CN106856042A - 一种基于音波信号的近距离设备控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于5米范围内利用音频通信的设备控制方法，提出一种音频作为承载信号、扬声器和受话器为天线的近距离通信方法，通过将控制命令调制为手机扬声器支持频段音频、通过扬声器发送命令。接收端通过手机受话器截取音频，通过背景去噪、音频解码将命令进行还原。

Description

一种基于音波信号的近距离设备控制方法

技术领域

本发明涉及一种基于音波信号的近距离随身设备控制方法，具体是一套利用音波信号传递控制命令，以在近距离控制设备的方法。

背景技术

高速发展的信息技术给人们提供了前所未有的生活体验。当前，以WIFI、蓝牙等以数字信号为基础的智能家居控制网络逐渐深入千家万户。然而，由于需要网络基础设置(如路由器和网卡等)、依赖复杂的协议栈、共享频段等原因，当前网络控制方法虽然能达到较高的数据传输率，但是其具有电量消耗大、网络通信不够便捷、网络安全性差等问题。具体涉及到随身设备控制，例如利用手机无线遥控其他手机拍照、智能电灯明暗调整等，传统网络虽然可以达到目的，但是其操作和实施成本都较高。

近年来，随着电子技术的进一步发展，手机中集成的扬声器和话筒都经历的快速发展。从声音收发精度、音量、音域等多个方面都有了长足进步。例如，当前手机中常常集成了2个或者更多个话筒，这些话筒可以精细的感知外界音频信号，并为后端处理打下良好基础。因而，在近距离通过音频进行控制信号传递具有了可行性与可操作性。本发明拟提出一套基于音波信号的近距离随身设备控制方法，其可以在短距离内实现模拟与数字控制信号传输，具有一定的便捷性。此外，现有WIFI、蓝牙等通信技术大多依赖国外发明，具有不可控性。本发明所提方法完全可以做到自主可控，具有一定的安全性。

发明内容

本发明是一种适用于5米范围内、利用音频通信的设备控制方法，其通过将控制命令调制为手机扬声器支持频段音频、通过扬声器发送命令。接收端通过手机受话器截取音频，通过背景去噪、音频解码将命令进行还原。确切来说，本发明提出一种音频作为承载信号、扬声器和受话器为天线的近距离通信方法。

手机扬声器是本发明涉及的信号发送器，本质来说是一种将电能转换为声能的电器元件。通常扬声器采用全频带设计，具有指向性、低失真、多声道、信噪比低等特点。当前主流的手机通常具有多个扬声器，每个扬声器可以发出110Hz到18KHz声波信号。在这声波频段上，有些频段利用率较低，可以作为载波信号频率。例如，可以采用人类很难发出或收听的低频或高频波段进行通信。如果按照最低频段带宽来看，音频在信号承载能力最低的110Hz频段也具有一定的信号承载能力。考虑到本发明提出的控制方法主要针对近距离、较为简单的控制操作，手机扬声器完全可以支持。

手机受话器是本发明涉及的信号接收器，具有全频带设计、低失真等特点。通常手机都具有多个受话器，通过信号对比和分析可以达到音频降噪的目的。具体到降噪方法，可以使用双受话器对比、音频与历史音频信号对比等方法进行。由于本发明提出方法仅适用于近距离，所以受话器完全可以满足控制信号接收需求。

本发明发明的有益效果是：

首先，本发明通过音频信号传输控制命令，其可以达到设备控制目的且不与现有通信协议相冲突。

其次，本发明提出的通信、控制方法具有可控的知识产权。

再次，本发明方法不需要WIFI等通信系统的基础设施要求，如路由器等，也不需要蓝牙等通信协议的预先配对操作。

最后，本发明方法可以通过传输数字、模拟命令对设备进行控制。由于音频易于传播，控制指令可以通过微信、微博等社交媒体进行传播。

由上可见，本发明申请保护的一套近距离、基于音波信号的近距离设备控制方法，在保证高可用性的基础上弥补了现有技术中的不足。

附图说明

图1是本发明的系统结构图。

图2是具体信号传递流程。

图3是本发明所传输的两种信号的报文的具体格式。

具体实施方式

下面通过附图和具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施方式，凡在本申请技术方案基础上所做的等同变化与修改，仍属于本发明技术方案的保护范围内。

本发明由扬声器、受话器和音频编解码模块组成。其中改进主要音频编解码模块的设计以及其如何通过音频传输控制指令等内容，具体可见附图1。本发明提出的控制方法可以通过提供接口的方式向上层应用提供服务，其对具体实现对上层应用透明。

本发明具体工作流程如下。

首先，上层应用通过专用接口将命令下发到音频编解码模块。控制命令可以是具体的数字指令，也可以是模拟指令，具体意义由上层应用自行定义。由于不需要连接基础设置和设备配对，所有应用本方法的软件都可以控制设备，更加便捷。从安全性来讲，上层应用可以定义专用的编解码模式并通过接口进行配置，从而保证通信的访问控制和安全性。

其次，音频解码模块收到命令数据后，将命令译码为音频信号。为了应对使用场景的多样性，例如嘈杂的环境，音频解码模块通过本机受话器感知噪音，并根据场景选取较为适合的通信波段。具体的去噪方法可以使用高斯去噪等算法。

再次，控制命令被编译为音频信号后，由本机扬声器发送，并由对方受控机读取并译码。本机重复发送命令，直到获得受控机命令确认信号。具体信号传递流程见图2。

为了加强本方法的可用性，可以通过选用穿透力较强的手机扬声器与受话器，加强音频信号收发。此外，由于噪音具有时间敏感性，基于音波信号的近距离设备控制方法还可以通过重传增加命令传输的可靠性。

本方法可以传输两种指令：数字指令与模拟指令。两者均通过特殊声音序列作为包头、包尾。前者通过音频传递一系列以0和1为内容的数字控制信号；后者通过模拟信号标识命令内容。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，或者对其中部分技术特征进行等同替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于音波信号的近距离设备控制方法，其特征在于，是适用于5米范围内、利用音频通信的设备控制方法，该方法包括：

手机扬声器、手机受话器和音频编解码模块；

上层应用通过专用接口将命令下发到音频编解码模块，音频解码模块收到命令数据后，将命令译码为音频信号，手机扬声器作为信号发送器发送音频信号，手机受话器作为信号接收器接受音频信号并进行背景降噪，最后音频编解码模块将音频信号还原为命令。

2.一种基于音波信号的近距离设备控制方法，其特征在于，可以传输数字指令与模拟指令，并均通过特殊声音序列作为包头、包尾；

数字指令通过音频传递一系列以0和1为内容的数字控制信号；

模拟指令通过模拟信号标识命令内容。

3.根据权利要求1所述的音频解码模块，其特征在于，音频解码模块通过手机受话器感知噪音，并根据场景选取较为适合的通信波段。

4.根据权利要求1所述的手机扬声器，其特征在于，可以发出110Hz到18KHz声波信号，在这声波频段上，选取利用率较低的频段作为载波信号频率，例如可以采用人类很难发出或收听的低频或高频波段。

5.根据权利要求1所述的手机受话器，其特征在于，可通过信号对比和分析可以达到音频降噪，例如使用双受话器对比、音频与历史音频信号对比等方法。