CN104378124A - 利用声音发送和接收数据的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用声音发送数据的方法，包括：使用连续三个不同频率的声音频率脉冲作为数据包的头部；使用至少两个不同频率的声音频率脉冲作为载频传送需要发送的数据内容，并且不同频率的声音频率脉冲之间采用过渡算法使其相位连续；使用预定频率的声音频率脉冲代表数据包尾部；将得到的数据包乘以一个最小值不小于0的余弦信号，其中最小值落在数据包中的频率脉冲交接处；发送数据包。本发明还公开了相应的利用声音接收数据的方法，以及利用声音发送和接收数据的装置。采用本发明，能够取得传送效果好、有广播特性、传送距离大、传送准确率高等有益技术效果。同时相比于其他同类的产品还具有无频谱泄露，声音悦耳、婉转动听等优点，带来了更好的用户体验。
Description
技术领域
本发明的实施例总体上涉及一种发送和接收数据的方法和装置。具体地说，本发明的实施例涉及一种利用声音发送和接收数据的方法和装置。
背景技术
在现有的便携式移动通信设备中，存在一些利用声音信号传送各种文件的应用程序。
利用声音信号传送数据的一个好处来自于声音的广播特性，使用户能够同时传送数据给周围的多个其他用户。利用声音信号传送数据的另一个好处是趣味性，用户在传送数据的同时能够听见声音，获得了良好的用户体验。此外，由于可以听见传送数据的声音，用户不必查看移动设备就可以得知数据是否开始传送以及是否传送完毕。
但是，现有的利用声音传送数据的应用存在以下一些问题。
首先，传送数据的声音载频频谱不连续的问题，并且存在频谱泄露，降低了数据传送的准确率，也影响了声音载频的音调，导致不良的用户体验。
其次，数据传送的效果随着接收双方距离的增加而明显变差，使利用声音传送数据的方法受到了局限。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于解决现有技术中所存在的上述问题。
根据本发明的一个方面，提出了一种利用声音发送数据的方法，包括：使用连续三个不同频率的声音频率脉冲作为数据包的头部；使用至少两个不同频率的声音频率脉冲作为载频传送需要发送的数据内容，并且不同频率的声音频率脉冲之间采用过渡算法使其相位连续；使用预定频率的声音频率脉冲代表数据包尾部；将得到的数据包乘以一个最小值不小于0的余弦信号，其中最小值落在数据包中的频率脉冲交接处；将最终的数据包处理结果写入音频文件并播放。
根据本发明的另一个方面，提出了一种利用声音接收数据的方法，包括：如果依序侦测到数据包头部三个声音频率脉冲中的任意两个频率脉冲，即表示检测到数据包头部；检测所有的载频能量值以及数据包尾部频率脉冲的能量值，比较得到载频能量最大值对应的载频，将其表示为当前传送的数据，从而得到传送的数据；如果代表数据包尾部的声音频率脉冲能量最大，则停止数据解码，结束数据包的接收。
根据本发明的另一个方面，一种利用声音发送数据的装置，包括：头部产生单元，用于使用连续三个不同频率的声音频率脉冲作为数据包的头部；数据编码单元，用于使用至少两个不同频率的声音频率脉冲作为载频传送需要发送的数据内容；频率脉冲平滑单元，用于使不同的声音频率脉冲之间采用过渡算法使其相位连续；尾部产生单元，用于使用预定的声音频率脉冲代表数据包尾部；频谱泄漏消除单元，用于将得到的数据包乘以一个最小值不小于0的余弦信号，其中最小值落在数据包中的频率脉冲交接处；发送单元，用于将最终的数据包处理结果写入音频文件并播放。
根据本发明的另一个方面，提出了一种利用声音接收数据的装置，包括：头部检测单元，用于依序侦测到数据包头部三个声音频率脉冲中的任意两个频率脉冲，即表示检测到数据包头部；数据检测单元，用于检测所有的载频能量值以及数据包尾部频率脉冲的能量值，比较得到载频能量最大值对应的载频，将其表示为当前传送的数据，从而得到传送的数据；如果代表数据包尾部的声音频率脉冲能量最大，则停止数据解码，结束数据包的接收。
采用本发明提供的利用声音传送数据的方法和装置，具有传送效果好、有广播特性、传送距离大、传送准确率高等有益技术效果。同时相比于其他同类的产品还具有无频谱泄露，声音悦耳、婉转动听等优点，带来了更好的用户体验。
附图说明
图1示出根据本发明的利用声音发送数据的方法的流程图。
图2示出根据本发明的利用声音接收数据的方法的流程图。
图3示出根据本发明的利用声音发送数据的装置的结构框图。
图4示出根据本发明的利用声音发送数据的装置的主体产生单元的结构框图。
图5示出根据本发明的利用声音接收数据的装置的结构框图。
图6示出根据本发明实现的声音载频的频谱图。
具体实施方式
下面，将结合附图来详细描述本发明的实施例。在以下描述中，一些具体的实施例仅用于描述的目的，而不应当理解为对本发明的限制，这些实施例只是本发明的示例。
图1示出了本发明的利用声音发送数据的方法的流程图。
在步骤101，使用连续三个不同频率的声音频率脉冲作为数据包的头部，这里用户可自己定义三个频率具体频率值。
在一个实施例中，作为头部的三个声音频率脉冲，可以属于后面用来传送数据载频频率脉冲中的三个。在另一个实施例中，为了在接收方更准确地检测出数据包的头部，作为头部的三个声音频率脉冲与载频声音频率脉冲具有不同的频率。
在步骤102，使用至少两个不同频率的声音频率脉冲作为载频传送需要发送的数据内容，并且不同频率的声音频率脉冲之间采用过渡算法使其相位连续。
在一个实施例中，将需要传送的信息，添加纠错码、协议等，纠错码和协议的种类可以根据用户需求而选择，此处不再赘述，最终转变为需要传送的源数据。
在一个实施例中，作为载频的声音频率脉冲的数量为2n个，其中n为大于或等于1的正整数。在一个优选的实施例中，采用钢琴音作为传送数据的声音载频脉冲。
在一个优选的实施例中，选择16个声音频率脉冲用于传送数据的频点，每次传送其中的一个频率脉冲，每16个声音频率脉冲表示一个16进制的数据。将需要传送的信息，按照字节读取，由于一个字节是8位，16进制数据是4位的，可以将一个8位，分为两个四位，先低位后高位，编码为对应的频率值。
在一个实施例中，不同频率的声音频率脉冲之间采用过渡算法使其相位连续。在一个实施例中，使声音频率脉冲从上一个频率脉冲至下一个频率脉冲的变化部分是二次曲线的一部分。在一个实施例中，上一个频率脉冲至下一个频率脉冲的变化部分是本次声音频率脉冲的前四分之一时长。通过将频率脉冲之间的变化变得连续，也可以消除频谱泄露的一部分。
在另一个实施例中，对于每个要传送的声音频率脉冲，为了让其在与上次传送的频率脉冲过渡平滑，且无频谱泄露，可以采用以下的编码方法。
在当前采样率情况下，上次的传送频率，一次跳过的相角为mul_temp，这次的为mul，当前频率的编码方法为(参阅说明书最后附带的代码部分)：
初始的四分之一时长，为过渡部分频率的编码。频率变化从上次传送的频率逐渐变为至这次传送的频率，变化规律为其变化部分是二次曲线的一部分，其中mul值对应的频率是二次曲线的定点，mul_temp对应的频率为经过的一个点，通过二次曲线规律，计算出当前处于的相位值mul_current。具体每个点i的编码方法如以下代码，编码结果存在signal数组中，fi[0]在每次编码完数据后，会跳至下一个相位，size为一次编码时长中一共需要编码的点数。
在步骤103，使用预定频率的声音频率脉冲代表数据包尾部。和数据包头部类似，编码一个指定的频率脉冲，可以持续2个脉冲以上，表示到达待发送的数据包的结尾。
在一个实施例中，为了在接收方更准确地检测出数据包的尾部，作为尾部的声音频率脉冲与载频声音频率脉冲具有不同的频率。
在一个实施例中，本发明中使用的声音频率脉冲属于人耳能够听见的频率脉冲范围；在另一个实施例中，本发明中使用的声音频率脉冲也可以不属于人耳能够听见的频率脉冲范围。
在步骤104，将得到的数据包乘以一个最小值不小于0的余弦信号，其中最小值落在数据包中的频率脉冲交接处。经过步骤104，进一步消除了频谱泄露。
在步骤105，发送得到的数据包，发送的方法可以是将最终的数据包处理结果写入音频文件并播放。
在一个实施例中，将最终的数据写入一个signal数组中，然后再写入音频文件。
图2示出了本发明利用声音接收数据的方法的流程图。
在步骤201，处于侦听状态中的接收终端如果依序侦测到数据包头部三个声音频率脉冲中的任意两个频率脉冲，即表示检测到数据包头部。
在一个实施例中，在数据包头部3个声音频率脉冲中，依序侦测到其中任意两个频率脉冲，即表示找到了数据包的头部。并且对其中一个声音频率脉冲信号，细分十份，找到声音频率脉冲变化的交接处，从而定位数据开始的部位。
在步骤202，检测所有的载频能量值以及数据包尾部频率脉冲的能量值，比较得到载频能量最大值对应的载频，将其表示为当前传输的数据，从而得到传输的数据。
在一个优选的实施例中，采用戈泽尔(Goertzel)算法检测所有的载频脉冲能量值和数据包尾部的频率脉冲，比较得到载频能量最大值对应的载频脉冲，将其表示为当前传送的数据。从而得到传送的数据。
在步骤203，如果数据包尾部的声音频率脉冲能量最大，则停止数据解码，结束数据包的接收。
在一个实施例中，数据还需要经过消除纠错码，信息协议等，得到实际传送的内容。
图3示出了本发明的一种利用声音发送数据的装置300。
如图3所示，利用声音发送数据的装置300包括头部产生单元310，头部产生单元310用于使用连续三个不同频率的声音频率脉冲作为数据包的头部，这里用户可自己定义三个频率具体频率值。
在一个实施例中，作为头部的三个声音频率脉冲，可以属于后面用来传送数据载频频率脉冲中的三个。在另一个实施例中，为了在接收方更准确地检测出数据包的头部，作为头部的三个声音频率脉冲与载频声音频率脉冲具有不同的频率。
利用声音发送数据的装置300还包括主体产生单元320，主体产生单元320用于产生待发送的数据包主体。
如图4所示，主体产生单元320又包括数据编码单元321和频率脉冲平滑单元322。
数据编码单元321用于使用至少两个不同频率的声音频率脉冲作为载频传输需要发送的数据内容。
在一个实施例中，将需要传送的信息，添加纠错码、协议等，纠错码和协议的种类可以根据用户需求而选择，此处不再赘述，最终转变为需要传送的源数据。
在一个实施例中，作为载频的声音频率脉冲的数量为2n个，其中n为大于或等于1的正整数。在一个优选的实施例中，采用钢琴音作为传送数据的声音载频脉冲。
在一个优选的实施例中，选择16个声音频率脉冲用于传送数据的频点，每次传送其中的一个频率脉冲，每16个声音频率脉冲表示一个16进制的数据。将需要传送的信息，按照字节读取，由于一个字节是8位，16进制数据是4位的，可以将一个8位，分为两个四位，先低位后高位，编码为对应的频率值。
频率脉冲平滑单元322用于使不同的声音频率脉冲之间采用过渡算法使其相位连续。在一个实施例中，频率脉冲平滑单元322使声音频率脉冲从上一个频率脉冲至下一个频率脉冲的变化部分是二次曲线的一部分。在一个实施例中，频率脉冲平滑单元322使上一个频率脉冲至下一个频率脉冲的变化部分是本次声音频率脉冲的前四分之一时长。频率脉冲平滑单元322通过将频率脉冲之间的变化变得连续，也可以消除频谱泄露的一部分。
利用声音发送数据的装置300还包括尾部产生单元330，尾部产生单元330用于使用预定的声音频率脉冲代表数据包尾部。和数据包头部类似，编码一个指定的频率脉冲，可以持续2个脉冲以上，表示到达待发送的数据包的结尾。
在一个实施例中，为了在接收方更准确地检测出数据包的尾部，作为尾部的声音频率脉冲与载频声音频率脉冲具有不同的频率。
继续参考图3，利用声音发送数据的装置300还包括频谱泄露消除单元340，频谱泄露消除单元340用于将得到的数据包乘以一个最小值不小于0的余弦信号，其中最小值落在数据包中的频率脉冲交接处。经过频谱泄露消除单元340的操作，进一步消除了频谱泄露。
利用声音发送数据的装置300还包括发送单元350，发送单元350用于将数据包发送，发送的方法可以是将最终的数据包处理结果写入音频文件并播放。
图5示出了本发明的一种利用声音接收数据的装置500。
如图5所示，利用声音接收数据的装置500包括头部检测单元510和数据检测单元520。
头部检测单元510用于依序侦测到数据包头部三个声音频率脉冲中的任意两个频率脉冲，即表示检测到数据包头部。
在一个实施例中，头部检测单元510在数据包头部3个声音频率脉冲中，依序侦测到其中任意两个频率脉冲，即表示找到了数据包的头部。并且对其中一个声音频率脉冲信号，细分十份，找到声音频率脉冲变化的交接处，从而定位数据开始的部位。
数据检测单元520用于检测所有的载频能量值以及数据包尾部频率脉冲的能量值，比较得到载频能量最大值对应的载频，将其表示为当前传输的数据，从而得到传输的数据；如果代表数据包尾部的声音频率脉冲能量最大，则停止数据解码，结束数据包的接收。
在一个优选的实施例中，数据检测单元520采用戈泽尔(Goertzel)算法检测所有的载频脉冲能量值和数据包尾部的频率脉冲，比较得到载频能量最大值对应的载频脉冲，将其表示为当前传送的数据。从而得到传送的数据。
图6是根据本发明实现的声音载频的频谱图，从图中可以看出，本发明实现的声音频率脉冲频谱光滑，无频谱泄露。如果用来调制的声音频率脉冲是人耳可以感知的频谱范围，声音大约是悦耳的鸟鸣声，或吹水的声音。
以下是在便携式移动通信设备中用于实现本发明中将数据调制到声音载频脉冲的过程的代码。
以上代码包括两个部分，一个是频域平滑，包括线性调频部分，即相位连续。静态变量fi[0]一直记录每次执行函数过程中的相位部分，保证相位连续。频率值的变换按照从上一脉冲频率为起始位置，下一脉冲频率为二次曲线定点的方式，保证频谱从当前脉冲频谱平滑变化到下一个脉冲的频谱。
第二个部分包括频谱幅度的值，乘以一个以频谱脉冲长度为周期的，以频谱脉冲交替位置为最小值的余弦波。注意最小值不为0，这里取0.01。这样通过降低频谱交接处的幅度值，消除了交替处的频谱泄露。
总体上，通过二次曲线的频谱变换，和对于每段频谱能量，按照余弦规律变化的方式，保证了频谱的不泄露和声音的婉转动听。
以上所描述的实施例仅用于示例的目的，不脱离本发明的精神和范围，可以对这些实施例进行形式和细节上的多种修改和改变。本发明的范围由所附的权利要求书所限定。
Claims (28)
1.一种利用声音发送数据的方法，包括：
使用连续三个不同频率的声音频率脉冲作为数据包的头部；
使用至少两个不同频率的声音频率脉冲作为载频传送需要发送的数据内容，并且不同频率的声音频率脉冲之间采用过渡算法使其相位连续；
使用预定频率的声音频率脉冲代表数据包尾部；
将得到的数据包乘以一个最小值不小于0的余弦信号，其中最小值落在数据包中的频率脉冲交接处；以及
发送所述数据包。
2.根据权利要求1所述的方法，其中作为载频的声音频率脉冲的数量为2n个，其中n为大于或等于1的正整数。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述过渡算法包括：使声音频率脉冲从上一个频率脉冲至下一个频率脉冲的变化部分是二次曲线的一部分。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述变化部分是本次声音频率脉冲的前四分之一时长。
5.根据权利要求1所述的方法，其中发送所述数据包包括：将最终的数据包处理结果写入音频文件并播放。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据内容在调制到载频前经过纠错算法处理。
7.根据权利要求1所述的方法，其中代表所述数据包头部的三个声音频率脉冲以及代表所述数据包尾部的声音频率脉冲与载频声音频率脉冲具有不同的频率。
8.根据权利要求1所述的方法，其中声音频率脉冲属于人耳能够听见的频率脉冲范围。
9.根据权利要求8所述的方法，其中采用钢琴音作为所述声音频率脉冲。
10.根据权利要求1所述的方法，其中声音频率脉冲不属于人耳能够听见的频率脉冲范围。
11.一种利用声音接收数据的方法，包括：
如果依序侦测到数据包头部三个声音频率脉冲中的任意两个频率脉冲，即表示检测到数据包头部；
检测所有的载频能量值以及数据包尾部频率脉冲的能量值，比较得到载频能量最大值对应的载频，将其表示为当前传送的数据，从而得到传送的数据；以及
如果代表数据包尾部的声音频率脉冲能量最大，则停止数据解码，结束数据包的接收。
12.根据权利要求11所述的方法，其中检测数据包头部的步骤还包括：对其中一个频率脉冲信号，细分十份，找到频率脉冲变化的交接处，从而定位数据开始的部位。
13.根据权利要求11所述的方法，其中检测声音频率脉冲的能量值采用戈泽尔(Goertzel)算法。
14.根据权利要求11所述的方法，其中将得到的数据进行消除纠错码，得到实际传送的数据内容。
15.一种利用声音发送数据的装置，包括：
头部产生单元，用于使用连续三个不同频率的声音频率脉冲作为数据包的头部；
数据编码单元，用于使用至少两个不同频率的声音频率脉冲作为载频传送需要发送的数据内容；
频率脉冲平滑单元，用于使不同的声音频率脉冲之间采用过渡算法使其相位连续；
尾部产生单元，用于使用预定的声音频率脉冲代表数据包尾部；
频谱泄漏消除单元，用于将得到的数据包乘以一个最小值不小于0的余弦信号，其中最小值落在数据包中的频率脉冲交接处；以及
发送单元，用于发送所述数据包。
16.根据权利要求15所述的装置，其中作为载频的声音频率脉冲数为2n个，其中n为大于或等于1的正整数。
17.根据权利要求15所述的装置，其中所述过渡算法包括：使声音频率脉冲从上一个频率脉冲至下一个频率脉冲的变化部分是二次曲线的一部分。
18.根据杈利要求17所述的装置，其中所述变化部分是本次声音频率脉冲的前四分之一时长。
19.根据权利要求15所述的装置，其中所述发送单元将最终的数据包处理结果写入音频文件并播放。
20.根据权利要求15所述的装置，其中所述数据内容在调制到载频前经过纠错算法处理。
21.根据权利要求15所述的装置，其中代表所述数据包头部的三个声音频率脉冲以及代表所述数据包尾部的声音频率脉冲与载频声音频率脉冲具有不同的频率。
22.根据权利要求15所述的装置，其中所述声音频率脉冲属于人耳能够听见的频率脉冲范围。
23.根据权利要求22所述的装置，其中采用钢琴音作为所述声音频率脉冲。
24.根据权利要求15所述的装置，其中所述声音频率脉冲不属于人耳能够听见的频率脉冲范围。
25.一种利用声音接收数据的装置，包括：
头部检测单元，用于依序侦测到数据包头部三个声音频率脉冲中的任意两个频率脉冲，即表示检测到数据包头部；以及
数据检测单元，用于检测所有的载频能量值以及数据包尾部频率脉冲的能量值，比较得到载频能量最大值对应的载频，将其表示为当前传送的数据，从而得到传送的数据；如果代表数据包尾部的声音频率脉冲能量最大，则停止数据解码，结束数据包的接收。
26.根据权利要求25所述的装置，其中检测数据包头部的步骤还包括：对其中一个频率脉冲信号，细分十份，找到频率脉冲变化的交接处，从而定位数据开始的部位。
27.根据权利要求25所述的装置，其中检测声音频率脉冲的能量值采用戈泽尔(Goertzel)算法。
28.根据权利要求25所述的装置，其中将得到的数据进行消除纠错码，得到实际传送的数据内容。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150225 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |