CN108551366A - 一种基于led和手机相机的可见光通信方法 - Google Patents

一种基于led和手机相机的可见光通信方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108551366A
CN108551366A CN201810109529.5A CN201810109529A CN108551366A CN 108551366 A CN108551366 A CN 108551366A CN 201810109529 A CN201810109529 A CN 201810109529A CN 108551366 A CN108551366 A CN 108551366A
Authority
CN
China
Prior art keywords
data
frame
led
mobile phone
visible light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810109529.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108551366B (zh
Inventor
张建辉
张天豪
姜飞龙
甘家羽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Dianzi University
Original Assignee
Hangzhou Dianzi University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Dianzi University filed Critical Hangzhou Dianzi University
Priority to CN201810109529.5A priority Critical patent/CN108551366B/zh
Publication of CN108551366A publication Critical patent/CN108551366A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108551366B publication Critical patent/CN108551366B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/114—Indoor or close-range type systems
    • H04B10/116—Visible light communication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00—Time-division multiplex systems
    • H04J3/02—Details
    • H04J3/06—Synchronising arrangements
    • H04J3/0602—Systems characterised by the synchronising information used
    • H04J3/0605—Special codes used as synchronising signal

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明提供一种基于LED和手机相机的可见光通信方法。在可见光通信系统中，发送端将需要传输的数据编码成二进制数据流，该二进制数据流再由LED点阵来表示。接收端成功读取LED点阵所表示的信息后，对每个数据帧进行解码，得出原始想要传输的数据。本发明可以使得可见光通信系统稳定且安全地传输数据。当LED点阵与手机相机之间呈现不同旋转角度时，仍然可以实现数据快速并稳定的读取。

Description

一种基于LED和手机相机的可见光通信方法
技术领域
本发明涉及数据通信领域，且更具体地，涉及一种基于LED和手机相机的可见光通信方法。
背景技术
目前广泛使用的被动式射频识别技术利用射频信号来给电子标签供能并读取其所包含的数据信息，这种形式的通信方式较为方便，但是需要额外的读写器设备。与之相比，利用可见光进行通信的方式不仅简单而且不需要额外设备。这种特性使得可见光通信技术受到了越来越多的关注。并且，类似LED灯的发光设备的使用非常普及，这就使得这些发光设备都可能成为可见光信号的发送端，这样一来，可见光通信系统的部署就会变得非常容易。
另外，随着技术的发展，智能手机的功能越来越完善，其计算能力也有了较好的提升。因此手机已经有了足够的计算能力来完成可见光通信系统中的工作量。所以，将手机作为可见光通信系统的接收端由其完成可见光信号的接收、读取和识别就成为了可能。
发明内容
本发明的目的是提供一种可见光通信方法，该方法基于LED点阵和手机相机，可以利用可见光进行数据的传输。所提出的通信协议能够有效地控制数据的传输过程，并保证数据在传输过程中的安全性和稳定性。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：
在可见光通信系统中，发送端将需要传输的数据编码成二进制数据流，该二进制数据流再由LED点阵来表示。其中的编码过程为：
步骤一、将需要传输的数据表示成ASCII二进制码。
步骤二、对ASCII二进制码进行Base64编码，得到Base64字符串。
步骤三、将Base64字符串表示成ASCII二进制码。
因为ASCII编码用8位二进制位表示一个字符，而Base64编码则是将6位二进制位表示成一个字符，所以这样的编码方案对所要传输的数据起到了加密作用，提高了数据传输的安全性。
编码后的二进制数据以帧为单位，通过LED点阵中各个LED灯的亮灭状态表示出来，即一个数据帧用一个8*8个LED灯的状态表示。接收端成功读取LED点阵所表示的信息后，对每个数据帧进行解码，得出原始想要传输的数据。其中的解码过程为：
步骤一、对获取到的数据帧进行ASCII解码，得出Base64字符串。
步骤二、对Base64字符串进行Base64解码，得到ASCII二进制数据。
步骤三、将ASCII二进制数据还原为原始字符串。
所述数据帧结构包含帧头部和帧数据区域。一个LED点阵有8*8个LED灯，所以一个数据帧的大小为64比特位。其中首8位作为该数据帧的帧头部，控制数据帧的传输过程，其余部分作为该数据帧的数据区域，是真正要传输的数据内容。
所述的帧头部包含重复指示器，即第一个LED灯所表示的比特位。重复指示器用于区分相邻的两个数据帧，防止手机对同一个数据帧重复解码，起到了帧同步的作用。
所述的帧头部包含帧类型字段，该字段为第二至五个LED灯所表示的比特位，以该字段来表示不同帧类型。
所述帧类型分为：
定位帧，用于检测旋转角度；
起始帧，用于表明数据传输的开始；
传输帧，用于传输数据内容；
结束帧，用于表明数据传输的终止；
错误帧，用于表明该帧编码发生错误。
所述旋转角度检测步骤中，进一步将定位帧构造为校正帧，对校正帧的识别即可得出手机和LED点阵之间的旋转角度，将该旋转角度作用于后续的数据帧读取过程。校正帧的出现可以只是在传输开始前出现一次，也可以在数据传输过程中以若干数据传输帧为周期出现一次。
本发明的有益效果；本发明可以很好地控制LED点阵与智能手机之间的数据传输过程。其中的通信协议所设计的数据帧结构能够有效提高数据传输能力，并且解决了帧同步问题。该协议不但可以使得手机相机以不同旋转角度对LED点阵所表示的数据进行识别，而且保证数据在传输时的安全性与稳定性。利用本发明提能够优化每个数据帧的编码能力，充分利用智能手机的计算能力并且降低数据传输过程中的误码率。
附图说明
图1示出了按照通信协议对数据进行处理的流程图；
图2示出了数据帧的帧结构；
图3示出了帧头部所划分的字段；
图4示出了数据无编码错误时各种帧出现的先后顺序；
图5为校正帧的示意图；
图6为非定期传输校正帧的传输过程；
图7为定期传输校正帧的传输过程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：
图1示出了按照通信协议对数据进行处理的流程图。主要包括可见光信号发送端1的流程和接收端2的流程。发送端的流程包括数据编码、添加帧头部和LED点阵显示。接收端的流程包括捕获图像、提取数据帧和数据解码。发送端的具体步骤如下：
步骤一、对需要传输的数据以字符串形式表示，即用一个8个二进制位的ASCII码来表示一个字符。经ASCII编码后，得到由0与1组成的二进制串。
步骤二、以6个二进制位为一个单位，对所述二进制串进行Base64编码，得到Base64字符串。
步骤三、对得到的字符串，以单个字符为单位，表示成ASCII码。
步骤四、以56个二进制位为单位，将其作为一个数据帧的数据内容，为其添加8位帧头部。
步骤五、用LED点阵来表示该64位的数据帧。
接收端的具体步骤如下：
步骤一、通过手机相机获取LED点阵的图像，提取图像中的数据帧。
步骤二、判断该帧的类型，根据不同的帧类型进行不同的处理。如果是传输帧则有下述步骤。
步骤三、对于56位的数据内容，根据ASCII码的表示方式，得出该数据内容表示的字符串信息。
步骤四、对所述字符串信息进行Base64解码，得出原始需要传输字符串的ASCII码。
步骤五、利用得出的ASCII码，还原出原始传输的字符串。
图2示出了数据帧的帧结构。LED点阵的第一排LED灯用于表示帧的头部，其余部分用于表示该帧的数据内容。
图3示出了帧头部所划分的字段。帧头部有8个比特位，包含：
重复指示器，第1个比特位，用于区分相邻的两个数据帧。
帧类型字段，第2至5个比特位，用于表示该数据帧的类型；以及
空白字段，第6至8个比特位，未使用。
所述重复指示器，用于区分相邻的两个数据帧，以防止手机对同一个数据帧进行多次数据提取。
所述帧类型，包括：
定位帧，用于检测LED点阵与手机相机之间的旋转角度；
起始帧，用于表示该帧为数据传输开始的第一个帧；
传输帧，用于表示该怎为书传输过程中的帧；
结束帧，用于表示该帧为数据传输的最后一个帧；
错误帧，用于表示该帧发发生编码错误。
各个帧在数据传输过程中出现的先后顺序如图4所示，传输过程中可能出现错误帧。
所述旋转角度检测的过程中，将定位帧进一步构造为校正帧。通过对校正帧进行识别就可得出旋转角度，并对后续相机所捕获到的图像，一致旋转该角度，以此保证数据的正确读取。图5为校正帧的示意图。
所述校正帧在传输过程中有两种出现方式：
在传输的最开始出现，将这时的旋转角度用于校正后续所有帧，如图6；
定期在传输过程中出现，如图7。
本发明在可见光系统中的应用能够使得数据稳定并安全地传输，而且有能力处理LED点阵与手机相机呈现不同旋转角度时的情况。

Claims (6)

1.一种基于LED和手机相机的可见光通信方法，其特征在于，
发送端将需要传输的数据编码成二进制数据流，该二进制数据流再由LED点阵来表示；具体是：
步骤一、将需要传输的数据表示成ASCII二进制码；
步骤二、对ASCII二进制码进行Base64编码，得到Base64字符串；
步骤三、将Base64字符串表示成ASCII二进制码；
步骤四、以56个二进制位为单位，将其作为一个数据帧的数据内容，为其添加8位帧头部；
步骤五、用LED点阵来表示64位的数据帧；
接收端成功读取LED点阵所表示的信息后，对每个数据帧进行解码，得出原始想要传输的数据；具体是：
步骤一、通过手机相机获取LED点阵的图像，提取图像中的数据帧，对获取到的数据帧进行ASCII解码，得出Base64字符串；
步骤二、对Base64字符串进行Base64解码，得到ASCII二进制数据；
步骤三、将ASCII二进制数据还原为原始字符串；
每个数据帧结构包含帧头部和帧数据区域，其中首8位作为数据帧的帧头部，控制数据帧的传输过程，其余部分作为数据帧的数据区域，为要传输的数据内容。
2.根据权利要求1所述的一种基于LED和手机相机的可见光通信方法，其特征在于：所述的帧头部包含重复指示器，即第一个LED灯所表示的比特位；重复指示器用于区分相邻的两个数据帧，防止手机对同一个数据帧重复解码，起到了帧同步的作用。
3.根据权利要求1所述的一种基于LED和手机相机的可见光通信方法，其特征在于：所述的帧头部包含帧类型字段，该字段为第二至五个LED灯所表示的比特位，以该字段来表示不同帧类型。
4.根据权利要求3所述的一种基于LED和手机相机的可见光通信方法，其特征在于：所述帧类型分为：
定位帧，用于检测旋转角度；
起始帧，用于表明数据传输的开始；
传输帧，用于传输数据内容；
结束帧，用于表明数据传输的终止；
错误帧，用于表明该帧编码发生错误。
5.根据权利要求4所述的一种基于LED和手机相机的可见光通信方法，其特征在于：所述检测旋转角度过程中，进一步将定位帧构造为校正帧，对校正帧的识别即可得出手机和LED点阵之间的旋转角度，将该旋转角度作用于后续的数据帧读取过程。
6.根据权利要求5所述的一种基于LED和手机相机的可见光通信方法，其特征在于：校正帧在传输开始前出现一次或者在数据传输过程中以若干数据传输帧为周期出现一次。
CN201810109529.5A 2018-02-05 2018-02-05 一种基于led和手机相机的可见光通信方法 Active CN108551366B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810109529.5A CN108551366B (zh) 2018-02-05 2018-02-05 一种基于led和手机相机的可见光通信方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810109529.5A CN108551366B (zh) 2018-02-05 2018-02-05 一种基于led和手机相机的可见光通信方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108551366A true CN108551366A (zh) 2018-09-18
CN108551366B CN108551366B (zh) 2021-11-30

Family

ID=63515798

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810109529.5A Active CN108551366B (zh) 2018-02-05 2018-02-05 一种基于led和手机相机的可见光通信方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108551366B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110649966A (zh) * 2019-08-22 2020-01-03 杭州电子科技大学 基于可见光和手机摄像头成像特性实现近距离光通信的方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102684877A (zh) * 2012-03-31 2012-09-19 奇智软件（北京）有限公司 一种进行用户信息处理的方法及装置
US20130251374A1 (en) * 2012-03-20 2013-09-26 Industrial Technology Research Institute Transmitting and receiving apparatus and method for light communication, and the light communication system thereof
CN104579469A (zh) * 2009-09-19 2015-04-29 三星电子株式会社 支持执行可见光通信的移动终端的移动性的装置和方法
CN106375008A (zh) * 2016-09-20 2017-02-01 淮安信息职业技术学院 一种具有无线管理功能的可见光导览系统及其实现方法
CN106845594A (zh) * 2017-01-21 2017-06-13 陕西外号信息技术有限公司 一种基于光标签的大型会议现场用户选取互动方法
CN107194448A (zh) * 2017-04-28 2017-09-22 南京邮电大学 一种基于可见光隐形二维码的传输与定位方法
CN107219517A (zh) * 2017-07-25 2017-09-29 中航联创科技有限公司上海分公司 基于led可见光通信的手机安卓相机定位系统及其方法
CN107465457A (zh) * 2017-08-07 2017-12-12 北京智慧光达通信科技有限公司 一种利用android手机摄像头实现可见光通信的接收及解码的方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104579469A (zh) * 2009-09-19 2015-04-29 三星电子株式会社 支持执行可见光通信的移动终端的移动性的装置和方法
US20130251374A1 (en) * 2012-03-20 2013-09-26 Industrial Technology Research Institute Transmitting and receiving apparatus and method for light communication, and the light communication system thereof
CN102684877A (zh) * 2012-03-31 2012-09-19 奇智软件（北京）有限公司 一种进行用户信息处理的方法及装置
CN106375008A (zh) * 2016-09-20 2017-02-01 淮安信息职业技术学院 一种具有无线管理功能的可见光导览系统及其实现方法
CN106845594A (zh) * 2017-01-21 2017-06-13 陕西外号信息技术有限公司 一种基于光标签的大型会议现场用户选取互动方法
CN107194448A (zh) * 2017-04-28 2017-09-22 南京邮电大学 一种基于可见光隐形二维码的传输与定位方法
CN107219517A (zh) * 2017-07-25 2017-09-29 中航联创科技有限公司上海分公司 基于led可见光通信的手机安卓相机定位系统及其方法
CN107465457A (zh) * 2017-08-07 2017-12-12 北京智慧光达通信科技有限公司 一种利用android手机摄像头实现可见光通信的接收及解码的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WILLY ANUGRAH CAHYADI 等: "Mobile Phone Camera-Based Indoor Visible Light Communications With Rotation Compensation", 《IEEE PHOTONICS JOURNAL》 *
周立功 等: "《项目驱动 CAN-bus现场总线基础教程》", 31 July 2012 *
邱小梅 等: "《计算机网络简明教程》", 31 October 1996 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110649966A (zh) * 2019-08-22 2020-01-03 杭州电子科技大学 基于可见光和手机摄像头成像特性实现近距离光通信的方法
CN110649966B (zh) * 2019-08-22 2020-09-18 杭州电子科技大学 基于可见光和手机摄像头成像特性实现近距离光通信的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108551366B (zh) 2021-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2010239821B2 (en) Data communication using 2D bar codes
EP2791861B1 (en) Data transfer using barcodes
US20100327066A1 (en) Network based reliable decoding of bar codes
US10396921B2 (en) Multi-lane synchronization method, synchronization apparatus and system, and computer storage medium
WO2011009768A2 (en) A method and reader for reading tag data a radio frequency identification system
CN111860730A (zh) 一种基于图像处理的异网信息传输系统
CN104580977B (zh) 一种数据映射模式传输及识别方法和装置
EP3614589A1 (en) Information transmission method, decoding method and device
CN103516404A (zh) 数据传输方法和系统、发送端设备和接收端设备
CN106817197A (zh) 一种基于占空比调制的通信编解码方法
CN109660527B (zh) 一种打印机数据的压缩传输方法
JPH05122282A (ja) データ伝送方式
WO2015126543A1 (en) Method, apparatus and system for visible light communication
CN114051006A (zh) 数据发送方法、装置、计算机设备以及存储介质
CN106448128B (zh) 一种红外遥控数据的处理方法及系统
CN108551366A (zh) 一种基于led和手机相机的可见光通信方法
CA2612978C (en) Synchronous one-bit interface protocol or data structure
WO2012159426A1 (zh) 数据传输方法及装置
CN102841928B (zh) 网间文件安全发送、接收方法及装置
CN103995815A (zh) 手持终端以及通过手持终端访问网站的方法
US20210194580A1 (en) Wireless data communication
CN112486885B (zh) 数据帧的生成方法、存储介质及计算机设备
CN100385887C (zh) 数字数据的编码、传输和解码的方法和装置
CN109347605A (zh) 一种编码方法、解码方法及装置、计算机可读存储介质
CN108123721B (zh) 编码方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant