CN108028001A - 用于音频信号中介式交互的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

将标志分配给将被处理的数据。每个标志与由不同频率的至少两个同时发生的音调限定的唯一声音波形相关联。可以在具有扬声器的计算设备处将波形作为声音发射。其他计算设备具有麦克风，并且捕获发射的声音以从波形提取标志。提取的标志可以被看作是数据将被处理的确认。数据可以表示交易。

Description

用于音频信号中介式交互的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年8月19日提交的US 62/207,021的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及使用声音传输数据。
背景技术
常规的数据传输使用数字调制技术来使用电磁频率传输信息。数据形式被转变为数字格式(例如，ASCII)，然后该数字格式通过空气传输。这意味着载波信号被变化以表示0和1，这些0和1通过空气发送，并且在接收设备处被重新组合以重新形成被传输的信息。这已经证明对可以被音频扬声器产生并且被音频麦克风捕获的频率(例如20Hz至20kHz范围内的频率)进行处理是非常困难的。原因是多样的，包括：高干扰率、显著的噪信比、由封包重发引起的时间延迟(延时)等。例如，数字地传输数据的基于音频频率的传输技术在比如咖啡店的环境中遇到高信噪比，在咖啡店里，开启的简单的搅拌机可以造成噪声和干扰以致使数据传输无效。
从而，存在对使用声音频率传输数据以促进交互(例如，支付交易)的替代系统或方法的持续的需求。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种用于对数据进行处理的系统包括标志(token)服务器，该标志服务器被配置为将标志分配给数据。标志与声音波形相关联。标志服务器将每个标志与由不同频率的至少两个同时发生的音调限定的唯一声音波形相关联。标志服务器被配置为经由计算机网络与对由标志表示的数据进行处理的服务进行通信。该系统进一步包括连接到计算机网络的至少一个发射计算设备。发射计算设备具有扬声器，并且被配置为将经由计算机网络接收的波形作为声音发射。发射计算设备还被配置为经由计算机网络与对由标志表示的数据进行处理的服务进行通信。该系统进一步包括连接到计算机网络的至少一个接收计算设备。该接收计算设备具有扬声器和标志提取器。扬声器被配置为捕获作为声音接收的波形。标志提取器被配置为从捕获的波形提取标志。接收计算设备被配置为将提取的标志传输到标志服务器以使标志服务器识别由所提取的标志表示的数据，以使得任何被识别的数据可以如接收计算设备所确认的那样被服务处理。
根据本发明的另一方面，一种标志服务器被配置为将标志分配给数据。标志与声音波形相关联。标志服务器将每个标志与由不同频率的至少两个同时发生的音调限定的唯一声音波形相关联。标志服务器被配置为经由计算机网络与对由标志表示的数据进行处理的服务进行通信。标志服务器还被配置为与计算设备进行通信以基于从计算设备接收的标志以及接收的标志与数据的匹配来确认对数据的处理。计算设备被配置为执行以下操作中的一个或两个：将波形作为声音发射，以及捕获波形并且从这些波形中提取标志。
根据本发明的另一方面，一种用于对数据进行处理的方法包括将标志分配给要被处理的数据，标志与由不同频率的至少两个同时发生的音调限定的唯一声音波形相关联。该方法进一步包括发起经由计算机网络对发射计算设备的波形传输，发射计算设备具有用于将波形作为声音发射的扬声器。该方法进一步包括经由计算机网络从接收计算设备接收标志，接收计算设备具有麦克风，并且被配置为从通过麦克风作为声音捕获的波形提取标志。该方法进一步包括将捕获的标志与数据匹配以发起对数据的处理。
附图说明
图1是表示唯一数字标志的音频信号波形的从第一计算设备到第二计算设备的传输的示意图。
图2是用于使用声音波形提供数据交互的系统的示图。
图3是能够接收以及可选地发射声音波形的计算设备的框图。
图4是能够发射声音波形的计算设备的框图。
图5是使用声音波形进行交互的方法的流程图。
图6是系统的使用的示意图。
图7是系统的电子商务使用的示意图。
图8是系统在销售点使用的示意图。
具体实施方式
将参照附图来描述用于使用声音传输数据的系统的说明性示例。声音是可以被麦克风捕获或接收的种类。包括数字、字母和/或符号的数据(比如数值、字母符号或字母数字字符)可以用一个或多个波形来表示，并且由容纳在发射计算设备内的音频扬声器发射以及由容纳在接收计算设备内的音频麦克风接收。一个或多个波形的发射和接收可以实现从第一设备到第二设备的数据传输以促进验证和/或交互。在实体(physical)和/或虚拟(例如，电子商务)站点处的商务的背景下，一个或多个声音波形的发射和接收可以实现表示交易信息的数据从第一设备到第二设备的传输以促进交易。传输的数据可以是表示交易信息(包括例如用户的支付信息)的标志或密钥。一个或多个波形是未调制的或未被处理以用于编码或嵌入信号输入的一个或多个纯频率。从而，不需要对一个或多个波形进行解调来获得数据。简单地，一个或多个波形的存在或不存在可以足以获得由一个或多个频率表示的数据，比如标志或密钥。该方法与现有的市售系统是不同的，现有的市售系统通过单个载波频率的调制来将数字信号编码在载波频率内，并且当被接收器捕获时需要对编码的频率进行解调。
本文所描述的本发明与现有的市售实现相比的益处包括以下中的一个或多个：较低的延时、耐受较高信噪比的能力、在支付交易实现和与大型数据集交互的能力上可以被视为大于或等于现有系统的安全性。
现在参照附图，图1示出本发明的概览。系统将数据存储在数据集100中，并且数据用被分配唯一声音波形104的8到10字符字母数字密钥/标志102(在下文中为标志)来表示。从在许多实现中由标志表示的数据被设想为大于标志的意义上来说，该数据可以被认为是大的。该模拟波形被消费级扬声器106输出以便将该波形通过空气作为声音108传输到计算设备的接收麦克风110。接收计算设备然后捕获该声音。然后从波形112提取标志。然后使用提取的标志114来在设备上或在服务器处重新调用(recall)匹配数据116。匹配数据116可以是数据集100内的原始数据的提取或派生，或者匹配数据116可以与原始数据是相同的。波形作为声音的发射和随后从波形中对标志的提取可以用作接收设备在发射设备附近的确认。与用户接口处的提示(prompt)相组合，这可以用于验证接收设备处的交易或数据传送。另外，波形可以被嵌入在广播声音(比如广告、娱乐、公告等)中以促进用户参与、超链接或内容的分发以及类似事项。
如下面将详细地讨论的，本发明的波形对于背景噪声、干扰、音频文件压缩、广播音量上的保真度损失/干扰等是鲁棒的且耐受的。代替时序音调序列，本发明使用不同频率和振幅的多个同时发生的音调。这些音调可以是可听的、接近可听的、或超声的。尽管下面将讨论各种合适的频率，但是设想合适的频率范围为大约16kHz至大约22kHz，或者更具体地说，大约18.5kHz至大约20kHz。此外，可以将波形在音频文件或其他媒体内循环多次以提高它被捕获的可能性。
发射计算设备包括扬声器，并且被配置为播放包含波形的音频文件或输出包含波形的其他媒体，以使得波形被扬声器输出。发射计算设备可以在回放时从远程源(比如服务器)获得音频文件，或者可以存储一个或多个音频文件以用于未来回放。发射计算设备可以知道标志以及它们与音频文件的关联，或者可以被简单地配置用于音频输出。
接收计算设备包括对由麦克风捕获的不可听的和/或可听的音频信号进行解释并且使它们与包括字母、数字和/或符号字符的标志匹配的应用。该应用可以被存储在加密的或不加密的网络上并且在该网络上运行。可以针对主要的移动操作系统(比如Apple的iOS和Google的Android以及Google Chrome、Microsoft Windows和另外的环境)来构建应用的各版本。通过利用应用编程接口(API)，应用可以被配置为与使用HTML、XML和其他基于web的技术提供的服务和数据进行交互。加密的数据库可以用于存储个人信息，并且数据库可以被存储在一个或多个服务器处(例如在云中)。可以使用针对适当的环境的软件开发套件/工具(SDK)来用一种或多种编程语言编写应用。
在各种实现中，系统中的任何计算设备可以是发射计算设备和接收计算设备中的一个或两个。也就是说，依赖于实现要求，给定的计算设备可以仅实现到输出波形的声音发射功能性，仅实现使用麦克风捕获波形并且从这些波形获得标志的声音接收功能性，或实现发射功能性和接收功能性两者。
图2示出包括标志服务器130、至少两个计算设备132、134以及广域计算机网络136的系统，广域计算机网络136将计算设备132、134连接到标志服务器130。标志服务器130存储与限定唯一波形的声音文件142的集合相关联的唯一标志140的集合。声音文件142可以是基于本文其他地方描述的特定方法预先生成的，以使得每个声音文件142对应于不同的标志140。可替代地，声音文件142可以是基于当存在许多(例如，数百万个或数十亿个)不同的标志时可以有利的方法而根据需要生成的。标志和波形之间的一一对应被实施。从而使得标志库140以及可选地声音文件142是可用的。标志服务器130还存储与标志140的使用有关的数据。也就是说，标志服务器130存储每个标志140的到期(expiry)时间144。标志服务器130被配置为只有在到期时间144已经过去之后才重新使用特定的标志140。标志服务器130可以进一步存储使用中的每个标志140的标识符146，标识符146与目前被分配标志140的账户、交易、用户、公司、设备或其他唯一实体或事件有关。标志服务器130包括实现其功能性的处理器和存储器，并且可以进一步包括普遍提供给计算机服务器的其他组件。
广域计算机网络136可以包括互联网、专用网、局域网、虚拟专用网、无线网络、有线网络、类似的计算机网络或这样的任何组合。
接收计算设备132被配置为通过应用本文其他地方描述的方法将捕获的波形转换为标志来从由其麦克风捕获的声音148获得标志。接收计算设备132被配置为将获得的标志经由网络136传输到标志服务器130。接收计算设备的示例包括移动电话、智能电话、平板计算机、台式/膝上型计算机等。
发射计算设备134被配置为经由网络136接收声音文件并且播放该声音文件以输出要被接收计算设备132捕获的声音。发射计算设备的示例包括移动电话、智能电话、平板计算机、台式/膝上型计算机、销售点终端等。
系统进一步包括服务150，比如销售点服务、电子商务服务、数据/文件/图像存储/共享服务、聊天或即时通讯系统、媒体广播/输出系统、社交网络或类似服务。服务150是使用连接到广域计算机网络136的一个或多个服务器实现的。服务150将数据152与标识符146相关联，标识符146可以在标志服务器130处与标志140关联。从而，在服务150和标志服务器130之间，数据152与标志140相关联。服务150被配置为基于与特定标志是否已经被传输到发射设备和/或一个或多个接收设备是否已经从捕获的声音获得该特定标志有关的、来自标志服务器130的通信信息来对数据进行处理。在一些实现(比如金融交易)中，预计一个接收设备接收特定波形和标志。在其他实现(比如嵌入有标志承载波形的媒体的广播)中，预计多个接收设备接收特定波形和标志。
在销售点示例中，数据152表示正在被服务150处理的交易，服务150可以是商家的计算机系统、支付处理系统、支付网关或类似服务。当交易要被完成时，服务向标志服务器130请求标志140，并且把由标志服务器130提供的相关联的声音文件142递送给发射计算机设备134(比如销售点终端)。标志服务器130将标志140与从服务150接收的交易标识符146相关联，并且在未来的某个时间(比如从当前时间起的30秒)为标志140设置到期时间144，未来的某个时间表示交易的超时(timeout)。发射计算机设备134播放声音文件。接收计算设备132(比如购买者的移动电话)捕获由发射计算机设备134发射的声音148，并且从捕获的声音中提取标志140。接收计算设备132可以被接收计算设备132的用户接口处的用户命令触发以收听声音。接收计算设备132将获得的标志140以及在接收计算设备132处存储或输入的任何支付信息(例如，信用卡号、PIN等)传输到标志服务器130。标志服务器130使用从计算设备132接收的标志来获得交易标识符146，并且将关于交易的支付信息传送到服务150以用于完成交易。可替代地或另外地，标志服务器130或相关服务器可以代表接收计算设备132存储支付信息，以使得接收计算设备132不需要传输关于每个交易的支付信息。进一步推进该点，支付信息可以部分地存储在标志服务器130或相关服务器处，其中接收计算设备132提供关于每个交易的支付信息的完成部分。
系统的其他示例应用包括设备132、134之间的数据共享，在这种情况下，服务是数据托管(host)或存储服务(例如，图像托管服务、Dropbox等)，并且两个设备都设有声音接收和发射功能性。另一示例是在娱乐、广告、公告或其他类型的音频/视频输出期间声音波形的广播。在这种情况下，发射计算设备是固定的显示器、电视机、音频输出设备(例如，声音系统)或类似设备，并且可以预计多个接收计算设备132接收声音148。
标志和对应的波形可以被认为是可以根据需要从其抽取的库或池。到期时间设置基础交易、兑换或其他数据处理事件被认为完成或中止(abort)之前的基本时间限制，并且标志可以被重复使用。在波形可以被记录(比如娱乐广播)的情形下可以提供附加的冷却时间(例如，添加到到期时间)。例如，如果波形在1小时TV节目期间被广播，则标志可以被阻止重复使用1周，以便防止TV节目被记录时的意外行为。
在本文所讨论的示例中，标志被设想为8到10个字符的长度。然而，在各种实现中可以使用任何合适的标志长度。
图3示出计算设备200的框图。计算设备200可以用于本文所讨论的接收计算设备中的任何一个或发射和接收计算设备中的任何一个，比如计算设备132。为了说明性的目的，计算设备200包括扬声器和麦克风两者，但是应理解仅被配置为接收波形的设备可以省略扬声器。计算设备200包括处理器和存储器202、扬声器204、麦克风206、模数转换器(ADC)和/或数字信号处理器(DSP)208以及通信接口210。计算设备200进一步包括操作系统220和应用222，应用222包括图形用户接口(GUI)224和标志提取器226。计算设备200可以包括为简洁起见未示出的另外的组件，比如显示设备、输入设备等。
处理器和存储器202被配置为存储并且执行实施本文所描述的功能性的指令，比如经由应用222和操作系统220。存储器还能够存储标志、音频文件和相关数据。
扬声器204被配置为将从应用222、另一应用和/或操作系统220接收的波形作为声音发射。
麦克风206被配置为捕获来自计算设备200附近的声音。ADC和/或DSP将由麦克风捕获的模拟信号处理为可以被应用222和操作系统220理解的数字信号。
通信接口210被配置为在计算设备200和计算机网络(比如广域网136)之间传送数据。通信接口210可以包括任何合适的端口、天线、芯片组或这样的组合。
操作系统220是本文其他地方所讨论的操作系统或类似操作系统中的任何一个，并且管理计算设备200的总体操作。这可以包括应用222和扬声器204、ADC/DSP 208和麦克风206以及通信接口210之间的信号的通信。
应用222被配置为实现本文针对接收计算设备所讨论的功能性，比如接收声音波形、将这些波形转变为标志、并且将这些标志传送到服务器或其他设备。应用222还可以被配置为经由通信接口210从服务器或其他设备接收音频文件并且在扬声器204处输出音频文件，以便表现为发射计算设备。播放音频文件可能不需要在应用222处进行大量特定的编程，因为该功能性普遍被操作系统220所支持。
GUI 224被配置为向用户提供开始收听波形、停止收听波形和/或类似操作的控制。GUI 224还可以被配置为接收来自用户的数据(比如要与服务或其他计算设备共享的支付信息、个人数据和/或其他数据(例如，图像))的输入或选择。
标志提取器226被配置为从捕获的音频波形提取标志。这通过捕获的波形的频率和振幅分析并且通过将频率和振幅映射到用于构造标志的所建立的字符的集合来实现。如本文其他地方所提及的，可以使用任何类型的映射。例如，特定振幅处的特定频率可以对应于特定的标志字符。或者，多个特定振幅处的多个特定频率可以对应于一个或多个特定的标志字符。另外，可以禁止某些频率/振幅组合，由此使某些字符组合无效。频率和振幅中的任何一个或组合可以对应于任何数量的标志字符，并且严格的音调到字符映射是不需要的。
图4示出计算设备250的框图。计算设备250可以用于本文所讨论的发射计算设备中的任何一个，比如计算设备134、销售点终端、媒体回放终端(例如，固定显示器、电视机等)以及类似设备。计算设备250包括处理器和存储器252、扬声器254以及通信接口260。计算设备250还包括操作系统270和应用272。计算设备250可以包括为简洁起见未示出的另外的组件，比如显示设备、输入设备等。
处理器和存储器252被配置为存储并且执行实施本文所描述的功能性的指令，比如经由应用272和操作系统250。存储器还能够存储音频文件、用于回放的其他媒体和相关数据。
扬声器254被配置为将从应用272和/或操作系统270接收的波形作为声音发射。
通信接口260被配置为在计算设备250和计算机网络(比如广域网136)之间传送数据。通信接口260可以包括任何合适的端口、天线、芯片组或这样的组合。
操作系统270可以是本文其他地方所讨论的操作系统、销售点终端操作系统或类似操作系统中的任何一个，并且管理计算设备250的总体操作。这可以包括应用272和扬声器254以及通信接口260之间的信号的通信。
应用272被配置为实现本文针对发射计算设备所讨论的功能性，比如销售点功能性、媒体回放/输出功能性以及类似功能性。应用272被配置为经由通信接口260接收来自服务的音频文件、音频/视频媒体和/或其他数据。应用272被配置为在扬声器254处输出标志承载波形，以便表现为发射计算设备。波形可以在专用的音频文件中提供，或者被嵌入正在被输出的其他媒体(例如，音频/视频娱乐、广告等)内。
图5示出根据本发明的方法。该方法可以由本文所讨论的系统和设备执行，但是这将不被看作是限制。
在步骤300，将标志分配给数据302。这可以例如经由中间标识符来实现，如果标志和数据由不同的实体管理，则中间标识符是有用的。同时，可以设置标志的到期时间。标志分配可以在服务器上发生。
接下来，在步骤304，生成或选择(如果预先生成了的话)标志的声音波形。
在步骤306，经由计算机网络将波形传输到发射计算设备。波形可以被作为单独的音频文件或者作为音频或视频文件或承载其他媒体(比如娱乐、广告、公告等)的流的一部分而传输。
在步骤308，通过发射计算设备的扬声器将波形作为声音发射。波形的输出可以在特定的事件期间(比如在金融交易到数据共享事件期间)执行，或者可以在正在进行的基础上执行，比如在媒体广播期间。可以在一持续时间内在时间上循环(重复)波形。
发射波形，直到在步骤310达到超时，此刻，在标志在步骤314被释放以用于重新使用之前，在步骤312，可以在冷却时间段内阻止标志被重复使用。超时持续时间和冷却时间段等同于到期时间，并且这些值可以被以各种方式存储和跟踪。一般来说，超时是标志可以被作用的时间，冷却是标志可以被重复使用之前的时间。
在步骤318，在波形声音正在被发射的同时，接收计算设备经由其麦克风捕获声音。这可以响应于在步骤316处在接收计算设备处的启用收听功能性的用户命令。
在步骤320，对捕获的声音分析指示标志的波形，并且在步骤322，从波形提取任何这样的标志。这可以通过在接收计算设备处执行的频率/振幅分析来实现。可替代地，捕获的波形可以被作为数据从接收计算设备传输到服务器以用于在服务器处进行分析。
接下来，在步骤324，识别由标志表示的数据302。这可以包括接收计算设备将标志传输到最初分配标志的服务器。标志与数据的相关性识别数据，不管是直接地，还是经由中间标识符。
然后在步骤326，对数据进行处理。处理类型依赖于实现，并且处理可以由管理标志的相同服务器、不同的服务器或单独的服务来执行。处理的示例在本文的其他地方被讨论，并且包括金融交易的完成、数据的共享、内容或到内容的链接的通信以及类似处理。
对于多使用标志，即，预计将被多个接收设备使用(或被同一个设备使用多于一次)的标志，方法前进到冷却并且只有在步骤310处超时之后才释放。这也可以对单使用标志(比如用于完成金融交易的那些)进行。可替代地，对于单使用标志，可以使用标志的实际使用来触发冷却和释放(即，步骤326和312之间的虚线箭头)。在还有的另外的替代方案中，可以在由一个或多个接收设备一定数量地使用之后停用多使用标志，该数量可以由服务器或服务跟踪，并且可以触发该方法从步骤326前进到冷却步骤312和释放步骤314。
值得注意的是，在该方法中，没有数字握手是必需的。相反，利用由接收计算设备使用麦克风进行的波形捕获来确认数据要被处理。
图6示出该系统促进两个电子设备之间的交互的使用。在图6中，常规的消费者电子设备(在这种情况下为智能电话410)用于与具有扬声器420的互联网连接设备进行支付和/或交互，该互联网连接设备将波形415作为声音发射。扬声器420可以是任何类型的音频或视频设备(比如固定显示器、电视机等)的一部分。波形由存储被分配标志的数据或数据标识符的系统创建，该标志继而被分配对应的波形。波形被智能电话的麦克风接收，并且通过使用从波形提取标志的应用405而被辨别。一旦波形的标志被获得，标志就经由计算机网络425被传输到服务器。服务器将标志与先前分配给标志的数据440匹配430，以使得数据可以被处理。
图7示出系统促进虚拟商务平台中的顾客/商家交互的使用。图5涉及电子商务。在该示例中，用户操作台式/膝上型计算机和智能电话510。用户利用计算机访问网站，并且选择添加到购物车中的商品。一旦被添加，用户就在激活软件应用的智能电话510上激活图形用户接口按钮。如本文其他地方所讨论的，台式/膝上型计算机然后将波形515发射到用于与波形交互的智能电话510。波形由存储被分配标志的交易数据或交易数据标识符的系统创建，该标志继而被分配波形。波形经由计算机网络525被传输到台式/膝上型计算机上的扬声器，该扬声器然后将波形作为声音发射。波形被智能电话的麦克风接收，并且通过使用从波形提取标志的应用而被辨别。一旦波形的标志被获得，标志就经由计算机网络525被传输到服务器。服务器将标志与先前分配给该标志的交易数据540匹配535，以使得交易可以被处理。
图8示出系统促进实体销售点地点中的顾客/商家交互的使用。图8涉及实体位置处的销售点设备处的交易。在该示例中，用户具有智能电话610。用户访问具有销售点支付终端设备620的商家的实体零售位置。在用户的购买被收银员结账(ring up)之后，销售点终端将波形615发射到智能电话610。波形是由系统创建的与各种标志相关联的许多波形中的一个，各种标志与正在被处理的各种交易相关联。波形经由计算机网络625被传输到销售点终端，销售点终端然后经由其扬声器将波形作为声音发射。波形被用户的智能电话麦克风接收，并且通过使用从波形提取标志的应用而被辨别。一旦波形的标志被获得，标志就经由计算机网络525被传输到服务器。服务器将标志与先前分配给标志的交易数据640匹配635，以使得交易可以被处理。同时，支付信息可以从智能电话被发送到系统。
波形是可以使用各种数字技术(包括但不限于音频文件，比如MP4、MP3、WAV文件以及类似的数字技术)传输的唯一基于音频的信号。波形是波的形状的指示其特性(比如频率对振幅或时间对振幅)的图形表示。
波形包括多个唯一的未调制的纯频率，这些纯频率可以被常规的消费级扬声器发射，并且被常规的消费级麦克风捕获。因为唯一的频率是未调制的，所以传输的波形没有伴随一些调制方案的调制频率边带。
因为频率是在没有调制的情况下发射的，所以频率带宽窄，并且捕获并且辨别频率的通道(channel)可以对应地窄，比如小于20Hz或者甚至小于10Hz。
为了创建传输20Hz至25kHz的音频频率范围内的数据的极度可靠且鲁棒的方法，频率通道被配置有10Hz的差异以用于该频率范围内的辨别和模式匹配。基于测试的对于频率通道的有效差别(differential)在无声环境内为1Hz。然而，在确保较快速且较鲁棒的辨别的实际实现中，合适的实现具有最小2Hz通道偏差，并且由于信号噪声挑战，使用5至10Hz通道。范围可以超过10Hz通道，不过表示数据的标志的可能的组合将有所减少。小于1Hz的通道可以用于几乎没有直至没有信噪比(signal to noise)的环境中。
通道还可以被配置为具有振幅的维度。在嘈杂的环境中，通道不是基于振幅维度而区分的，并且是保持恒定的，基于频率区分通道以用于鲁棒的且可靠的波形辨别。然而，在具有低背景噪声或干扰和/或使用较高性能的音频装置和混音装置的环境中，可以利用3至5dB的振幅通道来创建用于大型数据集的附加标志。3dB或更小的通道可以用在几乎没有直至没有噪声或干扰的环境中。
在所描述的系统中，基于时间的通道在具有低背景噪声或干扰的环境中需要最小50毫秒间隔。在正常的环境中，利用100毫秒间隔来确保鲁棒且可靠的辨别。大于100毫秒的间隔可以被部署，但是可用于分配的标志将有所减少。小于50毫秒的通道可以在几乎没有直至没有噪声或干扰的、大的计算能力和/或环境的情况下使用。
从而，在几乎没有或没有背景噪声的环境中，可以对每个通道将振幅和/或时间作为区分的维度而合并，从而实现具有频率、振幅和时间的维度的三维通道。
为了改进安全性和可靠性，可以在传输波形之前传输对于波形的先占(pre-empt)标识的音频标记。音频标记可以创建用于在辨别时间无关紧要并且安全性呈现较高优先级的环境中使用的访问和安全级别。
唯一的波形表示唯一的标志。唯一的标志可以是包括字母、数字或符号的任何唯一组合的任何唯一标识符。许多标志化方案目前在实践中，并且可以调节和改动任何现有的标志化方案以适合系统。标志化可以用于保卫敏感数据，敏感数据包含例如银行账户、财务报表、医学记录、犯罪记录、司机的驾驶证、贷款申请、股票交易、选民登记以及其他类型的个人可识别信息(PII)。标志化经常在信用卡处理中使用。为了数据安全性，标志化用不具有外在的或可利用的意义或价值的不敏感的等同物或代用品(surrogate)(被称为标志)来代替敏感数据元素。标志是通过标志化系统映射回到敏感数据的引用(即，标识符)。从原始数据到代用标志的映射使用在标志化系统不存在的情况下使得标志反转不可实行(例如使用根据随机数创建的标志)的方法。为了创建对于大多数实现足够大的标志样例(sample)大小，最少两个频率被使用，并且导致最小标志量(population)2,556。而单个频率将导致72个可能的标志。三频率通道系统产生59,640个标志，四频率通道系统产生1,028,790个标志。该标志系统采取具有相同的振幅的基于同时时间的广播。添加这些另外两个维度可以使标志样例大小呈指数地增大，但是将对系统的鲁棒性和可靠性造成潜在问题。因此，使用至少两个频率来创建最小的标志和波形库。设想可以使用两个到四个频率。可以使用大于四个的频率，但是传输、辨别和返回数据集的时间将较长，因此将依赖于特定实现的时间敏感性来调整所使用的唯一频率的数量。
为了实现根据一些实施例的标志和波形的库或池，每个标志对应于一个唯一波形。波形可以被存储为声音文件。每个波形是从在时间上重叠的特定振幅的至少两个频率构造的。不使用时域编码。也就是说，不将标志的字符映射到不同声音的时序序列。相反，各种频率和振幅的音调是一致的，由此创建表示标志的声音“图片”。可以使用频率和振幅分析来从这样的波形容易地提取标志。可以在音频文件中循环波形以提高波形的至少一个全长被接收设备捕获的机会。而且，这可以用于误差校正，因为接收计算设备可以被配置为尝试捕获尽可能多的波形并且丢弃不符合大多数的那些波形。
标志和波形承载音频文件可以提前生成，并且存储在服务器中以用于根据需要使用。可替代地，标志和/或波形承载音频文件可以根据需要生成，并且可以在使用之后被丢弃。
各种方法可以用于将标志转换为波形以及反过来。也就是说，标志的字符集合的每个字符可以对应于具有特定频率和特定振幅的基本单调(monotonic)波形。当标志被制作时，相关联的基本波形在时间上是重叠的。此外，可以实现各种规则来保持最后波形的可理解性并且提高对于噪声的耐受性。例如，可以禁止某些标志字符组合。此外，例如，标志字符可以具有几个可能的基本波形，依赖于标志中存在的其他字符来从这些基本波形中选择一个基本波形。
用于构造(compose)音频信号的唯一频率选自预设频率范围内的具有预定频率间隔的预定频率的集合。设想唯一频率选自从1Hz至60kHz的范围内的相隔至少5Hz的一组至少20个不同的预定频率。更合适的频率范围为大约16kHz至大约22kHz，并且更进一步地，大约18.5kHz至大约20kHz。数量、频率间隔和总体频率范围都可以被改变以适合期望的实现。例如，预定频率的数量可以大于75、100、125、150、175、200、225、250、275、300个或大于其间的任何数量。据设想，从与将波形映射或链接到数据相关联的第一时间点到与传输音频信号相关联的第二时间点，预定频率的至少一个参数被保持恒定。例如，从生成标志的时间到传输音频信号的时间，预定频率的频率间隔可以被保持恒定。在另一示例中，从生成标志的时间到传输音频信号的时间，预定频率的数量可以被保持恒定。在又一示例中，从生成标志的时间到传输音频信号的时间，预定频率的数量和频率间隔两者可以被保持恒定。
预定通道用于确定哪个通道包含捕获的音频信号内所包括的每个唯一频率。预定通道可以选自预定数量的频率通道的集合，每个通道具有预定的频率宽度并且由包含预定的唯一频率中的单个唯一频率的预定界限(limit)约束(bound)。通常，频率通道选自一组至少20个预定频率通道，每个通道具有至少5Hz的频率宽度并且由包含这20个预定唯一频率中的单个唯一频率的界限约束。数量、频率宽度和总体频率范围全都可以被改变以适合期望的实现。例如，预定频率通道的数量可以大于25、50、75、100、125、150、175、200、225、250、275、300个或大于其间的任何数量。设想预定频率通道的数量将等于或大于预定的唯一频率的数量。设想预定频率通道的至少一个参数从与将波形映射或链接到数据相关联的第一时间点到与传输音频信号相关联的第二时间点被保持恒定。例如，预定频率通道的频率宽度可以从生成标志的时间到传输音频信号的时间被保持恒定。在另一示例中，预定频率通道的数量可以从生成标志的时间到传输音频信号的时间被保持恒定。在又一示例中，预定频率通道的数量和频率宽度这二者可以从生成标志的时间到传输音频信号的时间被保持恒定。
在合适(例如关于较低的背景噪声或干扰)的情况下，可以像用于建立预定的唯一频率和预定的频率通道的参数那样来对于振幅和/或时间维度应用类似的考虑。
系统可以用于用标志和对应的波形来表示任何类型的个人数据。个人数据的示例包括但不限于，邮寄地址、账单信息、信用卡信息、借记卡信息、密码、社保号、生日、母亲的婚前姓等。
将认识到，用户可以在没有计算设备(例如，具有产生对用户的个人数据进行编码的音频信号的能力的任何设备)的情况下利用该系统。不是计算设备的用户设备的一个示例是包括音频信号发送器的信用卡。
音频信号是1Hz至60kHz范围内的可听的和不可听的声音频率。在某些示例中，音频信号具有小于55kHz、50kHz、45kHz、40kHz、35kHz、30kHz、25kHz、20kHz或者小于其间的任何频率的频率。在某些示例中，音频信号包括具有大于2Hz、4Hz、6Hz、8Hz、10Hz、12Hz、14Hz、16Hz、18Hz、20Hz、22Hz、24Hz、26Hz、28Hz、30Hz或者大于其间的任何频率的频率。
许多常规的扬声器和麦克风能够传输和捕获/接收1Hz至40kHz范围内的声音频率。这些扬声器和麦克风见于典型的消费者电子产品内。这些声音频率可以由这些扬声器生成以用于传输表示数据的标志。此外，这些声音频率可以被麦克风捕获以用于接收表示数据的标志。
系统可以依赖于该系统的期望实现而适应许多不同的后端服务器配置。例如，后端服务器可以经由交易或支付处理器(比如Visa、MasterCard和American Express)提供授权。然后将确认发送给商家和顾客以完成交易。在另一示例中，后端服务器可以提供已经被计算设备记录并且被发送到后端服务器以用于解码的声音文件的解码。
本发明的另外的示例也被设想。用户的计算设备可以被配置为记录捕获的波形，其中剩余的处理发生在服务器上或者由服务发生。在另一示例中，可以用于实现礼品卡和类似应用的所有的处理(包括标志匹配)发生在用户的计算设备上。在其他示例中，可以基于信用历史、购买模式或其他贷款值等等(among other things)来在引用针对单个的顾客的存储值的服务处执行处理。此外，如本文其他地方所描述的，音频信号发射和捕获可以在从商家的销售点设备到用户的计算设备的方向上，或者可替代地，声音波形可以被用户的计算设备发射并且被销售点终端捕获。双向声音波形通信也是可能的。
许多不同类型的算法可以合并在系统内的执行不同功能的计算机可编程代码中，这些功能包括例如对带有嵌入的个人数据的音频信号进行编码、对这些音频信号进行解码、对个人数据进行加密、对个人数据进行解密的功能等。
加密/解密可以用于各种实现中，并且可以包括各种加密方法和标准，包括但不限于AES、DES、三重DES、散列、ECC等。
系统可以适应任何类型的网络配置。例如，网络可以包括所谓的基于云的计算系统，在这些计算系统中，处理能力、存储和联网是经由互联网访问的，以及利用第三方系统，比如但不限于Amazon Web服务。
网络可以是单个网络或多个网络的组合。例如，网络可以包括互联网和/或一个或多个内联网、有线网络、无线网络和/或其他适当类型的通信网络。在许多示例中，网络可以包括适于与其他通信网络(比如互联网)进行通信的无线电信网络(例如，蜂窝电话网络)。网络可以包括利用TCP/IP协议(包括基于TCP/IP协议的协议，比如HTTP、HTTPS或FTP)的计算机网络。
系统可以适于遵循任何计算机通信标准，包括可扩展标记语言(XML)、超文本传输协议(HTTP)、Java消息服务(JMS)、简单对象访问协议(SOAP)、表述性状态转移(REST)、轻量目录访问协议(LDAP)、简单邮件传输协议(SMTP)等。
本文所描述的系统及其每个变体、修改或组合也可以实现为计算机可读介质上的方法或代码。计算机可读介质是可以存储此后可以被计算机系统读取的数据的有形数据存储设备。计算机可读介质的示例包括只读存储器、随机存取存储器、CD-ROM、磁带、光学数据存储设备等。计算机可读介质可以是地理上局部的，或者可以分布在联网的计算机系统上以使得计算机可读代码被以分布式的方式存储和执行。
本文所描述的实施例意图用于说明性的目的，而没有任何意图的一般性丧失。其更进一步的变体、修改或组合被设想，并且将被本领域技术人员认识到。从而，前面详述的描述并非意图限制要求保护的主题的范围、适用性或配置。

Claims (19)

1.一种用于对数据进行处理的系统，该系统包括：
标志服务器，该标志服务器被配置为将标志分配给数据，标志与声音波形相关联，标志服务器将每个标志与由不同频率的至少两个同时发生的音调限定的唯一声音波形相关联，标志服务器被配置为经由计算机网络与对由标志表示的数据进行处理的服务进行通信；
连接到计算机网络的至少一个发射计算设备，该发射计算设备具有扬声器，并且被配置为将经由计算机网络接收的波形作为声音发射，发射计算设备还被配置为经由计算机网络与对由标志表示的数据进行处理的服务进行通信；以及
连接到计算机网络的至少一个接收计算设备，该接收计算设备具有扬声器和标志提取器，扬声器被配置为捕获作为声音接收的波形，标志提取器被配置为从捕获的波形中提取标志，接收计算设备被配置为将提取的标志传输到标志服务器以使标志服务器识别由提取的标志表示的数据，以使得任何识别的数据可以如接收计算设备所确认的那样被服务处理。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，波形的频率选自相隔至少5Hz的至少20个不同的预定频率。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，接收计算设备被配置为识别包含每个波形的每个不同频率的通道，通道选自一组至少20个预定通道，每个预定通道具有至少5Hz的频率宽度并且由包含至少20个预定频率中的单个预定频率的界限约束。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，至少20个预定通道的频率宽度保持恒定。
5.根据权利要求2所述的系统，其中，至少20个预定通道的数量保持恒定。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的系统，其中，至少20个预定频率的频率间隔保持恒定。
7.根据权利要求2至5中任一项所述的系统，其中，至少20个预定频率的数量保持恒定。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其中，发射计算机设备是商家计算设备或销售点终端，接收计算设备是购买者的计算设备，并且数据表示关于货物或服务的交易。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其中，不同频率的至少两个同时发生的音调是未调制的纯频率。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其中，每个波形没有被调制的频率边带。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的系统，其中，不同频率的至少两个同时发生的音调包括16kHz至22kHz的频率范围内的至少两个频率。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的系统，其中，不同频率的至少两个同时发生的音调包括18.5kHz至20kHz的频率范围内的至少两个频率。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的系统，其中，波形被作为声音文件传输到发射计算设备。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的系统，其中，波形在其他媒体内被传输到发射计算设备。
15.根据权利要求1至12中任一项所述的系统，其中，标志服务器存储包含波形的、预先生成的声音文件。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，在声音文件中的相应的一个声音文件中循环每个波形。
17.一种被配置为将标志分配给数据的标志服务器，标志与声音波形相关联，标志服务器将每个标志与由不同频率的至少两个同时发生的音调限定的唯一声音波形相关联，标志服务器被配置为经由计算机网络与对由标志表示的数据进行处理的服务进行通信，标志服务器还被配置为与计算设备进行通信以基于从计算设备接收的标志以及所接收的标志与数据的匹配来确认对数据的处理，计算设备被配置为执行以下操作中的一个或两个：将波形作为声音发射，以及捕获波形并且从这些波形中提取标志。
18.一种用于对数据进行处理的方法，该方法包括：
将标志分配给要被处理的数据，标志与由不同频率的至少两个同时发生的音调限定的唯一声音波形相关联；
发起经由计算机网络对发射计算设备的波形的传输，发射计算设备具有用于将波形作为声音发射的扬声器；
经由计算机网络从接收计算设备接收标志，接收计算设备具有麦克风，并且被配置为从通过麦克风作为声音被捕获的波形中提取标志；以及
将捕获的标志与数据匹配以发起数据的处理。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括使用接收计算设备的麦克风捕获波形并且从捕获的波形中提取标志。
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