CN105680915A - 基于显示屏与摄像头链接的无线近场通信方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于显示屏与摄像头链接的无线近场通信方法,该数据传输方式需要发生在一个发送端和一个接收端之间，发送端设备需要配备有显示屏，接收端设备需要配备有摄像头，发送端和接收端都需要有计算资源进行编解码，具体包括两个步骤。本发明还提供了一种基于显示屏-摄像头链接的无线近场通信系统，包括五层架构，从下至上分别为物理层、数据链路层、传输层、应用层以及用户层；数据链路层，将数据块以帧的形式进行发送和接收，并实现图片数据和数字数据之间的转换；传输层，负责数据的编解码工作；应用层实现了文本文件和二进制数据流间的转换。

Description

基于显示屏与摄像头链接的无线近场通信方法和系统

技术领域

本发明涉及一种数据传输方法，更具体地说是指一种基于显示屏与摄像头链接的无线近场通信方法，还公开了基于此方法的无线近场通信系统。

背景技术

随着智能手机和物联网技术的普及，智能移动终端已经成为人们日常生活中不可缺少的一部分。常见的数据传输方式，属于近场通信的有红外、蓝牙等；远程的无线通信技术包括利用移动运营商的3G/4G网络或WiFi（无线保真）网络接入互联网；移动设备在这些方式下的数据传输不受距离的影响。

3G/4G网络和WiFi需要外部网络的支持，在基站覆盖不到的地方以及没有WiFi网络的地方，这两种方式将无法进行近场无线数据传输。对于3G/4G网络，还需考虑其流量费用问题；而对于部分WiFi网络，也存在按流量收费的情况。

蓝牙技术（Bluetooth）、利用WiFi热点传输数据则都是已被投入实际应用的可用来解决移动设备近场数据通信问题的技术，在没有移动网络以及WiFi的条件下，蓝牙和利用WiFi热点的文件传输，需要经过设备寻找、配对以及安全验证的过程，在安全性上存在隐患，本质上只能实现点对点的数据传输，无法进行广播式的数据传输。

近场通讯（NearFieldCommunication）虽然具有安全性高以及无需配对或配对时间短的优势，但现今市场上配有NFC功能的移动智能终端，只占非常小的份额，该技术并无法被广泛地推广。

由于现有技术的局限性，我们提出了一种基于显示屏与摄像头链接的无线近场通信方法和系统，它可以被应用在两个场景，即公共显示屏和个人移动设备之间的广播式异步数据传输，以及个人移动设备之间的小文件安全数据传输。这种数据传输方法在便捷性（是否需要设备配对）、安全性（定向性强）、可用性（可在任意具有显示屏和摄像头的设备上使用）以及广播式数据传输过程中拥有较大的优势。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于显示屏与摄像头链接的无线近场通信方法和系统，提供了应用于公共显示屏和个人移动设备之间的广播式异步数据传输和应用于个人移动设备之间的小文件安全数据传输场景实施例。

一种基于显示屏与摄像头链接的无线近场通信的方法，该数据传输方式需要发生在一个发送端和一个接收端之间，发送端设备需要配备有显示屏，接收端设备需要配备有摄像头，发送端和接收端都需要有计算资源进行编解码，进行编解码的计算资源可以APP、功能模块、嵌入式程序等形式存在。

一种基于显示屏与摄像头链接的无线近场通信的方法，包括如下步骤：

步骤1：采用任意编码方式，将数据或文件，编码成一串顺序的富含信息的图片，并在发送端的显示屏上顺序播放这些图片，发送端的编码程序可以以不同的方式运行。

步骤2：将接受端设备的摄像头对准拍摄发送端设备的显示屏，使彩色动态二维码处于移动设备屏幕中指定位置，对彩色二维码进行解码处理，还原为源数据。

进一步地，所述方法步骤1中的编码方式，将数据或文件看成0、1数据流，编码成一串顺序富含信息的彩色二维码，代替黑白二色的二维码，具体地，将一个彩色二维码分成多个块，每个块内有包含一定数量的码元，即小颜色块，每个块内单独定位、编码和纠错，在块与块之间加入前向纠错机制，并引入图像处理机制对混色进行恢复。

进一步地，所述方法步骤2中的解码方式，包括：搜索定位点，根据定位点确定每个码元位置，从码元中抽样选取像素点，读出RGB值，判断出颜色，根据每种颜色对应到相应的二进制数据流，根据前向纠错码机制，对二进制数据流进行相应纠错和恢复。

由于可见光的定向性，显示屏-摄像头链接还具有较高的安全性，因此可以用在对安全性要求较高的点对点数据传输场景下。相较于传统的二维码，本方法中采用的彩色动态二维码可以满足更大数据量的数据传输需求。

一种基于显示屏-摄像头链接的无线近场通信系统，包括五层架构，从下至上分别为物理层、数据链路层、传输层、应用层以及用户层；数据链路层，将数据块以帧的形式进行发送和接收，并实现图片数据和数字数据之间的转换；传输层，负责数据的编解码工作；应用层实现了文本文件和二进制数据流间的转换。

所述的基于显示屏-摄像头链接的无线近场通信系统，在发送端，数据由上至下进行处理；在应用层，原始数据经过处理生成二进制数据流传递给下层接口；传输层负责划分数据块，并对其进行编码；编码后的数据随后被传递给数据链路层进行绘制，数据链路层负责每帧二维码的绘制，并将生成的图片流在显示屏上显示出来。

所述的基于显示屏-摄像头链接的无线近场通信系统，在接收端，数据由下至上进行处理；摄像头读取的图像数据被读取入内存后，数据链路层负责定位以及码元数据提取工作；随后提取出来的数据被传递至传输层，在传输层中，从拍摄图像中提取出的数据被纠错及解码；最终，解码后的数据被传入应用层并被还原成源数据或文件。

所述的基于显示屏-摄像头链接的无线近场通信系统，用户层包括：发送模块、接收模块、历史记录模块、断点续传模块等用户使用功能模块。

所述的基于显示屏-摄像头链接的无线近场通信系统，物理层，包括发送端和接受端，发送端设备为有显示屏、计算与存储资源的一个或一些设备；接收端设备为具有摄像头、计算与存储资源的一个或一些设备。常见的发送端包括智能手机、平板电脑等移动终端设备，或者LED屏、投影屏等显示屏和电脑、服务器等计算存储资源的组合；常见的接收端包括智能手机、平板电脑等移动终端设备。

由上述技术方案可以看出，与现有技术相比，本申请的优点在于：相较于其它智能手机上的传输方式如WiFi、蓝牙、近场通讯技术，显示屏-摄像头链接具有定向性强、安全保密且无需繁琐的安全验证步骤、无需建立设备之间的配对、且无需额外硬件设备的特点。

附图说明

下面结合附图的具体实施例方式作进一步详细的描述。

图1为本发明基于显示屏与摄像头链接的无线近场通信的方法示意图

图2为本发明应用于公共发送端和个人移动设备之间数据传输流程图；

图3为本发明应用于个人之间移动设备之间数据传输流程图；

图4为本发明基于显示屏与摄像头链接的无线近场通信系统架构图。

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。

参加附图1，利用本发明的方法，将文件或数据看作二进制数据流，并进行分割，编码成彩色二维码；彩色二维码的一个码元即为一个小颜色块；比方说黑白二色二维码的一个码元，即一个小颜色块，能存储1bit的数据，即黑代表0，白代表1；但四种颜色的彩色二维码的一个码元可以存储2bit的数据，四种颜色分别代表00,01,10,11。为保证实时解码、可靠性以及混色的问题，每个块内单独编码和纠错，在一个彩色二维码被覆盖了其它部分的情况下依旧成功解码没有被覆盖的块内的数据，在块和块之间加入了前向纠错机制，可以恢复一定量没有成功解码的块或帧；此外，还引入了图像处理的机制来对混色进行恢复。

接收端设备拍摄发送端显示屏发送的彩色动态二维码，并将其还原为源数据；接收端设备需配备有摄像头以及计算存储资源，但不局限于在一个设备上。接收端除了可以是移动手机、移动平板外，也可以是一个摄像机（只负责拍摄和存储视频），而解码程序则可放在电脑上，将摄像机拍摄下来的视频作为输入进行解码。

接收端设备每拍摄到一张图片，都会对图片进行图像处理，其处理方式包括，先搜索定位点，在根据定位点确定每个码元的位置，才码元里抽样选取像素点，读出RGB值，判断颜色，然后对应到每种颜色到相应的01二进制数据流；在这之后，再根据前向纠错码机制，对之前得到的二进制数据流，就行纠错和恢复。

参加附图2，发生于公共发送端和个人移动设备之间的场景，公共显示屏通过循环播放原始数据编码而成的动态彩色二维码，广播式地不断重复向外发送数据；此时无论是否有接收端的存在，发送端都处于活跃状态。而当个人移动设备的用户想要接收来自公共显示屏（如LED广告屏、投影屏等）发送的数据时，只需打开移动设备（如智能移动手机、平板电脑等）上相应的移动应用，点击接收数据，即可接收公共发送端向外广播的数据。

当接收端用户开始接受数据的流程后，用户需先打开数据传输系统在移动终端上对应的客户端应用程序，在首页选择点击接收数据选项，并将摄像头对准公共显示屏，与扫描二维码时一致，调整移动设备位置和角度使得摄像头拍摄到的彩色动态二维码，处于移动设备屏幕中指定位置。此时若手机位置和角度适当，则移动设备作为接收端会自动开始接受数据，用户也可随时在界面上看到当前接收百分比和数据传输速率。若数据接收成功，则接收端会提示用户数据接收成功，并判断所接受数据的类型。若所接收文件为文本（txt文件或一段字符串）或图片，接收端会直接打开文本、展示相应的字符信息或在屏幕上展示相应的图片；若所接收数据为其它类型的文件或数据，则接收端会以文件的形式将数据存储至本地存储，并进入文件所在的文件列表页面。如果在一定时间内无法完成数据接收任务或者平均接收速率降到较低的水准，则接收端会提示用户是否重新接收数据。若用户选择重新接收，则接收端重新开始接收数据；若用户选择不重新接受，则接收端提示数据接收失败，并返回应用程序的首页。

参加附图3，发生于两部个人移动设备之间的显示屏与摄像头数据传输过程的场景，一部移动设备会充当发送端的角色，而另一部移动设备则会充当接收端的角色。接收端的业务流程与公共发送端和个人移动设备之间数据传输中接收端的业务流程大体一致。对于发送端，当发送端用户开始发送手机的流程后，该用户同样需先打开数据传输系统在移动终端上对应的客户端应用程序。若用户希望发送一些文本字符串，则可在快速发送文本框内输入或复制粘贴想要发送的文本并点击发送；若用户希望发送本地文件系统中的文件，也可点击发送数据按钮，进入文件选择列表页，选择需要发送的文件并点击发送按钮。在点击发送按钮后，应用程序会生成由所需要发送数据编码而成的动态彩色二维码，并在显示屏上循环播放这些二维码图片。在这之后，接收端即可按照和公共发送端和个人移动设备之间数据传输中接收端一样的业务流程开始接受数据。当接收端用户完成接受数据的流程后，无论接收成功或接受失败，都可判定为接收过程结束。此时，发送端用户，可手动退出动态彩色二维码图片的播放界面，并结束这次数据传输过程。以上两个场景，基于显示屏与摄像头链接的无线近场通信系统架构图，参加附图4。

对于个人移动设备之间的数据传输，由于显示屏-摄像头链接具有无需繁琐的安全验证步骤、无需建立设备之间的配对、且无需额外硬件设备的特点，因此比文件快传或蓝牙具有更好的便捷性。

在公共显示屏和个人移动设备之间的广播式数据传输这一场景中，它弥补了WiFi、蓝牙、NFC等不能进行广播式数据传输的空缺，可被应用在许多相关场景中，包括并不局限于此两种，比如：

1)报告资料传递。显示屏与摄像头链接可以在演讲或者报告中帮助演讲者传输给所有观众如报告PPT之类的相关资料。对于学校的学生来说，这应该会是一个不错的方式帮助他们在课堂是即时获得教师讲课的演示文稿，这样学生们就可以从拍摄或做笔记的任务中解放出来而专心于课堂本身。

2)碎片阅读。在WiFi和手机信号较弱的地方，如地铁里，显示屏与摄像头链接可以用来给人们提供一些碎片阅读材料，以此帮助人们获得信息或打发时间。

3)原始图文数据。图文数据即包含图片和文字信息的数据。当需要记录公众场合的一些图文数据如海报时，现在人们一般会选择使用手机摄像头进行拍照，而照片里的海报一般都是扭曲甚至不清晰的。在备有LED屏的地方，人们可以通过使用显示屏与摄像头链接来获取原始的图文数据或文件。

Claims (9)

1.一种基于显示屏与摄像头链接的无线近场通信的方法，其特征在于：数据传输方式需要发生在至少一个发送端和至少一个接收端之间，发送端设备需要配备有显示屏，接收端设备需要配备有摄像头，发送端和接收端设备都需要有计算资源进行编解码。

2.根据权利要求1所述的基于显示屏与摄像头链接的无线近场通信的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤1：采用任意编码方式，将数据或文件，编码成一串顺序的富含信息的图片，并在发送端的显示屏上顺序播放这些图片，发送端的编码程序可以以不同的方式运行；

步骤2：将接受端的摄像头对准发送端显示屏，使彩色二维码处于移动设备屏幕中指定位置，对彩色二维码进行解码处理，还原为源数据。

3.根据权利要求2所述的基于显示屏与摄像头链接的无线近场通信的方法，其特征在于：所述方法步骤1的编码方式，将数据或文件，看成0、1的数据流，编码成一串顺序富含信息的彩色二维码，代替黑白二色的二维码，具体地，将一个彩色二维码图片分成多个块，每个块内包含一定数量的码元，即小颜色块，每个块内单独定位、编码和纠错，在块与块之间加入前向纠错机制，并引入图像处理机制对混色进行恢复。

4.根据权利要求1或2所述的基于显示屏与摄像头链接的无线近场通信的方法，其特征在于：所述方法步骤2中的解码方式，包括：搜索定位点，根据定位点确定每个码元位置，从码元中抽样选取像素点，读出RGB值，判断出颜色，根据每种颜色对应到相应的二进制数据流，根据前向纠错码机制，对二进制数据流进行相应纠错和恢复。

5.一种基于显示屏与摄像头链接的无线近场通信系统，包括五层架构，从下至上分别为物理层、数据链路层、传输层、应用层以及用户层；数据链路层，将数据块以帧的形式进行发送和接收，并实现图片数据和数字数据之间的转换；传输层，负责数据的编解码工作；应用层实现了文本文件和二进制数据流间的转换。

6.根据权利要求5所述的基于显示屏与摄像头链接的无线近场通信系统，其特征在于：在发送端，数据由上至下进行处理；在应用层，原始数据经过处理生成二进制数据流传递给下层接口；传输层负责划分数据块，并对其进行编码；编码后的数据随后被传递给数据链路层进行绘制，数据链路层负责每帧二维码的绘制，并将生成的图片流在显示屏上显示出来。

7.根据权利要求5所述的基于显示屏与摄像头链接的无线近场通信系统，其特征在于：在接收端，数据由下至上进行处理；摄像头读取的图像数据被读取入内存后，数据链路层负责定位以及码元数据提取工作，提取出来的数据被传递至传输层，在传输层中，从拍摄图像中提取出的数据被纠错及解码，解码后的数据被传入应用层并被还原成源数据或文件。

8.根据权利要求5所述的基于显示屏与摄像头链接的无线近场通信系统，其特征在于：所述用户层包括，发送模块、接收模块、历史记录模块、断点续传模块等用户使用功能模块。

9.根据权利要求5所述的基于显示屏与摄像头链接的无线近场通信系统，其特征在于：所述的物理层，包括发送端和接受端，发送端设备为有显示屏、计算与存储资源的一个或一些设备；接收端设备为具有摄像头、计算与存储资源的一个或一些设备。