CN108347281A - 一种车辆通信方法、车辆通信装置和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车辆通信方法、车辆通信装置和车辆，方法包括：采集车辆行驶状况实时信息；根据数据编码规则将所述车辆行驶状况实时信息进行信道编码，得到编码后信息；将所述编码后信息发送到车灯，由车灯根据选定的调制方式对所述编码后信息进行调制生成并发出可见光通信信号；所述可见光通信信号能够由接收端接收并根据所述调制方式和数据编码规则进行解调制和解编码，获得对应的所述车辆行驶状况实时信息。具有更高的系统鲁棒性，更多的应用场景，在复杂电磁环境，复杂道路环境也有很好的适应性。

Description

一种车辆通信方法、车辆通信装置和车辆

技术领域

本发明涉及车辆通信技术，特别是指一种车辆通信方法、车辆通信装置和车辆。

背景技术

固态照明技术(如半导体二极管)在机场，办公室，商场，交通信号灯等领域得到了大规模的应用，这得益于半导体二极管节能、无污染、发光效率高和体积小的优点。行车记录仪是汽车的黑盒子，普遍应用在家用汽车、运输车辆和特种车辆中，其透过高清镜头将车辆行驶途中的影像及声音完全纪录，当意外发生时，立刻出具证据，保障驾驶人的权利。绝大多数行车记录仪拥有50FPS甚至更高的视频采集帧率，如应用于可见光通信，作为可见光通信信号的接收端，完全可以满足车联网领域信息传输速率的要求。

随着智能交通的出现，越来越多的智能产品被应用在车联网领域，车辆内的行车记录仪是车辆驾驶的信息终端，现有发明基本采用行车记录仪作为信息采集、发送终端和服务器下载传输终端。现有的智能交通技术大多依赖于无线网络连接，存在典型的客户端-服务器模式，对于无线网络的稳定性可靠性要求较高，车辆间通信多是依靠服务器作为信息汇总转发平台，这会引入较大的时延，在车辆通信技术中无法完全适应如山区，隧道等应用场景。并且，在车辆较多的红绿灯路口等应用场景中，很容易形成电磁干扰，无法保证可靠通信，路况信息实时传输不能得到实时性的有效保障。无线频谱资源昂贵，行车记录仪的无线通信需要负担额外的频谱费用，这加重了消费者的负担。

现有技术中，基于LED照明的可见光通信传输技术中，通过可见光发生模块将待传输的数据转换成可见光数字比特，采用可见光控制模块设定可见光发生模块发出可见光的状态，再用可见光编码模块对数字比特进行编码，最后采用可见光发送和接收模块传输编码后的光信号。因此，与移动终端通讯的可见光发送和接收模块能够将待传输的数据发送到移动终端。并且，在需要进行保密的时候，遮住可见光就能够防止传输数据被监控。LED灯在点亮时发出速度为10-15Gbit/s的可见光通信信号，接收端采用光敏传感器，将可见光通信信号转换为数字比特，以LED亮灭代表数字比特1和0；光敏元件对光信号敏感，导致其传输距离无法保证，因此更适合在室内会议室场景进行保密通信。

在现有的技术中，车辆在行驶过程中，可以将当前车辆的汽车型号，长宽高等信息以及转向、加速、制动等行车情况进行编码，并利用可见光通信技术，通过信号发送装置-即车尾LED灯或装备在汽车后方的LED面板进行传输；后车在行驶过程中，能够通过信号接收装置-智能手机接收LED信号，并准确解编码出提示刹车等相应的信息并显示或进行预警。但是现有技术中，信号调制是利用不同区域的LED灯的闪烁频率不同，来搭载不同的信息，接收端利用卷帘快门的光栅效应直接根据在一采样图片上完整采集到的在曝光时间内LED灯的数次闪烁，来解调发送端发送的信息，且采用手机摄像头作为可见光通信信号接收端，在车辆长时间行驶过程中续航能力有限，可靠性差。

发明内容

本发明实施例要解决的技术问题是提供一种车辆通信方法、车辆通信装置和车辆，用以基于可见光实现车辆之间近距离双向连续的信息交流。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供的一种车辆通信方法，应用于车辆，方法包括：

采集车辆行驶状况实时信息；

根据数据编码规则将所述车辆行驶状况实时信息进行信道编码，得到编码后信息；

将所述编码后信息发送到可见光单元，由可见光单元对所述编码后信息进行调制生成并发出可见光通信信号；所述可见光通信信号能够由接收端接收并根据所述调制方式和数据编码规则进行解调制和解编码，获得对应的所述车辆行驶状况实时信息。

在一个优选实施例中，车辆行驶状况实时信息包含：

本车实时车速，本车转向情况，本车刹车情况，天气路况信息和前方车辆行驶情况中的一种或者多种。

在一个优选实施例中，由可见光单元对所述编码后信息进行调制生成并发出可见光通信信号包括：

采用基于幅值叠加的光强度调制方式对所述编码后信息进行调制以生成并发送可见光通信信号。

在一个优选实施例中，采用基于幅值叠加的光强度调制方式对所述编码后信息进行调制以生成并发送可见光通信信号包括：

所述可见光单元是车辆的车灯，包括左尾灯和右尾灯；

在左尾灯和右尾灯中各自封装有独立发光的第一LED和第二LED，每一个LED包括一个LED芯片和一个LED驱动电路，每一个LED芯片通过专用信号线缆连接对应的一个LED驱动电路；

设置LED驱动电路来控制各个LED的亮灭，LED亮灭分别代表数字比特1和0。

在一个优选实施例中，设置LED驱动电路来控制各个LED的亮灭包括：

在左尾灯和右尾灯中，通过调节LED驱动电路的偏置电阻使得第一LED的光信号强度幅值是第二LED的一半，则单个尾灯能够显示四个强度幅值的可见光通信信号，四个强度幅值标记为0、0.5、1.0和1.5，分别对应数字比特00、01、10和11；

可见光通信信号包含一个数字比特的帧头和500数字比特的负载数据；帧头和负载数据中，数字比特之间的时间间隔是单位时间t。

在一个优选实施例中，采用基于幅值叠加的光强度调制方式对所述编码后信息进行调制以生成并发送可见光通信信号还包括：

对所述帧头采用相位调制，且相位调制的调制频率大于对所述负载数据进行调制的频率，使得后车能够在通信过程中基于帧头进行帧同步运算。

一种车辆通信装置，应用于车辆，包括：

车辆信息采集模块，用于采集车辆行驶状况实时信息；

车辆信息编码模块，用于将车辆行驶状况实时信息进行信道编码，得到编码后信息，将所述编码后信息发送到可见光单元；

可见光单元，用于对编码后信息进行调制生成并发出可见光通信信号；所述可见光通信信号能够由接收端接收并根据所述调制方式和数据编码规则进行解调制和解编码，获得对应的所述车辆行驶状况实时信息。

在一个优选实施例中，还包括：车辆信息接收模块，用于采集到前车的所述可见光通信信号，根据所述调制方式和数据编码规则将所述可见光通信信号进行解调制和解编码，获得对应的车辆行驶状况实时信息。

在一个优选实施例中，车辆信息采集模块包含：本车状态传感器，天气路况信息采集传感器和/或前方交通信息采集传感器；

本车状态传感器，用于采集本车实时车速，本车转向情况和本车刹车情况作为所述车辆行驶状况实时信息的一部分；

前方交通信息采集传感器，用于采集前方车辆行驶情况作为所述车辆行驶状况实时信息的一部分；

天气路况信息采集传感器，用于采集天气路况信息作为所述车辆行驶状况实时信息的一部分；

所述车辆信息编码模块，具体用于将所述车辆行驶状况实时信息进行编码以及串并变换得到编码后信息，将所述编码后信息传输到所述可见光单元；

所述车辆信息接收模块包括行车记录仪，行车记录仪具有摄像头，所述摄像头作为可见光通信信号的接收器，接收前车的可见光单元传输来的可见光通信信号，将所述可见光通信信号转换成帧图像。

在一个优选实施例中，可见光单元具体是车辆的车灯，包括左尾灯和右尾灯，用于采用基于幅值叠加的光强度调制方式对所述编码后信息进行调制以生成并发送可见光通信信号。

在一个优选实施例中，左尾灯、右尾灯均是一个发送信号的阵列，封装有两个独立发光LED；

每一个LED包括一个LED芯片和一个LED驱动电路，每一个LED芯片通过专用信号线缆连接一个LED驱动电路；

LED驱动电路，用于控制各个LED的亮灭，LED亮灭分别代表数字比特1和0。

在一个优选实施例中，所述LED驱动电路，还用于通过调节偏置电阻使得第一LED的光信号强度幅值是第二LED的一半，则单个尾灯能够显示四个强度幅值的可见光通信信号，四个强度幅值标记为0、0.5、1.0和1.5，分别对应数字比特00、01、10和11；

可见光通信信号包含一个数字比特的帧头和500数字比特的负载数据，帧头和负载数据中，数字比特之间的时间间隔是单位时间t。

在一个优选实施例中，LED芯片，用于对所述帧头信息采用相位调制，且相位调制的调制频率大于对负载数据进行调制的频率，使得后车能够在通信过程中基于帧头进行帧同步运算。

在一个优选实施例中，行车记录仪包括：

视频转换帧图像模块，将在行驶过程中实时拍摄前车尾灯的视频转换为图片；

图像处理子模块，用于采集可见光通信信号所得到的单张的采样图片，将所述单张的采样图片灰度化后，通过图像分割得到包含前车的尾灯的选定区域，对该选定区域的灰度值域值累加求和，得到接收到的光信号强度幅值；

同步模块，用于实现比特同步，找到帧头的位置，帧头的位置是当前帧的起始位置；

解码输出单元，用于将所述光信号强度幅值转换为数字比特，并根据所述数据编码规则对所述数字比特解编码后输出。

一种车辆，包括车辆通信装置。

与现有技术相比，至少具有以下有益效果：本发明提出的基于可见光通信的车辆通信方式，具有更高的系统鲁棒性，更多的应用场景，在复杂电磁环境，复杂道路环境也有很好的适应性。

附图说明

图1为基于可见光通信技术的车辆通信系统的结构示意图；

图2为一种车辆通信装置的结构示意图；

图3为车辆记录仪的电连接结构示意图；

图4为车辆信息编码模块的结构示意图；

图5为发送端信号帧结构示意图；

图6为单尾灯叠加后的发射信号；

图7为单尾灯叠加后的发射信号；

图8为接收端行车记录仪截取尾灯并灰度化归一化后的接收信号幅值；

图9为车辆信息接收模块的结构示意图；

图10为接收端模块中图像处理子模块的工作原理示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。

可见光通信没有电磁干扰，且频带宽，可兼顾照明，因此，本发明实施例提供一种车辆通信方法，应用于车辆，如图1所示，方法包括：

步骤101，采集车辆行驶状况实时信息；

步骤102，根据数据编码规则将所述车辆行驶状况实时信息进行信道编码，得到编码后信息；

步骤103，将所述编码后信息发送到可见光单元，由可见光单元对所述编码后信息进行调制生成并发出可见光通信信号；所述可见光通信信号能够由接收端接收并根据所述调制方式和数据编码规则进行解调制和解编码，获得对应的所述车辆行驶状况实时信息。

应用所提供的技术，将车辆行驶状况实时信息加载到可见光单元发出的可见光上，并将对方车辆的摄像头作为接收可见光的硬件，实现车辆之间近距离双向连续的信息交流。

前、后位置的车辆基于可见光进行通信，在一个优选实施例中，位于前、后位置的车辆分为发送端和接收端，发送端与接收端遵循相同的数据编码规则，基于可见光传输实现双向通信。

若前位置的车辆是发送端，后位置的车辆是接收端，则前车尾灯和后车行车记录仪之间实现全新的车辆双向通信；在发送端，车辆尾灯发出可见光通信信号；在接收端，可见光通信信号被接收、解调制和解编码。对于前、后位置的车辆而言，当反向传输时，发送端与接收端应当对调。

在一个优选实施例中，车辆行驶状况实时信息包含：

本车实时车速，本车转向情况，本车刹车情况，天气路况信息和前方车辆行驶情况中的一种或者多种。

在一个优选实施例中，由可见光单元对所述编码后信息进行调制生成并发出可见光通信信号包括：

采用基于幅值叠加的光强度调制方式对所述编码后信息进行调制以生成并发送可见光通信信号。

在一个优选实施例中，采用基于幅值叠加的光强度调制方式对所述编码后信息进行调制以生成并发送可见光通信信号包括：

所述可见光单元是车辆的车灯，车灯包括左尾灯和右尾灯；

在左尾灯和右尾灯中各自封装有独立发光的第一LED和第二LED，每一个LED包括一个LED芯片和一个LED驱动电路，LED芯片通过专用信号线缆连接一个LED驱动电路；

设置LED驱动电路来控制各个LED的亮灭，LED亮灭分别代表数字比特1和0。

亮、灭是指第一LED和第二LED的点亮和熄灭，是传统意义上的亮、灭。但是，第一LED最高亮度是全亮的，第二LED最高亮度设置为是半亮的，最高亮度由驱动芯片的电流大小控制；LED芯片的作用就是光源，发光源本身就是LED芯片。

在一个优选实施例中，设置LED驱动电路来控制各个LED的亮灭包括：

在左尾灯和右尾灯中，通过调节LED驱动电路的偏置电阻使得第一LED的光信号强度幅值是第二LED的一半，则单个尾灯能够显示四个强度幅值的可见光通信信号，四个强度幅值标记为0、0.5、1.0和1.5，分别对应数字比特00、01、10和11；

可见光通信信号包含一个数字比特的帧头和500数字比特的负载数据；帧头和负载数据中，数字比特之间的时间间隔是单位时间t。帧头和负载数据一比特的长度相同，换言之，帧头可以理解为1比特的负载数据。

在一个优选实施例中，采用基于幅值叠加的光强度调制方式对所述编码后信息进行调制以生成并发送可见光通信信号还包括：

对所述帧头采用相位调制，且相位调制的调制频率大于对负载数据进行调制的频率，使得后车能够在通信过程中基于帧头进行帧同步运算。具体地，可以在离线的MATLAB中完成调制频率对应的调制序列，并将调制序列事先写入要发送的编码后信息。

现有技术中，大多是采用手机摄像头作为接收端接收可见光通信信号，在车辆长时间行驶过程中，手机摄像头续航能力有限，可靠性差。而在本发明的一个优选实施例中，在接收端，基于摄像头的电荷耦合器件(CCD)感应装置，采用典型的欠采样工作模式，在欠采样工作模式下采集所述可见光通信信号，摄像头采集传输速率得到了提高。

由于行车记录仪的高清摄像头具有自动对焦的功能，CCD感应装置可以在50米左右的较远距离内都能良好捕获到前车的尾灯信号，实时解调能力强，可长期稳定工作。

在接收端，接收端基于图像处理的工作模式进行解调制，在一个优选实施例中，基于图像处理的工作模式进行解调制包括：采集可见光通信信号得到单张的采样图片，将所述采样图片灰度化后得到灰度图片，通过图像分割灰度图片得到包含前车的可见光单元的光斑的选定区域，对该选定区域内的像素灰度值域值累加求和得到光信号强度幅值。其中，可见光单元是车辆的车灯，车灯包括左尾灯和右尾灯。

相对于现有的频率调制方式，本发明实施例中基于可见光通信的系统，其系统鲁棒性好，比频率调制传输系统更稳定，在解调制以及解编码过程中，灰度值域值累加求和算法能有效地得到应用。

在一个应用场景中，基于可见光通信的系统包括发送端和接收端，发送端和接收端均包括LED车灯和摄像头，发送端、接收端均打开LED车灯和摄像头，对向近距离放置；

在发送端，待发送的车辆行驶状况实时信息首先经过信道编码，再使用特定的调制格式进行调制，然后将可见光通信信号调制到LED车灯上，发出闪烁的可见光；

接收端，通过摄像头拍摄发送端的LED灯闪烁的可见光，经过解调解编码获得车辆行驶状况实时信息。

发送端与接收端遵循相同的传输协议、数据编码规则，通过传输协议实现双向传输，当反向传输时，发送端与接收端对调，重复上述过程。

基于可见光通信技术，在行车中实现车辆间通信，前车作为发送端，尾灯是可见光通信信号的发射装置，后车作为接收端，其行车记录仪作为可见光通信信号的采集处理解调装置，在前后车之间的距离不超过五十米时，在捕捉到前车尾灯图像后就可以实时解调、解编码出前车的各种车辆状态信息，包括车速、行驶时间、转向信息、用户自定义信息和前方交通流量信息等等，辅助后车做驾驶策略决策。

这种基于可见光通信的车辆间通信方式克服了无线传输的电磁干扰，同时也降低了通信的时延，可以有效适应各种复杂路况和应用场景。

本发明实施例中，将摄像头和LED车灯作为收发可见光通信信号的硬件，能实现近距离双向连续的通信。本发明实施例提供一种车辆通信装置，应用于车辆，如图2所示，包括：

车辆信息采集模块201，用于采集车辆行驶状况实时信息；

车辆信息编码模块202，用于将车辆行驶状况实时信息进行信道编码，得到编码后信息，将所述编码后信息发送到可见光单元203；

可见光单元203，用于对编码后信息进行调制生成并发出可见光通信信号；所述可见光通信信号能够由接收端接收并根据所述调制方式和数据编码规则进行解调制和解编码，获得对应的所述车辆行驶状况实时信息。

应用所提供的技术，将车辆行驶状况实时信息加载到车灯发出的可见光上，并将对方车辆的摄像头作为接收可见光的硬件，实现车辆之间近距离双向连续的信息交流。

在一个优选实施例中，如图2所示，还包括：车辆信息接收模块204，用于采集来自前车的所述可见光通信信号，根据所述调制方式和数据编码规则将所述可见光通信信号进行解调制和解编码，获得前车的车辆行驶状况实时信息。

前车的车辆行驶状况实时信息通常可以存放在车辆信息采集模块201中的行车记录仪中。

在一个优选实施例中，如图3所示，车辆信息采集模块201包含：本车状态传感器，天气路况信息采集传感器和/或前方交通信息采集传感器；

本车状态传感器，用于采集本车实时车速，本车转向情况和本车刹车情况作为所述车辆行驶状况实时信息的一部分；

前方交通信息采集传感器，用于采集前方车辆行驶情况作为所述车辆行驶状况实时信息的一部分；

天气路况信息采集传感器，用于采集天气路况信息作为所述车辆行驶状况实时信息的一部分；

所述车辆信息编码模块202，具体用于将所述车辆行驶状况实时信息进行编码以及串并变换得到编码后信息，将编码后信息传输到可见光单元203；

所述车辆信息接收模块201包括行车记录仪，行车记录仪具有摄像头，所述摄像头作为可见光通信信号的接收器，接收前车的可见光单元203(车灯，且通常是尾灯)传输来的可见光通信信号，将所述可见光通信信号转换成帧图像，并存储在行车记录仪的存储器上。

车辆信息采集模块201的各个传感器中：

本车状态传感器通常包含：刹车传感器，转向传感器，车速传感器和辅助传感器，其中，辅助传感器采集用户自定义信息，例如车辆排量，车辆年限信息，司机驾龄等；

天气路况信息采集传感器、前方交通信息采集传感器作为车载无线终端，也可以统称为电台模块，或者集成在电台模块里面，即电台模块包括了天气路况信息采集传感器和前方交通信息采集传感器，用于接收本地交通广播信息，以及前方交通信息和天气路况。

用户对车辆信息采集模块201所收集的信息可以进行自定义。传感器采集到的车辆行驶状况实时信息通过信号线传输至行车记录仪，在行车记录仪中分类处理并存储在存储器上。车辆行驶状况实时信息包含：本车实时车速，本车转向情况，本车刹车情况，天气路况信息和前方车辆行驶情况中的一种或者多种。

本发明实施例中，可见光单元203主要是应用了尾灯的功能，在一个优选实施例中，可见光单元203具体是车辆的车灯，包括：左尾灯和右尾灯，用于采用基于幅值叠加的光强度调制方式对所述编码后信息进行调制以生成并发送可见光通信信号。

在一个优选实施例中，如图4所示，左尾灯、右尾灯均是一个发送信号的阵列，封装有两个独立发光LED；

每一个LED包括一个LED芯片和一个LED驱动电路，每一个LED芯片通过专用信号线缆连接一个LED驱动电路；

LED驱动电路，用于控制各个LED的亮灭，LED亮灭分别代表数字比特1和0。

在一个优选实施例中，LED驱动电路，还用于通过调节偏置电阻使得第一LED的光信号强度幅值是第二LED的一半，则单个尾灯能够显示四个强度幅值的可见光通信信号，四个强度幅值标记为0、0.5、1.0和1.5，分别对应数字比特00、01、10和11；

可见光通信信号包含一个数字比特的帧头和500数字比特的负载数据，帧头和负载数据中，数字比特之间的时间间隔是单位时间t。

在一个优选实施例中，LED芯片，用于对所述帧头信息进行相位调制，且相位调制的调制频率大于对负载数据进行调制的频率，使得后车能够在通信过程中基于帧头进行帧同步运算。即，由于帧头出现的频率高过了负载数据出现的频率，因此，后车在找到帧头之后，能够基于帧头来确定帧头之后后续的负载数据的起始位置。

在一个优选实施例中，如图5、图6所示，通过调节LED驱动电路的偏置电阻使得一个LED的输出光强是另一个LED的两倍，LED驱动电路对每个尾灯的两个LED芯片分别进行基于幅值叠加的光强度调制，则单个尾灯能够显示四个强度幅值的可见光通信信号；四个强度幅值标记为0、0.5、1.0和1.5，分别对应原始数字比特00、01、10和11。

例如，第一LED信号的幅值是第二LED信号幅值的一半，对应地，接收端对单个尾灯中的两个LED的采样可以得到四个强度幅值的光信号，幅值归一化结果为0、0.5、1和1.5。

因此，在接收端解调制的过程中：接收端收到左尾灯0幅值光信号，对应的数字比特为00，接收端收到左尾灯0.5幅值光信号，对应的数字比特为01，接收端收到左尾灯1幅值光信号，对应的数字比特为10，接收端收到左尾灯1.5幅值光信号，对应的数字比特为11。基于这种映射关系，发送端调制速率得到了一倍的提升，可以实现50bit/LED/s的发送速率，即每一个LED每一秒发送50数字比特。

为实现幅值叠加的光强度调制，如图5、图6所示，分别展示了加载在左尾灯或右尾灯的第一LED芯片和第二LED芯片上的信号，在一个优选实施例中，可见光通信信号包含一个数字比特的帧头信息，和500数字比特的负载数据；帧头和负载数据中，数字比特之间的时间间隔是单位时间t。其中，前车尾灯的发送速率是250Hz，由于一个尾灯包含两个LED，因此，负载数据是500数字比特。

如图7所示，是典型的单尾灯叠加后所发射的可见光通信信号，发送端的单尾灯发出的可见光通信信号来自尾灯中的第一LED芯片和第二LED芯片的信号的叠加；通过调整发送端的驱动电路驱动第一LED芯片的电流和驱动第二LED芯片的电流，使得第一LED信号的幅值是第二LED信号幅值的一半。

在接收端，行车记录仪，实时接收前车尾灯发送信息，并解调制、解编码得到前方车辆信息。

行车记录仪作为信息汇聚的终端，在车辆信息采集模块201中起到神经中枢的作用。在一个优选实施例中，摄像头设置在行车记录仪中，所述摄像头作为可见光通信信号的接收器，接收前车车灯传输而来的可见光通信信号。

在接收端，一共可以收到五个幅值的可见光通信信号，如图8所示，是接收端的行车记录仪帧截取尾灯图像后，进行部分灰度化、归一化后的接收信号幅值，五个幅值包含了帧头，归一化后的五个幅值分别为0、0.5、0.75、1.0和1.5，其中，0、0.5、1.0和1.5分别对应负载数据的原始数字比特00、01、10和11，0.75则对应可见光通信信号的帧头，这是一个通过积分运算获得的幅值，以便后车进行通信的帧同步运算，进而解调相应的可见光通信信号，这样的映射关系有效提高了车灯通信的通信速率。

发送端每次发送可见光通信信号时，接收端行车记录仪采集这一瞬间的可见光通信信号，灰度化以后转换成一帧图像，这一帧图像中标识了尾灯半亮，全亮或者全灭的状态。之所以帧头的一帧图像是0.75的幅值，是因为帧头的信号频率远高于负载数据的信号频率，同时也远高于行车记录仪的最大FPS帧数，如果行车记录仪拍照的瞬间位于车灯信号发送帧头的区间内，则采集到的图像中显示的是半亮的LED，通过积分运算获得的幅值则是0.75。

如图9所示，车辆信息采集模块201主要包括行车记录仪，行车记录仪具有其自身的业务逻辑，在一个优选实施例中，行车记录仪包括：

视频转换帧图像模块，将在行驶过程中实时拍摄前车尾灯的视频转换为图片；

图像处理子模块，用于采集可见光通信信号所得到的单张的采样图片，将所述采样图片灰度化后，通过图像分割得到包含前车的尾灯(光斑)的选定区域，对该选定区域的像素灰度值域值累加求和，得到接收到的光信号强度幅值；

同步模块，用于实现比特同步；比特同步包括：在接收端接收了可见光通信信号，进行了图像处理并完成了光强度幅值归一化后，找到帧头的位置，帧头的位置是当前帧的起始位置，具体而言，在接收端，同步模块具体可以采用图像处理器或者CPU来实现。

解码输出单元，用于将所述光信号强度幅值转换为数字比特，并根据所述数据编码规则对所述数字比特解编码后输出。

行车记录仪在行驶过程中实时拍摄前车尾灯视频，拍摄分辨率为1280*720，帧数为50FPS，针对前车尾灯250Hz的发送速率，相当于每五个比特就采样一张图片，由欠采样的工作原理可知，后车的行车记录仪镜头每秒钟可以捕获50张照片，由于尾灯是两个，每一个尾灯包含两个LED，因此能够为每一个尾灯解调、解编码出100bit的数据，又由于尾灯是两个，因此通信速率达到了200bit/s，这样的通信速率完全满足了智能交通的应用场景的需求。

作为接收端解调的一部分，帧结构设计中，帧头是用来实现帧同步功能的，在完成帧同步后，可以对负载数据对应的比特序列进行解编码，得到原始的车辆行驶状况实时信息，并实时显示在后车的行车记录仪或者面板上。

如图10所示，图像处理过程包括：

采集可见光通信信号得到单张的采样图片；在原始的采样图片中，前车尾灯具有特定的颜色，对特定颜色所处的选定区域进行灰度化处理，得到灰度图片，再对灰度图片进行裁剪获得有效光斑区域，然后对裁剪出的有效光斑区域的像素灰度值域值累加求和，进而得到单个尾灯的光信号强度幅值，对连续一秒钟或更长时间区间的采样图片进行如上处理，得到光信号强度幅值序列；对幅值进行解编码并归一化，进而解调出发送的数字比特序列。

本发明实施例提供一种车辆，包括车辆通信装置，车辆通信装置包括：

车辆信息采集模块201，用于采集车辆行驶状况实时信息；

车辆信息编码模块202，用于将车辆行驶状况实时信息进行信道编码，得到编码后信息，将所述编码后信息发送到可见光单元203；

可见光单元203，用于对编码后信息进行调制生成并发出可见光通信信号；

车辆信息接收模块204，用于采集到前车的所述可见光通信信号，根据所述调制方式和数据编码规则将所述可见光通信信号进行解调制和解编码，获得对应的车辆行驶状况实时信息。

在一个优选实施例中，发送端均采用单LED组成，调制方式使用简单的OOK开关调制，LED亮灭分别代表数字比特1和0，采样方法使用典型的奈奎斯特采样定律的方式，即接收端摄像头的每秒拍摄帧数是接收数据速率的2倍，这种接收方式接收速率受限，目前技术背景下，普通商用摄像头最高每秒采集帧数在60FPS左右，那理论上该系统实现的最高传输速率在30bit/s以下，与本发明欠采样的工作模式下50bit/LED/S的高效传输速率相比差距明显。

在一个优选实施例中，如图8所示，后车的车辆信息采集模块201包括：行车记录仪。

在一个优选实施例中，行车记录仪采用FPS达60帧/每秒的高清摄像头，实时拍摄前车尾灯，同步接收解调计算出前车发送的信息，得到前车车辆行驶信息的相关内容，便于后车进行辅助驾驶决策。

在一个优选实施例中，后车行车记录仪模块也和前车的类似，通过专用线缆将本车传感器实时采集到的信息传输到尾灯的LED驱动电路并通过尾灯发送出去。如此即可实现车辆间的通信。

如图9所示，车辆信息采集模块201主要包括行车记录仪，行车记录仪具有其自身的业务逻辑。后车的车辆信息采集模块201主要由行车记录仪及其业务逻辑组成，行车记录仪在行驶过程中实时拍摄前车尾灯视频，拍摄分辨率为1280*720，帧数为50FPS，相对于前车尾灯250Hz的发送速率，相当于每五个比特采样一张图片，由欠采样的工作原理可知，后车的行车记录仪每秒钟可以捕获50张照片并从中解出100bit/尾灯的数据，即通信速率可达200bit/s，这样的速率完全满足了智能交通的应用场景的需求。

原始图片灰度图片原始序列有效区域相对光强度幅值序列灰度化裁剪灰度累加归一化。

作为接收端解调的一部分，帧结构设计中，帧头是用来实现比特同步功能的，在完成比特同步后，可以针对比特序列进行解编码输出，得到原始的车辆行驶状况实时信息，并实时显示在行车记录仪或者其他面板上。

如图10所示，图像处理过程中，在采样图片中，前车尾灯具有特定的颜色，对特定颜色所处的选定区域进行灰度化处理，再对选定区域裁剪获得有效光斑区域，然后对裁剪出的有效光斑区域的像素灰度值域值累加求和，进而得到单个尾灯的亮度的幅值，对连续一秒钟或更长时间区间的采样图片进行如上处理后，可以对幅值进行解编码并归一化，进而解调出发送的数字比特序列。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

在本发明的各种实施例中，应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请所提供的实施例中，应理解，“与A相应的B”表示B与A相关联，根据A可以确定B。但还应理解，根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其它信息确定B。

以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种车辆通信方法，应用于车辆，其特征在于，方法包括：

采集车辆行驶状况实时信息；

根据数据编码规则将所述车辆行驶状况实时信息进行信道编码，得到编码后信息；

将所述编码后信息发送到可见光单元，由可见光单元对所述编码后信息进行调制生成并发出可见光通信信号；所述可见光通信信号能够由接收端接收并根据所述调制方式和数据编码规则进行解调制和解编码，获得对应的所述车辆行驶状况实时信息。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，车辆行驶状况实时信息包含：

本车实时车速，本车转向情况，本车刹车情况，天气路况信息和前方车辆行驶情况中的一种或者多种。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，由可见光单元对所述编码后信息进行调制生成并发出可见光通信信号包括：

采用基于幅值叠加的光强度调制方式对所述编码后信息进行调制以生成并发送可见光通信信号。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，采用基于幅值叠加的光强度调制方式对所述编码后信息进行调制以生成并发送可见光通信信号包括：

所述可见光单元是车辆的车灯，包括左尾灯和右尾灯；

在左尾灯和右尾灯中各自封装有独立发光的第一LED和第二LED，每一个LED包括一个LED芯片和一个LED驱动电路，每一个LED芯片通过专用信号线缆连接对应的一个LED驱动电路；

设置LED驱动电路来控制各个LED的亮灭，LED亮灭分别代表数字比特1和0。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，设置LED驱动电路来控制各个LED的亮灭包括：

在左尾灯和右尾灯中，通过调节LED驱动电路的偏置电阻使得第一LED的光信号强度幅值是第二LED的一半，则单个尾灯能够显示四个强度幅值的可见光通信信号，四个强度幅值标记为0、0.5、1.0和1.5，分别对应数字比特00、01、10和11；

可见光通信信号包含一个数字比特的帧头和500数字比特的负载数据；帧头和负载数据中，数字比特之间的时间间隔是单位时间t。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，采用基于幅值叠加的光强度调制方式对所述编码后信息进行调制以生成并发送可见光通信信号还包括：

对所述帧头采用相位调制，且相位调制的调制频率大于对所述负载数据进行调制的频率，使得后车能够在通信过程中基于帧头进行帧同步运算。

7.一种车辆通信装置，应用于车辆，其特征在于，包括：

车辆信息采集模块，用于采集车辆行驶状况实时信息；

车辆信息编码模块，用于将车辆行驶状况实时信息进行信道编码，得到编码后信息，将所述编码后信息发送到可见光单元；

可见光单元，用于对编码后信息进行调制生成并发出可见光通信信号；所述可见光通信信号能够由接收端接收并根据所述调制方式和数据编码规则进行解调制和解编码，获得对应的所述车辆行驶状况实时信息。

8.如权利要求7所述的车辆通信装置，其特征在于，还包括：

车辆信息接收模块，用于采集到前车的所述可见光通信信号，根据所述调制方式和数据编码规则将所述可见光通信信号进行解调制和解编码，获得对应的车辆行驶状况实时信息；

车辆信息采集模块包含：本车状态传感器，天气路况信息采集传感器和/或前方交通信息采集传感器；

本车状态传感器，用于采集本车实时车速，本车转向情况和本车刹车情况作为所述车辆行驶状况实时信息的一部分；

前方交通信息采集传感器，用于采集前方车辆行驶情况作为所述车辆行驶状况实时信息的一部分；

天气路况信息采集传感器，用于采集天气路况信息作为所述车辆行驶状况实时信息的一部分；

所述车辆信息编码模块，具体用于将所述车辆行驶状况实时信息进行编码以及串并变换得到编码后信息，将所述编码后信息传输到所述可见光单元；

所述车辆信息接收模块包括行车记录仪，行车记录仪具有摄像头，所述摄像头作为可见光通信信号的接收器，接收前车的可见光单元传输来的可见光通信信号，将所述可见光通信信号转换成帧图像。

9.如权利要求8所述的车辆通信装置，其特征在于，可见光单元具体是车辆的车灯，包括左尾灯和右尾灯，用于采用基于幅值叠加的光强度调制方式对所述编码后信息进行调制以生成并发送可见光通信信号。

10.如权利要求9所述的车辆通信装置，其特征在于，

左尾灯、右尾灯均是一个发送信号的阵列，封装有两个独立发光LED；

每一个LED包括一个LED芯片和一个LED驱动电路，每一个LED芯片通过专用信号线缆连接一个LED驱动电路；

LED驱动电路，用于控制各个LED的亮灭，LED亮灭分别代表数字比特1和0。

11.如权利要求10所述的车辆通信装置，其特征在于，

所述LED驱动电路，还用于通过调节偏置电阻使得第一LED的光信号强度幅值是第二LED的一半，则单个尾灯能够显示四个强度幅值的可见光通信信号，四个强度幅值标记为0、0.5、1.0和1.5，分别对应数字比特00、01、10和11；

可见光通信信号包含一个数字比特的帧头和500数字比特的负载数据，帧头和负载数据中，数字比特之间的时间间隔是单位时间t。

12.如权利要求11所述的车辆通信装置，其特征在于，

LED芯片，用于对所述帧头信息采用相位调制，且相位调制的调制频率大于对负载数据进行调制的频率，使得后车能够在通信过程中基于帧头进行帧同步运算。

13.如权利要求8所述的车辆通信装置，其特征在于，行车记录仪包括：

视频转换帧图像模块，将在行驶过程中实时拍摄前车尾灯的视频转换为图片；

图像处理子模块，用于采集可见光通信信号所得到的单张的采样图片，将所述采样图片灰度化后，通过图像分割得到包含前车的尾灯的选定区域，对该选定区域的灰度值域值累加求和，得到接收到的光信号强度幅值；

同步模块，用于实现比特同步，找到帧头的位置，帧头的位置是当前帧的起始位置；

解码输出单元，用于将所述光信号强度幅值转换为数字比特，并根据所述数据编码规则对所述数字比特解编码后输出。

14.一种车辆，其特征在于，包括权利要求7至权利要求13任意一项中的车辆通信装置。