CN108777596A - 一种基于声波的通信方法、通信系统及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于声波的通信方法、通信系统及计算机可读存储介质，所述通信方法包括以下步骤：S101：发送端对待传输的通信信息按照一预设编码规则编码，所述数据字符被编码后得到一频谱特征，所述通信信息被编码后得到一组频谱特征的集合；S102：所述发送端对所述频谱特征进行傅里叶反变换，得到一声波信号片段，组成一声波信号；S103：所述发送端向接收端发送所述声波信号；S104：接收端对所述声波信号进行傅里叶变换，得到频谱特征的集合；S105：所述接收端根据所述编码规则对所述频谱特征的集合进行译码，得到所述通信信息。上述技术方案实施后，实现了声波通信在可穿戴设备上的应用，提供了多样化的通信方式选择。

Description

一种基于声波的通信方法、通信系统及计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及可穿戴设备技术领域，尤其涉及一种基于声波的通信方法、通信系统及计算机可读存储介质，用于可穿戴设备与外部设备的通信信息交互。

背景技术

可穿戴设备包括智能手表、佩戴式电话、智能手环、智能耳机等可穿戴于人体上的电子设备，能够实现服务于人体的各种功能。可穿戴设备往往要通过通信手段与外部设备进行通信，实现信息交互，例如可穿戴设备与智能手机交互、与电脑交互、甚至直接通过互联网与后台系统交互。现有的实现可穿戴设备与外部设备之间的交互的手段以电磁波通信为主，例如蓝牙通信、wifi通信、移动蜂窝网络通信等。

然而，既有的电磁波通信手段过于单一，容易受到电磁环境的影响，对设备的电磁兼容性有着较高的要求。声波也是人类所能利用的信息传输方式之一，而可穿戴设备与外部设备的通信距离均比较短，符合声波传输的条件，因此需要一种基于声波的通信方法来实现可穿戴设备与外部设备的通信连接。

发明内容

为了克服现有技术缺陷，本发明的目的在于提供一种基于声波的通信方法、通信系统及计算机可读存储介质，用于实现可穿戴设备与外部设备的通信信息交互。

本发明公开了一种基于声波的通信方法，用于可穿戴设备与外部设备的通信信息交互，所述可穿戴设备作为发送端或接收端工作，所述通信信息由至少一个数据字符组成，所述通信方法包括以下步骤：

S101：发送端对待传输的通信信息按照一预设编码规则编码，所述编码规则记录了每一种数据字符在声波频率范围内对应的唯一频率，所述数据字符被编码后得到一频谱特征，所述频谱特征中被编码的数据字符对应的频率为第一幅值，其余频率为第二幅值，所述通信信息被编码后得到一组频谱特征的集合；

S102：所述发送端对所述频谱特征进行傅里叶反变换，得到一声波信号片段，所述通信信息中所有数据字符对应的声波信号片段组成一声波信号；

S103：所述发送端向接收端发送所述声波信号；

S104：所述接收端对所述声波信号进行傅里叶变换，得到频谱特征的集合；

S105：所述接收端根据所述编码规则对所述频谱特征的集合进行译码，得到所述通信信息。

优选地，步骤S101中，所述发送端对所述通信信息组帧，得到至少一个数据帧，所述数据帧包括1个起始字符、至少8个数据字符、至少1个校验字符及1个结束字符，所述校验字符通过一校验算法对数据字符计算得到，所述编码规则中记录所述起始位及结束位对应的频率；步骤S105中，对所述频谱特征译码并识别所述起始字符和结束字符，按照所述步骤S101中的校验算法对译码得到的数据帧进行校验。

优选地，所述步骤S105包括以下步骤：

S105-1：依次缓存译码得到的每一字符并计数；

S105-2：判断计数的值是否小于数据帧的长度；

S105-3：当计数的值小于数据帧的长度时，继续缓存下一个字符；

S105-4：当计数的值大于或等于数据帧的长度时，按照所述步骤S101中的校验算法对接收到的数据字符进行校验。

优选地，所述步骤S105-4进一步包括以下步骤：

S105-4-1：当计数的值等于数据帧的长度时，判断最近一次缓存的字符是否为结束字符；

S105-4-2：当最近一次缓存的字符为结束字符时，按照所述步骤S101中的校验算法计算缓存的数据字符得到待校验字符，通过比较所述待校验字符与缓存的校验字符是否一致判断校验是否通过；

S105-4-3：当校验通过时，存储上述缓存的数据字符；

S105-4-4：当校验未通过时，回到步骤S105-1，继续缓存下一个字符；

S105-4-5：当步骤S105-4-1判断最近一次缓存的字符不是结束字符时，回到步骤S105-1，继续缓存下一个字符；

S105-4-6：当计数的数量大于数据帧的长度时，判断最近一次缓存的字符是否为开始字符；

S105-4-7：当最近一次缓存的字符为开始字符时，计数清零，回到步骤S105-1，重新缓存下一个字符；

S105-4-8：当最近一次缓存的字符不是开始字符时，回到步骤S105-1，继续缓存下一个字符。

优选地，所述步骤S101中，所述编码规则中每一种数据字符对应的频率大于18Khz。

优选地，所述步骤S101中对所述通信信息中所有数据字符编码时，在每一频谱特征中将一预设频率的幅值设为第三幅值，所述预设频率为人耳可感受到的声波频率。

优选地，所述步骤S102中，所述声波信号片段的时长为0.17秒，作为一个时间窗；所述接收端按照所述时间窗接收所述声波信号片段并译码。

优选地，所述接收端在同一时间窗内按照不同的偏移量对所述声波信号片段进行采样，统计译码结果，从中选取译码成功率最高的频谱特征对应的偏移量执行后续采样。

优选地，所述接收端对声波信号的采样频率为48Khz。

本发明还公开了一种基于声波的通信系统，包括可穿戴设备及与所述可穿戴设备进行通信信息交互的外部设备，所述可穿戴设备作为发送端或接收端工作，所述通信系统包括：

编码模块，设于所述发送端内，对待传输的通信信息按照一预设编码规则编码，所述编码规则记录了每一种数据字符在声波频率范围内对应的唯一频率，所述数据字符被编码后得到一频谱特征，所述频谱特征中被编码的数据字符对应的频率为第一幅值，其余频率为第二幅值，所述通信信息被编码后得到一组频谱特征的集合；

傅里叶反变换模块，设于所述发送端内，对所述频谱特征进行傅里叶反变换，得到一声波信号片段，所述通信信息中所有数据字符对应的声波信号片段组成一声波信号；

发送模块，设于所述发送端内，向所述接收端发送所述声波信号；

接收模块，设于所述接收端内，接收来自发送端的声波信号；

傅里叶变换模块，设于所述接收端内，对所述声波信号进行傅里叶变换，得到频谱特征的集合；

译码模块，设于所述接收端内，根据所述编码规则对所述频谱特征的集合进行译码，得到所述通信信息。

本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，用于可穿戴设备与外部设备的通信信息交互，所述可穿戴设备作为发送端或接收端工作，所述通信信息由至少一个数据字符组成，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

S106：发送端对待传输的通信信息按照一预设编码规则编码，所述编码规则记录了每一种数据字符在声波频率范围内对应的唯一频率，所述数据字符被编码后得到一频谱特征，所述频谱特征中被编码的数据字符对应的频率为第一幅值，其余频率为第二幅值，所述通信信息被编码后得到一组频谱特征的集合；

S107：所述发送端对所述频谱特征进行傅里叶反变换，得到一声波信号片段，所述通信信息中所有数据字符对应的声波信号片段组成一声波信号；

S108：所述发送端向接收端发送所述声波信号；

S109：所述接收端对所述声波信号进行傅里叶变换，得到频谱特征的集合；

S110：所述接收端根据所述编码规则对所述频谱特征的集合进行译码，得到所述通信信息。

优选地，步骤S106中，所述发送端对所述通信信息组帧，得到至少一个数据帧，所述数据帧包括1个起始字符、至少8个数据字符、至少1个校验字符及1个结束字符，所述校验字符通过一校验算法对数据字符计算得到，所述编码规则中记录所述起始位及结束位对应的频率；步骤S110中，对所述频谱特征译码并识别所述起始字符和结束字符，按照所述步骤S106中的校验算法对译码得到的数据帧进行校验。

优选地，所述步骤S110包括以下步骤：

S110-1：依次缓存译码得到的每一字符并计数；

S110-2：判断计数的值是否小于数据帧的长度；

S110-3：当计数的值小于数据帧的长度时，继续缓存下一个字符；

S110-4：当计数的值大于或等于数据帧的长度时，按照所述步骤S106中的校验算法对接收到的数据字符进行校验。

优选地，所述步骤S110-4进一步包括以下步骤：

S110-4-1：当计数的值等于数据帧的长度时，判断最近一次缓存的字符是否为结束字符；

S110-4-2：当最近一次缓存的字符为结束字符时，按照所述步骤S106中的校验算法计算缓存的数据字符得到待校验字符，通过比较所述待校验字符与缓存的校验字符是否一致判断校验是否通过；

S110-4-3：当校验通过时，存储上述缓存的数据字符；

S110-4-4：当校验未通过时，回到步骤S110-1，继续缓存下一个字符；

S110-4-5：当步骤S110-4-1判断最近一次缓存的字符不是结束字符时，回到步骤S105-1，继续缓存下一个字符；

S110-4-6：当计数的数量大于数据帧的长度时，判断最近一次缓存的字符是否为开始字符；

S110-4-7：当最近一次缓存的字符为开始字符时，计数清零，回到步骤S110-1，重新缓存下一个字符；

S110-4-8：当最近一次缓存的字符不是开始字符时，回到步骤S110-1，继续缓存下一个字符。

优选地，所述步骤S106中，所述编码规则中每一种数据字符对应的频率大于18Khz。

优选地，所述步骤S106中对所述通信信息中所有数据字符编码时，在每一频谱特征中将一预设频率的幅值设为第三幅值，所述预设频率为人耳可感受到的声波频率。

优选地，所述步骤S107中，所述声波信号片段的时长为0.17秒，作为一个时间窗；所述接收端按照所述时间窗接收所述声波信号片段并译码。

优选地，所述接收端在同一时间窗内按照不同的偏移量对所述声波信号片段进行采样，统计译码结果，从中选取译码成功率最高的频谱特征对应的偏移量执行后续采样。

优选地，所述接收端对声波信号的采样频率为48Khz。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.实现了声波通信在可穿戴设备上的应用，提供了多样化的通信方式选择；

2.利用声波中的高频波段传输信息，利用声波中的中低频波段发出提示音，节约提示信号方便的软硬件设计；

3.方便实用，趣味性强。

附图说明

图1为符合本发明一优选实施例中基于声波的通信方法的流程示意图；

图2为图1中步骤S105的具体流程示意图；

图3为图2中步骤S105-4的具体流程示意图；

图4为符合本发明一优选实施例中基于声波的通信系统的结构框图；

图5为符合本发明一优选实施例中以数据字符的幅频特征图。

附图标记：

100-基于声波的通信系统、200-发送端、210-编码模块、220-傅里叶反变换模块、230-发送模块、300-接收端、310-接收模块、320-傅里叶变换模块、330-译码模块。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。

参阅图1，为符合本发明一优选实施例中基于声波的通信方法的流程示意图，用于可穿戴设备与外部设备的通信信息交互。所述可穿戴设备与外部设备之间的交互是双向的，即所述可穿戴设备作为发送端、所述外部设备作为接收端工作，或者所述可穿戴设备作为接收端、所述外部设备作为发送端工作。所述通信信息由至少一个数据字符组成，所述数据字符可以是数字、字母或其他字符，所述通信信息可以是可穿戴设备的序列号(如IMEI号、软件版本号等)、各类应用的交互指令(如支付指令、添加好友指令等)。所述通信方法包括以下步骤：

S101：发送端对待传输的通信信息按照一预设编码规则编码，所述编码规则记录了每一种数据字符在声波频率范围内对应的唯一频率，所述数据字符被编码后得到一频谱特征，所述频谱特征中被编码的数据字符对应的频率为第一幅值，其余频率为第二幅值，所述通信信息被编码后得到一组频谱特征的集合。

本步骤实现对通信信息的编码，其核心在于编码规则。组成所述通信信息的数据字符的种类是有限的，若为数字，则有10种数据字符；若为字母，则有26种数据字符。因此所述编码规则可将所有种类的数据字符与频率捆绑组合，每种数据字符对应的频率是唯一的，互不相同，以便在译码阶段能够根据不同的频率识别不同的字符。所述数据字符对应的频率在声波频率范围内，人耳的听觉范围一般在20hz-20Khz，高频段的声音对人耳的影响最小，经实测，18Khz以上的频率人耳基本感受不到，故可将编码规则的起始频率优选设为18Khz，上限则根据所需编码的数据字符的种类确定，并确保相邻的编码频率保持足够的间隔，以便在译码的时候能够准确识别。举例来说，所述编码规则可做成一张码表，所述数据字符为0～9的数字，还可加入起始字符与结束字符，码表如下：

表1

上述码表定义各类字符对应的频率，自起始字符开始，至结束字符结束，其中起始字符对应的频率为18.00Khz，结束字符对应的频率为20.75Khz，10个数据字符对应的频率夹在中间，且每个相邻的频率间隔为0.25Khz。在其他实施例中，也可以不包括起始字符和结束字符，也可以将字母编入码表，继续顺延频率分配即可。所述数据字符被编码后得到一频谱特征，所述频谱特征的横坐标为频率，纵坐标为幅值，其中被编码的数据字符对应的频率为第一幅值，其余频率为第二幅值，所述第一幅值优选为1，所述第二幅值优选为0，这样每种不同的字符对应不同的易于识别的频谱特征。参阅图5，为一数据字符的幅频特征图，图中横坐标为频率，纵坐标为振幅，也就是对应频率的幅值；图中为数字0的频谱特征，仅18.25Khz对应的幅值为1，其余频率的幅值为0。所述通信信息被编码后得到一组频谱特征的集合，每一频谱特征对应所述通信信息中的一数据字符。

经过对通信信息的编码，将待传输的通信信息转换为对应声波的频率范围的频谱信息，为通过声波传输通信信息提供基础。

S102：所述发送端对所述频谱特征进行傅里叶反变换，得到一声波信号片段，所述通信信息中所有数据字符对应的声波信号片段组成一声波信号。

所述频谱特征表示了频域中的信息，若想通过声波传输该信息，还需将频域中的信息转换为对应的时域信息，可通过傅里叶反变换将频域信息转换为时域信息，如下式所示：

其中，N为采样序列长度，0≤k≤N-1。所述频谱特征经过傅里叶反变换后，得到对应的声波信号片段，即每一字符都对应一声波信号片段，每个声波信号片段可定义为等时长的时间窗，所述时间窗优选为0.17秒。所述通信信息中所有数据字符对应的声波信号片段组成一声波信号。

S103：所述发送端向接收端发送所述声波信号。

本步骤中，所述发送端向接收端发送所述声波信号，可按照顺序依次发送所述通信信息对应的声波信号片段。为了使接收端能够更好地接收到声波信号，所述发送端可循环发送所述声波信号，直至接收端收到并响应。所述接收端接收所述声波信号时，须按照一定的采样频率对声波信号进行采样，且所述采样频率须足够高才能确保较好地还原原始信息，所述采样频率优选为48Khz，根据采样原理，可还原频率最高为24Khz的声波信号。

S104：所述接收端对所述声波信号进行傅里叶变换，得到频谱特征的集合。

本步骤将时域的声波信号转换为频域的频谱特征，可通过傅里叶变换实现，如下式所示：

其中，N为采样序列长度，0≤k≤N-1。声波信号经过傅里叶变换后得到频谱特征的集合。

S105：所述接收端根据所述编码规则对所述频谱特征的集合进行译码，得到所述通信信息。

本步骤执行译码操作，采用的是所述步骤S101中相同的编码规则进行译码，只要找出频谱特征中幅值为所述第一幅值的频率，即可对应找到相应的数据字符，从而将所述频谱特征的集合还原为所述通信信息。还原所述通信信息的过程中，还须注意起始字符和结束字符的识别，并删除上述两种字符。

上述步骤实现了通过声波传输通信信息的技术效果，提供了电磁波传输以外的信息传输形式；且只需在发送端集成发声设备即可，无需使用电磁波组件，降低了设备的电磁兼容设计难度。

作为所述通信方法的进一步改进，步骤S101中，所述发送端对所述通信信息组帧，以数据帧的形式发送信息，当所述通信信息的内容较多时，可组成多个数据帧。所述数据帧包括1个起始字符、至少8个数据字符、至少1个校验字符及1个结束字符。上述各种字符的数量定义了帧格式其中，数据帧中的数据字符的数量可根据不同的应用需求调整，可以是10个数据字符；所述校验字符通过一校验算法对数据字符计算得到，所述校验字符的数量可根据数据字符的数量及校验算法共同决定，所述校验字符的数量可以是1个，也可以是多个，常见的校验算法有奇偶校验、和校验、CRC校验等。所述编码规则中记录所述起始位及结束位对应的频率，如表1中所示，起始字符对应的频率为18.00Khz，结束字符对应的频率为20.75Khz。相应地，在步骤S105中，对所述频谱特征译码并识别所述起始字符和结束字符，并按照所述步骤S101中的校验算法对译码得到的数据帧进行校验，这样所述接收端就能准确识别接收的通信信息，实现通信信息的有序、准确地传输。

本发明优选采用的校验算法为平方和校验，在这种方式下，所有数据字符均为数字，且数据帧包括10个数据字符、3个校验字符，校验公式如下：

其中a_i表示数据字符，上述公式中对每一数据字符取平方后求和，得到一校验数字S，该校验数字的位数为3位，因为即便每一数据字符为9，计算出的校验数字为810，仍为三位数。而后将该校验数字的每一位分别作为一校验字符放入数据帧中。在这种情况下，数据帧包括1个起始字符、10个数据字符、3个校验字符、1个结束字符，数据帧的长度为15，经过译码后会对应15个频谱特征，经过傅里叶反变换后会变为15个声波信号片段。

进一步地，为了更好地实现译码，确保准确接收通信信息，参阅图2，所述步骤S105包括以下步骤：

S105-1：依次缓存译码得到的每一字符并计数。

本步骤中，每收到一个声波片段对应的频谱特征后，对该频谱特征进行译码，缓存译码得到的字符，并计数。缓存的字符可以是起始字符、数据字符、校验字符或结束字符中任一种。每缓存一个字符，计数的值就加1。本步骤是被动触发的，仅当接收端收到声波信号片段时才会缓存接收到的信息。

S105-2：判断计数的值是否小于数据帧的长度。

本步骤为判断步骤，判断计数的值与数据帧的长度的大小，每当步骤S105-1执行一次，本步骤就做一次比较。所述数据帧的长度在不同的应用中有不同的定义。

S105-3：当计数的值小于数据帧的长度时，继续缓存下一个字符。

当步骤S105-2判断计数的值小于数据帧的长度时，意味着一个数据帧还未接收完成，因此继续缓存下一个字符。

S105-4：当计数的值大于或等于数据帧的长度时，按照所述步骤S101中的校验算法对接收到的数据字符进行校验。

当步骤S105-2判断计数的值大于或等于数据帧的长度时，视为接收了一个数据帧，按照所述步骤S101中的校验算法对接收到的数据字符进行校验。在既定的应用中，数据帧的长度及其中数据字符和校验字符的数量都是确定的，因此可以根据先后缓存的字符的顺序获取相应的数据字符及校验字符，并按照所述校验算法进行校验。

进一步地，为了准确处理接收到的字符并与后续通信过程衔接，参阅图3，所述步骤S105-4进一步包括以下步骤：

S105-4-1：当计数的值等于数据帧的长度时，判断最近一次缓存的字符是否为结束字符。

当计数的值等于数据帧的长度时，意味着有可能已经接收完成了一个数据帧，因此还需判断最近一次缓存的字符是否为结束字符。

S105-4-2：当最近一次缓存的字符为结束字符时，按照所述步骤S101中的校验算法计算缓存的数据字符得到待校验字符，通过比较所述待校验字符与缓存的校验字符是否一致判断校验是否通过。

S105-4-3：当校验通过时，存储上述缓存的数据字符。

校验通过意味着数据正确，本步骤存储的数据字符为一个数据帧内的所有字符，作为有效的数据保存并用于其他应用功能，例如对序列号的识别、对支付口令的识别及响应等功能。

S105-4-4：当校验未通过时，回到步骤S105-1，继续缓存下一个字符。

校验未通过意味着数据错误，不能存储最近缓存的字符，仍需回到步骤S105-1并继续缓存下一个字符。为了方便与其他判定条件的衔接。

S105-4-5：当步骤S105-4-1判断最近一次缓存的字符不是结束字符时，回到步骤S105-1，继续缓存下一个字符。

最近一次缓存的字符不是结束字符时，意味着本次缓存的等于数据帧长度的字符并不是一个数据帧内的字符，可能跨过了两个数据帧，导致数据帧的接收不完整，因此回到步骤S105-1，继续缓存下一个字符。

S105-4-6：当计数的数量大于数据帧的长度时，判断最近一次缓存的字符是否为开始字符。

本步骤与步骤S105-4-1为平行步骤，由于步骤S5-4中的判定条件为“当计数的值大于或等于数据帧的长度时”，步骤S105-4-1选择了“计数的值等于数据帧的长度”这一分支判断，本步骤则选择“计数的数量大于数据帧的长度”这一分支判断。本步骤仍执行判断语句，判断最近一次缓存的字符是否为开始字符。

S105-4-7：当最近一次缓存的字符为开始字符时，计数清零，回到步骤S105-1，重新缓存下一个字符。

当步骤S105-4-6判断最近一次缓存的字符为开始字符时，意味着接收到新的数据帧，可将计数清零，以便重新统计新的数据帧的字符数量，并回到步骤S105-1开始下一轮的字符缓存。

S105-4-8：当最近一次缓存的字符不是开始字符时，回到步骤S105-1，继续缓存下一个字符。

本步骤、步骤S105-4-4及步骤S105-4-5均回到步骤S105-1，都实现了继续缓存下一个字符以等待下一个数据帧到达的效果。

以上步骤实现了对数据帧的识别、校验，确保接收到的通信信息正确、完整。

作为所述通信方法的进一步改进，所述步骤S101中对所述通信信息中所有数据字符编码时，在每一频谱特征中将一预设频率的幅值设为第三幅值，所述预设频率为人耳可感受到的声波频率。所述预设频率可以是50hz至15Khz，目的是为了在声波信号片段中加入人耳能够听到的声音，如“咻咻”声，以提示用户当前正在传输通信信息，并增加了趣味性。所述第三幅值可以与所述第一幅值相等，也可以不相等。

作为所述通信方法的进一步改进，所述步骤S102中，所述声波信号片段的时长为0.17秒，作为一个时间窗，这样以来，发送一个长度为15的数据帧所需的时间为2.55秒。所述接收端按照所述时间窗接收所述声波信号片段并译码。在某些情况下，所述接收端的时间窗的起始时间与发送端的时间窗的起始时间有时间差，很难保证完全同步，这就会影响通信信息的接收效果。因此需要在接收端选择偏移量以抵消上述时间差，所述接收端可在同一时间窗内按照不同的偏移量对所述声波信号片段进行采样，统计译码结果，从中选取译码成功率最高的频谱特征对应的偏移量执行后续采样。

参阅图4，为符合本发明一优选实施例中基于声波的通信系统100的结构框图，所述通信系统包括可穿戴设备及与所述可穿戴设备进行通信信息交互的外部设备，所述可穿戴设备作为发送端200或接收端300工作。所述通信系统100包括：

-编码模块210

所述编码模块210设于所述发送端200内，对待传输的通信信息按照一预设编码规则编码，所述编码规则记录了每一种数据字符在声波频率范围内对应的唯一频率，所述数据字符被编码后得到一频谱特征，所述频谱特征中被编码的数据字符对应的频率为第一幅值，其余频率为第二幅值，所述通信信息被编码后得到一组频谱特征的集合。

-傅里叶反变换模块220

所述傅里叶反变换模块220设于所述发送端200内，对所述频谱特征进行傅里叶反变换，得到一声波信号片段，所述通信信息中所有数据字符对应的声波信号片段组成一声波信号。

-发送模块230

所述发送模块230设于所述发送端200内，向所述接收端300发送所述声波信号。

-接收模块310

所述接收模块310设于所述接收端300内，接收来自发送端200的声波信号。

-傅里叶变换模块320

所述接收模块320设于所述接收端300内，接收来自发送端200的声波信号。

-译码模块330

所述译码模块330设于所述接收端300内，根据所述编码规则对所述频谱特征的集合进行译码，得到所述通信信息。

本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，用于可穿戴设备与外部设备的通信信息交互，所述可穿戴设备作为发送端或接收端工作，所述通信信息由至少一个数据字符组成，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

S106：发送端对待传输的通信信息按照一预设编码规则编码，所述编码规则记录了每一种数据字符在声波频率范围内对应的唯一频率，所述数据字符被编码后得到一频谱特征，所述频谱特征中被编码的数据字符对应的频率为第一幅值，其余频率为第二幅值，所述通信信息被编码后得到一组频谱特征的集合；

S107：所述发送端对所述频谱特征进行傅里叶反变换，得到一声波信号片段，所述通信信息中所有数据字符对应的声波信号片段组成一声波信号；

S108：所述发送端向接收端发送所述声波信号；

S109：所述接收端对所述声波信号进行傅里叶变换，得到频谱特征的集合；

S110：所述接收端根据所述编码规则对所述频谱特征的集合进行译码，得到所述通信信息。

作为所述计算机程序的进一步改进，步骤S106中，所述发送端对所述通信信息组帧，得到至少一个数据帧，所述数据帧包括1个起始字符、至少8个数据字符、至少1个校验字符及1个结束字符，所述校验字符通过一校验算法对数据字符计算得到，所述编码规则中记录所述起始位及结束位对应的频率；步骤S110中，对所述频谱特征译码并识别所述起始字符和结束字符，按照所述步骤S106中的校验算法对译码得到的数据帧进行校验。

作为所述计算机程序的进一步改进，所述步骤S110包括以下步骤：

S110-1：依次缓存译码得到的每一字符并计数；

S110-2：判断计数的值是否小于数据帧的长度；

S110-3：当计数的值小于数据帧的长度时，继续缓存下一个字符；

S110-4：当计数的值大于或等于数据帧的长度时，按照所述步骤S106中的校验算法对接收到的数据字符进行校验。

作为所述计算机程序的进一步改进，所述步骤S110-4进一步包括以下步骤：

S110-4-1：当计数的值等于数据帧的长度时，判断最近一次缓存的字符是否为结束字符；

S110-4-2：当最近一次缓存的字符为结束字符时，按照所述步骤S106中的校验算法计算缓存的数据字符得到待校验字符，通过比较所述待校验字符与缓存的校验字符是否一致判断校验是否通过；

S110-4-3：当校验通过时，存储上述缓存的数据字符；

S110-4-4：当校验未通过时，回到步骤S110-1，继续缓存下一个字符；

S110-4-5：当步骤S110-4-1判断最近一次缓存的字符不是结束字符时，回到步骤S105-1，继续缓存下一个字符；

S110-4-6：当计数的数量大于数据帧的长度时，判断最近一次缓存的字符是否为开始字符；

S110-4-7：当最近一次缓存的字符为开始字符时，计数清零，回到步骤S110-1，重新缓存下一个字符；

S110-4-8：当最近一次缓存的字符不是开始字符时，回到步骤S110-1，继续缓存下一个字符。

作为所述计算机程序的进一步改进，所述步骤S106中，所述编码规则中每一种数据字符对应的频率大于18Khz。

作为所述计算机程序的进一步改进，所述步骤S106中对所述通信信息中所有数据字符编码时，在每一频谱特征中将一预设频率的幅值设为第三幅值，所述预设频率为人耳可感受到的声波频率。

作为所述计算机程序的进一步改进，所述步骤S107中，所述声波信号片段的时长为0.17秒，作为一个时间窗；所述接收端按照所述时间窗接收所述声波信号片段并译码。

作为所述计算机程序的进一步改进，所述接收端在同一时间窗内按照不同的偏移量对所述声波信号片段进行采样，统计译码结果，从中选取译码成功率最高的频谱特征对应的偏移量执行后续采样。

作为所述计算机程序的进一步改进，所述接收端对声波信号的采样频率为48Khz。

上述计算机程序的方法步骤与本发明中的基于声波的通信方法的实现方式一致，不再赘述。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (19)

1.一种基于声波的通信方法，用于可穿戴设备与外部设备的通信信息交互，所述可穿戴设备作为发送端或接收端工作，所述通信信息由至少一个数据字符组成，其特征在于，所述通信方法包括以下步骤：

S101：发送端对待传输的通信信息按照一预设编码规则编码，所述编码规则记录了每一种数据字符在声波频率范围内对应的唯一频率，所述数据字符被编码后得到一频谱特征，所述频谱特征中被编码的数据字符对应的频率为第一幅值，其余频率为第二幅值，所述通信信息被编码后得到一组频谱特征的集合；

S102：所述发送端对所述频谱特征进行傅里叶反变换，得到一声波信号片段，所述通信信息中所有数据字符对应的声波信号片段组成一声波信号；

S103：所述发送端向接收端发送所述声波信号；

S104：所述接收端对所述声波信号进行傅里叶变换，得到频谱特征的集合；

S105：所述接收端根据所述编码规则对所述频谱特征的集合进行译码，得到所述通信信息。

2.如权利要求1所述的通信方法，其特征在于，

步骤S101中，所述发送端对所述通信信息组帧，得到至少一个数据帧，所述数据帧包括1个起始字符、至少8个数据字符、至少1个校验字符及1个结束字符，所述校验字符通过一校验算法对数据字符计算得到，所述编码规则中记录所述起始位及结束位对应的频率；

步骤S105中，对所述频谱特征译码并识别所述起始字符和结束字符，按照所述步骤S101中的校验算法对译码得到的数据帧进行校验。

3.如权利要求2所述的通信方法，其特征在于，

所述步骤S105包括以下步骤：

S105-1：依次缓存译码得到的每一字符并计数；

S105-2：判断计数的值是否小于数据帧的长度；

S105-3：当计数的值小于数据帧的长度时，继续缓存下一个字符；

S105-4：当计数的值大于或等于数据帧的长度时，按照所述步骤S101中的校验算法对接收到的数据字符进行校验。

4.如权利要求3所述的通信方法，其特征在于，

所述步骤S105-4进一步包括以下步骤：

S105-4-1：当计数的值等于数据帧的长度时，判断最近一次缓存的字符是否为结束字符；

S105-4-2：当最近一次缓存的字符为结束字符时，按照所述步骤S101中的校验算法计算缓存的数据字符得到待校验字符，通过比较所述待校验字符与缓存的校验字符是否一致判断校验是否通过；

S105-4-3：当校验通过时，存储上述缓存的数据字符；

S105-4-4：当校验未通过时，回到步骤S105-1，继续缓存下一个字符；

S105-4-5：当步骤S105-4-1判断最近一次缓存的字符不是结束字符时，回到步骤S105-1，继续缓存下一个字符；

S105-4-6：当计数的数量大于数据帧的长度时，判断最近一次缓存的字符是否为开始字符；

S105-4-7：当最近一次缓存的字符为开始字符时，计数清零，回到步骤S105-1，重新缓存下一个字符；

S105-4-8：当最近一次缓存的字符不是开始字符时，回到步骤S105-1，继续缓存下一个字符。

5.如权利要求1-4任一项所述的通信方法，其特征在于，

所述步骤S101中，所述编码规则中每一种数据字符对应的频率大于18Khz。

6.如权利要求1-4任一项所述的通信方法，其特征在于，

所述步骤S101中对所述通信信息中所有数据字符编码时，在每一频谱特征中将一预设频率的幅值设为第三幅值，所述预设频率为人耳可感受到的声波频率。

7.如权利要求1-4任一项所述的通信方法，其特征在于，

所述步骤S102中，所述声波信号片段的时长为0.17秒，作为一个时间窗；

所述接收端按照所述时间窗接收所述声波信号片段并译码。

8.如权利要求7所述的通信方法，其特征在于，

所述接收端在同一时间窗内按照不同的偏移量对所述声波信号片段进行采样，统计译码结果，从中选取译码成功率最高的频谱特征对应的偏移量执行后续采样。

9.如权利要求1-4任一项所述的通信方法，其特征在于，

所述接收端对声波信号的采样频率为48Khz。

10.一种基于声波的通信系统，包括可穿戴设备及与所述可穿戴设备进行通信信息交互的外部设备，所述可穿戴设备作为发送端或接收端工作，其特征在于，所述通信系统包括：编码模块，设于所述发送端内，对待传输的通信信息按照一预设编码规则编码，所述编码规则记录了每一种数据字符在声波频率范围内对应的唯一频率，所述数据字符被编码后得到一频谱特征，所述频谱特征中被编码的数据字符对应的频率为第一幅值，其余频率为第二幅值，所述通信信息被编码后得到一组频谱特征的集合；

傅里叶反变换模块，设于所述发送端内，对所述频谱特征进行傅里叶反变换，得到一声波信号片段，所述通信信息中所有数据字符对应的声波信号片段组成一声波信号；

发送模块，设于所述发送端内，向所述接收端发送所述声波信号；

接收模块，设于所述接收端内，接收来自发送端的声波信号；

傅里叶变换模块，设于所述接收端内，对所述声波信号进行傅里叶变换，得到频谱特征的集合；

译码模块，设于所述接收端内，根据所述编码规则对所述频谱特征的集合进行译码，得到所述通信信息。

11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，用于可穿戴设备与外部设备的通信信息交互，所述可穿戴设备作为发送端或接收端工作，所述通信信息由至少一个数据字符组成，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

S106：发送端对待传输的通信信息按照一预设编码规则编码，所述编码规则记录了每一种数据字符在声波频率范围内对应的唯一频率，所述数据字符被编码后得到一频谱特征，所述频谱特征中被编码的数据字符对应的频率为第一幅值，其余频率为第二幅值，所述通信信息被编码后得到一组频谱特征的集合；

S107：所述发送端对所述频谱特征进行傅里叶反变换，得到一声波信号片段，所述通信信息中所有数据字符对应的声波信号片段组成一声波信号；

S108：所述发送端向接收端发送所述声波信号；

S109：所述接收端对所述声波信号进行傅里叶变换，得到频谱特征的集合；

S110：所述接收端根据所述编码规则对所述频谱特征的集合进行译码，得到所述通信信息。

12.如权利要求11所述的计算机可读存储介质，其特征在于，

步骤S106中，所述发送端对所述通信信息组帧，得到至少一个数据帧，所述数据帧包括1个起始字符、至少8个数据字符、至少1个校验字符及1个结束字符，所述校验字符通过一校验算法对数据字符计算得到，所述编码规则中记录所述起始位及结束位对应的频率；

步骤S110中，对所述频谱特征译码并识别所述起始字符和结束字符，按照所述步骤S106中的校验算法对译码得到的数据帧进行校验。

13.如权利要求12所述的计算机可读存储介质，其特征在于，

所述步骤S110包括以下步骤：

S110-1：依次缓存译码得到的每一字符并计数；

S110-2：判断计数的值是否小于数据帧的长度；

S110-3：当计数的值小于数据帧的长度时，继续缓存下一个字符；

S110-4：当计数的值大于或等于数据帧的长度时，按照所述步骤S106中的校验算法对接收到的数据字符进行校验。

14.如权利要求13所述的计算机可读存储介质，其特征在于，

所述步骤S110-4进一步包括以下步骤：

S110-4-1：当计数的值等于数据帧的长度时，判断最近一次缓存的字符是否为结束字符；

S110-4-2：当最近一次缓存的字符为结束字符时，按照所述步骤S106中的校验算法计算缓存的数据字符得到待校验字符，通过比较所述待校验字符与缓存的校验字符是否一致判断校验是否通过；

S110-4-3：当校验通过时，存储上述缓存的数据字符；

S110-4-4：当校验未通过时，回到步骤S110-1，继续缓存下一个字符；

S110-4-5：当步骤S110-4-1判断最近一次缓存的字符不是结束字符时，回到步骤S105-1，继续缓存下一个字符；

S110-4-6：当计数的数量大于数据帧的长度时，判断最近一次缓存的字符是否为开始字符；

S110-4-7：当最近一次缓存的字符为开始字符时，计数清零，回到步骤S110-1，重新缓存下一个字符；

S110-4-8：当最近一次缓存的字符不是开始字符时，回到步骤S110-1，继续缓存下一个字符。

15.如权利要求11-14任一项所述的计算机可读存储介质，其特征在于，

所述步骤S106中，所述编码规则中每一种数据字符对应的频率大于18Khz。

16.如权利要求11-14任一项所述的计算机可读存储介质，其特征在于，

所述步骤S106中对所述通信信息中所有数据字符编码时，在每一频谱特征中将一预设频率的幅值设为第三幅值，所述预设频率为人耳可感受到的声波频率。

17.如权利要求11-14任一项所述的计算机可读存储介质，其特征在于，

所述步骤S107中，所述声波信号片段的时长为0.17秒，作为一个时间窗；

所述接收端按照所述时间窗接收所述声波信号片段并译码。

18.如权利要求17所述的计算机可读存储介质，其特征在于，

所述接收端在同一时间窗内按照不同的偏移量对所述声波信号片段进行采样，统计译码结果，从中选取译码成功率最高的频谱特征对应的偏移量执行后续采样。

19.如权利要求11-14任一项所述的计算机可读存储介质，其特征在于，

所述接收端对声波信号的采样频率为48Khz。