CN110838876A - 光学相机通信方法、装置及设备 - Google Patents

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Abstract

本公开提供的光学相机通信方法、装置及设备，通过获取光学相机的连续帧信息，连续帧信息包括光学相机的有效采集时间和连续帧间隔时间；将所述连续帧信息反馈给信号发送端，以供信号发送端根据连续帧信息调整待传输的数据帧的帧配置；在调整后的帧配置中，数据帧的数据段的传输时长与所述有效采集时间相等，数据帧的冗余段的传输时长与所述连续帧间隔时间相等；接收所述信号发送端按照调整后的帧配置传输的数据帧，并对数据帧进行数据处理以获得数据帧对应的原始数据，实现了数据帧能够根据光学相机的有效采集时间和连续帧间隔进行自适应调整，降低了数据丢失的可能性。

Description

光学相机通信方法、装置及设备
技术领域
本公开涉及可见光通信技术，尤其涉及一种光学相机通信方法、装置及设备。
背景技术
可见光通信(Visible Light Communications，简称VLC)技术作为一种新型的无线光通信技术，具有通信速率高、抗干扰能力强、安全保密性好、无电磁干扰、无需频谱许可证等诸多优点。光学相机通信(Optical Camera Communication，简称OCC)技术作为VLC技术的一个重要分支，是将日常生活中集成在智能手机、行车记录仪、监控安防等设备上的光学相机作为光信号接收装置，实现数据信息快速有效地进行无线传输。
在现有技术中，信号发送端通常是将待传输的原始数据封装为数据帧，并将调制后的数据帧，通过直流偏置器和直流稳压电源共同输入至发光设备驱动，以此点亮信号光源，同时，信号接收端的光学相机将采用连续拍摄的模式摄取信号光源的光信号，并对拍摄得到的照片进行数据处理以还原出原始数据。
但是，由于在连续拍摄的各图像帧之间存在一个用于处理相机图像传感器感光信息的时间间隔，在该时间间隔内，光学相机不能对入射光信号进行有效检测，如果恰好在此时间间隔内有数据帧传输，就会出现采集的数据帧不连续的情况，进而导致接收端获取的数据出现数据丢失的问题。
发明内容
针对上述问题，本公开提供了一种光学相机通信方法、装置及设备。
第一方面，本公开提供了一种光学相机通信方法，包括：获取光学相机的连续帧信息，所述连续帧信息包括光学相机的有效采集时间和连续帧间隔时间；
将所述连续帧信息反馈给信号发送端，以供信号发送端根据所述连续帧信息调整待传输的数据帧的帧配置；其中在调整后的帧配置中，数据帧的数据段的传输时长与所述有效采集时间相等，数据帧的冗余段的传输时长与所述连续帧间隔时间相等；
接收所述信号发送端按照调整后的帧配置传输的数据帧，并对数据帧进行数据处理以获得数据帧对应的原始数据。
在其他可选的实施方式中，所述数据帧的冗余段包括冗余部分和残余部分，所述冗余部分用于重复所述数据段，所述残余部分用于重复部分所述数据段，所述数据帧的数据段中封装有数据载荷完整性标识，所述数据帧的数据段中封装有数据载荷完整性标识；
相应的，所述接收所述信号发送端按照调整后的帧配置传输的数据帧，并对数据帧进行数据处理以获得各数据帧对应的原始数据，包括：
读取所述数据帧中封装的数据载荷完整性标识；
若所述数据载荷完整性标识的取值为第一预设值，则执行所述对数据帧进行数据处理以获得数据帧对应的原始数据的步骤。
在其他可选的实施方式中，所述读取所述数据帧中封装的数据载荷完整性标识之后，还包括：
若所述数据载荷完整性标识的取值为第二预设值，则根据数据帧中数据段的字符长度和冗余段的字符长度，确定数据帧的字符偏移量；
判断所述字符偏移量是否大于等于所述冗余段中残余部分的字符长度，若是，则向信号发送端发送数据重传请求；否则，执行所述对数据帧进行数据处理以获得各数据帧对应的原始数据的步骤。
在其他可选的实施方式中，所述根据数据帧中数据段的字符长度和冗余段的字符长度，确定数据帧的字符偏移量，包括：
根据数据段的字符长度、冗余段的字符长度、残余部分的字符长度以及数据帧中帧头所在位置确定字符绝对偏移量；
根据数据段的字符长度和字符绝对偏移量确定字符偏移量。
在其他可选的实施方式中，所述向信号发送端发送的数据重传请求中包括所述字符绝对偏移量，以供所述信号发送端基于所述字符绝对偏移量对所述数据帧延迟所述字符绝对偏移量对应的时间后重新发送。
在其他可选的实施方式中，当所述字符绝对偏移量为空时，向信号发送端发送的数据重传请求中包括预设偏移量，以供所述信号发送端基于所述预设偏移量对所述数据帧延迟所述预设偏移量对应的时间后重新发送。
第二方面，本公开提供了一种光学相机通信方法，包括：接收信号接收端反馈的连续帧信息，所述连续帧信息包括光学相机的有效采集时间和连续帧间隔时间；
根据所述连续帧信息调整待传输的数据帧的帧配置；其中在调整后的帧配置中，数据帧的数据段的传输时长与所述有效采集时间相等，数据帧的冗余段的传输时长与所述连续帧间隔时间相等；
按照调整后的帧配置发送数据帧，以使信号接收端接收所述数据帧并对数据帧进行数据处理以获得数据帧对应的原始数据。
在其他可选的实施方式中，还包括：接收所述信号接收端发送的数据重传请求，并根据所述数据重传请求重新发送数据帧。
第三方面，本公开提供了一种光学相机通信装置，光学相机和接收器；
其中，所述光学相机用于按照预设的连续帧频率采集获得数据，还用于将连续帧信息发送至接收器，以供所述接收器用于执行前述第一方面所述的光学相机通信方法。
第四方面，本公开提供了一种光学相机通信装置，包括：组帧器、驱动器以及信号光源；所述组帧器用于将待传输的原始数据封装成数据帧，并用于执行前述第二方面所述的光学相机通信方法；所述驱动器根据所述数据帧驱动信号光源工作。
第五方面，本公开提供了一种光学相机通信设备，包括如第三方面所述的光学相机通信装置和如第四方面所述的光学相机通信装置，所述接收器与所述组帧器通过无线连接。
本公开提供的光学相机通信方法、装置及设备，通过获取光学相机的连续帧信息，所述连续帧信息包括光学相机的有效采集时间和连续帧间隔时间；将所述连续帧信息反馈给信号发送端，以供信号发送端根据所述连续帧信息调整待传输的数据帧的帧配置；其中在调整后的帧配置中，数据帧的数据段的传输时长与所述有效采集时间相等，数据帧的冗余段的传输时长与所述连续帧间隔时间相等；接收所述信号发送端按照调整后的帧配置传输的数据帧，并对数据帧进行数据处理以获得数据帧对应的原始数据，实现了数据帧能够根据光学相机的有效采集时间和连续帧间隔进行自适应调整，使得用于存储原始数据的数据帧的数据段始终与光学相机的有效采集时间对应，进而使得原始数据能够被有效采集，降低了数据丢失的可能性。
附图说明
图1为本公开所基于的一种光学相机通信系统架构示意图；
图2为本公开提供的一种光学相机通信方法的流程示意图；
图3为本公开提供的另一种光学相机通信方法的流程示意图；
图4为本公开所基于的一种数据帧结构；
图5为本公开所基于的一种数据帧传输场景；
图6为本公开所基于的另一种数据帧传输场景；
图7为本公开所基于的再一种数据帧传输场景；
图8为本公开所基于的又一种数据帧传输场景；
图9为本公开所基于的又一种数据帧传输场景；
图10为本公开所基于的又一种数据帧传输场景；
图11为本公开所基于的又一种数据帧传输场景；
图12为本公开提供的再一种光学相机通信方法的流程示意图；
图13为本公开所基于的一种数据重传的场景示意图；
图14为本公开提供的一种光学相机通信装置的结构示意图；
图15为本公开提供的另一种光学相机通信装置的结构示意图；
图16为本公开提供的一种光学相机通信设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本公开示例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开示例中的附图，对本公开示例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
可见光通信(Visible Light Communications，简称VLC)技术作为一种新型的无线光通信技术，是通过开辟可见光波段的光谱资源来实现的，具体来说，是利用波长在380nm到780nm之间的可见光为载波信号，通过调制可见光信号的强度、相位、频率、色相等参数实现高速的无线数据传输。VLC技术具有通信速率高、抗干扰能力强、安全保密性好、无电磁干扰、无需频谱许可证等诸多优点，较红外光和紫外光无线通信技术具还有信号功率高、无健康安全威胁等优势。然而，由于光信号收发天线的异质性，需要在光信号接收端安装专用的光信号检测接收天线；同时，由于VLC技术在大多数引用场景中的非不可替代性，因此直到今天VLC技术仍未在日常的消费市场中得到广泛的应用。
光学相机通信(Optical Camera Communication，简称OCC)技术作为VLC技术的一个重要分支，将日常生活中集成在智能手机、行车记录仪、监控安防等设备上的光学相机用作光信号接收装置，可以快速有效地实现数据信息的无线传输。然而，根据现有光学相机的工作原理可知，在连续拍摄的各图像帧之间存在一个用于处理相机图像传感器感光信息的时间间隔，在该时间间隔内，光学相机不能对入射光信号进行有效检测，如果恰好在此时间间隔内有数据帧传输，就会出现采集的数据帧不连续的情况，进而导致接收端获取的数据出现数据丢失的问题。
因此针对上述问题，本公开提供了一种光学相机通信方法、装置及设备，以降低数据丢失的可能性。
图1为本公开所基于的一种光学相机通信系统架构示意图，如图1所示，在信号发送端，包括编码模块、组帧模块、调制模块、直流偏置器、直流稳压电源、发光设备驱动以及信号光源，其中，信号光源可选为LED信号光源；在信号接收端，包括光学相机、图像处理模块、解调模块以及解码模块。其中，利用光学相机进行通信的过程如下：首先信号发送端处的原始数据通过编码模块进行编码，编码完成后的数据通过组帧模块进行组帧打包，然后将打包好的数据帧通过调节模块进行调制，最后调制好的数据帧通过直流偏置器与直流稳压电源一起输入发光设备驱动，并共同点亮信号光源；在信号接收端，光学相机通过连续拍摄的模式接收信号光源的光信号，并通过图像处理模块对拍摄得到的照片进行处理，提取照片中的数据信息，之后利用解调模块、解码模块等对数据进行解调、解码，最终还原出原始数据。其中，信号发送端的组帧模块和信号接收端的解调模块配合使用，以执行下述各实施方式中所述的通信方法；或者在信号接收端增加一链路估计模块，组帧模块和链路估计模块配合使用，执行下述各实施方式中所述的通信方法。
一方面，本公开示例提供了一种光学相机通信方法，图2为本公开提供的一种光学相机通信方法的流程示意图。需要说明的是，本公开示例所述方法适用于信号接收端，如图2所示，该光学相机通信方法包括：
步骤101、获取光学相机的连续帧信息。
其中，所述连续帧信息包括光学相机的有效采集时间和连续帧间隔时间。
具体来说，光学相机采用连续拍摄模式进行入射光信号检测时，光学相机对应有有效采集时间窗口Topen和连续帧间隔时间Tgap，在Topen内光学相机进行有效的入射光信号检测，而在Tgap内光学相机用于处理图像传感器感光信息，不对入射光信号进行检测。本步骤中，信号接收端会获取光学相机的连续帧信息，即光学相机的有效采集时间Topen和连续帧间隔时间Tgap。
步骤102、将所述连续帧信息反馈给信号发送端，以供信号发送端根据所述连续帧信息调整待传输的数据帧的帧配置。
其中在调整后的帧配置中，数据帧的数据段的传输时长与所述有效采集时间相等，数据帧的冗余段的传输时长与所述连续帧间隔时间相等。
相应的，信号发送端，会接收信号接收端反馈的连续帧信息，所述连续帧信息包括光学相机的有效采集时间和连续帧间隔时间；根据所述连续帧信息调整待传输的数据帧的帧配置；其中在调整后的帧配置中，数据帧的数据段的传输时长与所述有效采集时间相等，数据帧的冗余段的传输时长与所述连续帧间隔时间相等。
需要说明的是，OCC技术的下行数据链路的速率较低(仅为Kbps级别)，而上行数据链路的速率通常为Mbps级别，同时由于可见光信号有效传输距离的限制(常为几十米)，因此信号发送端和信号接收端的之间的传输耗时通常仅为几十纳秒，可以忽略不计，因此，对于同时开启工作的信号接收端和信号发送端，当根据光学相机的有效采集时间Topen和连续帧间隔时间Tgap调整数据帧的帧配置，使得数据段的传输时长与有效采集时间Topen相等，使得冗余段的传输时长与连续帧间隔时间Tgap相等，实现了使得用于存储原始数据的数据帧的数据段始终与光学相机的有效采集时间对应，进而使得原始数据能够被有效采集，降低了数据丢失的可能性，并且在光学相机的有效采集时间最大化的接收数据，实现了整个光学通信系统的效率最大化。
另外，实现所述数据帧的数据段的传输时长与所述有效采集时间相等的一种方式为：通过光学相机的有效采集时间Topen和数据帧的码速率确定数据帧的数据段的长度；实现所述数据帧的冗余段的传输时长与所述连续帧间隔时间相等的一种方式：通过光学相机的连续帧间隔时间Tgap和数据帧的码速率确定冗余段的长度。
步骤103、接收所述信号发送端按照调整后的帧配置传输的数据帧，并对数据帧进行数据处理以获得数据帧对应的原始数据。
相应的，在信号发送端处，会发送按照调整后的帧配置传输的数据帧，以使信号接收端接收所述数据帧并对数据帧进行数据处理以获得数据帧对应的原始数据。
具体来说，信号发送端按照调整后的帧配置传输数据帧，数据帧输入至发光设备驱动，驱动信号光源工作，信号接收端的光学相机对信号光源的光信号进行检测，拍摄成照片，并通过图像处理模块提取照片中的数据信息，即所述数据帧，对数据帧信息进行处理获得数据帧对应的原始数据。其中，在信号发送端会对原始数据进行编码、调制等处理，则在信号接收端对数据帧的处理包括解调、解码等。
本公开示例提供的光学相机通信方法，通过获取光学相机的连续帧信息，所述连续帧信息包括光学相机的有效采集时间和连续帧间隔时间；将所述连续帧信息反馈给信号发送端，以供信号发送端根据所述连续帧信息调整待传输的数据帧的帧配置；其中在调整后的帧配置中，数据帧的数据段的传输时长与所述有效采集时间相等，数据帧的冗余段的传输时长与所述连续帧间隔时间相等；接收所述信号发送端按照调整后的帧配置传输的数据帧，并对数据帧进行数据处理以获得数据帧对应的原始数据，实现了数据帧能够根据光学相机的有效采集时间和连续帧间隔进行自适应调整，使得用于存储原始数据的数据帧的数据段始终与光学相机的有效采集时间对应，进而使得原始数据能够被有效采集，降低了数据丢失的可能性。
结合前述的各实现方式，图3为本公开提供的另一种光学相机通信方法的流程示意图，需要说明的是，本公开示例所述方法适用于信号接收端，所述数据帧的冗余段包括冗余部分和残余部分，所述冗余部分用于重复所述数据段，所述残余部分用于重复部分所述数据段，所述数据帧的数据段中封装有数据载荷完整性标识；
如图3所示，该光学相机通信方法包括：
步骤201、获取光学相机的连续帧信息。
其中，所述连续帧信息包括光学相机的有效采集时间和连续帧间隔时间。
步骤202、将所述连续帧信息反馈给信号发送端，以供信号发送端根据所述连续帧信息调整待传输的数据帧的帧配置。
其中在调整后的帧配置中，数据帧的数据段的传输时长与所述有效采集时间相等，数据帧的冗余段的传输时长与所述连续帧间隔时间相等。
步骤203、读取所述数据帧中封装的数据载荷完整性标识；
若所述数据载荷完整性标识的取值为第一预设值，则执行步骤204；若所述数据载荷完整性标识的取值为第二预设值，则执行步骤205。
步骤204、对数据帧进行数据处理以获得各数据帧对应的原始数据。
步骤205、根据数据帧中数据段的字符长度和冗余段的字符长度，确定数据帧的字符偏移量。
步骤206、判断所述字符偏移量是否大于等于所述冗余段中残余部分的字符长度；
若是，执行步骤207，否则执行步骤204。
步骤207、向信号发送端发送数据重传请求。
相应的，在信号发送端，接收信号接收端发送的数据重传请求，根据所述数据重传请求重新发送数据帧。
本实施方式中的步骤201、步骤202以及步骤204分别与前述实施方式中的步骤101、步骤102以及步骤103的实现方式类似，在此不进行赘述。
与前述实施方式不同的是，为了避免由于信号发送端和信号接收端因开启工作时间的不同步而引起的光学相机的有效采集时间窗口与信号发送端发送的数据帧的数据段错位、或者由于信号光源和光学相机之间存在障碍物、又或者因为拍摄到信号光源图像形状大小等可能造成的数据丢失问题，本实施方式通过读取所述数据帧中封装的数据载荷完整性标识，当数据载荷完整性标识的取值为第一预设值时，说明此时接收到的数据帧信息完整，不需要信号发送端重新发送，直接对接收到的数据帧进行处理即可，当读取的数据载荷完整性标识的取值为第二预设值时，说明此时接收到的数据帧信息有可能不完整，还需要进一步的判断，通过判断数据帧的字符偏移量是否大于等于冗余段中残余部分的字符长度，若是，则向信号发送端发送数据重传请求；否则直接对数据帧进行数据处理。本实施方式相对于现有技术中为了避免数据丢失而采用的数据包重复发送技术，节省了通信信道资源，提高了数据传输效率。
具体来说，图4为本公开所基于的一种数据帧的帧配置，如图4所示，数据帧(Frame)的帧配置包括数据段(Data)和冗余段(Redundant)两部分。其中，数据段包括帧头(Header)、数据载荷完整性标识(Flag)、数据载荷(Payload)和数据段终止位(End)共四部分，其中，所述帧头用于标识数据帧的起始位置，所述数据载荷完整性标识取值为第一预设值，用于标识数据段信息完整，所述数据载荷用于存储原始数据，所述数据段终止位用于标识数据帧结束位置。所述数据段的冗余段包括冗余部分和残余部分(Residual)，其中，冗余部分用于重复存储数据段的信息，也就是说冗余部分包括整数倍的数据段，所述残余部分(Residual)用于重复部分数据段内容，即根据残余部分的长度对数据段的内容进行截取复制，若残余部分(Residual)中包括了数据载荷完整性标识，则将数据载荷完整性标识取值为第二预设值，用于标识数据段信息不完整，并将残余部分(Residual)的最后一位用数据段终止位(End)覆盖，另外当冗余段的字符长度不足以重复一个完整的数据段，则冗余段可以仅包括残余部分。
需要说明的是，第一预设值与第二预设值不相同，一般情况下，数据帧均是以二进制数进行传输的，可选的，可将第一预设值取值为1，第二预设值取值为0，或者第一预设值取值为0，第二预设值取值为1，本公开对此不作限制，继续参考图4为例，数据段(Data)的帧头Header＝111000，第一预设取值为1，即数据段(Data)的数据载荷完整性标识Flag＝1，数据段终止位End＝1；残余部分的第二预设值取值为0，即Flag＝0，残余部分的最后一位用数据段终止位End＝1覆盖。
其中，当所述数据载荷完整性标识的取值为第二预设值时，步骤205的一种可实现方式如下：
根据数据段的字符长度、冗余段的字符长度、残余部分的字符长度以及数据帧中帧头所在位置确定字符绝对偏移量；
根据数据段的字符长度和字符绝对偏移量确定字符偏移量。
具体来说，所述根据数据段的字符长度、冗余段的字符长度、残余部分的字符长度以及数据帧中帧头所在位置确定字符绝对偏移量的一种实现方式如下：
首先根据公式(1)计算字符绝对偏移量noffset：
noffset＝Ndata+Nredundant-Nresidual-ntemp+1 (1)
其中，Ndata表示数据段的字符长度，Nredundant表示冗余段的字符长度，Nresidual表示残余部分的字符长度，ntemp表示数据帧中帧头所在位置。
可选的，根据公式(2)计算残余部分的字符长度：
Nresidual＝Mod(Nredundant,Ndata) (2)
其中，Mod表示求余计算。
可选的，可根据公式(3)计算数据帧中帧头所在位置：
Figure BDA0002237854030000101
其中，Header表示帧头，Nheader表示帧头的字符长度，表示将接收到的数据帧进行Nheader-1位周期延拓后的字符序列，
Figure BDA0002237854030000103
表示从
Figure BDA0002237854030000104
第n位开始的字符长度为Nheader的字符序列，xor表示异或运算，～表示取反运算，arg表示使得{}中的公式成立时的n值。
具体来说，在利用公式(3)计算ntemp时，是通过查找数据帧的帧头计算的，但在信号接收端，接收到的数据帧Header可能是被打断的。举例来说，如图5为本公开所基于的一种数据帧传输场景，参考图5可知，信号接收端接收的数据帧内容如下：r＝00011001101111，从r中显然是无法找到帧头111000的，因此，为了顺利找到帧头，对r进行Nheader-1位周期延拓后，变为变为
Figure BDA0002237854030000105
实现顺利找到帧头。
相应的，根据数据段的字符长度和字符绝对偏移量确定字符偏移量的一种实现方式如下：
根据公式(4)计算字符偏移量Noffset：
Noffset＝Mod(noffset,Ndata) (4)
举例说明，图6为本公开所基于的另一种数据帧传输场景，如图6所示，信号发送端的组帧模块将原始数据100110打包成数据帧，即信号发送端发送数据帧信息为111000110011011110001100110111100001001，其中，数据段Data包括帧头Header＝111000，Flag＝1，Payload＝100110，End＝1，冗余段Redundant包括一个完整的数据段Data和残余部分Residual，数据段Data的字符长度Ndata＝14，帧头Header字符长度Nheader＝6，冗余段Redundant字符长度Nredundant＝25，残余部分Residual的字符长度Nresidual＝11。
当信号接收端从数据段Data的Flag＝1处开始接收时，因数据段Data的传输时间与光学相机有效采集时间Topen对应，因此作为信号接收端的光学相机在一次有效采集时间内Topen可以接收Ndata个字符，从图6中的信号接收端接收的数据帧可知，此时接收到数据载荷Payload是完整的，可以直接解调译码出原始数据，不需要信号发送端重复发送。
又比如图7为本公开所基于的再一种数据帧传输场景，如图7所示，当信号接收端是从数据帧的冗余段Redundant开始接收且接收到的信息中包括flag＝1，显然此时接收到的数据帧的数据载荷Payload也是完整的，可以直接解调译码出原始数据，不需要信号发送端重复发送。
综上，当信号接收端接收的数据帧中包括Flag＝1，则说明接收的数据帧可以恢复出原始数据，不需要信号发送端重复发送。
而当接收到的数据帧中包含了Flag＝0，说明接收的数据帧有一部分属于冗余段的残余部分，因为残余部分是对数据段的内容进行截取复制的，所以接收到的数据有可能不完整，而是否需要信号发送端重新发送数据，还需进行进一步的判断。
图8为本公开所基于的又一种数据帧传输场景，如图8所示，当信号接收端接收到的数据帧内容r＝10011011110000时，此时Flag＝0，首先根据公式(2)计算ntemp，具体计算过程如下：
首先对r进行Nheader-1位周期延拓，变为
Figure BDA0002237854030000111
为使函数arg成立，n取值为8，理由如下：
当n＝8时，则
Figure BDA0002237854030000113
然后进行取反运算，得到再求其模值为6，与Nheader相等，即函数arg{}成立，进而计算出ntemp＝8；再将ntemp＝8代入公式(1)中，得到字符绝对偏移量：
noffset＝Ndata+Nredundant-Nresidual-ntemp+1＝14+25-11-8+1＝21
并且从图8中可以获知，信号接收端接收的数据帧字符绝对偏移了21个，说明通过公式(1)计算出的ntemp是正确的。
然后根据公式(4)计算字符的偏移量Noffset：
Noffset＝Mod(noffset,Ndata)＝Mod(21,14)＝7＜Nresidual
从图8可知，此时接收的数据帧的数据载荷Payload是完整的，可以直接解调译码出原始数据，不需要信号发送端重复发送。
图9为本公开所基于的又一种数据帧传输场景，如图9所示，当信号接收端接收到的数据帧内容r＝11011110000100时，同上述计算过程类似，ntemp＝5，进而根据公式(1)计算出字符的绝对偏移量：
noffset＝Ndata+Nredundant-Nresidual-ntemp+1＝14+25-11-5+1＝24
然后根据公式(4)计算出字符偏移量：
Noffset＝Mod(noffset,Ndata)＝Mod(24,14)＝10＜Nresidual
从图9可知，此时接收的数据帧的数据载荷Payload是完整的，可以直接解调译码出原始数据，不需要信号发送端重复发送。
图10为本公开所基于的又一种数据帧传输场景，如图10所示，当信号接收端接收到的数据帧内容r＝10111100001101时，ntemp＝4，根据公式(1)计算出字符绝对偏移量：
noffset＝Ndata+Nredundant-Nresidual-ntemp+1＝14+25-11-4+1＝25
然后根据公式(4)计算字符偏移量：
Noffset＝Mod(noffset,Ndata)＝Mod(25,14)＝11＝Nresidual
从图10可知，此时接收的数据帧的数据载荷Payload是不完整的，需要信号发送端重新发送。
图11为本公开所基于的又一种数据帧传输场景，如图11所示，当信号接收端接收到的数据帧内容r＝0111100001101*时，ntemp＝3，根据公式(1)计算出字符绝对偏移量：
noffset＝Ndata+Nredundant-Nresidual-ntemp+1＝14+25-11-3+1＝26
然后根据公式(4)计算字符偏移量
Noffset＝Mod(noffset,Ndata)＝Mod(26,14)＝12＞Nresidual
从图11可知，此时接收的数据帧的数据载荷Payload也是不完整的，需要信号发送端重新发送。
需要说明的是，因为光学相机的有效采集时间窗口Topen可以接收14个字符，当信号接收端是从数据帧较靠后的位置开始接收数据时，例如如图11所示的位置处开始接收时，就有可能接收到下一帧的数据或者没有接收到数据，本示例中用*代替。
综上所述，当信号接收端接收到数据帧内容包括Flag＝0时，则需要进一步比较信号接收端的字符偏移量与残余部分的字符长度，当字符偏移量小于残余部分字符长度时，此时接收的数据帧的数据载荷是完整的，可以直接解调译码出原始数据，不需要信号发送端重新发送，当字符偏移量大于等于残余部分的字符长度时，接收的数据帧的数据载荷Payload是不完整的，需要信号发送端重新发送。
本公开示例提供的光学相机通信方法，通过读取所述数据帧中封装的数据载荷完整性标识；若所述数据载荷完整性标识的取值为第一预设值，则执行所述对数据帧进行数据处理以获得各数据帧对应的原始数据的步骤。若所述数据载荷完整性标识的取值为第二预设值，则根据数据帧中数据段的字符长度和冗余段的字符长度，确定数据帧的字符偏移量；判断所述字符偏移量是否大于等于所述冗余段中残余部分的字符长度，若是，则向信号发送端发送数据重传请求；否则，执行所述对数据帧进行数据处理以获得各数据帧对应的原始数据的步骤；也就是本公开示例的信号接收端通过分析接收到的数据帧，判断其是否需要重传，当需要重传时，再向信号发送端发送重传请求，降低了由于连续帧间隔、障碍物遮挡，以及拍摄到信号光源图像形状大小等导致的数据丢失的可能性，并且相对于现有技术中采用的数据包重复发送技术，节省了通信信道资源，提高了数据传输效率。
结合前述的各实现方式，图12为本公开提供的再一种光学相机通信方法的流程示意图，如图12所示，该光学相机通信方法包括：
步骤301、获取光学相机的连续帧信息。
所述连续帧信息包括光学相机的有效采集时间和连续帧间隔时间。
步骤302、将所述连续帧信息反馈给信号发送端，以供信号发送端根据所述连续帧信息调整待传输的数据帧的帧配置。
其中在调整后的帧配置中，数据帧的数据段的传输时长与所述有效采集时间相等，数据帧的冗余段的传输时长与所述连续帧间隔时间相等。
步骤303、读取所述数据帧中封装的数据载荷完整性标识；
若所述数据载荷完整性标识的取值为第一预设值，则执行步骤304；若所述数据载荷完整性标识的取值为第二预设值，则执行步骤305；
步骤304、对数据帧进行数据处理以获得各数据帧对应的原始数据。
步骤305、根据数据段的字符长度、冗余段的字符长度、残余部分的字符长度以及数据帧中帧头所在位置确定字符绝对偏移量。
步骤306、判断字符绝对偏移量是否为空，若是，执行步骤307，否则执行步骤308。
步骤307、向信号发送端发送的数据重传请求中包括预设偏移量，以供所述信号发送端基于所述预设偏移量对所述数据帧进行延迟所述预设偏移量对应的时间后重新发送。
可选的，根据公式(5)计算预设偏移量Ndelay：
Ndelay＝Ndata+Nredundant-Nresidual (5)
步骤308、根据数据段的字符长度和字符绝对偏移量确定字符偏移量。
步骤309、判断所述字符偏移量是否大于等于所述冗余段中残余部分的字符长度；
若是，执行步骤310，否则执行步骤304。
步骤310、所述向信号发送端发送的数据重传请求中包括所述字符绝对偏移量，以供所述信号发送端基于所述字符绝对偏移量对所述数据帧进行延迟所述字符绝对偏移量对应的时间后重新发送。
本实施方式中的步骤301-305、步骤308以及步骤309分别与前述实施方式中的步骤201-205、步骤206的实现方式类似，在此不进行赘述。
与前述实施例不同的是，本公开进一步限定了当计算出字符绝对偏移量为空时，基于所述预设偏移量对所述数据帧进行延迟所述预设偏移量对应的时间后重新发送，当计算出字符绝对偏移量不为空时，且需要重传时，信号发送端基于所述字符绝对偏移量对所述数据帧进行延迟所述字符绝对偏移量对应的时间后重新发送。
以图11为例，数据帧的字符绝对偏移量noffset＝26，且需要重传，此时信号发送端基于所述字符绝对偏移量对所述数据帧进行延迟所述字符绝对偏移量对应的时间后重新发送，如图13为本公开所基于的一种数据重传的场景示意图，由图13可知，当信号发送端延迟26个字符后，重新发送的数据帧的数据段与光学相机的下一个有效采集时间窗口恰好对应，从而保证了本次重传的数据帧以及后续传送的数据帧的数据段与光学相机的有效采集窗口对应，降低数据丢失的可能性。
优选的，当需要考虑信号发送端和信号接收端的传输耗时，可以通过传输耗时和预设偏移量来确定信号发送端重新发送数据的延迟时间，或者通过传输耗时和字符绝对偏移量确定信号发送端的重新发送数据的延迟时间。
本公开示例提供的光学相机通信方法，通过判断字符绝对偏移量是否为空，当字符绝对偏移量不为空且需要重传时，所述向信号发送端发送的数据重传请求中包括所述字符绝对偏移量，以供所述信号发送端基于所述字符绝对偏移量对所述数据帧进行延迟所述字符绝对偏移量对应的时间后重新发送，保证了本次重传的数据帧以及后续传送的数据帧的数据段与光学相机的有效采集窗口对应，降低数据丢失的可能性；当所述字符绝对偏移量为空时，向信号发送端发送的数据重传请求中包括预设偏移量，以供所述信号发送端基于所述预设偏移量对所述数据帧进行延迟所述预设偏移量对应的时间后重新发送，实现了数据重传，降低数据丢失的可能性。
另一方面，本公开示例提供了一种光学相机通信装置，图14为本公开提供的一种光学相机通信装置的结构示意图；如图14所示，该光学相机通信装置包括：光学相机10和接收器20；其中，所述光学相机10用于按照预设的连续帧频率采集获得数据，还用于将连续帧信息发送至接收器20，以供所述接收器20用于执行前述各示例所述的光学相机通信方法。需要说明的是，本公开示例所述光学相机通信装置设在信号接收端。
具体来说，不同型号的光学相机10采用连续拍摄模式时，其连续帧频率不同，按照预设的连续帧频率去采集获得数据；接收器20可以包括如图1所示的图像处理模块，解调模块、解码模块，也可以包括链路估计模块，其中，链路估计模块可以用于执行前述各示例所述的光学相机通信方法。
再一方面，本公开示例提供了一种光学相机通信装置，图15为本公开提供的另一种光学相机通信装置的结构示意图；如图15所示，该光学相机通信装置包括：组帧器30、驱动器40以及信号光源50；所述组帧器30用于将待传输的原始数据封装为数据帧，并用于执行前述各示例所述的光学相机通信方法；所述驱动器40根据输入的数据帧驱动信号光源50工作，以使信号接收端的光学相机接收信号光源所发出的光信号。需要说明的是，本公开示例所述的光学相机通信装置设在信号发送端。
具体来说，组帧器30可以为如图1所示的组帧模块，驱动器40可以包括如图1所示的调制模块、直流偏置器、直流电源，其中，组帧器用于执行前述各示例所述的光学相机通信方法。可选的，本光学相机通信装置还可以包括如图1所示的编码模块，用于对原始数据进行编码，并将编码后的数据输入到组帧器30中，实现对编码后的数据组帧打包。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程以及相应的有益效果，可以参考前述方法示例中的对应过程，在此不再赘述。
本公开示例提供的光学相机通信装置，通过执行上述光学相机通信方法，实现了数据帧能够根据光学相机的有效采集时间和连续帧间隔进行自适应调整，使得用于存储原始数据的数据帧的数据段始终与光学相机的有效采集时间对应，进而使得原始数据能够被有效采集，降低了数据丢失的可能性。
又一方面，本公开示例提供了一种光学相机通信设备，图16为本公开提供的一种光学相机通信设备的结构示意图，如图16所示，该光学相机通信设备包括：如图14所示示例的光学相机通信装置和如图15所示示例的光学相机通信装置，所述接收器20与所述组帧器30通过无线连接。
具体来说，接收器和组帧器之间通过无线连接，又可称之为反馈链路，所述反馈链路可以采用现有成熟的无线数据传输技术及机制。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的通信设备的具体工作过程以及相应的有益效果，可以参考前述方法示例中的对应过程，在此不再赘述。
本公开示例提供的光学相机通信设备，通过执行上述光学相机通信方法，实现了数据帧能够根据光学相机的有效采集时间和连续帧间隔进行自适应调整，使得用于存储原始数据的数据帧的数据段始终与光学相机的有效采集时间对应，进而使得原始数据能够被有效采集，降低了数据丢失的可能性。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法示例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法示例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、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：以上各示例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各示例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各示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公开各示例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种光学相机通信方法，其特征在于，包括：
获取光学相机的连续帧信息，所述连续帧信息包括光学相机的有效采集时间和连续帧间隔时间；
将所述连续帧信息反馈给信号发送端，以供信号发送端根据所述连续帧信息调整待传输的数据帧的帧配置；其中在调整后的帧配置中，数据帧的数据段的传输时长与所述有效采集时间相等，数据帧的冗余段的传输时长与所述连续帧间隔时间相等；
接收所述信号发送端按照调整后的帧配置传输的数据帧，并对数据帧进行数据处理以获得数据帧对应的原始数据。
2.根据权利要求1所述的光学相机通信方法，其特征在于，所述数据帧的冗余段包括冗余部分和残余部分，所述冗余部分用于重复所述数据段，所述残余部分用于重复部分所述数据段，所述数据帧的数据段中封装有数据载荷完整性标识；
相应的，所述接收所述信号发送端按照调整后的帧配置传输的数据帧，并对数据帧进行数据处理以获得各数据帧对应的原始数据，包括：
读取所述数据帧中封装的数据载荷完整性标识；
若所述数据载荷完整性标识的取值为第一预设值，则执行所述对数据帧进行数据处理以获得数据帧对应的原始数据的步骤。
3.根据权利要求2所述的光学相机通信方法，其特征在于，所述读取所述数据帧中封装的数据载荷完整性标识之后，还包括：
若所述数据载荷完整性标识的取值为第二预设值，则根据数据帧中数据段的字符长度和冗余段的字符长度，确定数据帧的字符偏移量；
判断所述字符偏移量是否大于等于所述冗余段中残余部分的字符长度，若是，则向信号发送端发送数据重传请求；否则，执行所述对数据帧进行数据处理以获得各数据帧对应的原始数据的步骤。
4.根据权利要求3所述的光学相机通信方法，其特征在于，所述根据数据帧中数据段的字符长度和冗余段的字符长度，确定数据帧的字符偏移量，包括：
根据数据段的字符长度、冗余段的字符长度、残余部分的字符长度以及数据帧中帧头所在位置确定字符绝对偏移量；
根据数据段的字符长度和字符绝对偏移量确定字符偏移量。
5.根据权利要求4所述的光学相机通信方法，其特征在于，所述向信号发送端发送的数据重传请求中包括所述字符绝对偏移量，以供所述信号发送端基于所述字符绝对偏移量对所述数据帧延迟所述字符绝对偏移量对应的时间后重新发送。
6.根据权利要求4所述的光学相机通信方法，其特征在于，还包括：当所述字符绝对偏移量为空时，向信号发送端发送的数据重传请求中包括预设偏移量，以供所述信号发送端基于所述预设偏移量对所述数据帧延迟所述预设偏移量对应的时间后重新发送。
7.一种光学相机通信方法，其特征在于，包括：
接收信号接收端反馈的连续帧信息，所述连续帧信息包括光学相机的有效采集时间和连续帧间隔时间；
根据所述连续帧信息调整待传输的数据帧的帧配置；其中在调整后的帧配置中，数据帧的数据段的传输时长与所述有效采集时间相等，数据帧的冗余段的传输时长与所述连续帧间隔时间相等；
按照调整后的帧配置发送数据帧，以使信号接收端接收所述数据帧并对数据帧进行数据处理以获得数据帧对应的原始数据。
8.根据权利要求7所述的光学相机通信方法，其特征在于，还包括：接收所述信号接收端发送的数据重传请求，并根据所述数据重传请求重新发送数据帧。
9.一种光学相机通信装置，其特征在于，包括：光学相机和接收器；
其中，所述光学相机用于按照预设的连续帧频率采集获得数据，还用于将连续帧信息发送至接收器，以供所述接收器用于执行前述权利要求1-5任一项所述的光学相机通信方法。
10.一种光学相机通信装置，其特征在于，包括：组帧器、驱动器以及信号光源；所述组帧器用于将待传输的原始数据封装成数据帧，并用于执行前述权利要求6或7所述的光学相机通信方法；所述驱动器根据所述数据帧驱动信号光源工作。
11.一种光学相机通信设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的光学相机通信装置和如权利要求10所述的光学相机通信装置，接收器与组帧器通过无线连接。
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