CN107147444A - 一种基于可见光的数据传输方法、装置与系统 - Google Patents

一种基于可见光的数据传输方法、装置与系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于可见光的数据传输方法、装置与系统，用于解决现有技术中基于可见光进行数据传输时出现的丢失数据的问题。所述方法包括：获取待传输的数据；对所述待传输数据按照预设编码方式进行编码，及按照预设的数据包格式将所述编码后的数据划分至多个数据包中，且每个数据包中的数据量为第一数据量；根据每个数据包冗余N次得到的数据，控制可见光发射单元发射相应的光信号，以使光信号接收装置接收到所述光信号后，根据所述光信号生成所述待传输数据；其中，所述光信号接收装置每帧可采集的数据量不小于所述第一数据量。

Description

一种基于可见光的数据传输方法、装置与系统
技术领域
本申请涉及可见光通信领域，尤其涉及一种基于可见光的数据传输方法、装置与系统。
背景技术
由于可见光通信技术绿色低碳、可实现近乎零耗能通信，还可有效避免无线电通信电磁信号泄露等弱点，因此，可见光通信技术得到了大力发展。
其中，可见光通信技术，是利用可见光发射单元，例如荧光灯或发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)等，进行闪烁发光，来传输信息的，该信息可以是音频信息、视频信息、图像信息或文字信息等任何类型的信息。
可见光通信技术的原理是：将待传输数据转化成二进制格式的数据，该二进制格式的数据中仅仅只有“0”和“1”两个逻辑位，其中，当逻辑位是“1”时，将可见光发射单元的开关置于开的位置，可见光发射单元向外发光；当逻辑位是“0”时，将可见光发射单元的开关置于关的位置，可见光发射单元不向外发光，以使得可见光发射单元通过闪烁发光的方式传输数据。其中，当可见光发射单元不向外发光，可认为可见光发射单元发出光强度为零的可见光。在可见光发射单元向外发射光信号后，可见光接收装置用于接收可见光发射单元发出的光信号，对该光信号进行处理，便可获取到待传输数据。
现有技术中，可见光接收装置一般通过摄像头来接收可见光发射单元发出的光信号时，摄像头接收可见光发射单元发出的光信号时，会将可见光发光单元发出的光信号显示在图像中，然后可见光接收装置通过对该图像进行处理，最终可得到待传输数据。
目前，比较常见的摄像头为互补金属氧化物半导体(Complementary Metal OxideSemiconductor，CMOS)摄像头，其中，CMOS摄像头是一种采用CMOS传感器采集图像的摄像头。其中，CMOS传感器存在一个弊端，即CMOS传感器无法不间断采集图像，即在采集完上一帧图像后，需要间隔一段时间(后称屏蔽时间)才能采集下一帧图像，在屏蔽时间内，CMOS传感器是不采集图像的。因此，在实际应用中，那么若在屏蔽时间内，可见光发射单元仍在发射光信号，CMOS传感器便无法接收可见光发射单元发出的光信号，从而出现丢失数据的现象。
因此，目前亟需一种基于可见光的数据传输方法，用于解决现有技术中基于可见光进行数据传输时出现的丢失数据的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种基于可见光的数据传输方法、装置与系统，用于解决现有技术中基于可见光进行数据传输时出现的丢失数据的问题。
本申请实施例采用下述技术方案：
一种基于可见光的数据传输方法，所述方法包括：
获取待传输的数据；
对所述待传输数据按照预设编码方式进行编码，及按照预设的数据包格式将所述编码后的数据划分至多个数据包中，且每个数据包中的数据量为第一数据量；
根据每个数据包冗余N次得到的数据，控制可见光发射单元发射相应的光信号，以使光信号接收装置接收到所述光信号后，根据所述光信号生成所述待传输数据；
其中，所述光信号接收装置每帧可采集的数据量不小于所述第一数据量。
一种基于可见光的数据传输装置，所述装置包括：
获取模块，用于获取待传输的数据；
划分模块，用于对所述获取模块获取到的所述待传输数据按照预设编码方式进行编码，及按照预设的数据包格式将所述编码后的数据划分至多个数据包中，且每个数据包中的数据量为第一数据量；
发射模块，用于根据每个数据包冗余N次得到的数据，控制可见光发射单元发射相应的光信号，以使光信号接收装置接收到所述光信号后，根据所述光信号生成所述待传输数据；
其中，所述光信号接收装置每帧可采集的数据量不小于所述第一数据量。
一种基于可见光的数据传输系统，所述系统包括一种基于可见光的数据传输装置以及光信号接收装置，其中，所述光信号接收装置，用于接收所述基于可见光的数据传输装置发出的光信号后，并根据所述光信号生成待传输数据。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
本申请实施例提供的基于可见光的数据传输方法为：通过获取待传输的数据，对所述待传输数据按照预设编码方式进行编码，及按照预设的数据包格式将所述编码后的数据划分至多个数据包中，且每个数据包中的数据量为第一数据量，根据每个数据包冗余N次得到的数据，控制可见光发射单元发射相应的光信号，以使光信号接收装置接收到所述光信号后，根据所述光信号生成所述待传输数据，其中，所述光信号接收装置每帧可采集的数据量不小于所述第一数据量。
通过采用本申请提供的基于可见光的数据传输方法，重复N次针对同一数据包控制可见光发射单元发射相应的光信号，且光信号接收装置每帧可采集的数据量不小于所述第一数据量，因此能够使得一帧图像采集到至少一个上述数据包对应的光信号，从而解决了现有技术中基于可见光进行数据传输时出现的丢失数据的问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例提供的一种基于可见光的数据传输方法的具体流程图；
图2为本申请实施例提供的CMOS摄像头采集光信号时呈现出的帧图像示意图；
图3为本申请实施例提供的一种基于可见光的数据传输装置的具体结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种基于可见光的数据传输系统的具体结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下结合附图，详细说明本申请实施例提供的技术方案。
为了解决现有技术中基于可见光进行数据传输时出现的丢失数据的问题，本申请实施例提供一种基于可见光的数据传输方法。其中，本方法的执行主体可以但不限于为手机、平板电脑或个人电脑(Personal Computer，PC)等用户终端，或者该些用户终端上运行的应用(Application，APP)。
为便于描述，下文以该方法的执行主体为PC为例，对该方法的实施方式进行介绍。可以理解，该方法的执行主体为PC只是一种示例性的说明，并不应理解为对该方法的限定。
该方法的具体流程示意图如图1所示，包括下述步骤：
步骤101，获取待传输的数据。
步骤101获取到的待传输的数据的格式可为二进制数据格式。
步骤102，对所述待传输数据按照预设编码方式进行编码，及按照预设的数据包格式将所述编码后的数据划分至多个数据包中，且每个数据包中的数据量为第一数据量。
预设编码方式可为任意编码方式，在本申请实施例中，上述预设编码方式可为曼彻斯特编码方式，用该编码方式对待传输数据进行编码，可使得编码后的数据在被传输时具有自同步能力和良好的抗干扰性能。
预设的数据包格式可为任意数据包格式，在本申请实施例中，上述数据包格式可以为同步头+有效数据的格式。上述同步头可为任意类型的同步头，在本申请实施例中，上述同步头可由M序列组成，M序列可更好实现数据同步，并便于后续对数据进行处理时，准确找到有效数据的起始位置。上述有效数据是第一数据，该第一数据是将步骤101获取到的待传输数据按照预设编码方式进行编码后划分至多个数据包中数据。
有时，在按照预设的数据包格式将所述编码后的数据划分至多个数据包中时，最后一个数据包中被划入的第一数据对应的数据量可能小于其他数据包中的第一数据对应的数据量，便会导致最后一个数据包对应的数据量小于其他数据包对应的数据量。由于每一个数据包的数据包格式相同，因此第一数据量应相同，那么可以在最后一个数据包中的第一数据后添加一定数据量的补充数据，以使得最后一个数据包对应的第一数据量与其他数据包对应的第一数据量相同，另外，为了区别于第一数据，补充数据可为仅仅包含一个逻辑位、进行编码后的数据，其中，补充数据对应的编码方式与待传输数据对应的编码方式相同。在后续对最后一个数据包的数据进行处理时，将补充数据丢弃即可。
步骤103，根据每个数据包冗余N次得到的数据，控制可见光发射单元发射相应的光信号，以使光信号接收装置接收到所述光信号后，根据所述光信号生成所述待传输数据，其中，所述光信号接收装置每帧可采集的数据量(后可称第二数据量)不小于所述第一数据量。
考虑到在传输过程中，可能会有部分数据的丢失的情况，本实施例将每个数据包冗余N次进行传输，以确保每个数据包中的数据都能传输到接收端。N的值可以根据具体的传输环境确定，通常可设置为3，在光传输不利的环境中，N可以设置大于3的整数。
具体的，PC可按照预设原则控制可见光发射单元发射与数据包的数据对应的光信号，其中，该预设原则可以为：当每个数据包冗余N次得到的数据的逻辑位是1时，控制可见光发射单元发光，每个数据包冗余N次得到的数据的逻辑位是0时，控制可见光发射单元不发光。
在本申请实施例中，上述光信号接收装置可使用CMOS摄像头来接收可见光发射单元发出的光信号，其中，上述光信号接收装置可为手机、PC或平板电脑等任意终端设备，上述CMOS摄像头可为该些设备自身具备的CMOS摄像或外接的CMOS摄像。
由于CMOS摄像头存在屏蔽时间，因此若第一数据量大于第二数据量，那么不管可见光发射单元开关转换频率(后可称切换频率)有多大，数据包中的数据对应的光信号均无法被CMOS摄像头采集到一帧图像中，因此CMOS摄像头最终无法获取到完整的数据包的数据对应的光信号，会一直存在丢失数据的现象。因此，为了使得CMOS摄像头有机会获取到完整的数据包的数据对应的光信号，应使得数据包中的数据对应的光信号可被CMOS摄像头采集到一帧图像中，那么，第一数据量应不大于第二数据量。
另外，在第一数据量不大于第二数据量时，还应调整切换频率，使得切换频率大于帧速率，以使得数据包的数据对应的光信号有机会完整显示在一帧图像中。由于CMOS摄像头进行拍摄的快门方式是卷帘门式快门。卷帘快门的工作方式是逐行扫描，每帧图像不是在一个时间点一下捕获到的，而是按时间顺序依次扫描或水平激活一行像素的方法得到的。如果切换频率低于帧速率，一张或多张图片才能代表一个逻辑位；如果切换频率高于帧速率，那么明暗条纹可以在一幅图中捕获到，因此一张图可以代表多个逻辑位，如图2所示。因此，切换频率应大于帧速率。
在第一数据量不大于第二数据量以及切换频率大于帧速率的前提下，可根据每个数据包冗余N次得到的数据，控制可见光发射单元发射相应的光信号，以增大完整数据包的数据对应的光信号在一帧图像中显示出来的机率，进而降低丢数据的机率。上述N为大于1的整数。其中，当N取不同数值时，可适当调整第一数据量的大小以及切换频率的大小，以尽可能使得完整数据包的数据对应的光信号可显示在一帧图像中。
当将N设置为2时，调整第一数据的大小以及切换频率的大小，可尽量降低丢失数据的机率，但是仍有可能出现丢失数据的现象；将N设置为3以及大于3的整数时，调整第一数据量的大小以及切换频率的大小，可避免出现丢数据的现象。在本申请实施例中，为了使得基于可见光进行数据传输时的传输效率较高，尽量减少重复发送相同数据包的数据对应的光信号的次数，可将N设置为3。
在实际应用中，不同的终端设备中的CMOS摄像头对应的第二数据量是不同的，一般情况下，第二数据量的取值范围为66～80比特。一般情况下，屏蔽时间为帧显示时间的30％，由于第二数据量的取值范围为66～80比特，那么在屏蔽时间内CMOS摄像头最多可丢失的数据量(后可称第三数据量)的取值范围为66*30％～80*30％比特，即19.8～24比特。在这一情况下，若将N设置为3，可将第一数据量的取值范围设置为31/66～31/80，适当调整切换速率，便可避免丢失数据的情况出现。其中，优选的，可将第一数据量设置为31比特，然后适当调整切换速率，便可避免丢数据的情况出现。若数据包的数据包格式为步骤102中提及的同步头+有效数据的数据包格式，其中，同步头由M序列组成，那么可将M序列对应的数据量设置为7比特，将有效数据的对应的数据量设置为(31-7)比特，即为24比特。
通过采用本申请提供的基于可见光的数据传输方法，重复N次针对同一数据包控制可见光发射单元发射相应的光信号，且光信号接收装置每帧可采集的数据量不小于所述第一数据量，因此能够使得一帧图像采集到至少一个上述数据包对应的光信号，从而解决了现有技术中基于可见光进行数据传输时出现的丢失数据的问题。
在本申请实施例中，还可通过一种基于可见光的数据传输装置，来实现本申请实施例中提供的基于可见光的数据传输方法。
如图3所示，为本申请实施例提供的一种基于可见光的数据传输装置的结构示意图，主要包括下述装置：
获取模块31，用于获取待传输的数据。
划分模块32，用于对所述获取模块31获取到的所述待传输数据按照预设编码方式进行编码，及按照预设的数据包格式将所述编码后的数据划分至多个数据包中，且每个数据包中的数据量为第一数据量。
发射模块33，用于根据每个数据包冗余N次得到的数据，控制可见光发射单元发射相应的光信号，以使光信号接收装置接收到所述光信号后，根据所述光信号生成所述待传输数据。
其中，所述光信号接收装置每帧可采集的数据量不小于所述第一数据量。
在一种实施方式中，所述N为3。
在一种实施方式中，所述数据包包括同步头和有效数据，所述同步头由M序列组成，所述有效数据是第一数据，所述第一数据是将所述待传输数据按照预设编码方式进行编码后划分至多个数据包中的数据。
在一种实施方式中，所述预设编码方式为曼彻斯特编码方式。
在本申请实施例中，还可通过一种基于可见光的数据传输系统，来实现本申请实施例中提供的基于可见光的数据传输方法。
如图4所示，为本申请实施例提供的一种基于可见光的数据传输系统的结构示意图，主要包括下述装置：
所述系统40包括本申请实施例提供的基于可见光的数据传输装置41，以及光信号接收装置42，其中，所述光信号接收装置42，用于接收所述基于可见光的数据传输装置41发出的光信号后，并根据所述光信号生成待传输数据。
通过采用本申请提供的基于可见光的数据传输方法、装置以及系统，重复N次针对同一数据包控制可见光发射单元发射相应的光信号，且光信号接收装置每帧可采集的数据量不小于所述第一数据量，因此能够使得一帧图像采集到至少一个上述数据包对应的光信号，从而解决了现有技术中基于可见光进行数据传输时出现的丢失数据的问题。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种基于可见光的数据传输方法，其特征在于，所述方法包括：
获取待传输的数据；
对所述待传输数据按照预设编码方式进行编码，及按照预设的数据包格式将所述编码后的数据划分至多个数据包中，且每个数据包中的数据量为第一数据量；
根据每个数据包冗余N次得到的数据，控制可见光发射单元发射相应的光信号，以使光信号接收装置接收到所述光信号后，根据所述光信号生成所述待传输数据；
其中，所述光信号接收装置每帧可采集的数据量不小于所述第一数据量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述N为3。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据包包括同步头和有效数据，所述同步头由M序列组成，所述有效数据是第一数据，所述第一数据是将所述待传输数据按照预设编码方式进行编码后划分至多个数据包中的数据。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设编码方式为曼彻斯特编码方式。
5.一种基于可见光的数据传输装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取待传输的数据；
划分模块，用于对所述获取模块获取到的所述待传输数据按照预设编码方式进行编码，及按照预设的数据包格式将所述编码后的数据划分至多个数据包中，且每个数据包中的数据量为第一数据量；
发射模块，用于根据每个数据包冗余N次得到的数据，控制可见光发射单元发射相应的光信号，以使光信号接收装置接收到所述光信号后，根据所述光信号生成所述待传输数据；
其中，所述光信号接收装置每帧可采集的数据量不小于所述第一数据量。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述N为3。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述数据包包括同步头和有效数据，所述同步头由M序列组成，所述有效数据是第一数据，所述第一数据是将所述待传输数据按照预设编码方式进行编码后划分至多个数据包中的数据。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述预设编码方式为曼彻斯特编码方式。
9.一种基于可见光的数据传输系统，其特征在于，所述系统包括权利要求5～8任一项所述的基于可见光的数据传输装置以及光信号接收装置，其中，所述光信号接收装置，用于接收所述基于可见光的数据传输装置发出的光信号后，并根据所述光信号生成待传输数据。
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