CN110324094B - 声波通信方法和装置、存储介质及电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声波通信方法和装置、存储介质及电子装置。其中，该方法包括：对第一数字信号进行信道编码，得到编码后的第二数字信号；在第二数字信号中插入码元同步头，得到第三数字信号；使用与目标声波频段对应的多个声波频点对第三数字信号进行多进制调制，得到已调制的声波调制信号；在声波调制信号前插入帧同步头，得到待发射的声波信号；使用第一基带频率将声波信号进行发送。本发明解决了相关技术中存在由于信号衰减导致语音信号的接收准确率低的技术问题。

Description

声波通信方法和装置、存储介质及电子装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种声波通信方法和装置、存储介质及电子装置。

背景技术

随着移动互联网的发展，移动设备对近距离互联的需求使得近距离无线通信技术找到了合适的应用平台。近距离无线通信技术与传统有线通信技术在数据传输上相比较，具有实现成本低、使用方便等优点，且还摆脱了有线通信布线的困扰。

目前，无线通信技术主要有：蓝牙技术、WiFi(Wireless Fidelity，无线保真)技术、红外技术、超宽带技术、ZigBee(紫蜂)技术和声波通信技术。

声波无线通信是指：采用声波作为通信媒体进行无线数据传输的一种通信方式。与传统的无线电通信技术相比，声波通信技术由于空气中声波通信不占用无线信道带宽，不受电磁干扰，可以应用于带音频接收和发送设备的移动系统间的数据交互。

然而，由于声波在空气信道传输过程中会衰减，并且声波传输会受到多径效应和多普勒频率偏移以及噪声的影响，因此，相关技术中存在由于信号衰减导致语音信号的接收准确率低的问题。

发明内容

本发明实施例中提供了一种声波通信方法和装置、存储介质及电子装置，以至少解决相关技术中存在由于信号衰减导致语音信号的接收准确率低的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种声波通信方法，包括：对第一数字信号进行信道编码，得到编码后的第二数字信号；在第二数字信号中插入码元同步头，得到第三数字信号；使用与目标声波频段对应的多个声波频点对第三数字信号进行多进制调制，得到已调制的声波调制信号；在声波调制信号前插入帧同步头，得到待发射的声波信号；使用第一基带频率将声波信号进行发送。

可选地，在对第一数字信号进行信道编码，得到编码后的第二数字信号之前，上述方法还包括：在待发送的初始信号中插入一个或多个预设字段，得到第一数字信号，其中，一个或多个预设字段中的每个预设字段用于表示初始信号的属性信息。

可选地，在第二数字信号中插入码元同步头，得到待调制的第三数字信号包括：根据多个声波频点的频点数量，将第二数字信号划分为多个数字信号单元；在多个数字信号单元中插入多个码元同步头，得到第三数字信号。

可选地，在多个数字信号单元中插入多个码元同步头，得到第三数字信号包括：在多个数字信号单元中的每个数字信号单元前插入码元同步头，得到第三数字信号。

可选地，在声波调制信号前插入帧同步头，得到待发射的声波信号之后，上述方法还包括：使用第二基带频率将声波信号进行发送。

可选地，多进制调制为多进制频移键控MFSK调制。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种声波通信方法，包括：使用滑动窗从目标声波信号中获取到目标帧同步头，其中，目标帧同步头与预定帧同步头的第一极性相关结果大于或者等于第一预设阈值，第一极性相关结果用于表示目标帧同步头与预定帧同步头具有相同值的数据位的数量；根据目标帧同步头的位置和目标声波信号的目标码元同步头的位置，获取目标声波信号中所携带的同步数字信号；对同步数字信号进行多进制解调，得到解调数字信号；对解调数字信号进行信道解码，得到目标数字信号。

可选地，使用滑动窗从目标声波信号中获取到目标帧同步头包括：按照预定步长使用滑动窗从目标声波信号中获取目标窗口信号，其中，目标窗口信号为目标声波信号中位于滑动窗内的信号；确定目标窗口信号与预定帧同步头的第二极性相关结果，其中，第二极性相关结果用于表示目标窗口信号与预定帧同步头具有相同值的数据位的数量；在第二极性相关结果大于或者等于第一预设阈值的情况下，将目标窗口信号确定为目标帧同步头。

可选地，根据目标帧同步头的位置和目标声波信号的目标码元同步头的位置，获取目标声波信号中所携带的同步数字信号包括：根据目标帧同步头的位置，确定出待处理信号，其中，待处理信号为与目标帧同步头对应的帧信号；根据目标码元同步头的位置，确定出同步数字信号，其中，同步数字信号为待处理信号中除了目标码元同步头以外的信号。

可选地，在根据目标码元同步头的位置，确定出同步数字信号之前，上述方法还包括：根据目标码元同步头的位置，获取到目标码元同步头；确定出目标码元同步头与预定码元同步头的第三极性相关结果大于或者等于第二预设阈值，其中，第三极性相关结果用于表示目标码元同步头与预定码元同步头具有相同值的数据位的数量。

可选地，对同步数字信号进行多进制解调，得到解调数字信号包括：将同步数字信号分别输入到与多进制解调对应的多个匹配滤波器，得到多个匹配滤波器输出的多个滤波信号；依次对多个滤波信号进行峰值采样，得到多个采样值；将与多个采样值中的最大采样值对应的匹配滤波器输出的滤波信号确定为解调数字信号。

可选地，在使用滑动窗从目标声波信号中获取到目标帧同步头之前，上述方法还包括：在第一基带和第二基带上分别进行信号检测，得到目标声波信号，其中，目标声波信号包括以下至少之一：在第一基带上检测到的第一声波信号，在第二基带上检测到的第二声波信号。

可选地，多进制解调为多进制频移键控MFSK解调。

根据本发明实施例的又一个方面，提供了一种声波通信装置，包括：编码模块，用于对第一数字信号进行信道编码，得到编码后的第二数字信号；第一插入模块，用于在第二数字信号中插入码元同步头，得到第三数字信号；调制模块，用于使用与目标声波频段对应的多个声波频点对第三数字信号进行多进制调制，得到已调制的声波调制信号；第二插入模块，用于在声波调制信号前插入帧同步头，得到待发射的声波信号；发送模块，用于使用第一基带频率将声波信号进行发送。

根据本发明实施例的又一个方面，提供了一种声波通信装置，包括：第一获取模块，用于使用滑动窗从目标声波信号中获取到目标帧同步头，其中，目标帧同步头与预定帧同步头的第一极性相关结果大于或者等于第一预设阈值，第一极性相关结果用于表示目标帧同步头与预定帧同步头具有相同值的数据位的数量；第二获取模块，用于根据目标帧同步头的位置和目标声波信号的目标码元同步头的位置，获取目标声波信号中所携带的同步数字信号；解调模块，用于对同步数字信号进行多进制解调，得到解调数字信号；解码模块，用于对解调数字信号进行信道解码，得到目标数字信号。

根据本发明实施例的又一方面，还提供了一种存储介质，上述存储介质存储有计算机程序，上述计算机程序被设置为运行时执行上述的方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种电子装置，包括存储器、处理器，上述存储器中存储有计算机程序，上述被设置为通过所述计算机程序执行上述的方法。

在本发明实施例中，在同步算法和信道编解码的基础上，引入双同步机制，在原有帧同步的基础上，增加码元同步，在信道编码得到的编码数字信号(第二数字信号)中插入码元同步头，并进行多进制调制，生成已调信号(声波调制信号)，并在已调信号前插入帧同步头，以形成发射信号，由于将无线通信的同步技术和声波传输相结合，并引入双同步机制，可以提高信号捕获的准确度，进而解决相关技术中存在由于信号衰减导致语音信号的接收准确率低的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例的一种声波通信方法的发射设备的硬件结构框图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的声波通信方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的另一种可选的声波通信方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的又一种可选的声波通信方法的流程图；

图5是根据本发明实施例的又一种可选的声波通信方法的流程图；

图6是根据本发明实施例的一种可选的声波通信装置的结构框图；

图7是根据本发明实施例的另一种可选的声波通信装置的结构框图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。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。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本实施例中所提供的方法实施例可以在发射设备、接收设备或者类似的通信设备中执行。以运行在发射设备上为例，图1是本发明实施例的一种声波通信方法的发射设备的硬件结构框图。如图1所示，发射设备10可以包括一个或多个(图1中仅示出一个)处理器102(处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)和用于存储数据的存储器104，可选地，上述发射设备还可以包括用于通信功能的传输设备106以及输入输出设备108。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述发射设备的结构造成限定。例如，发射设备10还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。

存储器104可用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如本发明实施例中的声波通信方法对应的计算机程序，处理器102通过运行存储在存储器104内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至发射设备10。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

传输装置106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括发射设备10的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置106包括一个NIC(Network Interface Controller，网络适配器)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置106可以为RF(Radio Frequency，射频)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

可选地，上述发射设备可以用于声波通信系统，该声波通信系统包括：发射设备和接收设备，其中，该发射设备用于向接收设备发送声波信号。

在本实施例中提供了一种运行于上述发射设备的声波通信方法，图2是根据本发明实施例的一种可选的声波通信方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：

步骤S202，对第一数字信号进行信道编码，得到编码后的第二数字信号；

步骤S204，在第二数字信号中插入码元同步头，得到第三数字信号；

步骤S206，使用与目标声波频段对应的多个声波频点对第三数字信号进行多进制调制，得到已调制的声波调制信号；

步骤S208，在声波调制信号前插入帧同步头，得到待发射的声波信号；

步骤S210，使用第一基带频率将声波信号进行发送。

通过上述步骤，在信道编码得到的编码数字信号(第二数字信号)中插入码元同步头，并进行多进制调制，生成已调信号(声波调制信号)，并在已调信号前插入帧同步头，以形成发射信号，解决了相关技术中存在由于信号衰减导致语音信号的接收准确率低的技术问题，提高了信号捕获的准确度。

可选地，上述步骤的执行主体可以为声波通信系统中的发射设备等，但不限于此。

可选地，在步骤S202之前，可以在待发送的初始信号中插入一个或多个预设字段，得到第一数字信号，其中，一个或多个预设字段中的每个预设字段用于表示初始信号的属性信息。

对于待发送的初始信号，可以在待发送的初始信号上一个或多个插入预设字段。上述预设字段可以包括待发送的初始信号的长度信息字符，还可以与初始信号对应的其他属性信息，以便接收端从预设字段中获取到初始信号的属性信息，以便更好的对初始信号进行处理。

在步骤S202中，对第一数字信号进行信道编码，得到编码后的第二数字信号。

对于第一数字信号，可以对其进行信道编码，得到编码后的第二数字信号。上述信道编码可以是任意对数字信号进行信道编码的方式，例如，RS(Reed-Solomon，里德所罗门)编码，以使系统获得一定的检错和纠错能力。

信道编码的方式可以是：在信息码元序列尾部添加若干监督码元，以使得接收端接收到信号后可基于此进行检错和纠错。

在步骤S204中，在第二数字信号中插入码元同步头，得到第三数字信号。

对于第二数字信号，可以在第二数字信号中插入码元同步头。插入码元同步头的时机可以是多进制调制之前，也可以是在多进制调制之后。插入的码元同步头可以有一个，也可以有多个。

可选地，在本实施例中，在第二数字信号中插入码元同步头，得到第三数字信号可以包括：根据多个声波频点的频点数量，将第二数字信号划分为多个数字信号单元；在多个数字信号单元中插入多个码元同步头，得到第三数字信号。

在第二数字信号中插入码元同步头之前，可以首先将第二数字信号划分为多个数字信号单元，每个数字信号单元中包含预定数量的比特值，上述预定数量可以根据多进制调制所使用的声波频点的数量进行确定。多进制调制是指：使用多个载频对数字信号进行调制，可以利用载波的频率变化来传递数字信息。

根据多个声波频点的频点数量，可以将第二数字信号划分为多个数字信号单元。例如，多个声波频点的频点数量为8，可以将第二数字信号划分为多个数字信号单元，每个数字信号单元为3bit数据。

可选地，上述多进制调制可以是MFSK调制(Multiple frequency shift keying，多进制频移键控)，简称频移键控，是利用载波的频率变化来传递数字信息。例如，MFSK调制可以是16进制调制，16个4bit数据按照MFSK调制编码规则进行符号映射。

在得到多个数字信号单元之后，可以按照预定规则在多个数字信号单元中插入多个码元同步头，得到第三数字信号。

通过本发明实施例的上述技术方案，在根据多个声波频点的频点数量划分的多个数字信号单元中插入多个码元同步头，可以方便接收端进行码元同步头的定位，可以提高信号捕获的准确度。

在多个数字信号单元中插入多个码元同步头的方式可以有多种，例如，可以限定插入多个码元同步头位置，例如，在每N个数字信号单元前插入一个码元同步头，在除了第一个数字信号单元外的其他数字信号单元中每N个数字信号单元前插入一个码元同步头，其中，N为大于或者等于1的正整数。

可选地，在本实施例中，在多个数字信号单元中插入多个码元同步头，得到第三数字信号包括：在多个数字信号单元中的每个数字信号单元前插入码元同步头，得到第三数字信号。

例如，假设需要发送的原始数据为10个字节，内容为0x00,0x01，…，0x09。多进制调制为16进制调制，则每两个字节为1个数字信号单元，在每个数字信号单元之前插入码元同步头。将这10个字节的原始数据按如表1所示的形式插入码元同步头。

表1

码元同步头

0x00

码元同步头

0x01

码元同步头

…

码元同步头

0x09

通过本发明实施例的上述技术方案，通过在每个数字信号单元前插入码元同步头，可以保证对每个数字信号单元进行同步，保证了每个数字信号，提高了信号捕获的准确度。

在步骤S206中，在使用与目标声波频段对应的多个声波频点对第三数字信号进行多进制调制，得到已调制的声波调制信号。

上述目标声波频段可以是声波通信频率范围内选择出的一个频段，例如，15KHz～18KHz，调制频点(声波频点)可以在频段范围内选择，只要接收端可以获知发送端所采用的调制频点即可。

例如，对于16进制的MFSK调制，可以使用16个调制频点，每个调制频点对应于4bit的组合，第1个调制频点对应于0000，第2个调制频点对应于0001，……，第16个调制频点对应于1111。

在步骤S208中，在声波调制信号前插入帧同步头，得到待发射的声波信号。

在得到声波调制信号(已调信号)之后，可以在声波调制信号前插入帧同步头，以形成发射信号。插入的帧同步头的大小可以大于码元同步头的大小，以保证帧同步头能够被正确检测到。

除了帧同步头(帧同步信号)，为了便于接收端可以准确确定出每个帧，可以限定每个帧的大小(限定的可以是实际携带数据的大小，还可以是添加了附加信息之后的数据的大小，例如，预设字段、帧同步头、码元同步头中的一种或几种)，或者，在每个帧的结束位置添加帧结束信号。为了保证数据接收的准确性，还可以限定每个帧的大小，并在每个帧的结束位置添加帧结束信号。

例如，对于MFSK调制，发送端可以使用18种频率，其中，一个代表码元同步位，一个代表信息结束位，剩余16个代表16种4bit的组合。假设需要发送的原始数据为10个字节，内容为0x00,0x01，…，0x09。将这10个字节的原始数据按如表2所示的形式进行组合。

表2

帧同步信号

0x00

码元同步头

0x01

…

码元同步头

0x09

帧结束信号

在步骤S210中，使用第一基带频率将声波信号进行发送。

可以将添加同步头的已调信号转换为发射信号发射出去，发射的声波信号所使用的初始频点即为基带频率。

发送端可以开启双基带调制模式，发送端在保持原有基带音频信号的基础上，增加新的不重叠的基带频率，产生不同的音频并发送。

可选地，在本实施例中，在声波调制信号前插入帧同步头，得到待发射的声波信号之后，发送端可以使用第二基带频率将声波信号进行发送。

使用第一基带频率发送声波信号和使用第二基带频率发送声波信号可以是同步进行的，声波信号叠加发送，产生的是叠加音频，也可以是先后或者交替进行的，发送的声波信号不重叠，产生的是交替音频。

通过本发明实施例的上述技术方案，通过引入双基带调制，发送端在保持原有基带音频信号的基础上，增加新的不重叠的基带频率，产生不同的音频，使得接收端可以在两个基带上进行检测，既能保障原有设备能有效识别，又可增加新设备的检测距离。

在本实施例中还提供了一种运行于接收设备的声波通信方法，接收设备的结构与上述发射设备类似。图3是根据本发明实施例的另一种可选的声波通信方法的流程图，如图3所示，该流程包括如下步骤：

步骤S302，使用滑动窗从目标声波信号中获取到目标帧同步头，其中，目标帧同步头与预定帧同步头的第一极性相关结果大于或者等于第一预设阈值，第一极性相关结果用于表示目标帧同步头与预定帧同步头具有相同值的数据位的数量；

步骤S304，根据目标帧同步头的位置和目标声波信号的目标码元同步头的位置，获取目标声波信号中所携带的同步数字信号；

步骤S306，对同步数字信号进行多进制解调，得到解调数字信号；

步骤S308，对解调数字信号进行信道解码，得到目标数字信号。

通过上述步骤，采用极性相关的方式得到帧同步头的位置，基于帧同步头的位置获取同步数字信号，并对同步数字信号进行解调以及信道解码，得到原始的数字信号，解决了相关技术中存在由于信号衰减导致语音信号的接收准确率低的技术问题，降低了运算量，保证了数据的正确接收。

可选地，上述步骤的执行主体可以为声波通信系统中的接收设备等，但不限于此。

在步骤S302中，使用滑动窗从目标声波信号中获取到目标帧同步头，其中，目标帧同步头与预定帧同步头的第一极性相关结果大于或者等于第一预设阈值，第一极性相关结果用于表示目标帧同步头与预定帧同步头具有相同值的数据位的数量。

可以使用滑动窗从目标声波信号中获取位于滑动窗内的目标窗口信号。滑动窗的大小可以与帧同步长度相同(目标帧同步头的长度，预定帧同步头的长度)，滑动的步长可以为预定步长，预定步长可以根据需要进行限定，可以小于或者等于帧同步长度，例如，1bit。

可选地，在本实施例中，使用滑动窗从目标声波信号中获取到目标帧同步头可以包括：按照预定步长使用滑动窗从目标声波信号中获取目标窗口信号，其中，目标窗口信号为目标声波信号中位于滑动窗内的信号；确定目标窗口信号与预定帧同步头的第二极性相关结果，其中，第二极性相关结果用于表示目标窗口信号与预定帧同步头具有相同值的数据位的数量；在第二极性相关结果大于或者等于第一预设阈值的情况下，将目标窗口信号确定为目标帧同步头。

在使用滑动窗在目标声波信号上滑动的过程中，对于位于滑动窗内的目标窗口信号，可以比较目标窗口信号与预定帧同步头每一个数据位上的值，确定目标窗口信号与预定帧同步头具有相同值的数据位的数量(第一数量)，并根据确定的数量得到第二极性相关结果。第二极性相关结果可以是：第一数量，还可以是目标窗口信号与预定帧同步头具有相同值的数据位的数量，以目标窗口信号与预定帧同步头具有不同值的数据位的数量(第二数量)的差，还可以其他可以由第一数量确定出的结果。

在第二极性相关结果大于或者等于第一预设阈值的情况下，可以确定当前窗口为帧同步头所在的位置。

例如，对于接收的信号，可以采用滑动窗搜索和极性相关获取同步头位置，以一个窗口长度作为帧同步长度，对每个窗口长度的数据与已知的帧同步头进行极性相关，接收数据与已知数据每位bit值相同则输出为1，不同则输出为-1，将帧同步长度相关结果累加，判断相关峰值是否大于预设阈值(第一预设阈值)，当判断为是时，确定当前窗口为帧同步头所在位置。

通过本发明实施例的上述技术方案，通过比较目标窗口信号与预定帧同步头的第二极性相关结果与第一预设阈值，确定出目标帧同步头，可以提高接收设备对于信号传输过程中对于信号的影响，提高算法的鲁棒性。

在步骤S304中，根据目标帧同步头的位置和目标声波信号的目标码元同步头的位置，获取目标声波信号中所携带的同步数字信号。

在确定出目标帧同步头的位置之后，可以根据目标帧同步头的位置和目标码元同步头的位置，获取目标声波信号中所携带的同步数字信号。

可选地，在本实施例中，根据目标帧同步头的位置和目标声波信号的目标码元同步头的位置，获取目标声波信号中所携带的同步数字信号可以包括：根据目标帧同步头的位置，确定出待处理信号，其中，待处理信号为与目标帧同步头对应的帧信号；根据目标码元同步头的位置，确定出同步数字信号，其中，同步数字信号为待处理信号中除了目标码元同步头以外的信号。

在确定出目标帧同步头之后，可以首先确定出当前接收到的语音信号(待处理信号，与目标帧同步头对应的帧信号)。可以使用与帧结束信号对应的滑动窗采用极性相关方式确定帧结束信号，位于与目标帧同步头与帧结束信号之间的信号即为待处理信号。还可以根据预置的待处理信号的大小(可以包括但不限于：同步数字信号的大小、码元同步头的个数和大小、预设字段的大小)，将目标帧同步头之后的预定大小的信号，确定为待处理信号。

对于待处理信号，目标码元同步头的位置和数量是可以预先设置的。根据预置的目标码元同步头的相关信息，从待处理信号中确定出同步数字信号。

通过本发明实施例的上述技术方案，分别根据目标帧同步头的位置，确定出待处理信号，根据目标码元同步头的位置，确定出同步数字信号，可以提高同步数字信号确定的准确性。

为了提高信号接收的准确性，在确定出同步数字信号之前，可以首先根据码元同步头进行校验。

可选地，在本实施例中，在根据目标码元同步头的位置，确定出同步数字信号之前，可以根据目标码元同步头的位置，获取到目标码元同步头；确定出目标码元同步头与预定码元同步头的第三极性相关结果大于或者等于第二预设阈值，其中，第三极性相关结果用于表示目标码元同步头与预定码元同步头具有相同值的数据位的数量。

根据目标码元同步头的位置(例如，起始位置和大小)，可以获取到目标码元同步头。在目标码元同步头有多个的情况下，可以分别执行获取目标码元同步头的操作。

对于获取的目标码元同步头，可以执行目标码元同步头与预定码元同步头之间的极性相关操作，确定目标码元同步头与预定码元同步头具有相同值的数据位的数量，并确定出第三极性相关结果。确定第三极性相关结果的方式与确定第二极性相关结果的方式类似。

在目标码元同步头为多个的情况下，可以分别确定与各个目标码元同步头对应的第三极性相关结果，确定第三极性相关结果大于或者等于第二预设阈值的目标码元同步头的第三数量。在第三数量为全部目标码元同步头的数量或者大于第三预定阈值的情况下，确定目标声波信号被正确接收。

通过本发明实施例的技术方案，通过在确定出同步数字信号之前判断目标码元同步头是否被正确接收，可以提高信号接收的准确率。

在步骤S306中，对同步数字信号进行多进制解调，得到解调数字信号。

对于得到的同步数字信号，可以采用与发送端所采用的多进行调制方式对应的多进制解调方式进行信号解调，得到解调数字信号(解调后的数字信号)其中，多进制解调可以是MFSK解调。

可选地，在本实施例中，对同步数字信号进行多进制解调，得到解调数字信号可以包括：将同步数字信号分别输入到与多进制解调对应的多个匹配滤波器，得到多个匹配滤波器输出的多个滤波信号；依次对多个滤波信号进行峰值采样，得到多个采样值；将与多个采样值中的最大采样值对应的匹配滤波器输出的滤波信号确定为解调数字信号。

例如，对于16进制MFSK解调，可以将同步处理得到的接收信号，分别经过16个不同的匹配滤波器处理后，对每个滤波器输出进行峰值采样，然后对16个采样值进行比较判决，最大的那个采样值来自哪个匹配滤波器输出就意味着该匹配滤波器的冲激响应与接收信号的相关度越高，这样接收信号是哪一种FSK调制信号就判决出来了，又由于4bit数字符号和16个FSK调制信号一一映射，因此可解出所传递的数字信号。

通过本发明实施例的上述技术方案，通过使用与多进制解调对应的多个匹配滤波器进行滤波，并进行峰值采样，根据采样值来确定所传递的数字信号，可以保证信号接收的准确率。

在步骤S308中，对解调数字信号进行信道解码，得到目标数字信号。

上述信道解码可以是任意对数字信号进行信道解码的方式，例如，RS解码，以使系统获得一定的检错和纠错能力。

可选地，在本实施例中，在使用滑动窗从目标声波信号中获取到目标帧同步头之前，在第一基带和第二基带上分别进行信号检测，得到目标声波信号，其中，目标声波信号包括以下至少之一：在第一基带上检测到的第一声波信号，在第二基带上检测到的第二声波信号。

如果开启双基带调制模式，接收端可以在两个基带上进行检测，以增加信号检测的距离。

通过本发明实施例的上述技术方案，通过在两个基带上进行检测，可以增加信号检测的距离，减少了低频干扰和距离因素对信号传输的影像。

下面结合可选示例对上述声波通信方法进行说明。上述声波通信方式可以应用于包含发射设备(对应于发送端)和接收设备(对应于接收端)的声波通信系统。

声波通信方法是指采用声波作为通信媒体进行无线数据传输的一种通信方式。本示例中的声波通信方法采用的是基于极性相关的声波通信算法，将无线通信的同步技术和声波传输相结合，对需要发送的数字信号进行信道编码并进行MFSK调制以生成已调信号，并在已调信号前插入帧同步头以形成发射信号。对接收信号进行同步处理，采用极性相关的方式得到帧同步头的位置，而后对同步处理的信号进行MFSK解调，对解调后的信号进行信道译码，获得原始的数字信号。

同时，为避免单一同步阈值判定引起的误判，本示例中的声波通信方法还引入双同步机制，在帧同步算法的基础上再加上码元同步，从而提高算法的鲁棒性。声信号在高频处衰减较快，降低基带频率可在一定程度上增大最远检测距离，但低基带频率易受到低频干扰。本示例中的声波通信方法采用双基带调制，发送端在保持原有基带音频信号的基础上，增加新的、不重叠的、比原有信号更低的基带频率，兼顾低频干扰和距离因素。

对于发送端，如图4所示，上述声波通信方法可以包括以下步骤：

步骤S402，在需要发送的数字信号上插入预设字段，形成插入数字序列。

步骤S404，对插入数字序列进行信道编码。

步骤S406，对编码后的数字信号进行MFSK调制，生成已调信号。

步骤S408，在已调信号前添加同步头，以形成发射信号。

对每个需要发送的数字信号前插入码元同步头并进行MFSK调制以生成已调信号，在已调信号前插入帧同步头以形成发射信号。

步骤S410，将添加同步头的已调信号转换为发射信号发射出去。

如开启双基带调制模式，发送端在保持原有基带音频信号的基础上，增加新的不重叠的基带频率，产生叠加音频并发送。

对于接收端，如图5所示，上述声波通信方法包括可以包括以下步骤：

步骤S502，接收发送过来的语音信号。

步骤S504，对所接收的信号进行信号同步，获得同步处理信号。

步骤S506，对同步处理信号进行解调，获得信道编码信号。

步骤S508，RS译码，获得原始的数字信号。

步骤S510，输出所解调的数字信号。

如开启双基带调制模式，在两个基带频率调制发送同样的数据，任一接收成功即代表传输完成。

通过本示例，在发送的MFSK调制信号前插入同步头，对接收信号进行同步处理，采用极性相关的方式得到同步头的位置，既降低了运算量，又保证了数据的正确接收；对原始的数字信号进行信道编码并进行调制后发送，接收端对解调后的信号进行信道译码，获得原始的数字信号，增加了对发送的数据进行纠错的能力；通过添加双同步头，在原有帧同步头的基础上，增加了码元同步头，提高了信号接收的准确度。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

在本实施例中还提供了一种声波通信装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图6是根据本发明实施例的一种可选的声波通信装置的结构框图，该装置可以应用于发射设备，如图6所示，该装置包括：

(1)编码模块602，用于对第一数字信号进行信道编码，得到编码后的第二数字信号；

(2)第一插入模块604，用于在第二数字信号中插入码元同步头，得到第三数字信号；

(3)调制模块606，用于使用与目标声波频段对应的多个声波频点对第三数字信号进行多进制调制，得到已调制的声波调制信号；

(4)第二插入模块608，用于在声波调制信号前插入帧同步头，得到待发射的声波信号；

(5)发送模块610，用于使用第一基带频率将声波信号进行发送。

在一个可选的实施例中，上述装置还包括：

第三插入模块，用于在对第一数字信号进行信道编码，得到编码后的第二数字信号之前，在待发送的初始信号中插入一个或多个预设字段，得到第一数字信号，其中，一个或多个预设字段中的每个预设字段用于表示初始信号的属性信息。

在一个可选的实施例中，第一插入模块604包括：

(1)划分单元，用于根据多个声波频点的频点数量，将第二数字信号划分为多个数字信号单元；

(2)插入单元，用于在多个数字信号单元中插入多个码元同步头，得到第三数字信号。

在一个可选的实施例中，插入单元包括：

(1)插入子模块，用于在多个数字信号单元中的每个数字信号单元前插入码元同步头，得到第三数字信号。

在一个可选的实施例中，发送模块610，还用于在声波调制信号前插入帧同步头，得到待发射的声波信号之后，使用第二基带频率将声波信号进行发送。

在一个可选的实施例中，多进制解调为MFSK解调。

在本实施例中还提供了一种声波通信装置，图7是根据本发明实施例的另一种可选的声波通信装置的结构框图，该装置可以应用于接收设备。

如图7所示，该装置包括：

(1)第一获取模块702，用于使用滑动窗从目标声波信号中获取到目标帧同步头，其中，目标帧同步头与预定帧同步头的第一极性相关结果大于或者等于第一预设阈值，第一极性相关结果用于表示目标帧同步头与预定帧同步头具有相同值的数据位的数量；

(2)第二获取模块704，用于根据目标帧同步头的位置和目标声波信号的目标码元同步头的位置，获取目标声波信号中所携带的同步数字信号；

(3)解调模块706，用于对同步数字信号进行多进制解调，得到解调数字信号；

(4)解码模块708，用于对解调数字信号进行信道解码，得到目标数字信号。

在一个可选的实施例中，第一获取模块702包括：

(1)第一获取单元，用于按照预定步长使用滑动窗从目标声波信号中获取目标窗口信号，其中，目标窗口信号为目标声波信号中位于滑动窗内的信号；

(2)第一确定单元，用于确定目标窗口信号与预定帧同步头的第二极性相关结果，其中，第二极性相关结果用于表示目标窗口信号与预定帧同步头具有相同值的数据位的数量；

(3)第二确定单元，用于在第二极性相关结果大于或者等于第一预设阈值的情况下，将目标窗口信号确定为目标帧同步头。

在一个可选的实施例中，第二获取模块704包括：

(1)第三确定单元，用于根据目标帧同步头的位置，确定出待处理信号，其中，待处理信号为与目标帧同步头对应的帧信号；

(2)第四确定单元，用于根据目标码元同步头的位置，确定出同步数字信号，其中，同步数字信号为待处理信号中除了目标码元同步头以外的信号。

在一个可选的实施例中，上述装置还包括：

(1)第五确定单元，用于在根据目标码元同步头的位置，确定出同步数字信号之前，根据目标码元同步头的位置，获取到目标码元同步头；

(2)第六确定单元，用于确定出目标码元同步头与预定码元同步头的第三极性相关结果大于或者等于第二预设阈值，其中，第三极性相关结果用于表示目标码元同步头与预定码元同步头具有相同值的数据位的数量。

在一个可选的实施例中，解调模块706包括：

(1)匹配单元，用于将同步数字信号分别输入到与多进制解调对应的多个匹配滤波器，得到多个匹配滤波器输出的多个滤波信号；

(2)采样单元，用于依次对多个滤波信号进行峰值采样，得到多个采样值；

(3)第七确定单元，用于将与多个采样值中的最大采样值对应的匹配滤波器输出的滤波信号确定为解调数字信号。

在一个可选的实施例中，上述装置还包括：

(1)检测模块，用于在使用滑动窗从目标声波信号中获取到目标帧同步头之前，在第一基带和第二基带上分别进行信号检测，得到目标声波信号，其中，目标声波信号包括以下至少之一：在第一基带上检测到的第一声波信号，在第二基带上检测到的第二声波信号。

在一个可选的实施例中，多进制解调为MFSK解调。

需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

本发明的实施例中还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的计算机程序：

S1，对第一数字信号进行信道编码，得到编码后的第二数字信号；

S2，在第二数字信号中插入码元同步头，得到第三数字信号；

S3，使用与目标声波频段对应的多个声波频点对第三数字信号进行多进制调制，得到已调制的声波调制信号；

S4，在声波调制信号前插入帧同步头，得到待发射的声波信号；

S5，使用第一基带频率将声波信号进行发送。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的计算机程序：

S1，使用滑动窗从目标声波信号中获取到目标帧同步头，其中，目标帧同步头与预定帧同步头的第一极性相关结果大于或者等于第一预设阈值，第一极性相关结果用于表示目标帧同步头与预定帧同步头具有相同值的数据位的数量；

S2，根据目标帧同步头的位置和目标声波信号的目标码元同步头的位置，获取目标声波信号中所携带的同步数字信号；

S3，对同步数字信号进行多进制解调，得到解调数字信号；

S4，对解调数字信号进行信道解码，得到目标数字信号。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称为RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。

本发明的实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。

可选地，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：

S1，对第一数字信号进行信道编码，得到编码后的第二数字信号；

S2，在第二数字信号中插入码元同步头，得到第三数字信号；

S3，使用与目标声波频段对应的多个声波频点对第三数字信号进行多进制调制，得到已调制的声波调制信号；

S4，在声波调制信号前插入帧同步头，得到待发射的声波信号；

S5，使用第一基带频率将声波信号进行发送。

可选地，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：

S1，使用滑动窗从目标声波信号中获取到目标帧同步头，其中，目标帧同步头与预定帧同步头的第一极性相关结果大于或者等于第一预设阈值，第一极性相关结果用于表示目标帧同步头与预定帧同步头具有相同值的数据位的数量；

S2，根据目标帧同步头的位置和目标声波信号的目标码元同步头的位置，获取目标声波信号中所携带的同步数字信号；

S3，对同步数字信号进行多进制解调，得到解调数字信号；

S4，对解调数字信号进行信道解码，得到目标数字信号。

可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种声波通信方法，其特征在于，包括：

对第一数字信号进行信道编码，得到编码后的第二数字信号；

在所述第二数字信号中插入码元同步头，得到第三数字信号；

使用与目标声波频段对应的多个声波频点对所述第三数字信号进行多进制调制，得到已调制的声波调制信号；

在所述声波调制信号前插入帧同步头，得到待发射的声波信号；

使用第一基带频率将所述声波信号进行发送；

在所述第二数字信号中插入所述码元同步头，得到待调制的所述第三数字信号，包括：根据所述多个声波频点的频点数量，将所述第二数字信号划分为多个数字信号单元；在所述多个数字信号单元中插入多个所述码元同步头，得到所述第三数字信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述第一数字信号进行信道编码，得到编码后的所述第二数字信号之前，所述方法还包括：

在待发送的初始信号中插入一个或多个预设字段，得到所述第一数字信号，其中，所述一个或多个预设字段中的每个所述预设字段用于表示所述初始信号的属性信息。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述多个数字信号单元中插入多个所述码元同步头，得到所述第三数字信号包括：

在所述多个数字信号单元中的每个所述数字信号单元前插入所述码元同步头，得到所述第三数字信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述声波调制信号前插入所述帧同步头，得到待发射的所述声波信号之后，所述方法还包括：

使用第二基带频率将所述声波信号进行发送。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述多进制调制为多进制频移键控MFSK调制。

6.一种声波通信方法，其特征在于，包括：

使用滑动窗从目标声波信号中获取到目标帧同步头，其中，所述目标帧同步头与预定帧同步头的第一极性相关结果大于或者等于第一预设阈值，所述第一极性相关结果用于表示所述目标帧同步头与所述预定帧同步头的数据位值相同的数据位的数量；

根据所述目标帧同步头的位置和所述目标声波信号的目标码元同步头的位置，获取所述目标声波信号中所携带的同步数字信号；

对所述同步数字信号进行多进制解调，得到解调数字信号；

对所述解调数字信号进行信道解码，得到目标数字信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，使用所述滑动窗从所述目标声波信号中获取到所述目标帧同步头包括：

按照预定步长使用所述滑动窗从所述目标声波信号中获取目标窗口信号，其中，所述目标窗口信号为所述目标声波信号中位于所述滑动窗内的信号；

确定所述目标窗口信号与所述预定帧同步头的第二极性相关结果，其中，所述第二极性相关结果用于表示所述目标窗口信号与所述预定帧同步头的数据位值相同的数据位的数量；

在所述第二极性相关结果大于或者等于所述第一预设阈值的情况下，将所述目标窗口信号确定为所述目标帧同步头。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述目标帧同步头的位置和所述目标声波信号的所述目标码元同步头的位置，获取所述目标声波信号中所携带的所述同步数字信号包括：

根据所述目标帧同步头的位置，确定出待处理信号，其中，所述待处理信号为与所述目标帧同步头对应的帧信号；

根据所述目标码元同步头的位置，确定出所述同步数字信号，其中，所述同步数字信号为所述待处理信号中除了所述目标码元同步头以外的信号。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在根据所述目标码元同步头的位置，确定出所述同步数字信号之前，所述方法还包括：

根据所述目标码元同步头的位置，获取到所述目标码元同步头；

确定出所述目标码元同步头与预定码元同步头的第三极性相关结果大于或者等于第二预设阈值，其中，所述第三极性相关结果用于表示所述目标码元同步头与所述预定码元同步头的数据位值相同的数据位的数量。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对所述同步数字信号进行多进制解调，得到所述解调数字信号包括：

将所述同步数字信号分别输入到与所述多进制解调对应的多个匹配滤波器，得到所述多个匹配滤波器输出的多个滤波信号；

依次对所述多个滤波信号进行峰值采样，得到多个采样值；

将与所述多个采样值中的最大采样值对应的匹配滤波器输出的滤波信号确定为所述解调数字信号。

11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在使用所述滑动窗从所述目标声波信号中获取到所述目标帧同步头之前，所述方法还包括：

在第一基带和第二基带上分别进行信号检测，得到所述目标声波信号，其中，所述目标声波信号包括以下至少之一：在所述第一基带上检测到的第一声波信号，在所述第二基带上检测到的第二声波信号。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述多进制解调为多进制频移键控MFSK解调。

13.一种声波通信装置，其特征在于，包括：

编码模块，用于对第一数字信号进行信道编码，得到编码后的第二数字信号；

第一插入模块，用于在所述第二数字信号中插入码元同步头，得到第三数字信号；

调制模块，用于使用与目标声波频段对应的多个声波频点对所述第三数字信号进行多进制调制，得到已调制的声波调制信号；

第二插入模块，用于在所述声波调制信号前插入帧同步头，得到待发射的声波信号；

发送模块，用于使用第一基带频率将所述声波信号进行发送；

其中，所述第一插入模块还用于根据所述多个声波频点的频点数量，将所述第二数字信号划分为多个数字信号单元；在所述多个数字信号单元中插入多个所述码元同步头，得到所述第三数字信号。

14.一种声波通信装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于使用滑动窗从目标声波信号中获取到目标帧同步头，其中，所述目标帧同步头与预定帧同步头的第一极性相关结果大于或者等于第一预设阈值，所述第一极性相关结果用于表示所述目标帧同步头与所述预定帧同步头的数据位值相同的数据位的数量；

第二获取模块，用于根据所述目标帧同步头的位置和所述目标声波信号的目标码元同步头的位置，获取所述目标声波信号中所携带的同步数字信号；

解调模块，用于对所述同步数字信号进行多进制解调，得到解调数字信号；

解码模块，用于对所述解调数字信号进行信道解码，得到目标数字信号。

15.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行所述权利要求1至12中任一项所述的方法。

16.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为通过所述计算机程序执行所述权利要求1至12中任一项所述的方法。

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