CN109831280A - 一种声波通讯方法、装置及可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通讯方法、装置及可读存储介质。所述方法包括：对待发送的传输文本进行编码，得到传输文本数据帧；对每一位数据使用两个频率来进行差分表示，利用同时包含多组差分频率的音频信号一次传输多位数据；接收端采样所述音频信号，对接收到的所述音频信号进行频谱分析；得到所述音频信号对应的数字信号；对所述数字信号进行解码得到所述传输文本。本发明采用多个频段的音频信号同时传输所述传输文本数据帧中的多位数据，能够有效提高频带使用效率，大大增加了信息传输速度。同时可根据设备采样率改变频率通道个数，采样率高时可增加通道个数，采样率低时可降低通道个数，可有效适应不同硬件设备。
Description
技术领域
本发明涉及电通信技术领域，尤其是涉及一种声波通讯方法、装置及可读 存储介质。
背景技术
目前现有短距离通信方法很多，有NFC、二维码、蓝牙等，它们各有各自 的特点和限制。比如NFC和蓝牙需要硬件支持，二维码是一个伟大的发明，解 决了很多问题，但是前提是信息接收的一方需要有图像采集单元。声波通信是 利用发送端播放包含了信息的音频，接收端对音频进行采集，分析出发送的数 据来进行通信。声波通讯只需要要发送端和接收端有音频输入输出单元即可， 目前大多电子设备硬件上都满足这个条件。
现有的声波通讯技术在准确率和性能消耗之间不能较好的均衡，往往准确 率较高的方法，计算量也很大，实现的成本较高。计算量简单的方法，其通讯 数据误码率较高，以及噪声环境下，系统鲁棒性较弱。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本 发明的目的在于解决一种准确率高、简单的声波通讯方法、装置及可读存储介 质。
本发明所采用的技术方案是：
第一方面，本发明提供一种声波通讯方法，包括以下步骤：
S1，对待发送的传输文本进行编码，得到传输文本数据帧；
S2，对每一位数据使用两个频率来进行差分表示，利用同时包含多组差分 频率的音频信号一次传输多位数据；
S3，接收端采样所述音频信号，对接收到的所述音频信号进行频谱分析； 得到所述音频信号对应的数字信号；
S4，对所述数字信号进行解码得到所述传输文本。
进一步，所述步骤S1具体包括：
S11，将待发送的传输文本转成二进制数据，
S12，计算所述二进制数据相应的奇偶校验位及RS纠错信息，得到传输文 本的数据帧。
进一步，所述步骤S2具体包括：
S21，生成每个数据帧对应的差分频率组；
S22，计算所述频率组中每个频点的初始及结束相位信息
S23，根据所述幅度和相位信息计算所述每个数据帧的时域数据；
S24，将所述时域数据封装成wav文件发送至接收端。
进一步，所述时域数据的计算公式为：其中K为频率 序号，N为逆变换点数。
进一步，所述步骤S3中，对接收到的所述音频信号进行频谱分析的公式 为：
其中w(n-mR)为窗函数，其中R为平移步长，m为平移序号。
进一步，所窗函数的公式为：
其中N为窗长。
另一方面，本发明还提供一种声波通讯装置，包括：接收端和发送端，
所述发送端包括：
编码单元，其用于对待发送的传输文本进行编码，得到传输文本数据帧；
分频单元，对每一位数据使用两个频率来进行差分表示，利用同时包含多 组差分频率的音频信号一次传输多位数据；
所述接收端包括：
采样单元，其用于接收音频信号，
分析单元，其用于对接收到的所述音频信号进行频谱分析；得到所述音频 信号对应的数字信号；
解码单元，其用于对所述数字信号进行解码得到所述传输文本。
进一步，所述编码单元包括以下子单元：
转换单元，其用于将待发送的传输文本转成二进制数据，
校验单元，其用于计算所述二进制数据相应的奇偶校验位及RS纠错信息， 得到传输文本的数据帧。
另一方面本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储 介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行上述 的声波通讯方法。
本发明的有益效果是：本发明采用差分信号表示每一位数据，并同时利用 多个频段同时传输多位数据，能够有效增强传输抗干扰新能，有效提高频带使 用效率。同时可根据设备采样率改变频率通道个数，采样率高时可增加通道个 数，采样率低时可降低通道个数，可有效适应不同硬件设备。
附图说明
图1是本发明一具体实施例中一声波通讯方法的流程图；
图2是本发明一具体实施例中一数据帧的示意图；
图3是本发明一具体实施例中一数据帧的频域差分传输示意图；
图4是本发明一具体实施例中分析窗示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征 可以相互组合。
如图1，其示出了一种声波通讯方法的流程图，包括以下步骤：
S1，对待发送的传输文本进行编码，得到传输文本数据帧；
S2，对每一位数据使用两个频率来进行差分表示，利用同时包含多组差分 频率的音频信号一次传输多位数据；
S3，接收端采样所述音频信号，对接收到的所述音频信号进行频谱分析； 得到所述音频信号对应的数字信号；
S4，对所述数字信号进行解码得到所述传输文本。
本发明采用差分信号表示每一位数据，并同时利用多个频段同时传输多位 数据，能够有效增强传输抗干扰新能，有效提高频带使用效率，大大增加了信 息传输速度。同时可根据设备采样率改变频率通道个数，采样率高时可增加通 道个数，采样率低时可降低通道个数，可有效适应不同硬件设备。
下面详述各个步骤的具体是实现过程。
所述步骤S1具体包括：
S11，将待发送的传输文本转成二进制数据，
S12，计算所述二进制数据相应的奇偶校验位及RS纠错信息，得到如图2 所示的传输文本的数据帧。
所述步骤S2具体包括：
S21，生成每个数据帧对应的频率组；
S22，计算所述频率组中每个频点的相位信息
S23，根据所述幅度和相位信息计算所述每个数据帧的时域数据；
S24，将所述时域数据封装成wav文件发送至接收端。
本实施例中，使用了多频同时传输技术，即在一个数据帧中，同时选择多个频 率点传送数据，多个数据即对应多个频率组，如图2所示，选择了9个有效数 据以及1位奇偶校验数据共10个频率通道，这种方法能有效提高频带使用效率， 大大增加了信息传输速度。
计算每一帧每一位频率信息，为了降低噪声干扰的影响，以及避免人为选 择判断阈值，本设计选用差分传输的思路，即每位数据用两个频率差分表示， 检测的时候判断两个频点的差值大于0则表示1，差值小于0则表示0，如下图 3中所示，第一个数据位表示1，第二个数据位表示0，后两种情况在本设计中 不会出现。
为了避免在不同帧之间频率突变的时候造成信号的不连续，需要计算出每 一帧每个频点的初始相位及结束相位，利用第2步得到每帧频率数据，结合采 样率、帧长等参数，可计算出每帧的初始和结束相位，以下伪代码迭代公式可 以描述相位计算过程
while：
start_phase＝end_phase
end_phase＝start_phase+phase_step*Nsamples
end_phase＝end_phase-temp*2*pi
上式中f为信号频率，fs为接收端设备采样率，如常见的8000、16000、 44100等，Nsample为分析窗内的数据点个数，如采样率16000，分析窗长16ms， 则Nsample＝16000*0.016＝256。
通过以上计算过程，就可以得到频域包含频率和相位信息的复数数据，最 后通过傅里叶逆变换即可求得每帧的时域数据，傅里叶逆变换公式如下：时域 数据的计算公式为：其中K为频率序号，N为逆变换点数。 将上述产生的时域数据加上wav头信息，封装成wav文件，以便能在发送端设 备中播放。
所述步骤S3中，对接收到的所述音频信号进行频谱分析的公式为：
其中w(n-mR)为窗函数，其中R为平移步长，m为平移序号。如选择汉明 窗，则窗公式如下，所窗函数的公式为：其中N 为窗长。分别对每段分析窗内的数据做傅里叶变换，即可得到包含时间m和频 率ω信息的Y(m,ω)。根据分析得到的短时谱，解析当前接收到的数据，实际中 分析窗无法保证刚好在一帧中间，因此本设计选择分析窗长为帧长的三分之一， 即处理方式如图4所示。
本发明还提供一种声波通讯装置，包括：接收端和发送端，
所述发送端包括：编码单元，其用于对待发送的传输文本进行编码，得到传输 文本数据帧；
分频单元，对每一位数据使用两个频率来进行差分表示，利用同时包含多 组差分频率的音频信号一次传输多位数据；
所述接收端包括：
采样单元，其用于接收音频信号，
分析单元，其用于对接收到的所述音频信号进行频谱分析；得到所述音频 信号对应的数字信号；
解码单元，其用于对所述数字信号进行解码得到所述传输文本。
进一步，所述编码单元包括以下子单元：
转换单元，其用于将待发送的传输文本转成二进制数据，
校验单元，其用于计算所述二进制数据相应的奇偶校验位及RS纠错信息， 得到传输文本的数据帧。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储 有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行上述的声波通 讯方法。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述 实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的 等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范 围内。
Claims (9)
1.一种声波通讯方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，对待发送的传输文本进行编码，得到传输文本数据帧；
S2，对每一位数据使用两个频率来进行差分表示，利用同时包含多组差分频率的音频信号一次传输多位数据；
S3，接收端采样所述音频信号，对接收到的所述音频信号进行频谱分析，得到音频信号对应的数字信号；
S4，对所述数字信号进行解码得到所述传输文本。
2.根据权利要求1所述的声波通讯方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
S11，将待发送的传输文本转成二进制数据，
S12，计算所述二进制数据相应的奇偶校验位及RS纠错信息，得到传输文本的数据帧。
3.根据权利要求1所述的声波通讯方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
S21，生成每个数据帧对应的差分频率组；
S22，计算所述频率组中每个频点的初始及结束相位信息
S23，根据所述幅度和相位信息计算所述每个数据帧的时域数据；
S24，将所述时域数据封装成wav文件发送至接收端。
4.根据权利要求1所述的声波通讯方法，其特征在于，所述时域数据的计算公式为：其中K为频率序号，N为逆变换点数。
5.根据权利要求1所述的声波通讯方法，其特征在于，所述步骤S3中，对接收到的所述音频信号进行频谱分析的公式为：其中w(n-mR)为窗函数，其中R为平移步长，m为平移序号。
6.根据权利要求5所述的声波通讯方法，其特征在于，所窗函数的公式为：
其中N为窗长。
7.一种声波通讯装置，其特征在于，包括：接收端和发送端，
所述发送端包括：
编码单元，其用于对待发送的传输文本进行编码，得到传输文本数据帧；
分频单元，其用于对每一位数据使用两个频率来进行差分表示，利用同时包含多组差分频率的音频信号一次传输多位数据；
所述接收端包括：
采样单元，其用于接收音频信号，
分析单元，其用于对接收到的所述音频信号进行频谱分析；得到音频信号对应的数字信号；
解码单元，其用于对所述数字信号进行解码得到所述传输文本。
8.根据权利要求7所述的声波通讯装置，其特征在于，所述编码单元包括以下子单元：
转换单元，其用于将待发送的传输文本转成二进制数据，
校验单元，其用于计算所述二进制数据相应的奇偶校验位及RS纠错信息，得到传输文本的数据帧。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求1至5任一项所述的方法。
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| CN201910149291.3A CN109831280A (zh) | 2019-02-28 | 2019-02-28 | 一种声波通讯方法、装置及可读存储介质 |
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| CN201910149291.3A Pending CN109831280A (zh) | 2019-02-28 | 2019-02-28 | 一种声波通讯方法、装置及可读存储介质 |
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Cited By (1)
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