CN104243052A - 一种声波通信的编码、解码的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种声波通信的编码方法，包括步骤：获取若干个数据单元；对一数据单元，在每一通信频段中使用与其对应调制频率对该数据单元进行调制，生成数据波形，数据单元在任一通信频段都有一调制频率与其对应，所述通信频段的数量为m个，其中m为大于或等于2的正整数。本发明还同时披露了对应于上述调频编码方法的调频解码方法以及编码和解码装置，通过使用多组频率编码有效提升了数据的可靠性，并通过频率偏移操作解决反射波的干扰。

Description

一种声波通信的编码、解码的方法与装置

技术领域

本发明涉及通信编解码技术领域，更具体地涉及一种声波通信的编码、解码的方法及其装置。

背景技术

目前声波通信已经在iOS和android等电子设备应用系统中得到了广泛普及，其具体应用有支付宝的声波支付，小米快传等。声波通信的原理其实比较简单，主要是利用固定频率的声音信号对数据进行编码，然后播放这些固定频率的声音，接收方在采集到声音数据后，识别出其中包含的频率信息，然后根据频率解码出数据。比如：我们可以将频率为f0的正弦波对应数字0，频率为f1的正弦波对应数字1，频率为f2的正弦波对应数字2，……，频率为f9的正弦波对应数字9。那么数字串2014就被编码为4段正弦波，其频率分别为f2、f0、f1、f4，规定每段正弦波持续50ms，则数字串2014对应200毫秒的声音段。接收方录制声音，对收到的声音进行解析，识别出其中包含的频率：f2、f0、f1、f4，然后查找码本，解码出的数字串就是2014。

现有的技术中，并没有考虑到声波信号容易受到噪声的干扰问题，如果只是简单的采用一组频率对数据进行编码，生成的声波信号极易受到噪声频率的干扰，造成实际应用中数据传输的不可靠。

发明内容

为此要解决的技术问题是提供一种具有高度可靠性和抗干扰能力的声波通信的编码、解码的方法及装置。

为解决上述技术问题，我们采取的技术方案如下：

一种声波通信的编码方法，包括步骤：

获取若干个数据单元；

对一数据单元，在每一通信频段中使用与其对应调制频率对该数据单元进行调制，生成数据波形，数据单元在任一通信频段都有一调制频率与其对应，所述通信频段的数量为m个，其中m为大于或等于2的正整数；

叠加经调制生成的m个数据波形。

进一步地，所述的声波通信的编码方法中，通过拆分待编码数据获取到若干个数据单元，具体包括：以n比特为单元长度拆分待编码数据，其中n为正整数；

调制频率通过包括以下步骤的方法得到：在每个频段中选择出2ⁿ个候选频率作为候选频率组；对每一数据单元，分别从候选频率组中选择一频率作为用于调制该数据单元的基准频率，通过基准频率得到调制频率。

进一步地，所述的声波通信的编码方法中，所述“通过基准频率得到调制频率”具体包括：对一数据单元，将与该数据单元相对应的基准频率与频率偏移量相加，得到用于调制该数据单元的调制频率。

进一步地，所述的声波通信的编码方法中，从每个频段中选择出的2ⁿ个候选频率中，任意两个频率之间为非谐波关系；并且对应于一数据单元的任意两个调制频率之间为非谐波关系。

进一步地，所述的声波通信的编码方法中，所述频率偏移量通过以下步骤得到：

拆分待编码数据得到的每个数据单元对应一序号，将数据单元的序号对a取余数，将得到的余数与预设的单位偏移量相乘得到与该数据单元相对应的频率偏移量，所述a为大于或等于2的正整数。

进一步地，所述的声波通信的编码方法中，m等于3；所述“m个频段”具体为低频段、中频段和高频段。

发明人还提供了一种声波通信的编码装置，包括数据获取模块、调制模块和发送模块；

所述数据获取模块用于获取若干个数据单元；

所述调制模块用于对一数据单元，在每一通信频段中使用与其对应调制频率对该数据单元进行调制，生成数据波形，数据单元在任一通信频段都有一调制频率与其对应，所述通信频段的数量为m个，其中m为大于或等于2的正整数；

所述发送模块用于发送数据波形。

其中，所述数据获取模块中还包括数据拆分模块，用于拆分待编码数据，得到若干个数据单元；

所述数据拆分模块拆分待编码数据具体包括：以n比特为单元长度拆分待编码数据，其中n为正整数；

调制模块还用于对每一数据单元，分别从候选频率组中选择一频率作为用于调制该数据单元的基准频率，通过基准频率得到调制频率，其中在每个频段中具有2ⁿ个候选频率作为候选频率组。

其中，调制模块通过基准频率得到调制频率具体包括：对一数据单元，将与该数据单元相对应的基准频率与频率偏移量相加，得到用于调制该数据单元的调制频率；

所述频率偏移量的确定方式为：拆分待编码数据得到的每个数据单元对应一序号，将数据单元的序号对a取余数，将得到的余数与预设的单位偏移量相乘得到与该数据单元相对应的频率偏移量，所述a为大于或等于2的正整数。

其中，每个频段中的2ⁿ个候选频率中，任意两个频率之间为非谐波关系；并且对应于一数据单元的任意两个调制频率之间为非谐波关系。

其中，m等于3；所述“m个频段”具体为低频段、中频段和高频段。

发明人还提供了一种声波通信的解码方法，包括步骤：

分析接收到的数据波形，确定目标频率；所述确定目标频率具体包括：分析接收到的数据波形，以m组候选频率中权重最大的频率作为目标频率；

使用所述目标频率对数据波形进行解码。

进一步地，所述的声波通信的解码方法中，所述确定目标频率还包括步骤：将m组候选频率中权重最大的频率减去频率偏移量得到基准频率，得到目标频率。

发明人还提供了一种声波通信的解码装置，包括目标频率确定模块和解码模块；

所述目标频率确定模块用于分析接收到的数据波形并确定目标频率；所述确定目标频率具体包括：分析接收到的数据波形，以m组候选频率中权重最大的频率作为目标频率；

所述解码模块用于使用所述目标频率对数据波形进行解码。

进一步地，所述的声波通信的解码装置中，所述目标频率确定模块确定目标频率还包括：将m组候选频率中权重最大的频率减去频率偏移量得到基准频率，得到目标频率。

上述技术方案通过使用多组频率有效的提升了数据的可靠性：因为在实际应用中，如果只采用一组表征频率进行数据的编码，生成的声波信号极易受到噪声的干扰，从而造成接收器识别错误的问题。本发明通过选择多组表征频率，即在编码数据生成对应的声波信号时，会同时使用多组表征频率，每一组表征频率都是相对独立的，在其中的一组或多组频率受到干扰时，能够通过其它组的频率进行识别，具有抵抗噪声干扰的特点，极大的提高了数据传输的可靠性。

附图说明

图1为本发明第一实施方式所述声波通信的编码方法的流程图；

图2为本发明第二实施方式所述声波通信的编码装置的功能模块示意图；

图3为本发明第三实施方式所述声波通信的解码方法的流程图；

图4为本发明第四实施方式所述声波通信的解码装置的功能模块示意图；

图5为对一数据单元使用三个不同频率调制得到的频域波形。

附图标记说明：

1、数据获取模块；

11、数据拆分模块；

2、调制模块；

21、基频模块；

22、偏移模块；

3、发送模块；

5、目标频率确定模块；

6、和解码模块。

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。

请参阅图1，为本发明一实施方式所述声波通信的编码方法的流程图。所述声波通信的编码方法包括如下步骤：

S11、拆分待编码数据，得到若干个数据单元；

本实施例确定了通讯时可能涉及的全部数据单元的集合，(a1,a2,......,an)，即所有待发送的数据只会出现在这个数据单元的集合中，其中n可能涉及的数据单元的数量。

S12、对一数据单元，在每一通信频段中使用与其对应调制频率对该数据单元进行调制，生成数据波形，数据单元在任一通信频段都有一调制频率与其对应，所述通信频段的数量为m个，其中m为大于或等于2的正整数；

实施例中为声波通讯准备了2个以上(m个)的通讯频段f1、f2……fm，在每个通讯频段中，对每个数据单元都有一对应频率，例如对数据单元a1，在通讯频段f1中有f11与之对应，在通讯频段f2中有f21与之对应……在通讯频段f3中有f31与之对应，以此类推，对任一数据单元ai，在m个通讯频段中，与之对应的通讯频率的集合为(f1i，f2i……fmi)。

S13、使用声波发送数据波形；

上述技术方案采用一种类似于冗余编码的方法，即采用多组频率对数据进行编码，当其中的一组频率受到干扰时，也能够通过其它组的频率识别出其中包含的数据信息，极大的提高了数据传输的可靠性。

进一步地，步骤S11中，所述拆分待编码数据具体包括：以n比特为单元长度拆分待编码数据，其中n为正整数。

步骤S12中，调制频率通过以下方式确定：在每个频段中选择出2ⁿ个候选频率作为候选频率组；对每一数据单元，分别从候选频率组中选择一频率作为用于调制该数据单元的基准频率，通过基准频率得到调制频率。

在某些实施方式中，调制频率通过以下方式确定：将基准频率进行频率偏移，具体为：对一数据单元，将与该数据单元相对应的基准频率与频率偏移量相加，得到用于调制该数据单元的调制频率。所述频率偏移量通过以下步骤得到：拆分待编码数据得到的每个数据单元对应一序号，将数据单元的序号对a取余数，将得到的余数与预设的单位偏移量相乘得到与该数据单元相对应的频率偏移量，所述a为大于或等于2的正整数。

从每个频段中选择出的2ⁿ个候选频率中，任意两个频率之间为非谐波关系；并且对应于一数据单元的任意两个调制频率之间为非谐波关系。

进一步地，所述的声波通信的编码方法中，m等于3；所述“m个频段”具体为低频段、中频段和高频段。

以下通过一个具体例子说明本方法的使用过程：

首先，确定调制声波的采样率Sample Rate(每秒采样点数)，确定待编码数据的总大小，假设其比特数为N，将比特数为N的待编码数据以n比特为单位分隔为N/n个数据单元，则对此待编码数据需要使用的候选频率数为2ⁿ。在具体应用中确定n的数值通常是选择n为2的幂次方，这主要是为了尽量使拆分形成数据单元后不产生余数；并且进一步考虑到频率范围有限，通常多选择n为2比特或4比特，并且由于在初始对数据打包时以8比特为倍数单位，在以2比特或4比特为拆分数据单元大小时便能够保证整除以避免产生余数的情况出现。

然后，分别从低频段[30-150Hz)中选出2ⁿ个候选频率，作为低频段候选频率组；从中频段[150-5000Hz)中选出个2ⁿ候选频率，作为中频段候选频率组；从高频段[000-20000Hz)中选出个2ⁿ候选频率，作为高频段候选频率组。事实上，选择的不同频段可以不仅限于上述低频、中频、高频的情形，也可以是其他频率区间，只要所选择的m个频段两两彼此没有重合部分，以保证不会从两个不同频段中选出同一个频率即可。

每个拆分出的数据单元可以用[sequence,nbit]作为唯一性的标识，其中sequence是标识该拆分单元的序列号，其数值为从0到(N/n-1)的N/n个正整数。nbit为该数据单元所包含的二进制串。

对于每一个数据单元[sequence,nbit]，根据其二进制串nbit计算其对应的十进制值i，分别在低频段候选频率组、中频段候选频率组和高频段候选频率组中选择出用于表征该数据单元的频率组合[fli,fmi,fhi]。使用此调制频率组对该数据单元进行调制，生成正弦波并进行合并。具体公式为：

X＝[0，1,2,…,Block Size-1]

Wave0＝AMP*sin(2PI*X*fli/Sample Rate)

Wave1＝AMP*sin(2PI*X*fmi/Sample Rate)

Wave2＝AMP*sin(2PI*X*fhi/Sample Rate)

Wave＝wave0+Wave1+Wave2

其中，Block Size表示每块数据单元使用的采样点数，结合采样率SampleRate可知，每块数据单元对应的时间长度为Block Size/Sample Rate；AMP表示正弦波的峰值。

请参阅图5，为对一数据单元使用三个不同频率调制得到的频域波形。

在另一实施方式中，选出表征某一数据单元的频率组合后，还包括一个对此频率组合中的基准频率进行频率偏移处理的步骤，具体为：选择一定的偏移周期，如偏移周期为4，则对编号为0，1,2,3,4,5,6,7,8，……的数据单元，分别所需的频率偏移倍数为0,1,2,3,0,1,2,3……即sequence编号为0，4,8,12,……的数据单元，偏移倍数为0；sequence编号为1,5,9，13，……的数据单元，偏移倍数为1；sequence编号为2,6,10，14……的数据单元，偏移倍数为2；sequence编号为3,7,11，15……的数据单元，偏移倍数为3。对用于表征某一数据单元的频率组合[fi]，加上其对应偏移倍数的频率偏移量，得到用于调制的调制频率组[fk]，并使用此调制频率对该数据单元进行调制，生成正弦波。具体公式为：

X＝[0，1,2,…,Block Size-1]

Wave＝AMP*sin(2PI*X*fk/Sample Rate)

上述技术方案具有通过频率偏移操作解决反射波的干扰的技术效果：声波在传输过程中碰到障碍物会进行反射，反射波与原始波叠加在一起，会对接收器的解码造成干扰。通过采用频率偏移操作，对连续的几块数据波形做不同的频率偏移，保证前一块声波的反射波不会对下一块或下几块造成干扰，解决了反射波的干扰问题。

本实施方式中，在调制后对所有数据单元经叠加生成的数据波形进行连接。具体而言，对于Sequence编号为0，1,2，……,(N/n-1)的这N/n个数据单元，分别经过上述叠加步骤生成了N/n个数据波形，在本步骤中对这N/n个数据波形进行连接。在其他实施方式中，还可以不经连接步骤而以脉冲形式发送各数据单元经叠加生成的数据波形，在接收端进行连接或直接解析处理。

请参阅图2，为本发明第二实施方式所述声波通信的编码装置的功能模块示意图。所述调频编码装置包括数据获取模块1、调制模块2和发送模块3；

数据获取模块1用于获取若干个数据单元，数据获取模块1中包括数据拆分模块11，其中数据拆分模块1用于拆分待编码数据，得到若干个数据单元；

调制模块2用于对一数据单元，在每一通信频段中使用与其对应调制频率对该数据单元进行调制，生成数据波形，实施例中，数据单元在任一通信频段都有一调制频率与其对应，所述通信频段的数量为m个，其中m为大于或等于2的正整数；

在本实施例中“m个频段”依频率从低到高，分别称之为为低频段、中频段和高频段。

进一步地，所述数据拆分模块1具体用于以n比特为单元长度拆分待编码数据，其中n为正整数；

具体的，调制模块2包括基频模块21，用于对每一数据单元，分别从候选频率组中选择一频率作为用于调制该数据单元的基准频率，通过基准频率得到调制频率。

进一步地，调制模块包括偏移模块22，用于对一数据单元，将与该数据单元相对应的基准频率与频率偏移量相加，得到用于调制该数据单元的调制频率；

所述频率偏移量的确定方式为：拆分待编码数据得到的每个数据单元对应一序号，将数据单元的序号对a取余数，将得到的余数与预设的单位偏移量相乘得到与该数据单元相对应的频率偏移量，所述a为大于或等于2的正整数。

进一步地，实施例中的从每个频段中选择出的2ⁿ个候选频率中，任意两个频率之间为非谐波关系；并且对应于一数据单元的任意两个调制频率之间为非谐波关系。

发送模块3用于通过声波发送数据波形，发送模块具体可以包括放大电路以及扬声器，通过放大电路将数据波形放大然后通过扬声器转换为声波。

以下通过一个具体例子说明本装置实现声波通信的编码功能的过程：

首先，数据拆分模块1确定调制声波的采样率Sample Rate(每秒采样点数)，确定待编码数据的总大小，假设其比特数为N，将比特数为N的待编码数据以n比特为单位分隔为N/n个数据单元，则对此待编码数据需要使用的候选频率数为2ⁿ。在具体应用中确定n的数值通常是选择n为2的幂次方，这主要是为了尽量使拆分形成数据单元后不产生余数；并且进一步考虑到频率范围有限，通常多选择n为2比特或4比特，并且由于在初始对数据打包时以8比特为倍数单位，在以2比特或4比特为拆分数据单元大小时便能够保证整除以避免产生余数的情况出现。

然后，调制模块2分别从低频段[30-150Hz)中选出2ⁿ个候选频率，作为低频段候选频率组；从中频段[150-5000Hz)中选出个2ⁿ候选频率，作为中频段候选频率组；从高频段[000-20000Hz)中选出个2ⁿ候选频率，作为高频段候选频率组。事实上，选择的不同频段可以不仅限于上述低频、中频、高频的情形，也可以是其他频率区间，只要所选择的m个频段两两彼此没有重合部分，以保证不会从两个不同频段中选出同一个频率即可。

每个拆分出的数据单元可以用[sequence,nbit]作为唯一性的标识，其中sequence是标识该拆分单元的序列号，其数值为从0到(N/n-1)的N/n个正整数。nbit为该数据单元所包含的二进制串。

对于每一个数据单元[sequence,nbit]，根据其二进制串nbit计算其对应的十进制值i，分别在低频段候选频率组、中频段候选频率组和高频段候选频率组中选择出用于表征该数据单元的频率组合[fli,fmi,fhi]。调制模块2使用此调制频率组对该数据单元进行调制，生成正弦波并进行合并。具体公式为：

X＝[0，1,2,…,Block Size-1]

Wave0＝AMP*sin(2PI*X*fli/Sample Rate)

Wave1＝AMP*sin(2PI*X*fmi/Sample Rate)

Wave2＝AMP*sin(2PI*X*fhi/Sample Rate)

Wave＝wave0+Wave1+Wave2

其中，Block Size表示每块数据单元使用的采样点数，结合采样率SampleRate可知，每块数据单元对应的时间长度为Block Size/Sample Rate。

在另一实施方式中，选出表征某一数据单元的频率组合后，调制模块2中的偏移模块22还对此频率组合中的基准频率进行频率偏移处理，具体为：选择一定的偏移周期，如偏移周期为4，则对编号为0，1,2,3,4,5,6,7,8，……的数据单元，分别所需的频率偏移倍数为0,1,2,3,0,1,2,3……即sequence编号为0，4,8,12,……的数据单元，偏移倍数为0；sequence编号为1,5,9，13，……的数据单元，偏移倍数为1；sequence编号为2,6,10，14……的数据单元，偏移倍数为2；sequence编号为3,7,11，15……的数据单元，偏移倍数为3。对用于表征某一数据单元的频率组合[fi]，加上其对应偏移倍数的频率偏移量，得到用于调制的调制频率组[fk]，并使用此调制频率对该数据单元进行调制，生成正弦波。具体公式为：

X＝[0，1,2,…,Block Size-1]

Wave＝AMP*sin(2PI*X*fk/Sample Rate)

然后调制模块2基于各调制频率调制生成数据波形。在某些实施例中，调制模块2直接将各频段的数据波形进行叠加，由于这种情况下，对时间进行复用，可以加快数据传输的速度。在另一些实施例中，调制模块2将各频段的数据波形首尾相接，形成该数据的数据波形。需要叠加的或连接的波形是由拆分出的同一个数据单元对应的m个频率生成的波形，这是针对拆分的一个数据单元的操作，并不和其他数据单元的波形混淆。

本实施方式中，在调制后对所有数据单元经叠加生成的数据波形进行连接。具体而言，对于Sequence编号为0，1,2，……,(N/n-1)的这N/n个数据单元，分别经过上述叠加步骤生成了N/n个数据波形，在本步骤中对这N/n个数据波形进行连接。在其他实施方式中，还可以不经连接步骤而以脉冲形式发送各数据单元经叠加生成的数据波形，在接收端进行连接或直接解析处理。

请参阅图3，为本发明第三实施方式所述声波通信的解码方法的流程图。所述解码方法对应于第一实施方式所述声波通信的编码方法；包括如下步骤：

S31、分析接收到的数据波形，确定目标频率；所述确定目标频率具体包括：分析接收到的数据波形，以m组候选频率中权重最大的频率作为目标频率；

S32、使用所述目标频率对数据波形进行解码。

具体而言，在解码过程中，首先按照编码过程所定义的数据单元大小对应生成的每块数据波形大小对收到的数据波形进行拆分，得到N/n个数据波形；然后对每一块数据波形进行傅里叶变换，得到相应的频域波形。对每一频域波形计算能量并确定Σ[fli,fmi,fhi]最大的一组频率[flk,fmk,fhk]，其中i∈[0,2ⁿ)。进而把十进制值k转换为n位的二进制串，还原得到原始编码过程中的n比特数据单元。最后，将每一块数据波形还原所得的n比特数据串连接起来得到原始发送的数据。

对于编码过程中采用了频率偏移处理的情形，在解码时还需将m组候选频率中权重最大的频率减去频率偏移量得到基准频率，得到目标频率，再使用此目标频率进行解码。

请参阅图4，为本发明第四实施方式所述声波通信的解码装置的功能模块示意图。所述调频解码装置包括目标频率确定模块5和解码模块6；

所述目标频率确定模块5用于分析接收到的数据波形并确定目标频率；具体包括：分析接收到的数据波形，以m组候选频率中权重最大的频率作为目标频率。

所述解码模块6用于使用所述目标频率对数据波形进行解码。

进一步地，所述的声波通信的解码装置中，所述目标频率确定模块确定目标频率还包括：将m组候选频率中权重最大的频率减去频率偏移量得到基准频率，得到目标频率。

具体而言，在解码过程中，首先目标频率确定模块按照编码过程所定义的数据单元大小对应生成的每块数据波形大小对收到的数据波形进行拆分，得到N/n个数据波形；然后对每一块数据波形进行傅里叶变换，得到相应的频域波形。对每一频域波形计算能量并确定Σ[fli,fmi,fhi]最大的一组频率[flk,fmk,fhk]，其中i∈[0,2ⁿ)。进而解码模块把十进制值k转换为n位的二进制串，还原得到原始编码过程中的n比特数据单元。最后，将每一块数据波形还原所得的n比特数据串连接起来得到原始发送的数据。

对于编码过程中采用了频率偏移处理的情形，在解码时目标频率确定模块5还需将m组候选频率中权重最大的频率减去频率偏移量得到基准频率，得到目标频率，解码模块6再使用此目标频率进行解码。

本发明所述声波通信的编码方法的技术效果在于，通过使用多组频率提升数据的可靠性：在实际应用中，如果只采用一组候选频率进行数据声波的调频编码，调制的声波极易受到噪声的干扰，从而造成接收器无法识别的问题。本发明通过在低频段、中频段和高频段(不限于三个频段)分别选择这样一组候选频率，在调制数据波形的时候，同时使用这三组候选频率中对应的频率[fli,fmi,fhi]。接收器会对收到的声音数据在这三组候选频率上做综合性的分析，得到权重最大的目标频率[flj,fmj,fhj]，实际解码的数据就是十进制值j对应的N位二进制串。

此外，上述技术方案还具有通过频率偏移操作解决反射波的干扰的技术效果：声波在传输过程中碰到障碍物会进行反射，反射波与原始波叠加在一起，会对接收器的解码造成干扰。通过采用频率偏移操作，对连续的几块数据波形做不同的频率偏移，保证前一块声波的反射波不会对下一块或下几块造成干扰，解决了反射波的干扰问题。

本发明的技术方案可便捷有效地应用于声波支付、声波控制、数据传输、身份验证等场合。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

本领域内的技术人员应明白，上述各实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。这些实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。上述各实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中，用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备，包括但不限于：个人计算机、服务器、通用计算机、专用计算机、网络设备、嵌入式设备、可编程设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等；所述的存储介质，包括但不限于：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。

上述各实施例是参照根据实施例所述的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到计算机设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机设备以特定方式工作的计算机设备可读存储器中，使得存储在该计算机设备可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机设备上，使得在计算机设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以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保护范围，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之内。

Claims (13)

1.一种声波通信的编码方法，其特征在于，包括步骤：

获取若干个数据单元；

对一数据单元，在每一通信频段中使用与其对应调制频率对该数据单元进行调制，生成数据波形，数据单元在任一通信频段都有一调制频率与其对应，所述通信频段的数量为m个，其中m为大于或等于2的正整数。

2.如权利要求1所述的声波通信的编码方法，其特征在于，

通过拆分待编码数据获取到若干个数据单元，具体包括：以n比特为单元长度拆分待编码数据，其中n为正整数；

调制频率通过包括以下步骤的方法得到：在每个频段中选择出2ⁿ个候选频率作为候选频率组；对每一数据单元，分别从候选频率组中选择一频率作为用于调制该数据单元的基准频率，通过基准频率得到调制频率。

3.如权利要求2所述的声波通信的编码方法，其特征在于，从每个频段中选择出的2ⁿ个候选频率中，任意两个频率之间为非谐波关系；并且对应于一数据单元的任意两个调制频率之间为非谐波关系。

4.如权利要求2所述的声波通信的编码方法，其特征在于，所述“通过基准频率得到调制频率”具体包括：对一数据单元，将与该数据单元相对应的基准频率与频率偏移量相加，得到用于调制该数据单元的调制频率。

5.如权利要求4所述的声波通信的编码方法，其特征在于，所述频率偏移量通过以下步骤得到：

拆分待编码数据得到的每个数据单元对应一序号，将数据单元的序号对a取余数，将得到的余数与预设的单位偏移量相乘得到与该数据单元相对应的频率偏移量，所述a为大于或等于2的正整数。

6.一种声波通信的编码装置，其特征在于，包括数据获取模块、调制模块和发送模块；

所述数据获取模块用于获取若干个数据单元；

所述调制模块用于对一数据单元，在每一通信频段中使用与其对应调制频率对该数据单元进行调制，生成数据波形，数据单元在任一通信频段都有一调制频率与其对应，所述通信频段的数量为m个，其中m为大于或等于2的正整数；

所述发送模块用于发送数据波形。

7.如权利要求6所述的声波通信的编码装置，其特征在于，所述数据获取模块中还包括数据拆分模块，用于拆分待编码数据，得到若干个数据单元；

所述数据拆分模块拆分待编码数据具体包括：以n比特为单元长度拆分待编码数据，其中n为正整数；

调制模块还用于对每一数据单元，分别从候选频率组中选择一频率作为用于调制该数据单元的基准频率，通过基准频率得到调制频率，其中在每个频段中具有2ⁿ个候选频率作为候选频率组。

8.如权利要求7所述的声波通信的编码装置，其特征在于，调制模块通过基准频率得到调制频率具体包括：对一数据单元，将与该数据单元相对应的基准频率与频率偏移量相加，得到用于调制该数据单元的调制频率；

所述频率偏移量的确定方式为：拆分待编码数据得到的每个数据单元对应一序号，将数据单元的序号对a取余数，将得到的余数与预设的单位偏移量相乘得到与该数据单元相对应的频率偏移量，所述a为大于或等于2的正整数。

9.如权利要求7所述的声波通信的编码装置，其特征在于，每个频段中的2ⁿ个候选频率中，任意两个频率之间为非谐波关系；并且对应于一数据单元的任意两个调制频率之间为非谐波关系。

10.一种声波通信的解码方法，其特征在于，包括步骤：

分析接收到的数据波形，确定目标频率；所述确定目标频率具体包括：分析接收到的数据波形，以m组候选频率中权重最大的频率作为目标频率；

使用所述目标频率对数据波形进行解码。

11.如权利要求10所述的声波通信的解码方法，其特征在于，所述确定目标频率还包括步骤：将m组候选频率中权重最大的频率减去频率偏移量得到基准频率，得到目标频率。

12.一种声波通信的解码装置，其特征在于，包括目标频率确定模块和解码模块；

所述目标频率确定模块用于分析接收到的数据波形并确定目标频率；所述确定目标频率具体包括：分析接收到的数据波形，以m组候选频率中权重最大的频率作为目标频率；

所述解码模块用于使用所述目标频率对数据波形进行解码。

13.如权利要求12所述的声波通信的解码装置，其特征在于，所述目标频率确定模块确定目标频率还包括：将m组候选频率中权重最大的频率减去频率偏移量得到基准频率，得到目标频率。