CN107220691B - 一种软件定义的时空可扩展信息码的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种软件定义的时空可扩展信息码。该信息码系统利用机器学习算法，通过感知用户设备抓取到的环境特征信息以及历史数据为用户智能的匹配相应信息内容。本发明信息码在编码方式上采用分层编码机制，通过使用非均匀分辨率的代码块以多个粒度将信息嵌入到空间，根据距离远近对信息码进行分层编码。并且本发明的信息码软件对传统的扫码获取信息的途径进行了改进，可以通过结合环境信息和输入字符或操作手势获取信息码。本发明可以向下兼容传统的静态二维码技术，无需增加硬件成本，实现起来方便快捷，可用于任何使用二维码的设备与应用，如智能手机、ATM机、平板电脑、广告显示屏、传统媒体、身份验证系统等设备。

Description

一种软件定义的时空可扩展信息码的方法和系统

技术领域

本发明涉及计算机软件技术、移动环境感知技术、机器学习算法、二维码的设计、生成、识别等多个技术领域，具体涉及一种基于移动环境感知技术和深度学习算法的信息分层远近可扩展信息码设计方法，以及采用该方法的信息码识别软件。

背景技术

随着计算机互联网以及智能手机移动终端网络应用的快速发展，扫描二维码已经成为移动设备用户获取物理世界信息的最普遍途径之一。

目前二维码主要具有以下功能：信息获取、网页跳转、广告推送、手机电商、防伪溯源、优惠促销、会员管理、手机支付等。使用智能设备扫描二维码的用户都是处于移动环境中的，而这些二维码却存在着信息内容固定、无法动态管理，需要发布者一对一的输入、浪费人力物力，受扫码距离限制，更新和维护困难等缺陷，无法自适应的根据用户所处的环境不同而变化，降低了二维码内容个性化。

已有的二维码改进：“一种用户可以编辑的智能二维码”(专利号CN201510487443.2)提出二维码内容可根据使用人的意愿和用途进行随时修改调整，是一种用户控制内容的模式。但并不能够感知环境信息，也无法根据环境信息和软件定义的机器学习算法自动推断出所需要呈现的动态信息，对于移动环境的改变缺乏自适应性。

为了改进传统二维码的诸多局限性，本发明提出一种根据环境信息和距离范围设计的新型软件定义时空可扩展的信息码。

发明内容

为了克服QR码存在的信息单一、更新和维护困难、受扫码距离影响大等多方面的局限性，本发明提出一种新型信息码的生成方法，以及采用该方法的系统。此信息码能够根据不同的环境信息(时空、磁场、声音等)为使用者提供更多的智能服务，提高信息码内容与环境信息的契合度，并降低信息码更新难度。

为实现上述多功能应用的软件定义时空可扩展信息码，本发明上述目的需通过以下技术方法实现：

发明的方法主要包括以下三个方面：

1.对编解码规则的改进——结合环境信息动态编解码：本发明设计主要有三个逻辑方参与，即发布商，服务提供商和最终用户。信息码的内容分为两部分，即静态信息和动态信息。信息发布商定义编解码规则，提供环境信息与信息码内容的映射解析关系。服务提供商应为信息发布商提供一个网络接口，由发布商自定义动态信息内容。最终用户通过本发明提出的扫码软件捕获二维码，采集终端的环境信息并上传。服务提供商网络将会通过本发明采用深度学习算法设计的一种映射函数，根据扫码时刻智能移动设备的移动环境感知技术捕获到的不同时间维度、空间维度、磁场维度、用户操作、设备历史行为等多种环境信息以及多层神经算法的分析映射获取到不同信息内容。

2.对信息码图案的改进——分层远近可扩展编码：在最终用户获取信息码图像的过程中，可根据距离远近获取到不同层次的码图形，因此可读取到不同信息。采用分层编码机制，通过使用非均匀分辨率的代码块以多个粒度将信息嵌入到空间，根据距离远近对信息码进行分层编码。此发明能够支持一定范围的分辨率捕获，并且通过控制相邻层间的干扰量可以确保所有层均可独立解码。此外，分层可扩展信息编码的设计是递归的，可以很容易的扩展生成更多的层。

3.对获取方式进行改进——环境信息与字符或手势结合：为改进传统二维码操作距离受限、二维码破损等情况，可以根据环境信息和指定字符或手势结合的深度学习算法得到该码信息内容。终端用户打开本发明提供的扫码软件后，获取该覆盖范围内存在的信息码数量及相应信息，通过在移动设备上输入指定字符或手势来获取指定信息码的内容(需在信息码周边标识手势信息或嵌入到信息码中)。

一种软件定义的时空可扩展信息码的系统，其包括：

1.网络接口模块，服务提供商供应的网络接口，此接口面向信息发布商，用于自定义动态信息内容；

2.存储模块，服务提供商数据库，用于存储动态信息资料；

3.信息码生成模块，服务商提供的二维码编译生成器，结合存储模块根据数据库中的内容生成动态信息二维码；

4.用户终端软件，通过该终端软件分析信息码、获取动态信息内容。

本发明采用分层调制的概念，设计一种在视觉上分层的远近可扩展码，并通过深度学习映射函数结合时空等环境信息得到动态可变的时空可扩展信息码。在用户扫描二维码之后，将静态信息与动态信息相结合，从而解码出最适合用户所处移动环境的二维码信息。此信息码可以向下兼容传统的静态二维码技术，只需计算机软件设计即可，无需增加硬件成本，易于实现，且可用于任何二维码设备，如智能手机、ATM机、平板电脑、多媒体显示屏等。信息码既可静态的打印在纸质材料上，又可动态显示在电子显示屏上。

附图说明

图1 软件系统示意图

图2 系统主要工作流程图

图3 分层远近可扩展编码示意图

图4 含手势信息的信息码

具体实施方式

下面将结合本发明系统结构示意图，对本发明的实施例进行详细的附图说明。所描述的实施例仅为本发明新型的一部分实施例，而非全部完整的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的实施系统主要有三个参与方，即发布商，服务提供商和用户，信息码的内容分为两部分，即静态信息和动态信息。本发明通过内置传感器对时空等环境信息的数据采集来增强信息码的自适应性。其主要工作流程如下，可参照图2：

1.服务提供商提供网络接口：

服务提供商的主要工作就是为信息发布商提供一个网络接口，该接口既可针对不同的信息类型为发布商提供固定格式的模板(如广告、注册、折扣等信息均有各自的模板，且可自由搭配)，又可允许有能力的发布商自行定义个性化模板。模板内容即为静态信息。此网络接口能够将发布商输入的信息码内容和环境信息进行多层映射和加密，并进行软件编程，需经由本发明设计的深度学习系统获取。

2.发布商通过网络接口定义编码规则：

发布商利用服务提供商所供应的网络接口即可针对不同时间、地理位置、声音、用户操作、设备历史数据等环境信息配置相应的码信息，定义编解码规则。发布商可以为所有的配置信息建立一个库，既可以允许用户在网络信息库上获取信息(推荐使用，可随时更新信息)，又可下载信息库到API中进行离线查询。此部分即为动态信息。此信息库保存在服务提供商服务器。

3.服务提供商生成软件定义时空可扩展信息码：

服务提供商根据信息发布商定义的编码规则生成软件定义时空可扩展信息码。为了达到“分层可扩展”的目的，需采用新的码图设计技术，使用非均匀分辨率的代码块以多个粒度将信息嵌入到空间，能够支持一定范围的分辨率捕获，并且通过控制相邻层间的干扰量可以确保所有层均可独立解码。并且分层可扩展信息编码的设计是递归的，可以扩展生成更多的层。图3为分层远近可扩展编码简易示意图(二层)。

4.信息码采集与深度学习算法获取信息码内容：

用户在智能终端上打开本发明提出的软件进行扫码，将相机采集到的不同分辨率码图及通过移动环境感知技术传感器采集的信息作为输入，通过相应的软件定义过程和深度学习映射函数在信息库中获取到输出信息，并将输出信息打印在智能手机的屏幕上。

或者，用户在打开软件后，可以通过在智能设备上输入信息码指定的字符或操作手势(如摇动、用力按压屏幕等)，网络数据库会根据环境信息和指定字符或手势结合的深度学习算法得到该码信息内容(指示信息如图4)。

本发明通过机器学习算法从服务提供商的数据库中获取信息码内容。首先，利用移动环境感知技术有目的性的抓取智能移动终端设备的环境信息并上传到网络服务器。服务器接受到环境信息后，结合摄像头捕获到的信息码或者用户在终端输入的字符或者手势一并作为深度学习算法的输入，i₁、i₂、i₃…i_n。之后，经过多层神经网络运算可得到映射结果。所属映射结果即为该信息码的信息内容。

5.软件技术：

本发明中以Android智能设备为例，需要一个可与时空可扩展信息码配套，且具有二维码兼容性的扫码软件。一般Android智能设备拥有众多传感器，利用Android系统对应的API可以得到传感器的相应数据，通过这些环境信息数据和本发明解码软件的解码规则即可在信息数据库中映射到相应的动态信息并返回到智能设备终端上。且由于距离不同，扫码获得的分辨率不同，用户可以获得到分层的信息。本领域的普通技术人员可以对本发明设计的软件定义时空可扩展信息码在基于其他软件平台的触屏设备上(如基于苹果公司iOS系统的触屏设备、触屏ATM机器、触屏门禁系统等)进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求所述为准。

Claims (8)

1.一种生成软件定义时空可扩展信息码的系统，其特征在于，包括基于环境信息动态编解码系统、分层远近可扩展的编码方法以及环境信息与字符或手势结合获取信息码的方法；

所述分层远近可扩展的编码方法采用分层编码机制，使用非均匀分辨率的代码块以多个粒度将信息嵌入到空间，根据距离远近对信息码进行分层编码，并且，分层可扩展信息编码的设计是递归的以扩展生成更多的层；

所述环境信息与字符或手势结合是对获取方式进行改进：根据环境信息和指定字符或手势结合的深度学习算法得到该码信息内容；终端用户打开所述生成软件定义时空可扩展信息码的系统后，获取周围存在的信息码数量及相应信息，通过在移动设备上输入指定字符或手势来获取指定信息码的内容；

所述基于环境信息动态编解码的系统，包含三个逻辑参与方，信息发布商，服务提供商和用户；

所述信息发布商，用于定义动态信息生成规则；

所述服务提供商，用于生成信息码和解析信息码；

所述用户，需安装获取信息码软件，用于获取信息码；

所述服务提供商通过深度学习算法，根据扫码时刻智能移动设备的移动环境感知技术捕获到的不同时间维度、空间维度、磁场维度、用户操作、设备历史行为等多种环境信息以及多层神经算法的分析映射获取到不同信息内容；

所述深度学习算法从服务提供商的数据库中获取信息码内容：首先，利用移动环境感知技术有目的性的抓取智能移动终端设备的环境信息并上传到网络服务器；服务器接受到环境信息后，结合摄像头捕获到的信息码或者用户在终端输入的字符或者手势一并作为深度学习算法的输入；之后，经过多层神经网络运算可得到映射结果；所述映射结果即为该信息码的信息内容。

2.如权利要求1所述的一种生成软件定义时空可扩展信息码的系统，其特征在于，信息发布商通过服务提供商提供的网络接口定义动态信息的生成规则，包括环境特征选取规则、环境信息转化规则和环境信息与信息码内容的映射规则。

3.如权利要求2所述的一种生成软件定义时空可扩展信息码的系统，其特征在于，通过环境特征选取规则得到的特征包括智能移动设备所能抓取的所有用户行为特征，包括：时间、地理位置、天气、磁场数据、光照强度、声音强度、加速度传感器数据、用户使用移动应用历史行为、用户使用移动设备硬件历史行为。

4.如权利要求2所述的一种生成软件定义时空可扩展信息码的系统，其特征在于，通过环境信息转化规则进行的操作，等价于将环境特征信息转化为具体环境中发生的时间或存在的物体，包括：将时间转化为时间有效性、地理位置信息转化为地名、天气转化为出行建议、磁场数据/光照强度/声音强度/加速度传感器数据转化为用户提示信息、用户使用移动应用/硬件历史行为转化为用户使用建议与提示。

5.如权利要求2所述的一种生成软件定义时空可扩展信息码的系统，其特征在于，设计环境信息与信息码内容的映射规则，标识不同信息码内容需有的环境信息特征。

6.如权利要求1所述的一种生成软件定义时空可扩展信息码的系统，其特征在于，结合环境信息和操作手势获取信息码的方法先通过环境信息定位信息码范围，再根据信息码周边或本身的指示信息获取信息码内容。

7.如权利要求6所述的一种生成软件定义时空可扩展信息码的系统，其特征在于，该指示信息可以利用信息码编码冗余嵌入在信息码中，或放置在信息码周边；该指示信息包括输入键盘字符、用力按压触摸屏幕、摇动手机、在触摸屏上绘制指定图案。

8.如权利要求1所述的一种生成软件定义时空可扩展信息码的系统，其特征在于，服务提供商通过发布商提供动态信息生成规则进行编码；服务提供商结合用户智能设备抓取到的环境信息采用所述深度学习算法获取信息码内容。

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