的拾音器和扬声器，无需发射或接收任何电磁波或光波，实现手机之间，或手机与其它移动设备之间近距离内的无线信息传输，不需要附加其它硬件，不需要发射或接收任何电磁波或光波，成本低廉，实现方便，还具备一定的抗干扰能力。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，具体涉及一种基于音频空气传输的手机近距离通信方法。
背景技术
目前在手机和其它移动设备之间的近距离通信（NFC）技术中，绝大多数是基于专门硬件的无线电传输方案，也有少量基于红外线等的光传输方案，例如蓝牙、802.11（Wi-Fi）、ZigBee、超宽频（UWB）、红外（IrDA）等。这些方案都要求手机或其它移动设备具备专门硬件，费用较高，通用性不强，尤其是不能兼容没有上述专门硬件的手机或其它移动设备。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种基于音频空气传输的手机近距离通信方法，利用目前手机具有的拾音器和扬声器，无需发射或接收任何电磁波或光波，实现手机之间，或手机与其它移动设备之间近距离内的无线信息传输。
本发明的实现由以下技术方案完成：
一种基于音频空气传输的手机近距离通信方法，包括发送方和接收方，所述发送方及接收方至少包括手机、电脑中的一种，所述发送方设有扬声器，所述接收方设有拾音器，且所述发送方及接收方分别设置有运算处理芯片，其特征在于：所述发送方通过运算处理芯片将欲发送的数据转换为音频信号并通过所述扬声器发出；所述接收方通过拾音器接收所述音频信号并通过所述运算处理芯片将所述音频信号还原为所述数据。
所述发送方具体发送步骤为：将待发送的所述数据进行压缩和编码，然后进行信道编码，并将信道编码后的所述数据调制到所述发送设备支持的音频上。
所述压缩是根据所述数据的种类进行选择，采取不压缩、先游程长度压缩再霍夫曼压缩、霍夫曼压缩中的任意一种。
所述发送设备上设置有拾音器，所述发送设备根据所述拾音器测量到的周围环境噪音，选择不同的调制、编码方式。
所述接收方的具体接收步骤为：所述拾音器接收所述音频信号并对其进行解调，然后对解调后的内容进行信道译码纠错，并进行解压缩，得到所述数据。
在通信过程中，所述发送方发送一定量数据后暂停，所述接收方根据接收状况，向所述发送方发出继续发送或重发，所述发送方根据指示继续发送，或重发上次发送内容。
本发明的优点是：利用目前手机具有的拾音器和扬声器，无需发射或接收任何电磁波或光波，实现手机之间，或手机与其它移动设备之间近距离内的无线信息传输，不需要附加其它硬件，不需要发射或接收任何电磁波或光波，成本低廉，实现方便，还具备一定的抗干扰能力。
附图说明
图1是本发明中信息发送方工作流程图；
图2是本发明中信息接收方工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-2所示，图中标记1-6分别为：数据1、运算处理芯片2、扬声器3、拾音器4、运算处理芯片5、信息6。
实施例：如图1、2所示，本实施例中通信装置分发送方和接收方，发送方上设置有运算处理芯片2和扬声器3，用以将需要发送的数据1通过运算处理芯片转换为音频信号并通过扬声器3发出；接收方上设置有拾音器4和运算处理芯片5，拾音器4接收来自扬声器3的音频信号，运算处理芯片5将接收到的音频信号还原为信息6，数据1即为信息6的原始形态。
本实施例中的运算处理芯片2、5，是现有手机和其它移动设备中都具有的IC微处理芯片，能进行缓存、压缩/解压、编/译码、调制/解调、输入/输出等信息处理功能。
发送方的发送具体步骤如下：
1、发送前通过拾音器监听环境噪声，如果噪声大于50分贝，则采用BPSK调制，信道编码包括矩阵交织和RS码的组合纠错，记为速率级1；如果噪声介于40分贝到50分贝之间，则采用QPSK调制，信道编码仅使用矩阵交织，记为速率级2；如果噪声小于40分贝，则采用8PSK调制，信道编码包括矩阵交织和RS码的组合纠错，记为速率级3。当没有监听结果，或者发送通信过程本身的“确认”、“重发”内容时，始终采用速率级1。
2、将要发送的内容分为二进制数据（以0标识）、普通文本（以1标识）、URL（以2标识）、通讯录数据（以3标识），由用户对所发送的内容作出选择。根据需要发送的信息内容不同，如果是二进制数据，则不进行压缩；如果是普通文本，则先进行游程长度压缩，然后进行霍夫曼压缩；如果是URL或通讯录数据，则进行霍夫曼压缩。
本实施例中所采用的两种压缩方式具体步骤如下：
游程长度压缩：a）遍历需要压缩的内容，如果发现有五个及以上连续重复的字符，则将这些连续的字符替换为三个字符：“0xFE”，该字符表示游程长度编码的标志；重复出现的字符本身；字符重复的次数。
b）如果需要压缩的内容中本来就存在字符“0xFE”，则无论该字符是否五个及以上连续重复出现，都对其进行如步骤a）描述的编码。
霍夫曼压缩：a）检查字符在数据中的出现频率。
b）构建哈夫曼树。
c）创建哈夫曼编码表。
d）生成压缩后结果。
3、对1处理后的数据分块，每块数据大小为368字节（2944比特），在每块前顺次加上1字节速率级标志（1至3）、1字节数据类型标志（0至3）、1字节保留字段、1字节分块编号（从0开始，每个块递增1）、1字节总分块数量、2字节“本块数据长度”（不包含前面加入的3个字节，以比特为单位）。加入的数据和分块后的一块数据组成375个字节（3000比特）的单元，如果有分块数据长度不足370字节（2960比特），则将实际长度记入“本块数据长度”，数据块末尾添加相应数量的0，补足370字节（2960比特）。
4、将前面处理得到的每一块单独生成CRC校验值，形成携带有CRC校验值的数据块。
本实施例中的CRC校检码采用的生成多项式记为G(x)，G(x)=x16+x12+x5+1，并且具有如下步骤：
a）将待添加CRC校验的数据比特流用信息多项式C(x)表示，将C(x)左移R位，则可表示成C(x)*2R，这样C(x)的右边就会空出R位，这就是校验码的位置。
b）将C(x)*2R得到的新序列，除以生成多项式G(x)，得到的余数就是校验码。
c）将校验码放到步骤a中空出的R位上，形成添加了CRC校验的数据。
5、本实施例以速率级1为例，将带有校验的数据采用一定参数和层次的RS码和矩阵编码进行信道编码。信道编码包括矩阵交织和RS码的组合纠错。无论对于速率级为多少的情况，一个发送过程的第一个数据块，都采用速率级1的信道编码方式。
组合纠错方式为RS码为内码，矩阵交织为外码。RS码编码采用循环码的生成方法。采用的域生成多项式为x8+x7+x2+x+1，包括块长度32符号、信息段长度24符号和校验长度8符号，可纠正3个以下的随机错误。
矩阵交织深度为16，可把以传输过程中的突发错误转换成随机错误，从而有效保证传输过程的可靠性。
6、本实施例以速率级1为例，将前面生成的数据，通过BPSK调制方式，调制到固定频率的正弦波上，生成数字化的声音数据。无论对于速率级为多少的情况，一个发送过程的第一个数据块，都采用速率级1的调制方式。
本实施例中数据转化声音步骤如下：取固定的声音频率fc=1500Hz，采样率 fs=30KSPS。
a）得到两个相位相差180度的1500Hz单频序列，序列一记为， 
， S1(n)=cos
，其中，n=1,2,3……；序列二记为S2，S2(n)= —cos
，其中，n=1,2,3……。
b）创建数组A，其长度为待调制数据比特数的10倍。
c）遍历待调制数据的每个比特，当该比特为0时，在数组A添加10个值，这些值来自于对应的S1(n)；当该比特为1时，在数组A添加10个值，这些值来自于对应的S2(n)。
d）数组A中最后的值，即为调制之后的数据。
7、通过设备将数字化的声音转化成模拟声音发送，也就是播放声音。
8、如果连续发送的数据块大于10个，当发送完第10个数据块时，转为接收状态，等待接收方的“确认”或“重发”指令，决定继续发送后面10个数据块，还是重新发送前面已发送过的10个数据块。
接收方的接收具体步骤如下：
首先，接收步骤基本上是发送步骤的逆过程。
1、通过设备的录音功能对声音信号进行捕捉，得到数字化的声音信号进行信号。
2、对数字化的声音信号进行检测，当发现信号有明显变大，超过一定门限，即认为有可能收到信号，开始进行下一步的解调处理。
3、本实施例以速率级1为例，对信号进行BPSK解调，从中找到一个数据块的开始位置和数据块长度后，根据数据块长度，持续解调完该数据块。无论对于速率级为多少的情况，一个发送过程的第一个数据块，都采用速率级1的方式解调。
本实施例中的BPSK解调过程如下：取固定的声音频率fs=1500Hz，采样率 
=30KSPS。
a）构造单频序列记为S，
,其中，n=1,2,3……。
b）将待解调数据与该序列相乘并滤波，得到新的序列，记为B。
c）创建数组C，其长度为B的十分之一。
d）对B序列中每10个值进行平均，如果平均值大于0，在C中添加1个为1的比特；如果小于等于0，在C中添加一个为0的比特。
e）数组C中最后的值，即为解调之后的数据。
4、将解调后的数据，进行RS码和（或）矩阵编码的信道译码，得到译码后的数据。本实施例以速率级1为例，但无论对于速率级为多少的情况，一个发送过程的第一个数据块，都采用速率级1的信道译码。
矩阵交织的译码过程是交织的逆过程。生成的时候使用m*n的矩阵，译码时把比特流输入n*m的矩阵，输出的比特流即为矩阵译码的数据。
本实施例的译码过程如下：
a)、计算伴随式的值；
b)、依据伴随式的值确定差错定位多项式；
c)、求出错误位置值；
d)、根据错误位置求取错误值；
e)、对c、d步所标的错误位置和错误值进行纠正。
5、对去扰后的数据进行CRC校验 ，如果校验通过，则进入下一步操作，如果校验失败，则停止操作，向用户提示接收失败。
本实施例中CRC校检过程如下：将待校验的数据比特流用信息多项式C(x)表示，将C(x)除以G(x)，如果能整除，余数为0，则校验通过；否则校验不通过。
6、对通过CRC校验的数据，如果是第一个数据块，则提取其“速率级”的值供接收后续数据块时使用，再根据数据块起始位置的类型标志，对传输的数据部分进行处理：普通文本进行游程长度解压和霍夫曼译码，对URL或通讯录数据，进行霍夫曼译码，对二进制数据不进行处理。
本实施例中的霍夫曼译码过程如下：遍历压缩后的数据，每一次都从哈夫曼树的根节点出发，遇到0时，进入节点的左子树，遇到1时进入节点的右子树，直到到达叶子节点为止，并取得最终的字符。重复这一过程，直到所有字符都已经解码。该过程也等同于通过查询霍夫曼编码表得到对应的字符。
本实施例中的游程长度压缩译码过程如下：a）遍历需要解压缩的内容，如果发现“0xFE”，则将其后的一个字符，重复N遍，其中N为被重复字符后面一个字符所表示的数值。
b）用前面步骤得到的N个字符，替代以“0xFE”开始的三个字符。
7、将前面处理结果缓存起来，根据步骤6中得到的数据块总数和当前块编号，如果尚未处理完所有数据块，则返回1继续检测信号。如果达到连续处理了10个数据块，则根据这10个数据块CRC校验的情况，全通过则发送“确认”，要求发送方继续发送10个数据块；有不通过的情况，则发送“重发”，要求发送方重新发送前面的10个数据块。“确认”和“重发”分别是内容为0或1的特殊数据块。
8、如果已经处理完最后一个数据块，则将前面所有缓存的数据块合并，得到发送方发送出来的数据。
9、根据需求，将上一步得到的发送方发送的数据进行显示或根据数据类别标识作后续处理。然后返回1继续检测信号。
本实施例在具体实施时：通信装置分发送方和接收方，可以是具有音频发送功能（扬声器）和接收功能（拾音器），以及运算处理能力的手机、平板电脑、电脑、POS机终端、签到终端、广告终端等。
发送方和接收方之间是通过声音进行无线信息传输。仅通过软件实现信息传输功能。应用场景包括电脑向手机发送一段文本、手机之间传送通讯录、手机向POS终端传送银行卡号、密码完成支付、广告终端向手机发送URL链接到广告网页等。
Claims (6)
1.一种基于音频空气传输的手机近距离通信方法，包括发送方和接收方，所述发送方及接收方至少包括手机、电脑中的一种，所述发送方设有扬声器，所述接收方设有拾音器，且所述发送方及接收方分别设置有运算处理芯片，其特征在于：所述发送方通过运算处理芯片将欲发送的数据转换为音频信号并通过所述扬声器发出；所述接收方通过拾音器接收所述音频信号并通过所述运算处理芯片将所述音频信号还原为所述数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于音频空气传输的手机近距离通信方法，其特征在于：所述发送方具体发送步骤为：将待发送的所述数据进行压缩和编码，然后进行信道编码，并将信道编码后的所述数据调制到所述发送设备支持的音频上。
3.根据权利要求2所述的一种基于音频空气传输的手机近距离通信方法，其特征在于：所述压缩是根据所述数据的种类进行选择，采取不压缩、先游程长度压缩再霍夫曼压缩、霍夫曼压缩中的任意一种。
4.根据权利要求2所述的一种基于音频空气传输的手机近距离通信方法，其特征在于：所述发送设备上设置有拾音器，所述发送设备根据所述拾音器测量到的周围环境噪音，选择不同的调制、编码方式。
5.根据权利要求1所述的一种基于音频空气传输的手机近距离通信方法，其特征在于：所述接收方的具体接收步骤为：所述拾音器接收所述音频信号并对其进行解调，然后对解调后的内容进行信道译码纠错，并进行解压缩，得到所述数据。
6.根据权利要求1所述的一种基于音频空气传输的手机近距离通信方法，其特征在于：在通信过程中，所述发送方发送一定量数据后暂停，所述接收方根据接收状况，向所述发送方发出继续发送或重发，所述发送方根据指示继续发送，或重发上次发送内容。
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