CN106533575A - 音频信号的编码方法、多媒体播放系统及播放方法 - Google Patents

Abstract

一种音频信号的编码方法、多媒体播放系统及播放方法，所述音频信号的编码方法包括：将目标数据编码为声音信号；所述目标数据包括头文件、正文内容和尾文件，所述头文件至少用于标识所述目标数据的大小、格式和编码协议，所述尾文件用于标识所述目标数据的终止；对所述头文件和尾文件进行编码后所形成声音信号的频率为人耳能够辨别的声音频率，对所述正文内容的全部或部分进行编码后所形成声音信号的频率高于人耳能够辨别的最大声音频率。本发明技术方案在利用声音传输信息时，既能确保不易受干扰，又能提高声音信号传播的穿透性。

Description

音频信号的编码方法、多媒体播放系统及播放方法

技术领域

本发明涉及声波通信领域，特别涉及一种音频信号的编码方法、多媒体播放系统及播放方法。

背景技术

声波通信是指将数据编码为声波信号进行传输来实现近距离的点对点及一对多的通信，通信时，数据发送端将数据编码为声波信号，通过扬声器输出发送出来，数据接收端打开录音设备接收发送的播音数据，然后将播音数据解码为目标数据。相对于其他近距离通信方式，有实现简单，成本低的特点，只要发送端和接收端有播音和录音设备即可实现。

目前声波通信已经在iphone和android中广泛地应用起来了，具体涉及到数据和文件传输以及支付等众多领域。比如iphone中的chirp，android中的茄子快传，支付宝的声波支付，小米快传等。这些传输技术大多都是使用声波作为握手信号，然后使用wifi或其他信道传输数据。比如茄子快传可能的实现为：接收方先建立wifi热点，然后将热点名称通过声波发送出去，发送方在收到声波后解码出wifi热点名称，然后自动链接热点并传输文件，整个过程不需要人工干预。这些程序的核心技术和难点在于声波通信，下面简单介绍声波通信原理。

声波通信的原理其实比较简单，主要是用单频率声音信号对数据进行编码，然后播放这些单频率声音，接收方在收到声音后，识别出频率，然后根据频率解码出数据。比如：可以将1500赫兹(Hz)的正弦波对应数字1，1600Hz的正弦波对应数字2，1700Hz的正弦波对应数字3。那么数字串3123就对应4段正弦波，规定每段正弦波持续100ms，则3123对应400毫秒的声音段。接收方录制声音，对收到的声音进行解析，识别出1700Hz、1500Hz、1600Hz和1700Hz四段正弦波频率，然后查找码本，解码出的数字就是3123。

人耳的可闻音域范围是20Hz到20KHz。20Hz以下的声波，称为次声波；高于20KHz的声波称为超声波，超声波人耳听不到，但很多动物例如狗、蝙蝠等则可以听到。人耳对高频声音的感知力会随年龄增长而衰减，所以幼年时几乎人人能听到20KHz的声音，但中年以后，很多人就只能听到15KHz甚至更低的声音了，将听不见极高频的声音信号了。

目前采用声音传输信息的技术，传输信息的声音较多采用的是18kHz左右的高频信号，虽然人耳通常听不到这种声音，但手机等移动终端设备就可以由麦克风孔来接收其他设备喇叭传出的这种高频信号，从而接收声音所传输的信息。不过这种信号传输的数据流量与传播距离有限，只有80bps数据传输率，支持10米的传输范围，因此这种技术并不适于传输视频等大流量信息。

声音是通过空气进行传播的，高频声音信号由于其频率较高，而周边环境中此类频率的声音非常少，因此不易被干扰，采用高频声音信号传输信息时能获得较高的传输准确率；然而，高频声音信号由于其波长较短，故其传播时绕过阻碍物的能力较弱，当频率高到一定程度，只能以直线方式(line ofsight)传播，因此高频声音信号是具有方向性的，当采用声音传输信息时，就要求发送方与接收方之间较为接近，否则容易被阻碍物阻挡而影响信号传输，声音传播的穿透性较弱。若是以人耳能够识别的较低频率的声音信号传输信息，则环境中的其他声音又会对采用低频声音信号传输的信息造成严重干扰。

因此，当采用声音传输信息时，如何既能确保不易受干扰，又能提高声音信号传播的穿透性，这是亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的问题是现有技术中采用声音传输信息时难以既确保不易受干扰，又获得较强的声音信号传播的穿透性。

为解决上述问题，本发明技术方案提供一种音频信号的编码方法，包括：将目标数据编码为声音信号；所述目标数据包括头文件、正文内容和尾文件，所述头文件至少用于标识所述目标数据的大小、格式和编码协议，所述尾文件用于标识所述目标数据的终止；对所述头文件和尾文件进行编码后所形成声音信号的频率为人耳能够辨别的声音频率，对所述正文内容的全部或部分进行编码后所形成声音信号的频率高于人耳能够辨别的最大声音频率。

可选的，降低所述头文件和尾文件进行编码后所形成声音信号的强度。

可选的，对所述正文内容的全部或部分进行编码后所形成声音信号的频率能够为接收所述声音信号的终端设备所识别。

为解决上述问题，本发明技术方案还提供一种多媒体播放方法，包括：被播放的多媒体文件中包含至少一段嵌入音频码，所述嵌入音频码通过上述音频信号的编码方法所形成。

可选的，所述多媒体文件通过无线电广播、互联网、电视广播由多媒体播放设备进行播放，或者直接存储于多媒体播放设备进行播放。

可选的，各段嵌入音频码分别匹配所述多媒体文件中的相关内容，每段嵌入音频码在所述多媒体文件中的嵌入位置与其匹配的相关内容在所述多媒体文件中的播放位置相一致。

为解决上述问题，本发明技术方案还提供一种多媒体播放设备，所述多媒体播放设备适于以上述多媒体播放方法播放多媒体文件。

为解决上述问题，本发明技术方案还提供一种终端设备，包括：接收单元，适于在上述多媒体播放设备播放包含至少一段嵌入音频码的多媒体文件时，接收所述嵌入音频码；解码单元，适于对接收到的嵌入音频码进行解码，获得所述目标数据；处理单元，适于根据所述目标数据中的正文内容进行相应处理操作，所述处理操作包括展示图文信息、链接地址、视频和交互式控件中的一种或一种以上；显示单元，适于显示所述处理单元进行处理操作后的结果。

可选的，所述终端设备还包括输入单元，所述输入单元适于接受用户触发所述链接地址或交互式控件的控制信号；所述处理单元还适于针对所述控制信号作出处理以实现相应功能。

为解决上述问题，本发明技术方案还提供一种多媒体播放系统，包括：上述多媒体播放设备以及上述终端设备。

与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有以下优点：

在需要以声波传输目标数据时，通过交互编码的方式将目标数据编码为声音信号，其中对目标数据中的头文件和尾文件进行编码后所形成声音信号的频率为人耳能够辨别的声音频率，而对所述正文内容的全部或部分进行编码后所形成声音信号的频率高于人耳能够辨别的最大声音频率，由于头文件和尾文件对于数据接收极为重要，以较低的声音频率传输能够提高声音信号传播的穿透性能，目标数据的接收不会受发送端与接收端之间位置的限制，且头文件和尾文件的长度较短，不易受周边环境声音的干扰，而长度相对较长的正文内容以较高的声音频率传输则能够确保数据接收不易受干扰。

通过上述交互编码的方式，将目标数据编码为声音信号后形成的音频码嵌入到多媒体文件中，随着多媒体文件的播放，被嵌入的音频码能够以更丰富的形式承载更多的信息，并在不受所处位置限制的情况下以声波通信的方式被终端设备更准确地接收到，不仅能使终端设备的使用者获取到更多的关联信息，而且也增强了收看/收听多媒体音视频时的用户体验。

附图说明

图1是本发明实施例提供的音频信号的编码方法的示意图；

图2是本发明实施例提供的多媒体播放系统的结构示意图。

具体实施方式

如背景技术所述，现有技术中采用声音传输信息时，由于高频声音信号具有很强的方向性，对于信息发送方与接收方之间的位置要求较高(需要两者接近且中间无障碍)，否则容易被阻碍物阻挡而影响信号传输，声音传播的穿透性较弱；而若以人耳能够识别的较低频率的声音信号传输信息，则环境中的其他声音又会对采用低频声音信号传输的信息造成严重干扰。

基于上述存在的问题，本申请发明人认为：现有技术采用某一类频率的声音信号开展声波通信，不可避免地会产生特定频率的声音信号自身所存在的缺点，若是能够将不同类频率的声音信号的各自优点综合起来，便能扬长避短，使进行声波通信时能够兼具声音信号传播的穿透性以及抗干扰性。

因此，本申请发明人分析如下：利用声波通信技术传输的数据一般都会分为头文件、正文内容和尾文件这几个部分，各个部分所起的作用有所不同，其中：头文件通常会标识所传输数据的大小、格式和编码协议等关键信息，这些对于数据接收极为重要，一旦头文件中的关键信息未能或未准确被接收端获得，则将导致后续数据无法被顺利解码，而头文件的长度相对于待传输的所有数据来说是非常短的，那么即便以人耳能够辨别的较低频率的声音进行传输，受周边环境声音干扰的影响也不至于太大，但却能够使声音信号的传播获得较强的穿透性，从而使头文件的接收不会受到信息发送方与接收方之间位置的影响；类似地，尾文件通常用于标识待传输数据的终止，准确获得尾文件同样能确保接收数据的准确性，尾文件的长度相对于待传输的所有数据来说也非常短，以人耳能够辨别的较低频率的声音进行传输，同样不易受周边环境声音干扰的影响，也能保证尾文件的声音信号传输具有一定穿透性；而对于正文内容，这部分数据的长度占了待传输数据非常大的比重，若以人耳能够辨别的较低频率的声音传输，极可能受周边环境声音的干扰，为此有必要以高于人耳能够辨别的最大声音频率的声音予以传输，在头文件能够被准确接收的情况下，正文内容即便因穿透性的问题(信息发送端与接收端之间存在障碍)而受到一定影响，还可以通过在接收端采用一定的降噪算法予以弥补。

基于上述分析，本发明技术方案提供一种音频信号的编码方法，包括：将目标数据编码为声音信号；所述目标数据包括头文件、正文内容和尾文件，所述头文件至少用于标识所述目标数据的大小、格式和编码协议，所述尾文件用于标识所述目标数据的终止；对所述头文件和尾文件进行编码后所形成声音信号的频率为人耳能够辨别的声音频率，对所述正文内容的全部或部分进行编码后所形成声音信号的频率高于人耳能够辨别的最大声音频率。当利用声波通信技术传输上述音频信号的编码方法所形成的音频信号时，既能确保不易受干扰，又能提高声音信号传播的穿透性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例作详细的说明。

本发明实施例提供的音频信号的编码方法可以参阅图1，图1中示出的目标数据包括头文件、正文内容和尾文件这三个部分，以声音信号的方式对目标数据进行编码时，对于头文件和尾文件的编码采用人耳能够辨别的声音频率，即头文件和尾文件进行编码后所形成声音信号的频率为人耳能够辨别的声音频率，对于正文内容的编码则采用高于人耳能够辨别的最大声音频率的声音频率，即正文内容进行编码后所形成声音信号的频率高于人耳能够辨别的最大声音频率。由于本实施例中对于目标数据分别采用了两种不同类频率声音信号的编码方式，因此也可以将该编码方式称为交互编码方式。

虽然理论上人耳的可闻音域范围是20Hz到20KHz，但由于绝大多数人通常也只能够辨别出15KHz以下的声音，因此在实际实施时，头文件和尾文件进行编码后所形成声音信号的频率可取范围为20Hz～15KHz，且因为该范围内接近20Hz的声音频率较易被干扰，所以通常可以选择20Hz～15KHz频率范围中一般不易被干扰且频率相对较低(确保穿透性)的声音频率；而绝大多数人难以辨别出15KHz以上的声音，则在实际实施时，对正文内容进行编码后所形成声音信号的频率范围至少应在15KHz以上，一般可以选取18KHz或者18KHz以上的频率。

需要说明的是，由于硬件限制，终端设备对于声音信号的识别是存在一定范围的，因此需要确保对所述正文内容的全部或部分进行编码后所形成声音信号的频率能够为接收所述声音信号的终端设备所识别，而不能选取过高的声音频率进行编码，否则终端设备将无法识别，从而不适合实际应用。

此外，在本实施例中，对目标数据中的正文内容全部采用高于人耳能够辨别的最大声音频率的声音频率进行编码；在其他实施例中，正文内容的一部分完全也可以采用人耳能够辨别的声音频率进行编码，例如靠近头文件或靠近尾文件的小部分正文内容可以通过人耳能够辨别的声音频率进行编码。

本实施例中，由于头文件和尾文件采用人耳能够辨别的声音频率进行编码，为了不使头文件和尾文件对应的声音信号产生异响而被用户察觉，可以降低所述头文件和尾文件进行编码后所形成声音信号的强度，使音量尽可能地变小。因为头文件或尾文件编码为声音信号后的长度短且音量轻，所以很难被用户察觉，信息的传送不至于显得太突兀。

由于基于预定的声音频率对数据进行编码的具体过程为本领域技术人员所知晓，此处不再详细描述。

在需要以声波传输目标数据时，通过上述交互编码方式将目标数据编码为声音信号，由于头文件和尾文件对于数据接收极为重要，以较低的声音频率传输能够提高声音信号传播的穿透性能，目标数据的接收不会受发送端与接收端之间位置的限制，且头文件和尾文件的长度较短，不易受周边环境声音的干扰，而长度相对较长的正文内容以较高的声音频率传输则能够确保数据接收不易受周边环境声音的干扰。

基于上述音频信号的编码方法，本发明实施例还提供一种多媒体播放方法，包括：被播放的多媒体文件中包含至少一段嵌入音频码，所述嵌入音频码通过上述音频信号的编码方法所形成。

实际实施时，所述多媒体文件可以是音频文件、视频文件或音视频文件，通常为有声媒体文件，这样能更方便所述嵌入音频码的嵌入。

本实施例中，所述多媒体文件可以通过无线电广播、互联网或电视广播等多种途径传输，再由多媒体播放设备进行播放；或者直接将所述多媒体文件存储于多媒体播放设备进行播放。实际实施时，所述多媒体播放设备可以是收音机、电视机、个人电脑、手机、用于播放广告的多媒体广告机等等。

本实施例中，各段嵌入音频码分别匹配所述多媒体文件中的相关内容，每段嵌入音频码在所述多媒体文件中的嵌入位置与其匹配的相关内容在所述多媒体文件中的播放位置相一致。

举例来说，若电视上播放一段电视剧，该电视剧的播放实际上是一个多媒体文件通过电视广播进行播放，电视剧中的内容一般会涉及众多人物、物品或场景等，则嵌入的音频码可以与电视剧中的有关内容进行关联，例如电视剧中的人物穿着一件新款服装出现，则该服装的相关信息(可以包括购买处、售价、材质说明等信息)可以通过上述音频信号的编码方法形成音频码，再将该音频码嵌入到所述多媒体文件中相应的播放位置，如此当剧中人物穿着新款服装登场时，该新款服装的有关信息会随着电视剧的播放被同步传送到收看电视剧的用户的手机、平板电脑等终端设备之中，用户便可以及时了解到电视剧中出现的新潮服饰，在收看热播电视剧的同时就能便捷地获取到用户感兴趣的信息。

当然，除了上面所举的例子，将上述多媒体播放方法与适配于接收所述嵌入音频码的平板电脑或智能手机相结合，还可以让用户在观看电视、收听广播、上网播放音视频等情况下，通过声音接收到URL链接、演唱会介绍或购买信息、商品推送信息、电子优惠券等，这种方法大大增强了电视广播、无线广播、网络音视频节目内容的互动性。

实际实施时，可以根据需要在任一多媒体文件中嵌入不止一段音频码，而且嵌入音频码可以通过多种形式在用户的终端设备呈现，例如可以是图文信息、链接地址、视频和交互式控件中的一种或一种以上组合。特别地，对于链接地址或交互式控件的呈现形式，用户还可以对此作出反馈，例如根据链接地址直接打开页面、通过交互式控件提交查询问卷、投票结果等。

通过上述交互编码方式，将目标数据编码为声音信号后形成的音频码嵌入到多媒体文件中，随着多媒体文件的播放，被嵌入的音频码能够以更丰富的形式承载更多的信息，并在不受所处位置限制的情况下以声波通信的方式被终端设备更准确地接收到，不仅能使终端设备的使用者获取到更多的关联信息，而且也增强了收看/收听多媒体音视频时的用户体验。

对应于上述多媒体播放方法，本发明实施例还提供一种多媒体播放系统，如图2所示，所述多媒体播放系统包括：多媒体播放设备10以及终端设备20；所述多媒体播放设备10适于以上述多媒体播放方法播放多媒体文件；所述终端设备20包括：接收单元201，适于在上述多媒体播放设备10播放包含至少一段嵌入音频码的多媒体文件时，接收所述嵌入音频码；解码单元202，适于对接收到的嵌入音频码进行解码，获得所述目标数据；处理单元203，适于根据所述目标数据中的正文内容进行相应处理操作，所述处理操作包括展示图文信息、链接地址、视频和交互式控件中的一种或一种以上；显示单元204，适于显示所述处理单元203进行处理操作后的结果。

需要说明的是，在具体实施时，所述接收单元201需要同时具备硬件和软件上的支持，在硬件上，接听声音的麦克风是必须的，在软件上，则可以提供一个专门的应用程序，启动该应用程序后，相应的软件模块便能控制麦克风打开接收所述嵌入音频码，并交由所述解码单元202进行相应的解码处理。

本实施例中，所述终端设备还包括输入单元205，所述输入单元205适于接受用户触发所述链接地址或交互式控件的控制信号；所述处理单元203还适于针对所述控制信号作出处理以实现相应功能，所述功能例如根据链接地址直接打开页面、通过交互式控件提交查询问卷、投票结果等，用户可以通过输入单元205增强收看/收听电视广播、无线广播、网络音视频节目内容时的互动性。

在实际实施时，所述显示单元204与输入单元205可以集成在一起，例如手机、平板电脑等终端设备上的触摸显示屏。

具体实施时，所述多媒体播放系统中终端设备20的数量不局限于一个，可以包括一个以上的终端设备20，同时接收最接近的多媒体播放设备10所广播的嵌入音频码。

所述多媒体播放系统及其多媒体播放设备与终端设备的具体实施可以参考上述音频信号的编码方法、多媒体播放方法的实施，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例中的多媒体播放系统及其终端设备的全部或部分是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读存储介质中，所述存储介质可以是ROM、RAM、磁碟、光盘等。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种音频信号的编码方法，其特征在于，包括：

将目标数据编码为声音信号；所述目标数据包括头文件、正文内容和尾文件，所述头文件至少用于标识所述目标数据的大小、格式和编码协议，所述尾文件用于标识所述目标数据的终止；

对所述头文件和尾文件进行编码后所形成声音信号的频率为人耳能够辨别的声音频率，对所述正文内容的全部或部分进行编码后所形成声音信号的频率高于人耳能够辨别的最大声音频率。

2.根据权利要求1所述的音频信号的编码方法，其特征在于，降低所述头文件和尾文件进行编码后所形成声音信号的强度。

3.根据权利要求1所述的音频信号的编码方法，其特征在于，对所述正文内容的全部或部分进行编码后所形成声音信号的频率能够为接收所述声音信号的终端设备所识别。

4.一种多媒体播放方法，其特征在于，包括：被播放的多媒体文件中包含至少一段嵌入音频码，所述嵌入音频码通过权利要求1至3任一项所述的音频信号的编码方法所形成。

5.根据权利要求4所述的多媒体播放方法，其特征在于，所述多媒体文件通过无线电广播、互联网、电视广播由多媒体播放设备进行播放，或者直接存储于多媒体播放设备进行播放。

6.根据权利要求4所述的多媒体播放方法，其特征在于，各段嵌入音频码分别匹配所述多媒体文件中的相关内容，每段嵌入音频码在所述多媒体文件中的嵌入位置与其匹配的相关内容在所述多媒体文件中的播放位置相一致。

7.一种多媒体播放设备，其特征在于，所述多媒体播放设备适于以权利要求4至6任一项所述的多媒体播放方法播放多媒体文件。

8.一种终端设备，其特征在于，包括：

接收单元，适于在权利要求7所述的多媒体播放设备播放包含至少一段嵌入音频码的多媒体文件时，接收所述嵌入音频码；

解码单元，适于对接收到的嵌入音频码进行解码，获得所述目标数据；

处理单元，适于根据所述目标数据中的正文内容进行相应处理操作，所述处理操作包括展示图文信息、链接地址、视频和交互式控件中的一种或一种以上；

显示单元，适于显示所述处理单元进行所述处理操作后的结果。

9.根据权利要求8所述的终端设备，其特征在于，还包括输入单元，所述输入单元适于接受用户触发所述链接地址或交互式控件的控制信号；所述处理单元还适于针对所述控制信号作出处理以实现相应功能。

10.一种多媒体播放系统，其特征在于，包括：权利要求7所述的多媒体播放设备以及权利要求8或9所述的终端设备。