CN108234030A - 声波传输装置及其传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种声波传输装置，包括发送端和接收端，所述发送端包括判断模块、第一传输模块，所述接收端包括识别模块、第二传输模块；识别模块用于接收第一传输模块所发出的第一声波后，对该第一声波进行识别，并获取识别结果；第二传输模块用于根据识别结果，选择性地向第一传输模块发出确认声波；判断模块用于判断第一传输模块是否接收到确认声波；若是，则第一传输模块将第二声波作为第一声波发出；若否，则第一传输模块将第一声波发出。本案通过多频率混合的方式提高信道带宽，增加数据传输速率，数据通过纠错码进行编码，提高识别率，接收端通过应答的方式提高接收的速度以及成功率，并且适用于大量数据的连续发送。

Description

声波传输装置及其传输方法

技术领域

本发明涉及一种声波传输技术领域，具体涉及一种声波传输装置及其传输方法。

背景技术

现有的讯号传输方式主要有两种方式，一种为有线传输方式，比如说USB(Universal Serial Bus)接口，另一种为无线传输方式，比如应用蓝牙(Bluetooth)技术或Wi-Fi(Wireless Fidelity)技术等。由于不受线路、距离等限制，无线传输方式的应用更为广泛，但无线传输方式都是需要无线网络的支撑。声波传输技术是一项新的无线传输技术，例如，支付宝的声波付款，仅仅只能传输简单的字符，还需要借助网络进行信息交换和确认，并且识别率低，数据传输速度慢。

现有技术中的声波传输技术没有应答机制，发送端必须不停的一遍一遍发送声波，直到接收端接收成功，并通过网络向发送端确认，发送端才停止声音播放，不能连续进行声波传输。

发明内容

本发明的一个目的是针对现有技术的缺陷，提供一种高传输速率、高识别率的声波传输装置及其传输方法，基于普通移动设备的扬声器和麦克风，通过声波进行数据传输；主要解决在没有网络环境的情况下与智能设备进行信息交换。

特别地，本发明提供了一种声波传输装置，包括发送端和接收端，所述发送端包括判断模块、第一传输模块，所述接收端包括识别模块、第二传输模块；

所述识别模块用于接收所述第一传输模块所发出的第一声波后，对该第一声波进行识别，并获取识别结果；

所述第二传输模块用于根据所述识别结果，选择性地向所述第一传输模块发出确认声波；

所述判断模块用于判断所述第一传输模块是否接收到所述确认声波；

当所述判断模块的判断结果为是，则所述第一传输模块将第二声波作为所述第一声波发出；

当所述判断模块的判断结果为否，则所述第一传输模块将所述第一声波发出。

进一步的，所述发送端还包括数据输入模块、数据封包模块、纠错码编码模块、音频数据生成模块、音频数据播放模块；所述接收端还包括音频数据采集模块、纠错码解码模块、数据解包模块、数据输出模块。

进一步的，所述识别模块包括：用于将时域信息转化为频域信息的傅里叶变换单元、用于对所述频域信息进行鉴别的鉴别单元。

进一步的，所述根据所述识别结果，选择性地向所述第一传输模块发出确认声波具体包括:当所述识别结果为已接收到所述第一声波，则向所述发送端发出所述确认声波；当所述识别结果为未接收到所述第一声波，则不发出所述确认声波。

进一步的，所述判断所述第一传输模块是否接收到所述确认声波具体包括，判断所述第一传输模块在发出第一声波后的预设时间段内是否接收到所述确认声波。

本案还提供了一种声波传输方法，所述方法包括：

步骤a:采用接收端接收发送端所发出的第一声波，由所述接收端对该第一声波进行识别，并获取识别结果；

步骤b:所述接收端根据所述识别结果，选择性地向所述发送端发出确认声波；

步骤c：判断所述发送端是否接收到所述确认声波；

步骤d：若所述发送端接收到所述确认声波，则所述发送端将第二声波作为所述第一声波发出，并返回步骤a；

步骤e：若所述发送端未收到所述确认声波，则所述发送端将所述第一声波发出，并返回步骤a。

进一步的，所述步骤a之前还包括采用所述发送端输入所述第一声波的数据、数据封包、纠错码编码、生成音频数据、播放音频数据；所述步骤a中的接收端接收发送端所发出的第一声波具体包括：采集所述发送端所发出的音频数据；所述步骤d中还包括：采用所述接收端进行纠错码解码、数据解包、输出数据。

进一步的，所述步骤a中的由所述接收端对该第一声波进行识别具体包括：将所述第一声波数据的时域信息转化为频域信息，对所述频域信息进行识别。

进一步的，所述步骤b具体包括:当所述识别结果为已接收到所述第一声波，则向所述发送端发出所述确认声波；当所述识别结果为未接收到所述第一声波，则不发出所述确认声波。

进一步的，所述步骤c具体包括，判断所述发送端在发出第一声波后的预设时间段内是否接收到所述确认声波。

本案中的接收端开启在接收模式，直到收到一段声波并识别后，根据识别结果选择性的切换到发送模式发送确认声波，确认声波发送完毕再切换到接收模式。发送端发送一段数据完毕切换为接收模式接收确认声波，在预设时间段内没有收到确认声波，则重新发送，若接收到确认声波则切换到发送模式继续发送其它数据。本发明通过多频率混合的方式提高信道带宽，增加数据传输速率，数据通过纠错码进行编码，提高识别率，接收端通过应答的方式提高接收的速度以及成功率，并且适用于大量数据的连续发送。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是本发明实施例一的声波传输装置的示意图；

图2是本发明实施例一的声波传输装置中的发送端的示意图；

图3是本发明实施例一的声波传输装置中的接收端的示意图；

图4是本发明实施例一的声波传输装置中的识别模块的示意图；

图5是本发明实施例二的声波传输方法的流程示意图。

具体实施方式

实施例一：

如图1所示，实施例一提供了一种声波传输装置，包括发送端1和接收端2，所述发送端1包括判断模块11、第一传输模块12，所述接收端2包括识别模块21、第二传输模块22。第一传输模块12可以包括第一发送单元、第一接收单元，第二传输模块22可以包括第二发送单元、第二接收单元，其中第一发送单元可以包括用于发出声波的扬声器，第二接收单元可以包括用于采集音频的麦克风。本发明通过发送端1和接收端2进行高速数据传输，发送端1主要作用将数据进行编码成声波通过扬声器播放、接收端2通过麦克风采集音频进行分析识别。

所述识别模块21用于接收所述第一传输模块12所发出的第一声波后，对该第一声波进行识别，并获取识别结果。

所述第二传输模块22用于根据所述识别结果，选择性地向所述第一传输模块12发出确认声波。

所述判断模块11用于判断所述第一传输模块12是否接收到所述确认声波；

当所述判断模块11的判断结果为是，则所述第一传输模块12将第二声波作为所述第一声波发出；

当所述判断模块11的判断结果为否，则所述第一传输模块12将所述第一声波发出。

本发明技术实现的流程是，发送端1发送一段声波、接收端2识别声波、接收端2发送确认声波、发送端1收到确认声波后，再发送下一段声波，如果发送端1未收到确认声波则继续发送同一段声波。

如图2-3所示，发送端1还包括数据输入模块13、数据封包模块14、纠错码编码模块15、音频数据生成模块16、音频数据播放模块17；所述接收端2还包括音频数据采集模块23、纠错码解码模块24、数据解包模块25、数据输出模块26。输入数据可以是任意数据（字符串，或者二进制）。输入的数据经过数据输入模块13、数据封包模块14、纠错码编码模块15、音频数据生成模块16、音频数据播放模块17形成了第一声波、第二声波等。

如图4所示，识别模块21包括：用于将时域信息转化为频域信息的傅里叶变换单元211、用于对所述频域信息进行鉴别的鉴别单元212。

第二传输模块22根据所述识别结果，选择性地向所述第一传输模块12发出确认声波具体包括:当所述识别结果为已接收到所述第一声波，则向所述发送端1发出所述确认声波；当识别结果为未接收到所述第一声波，则不向发送端1发出确认声波。接收端2开始启动在接收模式，直到收到一段声波并识别后，切换到发送模式发送确认声波，确认声波发送完毕再切换到接收模式。

判断模块11用于判断所述第一传输模块12是否接收到所述确认声波具体包括，判断所述第一传输模块12在发出第一声波后的预设时间段内是否接收到所述确认声波。预设时间段内可以设置为在发出第一声波后的0.2秒内，也可以是其它时间段，发送端1发送一段数据完毕切换为接收模式接收确认声波，在0.2秒内没有收到确认声波或者接收到确认声波则切换到发送模式继续发送数据。

本案中的接收端开启在接收模式，直到收到一段声波并识别后，根据识别结果选择性的切换到发送模式发送确认声波，确认声波发送完毕再切换到接收模式。发送端发送一段数据完毕切换为接收模式接收确认声波，在预设时间段内没有收到确认声波，则重新发送，若接收到确认声波则切换到发送模式继续发送其它数据。本发明通过多频率混合的方式提高信道带宽，增加数据传输速率，数据通过纠错码进行编码，提高识别率，接收端通过应答的方式提高接收的速度以及成功率，并且适用于大量数据的连续发送。

实施例二：

如图5所示，本案还提供了一种声波传输方法，所述方法包括：

步骤a:采用接收端2接收发送端1所发出的第一声波，由所述接收端2对该第一声波进行识别，并获取识别结果；

步骤b:所述接收端2根据所述识别结果，选择性地向所述发送端1发出确认声波；

步骤c：判断所述发送端1是否接收到所述确认声波；

步骤d：若所述发送端1接收到所述确认声波，则所述发送端1将第二声波作为所述第一声波发出，并返回步骤a；

步骤e：若所述发送端1未收到所述确认声波，则所述发送端1将所述第一声波发出，并返回步骤a。

也就是说，工作原理同上述实施例一，接收端2开始启动在接收模式，直到收到一段声波并识别后，切换到发送模式发送确认声波，确认声波发送完毕再切换到接收模式。发送端1发送一段数据完毕切换为接收模式接收确认声波，在预设时间段内没有收到确认声波，则再次发送，若接收到确认声波则切换到发送模式继续发送其它数据。整个过程可以不断循环，也可以随时中断。对于新的声波，采用替换已经传输成功声波的方式来达到继续传输的效果。

步骤a之前还包括采用所述发送端1输入所述第一声波的数据、数据封包、纠错码编码、生成音频数据、播放音频数据；所述步骤a中的接收端2接收发送端1所发出的第一声波具体包括：采集所述发送端1所发出的音频数据；所述步骤d中还包括：采用所述接收端2进行纠错码解码、数据解包、输出数据。

步骤a中的由所述接收端2对该第一声波进行识别具体包括：将所述第一声波数据的时域信息转化为频域信息，对所述频域信息进行识别。

步骤b具体包括:当所述识别结果为已接收到所述第一声波，则向所述发送端1发出所述确认声波；当所述识别结果为未接收到所述第一声波，则不向所述发送端1发出所述确认声波。

步骤c具体包括，判断所述发送端1在发出第一声波后的预设时间段内是否接收到所述确认声波。

具体的，上述实施例中，声波识别原理如下：

音频采用44.1k采样率发送和采集，能采集到0Hz到22000Hz的音频。接收端2每次使用512个采样，进行时域到频域的转换。时域到频域的转换采用快速傅里叶变换。512个音频采样再补充512个值为0的采样，组成1024个采样的时域信息。1024个时域采样经过快速傅里叶变换后，输出512个离散的频域信息。512个频域数据包括 512个频率的响度。变换之后相等于将 0到22kHz的音频平均划分为512频带，并计算每个频带的响度。本发明利用第150到437频带进行传输。

16个频带组成一组，每组频带只有一个频带的响度最高，代表这组频带的值。每组频带16个值可以代表4位二进制数据。两组频带的值可以代表8位二进制既1个字节。本发明同时使用9组频带，其中八组用来发送4个字节数据，其中1组用来代表同步序号。利用9组频带，即同时有9种频率发声音。

连续发声1024个声音采样，为一帧数据。9*16=144条频带，在每条有效频带之间插入空白频带，避免干扰。则一共使用144+143=287条频带。512条频带去掉低频和高频，使用频带从150到437。

编码方法如下：

每一帧由9个4bit数据组成，同步序号占用4bit，两个数据字节占用16bit，校验数据占用16bit。校验码采用里德-所罗门算法,本发明采用GF(2^4)域上的RS(9,5)算法。即，码长n=9字符，码元长k=5字符，纠错能力t=2字符，每字符为4bits，即一个码组合4.5字节，同步序号（一个编码字符）需要和两个字节有效数据（四个编码字符）作为有效数据，再编码出两个字节（四个编码字符）的校验数据，组成一帧（9个编码字符，36bit数据）。这样每帧数据能恢复任意两个字符的错误。每16帧组成一组，包含15个数据帧和一个校验帧，每一帧编号0到15。其中第16帧（编号为15）作为校验帧，存放前15帧有效要数据的校验值，用于恢复组内丢失的帧，可以恢复1帧错误数据。第十六帧的第一个数据字节（第5到第12比特）存放前十五帧每帧第一个字节的异或值。第十六帧的第二个数据字节（第17到第20比特）存放前十五帧每帧第二个字节的异或值。然后第十六帧进行rs编码，组成完整的一帧。这样在解码时，可以恢复组内任意丢失的一帧数据，丢失的一帧数据对应字节的值等于其他十五帧每一帧对应位置的异或值。至此我们每组数据可以携带30个字节的有效数据。

填充数据过程如下：

在输入数据第一个字节前插入一个字节的数据长度,作为有效数据数据整体。将每30个有效字节数据填充到一个组中，不够30个有效字节补0。由于有效数据第一个字节是长度，输入数据的最大长度为 255个字节。可填充到9个数据组中，作为一个数据包。每个数据包最大长度为255个字节。

数据进行音频编码。将每一帧的4bit数据调制成一种频率的正弦波。4bit可以调制成16种频率的正弦波，每种频率对应每个频带中间的频率。第一条正弦波的16种频率对应（150,152,154,156,158,160,162,164,166,168,170,172,174,176,178,180）16条频带，同一时刻这一组频带中只存在一种频率的正弦波。

每一帧一共36比特数据，一共可以生成9条正弦波，然后将正弦波混合，每一帧数据一共发送1024个声音采样。

将调制好的音频通过扬声器播放出去。

音频解码过程如下：

接收端2每接受512个声音采样，傅里叶变换，变换后得到每个频带的响度。帧中每4个比特作为一个字符，对应一条频带，在对应的一组频带中找到响度最高的频带，即为一个字符的值。例如在（150,152,154,156,158,160,162,164,166,168,170,172,174,176,178,180）16条频带中，150频带的响度最高，那么第一个字符（4个bit）的值就是0。其他8个字符同样方法可得到值。得到的9个字符进行 rscode解码，其中允许任意两个字符错误可恢复，超过2个字节错误即解码失败。每收到512个声音采样进行解码，然后按照同步需要排序，如果收到前15个帧没有解码失败，则提取有效数据，每帧两个字节，一共30个字节。如果收到第16帧，前边有丢失且丢失一帧，则可以利用剩余十五帧数据解出丢失的数据。丢失帧的第一个字节等于其他15帧第一个字节的异或值。丢失的帧的第二个字节等于其他15帧第二个字节的异或值。然后再提取有效数据。如果丢失超过两帧以上则解码失败，一组数据解码失败，则整个数据包的数据无效。第一帧的第一个字节代表长度，则接解码出指定长度后代表一包数据结束。结束后回复应答帧；应答帧的编码方式同数据发送帧，应答帧仅发送一帧，连续发送2048个音频采样。应答帧，第一个字节代表接收上一包数据的长度，第二个字节0代表成功，1代表失败。至此数据传输完成。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种声波传输装置，其特征在于，包括发送端和接收端，所述发送端包括判断模块、第一传输模块，所述接收端包括识别模块、第二传输模块；

所述识别模块用于接收所述第一传输模块所发出的第一声波后，对该第一声波进行识别，并获取识别结果；

所述第二传输模块用于根据所述识别结果，选择性地向所述第一传输模块发出确认声波；

所述判断模块用于判断所述第一传输模块是否接收到所述确认声波；

当所述判断模块的判断结果为是，则所述第一传输模块将第二声波作为所述第一声波发出；

当所述判断模块的判断结果为否，则所述第一传输模块将所述第一声波发出。

2.如权利要求1所述的声波传输装置，其特征在于：所述发送端还包括数据输入模块、数据封包模块、纠错码编码模块、音频数据生成模块、音频数据播放模块；所述接收端还包括音频数据采集模块、纠错码解码模块、数据解包模块、数据输出模块。

3.如权利要求2所述的声波传输装置，其特征在于：所述识别模块包括：用于将时域信息转化为频域信息的傅里叶变换单元、用于对所述频域信息进行鉴别的鉴别单元。

4.如权利要求3所述的声波传输装置，其特征在于：所述根据所述识别结果，选择性地向所述第一传输模块发出确认声波具体包括:当所述识别结果为已接收到所述第一声波，则向所述发送端发出所述确认声波；当所述识别结果为未接收到所述第一声波，则不发出所述确认声波。

5.如权利要求4所述的声波传输装置，其特征在于：所述判断所述第一传输模块是否接收到所述确认声波具体包括，判断所述第一传输模块在发出第一声波后的预设时间段内是否接收到所述确认声波。

6.一种声波传输方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤a:采用接收端接收发送端所发出的第一声波，由所述接收端对该第一声波进行识别，并获取识别结果；

步骤b:所述接收端根据所述识别结果，选择性地向所述发送端发出确认声波；

步骤c：判断所述发送端是否接收到所述确认声波；

步骤d：若所述发送端接收到所述确认声波，则所述发送端将第二声波作为所述第一声波发出，并返回步骤a；

步骤e：若所述发送端未收到所述确认声波，则所述发送端将所述第一声波发出，并返回步骤a。

7.如权利要求6所述的声波传输方法，其特征在于：所述步骤a之前还包括采用所述发送端输入所述第一声波的数据、数据封包、纠错码编码、生成音频数据、播放音频数据；所述步骤a中的接收端接收发送端所发出的第一声波具体包括：采集所述发送端所发出的音频数据；所述步骤d中还包括：采用所述接收端进行纠错码解码、数据解包、输出数据。

8.如权利要求7所述的声波传输方法，其特征在于：所述步骤a中的由所述接收端对该第一声波进行识别具体包括：将所述第一声波数据的时域信息转化为频域信息，对所述频域信息进行识别。

9.如权利要求8所述的声波传输方法，其特征在于：所述步骤b具体包括:当所述识别结果为已接收到所述第一声波，则向所述发送端发出所述确认声波；当所述识别结果为未接收到所述第一声波，则不发出所述确认声波。

10.如权利要求9所述的声波传输方法，其特征在于：所述步骤c具体包括，判断所述发送端在发出第一声波后的预设时间段内是否接收到所述确认声波。