CN105610501B - 一种混合可见光信息隐藏信道构造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合可见光信息隐藏信道构造方法。建立一种可见光多选4+1路混合光通信收发装置，该装置包括：发射端和接收端。发射端包括：发射控制器、编码器、选频器、驱动器、光发射天线组；接收端包括：接收控制器、解码器、分频器、判决器、光接收天线组。在n个天线中，选择其中的5路作为在用通信线路，利用上述功能模块，结合选频序列、编解码表在n个天线中，频繁切换通信线路和编码信号，在一个可见光通信的多输入多输出的装置中，实现一种安全而隐蔽的混合可见光信息隐藏信道构造方法。本发明方法在一定程度上提高了通信的安全性能。

Description

一种混合可见光信息隐藏信道构造方法

技术领域

本发明属于光通信技术领域，特别涉及一种混合可见光信息隐藏信道构造方法。

背景技术

可见光通信是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的，将高速因特网的电线装置连接在照明装置上，插入电源插头即可使用。

多输入多输出技术(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，显示出明显的优势。同时，还可以一定程度上提高通信的安全性。

隐蔽信道是相对于公开信道而言的，公开信道用于传输公开的信息,而隐蔽信道则采用特殊的方式，在公开信道的掩护下,用于传输秘密信息。隐蔽信道的重点是对通信本身的隐藏。

在一个数字通信系统或者一个计算机系统中，数据一般都是以字节为最小单位出现，因此在数据传输、通信中，每次收发半个字节的4位二进制数，给数据处理过程带来了不少便利。

本申请借鉴了无线射频通信的MIMO技术，利用了可见光通信的技术特点，提出了一种编解码方法，从而构造了一个混合可见光信息隐藏信道。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合可见光信息隐藏信道构造方法。

具体步骤为：

(1)建立一种可见光多选4+1路混合光通信收发装置，该装置包括发射端和接收端。发射端包括发射控制器、编码器、发射时钟、选频器、驱动器、光发射天线组；光发射天线组含有n个光发射天线，每一个光发射天线都包含发射滤镜和LED；接收端包括接收控制器、解码器、接收时钟、分频器、判决器和光接收天线组；光接收天线组含有n个光接收天线，每一个光接收天线都包含接收滤镜和光电接收器；其中，n为大于或者等于5的自然数。

发射控制器分别与编码器、选频器和发射时钟电连接；光发射天线组分别与选频器和驱动器电连接；驱动器与发射时钟电连接。

接收控制器分别与解码器、分频器和接收时钟电连接；光接收天线组分别与分频器和判决器电连接；判决器与接收时钟电连接。

发射滤镜和接收滤镜都采用带通滤镜。带通滤镜只能通过某个波长范围内的光，带通滤镜用于滤除掉这个波长范围以外的光。光发射天线和光接收天线的光信号通带，取决于所使用的带通滤镜的通带范围，即取决于带通滤镜可通过的光波长范围。

光发射天线组满足条件：第1个光发射天线的光信号通带包括可见光范围，第n-m个、第n个光发射天线的光信号通带都是第1个的子集，且第n-m个、第n个的各光发射天线的光信号通带没有交集。m为小于n且大于0的自然数，且n-m不等于1。

发射控制器,用于从外部设备获取数据，并将获取的数据按照4位二进制一组进行分组，再将分组的数据输出到编码器；向选频器发出选频指令，选择当前数据发送所采用的光发射天线；给发射时钟发送驱动时钟指令，确定发射端发送光信号的速度。

选频指令，用于指示选频器，选择当前数据发送应采用的光发射天线。

驱动时钟指令，用于指示发射时钟，驱动光发射天线发射光信号应采用的驱动时钟周期。

发射时钟，用于根据驱动时钟指令，确定发射端发送光信号的速度；接收发射控制器的驱动时钟指令，并给驱动器提供驱动光发射天线发射光信号的时钟信号；时钟信号为一段占空比为50％的方波信号，方波的频率根据发射控制器的驱动时钟指令决定。

编码器，将一个由发射控制器输入的4位二进制数，并编码成一组5个的4位二进制数，再输出这5个4位二进制数。

选频器，用于根据选频指令，提供选频序列，并根据选频序列，在n个光发射天线中选择第1个光发射天线为第1路通信线路和剩余n-1个光发射天线中的任意4个光发射天线作为通信的第2路、第3路、第4路、第5路通信线路。

驱动器，用于根据编码器输出的5个4位二进制数的‘1’和‘0’信号，以及选频器选择的5路通信线路，用这5个4位二进制数分别驱动选频器选择的5路通信线路上的光发射天线，以LED亮度不同的两种状态分别表示“1”和“0”。

驱动器，将编码器输出的一组5个4位二进制数，分别用于驱动由选频器选择的5路光发射天线；在用每个由编码器输入的4位二进制数驱动光发射天线时，根据发射时钟提供的时钟信号，将这个4位二进制数按照自左到右的顺序，每一个时钟周期输出一位，依次用于驱动LED。

驱动器，驱动LED用亮度不同的两种状态分别表示“1”和“0”，同时还要保证驱动LED发出的光信号的光强度还满足：对于5路通信线路在发射端的5个发射天线发出的光信号“1”在到达接收端时的光强度保持一致，发出的光信号“0”在到达接收端时的光强度也保持一致。

光发射天线，用于在驱动器控制下，用LED亮度不同的两种状态变化，产生光信号，并经过发射滤镜过滤后，以某一个波长范围的光信号发送出去。

光接收天线，用于接收来自发射端发出的光信号。

光接收天线组满足条件：每个光接收天线的光信号通带都不同。第1个光接收天线的光信号通带包括可见光范围，第n-m个、第n个光接收天线的光信号通带都是第1个的子集，且第n-m个、第n个的各光接收天线的光信号通带没有交集。同时，第1个光接收天线的光信号通带，又是第1个发射滤镜光信号通带的子集，第n-m个光接收天线的光信号通带，又是第n-m个发射滤镜信号通带的子集，第n个光接收天线的光信号通带，又是第n个发射滤镜光信号通带的子集。

分频器，用于根据分频指令提供选频序列，并根据选频序列，在n个光接收天线中选择第1个光接收天线为第1路通信线路和剩余n-1个光接收天线中的任意4个光接收天线作为通信的第2路、第3路、第4路、第5路通信线路。使得接收端选用的5个光接收天线所覆盖的光信号通带能分别与5个光发射天线的光信号通带对应。接收端的第1路通信线路的光接收天线能接收到发射端的第1路、第2路、第3路、第4路、第5路通信线路的5个光发射天线发送的光信号。接收端的第2路通信线路的光接收天线的能接收到发射端的第1路、第2路通信线路的2个光发射天线发送的光信号。接收端的第3路通信线路的光接收天线的能接收到发射端的第1路、第3路通信线路的2个光发射天线发送的光信号。接收端的第4路通信线路的光接收天线的能接收到发射端的第1路、第4路通信线路的2个光发射天线发送的光信号。接收端的第5路通信线路的光接收天线的能接收到发射端的第1路、第5路通信线路的2个光发射天线发送的光信号。

光电接收器，用于接收经接收滤镜过滤后的光信号，并转换成模拟电信号输出。

接收时钟，用于根据判决时钟指令，给判决器提供对光电接收器输出的电信号进行采样判决的判决时钟信号。在发射端和接收端同步前，为判决器提供接收时钟可以达到的最快的时钟；当同步完成之后，根据接收控制器的时钟指令，为判决器提供判决时钟。

判决器，用于接收光电接收器输出的模拟电信号，并转换为数字信号输出，对于每个光电接收器，都可以在每一个接收时钟周期，输出一个判决的数字信号。

解码器，用于将判决器输出的数字信号还原成一组5个的4位数，并将该5个的4位数解码成一个4位二进制数，并输出。

接收控制器，用于将解码器的输出还原成原数据，并将接收并还原出的原数据输出到外部设备；给接收时钟提供判决时钟指令，给分频器输出分频指令。

判决时钟指令，用于指示接收时钟，确定判决器采样判决输出数字信号应采用的判决时钟。

分频指令，用于为分频器确定应采用的选频序列。

发射端和接收端，采用的是同样的选频序列。发射端和接收端在通信时，每发送x组数据后，就改变一个选频序列，根据选频序列，更换第2路、第3路、第4路、第5路通信线路所选用的光发射天线和光接收天线。x为大于0的自然数。

(2)将步骤(1)建立的装置的编码器和解码器进行编解码，采用的编解码规则，详见表1。表格的第一行为各列的列号，第一列为各行的行号。

表1 编解码规则

表1中的Bin列为发射控制器转换后输入到编码器的16个4位二进制，Hex列为Bin列所对应的16进制数。编码器将Bin列的每个4位二进制数编码成表1中相应行的S1列、S2列、S3列、S4列、S5列的5个4位二进制，S1列、S2列、S3列、S4列、S5列的5列的数值分别用作驱动器驱动5路通信线路的信号输出。S1列的数值用于驱动第1路通信线路上的第1个光发射天线的LED；S2列、S3列、S4列、S5列的数值，则分别用于驱动由选频器选择的剩余n-1个光发射天线中的第2路、第3路、第4路、第5路通信线路上的4个光发射天线的LED。

R1列、R2列、R3列、R4列、R5列的5列分别为接收端的分频器选择的5路通信线路上的5个光接收天线接收到发射端发出的光信号并经过判决器处理后的输出，R1列为第1路通信线路的判决器输出，R2列为第2路通信线路的判决器输出，R3列为第3路通信线路的判决器输出，R4列为第4路通信线路的判决器输出，R5列为第5路通信线路的判决器输出。

其中，R1列为第1路、第2路、第3路、第4路、第5路的5路通信线路的发射端发出的光信号的叠加后的判决器输出。R2列为第1路和第2路的2路通信线路的发射端发出的光信号的叠加后的判决器输出。R3列为第1路和第3路的2路通信线路的发射端发出的光信号的叠加后的判决器输出。R4列为第1路和第4路的2路通信线路的发射端发出的光信号的叠加后的判决器输出。R5列为第1路和第5路的2路通信线路的发射端发出的光信号的叠加后的判决器输出。

编码器的处理方式为：将一个由发射控制器输入的4位二进制数，对应到表1中Bin列中一个4位二进制，并编码成如表1中对应的S1列、S2列、S3列、S4列、S5列的5列一组5个的4位二进制数，再输出这5个4位二进制数。

解码器的处理方式为：将判决器输出的数字信号还原成如表1中的R1列、R2列、R3列、R4列、R5列的5列一组5个的4位数，并将这5个的4位数解码成如表1对应的Bin列的对应行的一个4位二进制数，并输出。

(3)步骤(1)建立的装置的发射端和接收端通信时首先需要进行收发同步，收发同步的方法为：

在发射端，由发射控制器给编码器发出同步启动指令，并由编码器驱动第1路通信线路的LED发送一段启动光信号，第2路、第3路、第4路、第5路不发送光信号。发射控制器并向发射时钟发出时钟指令，以确定发射端发送光信号的速度。

启动光信号中，包括了时钟同步信号和采用的初始选频序列，用于确定光信号的发送的速度和发射端将采用的初始的5个光发射天线。

在接收端，由于第1路通信线路的光信号通带包含了剩余的n-1个光接收天线的光通带，所以n个光接收天线都可以接收到这一启动光信号。接收端由第1路通信线路、判决器和解码器处理识别出启动光信号，由接收时钟为判决器提供接收时钟可以达到的最快的时钟，用作采样判决的时钟；并将启动光信号输出到接收控制器，从而确定光信号的速度以及接收端开始接收正式数据的光信号时应采用的初始选频序列。

(4)发射端和接收端同步后，进行正式的数据收发，数据收发的工作原理及步骤如下：

发射端的工作原理及步骤：

TX1、发射控制器从外部设备获得数据，按4位二进制一组进行分组，再将分组的数据输出到编码器，并给选频器发出选频指令，以及向发射时钟发送驱动时钟指令，确定发射端发送光信号的速度。

TX2、编码器根据表1的编码规则，对照表1的Bin列，把从发射控制器输出的4位二进制数进行编码成如表1中对应的S1列、S2列、S3列、S4列、S5列的5列一组5个4位二进制，并输出这5个4位二进制数。同时，选频器接收到选频指令后，根据选频序列，在n个光发射天线中选通第1个光发射天线为第1路通信线路和剩余n-1个光发射天线中的任意4个光发射天线作为通信的第2路、第3路、第4路、第5路通信线路。

TX3、驱动器根据编码器输出的5个4位二进制数的‘1’和‘0’信号，以及选频器选择的5路通信线路，驱动选频器选择的5路通信线路上的光发射天线的用LED亮度不同的两种状态分别表示“1”和“0”。其中，S1列用于驱动第1路通信线路上的LED，S2列、S3列、S4列、S5列则依次用于驱动第2路、第3路、第4路、第5路上的LED。

TX4、5路通信线路的LED发出的亮度变化的光信号，经过各自通信线路上的发射滤镜过滤后，成为在某个通带内的光信号发送出去。

接收端的工作原理及步骤：

RX1、接收控制器接收到启动光信号后，给接收时钟提供判决时钟指令，给分频器输出分频指令。确定光信号的速度以及接收端开始接收正式数据的光信号时应采用的初始选频序列。

RX2、分频器根据分频指令确定选频序列，并根据选频序列，在n个光接收天线中选择第1个光接收天线为第1路通信线路和剩余n-1个光接收天线中的任意两个光接收天线作为通信的第2路、第3路、第4路、第5路通信线路。

RX3、5路通信线路上的5个光接收天线的接收滤镜，分别对接收到的光信号进行过滤，过滤后成为在某个通带内的光信号。

RX4、5路通信线路上的光电接收器，接收经过接收滤镜过滤后的光信号，并转换为模拟电信号输出。

RX5、判决器将接收光电接收器输出的模拟电信号，并转换为数字信号输出。

RX6、解码器根据表1的编解码规则，对判决器输出的数字信号还原成如表1中的R1列、R2列、R3列、R4列、R5列的5列一组5个4位数，并将该5个4位数解码成如表1中的Bin列的对应行的一个4位二进制数，并输出。

RX7、接收控制器将解码器的输出还原成原数据，并输出到外部设备。

本发明主要通过如下几个方面，保障信号的隐蔽性：1、5路通信线路从n个天线中选择，每一对发射端的n个发射天线和接收端n个接收天线的光信号通带和顺序，都可以由通信的双方共同约定；2、选频序列内容保密，且选频序列变换的频率、顺序保密，即：假使知道了选频序列的内容，下一组将采用的是哪几个天线也不固定；3、由表1可以看出，第1路的光信号通带，始终包括了第2路、第3路、第4路、第5路的光信号通带，第1路通信线路的光接收天线接收到的光信号是第1路、第2路、第3路、第4路、第5路的5个光发射天线的光信号的叠加。第2路通信线路的光接收天线接收到的光信号是第1路光发射天线的光信号与第2路光发射天线的光信号的叠加，第3路通信线路的光接收天线接收到的光信号是第1路光发射天线的光信号与第3路光发射天线的光信号的叠加，依次类推。由表1中可知，R1列、R2列、R3列、R4列、R5列中的数值重复率高，因此也加大了信号被破解的难度。

本发明提出的混合可见光信息隐藏信道构造方法，采用可见光通信技术，利用可见光光谱宽，不同光谱的单色光又可以叠加成另一种颜色的光，以及滤镜和光电二极管这些光学接收器件的特性，让通信信号混合在多种颜色中传播，具有极强的隐蔽性，使得通信的安全性得到一定程序的提高。

附图说明

图1为本发明实施例中建立装置的结构框图。

图中标记：1-发射控制器；2-编码器；3-选频器；4-光发射天线组；5-驱动器；6-分频器；7-光接收天线组；8-判决器；9-解码器；10-接收控制器；11-发射时钟；12-接收时钟。

具体实施方式

实施例：

(1)建立一个可见光多选4+1路混合光通信收发装置，该装置包括：发射端和接收端。发射端包括：发射控制器1、编码器2、发射时钟11、选频器3、驱动器5、光发射天线组4。光发射天线组4有8个光发射天线，每一个光发射天线都有：发射滤镜、LED；接收端包括：接收控制器10、解码器9、接收时钟12、分频器6、判决器8、光接收天线组7；光接收天线组7有8个光接收天线，每一个光接收天线都有：接收滤镜、光电接收器。

发射控制器1分别与编码器2、选频器3、发射时钟11电连接；光发射天线组4分别与选频器3、驱动器5电连接；驱动器5与发射时钟11电连接。

接收控制器10分别与解码器9、分频器6、接收时钟12电连接；光接收天线组7分别与分频器6、判决器8电连接；判决器8与接收时钟12电连接。

发射滤镜和接收滤镜都采用带通滤镜。带通滤镜只能通过某个波长范围内的光，用于滤除掉这个波长范围以外的光。光发射天线和光接收天线的光信号通带，取决于所使用的带通滤镜的通带范围，即取决于带通滤镜可通过的光波长范围。

光发射天线组4中的8个光发射天线的光信号通带分别为：第1个光发射天线的光信号通带为350～800nm，其余的第2个到第8个光发射天线的光信号通带分别为：380～440nm、450～470nm、480～500nm、510～550nm、560～590nm、600～650nm、660～750nm。

光接收天线组7中的8个光接收天线的光信号通带不同，其中，第1个光接收天线的光信号通带为350～800nm，其余的第2个到第8个光接收天线的光信号通带分别为：380～440nm、450～470nm、480～500nm、510～550nm、560～590nm、600～650nm、660～750nm。

发射控制器1,用于从外部设备获取数据，并将获取的数据按照4位二进制数一组进行分组，再将分组的数据输出到编码器2；同时，向选频器3发出选频指令，选择当前数据发送所采用的光发射天线。给发射时钟11发送驱动时钟指令，确定发射端发送光信号的速度。

选频指令，用于指示选频器3，选择当前数据发送应采用的光发射天线。

驱动时钟指令，用于指示发射时钟11，驱动光发射天线发射光信号应采用的驱动时钟周期。

发射时钟11，用于接收发射控制器1的指令，并给驱动器5提供驱动光发射天线发射光信号的时钟信号，时钟信号为一段占空比为50％的方波信号，方波的频率为100KHz，方波的频率根据发射控制器1的驱动时钟指令决定。

编码器2，将一个由发射控制器1输入的4位二进制数进行编码成如表1中的S1列、S2列、S3列、S4列、S5列的5列的一组5个的4位二进制数，并输出这5个4位二进制数。

选频器3，用于提供选频序列，并根据选频序列，在8个光发射天线中选择第1个光发射天线为第1路通信线路和剩余的7个光发射天线中的任意4个光发射天线作为通信的第2路、第3路、第4路、第5路通信线路。表2为1组选频序列，序列中的1表示选中的光发射天线或者光接收天线。

选频器3和分频器6采用同样的选频序列，8位的选频序列，从左到右，依次表示第1个光发射天线到第8个光发射天线。分频器中的8位的选频序列，从左到右，依次表示第1个光接收天线到第8个光接收天线。发射端和接收端在通信时，每发送1组数据后，就改变一个选频序列，根据选频序列，更换第2路、第3路、第4路、第5路通信线路所选用的光发射天线和光接收天线。

表2 选频序列表

序号	选频序列
		1	11111000
2	10111100
		3	10011110
4	10001111
		5	11000111
6	11100011

驱动器5，用于根据编码器输出的5个4位二进制数的‘1’和‘0’信号，以及选频器3选择的5路通信线路，驱动选频器3选择的5路通信线路上的光发射天线的LED亮和灭,用LED亮表示‘1’，LED灭表示‘0’。其中，表1中的S1列的数值用于驱动第1路通信线路上的第1个光发射天线的LED；S2列、S3列、S4列、S5列的数值，则分别用于驱动由选频器3选择的剩余7个光发射天线中的第2路、第3路、第4路、第5路通信线路上的4个光发射天线的LED。同时还要保证驱动LED发出的光信号的光强度还满足：对于5路通信线路在发射端的5个发射天线发出的光信号“1”在到达接收端时的光强度保持一致，发出的光信号“0”在到达接收端时的光强度也保持一致。

光发射天线，用于在驱动器5控制下，用LED的亮、灭变化产生光信号，并经过发射滤镜过滤后，以某一个波长范围的光信号发送出去。

光接收天线，用于接收来自发射端发出的光信号。

光电接收器，用于接收经接收滤镜过滤后的光信号，并转换成电信号输出。

接收时钟12，用于给判决器8提供对光电接收器输出的电信号进行采样判决的判决时钟信号。在发射端和接收端同步前，为判决器8提供接收时钟可以达到的最快的时钟；当同步完成之后，根据接收控制器的时钟指令，为判决器提供判决时钟。

解码器9，用于将判决器8输出的数字信号还原一组5个的4位数，并将该5个的4位数解码成一个4位二进制数，并输出。

分频器6，用于提供选频序列，并根据选频序列，在8个光接收天线中选择第1个光接收天线为第1路通信线路和剩余的7个光接收天线中的任意4个光接收天线作为通信的第2路、第3路、第4路、第5路通信线路。使得接收端选用的5个光接收天线所覆盖的光信号通带与5个光发射天线的光信号通带一一对应，接收端的第1路通信线路的光接收天线能接收到发射端的第1路、第2路、第3路、第4路、第5路通信线路的5个光发射天线发送的光信号。接收端的第2路通信线路的光接收天线的能接收到发射端的第1路、第2路通信线路的2个光发射天线发送的光信号。接收端的第3路通信线路的光接收天线的能接收到发射端的第1路、第3路通信线路的2个光发射天线发送的光信号。接收端的第4路通信线路的光接收天线的能接收到发射端的第1路、第4路通信线路的2个光发射天线发送的光信号。接收端的第5路通信线路的光接收天线的能接收到发射端的第1路、第5路通信线路的2个光发射天线发送的光信号。

接收控制器10，用于将解码器9的输出还原成原数据，给接收时钟12提供判决时钟指令，将接收并还原出的原数据输出到外部设备，给分频器6输出分频指令。

判决时钟指令，确定判决器采样判决输出数字信号的判决时钟。

分频指令，为分频器确定应采用的选频序列。

例如：装置要发送一组十六进制数据0x1b5f，选频序列从11111000开始，收发的速度为100KHz。设定每发送一个分组数据就变化一次选频序列。

因此采用的时钟同步信号为：100KHz的占空比50％的6个方波。启动光信号为：时钟同步信号以及初始选频序列11111000。

发射端和接收端通信时首先进行收发同步，收发同步的方法为：

在发射端，由发射控制器1给编码器2发出同步启动指令，编码器2驱动第1路通信线路的LED发送一段启动光信号，第2路、第3路、第4路、第5路不发送光信号。启动光信号中，包括了时钟同步信号和采用的初始选频序列，用于确定光信号的发送的速度和发射端将采用的初始的5个光发射天线。给发射时钟11发送时钟指令，确定发射端发送光信号的速度为100KHz。

启动光信号为：100KHz的占空比50％的6个方波的时钟同步信号以及初始选频序列11111000。

在接收端，由于第1路通信线路的光信号通带包含了剩余的7个光接收天线的光通带，所以8个光接收天线都可以接收到这一启动光信号。接收端由第1路通信线路、判决器8和解码器9识别出启动光信号，从而确定光信号的速度为100HKz、接收端开始接收正式数据的光信号的初始的选频序列11111000。

发射端和接收端进行收发同步后，发射端的工作原理及步骤如下：

TX1、发射控制器1从外部设备获得数据0x6bf9，按4位二进制数一组进行分组。由于外部数据为十六进制数，参照表1中Hex列可以对应Bin列得到S1、S2列、S3列、S4列、S5列的相应行的数据，逐个输出到编码器2，并给选频器3发出选频指令。

TX2、编码器2把从发射控制器1输出的4位二进制数进行编码成如表1中的S1列、S2列、S3列、S4列、S5列的5列一组3个的4位二进制数，并输出这5个4位二进制数。同时，选频器3接收到选频指令后，根据选频序列，在8个光发射天线中选通第1个光发射天线为第1路通信线路，以及剩余的7个光发射天线中的4个分别作为第2路、第3路、第4路、第5路通信线路。

TX3、驱动器5根据步骤TX2中编码器2的逐个输出的一组5个4位二进制数的‘1’和‘0’信号，以及选频器3选择的5路通信线路，驱动选频3器选通的5路通信线路上的光发射天线的LED亮和灭,用LED亮表示‘1’，LED灭表示‘0’。其中，S1列用于驱动第1路通信线路上的LED亮和灭，S2列、S3列、S4列、S5列则依次用于驱动第2路、第3路、第4路、第5路上的LED亮和灭。

TX4、5路通信线路LED发出的亮灭变化的光信号，经过各自通信线路上的发射滤镜过滤后，成为在某个通带内的光信号发送出去。

接收端的工作原理及步骤：

RX1、接收控制器10接收到启动光信号后，给接收时钟12提供判决时钟指令，给分频器6输出分频指令。确定光信号的速度以及接收端开始接收正式数据的光信号时应采用的初始选频序列。

RX2、分频器6根据分频指令确定选频序列，并根据选频序列，在8个光接收天线中选择第1个光接收天线为第1路通信线路和剩余的7个光接收天线中的任意两个光接收天线作为通信的第2路、第3路、第4路、第5路通信线路。

RX3、5路通信线路上的接收滤镜对接收到的光信号进行过滤，过滤后成为在某个通带内的光信号。

RX4、5路通信线路上的光电接收器，接收经过接收滤镜过滤后的光信号，并转换为电信号输出。

RX5、判决器8将接收光电接收器输出的模拟电信号，转换为数字信号输出，如表1中的R1列、R2列、R3列、R4列、R5列中对应行的一组5个4位数字。

RX6、解码器9对判决器8输出的数字信号还原成如表1中的R1列、R2列、R3列、R4列、R5列的一组5个的4位数，并将该5个4位数解码成如表1中的Bin列的对应行的一个4位二进制数，并输出到接收控制器10。

RX7、接收控制器10将解码器9的输出还原成原数据0x6bf9，并输出到外部设备。

Claims (1)

1.一种混合可见光信息隐藏信道构造方法，其特征在于具体步骤为：

(1)建立一种可见光多选4+1路混合光通信收发装置，该装置包括发射端和接收端；发射端包括发射控制器、编码器、发射时钟、选频器、驱动器、光发射天线组；光发射天线组含有n个光发射天线，每一个光发射天线都包含发射滤镜和LED；接收端包括接收控制器、解码器、接收时钟、分频器、判决器和光接收天线组；光接收天线组含有n个光接收天线，每一个光接收天线都包含接收滤镜和光电接收器；其中，n为大于或者等于5的自然数；

发射控制器分别与编码器、选频器和发射时钟电连接；光发射天线组分别与选频器和驱动器电连接；驱动器与发射时钟电连接；

接收控制器分别与解码器、分频器和接收时钟电连接；光接收天线组分别与分频器和判决器电连接；判决器与接收时钟电连接；

发射滤镜和接收滤镜都采用带通滤镜；带通滤镜只能通过某个波长范围内的光，带通滤镜用于滤除掉这个波长范围以外的光；光发射天线和光接收天线的光信号通带，取决于所使用的带通滤镜的通带范围，即取决于带通滤镜可通过的光波长范围；

光发射天线组满足条件：第1个光发射天线的光信号通带包括可见光范围，第n-m个、第n个光发射天线的光信号通带都是第1个的子集，且第n-m个、第n个的各光发射天线的光信号通带没有交集；m为小于n且大于0的自然数，且n-m不等于1；

发射控制器,用于从外部设备获取数据，并将获取的数据按照4位二进制一组进行分组，再将分组的数据输出到编码器；向选频器发出选频指令，选择当前数据发送所采用的光发射天线；给发射时钟发送驱动时钟指令，确定发射端发送光信号的速度；

选频指令，用于指示选频器，选择当前数据发送应采用的光发射天线；

驱动时钟指令，用于指示发射时钟，驱动光发射天线发射光信号应采用的驱动时钟周期；

发射时钟，用于根据驱动时钟指令，确定发射端发送光信号的速度；接收发射控制器的驱动时钟指令，并给驱动器提供驱动光发射天线发射光信号的时钟信号；时钟信号为一段占空比为50％的方波信号，方波的频率根据发射控制器的驱动时钟指令决定；

编码器，将一个由发射控制器输入的4位二进制数，并编码成一组5个的4位二进制数，再输出这5个4位二进制数；

选频器，用于根据选频指令，提供选频序列，并根据选频序列，在n个光发射天线中选择第1个光发射天线为第1路通信线路和剩余n-1个光发射天线中的任意4个光发射天线作为通信的第2路、第3路、第4路、第5路通信线路；

驱动器，用于根据编码器输出的5个4位二进制数的“1”和“0”信号，以及选频器选择的5路通信线路，用这5个4位二进制数分别驱动选频器选择的5路通信线路上的光发射天线，以LED亮度不同的两种状态分别表示“1”和“0”；

驱动器，将编码器输出的一组5个4位二进制数，分别用于驱动由选频器选择的5路光发射天线；在用每个由编码器输入的4位二进制数驱动光发射天线时，根据发射时钟提供的时钟信号，将这个4位二进制数按照自左到右的顺序，每一个时钟周期输出一位，依次用于驱动LED；

驱动器，驱动LED用亮度不同的两种状态分别表示“1”和“0”，同时还要保证驱动LED发出的光信号的光强度还满足：对于5路通信线路在发射端的5个发射天线发出的光信号“1”在到达接收端时的光强度保持一致，发出的光信号“0”在到达接收端时的光强度也保持一致；

光发射天线，用于在驱动器控制下，用LED亮度不同的两种状态变化，产生光信号，并经过发射滤镜过滤后，以某一个波长范围的光信号发送出去；

光接收天线，用于接收来自发射端发出的光信号；

光接收天线组满足条件：每个光接收天线的光信号通带都不同；第1个光接收天线的光信号通带包括可见光范围，第n-m个、第n个光接收天线的光信号通带都是第1个的子集，且第n-m个、第n个的各光接收天线的光信号通带没有交集；同时，第1个光接收天线的光信号通带，又是第1个发射滤镜光信号通带的子集，第n-m个光接收天线的光信号通带，又是第n-m个发射滤镜信号通带的子集，第n个光接收天线的光信号通带，又是第n个发射滤镜光信号通带的子集；

分频器，用于根据分频指令提供选频序列，并根据选频序列，在n个光接收天线中选择第1个光接收天线为第1路通信线路和剩余n-1个光接收天线中的任意4个光接收天线作为通信的第2路、第3路、第4路、第5路通信线路；使得接收端选用的5个光接收天线所覆盖的光信号通带能分别与5个光发射天线的光信号通带对应；接收端的第1路通信线路的光接收天线能接收到发射端的第1路、第2路、第3路、第4路、第5路通信线路的5个光发射天线发送的光信号；接收端的第2路通信线路的光接收天线能接收到发射端的第1路、第2路通信线路的2个光发射天线发送的光信号；接收端的第3路通信线路的光接收天线能接收到发射端的第1路、第3路通信线路的2个光发射天线发送的光信号；接收端的第4路通信线路的光接收天线能接收到发射端的第1路、第4路通信线路的2个光发射天线发送的光信号；接收端的第5路通信线路的光接收天线能接收到发射端的第1路、第5路通信线路的2个光发射天线发送的光信号；

光电接收器，用于接收经接收滤镜过滤后的光信号，并转换成模拟电信号输出；

接收时钟，用于根据判决时钟指令，给判决器提供对光电接收器输出的电信号进行采样判决的判决时钟信号；在发射端和接收端同步前，为判决器提供接收时钟可以达到的最快的时钟；当同步完成之后，根据接收控制器的时钟指令，为判决器提供判决时钟；

判决器，用于接收光电接收器输出的模拟电信号，并转换为数字信号输出，对于每个光电接收器，都可以在每一个接收时钟周期，输出一个判决的数字信号；

解码器，用于将判决器输出的数字信号还原成一组5个的4位数，并将该5个的4位数解码成一个4位二进制数，并输出；

接收控制器，用于将解码器的输出还原成原数据，并将接收并还原出的原数据输出到外部设备；给接收时钟提供判决时钟指令，给分频器输出分频指令；

判决时钟指令，用于指示接收时钟，确定判决器采样判决输出数字信号应采用的判决时钟；

分频指令，用于为分频器确定应采用的选频序列；

发射端和接收端，采用的是同样的选频序列；发射端和接收端在通信时，每发送x组数据后，就改变一个选频序列，根据选频序列，更换第2路、第3路、第4路、第5路通信线路所选用的光发射天线和光接收天线；x为大于0的自然数；

(2)将步骤(1)建立的装置的编码器和解码器进行编解码，采用的编解码规则，详见表1；表格的第一行为各列的列号，第一列为各行的行号；

表1编解码规则

表1中的Bin列为发射控制器转换后输入到编码器的16个4位二进制，Hex列为Bin列所对应的16进制数；编码器将Bin列的每个4位二进制数编码成表1中相应行的S1列、S2列、S3列、S4列、S5列的5个4位二进制，S1列、S2列、S3列、S4列、S5列的5列的数值分别用作驱动器驱动5路通信线路的信号输出；S1列的数值用于驱动第1路通信线路上的第1个光发射天线的LED；S2列、S3列、S4列、S5列的数值，则分别用于驱动由选频器选择的剩余n-1个光发射天线中的第2路、第3路、第4路、第5路通信线路上的4个光发射天线的LED；

R1列、R2列、R3列、R4列、R5列的5列分别为接收端的分频器选择的5路通信线路上的5个光接收天线接收到发射端发出的光信号并经过判决器处理后的输出，R1列为第1路通信线路的判决器输出，R2列为第2路通信线路的判决器输出，R3列为第3路通信线路的判决器输出，R4列为第4路通信线路的判决器输出，R5列为第5路通信线路的判决器输出；

其中，R1列为第1路、第2路、第3路、第4路、第5路的5路通信线路的发射端发出的光信号的叠加后的判决器输出；R2列为第1路和第2路的2路通信线路的发射端发出的光信号的叠加后的判决器输出；R3列为第1路和第3路的2路通信线路的发射端发出的光信号的叠加后的判决器输出；R4列为第1路和第4路的2路通信线路的发射端发出的光信号的叠加后的判决器输出；R5列为第1路和第5路的2路通信线路的发射端发出的光信号的叠加后的判决器输出；

编码器的处理方式为：将一个由发射控制器输入的4位二进制数，对应到表1中Bin列中一个4位二进制，并编码成如表1中对应的S1列、S2列、S3列、S4列、S5列的5列一组5个的4位二进制数，再输出这5个4位二进制数；

解码器的处理方式为：将判决器输出的数字信号还原成如表1中的R1列、R2列、R3列、R4列、R5列的5列一组5个的4位数，并将这5个的4位数解码成如表1对应的Bin列的对应行的一个4位二进制数，并输出；

(3)步骤(1)建立的装置的发射端和接收端通信时首先需要进行收发同步，收发同步的方法为：

在发射端，由发射控制器给编码器发出同步启动指令，并由编码器驱动第1路通信线路的LED发送一段启动光信号，第2路、第3路、第4路、第5路不发送光信号；发射控制器并向发射时钟发出时钟指令，以确定发射端发送光信号的速度；

启动光信号中，包括了时钟同步信号和采用的初始选频序列，用于确定光信号的发送的速度和发射端将采用的初始的5个光发射天线；

在接收端，由于第1路通信线路的光信号通带包含了剩余的n-1个光接收天线的光通带，所以n个光接收天线都可以接收到这一启动光信号；接收端由第1路通信线路、判决器和解码器处理识别出启动光信号，由接收时钟为判决器提供接收时钟可以达到的最快的时钟，用作采样判决的时钟；并将启动光信号输出到接收控制器，从而确定光信号的速度以及接收端开始接收正式数据的光信号时应采用的初始选频序列；

(4)发射端和接收端同步后，进行正式的数据收发，数据收发的工作原理及步骤如下：

发射端的工作原理及步骤：

TX1、发射控制器从外部设备获得数据，按4位二进制一组进行分组，再将分组的数据输出到编码器，并给选频器发出选频指令，以及向发射时钟发送驱动时钟指令，确定发射端发送光信号的速度；

TX2、编码器根据表1的编码规则，对照表1的Bin列，把从发射控制器输出的4位二进制数进行编码成如表1中对应的S1列、S2列、S3列、S4列、S5列的5列一组5个4位二进制，并输出这5个4位二进制数；同时，选频器接收到选频指令后，根据选频序列，在n个光发射天线中选通第1个光发射天线为第1路通信线路和剩余n-1个光发射天线中的任意4个光发射天线作为通信的第2路、第3路、第4路、第5路通信线路；

TX3、驱动器根据编码器输出的5个4位二进制数的‘1’和‘0’信号，以及选频器选择的5路通信线路，驱动选频器选择的5路通信线路上的光发射天线的用LED亮度不同的两种状态分别表示“1”和“0”；其中，S1列用于驱动第1路通信线路上的LED，S2列、S3列、S4列、S5列则依次用于驱动第2路、第3路、第4路、第5路上的LED；

TX4、5路通信线路的LED发出的亮度变化的光信号，经过各自通信线路上的发射滤镜过滤后，成为在某个通带内的光信号发送出去；

接收端的工作原理及步骤：

RX1、接收控制器接收到启动光信号后，给接收时钟提供判决时钟指令，给分频器输出分频指令；确定光信号的速度以及接收端开始接收正式数据的光信号时应采用的初始选频序列；

RX2、分频器根据分频指令确定选频序列，并根据选频序列，在n个光接收天线中选择第1个光接收天线为第1路通信线路和剩余n-1个光接收天线中的任意两个光接收天线作为通信的第2路、第3路、第4路、第5路通信线路；

RX3、5路通信线路上的5个光接收天线的接收滤镜，分别对接收到的光信号进行过滤，过滤后成为在某个通带内的光信号；

RX4、5路通信线路上的光电接收器，接收经过接收滤镜过滤后的光信号，并转换为模拟电信号输出；

RX5、判决器将接收光电接收器输出的模拟电信号，并转换为数字信号输出；

RX6、解码器根据表1的编解码规则，对判决器输出的数字信号还原成如表1中的R1列、R2列、R3列、R4列、R5列的5列一组5个4位数，并将该5个4位数解码成如表1中的Bin列的对应行的一个4位二进制数，并输出；

RX7、接收控制器将解码器的输出还原成原数据，并输出到外部设备。