CN104079358B - 一种声波通信同步方法、系统以及接收端 - Google Patents

Abstract

本发明公开提供的一种声波通信同步方法、系统以及接收端，该声波通信同步系统通过声波发送端中的加载器和声波接收端中的周期采样处理器，在已编码的有效数据之前加载固定时长、固定频率的音频数据，然后进行周期采样识别所述音频数据，进而实现声波发送端与声波接收端同步，确保声波接收端的解码器对每个音频符号的进行准确解码，避免了符号间干扰，大幅提升了声波通信的可靠性，同时也有效缩短声波符号的时长，降低冗余度，提升了传输速率。

Description

一种声波通信同步方法、系统以及接收端

技术领域

本发明属于近距离通信领域，尤其涉及一种声波通信同步方法、系统以及接收端。

背景技术

近年来，随着互联网技术的推广和移动通信技术的普及，当前人们手中的移动终端设备越来越多，硬件性能越来越强大，功能也越来越多。与此相应，基于互联网和移动通信技术的移动应用业务也得到了蓬勃的发展，如移动支付等。这类移动应用业务往往需要在两个移动终端之间进行数据交互，这就需要应用近距离通信技术。其中得到广泛应用的近距离通讯技术包括有蓝牙，红外数据传输，近场通讯NFC以及二维码扫描，还有近年兴起的声波通信等。这些通信技术特点如下：

表1列出了这几种技术的适用性，

技术	可靠性	易用性	设备普及度	成本
					蓝牙	高	低	中	高
红外	低	中	低	中
					NFC	高	高	低	高
二维码	高	低	高	中
					声波通信	中	高	高	低

表1

由此表可见，声波通信技术在成本和普及度方面有较强优势，如果能够提升其可靠性，不失为一种具有广泛应用场景的近距离通信技术。

现有的多频声波传输方法采用单音多频和双音多频两种音频调制方法，在移动终端之间通过被调制的声波信号传输数据。目前在解调过程中每个单音符号持续时间40ms，采用20ms的解码窗，提取20ms的录音分析频点，实现频率的 识别。但是由于声波信号发送端和接收端无同步流程，故20ms的解码窗起始位置落在40ms的单音符号时长内任意时刻均有可能。

如图1所示，若解码窗完全落在单音符号N的持续时间内，如蓝色虚线框所示，则可以无误解码成功。若解码窗部分落在该单音符号N持续时间内，部分落在紧随的单音符号N+1的持续时间内，则单音符号N+1的频点则会对单音符号N的频点解码造成较大的符号间干扰，当解码窗落在单音符号N+1内的时间长度接近于解码窗长度一半时，甚至引发误码漏码等错误的可能。由于缺乏同步导致解码窗错位，可能导致误码漏码的问题，从而影响数据传输的可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：实现声波发送端和接收端的同步，避免造成误码漏码的问题，从而提升数据传输可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

提供一种声波通信同步方法，

设有第一固定时长的第一固定频率的第一音频数据；

将所述的第一音频数据加载在已编码的音频数据前；

设有第二固定时长的第二固定频率的第二音频数据；

将所述的第二音频数据加载在第一音频数据后，已编码的数据前；

将所述加载的音频数据发送；

接收所述加载的音频数据；

以第一预设时长对接收到的音频数据进行周期采样；

若识别到所述第一固定频率，继续采样并计数；

若连续计数达到预设的最大值，第一音频数据有效；

以第二预设时长进行周期采样；

若识别到第二固定频率，同步结束。

本发明采用的另一种技术方案是：

提供一种声波通信同步系统，包括声波发送端、声波接收端。

所述声波发送端包括发生器、编码器、加载器和音频播放器；发生器，用 于生成固定时长、固定频率的音频数据；编码器，用于对欲发送的音频数据进行组帧编码；加载器，用于将固定时长、固定频率的音频数据加载在已编码的音频数据前；音频播放器，用于将所述加载的音频数据通过声波信号发送；

所述声波接收端包括音频接收器、周期采样处理器和解码器；音频接收器，用于接收所述加载后的音频数据；周期采样处理器，用于对接收到的音频数据以预设时长进行周期采样，识别固定频率；解码器，用于对已编码的音频数据进行解码，读取欲发送的音频数据。

本发明的有益效果在于：本发明的第一音频数据与第二音频数据是可以任意设置的，可以预先设定在产品中，从而提升了安全性。另外，通过连续周期采样，识别出第一音频数据有效后再进行采样，识别出第二音频数据，同步成功。只有当第一音频数据和第二音频数据同时有效时，实现了声波发送端和声波接收端同步，确保声波接收端的解码器对每个音频符号进行准确解码，避免了符号间干扰，大幅提升了声波通信的可靠性，同时也有效缩短声波符号的时长，降低冗余度，提升了传输速率。

附图说明

图1是本发明背景技术中解码过程示意图；

图2是本发明实施例中一种声波通信同步方法的步骤图；

图3是本发明实施例中第一音频数据生成图；

图4是本发明实施例中第二音频数据生成图；

图5是本发明另一实施例中一种声波通信同步方法的步骤图；

图6是本发明实施例中一种声波通信同步系统的系统框图；

图7是本发明实施例中一种声波接收端中周期采样处理器的结构框图；

下表2列出主要单元标号说明

单元	标号说明	单元	标号说明
				声波通信同步系统	1	声波接收端	20

声波发送端	10	音频接收器	201
				发生器	101	周期采样处理器	202
编码器	102	解码器	203
				加载器	103	声波输入单元	2021
音频播放器	104	周期采样处理单元	2022
						计数单元	2023
		比较单元	2024

表2

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

本发明最关键的构思在于:本发明通过在已编码的音频数据段之前加载固定频率、固定时长的音频数据并进行周期采样识别，从而实现声波发送端与声波接收端同步，避免造成误码漏码的问题，提升数据传输的可靠性。

本发明实施例提供一种声波通信同步方法，具体如下：

请参阅图2，是本发明实施例中一种声波通信同步方法的步骤图，包括以下步骤：

设有第一固定时长的第一固定频率的第一音频数据；

将所述的第一音频数据加载在已编码的音频数据前；

设有第二固定时长的第二固定频率的第二音频数据；

将所述的第二音频数据加载在第一音频数据后，已编码的数据前；

将所述加载的音频数据发送；

接收所述加载的音频数据；

以第一预设时长对接收到的音频数据进行周期采样；

若识别到所述第一固定频率，继续采样并计数；

若连续计数达到预设的最大值，第一音频数据有效；

以第二预设时长进行周期采样；

若识别到第二固定频率，同步结束。

从上述描述可知，有益效果在于：本发明的第一音频数据与第二音频数据是可以任意设置的，可以预先设定在产品中，从而提升了安全性。另外，通过连续周期采样，识别出第一音频数据有效后再进行采样，识别出第二音频数据，同步成功。只有当第一音频数据和第二音频数据同时有效时，实现了收发端同步，确保接收端的解码器对每个音频符号进行准确解码，避免了符号间干扰，大幅提升了声波通信的可靠性，同时也有效缩短声波符号的时长，降低冗余度，提升了传输速率。

进一步的，本发明实施例中一种声波通信同步方法，还包括以下步骤：

若未识别到第二固定频率，继续采样并计数；

若连续计数达到预设的最大值，第二音频数据无效；

返回以第一预设时长进行周期采样。

从上述描述可知，有益效果在于：通过预设计数的最大值作为第二音频数据无效的依据，当判定第二音频数据无效时，以第一预设时长进行周期采样，重新识别第一音频数据，只有当第一音频数据和第二音频数据都有效时，识别成功，提升数据的可靠性与安全性。

进一步的，请参阅图3以及图4，本发明实施例中第一音频数据生成图和本发明实施例中第二音频数据生成图。

第一音频数据，将第一预设频率输入正弦波发生器，生成第一固定频率和第一固定时长的音频数据；

第二音频数据，将第二预设频率输入正弦波发生器，生成第二固定频率和第二固定时长的音频数据。

正弦波发生器具有波形好、振幅稳定、频率稳定等特点，由正弦波发生器生成的第一和第二音频数据也具有固定时长、固定频率的特点。

进一步的，本发明实施例中一种声波通信同步方法，还包括以下步骤：

所述第一计数，在以第一预设时长对接收到的音频数据进行周期采样前，第一计数进行清零；

所述第二计数，在识别到第一固定频率后，第二计数进行清零。

从上述描述可知，有益效果在于：第一计数和第二计数进行清零是对计数进行初始化，初始化值为零，便于计数。

请参阅图5，本发明另一实施例一种声波通信同步方法的步骤图，具体以下步骤：

S401、开始识别；

S402、输入录制的声波信号；

S403、第一计数进行清零；

S404、以第一预设时长对接收到的音频数据进行周期采样；如果识别到第一音频数据，进入步骤S405，否则返回步骤S403；

S405、第一计数进行加1；

S406、若连续计数达到预设的最大值，第一音频数据有效，进入步骤S407，否则返回步骤S404；

S407、第二计数进行清零；

S408、以第二预设时长进行周期采样；如果识别到第二音频数据，进入步骤S411；否则进入步骤S409；

S409、第二计数进行加1；

S410、若第二计数达到预设的最大值，返回步骤S403；否则返回步骤S408；

S411、识别成功；

S412、结束识别；

从上述描述可知，有益效果在于：通过对接收到的音频数据以第一预设时长进行周期采样，识别出第一音频数据有效后再以第二预设时长继续进行周期采样，识别出第二音频数据，同步成功，实现收发端同步，避免了符号间干扰，大幅提升了声波通信的可靠性。

请参阅图6，本发明实施例提供一种声波通信同步系统1，具体如下：

一种声波通信同步系统1，包括声波发送端10、声波接收端20；

所述声波发送端10包括发生器101、编码器102、加载器103和音频播放器104；发生器101，用于生成固定时长、固定频率的音频数据；编码器102，用于对欲发送的音频数据进行组帧编码；加载器103，用于将固定时长、固定频 率的音频数据加载在已编码的音频数据前；音频播放器104，用于将所述加载的音频数据通过声波信号发送；

所述声波接收端20包括音频接收器201、周期采样处理器202和解码器203；音频接收器201，用于接收所述加载后的音频数据；周期采样处理器202，用于对接收到的音频数据以预设时长进行周期采样，识别固定频率；解码器203，用于对已编码的音频数据进行解码，读取欲发送的音频数据。

从上述描述可知，有益效果在于：所述声波通信同步系统1，通过声波发送端10中的发生器101生成固定时长、固定频率的音频数据和声波发送端10中的加载器103将固定时长、固定频率的音频数据加载在已编码的音频数据前，再通过声波接收端20中的周期采样处理器202对接收到的音频数据以预设时长进行周期采样，识别固定频率，从而实现收发端同步；因为加载的音频数据是固定时长、固定频率，在周期采样过程中易识别。

请参阅图7，本发明实施例提供一种声波接收端20，具体如下：

一种声波接收端20，包括音频接收器201、周期采样处理器202和解码器203；所述音频接收器201，用于接收所述加载后的音频数据；所述周期采样处理器202，用于对接收到的音频数据以预设时长进行周期采样，识别固定频率；所述解码器203，用于对已编码的音频数据进行解码，读取欲发送的音频数据。

从上述描述可知，有益效果在于：所述声波接收端20中的周期采样处理器202，用于对接收到的音频数据以预设时长进行周期采样，识别固定频率；因为采用固定时长、固定频率的音频数据，在周期采样识别过程中易于识别，从而实现了收发端同步，确保声波接收端20的解码器203对每个音频符号进行准确解码，避免了符号间干扰，大幅提升了声波通信的可靠性。

进一步，本发明实施例提供的一种声波接收端20中的周期采样处理器202，还包括声波输入单元2021，用于将接收到的音频数据输入到声波输入单元2021，进行周期采样。

进一步，本发明实施例提供的一种声波接收端20中的周期采样处理器202，还包括周期采样处理单元2022，用于以预设时长对接收到的音频数据进行周期采样处理。

进一步，本发明实施例提供的一种声波接收端20中的周期采样处理器202，还包括计数单元2023，用于周期采样过程，对识别到固定频率进行计数。

进一步，本发明实施例提供的一种声波接收端20中的周期采样处理器202，还包括比较单元2024，用于计数单元2023的计数值与预设最大值进行比较，通过设置最大值的数值提升数据识别的可靠性与安全性。

综上所述，是本发明实施例提供的一种声波通信同步方法、系统以及接收端，该声波通信同步系统通过声波发送端10中的加载器103和声波接收端20中的周期采样处理器202，采用在已编码的欲发送有效数据之前加载固定时长、固定频率的音频数据，然后进行周期采样识别所述音频数据，进而实现声波发送端10与声波接收端20同步，确保声波接收端20的解码器203对每个音频符号的进行准确解码，解码窗准确落在每个音频符号的持续时间内，不会出现解码窗错位落在相邻音频符号持续时间内的情况，避免了符号间干扰，大幅提升了声波通信的可靠性，同时也有效缩短声波符号的时长，降低冗余度，提升了传输速率。

本发明另一实施例一种声波通信同步方法中，所述有效数据可以采用单音多频、双音多频或其他方式组帧编码生成音频数据段；当发送的有效数据较长时，加载的第一音频数据和第二音频数据相比音频数据段时间可以忽略，与无同步的声波通信方式相比，通信速率得到提升。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种声波通信同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

设有第一固定时长的第一固定频率的第一音频数据；

将所述的第一音频数据加载在已编码的音频数据前；

设有第二固定时长的第二固定频率的第二音频数据；

将所述的第二音频数据加载在第一音频数据后，已编码的音频数据前；

将加载的音频数据发送；接收加载的音频数据；

以第一预设时长对接收到的音频数据进行周期采样；

若识别到所述第一固定频率，继续采样并计数；

若连续计数达到预设的最大值，第一音频数据有效；

以第二预设时长进行周期采样；

若识别到第二固定频率，同步结束；

若未识别到第二固定频率，继续采样并计数；

若连续计数达到预设的最大值，第二音频数据无效；

返回以第一预设时长进行周期采样。

2.根据权利要求1所述的一种声波通信同步方法，其特征在于，

所述第一音频数据，将第一预设频率输入正弦波发生器，生成第一固定时长和第一固定频率的音频数据；

所述第二音频数据，将第二预设频率输入正弦波发生器，生成第二固定时长和第二固定频率的音频数据。

3.根据权利要求1所述的一种声波通信同步方法，其特征在于，

第一计数，在以第一预设时长对接收到的音频数据进行周期采样前，第一计数进行清零；

第二计数，在识别到第一固定频率后，第二计数进行清零。