CN104954077A - 声音发送装置、接收装置与利用声音信号传递数据的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种声音发送装置、接收装置与利用声音信号传递数据的方法，适于由声音发送装置传输数据至声音接收装置。此方法利用一音频范围内的多个音频定义多个基准音及多个控制音，其中各个基准音对应于一个字符，各个控制音对应于基准音的排列顺序。接着，将所欲传输的数据中的多个传输字符转换为对应的基准音，并根据这些传输字符的排列顺序，决定对应的控制音。然后，将所转换的基准音及所决定的控制音发送至声音接收装置，而由声音接收装置将所接收的基准音转换为传输字符，并根据所接收的控制音决定这些传输字符的排列顺序，以还原所述数据。

Description

声音发送装置、接收装置与利用声音信号传递数据的方法

技术领域

本发明是有关于一种数据传输装置及方法，且特别是有关于一种声音发送装置、接收装置与利用声音信号传递数据的方法。

背景技术

频移键控（Frequency-Shift Keying，简称FSK）是一种利用具频率差异的信号来传送数据的方式，其是利用数字信号调制载波频率，而通过频率的变化来实现信号的识别及数据的传递。目前使用FSK技术传输数据的方式是利用放音器阵列打出人耳听不到的超音波，通过不同的音频来传递数据。

举例来说，下表一是现有音频信号与字符的对应表。由表一可知，当装置A欲传送字符1、2、3给装置B时，其可依表一将字符1、2、3转换为基准音1、基准音2及基准音3，并依序将这些基准音发送给装置B。装置B在接收到这些基准音后，也同样可依表一的定义将其转换回字符1、2、3。藉此，即可实现数据的传递。

表一

音频信号	字符	音频信号	字符
				基准音15	F	基准音7	7
基准音14	E	基准音6	6
				基准音13	D	基准音5	5
基准音12	C	基准音4	4
				基准音11	B	基准音3	3
基准音10	A	基准音2	2
				基准音9	9	基准音1	1
基准音8	8	基准音0	0

然而，在上述传输方式中，每一个基准音（具有独立音频）仅用来定义一个字符，而由于可使用的音频范围有限，且考虑音频信号辨识率的问题，实际上可用来传输数据的基准音数目不多，结果造成同一时间内可传输的数据量（即字符数目）受到限制，影响数据传输的效率。

发明内容

本发明提供一种声音发送装置、接收装置与利用声音信号传递数据的方法，可增加同一时间内利用音频信号可传输的数据量。

本发明的利用声音信号传递数据的方法，适于由声音发送装置传输数据至声音接收装置。此方法是利用一音频范围内的多个音频定义多个基准音及多个控制音，其中各个基准音对应于一个字符，各个控制音对应于所述基准音的排列顺序。接着，将所欲传输的数据中的多个传输字符转换为对应的基准音，并根据这些传输字符的排列顺序，决定对应的控制音。然后，将所转换的基准音及所决定的控制音发送至声音接收装置，而由声音接收装置将所接收的基准音转换为传输字符，并根据所接收的控制音决定这些传输字符的排列顺序，以还原所述数据。

本发明的声音发送装置包括放音器阵列及处理器。其中，放音器阵列可发出一音频范围内的多个音频，其中这些音频定义多个基准音及多个控制音，各个基准音对应于一个字符，各个控制音对应于基准音的排列顺序。处理器是用以将所欲传输的数据中的多个传输字符转换为对应的基准音，并根据这些传输字符的排列顺序，决定对应的控制音，以及控制放音器阵列发送所转换的基准音及所决定的控制音。

本发明的声音接收装置包括收音器阵列及处理器。其中，收音器阵列是用以接收至少一个基准音及至少一个控制音，其中收音器阵列可接收一音频范围内的多个音频，这些音频定义多个基准音及多个控制音，各个基准音对应于一个字符，各个控制音对应于基准音的排列顺序。处理器是用以将收音器阵列所接收的基准音转换为传输字符，并根据收音器阵列所接收的控制音决定这些传输字符的排列顺序，以还原数据。

基于上述，本发明的声音发送装置、接收装置与利用声音信号传递数据的方法通过在基准音之外额外增加控制音来定义基准音对应字符的排列顺序，可增加特定音频范围内音频信号所能传输的数据量，增加传输效率。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明一实施例的声音发送及接收装置的示意图；

图2是本发明一实施例的利用声音信号传递数据的方法流程图。

附图标记说明：

12：声音发送装置；

122：放音器；

124：处理器；

14：声音接收装置；

142：收音器；

144：处理器；

S202～S210：步骤。

具体实施方式

为了在同一时间内传递更多的数据，本发明是在可使用的音频范围内，在基准音之外多定义了控制音，用来传递与所传输基准音的排列顺序相关的信息。藉此，即可在有限的音频范围内，增加其音频所能传输的字符数目，从而增加数据的传输效率。

图1是本发明一实施例的声音发送及接收装置的示意图。请参照图1，本实施例是由声音发送装置12通过发送声音信号至声音接收装置14藉以传送数据。其中，声音发送装置12及声音接收装置14例如是具有声音信号发送及/或接收功能的台式电脑、笔记本电脑，或是移动电话、智能手机（smartphone）、掌上电脑（Personal Digital Assistant，简称PDA）、媒体播放器或平板电脑（Tablet PC）等移动装置，在此不设限。

声音发送装置12包括放音器122及处理器124，其中放音器122适于发出音频介于为17000赫兹至22000赫兹之间的声音信号，处理器124例如是具有单核心或多核心的中央处理单元（Central Processing Unit，简称CPU），或是其他可编程的一般用途或特殊用途的微处理器（Microprocessor）、数字信号处理器（Digital Signal Processor，简称DSP）、可编程控制器、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC）或其他类似元件或上述元件的组合，适于将声音发送装置12所要传送的数据转换为具有不同音频的基准音及控制音，从而控制放音器122发出对应的声音信号。

声音接收装置14包括收音器142及处理器144，其中收音器142适于接收音频介于为17000赫兹至22000赫兹之间的声音信号，处理器144类似于处理器124，可以是具有单核心或多核心的中央处理单元，或是其他可编程的一般用途或特殊用途的微处理器、数字信号处理器、可编程控制器、专用集成电路或其他类似元件或上述元件的组合，适于将声音接收装置14所接收到的声音信号转换回数据。

基于上述声音发送装置12及声音接收装置14的架构，本发明进一步提出利用声音信号传递数据的方法。图2是本发明一实施例的利用声音信号传递数据的方法流程图。请参照图2，本实施例适于由声音发送装置12传输数据至声音接收装置14，以下即搭配图1中声音发送装置12及声音接收装置14的各项元件，说明本实施例方法的详细流程。

首先，由声音发送装置12的处理器124利用一音频范围内的多个音频定义多个基准音及多个控制音，其中各个基准音对应于一个字符，各个控制音对应于基准音的排列顺序（步骤S202）。其中，上述的音频范围例如是在17000赫兹至22000赫兹之间，在此不设限。此外，上述控制音的数量例如是根据基准音的数量来决定，其条件是控制音所对应的排列顺序必需能够涵括所有基准音的所有排列组合。

举例来说，在一实施例中，可将上表一重新定义并加入控制音，而得到下表二。其中，本实施例是在基准音0～15之外，额外加入控制音0～n，藉以对应控制频道0～n。这些控制频道0～n可用以定义基准音0～15的排列顺序，从而增加基准音0～15所能夹带的数据数量。

上述基准音0～15的频率值例如为下表三所示，即介于18093.75（基准音0）赫兹及19500赫兹（基准音15）之间，其中相邻基准音之间的频率差值例如皆为93.75赫兹。至于控制音0～n的频率值，则只要和基准音的频率值错开，可为任意的合理值。例如，在使用4个控制音的情况下，这4个控制音的频率值可以是：21000、21093.75、21187.5及21281赫兹；也可以是17000、17093.75、17187.5及17281.25赫兹。即，控制音的频率值是介于17000赫兹至21000赫兹之间，可与基准音的频率值错开的任意频率值。上述基准音及控制音的音频仅为举例说明，并非用以限制本发明，只要可彼此分辨的频率值皆可用来做为本实施例基准音及控制音的音频。

表二

音频信号	字符	音频信号	字符
				控制音n	控制频道n	基准音10	A
…	…	基准音9	9
				控制音3	控制频道3	基准音8	8
控制音2	控制频道2	基准音7	7
				控制音1	控制频道1	基准音6	6
控制音0	控制频道0	基准音5	5
				基准音15	F	基准音4	4
基准音14	E	基准音3	3
				基准音13	D	基准音2	2
基准音12	C	基准音1	1
				基准音11	B	基准音0	0

表三

音频信号	频率值（赫兹）	音频信号	频率值（赫兹）
				基准音15	19500	基准音7	18750
基准音14	19406.25	基准音6	18656.25
				基准音13	19312.5	基准音5	18562.5
基准音12	19218.75	基准音4	18468.75
				基准音11	19125	基准音3	18375
基准音10	19031.25	基准音2	18281.25
				基准音9	18937.5	基准音1	18187.5
基准音8	18843.75	基准音0	18093.75

回到图2的流程，当声音发送装置12欲传输数据至声音接收装置14时，其处理器124例如会将此数据中的多个传输字符转换为对应的基准音（步骤S204）。例如，根据上表二，处理器124可将16进位的字符0～F转换为基准音0～15。接着，处理器124会根据上述传输字符的排列顺序，决定对应的控制音（步骤S206）。其中，处理器124可根据传输字符的排列顺序，在上表二中查询与此排列顺序相对应的控制音，此控制音的数量不限于一个，也可以是多个的组合。最后，由处理器124控制放音器122将其所转换的基准音及所决定的控制音发送至声音接收装置14（步骤S208）。

另一方面，当声音接收装置14通过收音器142接收到声音发送装置12所发送的基准音及控制音时，例如会由处理器144将收音器142所接收的基准音转换为传输字符，并根据收音器142所接收的控制音来决定这些传输字符的排列顺序，最后根据排列的传输字符，即可将声音发送装置12原先传输的数据还原（步骤S210）。

需说明的是，当同一时间要传递的基准音越多时，所需控制音的数量也随之增加。例如，当需要在同一时间传递3笔数据时，将需要4个控制音来定义基准音的排列顺序；当需要在同一时间传递4笔数据时，则需要6个控制音来定义基准音的排列顺序。

详细来说，当需要在同一时间传递3笔数据时，由于3笔数据需对应3个基准音，而3个基准音的排列一共有3!+3!/2!+3!/3!=10种方式，故需要4个控制音（即2⁴=16种排列方式）才能够涵括3个基准音的所有排列组合（10种）。下表四列出了3个基准音的排列顺序，以及用来区分其排列顺序的4个控制音的对应表。

表四

控制音0	控制音1	控制音2	控制音3	基准音的排列顺序
					0	0	0	0	1,2,3
0	0	0	1	2,1,3
					…	…	…	…	…
1	1	1	1	3,2,1

基于上述对应表，若装置A欲传送字符“426”给装置B，则装置A依据基准音的音频高低的排列方式，经查询表四可得出其控制频道的值应为(0,0,0,1)。即，由于字符“426”的排列顺序为：次高频、最高频、最低频，则装置A经查询表四可得出其所要发送的音频为：控制音3、基准音4、基准音2、基准音6。相对地，装置B查询表四可得到其所接收到的3个基准音的排列顺序为：次高频、最高频、最低频，因此可推导出这些基准音的正确排列为：基准音4、基准音2、基准音6，即字符“426”。

另一方面，当需要在同一时间传递4笔数据时，由于4笔数据需对应4个基准音，而4个基准音的排列一共有4!+4!/3!+4!/(2!*2!)+4!/4!=35种方式，故需要6个控制音（即26=64种排列方式）才能够涵括4个基准音的所有排列组合（35种）。下表五列出了4个基准音的排列顺序，以及用来区分其排列顺序的6个控制音的对应表。

表五

控制音0	控制音1	控制音2	控制音3	控制音4	控制音5	基准音的排列顺序
							0	0	0	0	0	0	1,2,3,4
0	0	0	1	0	1	2,1,3,4
							…	…	…	…	…	…	…
1	1	1	1	1	1	4,3,2,1

基于上述对应表，若装置A欲传送字符“4268”给装置B，则装置A依据基准音的音频高低的排列方式，经查询表五可得出其控制频道的值应为(0,0,0,0,0,1)。即，由于字符“4268”的排列顺序为：次高频、最高频、第三高频、最低频，则装置A经查询表五得出其所要发送的音频为：控制音5、基准音4、基准音2、基准音6、基准音8。相对地，装置B查询表五可得到其所接收到的4个基准音的排列顺序为：次高频、最高频、第三高频、最低频，因此可推导出这些基准音的正确排列为：基准音4、基准音2、基准音6、基准音8，即字符“4268”。

综上所述，本发明的声音发送装置、接收装置与利用声音信号传递数据的方法是在对应于字符的基准音之外，额外增加控制音来记录基准音的排列顺序，从而增加基准音所能表示的字符的数量。藉此，即可在有限的音频范围内，在同一时间内传递更多的字符，从而增加音频传输的效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种利用声音信号传递数据的方法，适于由一声音发送装置传输一数据至一声音接收装置，其特征在于，该方法包括下列步骤：

利用一音频范围内的多个音频定义多个基准音及多个控制音，其中各所述基准音对应于一字符，各所述控制音对应于所述基准音的一排列顺序；

转换所欲传输的该数据中的多个传输字符为对应的所述基准音；

根据所述传输字符的该排列顺序，决定对应的所述控制音；

发送所转换的所述基准音及所决定的所述控制音至该声音接收装置；以及

由该声音接收装置转换所接收的所述基准音为所述传输字符，并根据所接收的所述控制音决定所述传输字符的该排列顺序，以还原该数据。

2.根据权利要求1所述的利用声音信号传递数据的方法，其特征在于，利用该音频范围内的所述音频定义所述基准音及所述控制音的步骤包括：

根据所述基准音的数量决定所述控制音的数量，使得所述控制音所对应的所述排列顺序涵括所述基准音的所有排列组合。

3.根据权利要求1所述的利用声音信号传递数据的方法，其特征在于，发送所转换的所述基准音及所决定的所述控制音至该接收装置的步骤包括：

在一单位时间内仅发出所述基准音及所述控制音其中之一对应的该音频，其余音频为闲置状态。

4.根据权利要求1所述的利用声音信号传递数据的方法，其特征在于，该音频范围为17000赫兹至22000赫兹。

5.一种声音发送装置，其特征在于，包括：

一放音器阵列，可发出一音频范围内的多个音频，其中所述音频定义多个基准音及多个控制音，各所述基准音对应于一字符，各所述控制音对应于所述基准音的一排列顺序；以及

一处理器，转换所欲传输的一数据中的多个传输字符为对应的所述基准音，并根据所述传输字符的该排列顺序，决定对应的所述控制音，以及控制该放音器阵列发送所转换的所述基准音及所决定的所述控制音。

6.根据权利要求5所述的声音发送装置，其特征在于，该处理器包括根据所述基准音的数量决定所述控制音的数量，使得所述控制音所对应的所述排列顺序能够涵括所述基准音的所有排列组合。

7.根据权利要求5所述的声音发送装置，其特征在于，该放音器阵列包括在一单位时间内仅发出所述基准音及所述控制音其中之一对应的该音频，其余音频为闲置状态。

8.根据权利要求5所述的声音发送装置，其特征在于，该音频范围为17000赫兹至22000赫兹。

9.一种声音接收装置，其特征在于，包括：

一收音器阵列，接收至少一基准音及至少一控制音，其中该收音器阵列可接收一音频范围内的多个音频，所述音频定义多个基准音及多个控制音，各所述基准音对应于一字符，各所述控制音对应于所述基准音的一排列顺序；以及

一处理器，转换该收音器阵列所接收的所述基准音为所述传输字符，并根据该收音器阵列所接收的所述控制音决定所述传输字符的该排列顺序，以还原一数据。

10.根据权利要求9所述的声音接收装置，其特征在于，该音频范围为17000赫兹至22000赫兹。