CN111711485A - 一种基于可见光通信的多帧数据融合解码算法 - Google Patents

一种基于可见光通信的多帧数据融合解码算法 Download PDF

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宋鸿展
伍文飞
关伟鹏
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Abstract

本发明公开一种基于可见光通信的多帧数据融合解码算法，在数据结构中加入标志位，通过对标志位连续性的检测来判断是否有数据丢失，并且通过判断帧首部前后标志位是否相同，从而决定进行帧内数据融合或帧间数据融合，从而保证在解码时，即使获取的帧图像没有包含一个完整子数据包，也能够通过在帧内或帧间进行数据融合来成功解码LED明暗条纹中所包含的信息，有效地提高了近距离和远距离解码正确率，从而既提高了近距离可见光通信的性能又促进了远距离可见光通信发展。

Description

一种基于可见光通信的多帧数据融合解码算法
技术领域
本发明涉及可见光通讯领域，尤其涉及一种基于可见光通信的多帧数据融合解码算法。
背景技术
可见光通信是一种利用可见光波段的光作为信息载体，在空气中直接传输光信号的通信方式。它绿色低碳，无电磁干扰且成本低，具有高速率性和高保密性，利于快速构建抗干扰、抗截获的安全信息空间。且随着LED灯的不断普及，可见光通信产业也随之有着巨大的潜力。而在可见光通信系统中，如何在接收端正确解码发射端的信息数据也一直是一个关键的问题，而对接收端正确解码需要从相机获取图像中的LED明暗条纹识别出有效载荷。
在现有的技术中，接收端首先通过对摄像头捕获的图片进行图像预处理，再对于每一帧图片的明暗条纹进行阈值判断以判决“1”和“0”，最后通过识别两个帧首部得到中间的有效载荷。由于一帧图像包含的有效载荷将随着相机与LED灯之间的距离增大而减小，当距离过大时，一帧图像未能包含一个完整数据包，限制了远距离可见光通信的发展，同时即使在近距离时由于相机普遍存在帧率变化现象且受到帧图像处理间隔时间的影响，摄像头获取的一帧图像也可能不会包含一个完整子数据包，即不能够检测到两个帧首部，那么就会导致此帧LED明暗条纹所包含信息解码失败。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于可见光通信的多帧数据融合解码算法，在解码时，即使获取的帧图像没有包含一个完整的子数据包，但是也能够通过在帧内或帧间进行数据融合来成功解码LED明暗条纹中所包含的信息。
本发明的技术方案如下：提供一种基于可见光通信的多帧数据融合解码算法，包括以下步骤：
S1：在发射端，在每一帧数据前后加上标志位Ab，再将整体加上帧首部构成一帧完整的数据，并通过任意波形发生器AWG来驱动白光LED；
S2：在接收端，利用基于手机CMOS摄像头的卷帘模式捕获训练集LED图片；
S3：识别每一帧图片包含的帧首部；
S4：检测所述步骤S3中识别的帧首部前后标志位的值；
S5：根据所述步骤S4中检测的标志位进行帧数据融合。
进一步地，在所述步骤S1中，数据结构中的标志位以“00”，“01”，“10”，“11”的编码顺序标识来区分不同数据包的有效负载；在所述步骤S4中，在接收端通过标志位的连续性来判断是否有数据丢失。
进一步地，在所述步骤S4中，若帧首部前后标志位相同，则进行帧内数据融合，若帧首部前后标志位不同，则进行帧间数据融合。
进一步地，在所述步骤S5中，若子数据包被包含在两帧图像内，则数据融合的具体步骤如下：
S5.1：当帧首部前后标志位相同进行帧内数据融合时，将帧首部前解码信息与帧首部后解码信息进行融合，去除重复部分得到完整有效负载；
S5.2：当帧首部前后标志位不同进行帧间融合时，将帧首部前解码信息与前图像帧中帧首部后标志位相同的解码信息去除重复部分得到完整的有效负载1，将帧首部后解码信息与后图像帧中帧首部前标志位相同的解码信息去除重复部分得到完整有效负载2。
采用上述方案，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明在数据结构中加入标志位，并通过对标志位连续性的检测来判断是否有数据丢失；
(2)本发明创造性地提出如何对帧图像信息进行帧内融合和帧间融合，从而成功解码发射端提供的数据，有效地提高了近距离和远距离解码正确率，从而提高了近距离可见光通信的性能又促进了远距离可见光通信发展。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
图2为本发明数据包的示意图,。
图3为本发明帧内数据融合的示意图。
图4为本发明帧间数据融合的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
请参阅图1，本发明提供一种基于可见光通信的多帧数据融合解码算法，包括以下步骤：
S1：在发射端，在每一帧数据前后加上标志位Ab，再将整体加上帧首部构成一帧完整的数据，即每个子数据包由帧首部、前标志位、有效数据、后标志位组成，如图2所示。然后通过任意波形发生器AWG来驱动白光LED。
S2：在接收端，利用基于手机CMOS摄像头的卷帘模式捕获训练集LED图片。
S3：识别每一帧图片包含的帧首部。
S4：检测所述步骤S3中识别的帧首部前后标志位的值。
S5：根据所述步骤S4中检测的标志位进行帧数据融合。
在所述步骤S1中，数据结构中的标志位以“00”，“01”，“10”，“11”的编码顺序标识来区分不同数据包的有效负载；在所述步骤S4中，在接收端通过标志位的连续性来判断是否有数据丢失。
在所述步骤S3中，如果在远距离，可见光通信过程中通常只能识别到一个帧首部，因此需要之后的步骤进行解码。
在所述步骤S4中，若帧首部前后标志位相同，则进行帧内数据融合，若帧首部前后标志位不同，则进行帧间数据融合。
在所述步骤S5中，若子数据包被包含在两帧图像内，则数据融合的具体步骤如下：
S5.1：如图3所示，当帧首部前后标志位相同时，进行帧内数据融合。具体地，将帧首部前解码信息与帧首部后解码信息进行融合，去除重复部分得到完整有效负载。
S5.2：如图4所示，当帧首部前后标志位不同时，进行帧间融合。具体地，将帧首部前解码信息与前图像帧中帧首部后标志位相同的解码信息去除重复部分得到完整的有效负载1，将帧首部后解码信息与后图像帧中帧首部前标志位相同的解码信息去除重复部分得到完整有效负载2。
综上所述，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明在数据结构中加入标志位，并通过对标志位连续性的检测来判断是否有数据丢失；
(2)本发明创造性地提出如何对帧图像信息进行帧内融合和帧间融合，从而成功解码发射端提供的数据，有效地提高了近距离和远距离解码正确率，从而提高了近距离可见光通信的性能又促进了远距离可见光通信发展。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于可见光通信的多帧数据融合解码算法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在发射端，在每一帧数据前后加上标志位Ab，再将整体加上帧首部构成一帧完整的数据，并通过任意波形发生器AWG来驱动白光LED；
S2：在接收端，利用基于手机CMOS摄像头的卷帘模式捕获训练集LED图片；
S3：识别每一帧图片包含的帧首部；
S4：检测所述步骤S3中识别的帧首部前后标志位的值；
S5：根据所述步骤S4中检测的标志位进行帧数据融合。
2.根据权利要求1所述的基于可见光通信的多帧数据融合解码算法，其特征在于，在所述步骤S1中，数据结构中的标志位以“00”，“01”，“10”，“11”的编码顺序标识来区分不同数据包的有效负载；在所述步骤S4中，在接收端通过标志位的连续性来判断是否有数据丢失。
3.根据权利要求1所述的基于可见光通信的多帧数据融合解码算法，其特征在于，在所述步骤S4中，若帧首部前后标志位相同，则进行帧内数据融合，若帧首部前后标志位不同，则进行帧间数据融合。
4.根据权利要求3所述的基于可见光通信的多帧数据融合解码算法，其特征在于，在所述步骤S5中，若子数据包被包含在两帧图像内，则数据融合的具体步骤如下：
S5.1：当帧首部前后标志位相同进行帧内数据融合时，将帧首部前解码信息与帧首部后解码信息进行融合，去除重复部分得到完整的有效负载；
S5.2：当帧首部前后标志位不同进行帧间融合时，将帧首部前解码信息与前图像帧中帧首部后标志位相同的解码信息去除重复部分得到完整的有效负载1，将帧首部后解码信息与后图像帧中帧首部前标志位相同的解码信息去除重复部分得到完整有效负载2。
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