CN110912608A - 基于单个led的可见光实时语音图像通信编码系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单个LED的可见光实时语音图像通信编码系统及方法，其系统包括摄像头、语音解码芯片、LED驱动电路、光电探测模块、FPGA开发板、高速ADC模块和上位机。发送端通过对语音和图像数据进行编码成帧，并串转换之后加载至高速LED电路，可以正常照明的同时又能进行数据传输。接收端通过光电探测器，将接收的光信号转换为电压信号，放大之后由高速AD采集模块处理之后送进FPGA内部。FPGA通过对信号的处理，恢复为原来的图像和语音数据，分别传输至相对应的终端。该发明的优点：利用FPGA通过对图像数据和语音数据的编码成帧，能够实现单个LED、单个接收端同时进行语音和图像数据的传输。不但节省了硬件资源，而且便于恢复解调。

Description

基于单个LED的可见光实时语音图像通信编码系统及方法

技术领域

本发明涉及可见光通信技术领域，具体涉及一种基于单个LED的可见光实时语音图像通信编码系统及方法。

背景技术

随着社会的高速发展及各种电子产品和智能设备的普及，无线频谱资源变得越来越短缺，可见光通信(Vsible Light Communication,VLC)作为一种新兴的通信技术，由于其具有更高的传输速率，更广泛的实用性和更高的安全性等优点，已经引起国内外研究人员的共同关注。此外，可见光通信是用目前使用最为广泛的LED灯作为光源，所以可见光通信具有通信和照明的双重功能。目前，可见光通信已经成为无线通信领域的热点研究方向，其应用前景非常广阔。

现有的可见光图像和语音通信，大多数由于速率和数据量的限制，仅是单路进行图像传输，或者单路进行语音传输。单路进行实时的语音图像传输相对来说较少，其他方案例如利用软件进行调制技术又较为复杂。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种基于单个LED的可见光实时语音图像通信编码系统及方法，利用FPGA通过对图像数据和语音数据的编码成帧，能够实现单个LED，单个接收端同时进行语音和图像数据的传输。不但节省了硬件资源，而且便于恢复解调。

本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：

一种基于单个LED的可见光实时语音图像通信编码系统，所述系统包括摄像头、语音解码芯片、LED驱动电路、光电探测器、FPGA开发板、高速AD采集模块和上位机；发送端通过对语音和图像数据进行编码成帧，并串转换之后加载至高速LED驱动电路；接收端通过光电探测器，将接收的光信号转换为电压信号，放大之后由高速AD采集模块处理之后送进FPGA开发板内部；通过对信号的处理，恢复为原来的图像和语音数据，分别传输至相对应的上位机。

一种基于单个LED的可见光实时语音图像通信编码方法，所述方法包括以下步骤，

(1)、发送端通过驱动摄像头，设置图像数据格式为JPEG格式；将采集的图像数据进行缓存，以相对较低的速率读出；然后利用语音解码芯片，对实时语音数据进行采集；

(2)、将缓存的图像数据以一定的高速率读出，不会导致图像数据的溢出；然后以一个语音信号宽度为数据帧长度进行图像语音数据的融合，这样两路数据都不会丢失；语音信号采用2-PPM调制，图像数据采用OOK调制，在高速情况下，一个语音数据调制完成，在下个语音到来之前会有一段空闲位置，此时将图像数据以一定的速率插入此位置，即将两种数据以不同的速率进行拼接，由于经过2-PPM调制之后的语音数据不会出现三个连续的0或者三个连续的1，所以采用和语音速率相同的1110作为帧头，帧头后面是调制后的语音数据，紧接着是不同于语音速率，经过OOK调制之后的图像数据，最后面则插入和语音速率相同的1010作为帧尾；至此一帧调制完成；然后将编码好的数据通过FPGA送至LED驱动电路；

(3)、接收端采集到的数据帧之后，去掉帧头帧尾，恢复为原来的语音数据和图像数据；将图像数据送进上位机显示图像，语音数据DA转换之后连接扬声器即可。

与现有技术相比，本发明的优点是：本发明利用FPGA通过对图像数据和语音数据的编码成帧，能够实现单个LED，单个接收端同时进行语音和图像数据的传输。不但节省了硬件资源，而且便于恢复解调。

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，构成本发明的一部分，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。

图1是本发明的系统结构图；

图2是本发明的发送端编码图；

图3是本发明的数据恢复图；

图4是本发明的终端示意图；

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

一种基于单个LED的可见光实时语音图像通信编码系统，所述系统包括摄像头、语音解码芯片、LED驱动电路、光电探测器、FPGA开发板、高速AD采集模块和上位机；发送端通过对语音和图像数据进行编码成帧，并串转换之后加载至高速LED驱动电路；接收端通过光电探测器，将接收的光信号转换为电压信号，放大之后由高速AD采集模块处理之后送进FPGA开发板内部；通过对信号的处理，恢复为原来的图像和语音数据，分别传输至相对应的上位机。

一种基于单个LED的可见光实时语音图像通信编码方法，所述方法包括以下步骤，

(1)、发送端通过驱动摄像头，设置图像数据格式为JPEG格式；将采集的图像数据进行缓存，以相对较低的速率读出；然后利用语音解码芯片，对实时语音数据进行采集；

(2)、将缓存的图像数据以一定的高速率读出，不会导致图像数据的溢出；然后以一个语音信号宽度为数据帧长度进行图像语音数据的融合，这样两路数据都不会丢失；语音信号采用2-PPM调制，图像数据采用OOK调制，在高速情况下，一个语音数据调制完成，在下个语音到来之前会有一段空闲位置，此时将图像数据以一定的速率插入此位置，即将两种数据以不同的速率进行拼接，由于经过2-PPM调制之后的语音数据不会出现三个连续的0或者三个连续的1，所以采用和语音速率相同的1110作为帧头，帧头后面是调制后的语音数据，紧接着是不同于语音速率，经过OOK调制之后的图像数据，最后面则插入和语音速率相同的1010作为帧尾；至此一帧调制完成；然后将编码好的数据通过FPGA送至LED驱动电路；

(3)、接收端采集到的数据帧之后，去掉帧头帧尾，恢复为原来的语音数据和图像数据；将图像数据送进上位机显示图像，语音数据DA转换之后连接扬声器即可。

本发明首先利用摄像头采集像素信息，语音解码芯片采集语音信息。把两路数据按照图2所示的编码方式，通过FPGA开发板的IO口加载至LED驱动电路。光电探测器采集到数据信息之后.对其进行阈值判别，滤除帧头帧尾之后，将原始的图像数据和语音数据会出来，如图3所示，然后分别送到对应的终端即可，如图4所示。

以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于单个LED的可见光实时语音图像通信编码系统，其特征在于：所述系统包括摄像头、语音解码芯片、LED驱动电路、光电探测器、FPGA开发板、高速AD采集模块和上位机；发送端通过对语音和图像数据进行编码成帧，并串转换之后加载至高速LED驱动电路；接收端通过光电探测器，将接收的光信号转换为电压信号，放大之后由高速AD采集模块处理之后送进FPGA开发板内部；通过对信号的处理，恢复为原来的图像和语音数据，分别传输至相对应的终端。

2.一种基于单个LED的可见光实时语音图像通信编码方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤，

(1)、发送端通过驱动摄像头，设置图像数据格式为JPEG格式；将采集的图像数据进行缓存，以相对较低的速率读出；然后利用语音解码芯片，对实时语音数据进行采集；

(2)、将缓存的图像数据以一定的高速率读出，不会导致图像数据的溢出；然后以一个语音信号宽度为数据帧长度进行图像语音数据的融合，这样两路数据都不会丢失；语音信号采用2-PPM调制，图像数据采用OOK调制，在高速情况下，一个语音数据调制完成，在下个语音到来之前会有一段空闲位置，此时将图像数据以一定的速率插入此位置，即将两种数据以不同的速率进行拼接，由于经过2-PPM调制之后的语音数据不会出现三个连续的0或者三个连续的1，所以采用和语音速率相同的1110作为帧头，帧头后面是调制后的语音数据，紧接着是不同于语音速率，经过OOK调制之后的图像数据，最后面则插入和语音速率相同的1010作为帧尾；至此一帧调制完成；然后将编码好的数据通过FPGA送至LED驱动电路；

(3)、接收端采集到的数据帧之后，去掉帧头帧尾，恢复为原来的语音数据和图像数据；将图像数据送进上位机显示图像，语音数据DA转换之后连接扬声器即可。

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