CN108881924A - 数据传输设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种数据传输设备，发送端和接收端；发送端包括：相互连接的编码模块和显示模块；其中，编码模块用于获取传输数据，根据传输数据生成n帧原始数据帧和m帧帧间纠错数据帧，其中，n和m均为大于1的自然数，根据n帧原始数据帧和m帧帧间纠错数据帧生成n+m帧帧内纠错图像；显示模块用于显示n+m帧帧内纠错图像；接收端包括：相互连接的解码模块和图像采集模块；其中，图像采集模块用于获取由显示模块显示的多帧帧内纠错图像；解码模块用于根据多帧帧内纠错图像还原得到编码模块获取的传输数据。本发明实施例提供的数据传输设备，具备物理隔离条件下的数据单向传输功能，并可以实现数据传输的可靠性及高速率。

Description

数据传输设备

技术领域

本发明实施例涉及通信领域，尤其涉及一种数据传输设备。

背景技术

数据传输是数据从一个地方传送到另一个地方的通信过程。单向传输是一种常见的数据传输方式，它强调单向的数据传输。举例来说，在通信双方中，一方固定为发送端，另一方固定为接收端，信息只能沿一个方向传输，即只能由发送端将数据传输给接收端。

现有技术中，单向传输的方法有很多，例如：单模光纤、光盘刻录、基于图像识别技术的单向传输等。其中，单模光纤无法做到完全的物理隔离。光盘刻录的容量有限，失败率高，在传输完后，还需对光盘进行销毁。利用图像识别技术的单向传输其主要实现原理是：A计算机，将需要传输的数据文件，通过图形转化处理转化成一幅图像，然后将该图像在显示器上显示；B计算机，通过图像采集器扫描显示器上的图像，通过图像识别技术对图像进行解码还原，从而得到原始数据文件，可以达到物理隔离条件下的数据单向传输的目的。

本发明的发明人发现，由于单向传输的特性，计算机与计算机无法完成握手过程，当计算机解码图片失败，发生数据丢包时无法通知计算机重传，造成文件传输失败。为了保证传输的可靠性，现有技术中的解决方案是通过降低图像的信息含量或延长图像的显示时间，来降低图像解码错误率，这就使得传输速率大幅较低，无法满足实际应用的需求。

发明内容

本发明实施例提供一种数据传输设备，具备物理隔离条件下的数据单向传输功能，并可以实现数据传输的可靠性及高速率。

本发明实施例提供一种数据传输设备，包括：发送端和接收端；

所述发送端包括：相互连接的编码模块和显示模块；其中，

所述编码模块用于获取传输数据，根据所述传输数据生成n帧原始数据帧和m帧帧间纠错数据帧，其中，n和m均为大于1的自然数，根据所述n帧原始数据帧和所述m帧帧间纠错数据帧生成n+m帧帧内纠错图像；

所述显示模块用于显示所述n+m帧帧内纠错图像；

所述接收端包括：相互连接的解码模块和图像采集模块；其中，

所述图像采集模块用于获取由所述显示模块显示的多帧帧内纠错图像；

所述解码模块用于根据所述多帧帧内纠错图像还原得到所述编码模块获取的传输数据。

在某些可能的方案中，所述的设备还包括：绝缘底座；

所述发送端和所述接收端间隔地设置在所述绝缘底座上。

在某些可能的方案中，所述发送端与所述接收端位于不同的网络。

在某些可能的方案中，所述编码模块还用于获取所述传输数据的长度L和预设原始数据帧的单位帧长x，根据公式：n＝L/x确定原始数据帧的帧数n。

在某些可能的方案中，所述显示模块具体用于以预设顺序和预设时长显示所述n+m帧帧内纠错图像。

在某些可能的方案中，所述显示模块具体用于即时地显示已生成的帧内纠错图像。

在某些可能的方案中，所述帧内纠错图像为二维码。

在某些可能的方案中，所述解码模块具体用于根据所述多帧帧内纠错图像得到N帧原始数据帧和M帧帧间纠错数据帧，根据所述N帧原始数据帧和所述M帧帧间纠错数据帧还原得到传输数据。

在某些可能的方案中，所述解码模块具体用于根据所述多帧帧内纠错图像确定发送端生成的原始数据帧的帧数n，判断是否满足公式：N+M≥n；

若是，则所述解码模块根据所述N帧原始数据帧和所述M帧帧间纠错数据帧还原得到传输数据；

若否，则所述解码模块发出接收失败提示。

本发明实施例提供的数据传输设备，由发送端获取传输数据，发送端根据传输数据生成n帧原始数据帧和m帧帧间纠错数据帧，其中，n和m均为大于1的自然数，发送端根据n帧原始数据帧和m帧帧间纠错数据帧生成n+m帧帧内纠错图像，发送端在显示模块上显示n+m帧帧内纠错图像。相应的，由接收端通过图像采集模块获取多帧帧内纠错图像，接收端根据多帧帧内纠错图像还原得到发送端获取的传输数据。不难理解，利用本发明提供的数据传输设备可实现如下的单向传输过程：由发送端获取用户所指定的传输数据，例如文件压缩包、音乐文件、视频文件、电子文章、电子表格等电子数据，之后，发送端根据该传输数据生成多帧原始数据帧和多帧帧间纠错数据帧，多帧原始数据帧可以以传输数据为基础并经过一系列的算法处理得到，多帧帧间纠错数据帧可以根据传输数据的内容、类型、大小等参数为基础并经过一系列的算法处理得到，再之后，发送端可以对所得到的n帧原始数据帧和m帧帧间纠错数据帧逐一进行纠错处理，得到n+m帧帧内纠错图像，并通过显示模块，将n+m帧帧内纠错图像显示出来。对应的，当接收端通过图像采集模块获取到发送端发出的帧内纠错图像后，对获取的帧内纠错图像进行还原，并最终得到发送端最初获取的传输数据，完成数据单向传输的过程。因此，本发明实施例提供的数据传输设备，通过发送端和接收端的相互配合，实现物理隔离条件下的数据单向传输，并通过帧间纠错和帧内纠错的双重纠错模式，使得接收端可还原数据传输过程中出现的因解码失败而丢失的数据，并且，无需降低图像的信息含量或延长图像的显示时间，实现了数据传输的可靠性及高速率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的数据传输设备的结构示意图；

图2为本发明实施例一中的发送端的数据发送方法的示意性流程图；

图3为本发明实施例一中的纠错码处理原理第一示意图；

图4为本发明实施例一中的纠错码处理原理第二示意图；

图5为本发明实施例一中的纠错码处理原理第三示意图；

图6为本发明实施例一中的纠错码处理原理第四示意图；

图7为本发明实施例一中的纠错码处理原理第五示意图；

图8为本发明实施例一中的纠错码处理原理第六示意图；

图9为本发明实施例一中的接收端的数据接收方法的示意性流程图；

图10为本发明实施例二提供的数据传输设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

在介绍本发明实施例之前，首先简单介绍几个相关概念。

帧：量词，用于表示图像的数量单位，例如，一幅图像作为一帧。

帧内：指一帧图像内包含的内容。

帧间：指多帧图像之间包含的内容。

纠错：指一种用于纠正在传输数据期间产生的出错数据的方法。

纠错码：指在传输数据过程中发生错误后，能在接收端自行发现或纠正的编码。

下面结合附图详细说明本发明实施例。

图1为本发明实施例一提供的数据传输设备的结构示意图。如图1所示，本实施例中的数据传输设备，包括：发送端和接收端。并且，发送端和接收端位于同一设备壳体内。但发送端与接收端位于不同的网络。

应理解，发送端和接收端可以是手机、平板电脑、电脑、虚拟现实终端设备、增强现实终端设备、工业控制的无线终端、智能电网中的无线终端、无人驾驶中的无线终端、远程医疗中的无线终端、运输安全中的无线终端等等。

另外，若但发送端与接收端位于相同的网络，也可以通过该种方式实现数据的单向传输。

本实施例中的发送端包括：相互连接的编码模块和显示模块。显示模块可以为一显示器。

其中，编码模块用于获取传输数据，根据传输数据生成n帧原始数据帧和m帧帧间纠错数据帧，其中，n和m均为大于1的自然数，根据n帧原始数据帧和m帧帧间纠错数据帧生成n+m帧帧内纠错图像。

显示模块用于显示n+m帧帧内纠错图像。

接收端包括：相互连接的解码模块和图像采集模块。图像采集模块可以为一摄像头。

其中，图像采集模块用于获取由显示模块显示的多帧帧内纠错图像。

解码模块用于根据多帧帧内纠错图像还原得到编码模块获取的传输数据。

可得知，本发明实施例提供的数据传输设备，通过发送端和接收端的相互配合，实现了同设备内的物理隔离条件下的数据单向传输。

图2为本发明实施例一中的发送端的数据发送方法的示意性流程图，如图2所示，该方法可以包括以下步骤：

S210、发送端获取传输数据；

S220、发送端根据传输数据生成n帧原始数据帧和m帧帧间纠错数据帧，其中，n和m均为大于1的自然数；

S230、发送端根据n帧原始数据帧和m帧帧间纠错数据帧生成n+m帧帧内纠错图像；

S240、发送端在显示模块上显示n+m帧帧内纠错图像。

具体来说，在S210中，传输数据可以为存储在发送端内的数字文件，例如：文件压缩包、音乐文件、视频文件、电子文章、电子表格等等。当用户进行数据传输操作时，发送端可向用户交互界面弹出一对话框，要求其选择所要传输的文件，可选地，用户可通过点击、拖拽等方式对传输文件进行选择。在用户选择完毕之后，发送端获取该传输数据。

在S220中，发送端将获取的传输数据，通过算法生成n帧原始数据帧和m帧帧间纠错数据帧。

可选地，发送端获取传输数据的长度L和预设原始数据帧的单位帧长x；发送端根据公式：n＝L/x确定原始数据帧的帧数n，之后，发送端对传输数据进行数据帧化处理，生成n帧原始数据帧。另外可选地，帧间纠错数据帧的帧数m是可调整的参数，也可以说是一预设值。本领域技术人员应当理解，当m值设的越大，发送时冗余就越多，相应的纠错能力就更强，传输速度就越慢。在本实施例中，帧间纠错数据帧是根据原始数据帧运算得出的，且纠错帧的帧长跟原始帧保持一致。

在S230中，发送端根据n帧原始数据帧和m帧帧间纠错数据帧生成n+m帧帧内纠错图像。

可选地，发送端对n帧原始数据帧和m帧帧间纠错数据帧进行一对一的帧内纠错编码处理，也就是说，发送端对n帧原始数据帧进行帧内纠错编码处理，得到n帧帧内纠错码，发送端对m帧帧间纠错数据帧进行帧内纠错编码处理，得到m帧帧内纠错码，最终得到n+m帧帧内纠错图像。应当理解，帧内纠错码仅表示经过帧内纠错编码处理的图像，其代表一种图像类型，而并非具体的一幅图像。另外，需要说明的是，本实施例中，发送端根据传输数据生成n+m帧帧内纠错图像的方式，可以是利用纠错码处理技术，它是一种前向纠错技术，在网络传输中避免包的丢失，存储系统利用它来提高存储可靠性。相比多副本复制而言，纠错码能够以更小的数据冗余度获得更高数据可靠性。

为了更清楚地解释纠错码处理原理，提供图3为本发明实施例一中的纠错码处理原理第一示意图，图4为本发明实施例一中的纠错码处理原理第二示意图，图5为本发明实施例一中的纠错码处理原理第三示意图，图6为本发明实施例一中的纠错码处理原理第四示意图，图7为本发明实施例一中的纠错码处理原理第五示意图，图8为本发明实施例一中的纠错码处理原理第六示意图。结合图3至图8，对纠错码处理进行阐述。

具体来说，图3示出了纠错码处理运算等式，即纠错码处理是将原始数据D＝(D1，D2，...,Dx)，图中可知x＝5，乘以编码矩阵，得到编码后的原始数据D和纠错码C(C1,C2,...,Cy)，图中可知y＝3。图3最左边是编码矩阵，需要满足任意x*x子矩阵可逆。为方便数据存储，编码矩阵上部是单位阵(x行x列)，下部是y行x列矩阵。还应当理解，下部矩阵可以选择范德蒙德矩阵或柯西矩阵。之后，可在通过图像转化算法，将编码矩阵以图像方式示出。

在还原时，先将图像转化为编码矩阵，当纠错码最多能容忍y个数据块被删除，则数据恢复的过程如下：

1)如图4所示，假设D1、D4、C2丢失，从编码矩阵中删掉丢失的数据块/编码块对应的行。

根据图3所示纠错码处理运算等式，可以得到图5中的B'以及等式。

2)由于B'是可逆的，记B'的逆矩阵为(B'^-1)，则B'*(B'^-1)＝I单位矩阵。再如图6所示，两边左乘B'逆矩阵。

3)得到图7中的原始数据D的计算公式。

如图8所示，即恢复原始数据D。

在S230中，可选地，发送端将传输数据生成n+m帧二维码图像，也就是说，帧内纠错图像即为二维码。二维码又称二维条码，是用某种特定的几何图形按一定规律在平面(二维方向上)分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的；在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0”、“1”比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息，通过图像输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理：它具有条码技术的一些共性：每种码制有其特定的字符集；每个字符占有一定的宽度；具有一定的校验功能等。同时还具有对不同行的信息自动识别功能、及处理图形旋转变化点。

在S240中，发送端经过上述步骤后，将n+m帧帧内纠错图像在显示模块上进行显示，以使接收端通过图像采集模块获取这些帧内纠错图像，实现数据的传输。

可选地，发送端在显示模块上以预设顺序和预设时长显示n+m帧帧内纠错图像。举例来说，发送端在显示模块上以每帧显示1秒的速度显示n+m帧内纠错图像。顺序可先显示由原始数据帧生成的帧内纠错图像，再显示由帧间纠错数据帧生成的帧内纠错图像。或者，也可以以交替的方式显示，即先显示由原始数据帧生成的帧内纠错图像，再显示由帧间纠错数据帧生成的帧内纠错图像，又显示由原始数据帧生成的帧内纠错图像的交替顺序。

优选的，在S240中，发送端在显示模块上显示n+m帧帧内纠错图像，包括：发送端在显示模块上即时地显示部分已生成的帧内纠错图像。举例来说，当传输数据过大时，若等待发送端将帧内纠错图像生成完毕后，再将已生成的帧内纠错图像进行显示，需要一定的运行时间，若通过发送端在显示模块上即时地显示部分已生成的帧内纠错图像，换言之，发送端在生成一部分帧内纠错图像的同时，便将已生成的帧内纠错图像进行即时地显示，使得生成和显示同时进行，从而缩短运行时间，提高发送效率。

图9为本发明实施例一中的接收端的数据接收方法的示意性流程图，如图9所示，该方法可以包括以下步骤：

S310、接收端通过图像采集模块获取多帧帧内纠错图像；

S320、接收端根据多帧帧内纠错图像还原得到发送端获取的传输数据。

在S310中，当用户需要进行接收操作时，打开接收端的图像采集模块，使接收端通过图像采集模块获取多帧帧内纠错图像，之后进入S320，再由接收端根据多帧帧内纠错图像还原得到发送端获取的传输数据。还原方法可参见实施例一中的描述，此处不予赘述。

需要指出的是，在一优选方案中，接收端根据多帧帧内纠错图像还原得到发送端获取传输数据，包括：

接收端根据多帧帧内纠错图像得到N帧原始数据帧和M帧帧间纠错数据帧；

接收端根据N帧原始数据帧和M帧帧间纠错数据帧还原得到传输数据。也就是说，接收端先对所接收到的多帧帧内纠错图像进行帧内还原处理，并还原得到N帧原始数据帧和M帧帧间纠错数据帧。之后，再对N帧原始数据帧和M帧帧间纠错数据帧进行帧间还原处理，并最终还原得到发送端获取传输数据，实现了完整的还原过程。

需要指出的是，在另一优选方案中，接收端根据N帧原始数据帧和M帧帧间纠错数据帧还原得到传输数据，包括：

接收端根据多帧帧内纠错图像确定发送端生成的原始数据帧的帧数n；

判断是否满足公式：N+M≥n；

若是，则接收端根据N帧原始数据帧和M帧帧间纠错数据帧还原得到传输数据；

若否，则接收端发出接收失败提示。

应当理解，该方案使得接收端在接收完毕后，具有接收失败提醒功能，以便用户第一时间重新进行数据传输，进一步提高了数据传输的可靠性。

通过上述实施例可以得知，本发明实施例提供的数据传输设备，由发送端获取传输数据，发送端根据传输数据生成n帧原始数据帧和m帧帧间纠错数据帧，其中，n和m均为大于1的自然数，发送端根据n帧原始数据帧和m帧帧间纠错数据帧生成n+m帧帧内纠错图像，发送端在显示模块上显示n+m帧帧内纠错图像。相应的，由接收端通过图像采集模块获取多帧帧内纠错图像，接收端根据多帧帧内纠错图像还原得到发送端获取的传输数据。不难理解，利用本发明提供的数据传输设备可实现如下的单向传输过程：由发送端获取用户所指定的传输数据，例如文件压缩包、音乐文件、视频文件、电子文章、电子表格等电子数据，之后，发送端根据该传输数据生成多帧原始数据帧和多帧帧间纠错数据帧，多帧原始数据帧可以以传输数据为基础并经过一系列的算法处理得到，多帧帧间纠错数据帧可以根据传输数据的内容、类型、大小等参数为基础并经过一系列的算法处理得到，再之后，发送端可以对所得到的n帧原始数据帧和m帧帧间纠错数据帧逐一进行纠错处理，得到n+m帧帧内纠错图像，并通过显示模块，将n+m帧帧内纠错图像显示出来。对应的，当接收端通过图像采集模块获取到发送端发出的帧内纠错图像后，对获取的帧内纠错图像进行还原，并最终得到发送端最初获取的传输数据，完成数据单向传输的过程。因此，本发明实施例提供的数据传输设备，通过发送端和接收端的相互配合，实现物理隔离条件下的数据单向传输，并通过帧间纠错和帧内纠错的双重纠错模式，使得接收端可还原数据传输过程中出现的因解码失败而丢失的数据，并且，无需降低图像的信息含量或延长图像的显示时间，实现了数据传输的可靠性及高速率。

图10为本发明实施例二提供的数据传输设备的结构示意图。实施例二是实施例一的替代方案，如图2所示，本实施例中的数据传输设备，包括：近似于实施例一所述的发送端和接收端。与实施例一相比，其主要区别在于：本实施例中的发送端和接收端分离设置于不同的壳体。并且，该数据传输设备还包括：绝缘底座。该发送端和该接收端间隔地设置在该绝缘底座上。以实现另一种物理间隔条件下的传输。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(英文：processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取存储器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种数据传输设备，其特征在于，包括：发送端和接收端；

所述发送端包括：相互连接的编码模块和显示模块；其中，

所述编码模块用于获取传输数据，根据所述传输数据生成n帧原始数据帧和m帧帧间纠错数据帧，其中，n和m均为大于1的自然数，根据所述n帧原始数据帧和所述m帧帧间纠错数据帧生成n+m帧帧内纠错图像；

所述显示模块用于显示所述n+m帧帧内纠错图像；

所述接收端包括：相互连接的解码模块和图像采集模块；其中，

所述图像采集模块用于获取由所述显示模块显示的多帧帧内纠错图像；

所述解码模块用于根据所述多帧帧内纠错图像还原得到所述编码模块获取的传输数据。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括：绝缘底座；

所述发送端和所述接收端间隔地设置在所述绝缘底座上。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述发送端与所述接收端位于不同的网络。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述编码模块还用于获取所述传输数据的长度L和预设原始数据帧的单位帧长x，根据公式：n＝L/x确定原始数据帧的帧数n。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述显示模块具体用于以预设顺序和预设时长显示所述n+m帧帧内纠错图像。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述显示模块具体用于即时地显示已生成的帧内纠错图像。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述帧内纠错图像为二维码。

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述解码模块具体用于根据所述多帧帧内纠错图像得到N帧原始数据帧和M帧帧间纠错数据帧，根据所述N帧原始数据帧和所述M帧帧间纠错数据帧还原得到传输数据。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述解码模块具体用于根据所述多帧帧内纠错图像确定发送端生成的原始数据帧的帧数n，判断是否满足公式：N+M≥n；

若是，则所述解码模块根据所述N帧原始数据帧和所述M帧帧间纠错数据帧还原得到传输数据；

若否，则所述解码模块发出接收失败提示。