CN103957056A - 兼容智能手机的可见光通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种兼容智能手机的可见光通信系统,包括部分信息选择模块、部分信息编码器、全部信息编码器、可见光通信调制器、LED阵列、专用接收设备及智能手机,部分信息编码器、全部信息编码器的输入端分别与信息选择模块连接,输出端分别与可见光通信调制器连接,可见光通信调制器与LED阵列连接,专用接收设备及智能手机分别接收LED阵列发出的可见光信号,得到全部或部分发送信息的估计值。该兼容智能手机的可见光通信系统可以利用智能手机或带有高速摄像头的专用接收设备作为接收设备,扩展了MIMO可见光通信的应用范围,同时在使用专用接收设备时,可以实现对部分发送信息的分集接收,从而降低部分发送信息传输时的错误概率。

Description

兼容智能手机的可见光通信系统
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域,尤其是一种兼容智能手机的可见光通信系统。
背景技术
在多入多出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)可见光通信系统中,在发送端,通过单独控制LED阵列中各LED闪烁,可以实现传输多路可见光信号的并行传输,从而提高系统的整体传输速率和系统容量。为了不使可见光通信对人的正常生活造成干扰,需要设定一个较高的LED的闪烁频率值。
相应的在接收端,需要利用图像传感器接收可见光信号,并使用数字图像处理的方法从中获得LED阵列中各LED的瞬时状态。当LED的闪烁频率较高时,图像传感器也需要较高的响应速率。而具有较高响应速率的图像传感器,其成本也都非常高昂。同时,高速的数字图像处理也要求接收端设备具有较高的运算能力,响应的也对应着较高的成本。而接收端较高的成本,在很大程度上制约了MIMO可见光通信系统的推广和发展。
近年来,智能手机经历了迅速的发展和普及,如果能将其作为MIMO可见光通信系统的接收端设备,必将会极大的降低该系统的成本、加速该系统的推广和发展。现在的智能手机均配有较高像素的摄像头,其CPU也具有较强的运算能力,同时也可以较为方便的将数字图像处理的算法移植到智能手机中。但是,由于其摄像头不具有较高的响应速率,无法应用于现有的MIMO可见光通信系统中。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:为了提供一种兼容智能手机的可见光通信系统,可以利用智能手机或带有高速摄像头的专用接收设备作为接收设备,扩展了MIMO可见光通信的应用范围。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种兼容智能手机的可见光通信系统,包括发送设备及接收设备,所述发送设备包括:
部分信息选择模块,用于从发送信息中选择出部分单独传输的信息;
部分信息编码器,与部分信息选择模块相连,用于将部分信息选择模块选择出的信息进行较低速率的编码;
全部信息编码器,与部分信息选择模块相连,用于将全部的发送信息进行较高速率的编码;
可见光通信调制器,分别与部分信息编码器、全部信息编码器相连,用于将部分信息编码器、全部信息编码器输出的编码信号转换为LED阵列中各LED的驱动信号;
LED阵列,与可见光通信调制器相连,用于利用可见光通信调制器输出的驱动信号驱动阵列中的各LED,从而输出可见光信号;
所述接收设备包括:
专用接收设备,用于以较高速率采集包含完整LED阵列的图像,并从中提取出LED阵列中各LED所对应的较高速率码字序列,解码后最终得到全部信息的估计值;
智能手机,用于以较低速率采集包含完整LED阵列的图像,并从中提取出LED阵列中各LED所对应的较低速率码字序列,解码后最终得到部分信息的估计值。
所述专用接收设备包括:
高速摄像头,用于以较高速率采集包含完整LED阵列的图像;
专用图像处理模块,用于从高速摄像头所采集的图像中提取LED阵列中各LED所对应的较高速率码字序列;
全部信息解码器,用于对LED阵列中各LED所对应的较高速率码字序列进行解码,得到全部信息的估计值。
所述智能手机包括:
摄像头,用于以较低速率采集包含完整LED阵列的图像;
手机图像处理模块,用于从摄像头所采集的图像中提取LED阵列中各LED所对应的较低速率码字序列;
部分信息解码器,用于对LED阵列中各LED所对应的较低速率码字序列进行解码,得到部分信息的估计值。
其中,手机图像处理模块和专用图像处理模块都是用于从图像采集模块所采集的图像中提取LED阵列中各LED所对应的码字序列,手机图像处理模块和专用图像处理模块均包括依次连接的LED阵列区域判定模块、LED区域判定模块、二值化阈值获取模块及二值化模块。
所述发送设备在传输全部的发送信息时,发送信息中的一部分也被同时单独的传输。
所述接收设备可以使用专用接收设备以接收全部的发送信息,也可以使用智能手机作为接收设备来接收发送信息中的一部分信息。在专用接收设备中,使用工业用高速摄像头作为图像采集模块,使用PC机或FPGA作为图像处理模块及解码器。在智能手机中,使用手机自带摄像头作为图像采集模块,并通过在手机上开发应用程序来实现图像处理模块及解码器的功能。 
本发明的有益效果是:
(1)本发明在传输全部的发送信息时,同时以较低速率单独的传输发送信息中的部分信息,从而可以利用智能手机作为接收设备,扩展了MIMO可见光通信的应用范围;
(2)在使用专用接收设备时,也可以独立的获得单独传输的发送信息中的部分信息,得到分集接收的效果,从而可以降低部分信息传输时的错误概率。 
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明兼容智能手机的可见光通信系统的结构示意图;
图2是本发明兼容智能手机的可见光通信系统的专用接收设备的结构示意图;
图3是本发明兼容智能手机的可见光通信系统的智能手机的结构示意图;
图4是本发明兼容智能手机的可见光通信系统的可见光通信调制器的输入输出示例;
图5是本发明兼容智能手机的可见光通信系统的专用图像处理模块或手机图像处理模块的工作流程图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示,一种兼容智能手机的可见光通信系统,包括发送设备及接收设备,所述发送设备包括信息选择模块、部分信息编码器、全部信息编码器、可见光通信调制器及LED阵列,所述信息选择模块分别与部分信息编码器、全部信息编码器连接,所述部分信息编码器、全部信息编码器输出端分别与可见光通信调制器连接,所述可见光通信调制器与LED阵列连接,所述接收设备包括专用接收设备及智能手机。
如图2所示,所述专用接收设备包括依次相连的工业高速摄像头、专用图像处理模块及全部信息解码器。
如图3所示,所述智能手机包括依次相连的摄像头、手机图像处理模块及部分信息解码器。
发送信息输入到发送设备之后,首先通过部分信息选择模块,选择出需要单独传输的部分信息;然后将选择出的部分信息通过部分信息编码器转换为较低速率的二进制编码,同时将发送信号的全部信息通过全部信息编码器转换为较高速率的二进制编码;接着通过可见光通信调制器将部分信息编码器及全部信息编码器输出的编码信号转换为LED阵列中各LED的驱动信号;最后利用得到的LED驱动信号分别驱动LED阵列中的各个LED,从而输出可见光信号。在接收设备中,可以使用专用接收设备来接收全部信息,也可以使用智能手机来接收部分信息。在专用接收设备中,使用工业用高速摄像头作为图像采集模块,使用PC机或FPGA作为图像处理模块及解码器。在智能手机中,使用手机自带摄像头作为图像采集模块,并通过在手机上开发应用程序来实现图像处理模块及解码器的功能。专用接收设备和智能手机的工作流程相同。首先使用图像采集模块得到包含完整LED阵列在内的图像;接着利用图像处理模块得到LED阵列中每个LED对应的码字序列;最后通过解码器对每个LED对应的编码信号序列进行解码,从而获得全部信息或部分信息的估计值。
如图4所示的可见光通信调制器的一个输入输出示例。在这里,假设LED阵列中只有一个LED存在,当LED阵列中存在多个LED时,需要首先将输入可见光通信调制器的编码进行串并转换,转换为与LED数量相同的并行序列,相应的可见光通信调制器的输出为多路并行的电脉冲序列。从图中可以看出,可见光通信调制器的输出为一个频率为K*L Hz的电脉冲序列,其中K*L由专用接收设备中的工业用高速摄像头的响应速率决定,K由智能手机自带的摄像头的响应速率决定。可见光通信调制器输出的电脉冲序列幅度值由部分信息编码和全部信息编码共同决定。当输入的部分信息编码位为“1”时,若同时输入的全部信息编码位为“1”,则输出的电脉冲幅度值为A1;若同时输入的全部信息编码位为“0”,则输出的电脉冲幅度值为0。类似的当输入的部分信息编码位为“0”时,若同时输入的全部信息编码位为“1”,则输出的电脉冲幅度值为A0;若同时输入的全部信息编码位为“0”,则输出的电脉冲幅度值为0。
如图5所示的专用图像处理模块或手机图像处理模块的工作流程。手机自带的摄像头或工业用高速摄像头所采集到的图像输入专用图像处理模块或手机图像处理模块之后,首先通过匹配的方法判定并分离出图像中表示LED阵列的区域。然后,判定出LED阵列中各LED所分别对应的区域,再根据图像情况获取出二值化阈值之后,通过二值化得到各LED所对应的瞬时状态,从而获得与全部信息或部分信息对应的码字序列。在使用智能手机作为接收设备时,可直接将以整个LED阵列区域中的平均亮度作为阈值,在进行二值化之后,得到的就是与部分信息对应的码字序列。在使用专用接收设备时,需要根据不同幅度脉冲所对应的亮度的比例关系,利用平均亮度确定出A0所对应的亮度之后,将A0的一半作为阈值,在进行二值化之后,得到的就是与全部信息对应的码字序列。若在使用专用接收设备时,对接收到的L幅连续画面进行叠加,并用平均亮度作为阈值,则也可以获得与部分信息对应的码字序列。 
以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种兼容智能手机的可见光通信系统,其特征在于,包括发送设备及接收设备,所述发送设备包括:
部分信息选择模块,用于从发送信息中选择出部分单独传输的信息;
部分信息编码器,与部分信息选择模块相连,用于将部分信息选择模块选择出的信息进行较低速率的编码;
全部信息编码器,与部分信息选择模块相连,用于将全部的发送信息进行较高速率的编码;
可见光通信调制器,分别与部分信息编码器、全部信息编码器相连,用于将部分信息编码器、全部信息编码器输出的编码信号转换为LED阵列中各LED的驱动信号;
LED阵列,与可见光通信调制器相连,用于利用可见光通信调制器输出的驱动信号驱动阵列中的各LED,从而输出可见光信号;
所述接收设备包括:
专用接收设备,用于以较高速率采集包含完整LED阵列的图像,并从中提取出LED阵列中各LED所对应的较高速率码字序列,解码后最终得到全部信息的估计值;
智能手机,用于以较低速率采集包含完整LED阵列的图像,并从中提取出LED阵列中各LED所对应的较低速率码字序列,解码后最终得到部分信息的估计值。
2.如权利要求1所述的兼容智能手机的可见光通信系统,其特征在于,所述专用接收设备包括:
高速摄像头,用于以较高速率采集包含完整LED阵列的图像;
专用图像处理模块,用于从高速摄像头所采集的图像中提取LED阵列中各LED所对应的较高速率码字序列;
全部信息解码器,用于对LED阵列中各LED所对应的较高速率码字序列进行解码,得到全部信息的估计值。
3.如权利要求1所述的兼容智能手机的可见光通信系统,其特征在于,所述智能手机包括:
摄像头,用于以较低速率采集包含完整LED阵列的图像;
手机图像处理模块,用于从摄像头所采集的图像中提取LED阵列中各LED所对应的较低速率码字序列;
部分信息解码器,用于对LED阵列中各LED所对应的较低速率码字序列进行解码,得到部分信息的估计值。
4.如权利要求2或3所述的兼容智能手机的可见光通信系统,其特征在于,所述手机图像处理模块或专用图像处理模块包括依次连接的LED阵列区域判定模块、LED区域判定模块、二值化阈值获取模块及二值化模块。
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