CN103825675A - 一种次超声波通信中编码方法及装置 - Google Patents

一种次超声波通信中编码方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种次超声波通信中编码方法及装置，选取次超声波通信频段中的多个频率点，并分别设置为4种符号，分别为数据同步码E、二进制数据“0”、二进制数据“1”和数据重复码“P”；确定待发送数据，若所述待发送数据中存在连续发送两位相同的数据，用所述数据重复码代替第二位数据；将待发送数据按照数据编码格式进行编码，并将编码之后的数据帧进行传输，实现次超声波通信，所述数据编码格式依次为数据通信起始码、校验位、净负荷数据和数据传输结束标志码，所述数据通信起始码由数据同步码E与数据重复码P交替组合而成。本发明解决了现有技术中由于通信同步不精确导致连续发送相同数据会造成误码的问题，提高了传输准确率。

Description

一种次超声波通信中编码方法及装置
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种次超声波通信中编码方法及装置。
背景技术
次超声波，通常指频率介于15kHz-20kHz的声波，它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于通信、测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。
目前的次超声波通信技术中，常常会出现通信同步不精确的问题，会导致连续发送相同的数据造成误码严重的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供了一种次超声波通信中编码方法及装置，解决了现有技术中由于通信同步不精确导致连续发送相同数据会造成误码的问题，提高了传输准确率。
本发明实施例提供一种次超声波通信中编码方法，包括：
选取次超声波通信频段中的多个频率点，并分别设置为4种符号，所述4种符号分别为数据同步码E、二进制数据“0”、二进制数据“1”和数据重复码“P”；
确定待发送数据，若所述待发送数据中存在连续发送两位相同的数据，用所述数据重复码代替第二位数据；
将待发送数据按照数据编码格式进行编码，并将编码之后的数据帧进行传输，实现次超声波通信，所述数据编码格式依次为数据通信起始码、校验位、净负荷数据和数据传输结束标志码，所述数据通信起始码由数据同步码E与数据重复码P交替组合而成。
本发明实施例还提供一种次超声波通信中编码装置，包括：
选取设置单元，用于选取次超声波通信频段中的多个频率点，并分别设置为4种符号，所述4种符号分别为数据同步码E、二进制数据“0”、二进制数据“1”和数据重复码“P”；
确定单元，用于确定待发送数据，若所述待发送数据中存在连续发送两位相同的数据，用所述数据重复码代替第二位数据；
编码传输单元，用于将待发送数据按照数据编码格式进行编码，并将编码之后的数据帧进行传输，实现次超声波通信，所述数据编码格式依次为数据通信起始码、校验位、净负荷数据和数据传输结束标志码，所述数据通信起始码由数据同步码E与数据重复码P交替组合而成。
本发明提供的方法及装置，与传统的通信编码中只发送数据“0”和数据“1”不同，引入发送数据重复码的思想，分别用数据“0”、数据“1”和数据重复码来表示待发送的数据，即在通信中如需连续发送两位相同数据(数据“0”或“1”)时用数据重复码代替第二位数据，这样能保证发送的相邻两位数据位都有跳变，从而避免超声波通信时因同步不精确而造成误码问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一的方法流程图；
图2是本发明实施例二的装置组成框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
图1是本发明实施例一的编码流程图，如图1所示，该编码方法包括：
S101、选取次超声波通信频段中的多个频率点，并分别设置为4种符号，所述4种符号分别为数据同步码E、二进制数据“0”、二进制数据“1”和数据重复码“P”；
次超声波通信频段，在本发明实施例中，选取的是15kHz-20kHz这一频段中的多个频率点，为了方便说明，本发明实施例中，通信时采用FSK调制方法，用17.5KHz表示二进制数据“0”，用19.0KHz表示数据同步码E，18kHz表示数据重复码“P”，用18.5KHz表示二进制数据“1”。
S102.确定待发送数据，若所述待发送数据中存在连续发送两位相同的数据，用所述数据重复码代替第二位数据；
与传统的通信编码中只发送数据“0”和数据“1”不同，本设计引入发送数据重复码的思想，分别用数据“0”、数据“1”和数据重复码来表示待发送的数据，即在通信中如需连续发送两位相同数据(数据“0”或“1”)时用数据重复码代替第二位数据，这样能保证发送的相邻两位数据位都有跳变，从而避免超声波通信时因同步不精确而造成误码问题。通信中用连续发送两位相同符号的方式表示数据通信结束标志，即通信时在发送完最后一位数据后再附加数据同步码E来表示通信结束标志。在检测端，数据长度由数据同步码E和通信结束标志之间的数据位位数确定。
S103.将待发送数据按照数据编码格式进行编码，并将编码之后的数据帧进行传输，实现次超声波通信，所述数据编码格式依次为数据通信起始码、校验位、净负荷数据和数据传输结束标志码，所述数据通信起始码由数据同步码E与数据重复码P交替组合而成，例如，数据通信起始码可以为：PEPEP。
其中所述校验位计算采用RS纠错编码来进行计算。
本发明实施例可用于音频数据合成，每一帧数据分别由数据同步码E音频、数据音频和结束标志码音频合成。其中数据同步码E音频可以由150ms的19KHz单音频数据组成。数据音频包括校验位数据音频和净负荷位数据音频组成，数据音频中每一位数据音频长为34.83ms，音频数据为上述数据编码方法中对应符号所表示的单音频数据，即当发送数据为0时对应17.5KHz单音频数据，当发送数据为1时对应18.5KHz单音频数据，当发送数据为数据重复码时对应18KHz单音频数据。结束标志码音频用发送与数据码中发送的最后一位数据相同的单音频数据表示，长度为34.83ms。需要说明的是，上述的所有具体数值只是为了方便说明而作为一个示例，其他的数值范围也纳入本发明实施例的保护范围。
此外，本发明实施例中，该方法还包括数据检测，信号解调及数据解码，完成该三个步骤的装置可以与编码装置是不同装置，也可以是同一装置，本发明实施例并不对此进行限制，任何具有相同或类似的功能结构均属于本发明保护的范围。
数据检测分为三种状态：空闲状态、通信起始码检测状态和数据检测状态。为了达到节能和减少CPU负担目的，CPU在空闲状态时每隔50ms对采集数据进行一次检测，当检测到有通信起始码时，CPU进入全速检测模式对每一帧数据进行检测，若通信起始码检测成功进入数据检测状态，否则回到空闲状态。
信号解调，信号经超声波传感器采集、滤波放大、模数转换送与处理器(可以是CPU或其他常用的处理器)处理。处理器对数字信号进行快速傅里叶变换，其参数可以设置为以窗长为1024，移动步长为256来进行该快速傅里叶变换，对变换后的频域数据进行能量三角窗加权，最后输出能量最大值对应的符号。
数据解码，通信中信号解调出现的三种数据分别为数据1、数据0和数据重复码。当数据接收为1时对应数据位1，当数据接收为0时对应数据位0，当接收到数据重复码时表示当前位数据位与前一位接收数据相同。
实施例二
图2是本发明实施例二的装置组成框图，如图2所示，该装置包括：
选取设置单元201，用于选取次超声波通信频段中的多个频率点，并分别设置为4种符号，所述4种符号分别为数据同步码E、二进制数据“0”、二进制数据“1”和数据重复码“P”；
确定单元202，用于确定待发送数据，若所述待发送数据中存在连续发送两位相同的数据，用所述数据重复码代替第二位数据；
编码传输单元203，用于将待发送数据按照数据编码格式进行编码，并将编码之后的数据帧进行传输，实现次超声波通信，所述数据编码格式依次为数据通信起始码、校验位、净负荷数据和数据传输结束标志码，所述数据通信起始码由数据同步码E与数据重复码P交替组合而成。
所述装置还包括检测单元，用于采集数据，并在空闲状态下定时对所述采集数据进行检测，当检测到有通信起始码时，进行全速检测模式，对每一帧数据进行检测，若通信起始码检测成功进入数据检测状态，实时检测并记录所述起始码之后的每一帧数据，否则回到空闲状态。
所述装置还包括信号解调单元，所述信号解调单元用于采集信号，将该信号经超声波传感器采集、滤波放大、模数转换，并以预设置的窗长及移动步长对数字信号进行快速傅里叶变换，对变换后的频域数据进行能量三角窗加权，输出能量最大值对应的符号。
通信中信号解调出现的三种数据分别为数据1、数据0和数据重复码，则该装置还包括数据解码单元，用于当数据接收为1时解码成数据位1，当数据接收为0时解码成数据位0，当接收到数据重复码时表示当前位数据位与前一位接收数据相同。
需要说明的是，检测单元，信号解调单元及数据解码单元可以安装在编码装置内部，也可以放置在不同的装置中，本发明实施例并无限制。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的单元或流程并不一定是实施本发明所必须的。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种次超声波通信中编码方法，其特征在于，包括：
选取次超声波通信频段中的多个频率点，并分别设置为4种符号，所述4种符号分别为数据同步码E、二进制数据“0”、二进制数据“1”和数据重复码“P”；
确定待发送数据，若所述待发送数据中存在连续发送两位相同的数据，用所述数据重复码代替第二位数据；
将待发送数据按照数据编码格式进行编码，并将编码之后的数据帧进行传输，实现次超声波通信，所述数据编码格式依次为数据通信起始码、校验位、净负荷数据和数据传输结束标志码，所述数据通信起始码由数据同步码E与数据重复码P交替组合而成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
采集数据，并在空闲状态下定时对所述采集数据进行检测，当检测到有通信起始码时，进行全速检测模式，对每一帧数据进行检测，若通信起始码检测成功进入数据检测状态，实时检测并记录所述起始码之后的每一帧数据，否则回到空闲状态。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括信号解调，所述信号解调包括：
采集信号，将该信号经超声波传感器采集、滤波放大、模数转换，并以预设置的窗长及移动步长对数字信号进行快速傅里叶变换，对变换后的频域数据进行能量三角窗加权，输出能量最大值对应的符号。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通信中信号解调出现的三种数据分别为数据1、数据0和数据重复码P，则所述信号解调之后，还包括对数据进行解码，包括：
当数据接收为1时对应数据位1，当数据接收为0时对应数据位0，当接收到数据重复码时表示当前位数据位与前一位接收数据相同。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，通信时在发送完最后一位数据后再附加数据同步码E来表示通信结束标志。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述校验位计算采用RS纠错编码方式。
7.一种次超声波通信中编码装置，其特征在于，包括：
选取设置单元，用于选取次超声波通信频段中的多个频率点，并分别设置为4种符号，所述4种符号分别为数据同步码E、二进制数据“0”、二进制数据“1”和数据重复码“P”；
确定单元，用于确定待发送数据，若所述待发送数据中存在连续发送两位相同的数据，用所述数据重复码代替第二位数据；
编码传输单元，用于将待发送数据按照数据编码格式进行编码，并将编码之后的数据帧进行传输，实现次超声波通信，所述数据编码格式依次为数据通信起始码、校验位、净负荷数据和数据传输结束标志码，所述数据通信起始码由数据同步码E与数据重复码P交替组合而成。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
检测单元，用于采集数据，并在空闲状态下定时对所述采集数据进行检测，当检测到有通信起始码时，进行全速检测模式，对每一帧数据进行检测，若通信起始码检测成功进入数据检测状态，实时检测并记录所述起始码之后的每一帧数据，否则回到空闲状态。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括信号解调单元，所述信号解调单元用于采集信号，将该信号经超声波传感器采集、滤波放大、模数转换，并以预设置的窗长及移动步长对数字信号进行快速傅里叶变换，对变换后的频域数据进行能量三角窗加权，输出能量最大值对应的符号。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，通信中信号解调出现的三种数据分别为数据1、数据0和数据重复码，则所述装置还包括数据解码单元，用于当数据接收为1时解码成数据位1，当数据接收为0时解码成数据位0，当接收到数据重复码时表示当前位数据位与前一位接收数据相同。
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