CN104767566A - 一种缓解帧间闪烁的调光方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缓解帧间闪烁的调光方法及调光装置，涉及可见光通信技术。本发明公开的调光方法包括：计算发送端在发送物理帧时的平均亮度值Avg_data；根据所述Avg_data与照明状态下平均亮度值Avg_light的比值判断所述发送端发送数据时是否产生帧间闪烁；当所述发送端发送数据时产生帧间闪烁，则所述发送端在空闲模式下，插入调光帧，所述调光帧用于补偿所述Avg_data与Avg_light的亮度差。本发明还公开了一种缓解帧间闪烁的调光装置。本申请技术方案在发送端空闲模式时，发送调节光源亮度的物理帧的占空比的取值位于一定的区间内，不需要精确地等于物理层所采用线路编码的占空比。

Description

一种缓解帧间闪烁的调光方法和装置

技术领域

本发明涉及可见光通信技术，尤指一种缓解帧间闪烁的调光方法及调光装置。

背景技术

可见光通信(VLC，Visible Light Communication)技术，是指使用人肉眼可见的、波长在400纳米(nm)到700nm范围内的光介质进行短距离光无线通信的技术。VLC技术具有不受电磁干扰、不存在与射频(RF)系统相关的干扰等优点，并且其所使用的频谱范围是免许可频谱(unlicensedspectrum)。使用可见光进行数据传输时，在发送端，可以通过快速地打开和关闭可见光源(例如，发光二极管)或者对可见光源亮度进行调制；在接收端，接收到经过调制的光信号之后，将其转化为接收端可以处理的数据。

在使用可见光进行通信时，首先必须保证在实现数据传输的同时，不影响到用户对照明设备的正常使用。这需要考虑以下两个问题：一是实现数据的传输功能；二是在传输数据帧时，不能出现帧间闪烁(Inter-frame Flicker)问题。帧间闪烁问题，是由于发送数据时的光源平均亮度与照明状态(即发送端处于接收状态或者空闲的照明状态)时的平均亮度，两者之间不同造成的。

现有的缓解帧间闪烁的方法是，发送端在空闲/接收状态下，使用空闲模式(idle pattern)，即独立地发送用于调节光源亮度的帧。这种方法要求通过精确地计算，使得用于调节光源亮度帧的占空比(Duty Cycle)与物理层所采用线路编码(Line Coding)方案的占空比相同。这样，调节光源亮度帧与数据帧的平均亮度值就相等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种缓解帧间闪烁的调光方法和装置，以扩展用于调光目的的补偿帧亮度范围。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种缓解帧间闪烁的调光方法，包括：

计算发送端在发送物理帧时的平均亮度值Avg_data；

根据所述Avg_data与照明状态下平均亮度值Avg_light的比值判断所述发送端发送数据时是否产生帧间闪烁；

当所述发送端发送数据时产生帧间闪烁，则所述发送端在空闲模式下，插入调光帧，所述调光帧用于补偿所述Avg_data与Avg_light的亮度差。

可选地，上述方法中，根据所述Avg_data与Avg_light的比值判断所述发送端发送数据时是否产生帧间闪烁指：

根据所述Avg_data与Avg_light判断如下公式是否成立：

$\frac{|{\mathrm{Avg}}_{\mathrm{data}}-{\mathrm{Avg}}_{\mathrm{light}}|}{{\mathrm{Avg}}_{\mathrm{light}}}\≤K$

其中，K为常数；

当上述公式不成立时，判断所述发送端发送数据时产生帧间闪烁。

可选地，上述方法中，所述发送端在空闲模式下，插入调光帧的过程包括：

按照如下公式计算插入调光帧的占空比范围：

(1-K)×A≤α≤(K+1)×A

其中，A表示物理层所采用线路编码方法的占空比，K为常数；

所述发送端在空闲模式下，将计算出的占空比范围内的任意一个占空比的调光帧插入发送。

可选地，上述方法中，所述计算发送端在发送物理帧时的平均亮度值Avg_data指：

所述计算发送端通过计算物理层使用的线路编码的占空比得到Avg_data。

本发明还公开了一种缓解帧间闪烁的调光装置，包括：

存储模块，保存不同长度的用于调节光源亮度的调光信息；

处理模块，计算发送端在发送物理帧时的平均亮度值Avg_data，根据所述Avg_data与照明状态下平均亮度值Avg_light的比值判断所述发送端发送数据时是否产生帧间闪烁，并在所述发送端发送数据时产生帧间闪烁时，在所述发送端的空闲模式下，从所述存储模块中提取对应的调光信息生成调光帧并插入物理帧中，所述调光帧用于补偿所述Avg_data与Avg_light的亮度差。

可选地，上述装置中，所述处理模块根据所述Avg_data与Avg_light判断如下公式是否成立：

$\frac{|{\mathrm{Avg}}_{\mathrm{data}}-{\mathrm{Avg}}_{\mathrm{light}}|}{{\mathrm{Avg}}_{\mathrm{light}}}\≤K$

其中，K为常数；

当上述公式不成立时，判断所述发送端发送数据时产生帧间闪烁。

可选地，上述装置中，所述处理模块按照如下公式计算插入调光帧的占空比范围：

(1-K)×A≤α≤(K+1)×A

其中，A表示物理层所采用线路编码方法的占空比，K为常数；

所述处理模块，在所述发送端的空闲模式下，从所述存储单元中提取满足上述占空比范围的调光信息，并生成调光帧插入发送。

可选地，上述装置中，所述处理单元，通过计算物理层使用的线路编码的占空比得到Avg_data。

可选地，上述装置设置在可见光通信系统的发送端中，或设置在可见光通信系统的发送端的外部。

本申请技术方案在发送端空闲模式时，发送调节光源亮度的物理帧的占空比的取值位于一定的区间内，不需要精确地等于物理层所采用线路编码的占空比。

附图说明

图1为本发明实现帧间闪烁缓解的方法的流程图；

图2为本发明实现帧间闪烁缓解的方法的示意图；

图3为本发明实现调光装置的组成结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文将结合附图对本发明技术方案作进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

实施例1

本发明利用人肉眼可以感知的光源亮度变化规律，提出一种缓解帧间闪烁的方法，即，发送端在空闲模式时，发送的调节光源亮度的物理帧的占空比的取值位于一定的区间内，不需要精确地等于物理层所采用线路编码的占空比。

本实施例提供的缓解帧间闪烁的调光方法，至少包括如下操作：

计算发送端在发送物理帧时的平均亮度值Avg_data；

根据所述Avg_data与照明状态下平均亮度值Avg_light的比值判断发送端发送数据时是否产生帧间闪烁；

当发送端发送数据时产生帧间闪烁，则发送端在空闲模式下，插入调光帧，该调光帧用于补偿Avg_data与Avg_light的亮度差。

其中，计算发送端在发送物理帧时的平均亮度值Avg_data时，可以通过计算物理层使用的线路编码的占空比得到。

而比较发送物理帧时的平均亮度值Avg_data与照明状态下平均亮度值Avg_light时，可以按照如下公式计算Avg_data与Avg_light之间的比值：

$\frac{|{\mathrm{Avg}}_{\mathrm{data}}-{\mathrm{Avg}}_{\mathrm{light}}|}{{\mathrm{Avg}}_{\mathrm{light}}}\≤K$

上式由Weber-Fechner定理得出，其定义了人眼能够感觉到的亮度变化。式中参数K由实验得出。

由于数据发送而在帧间产生人肉眼可以感觉到的闪烁时，发送端在空闲模式下发送用于缓解闪烁的调光帧。空闲模式是指发送端处于接收状态或者空闲的照明状态。

在本实施例中，在空闲模式下，插入调光帧的平均亮度计算，由调光帧的占空比计算确定，调光帧的占空比α的计算如下：

$\frac{|A-\mathrm{\α}|}{A}\≤K$

公式中，参数A表示物理层所采用线路编码方法的占空比，参数K为常数，由实验测得。由该公式计算得到的占空比的值位于某个区间内。即调光帧的平均亮度位于某个区间内。在本区间内的任意平均亮度值调光帧，在实现调光目的时，都不产生人肉眼能感知的亮度变化。

下面结合图1，说明上述缓解帧间闪烁的调光方法的具体实现过程，包括如下操作：

步骤100，计算发送端物理帧的平均亮度Avg_data。

该步骤中，平均亮度可以由发送端在发送物理帧时所采用的线路编码(Line Coding)的占空比(Duty Cycle)确定。以曼彻斯特码为例，其编码的占空比为50％。当物理层的线路编码是曼彻斯特码时，假设位“0”的亮度为，位“1”的亮度为100％时，对于任意长度的“0”、“1”位序列(即物理帧)，该物理帧的平均亮度为50％。当发送端仅处于照明状态时，其平均亮度为100％。

步骤101，根据发送端在发送物理帧时的平均亮度Avg_data与照明状态下的平均亮度Avg_light的比值判断当前是否存在帧间闪烁，如果是，进入步骤102，否则发送端保持照明状态103；

具体地，该步骤即中判断Avg_data与Avg_light的比值是否满足如下公式1：

$\frac{|{\mathrm{Avg}}_{\mathrm{data}}-{\mathrm{Avg}}_{\mathrm{light}}|}{{\mathrm{Avg}}_{\mathrm{light}}}\≤K$     (公式1)

上述公式是由Weber-Fechner定理得出，其定义了人眼能够感觉到的亮度变化。式中参数K由实验得出。

当上述中公式成立时，这表明发送端在发送数据过程和照明这两种状态交替出现时，并未产生人肉眼可以觉察到的帧间闪烁，即不存在帧间闪烁，此时不需要插入调光帧。

而上述公式不成立时，则表明发送端在发送数据过程和照明这两种状态交替出现时，出现了帧间闪烁，需要进入步骤102进行调光帧的插入操作。

步骤102，发送端在空闲模式(即接收状态或者照明状态)时，发送用于缓解帧间闪烁的调光帧。

其中，可按照如下公式2计算用于缓解帧间闪烁的调光帧的占空比：

$\frac{|A-\mathrm{\α}|}{A}\≤K$     (公式2)

上述公式2中，参数A表示物理层所采用线路编码方法的占空比；

参数α为调光帧的占空比；

参数K为常数，由实验测得。

进一步推导公式2，可得调光帧的占空比α的取值范围，如公式3所示：

(1-K)×A≤α≤(K+1)×A    (公式3)

由公式3计算得到的调光帧示意图，如图2所示。

在图2中，发送数据时，Data₁和Data₂的平均亮度为50％，所采用的线路编码如曼彻斯特码等。在Data₁发送完成之后和Data₂发送之前这段时间内，如果发送端处于照明状态，则此时的平均亮度值为100％。假设此时的亮度变化是人肉眼可以感觉得到的(即K＝0.5)，则需要插入调光帧，如图中的Dim₁和Dim₂。Dim₁和Dim₂的占空比值由公式2计算得到，取值为满足公式2的区间内的任意值即可。

由于在空闲模式下发送的调光帧只是用于支持发送端的可见性，因此发送端所发送的调光帧不需要经过线路编码、信道编码、调制等过程。直接发送占空比符合公式2的“0”、“1”位序列，可以实现闪烁缓解的目的。

实施例2

本实施例提供一种缓解帧间闪烁的调光装置，至少包括如下各部分。

存储模块，保存不同长度的用于调节光源亮度的调光信息；

处理模块，计算发送端在发送物理帧时的平均亮度值Avg_data，根据所述Avg_data与照明状态下平均亮度值Avg_light的比值判断所述发送端发送数据时是否产生帧间闪烁，当所述发送端发送数据时产生帧间闪烁，则在空闲模式下，从所述存储模块中提取对应的调光信息生成调光帧并插入物理帧中，其中，所述调光帧用于补偿所述Avg_data与Avg_light的亮度差。

其中，处理模块根据Avg_data与Avg_light判断如下公式是否成立：

$\frac{|{\mathrm{Avg}}_{\mathrm{data}}-{\mathrm{Avg}}_{\mathrm{light}}|}{{\mathrm{Avg}}_{\mathrm{light}}}\≤K$

其中，K为常数；

当上述公式不成立时，处理模块即可判断发送端发送数据时产生帧间闪烁。

而处理模块根据存储模块中提取对应的调光信息生成调光帧的过程如下：

先按照如下公式计算插入调光帧的占空比范围：

(1-K)×A≤α≤(K+1)×A

其中，A表示物理层所采用线路编码方法的占空比，K为常数；

再从存储模块中提出在上述占空比范围内的调光信息，再生成调光帧插入发送。

处理模块，计算发送端在发送物理帧时的平均亮度值Avg_data时，可通过计算物理层使用的线路编码的占空比得到。

还要说明的是，上述装置可以设置在可见光通信系统的发送端中，也可以独立设置。

下面以图3所示的调光装置为例，说明调光装置的具体工作过程。如图3所示，至少包括处理模块、存储模块和光驱动传输模块，其中：

存储模块，用于保存不同长度的用于调节光源亮度的调光信息，包括不同长度的“0”、“1”序列。

处理模块，用于物理帧的编码和解码、调光帧的生成等。具体地，包括计算发送端在发送物理帧时的平均亮度值Avg_data，以及根据Avg_data与照明状态下平均亮度值Avg_light的比值判断发送端发送数据时是否产生帧间闪烁，并在发送端发送数据时产生帧间闪烁时，在空闲模式下，从存储模块中提取对应的调光信息生成调光帧并插入物理帧中。

光驱动传输模块，用于实现数据传输和光源亮度调节并照明，具体实现属于现有技术，其实现不用于限定本发明的保护范围，这里不再赘述。

其中，调光帧中的调光信息是从存储单元读取的不同长度的“0”、“1”序列。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本申请不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种缓解帧间闪烁的调光方法，其特征在于，包括：

计算发送端在发送物理帧时的平均亮度值Avg_data；

根据所述Avg_data与照明状态下平均亮度值Avg_light的比值判断所述发送端发送数据时是否产生帧间闪烁；

当所述发送端发送数据时产生帧间闪烁，则所述发送端在空闲模式下，插入调光帧，所述调光帧用于补偿所述Avg_data与Avg_light的亮度差。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述Avg_data与Avg_light的比值判断所述发送端发送数据时是否产生帧间闪烁指：

根据所述Avg_data与Avg_light判断如下公式是否成立：

$\frac{|{\mathrm{Avg}}_{\mathrm{data}}-{\mathrm{Avg}}_{\mathrm{light}}|}{{\mathrm{Avg}}_{\mathrm{light}}}\≤K$

其中，K为常数；

当上述公式不成立时，判断所述发送端发送数据时产生帧间闪烁。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述发送端在空闲模式下，插入调光帧的过程包括：

按照如下公式计算插入调光帧的占空比范围：

(1-K)×A≤α≤(K+1)×A

其中，A表示物理层所采用线路编码方法的占空比，K为常数；

所述发送端在空闲模式下，将计算出的占空比范围内的任意一个占空比的调光帧插入发送。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算发送端在发送物理帧时的平均亮度值Avg_data指：

所述计算发送端通过计算物理层使用的线路编码的占空比得到Avg_data。

5.一种缓解帧间闪烁的调光装置，其特征在于，包括：

存储模块，保存不同长度的用于调节光源亮度的调光信息；

处理模块，计算发送端在发送物理帧时的平均亮度值Avg_data，根据所述Avg_data与照明状态下平均亮度值Avg_light的比值判断所述发送端发送数据时是否产生帧间闪烁，并在所述发送端发送数据时产生帧间闪烁时，在所述发送端的空闲模式下，从所述存储模块中提取对应的调光信息生成调光帧并插入物理帧中，所述调光帧用于补偿所述Avg_data与Avg_light的亮度差。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述处理模块根据所述Avg_data与Avg_light判断如下公式是否成立：

$\frac{|{\mathrm{Avg}}_{\mathrm{data}}-{\mathrm{Avg}}_{\mathrm{light}}|}{{\mathrm{Avg}}_{\mathrm{light}}}\≤K$

其中，K为常数；

当上述公式不成立时，判断所述发送端发送数据时产生帧间闪烁。

7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述处理模块按照如下公式计算插入调光帧的占空比范围：

(1-K)×A≤α≤(K+1)×A

其中，A表示物理层所采用线路编码方法的占空比，K为常数；

所述处理模块，在所述发送端的空闲模式下，从所述存储单元中提取满足上述占空比范围的调光信息，并生成调光帧插入发送。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述处理单元，通过计算物理层使用的线路编码的占空比得到Avg_data。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，该装置设置在可见光通信系统的发送端中，或设置在可见光通信系统的发送端的外部。