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一种基于LED和手机相机的可见光通信方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2018-02-05
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2018-10-16
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2021-11-30
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2038-02-05
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201810109529.5 申请日 2018-02-05
公开/公告号 CN108551366B 公开/公告日 2021-11-30
授权日 2021-11-30 预估到期日 2038-02-05
申请年 2018年 公开/公告年 2021年
缴费截止日
分类号 H04B10/116H04J3/06 主分类号 H04B10/116
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 0
权利要求数量 1 非专利引证数量 1
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证 1、CN 102684877 A,2012.09.19CN 107465457 A,2017.12.12CN 104579469 A,2015.04.29CN 106375008 A,2017.02.01CN 106845594 A,2017.06.13Willy Anugrah Cahyadi 等.Mobile PhoneCamera-Based Indoor Visible LightCommunications With RotationCompensation《.IEEE Photonics Journal》.2016,;
引用专利 被引证专利
专利权维持 4 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 杭州电子科技大学 当前专利权人 杭州电子科技大学
发明人 张建辉、张天豪、姜飞龙、甘家羽 第一发明人 张建辉
地址 浙江省杭州市下沙高教园区2号大街 邮编 310018
申请人数量 1 发明人数量 4
申请人所在省 浙江省 申请人所在市 浙江省杭州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
浙江千克知识产权代理有限公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
周希良
摘要
本发明提供一种基于LED和手机相机的可见光通信方法。在可见光通信系统中,发送端将需要传输的数据编码成二进制数据流,该二进制数据流再由LED点阵来表示。接收端成功读取LED点阵所表示的信息后,对每个数据帧进行解码,得出原始想要传输的数据。本发明可以使得可见光通信系统稳定且安全地传输数据。当LED点阵与手机相机之间呈现不同旋转角度时,仍然可以实现数据快速并稳定的读取。
  • 摘要附图
    一种基于LED和手机相机的可见光通信方法
  • 说明书附图:图1
    一种基于LED和手机相机的可见光通信方法
  • 说明书附图:图2
    一种基于LED和手机相机的可见光通信方法
  • 说明书附图:图3
    一种基于LED和手机相机的可见光通信方法
  • 说明书附图:图4
    一种基于LED和手机相机的可见光通信方法
  • 说明书附图:图5
    一种基于LED和手机相机的可见光通信方法
  • 说明书附图:图6
    一种基于LED和手机相机的可见光通信方法
  • 说明书附图:图7
    一种基于LED和手机相机的可见光通信方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2021-11-30 授权
2 2018-10-16 实质审查的生效 IPC(主分类): H04B 10/116 专利申请号: 201810109529.5 申请日: 2018.02.05
3 2018-09-18 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种基于LED和手机相机的可见光通信方法,其特征在于,
发送端将需要传输的数据编码成二进制数据流,该二进制数据流再由LED点阵来表示;
具体是:
步骤一、将需要传输的数据表示成ASCII二进制码;
步骤二、对ASCII二进制码进行Base64编码,得到Base64字符串;
步骤三、将Base64字符串表示成ASCII二进制码;
步骤四、以56个二进制位为单位,将其作为一个数据帧的数据内容,为其添加8位帧头部;
步骤五、用LED点阵来表示64位的数据帧;
接收端成功读取LED点阵所表示的信息后,对每个数据帧进行解码,得出原始想要传输的数据;具体是:
步骤一、通过手机相机获取LED点阵的图像,提取图像中的数据帧,对获取到的数据帧进行ASCII解码,得出Base64字符串;
步骤二、对Base64字符串进行Base64解码,得到ASCII二进制数据;
步骤三、将ASCII二进制数据还原为原始字符串;
每个数据帧结构包含帧头部和帧数据区域,其中首8位作为数据帧的帧头部,控制数据帧的传输过程,其余部分作为数据帧的数据区域,为要传输的数据内容;
所述的帧头部包含重复指示器,即第一个LED灯所表示的比特位;重复指示器用于区分相邻的两个数据帧,防止手机对同一个数据帧重复解码,起到了帧同步的作用;
所述的帧头部包含帧类型字段,该字段为第二至五个LED灯所表示的比特位,以该字段来表示不同帧类型;
所述帧类型分为:
定位帧,用于检测旋转角度;
起始帧,用于表明数据传输的开始;
传输帧,用于传输数据内容;
结束帧,用于表明数据传输的终止;
错误帧,用于表明该帧编码发生错误;
所述检测旋转角度过程中,进一步将定位帧构造为校正帧,对校正帧的识别即可得出手机和LED点阵之间的旋转角度,将该旋转角度作用于后续的数据帧读取过程;校正帧在传输开始前出现一次或者在数据传输过程中以若干传输帧为周期出现一次。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及数据通信领域,且更具体地,涉及一种基于LED和手机相机的可见光通信方法。

背景技术

[0002] 目前广泛使用的被动式射频识别技术利用射频信号来给电子标签供能并读取其所包含的数据信息,这种形式的通信方式较为方便,但是需要额外的读写器设备。与之相比,利用可见光进行通信的方式不仅简单而且不需要额外设备。这种特性使得可见光通信技术受到了越来越多的关注。并且,类似LED灯的发光设备的使用非常普及,这就使得这些发光设备都可能成为可见光信号的发送端,这样一来,可见光通信系统的部署就会变得非常容易。
[0003] 另外,随着技术的发展,智能手机的功能越来越完善,其计算能力也有了较好的提升。因此手机已经有了足够的计算能力来完成可见光通信系统中的工作量。所以,将手机作为可见光通信系统的接收端由其完成可见光信号的接收、读取和识别就成为了可能。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种可见光通信方法,该方法基于LED点阵和手机相机,可以利用可见光进行数据的传输。所提出的通信协议能够有效地控制数据的传输过程,并保证数据在传输过程中的安全性和稳定性。
[0005] 为了实现以上目的,本发明采用的技术方案为:
[0006] 在可见光通信系统中,发送端将需要传输的数据编码成二进制数据流,该二进制数据流再由LED点阵来表示。其中的编码过程为:
[0007] 步骤一、将需要传输的数据表示成ASCII二进制码。
[0008] 步骤二、对ASCII二进制码进行Base64编码,得到Base64字符串。
[0009] 步骤三、将Base64字符串表示成ASCII二进制码。
[0010] 因为ASCII编码用8位二进制位表示一个字符,而Base64编码则是将6位二进制位表示成一个字符,所以这样的编码方案对所要传输的数据起到了加密作用,提高了数据传输的安全性。
[0011] 编码后的二进制数据以帧为单位,通过LED点阵中各个LED灯的亮灭状态表示出来,即一个数据帧用一个8*8个LED灯的状态表示。接收端成功读取LED点阵所表示的信息后,对每个数据帧进行解码,得出原始想要传输的数据。其中的解码过程为:
[0012] 步骤一、对获取到的数据帧进行ASCII解码,得出Base64字符串。
[0013] 步骤二、对Base64字符串进行Base64解码,得到ASCII二进制数据。
[0014] 步骤三、将ASCII二进制数据还原为原始字符串。
[0015] 所述数据帧结构包含帧头部和帧数据区域。一个LED点阵有8*8个LED灯,所以一个数据帧的大小为64比特位。其中首8位作为该数据帧的帧头部,控制数据帧的传输过程,其余部分作为该数据帧的数据区域,是真正要传输的数据内容。
[0016] 所述的帧头部包含重复指示器,即第一个LED灯所表示的比特位。重复指示器用于区分相邻的两个数据帧,防止手机对同一个数据帧重复解码,起到了帧同步的作用。
[0017] 所述的帧头部包含帧类型字段,该字段为第二至五个LED灯所表示的比特位,以该字段来表示不同帧类型。
[0018] 所述帧类型分为:
[0019] 定位帧,用于检测旋转角度;
[0020] 起始帧,用于表明数据传输的开始;
[0021] 传输帧,用于传输数据内容;
[0022] 结束帧,用于表明数据传输的终止;
[0023] 错误帧,用于表明该帧编码发生错误。
[0024] 所述旋转角度检测步骤中,进一步将定位帧构造为校正帧,对校正帧的识别即可得出手机和LED点阵之间的旋转角度,将该旋转角度作用于后续的数据帧读取过程。校正帧的出现可以只是在传输开始前出现一次,也可以在数据传输过程中以若干数据传输帧为周期出现一次。
[0025] 本发明的有益效果;本发明可以很好地控制LED点阵与智能手机之间的数据传输过程。其中的通信协议所设计的数据帧结构能够有效提高数据传输能力,并且解决了帧同步问题。该协议不但可以使得手机相机以不同旋转角度对LED点阵所表示的数据进行识别,而且保证数据在传输时的安全性与稳定性。利用本发明提能够优化每个数据帧的编码能力,充分利用智能手机的计算能力并且降低数据传输过程中的误码率。

实施方案

[0033] 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步详细描述:
[0034] 图1示出了按照通信协议对数据进行处理的流程图。主要包括可见光信号发送端1的流程和接收端2的流程。发送端的流程包括数据编码、添加帧头部和LED点阵显示。接收端的流程包括捕获图像、提取数据帧和数据解码。发送端的具体步骤如下:
[0035] 步骤一、对需要传输的数据以字符串形式表示,即用一个8个二进制位的ASCII码来表示一个字符。经ASCII编码后,得到由0与1组成的二进制串。
[0036] 步骤二、以6个二进制位为一个单位,对所述二进制串进行Base64编码,得到Base64字符串。
[0037] 步骤三、对得到的字符串,以单个字符为单位,表示成ASCII码。
[0038] 步骤四、以56个二进制位为单位,将其作为一个数据帧的数据内容,为其添加8位帧头部。
[0039] 步骤五、用LED点阵来表示该64位的数据帧。
[0040] 接收端的具体步骤如下:
[0041] 步骤一、通过手机相机获取LED点阵的图像,提取图像中的数据帧。
[0042] 步骤二、判断该帧的类型,根据不同的帧类型进行不同的处理。如果是传输帧则有下述步骤。
[0043] 步骤三、对于56位的数据内容,根据ASCII码的表示方式,得出该数据内容表示的字符串信息。
[0044] 步骤四、对所述字符串信息进行Base64解码,得出原始需要传输字符串的ASCII码。
[0045] 步骤五、利用得出的ASCII码,还原出原始传输的字符串。
[0046] 图2示出了数据帧的帧结构。LED点阵的第一排LED灯用于表示帧的头部,其余部分用于表示该帧的数据内容。
[0047] 图3示出了帧头部所划分的字段。帧头部有8个比特位,包含:
[0048] 重复指示器,第1个比特位,用于区分相邻的两个数据帧。
[0049] 帧类型字段,第2至5个比特位,用于表示该数据帧的类型;以及[0050] 空白字段,第6至8个比特位,未使用。
[0051] 所述重复指示器,用于区分相邻的两个数据帧,以防止手机对同一个数据帧进行多次数据提取。
[0052] 所述帧类型,包括:
[0053] 定位帧,用于检测LED点阵与手机相机之间的旋转角度;
[0054] 起始帧,用于表示该帧为数据传输开始的第一个帧;
[0055] 传输帧,用于表示该怎为书传输过程中的帧;
[0056] 结束帧,用于表示该帧为数据传输的最后一个帧;
[0057] 错误帧,用于表示该帧发发生编码错误。
[0058] 各个帧在数据传输过程中出现的先后顺序如图4所示,传输过程中可能出现错误帧。
[0059] 所述旋转角度检测的过程中,将定位帧进一步构造为校正帧。通过对校正帧进行识别就可得出旋转角度,并对后续相机所捕获到的图像,一致旋转该角度,以此保证数据的正确读取。图5为校正帧的示意图。
[0060] 所述校正帧在传输过程中有两种出现方式:
[0061] 在传输的最开始出现,将这时的旋转角度用于校正后续所有帧,如图6;
[0062] 定期在传输过程中出现,如图7。
[0063] 本发明在可见光系统中的应用能够使得数据稳定并安全地传输,而且有能力处理LED点阵与手机相机呈现不同旋转角度时的情况。

附图说明

[0026] 图1示出了按照通信协议对数据进行处理的流程图;
[0027] 图2示出了数据帧的帧结构;
[0028] 图3示出了帧头部所划分的字段;
[0029] 图4示出了数据无编码错误时各种帧出现的先后顺序;
[0030] 图5为校正帧的示意图;
[0031] 图6为非定期传输校正帧的传输过程;
[0032] 图7为定期传输校正帧的传输过程。
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