一種超聲波通訊編碼方法及系統技術方案

本發明專利技術涉及一種超聲波通訊編碼方法及系統，設計編碼序列串，采用所述編碼序列串對待傳輸信息進行編碼；將所述編碼序列串作為多狀態跳轉的有限狀態自動機的輸入字符；將所述有限狀態自動機的狀態序列映射到超聲波單頻信號，超聲波單頻信號狀態的跳轉包含編碼信息。基于有限狀態自動機的超聲波編碼方法，有限狀態自動機可以靈活設計編碼方案，有效提高信息傳輸的比特率，可以有效推廣超聲波通訊在實際生活中應用。本發明專利技術在超聲波通訊中引入同步信號和奇偶校驗信號，提升信息傳輸的質量。

【技術實現步驟摘要】
一種超聲波通訊編碼方法及系統
本專利技術涉及一種超聲波通訊編碼方法及系統，尤其涉及一種基于有限狀態自動機的超聲波通訊編碼方法及系統。
技術介紹
目前的終端設備多數具有放音和錄音功能，使用聲波進行信息的傳輸附加成本低，同時超聲波在傳輸時方向性強，受外界環境干擾少，所以超聲波用于通訊越來越受到青睞。在目前的超聲波通訊系統中，多數的編碼時間過長，同時缺少有效的方法保證遠距離和復雜的場景下信息傳輸的質量。現有的用于超聲波通訊的編碼方法，使用一些特定的單頻超聲波信號完成信息的傳輸，2個頻段傳輸1bit信息，傳輸的信息量較少；編碼沒有考慮信息開始的標志位，水印開始段檢測不準。同時在實際應用中，由于環境的影響，信息傳輸過程中可能受污染，缺少有效的偵測手段。現有技術的缺點如下：1.相同的時間內傳輸的數據量較少，實時性較高方案中應用受限。2.編碼魯棒性不高，水印檢測不準，在受環境影響時無法及時偵測。3.設計方法簡單、單一，不夠靈活。傳統的超聲波通訊編碼方法，在傳輸信息比特率和質量上無法滿足應用需求。
技術實現思路
本專利技術解決的技術問題是：構建一種超聲波通訊編碼方法及系統，克服現有方案相同時間內傳輸的數據量較少，實時性較高的方案中應用受限難點；解決編碼魯棒性不高，水印檢測不準，受環境影響時無法及時偵測；解決設計方法簡單、單一，不夠靈活的技術問題。本專利技術的技術方案是：構建一種超聲波通訊編碼方法，步驟如下：編碼：設計編碼序列串，采用所述編碼序列串對待傳輸信息進行編碼；構建編碼序列：將所述編碼序列串作為多狀態跳轉的有限狀態自動機的輸入字符；進行超聲波信息加載：將所述有限狀態自動機的狀態序列映射到超聲波單頻信號，超聲波單頻信號狀態的跳轉包含編碼信息。本專利技術的進一步技術方案是：還包括構建同步信號：設置一個單頻信號作為編碼信號的同步信號。本專利技術的進一步技術方案是：將所述有限狀態自動機的狀態序列映射到超聲波單頻信號的公式如下：y＝cos(2π×f×t+θ)其中f為目標頻帶，t為采樣間隔，θ為初始相位角。本專利技術的進一步技術方案是：所述超聲波通訊編碼信號還包括生成的奇偶校驗編碼段。本專利技術的進一步技術方案是：所述多狀態跳轉的有限狀態自動機的狀態跳轉數目根據編碼采用的進制以及信息的表示范圍確定。本專利技術的進一步技術方案是：所述同步信號的長度大于等于2倍編碼段單頻信號長度。本專利技術的技術方案是：構建一種超聲波通訊編碼系統，包括編碼模塊、編碼序列構建模塊、超聲波信息加載模塊，所述編碼模塊設計編碼序列串，采用所述編碼序列串對待傳輸信息進行編碼；所述編碼序列構建模塊將所述編碼序列串作為多狀態跳轉的有限狀態自動機的輸入字符；所述超聲波信息加載模塊將所述有限狀態自動機的狀態序列映射到超聲波單頻信號，超聲波單頻信號狀態的跳轉包含編碼信息。本專利技術的進一步技術方案是：還包括同步信號構建模塊，所述同步信號構建模塊設置一個單頻信號作為編碼信號的同步信號。本專利技術的進一步技術方案是：還包括超聲波信息加載模塊，將所述有限狀態自動機的狀態序列映射到超聲波單頻信號的公式如下：y＝cos(2π×f×t+θ)其中f為目標頻帶，t為采樣間隔，θ為初始相位角。本專利技術的進一步技術方案是：還包括奇偶校驗編碼模塊，所述奇偶校驗編碼模塊生成奇偶校驗編碼段。本專利技術的技術效果是：構建一種超聲波通訊編碼方法及系統，設計編碼序列串，采用所述編碼序列串對待傳輸信息進行編碼；將所述編碼序列串作為多狀態跳轉的有限狀態自動機的輸入字符；將所述有限狀態自動機的狀態序列映射到超聲波單頻信號，超聲波單頻信號狀態的跳轉包含編碼信息。基于有限狀態自動機的超聲波編碼方法，有限狀態自動機可以靈活設計編碼方案，有效提高信息傳輸的比特率，可以有效推廣超聲波通訊在實際生活中應用。本專利技術在超聲波通訊中引入同步信號和奇偶校驗信號，提升信息傳輸的質量。附圖說明圖1為本專利技術的流程圖。圖2為本專利技術的5狀態的跳轉圖。圖3為本專利技術單頻信號時域波形圖。圖4為本專利技術單頻信號頻域波形圖。圖5為本專利技術帶有同步位信號段的頻譜圖。圖6為本專利技術帶有奇偶校驗信息的頻譜圖。圖7為本專利技術的結構示意圖。具體實施方式下面結合具體實施例，對本專利技術技術方案進一步說明。如圖1所示，本專利技術的具體實施方式是：構建一種超聲波通訊編碼方法，步驟如下：編碼：設計編碼序列串，采用所述編碼序列串對待傳輸信息進行編碼。具體實施過程如下：編碼串不一定限于8位，使用多少位需要考慮實際應用需求，位數越多傳輸的信息范圍更大，但是傳輸一個有限信息的時間也更長。本專利技術以8位舉例：使用8bit對信息進行編碼，總的指令數目為256個(0-255)，二進制表述為(00000000-11111111)，同理使用4進制描述為(0000-3333)。每一個ID代表一個具體的物理指令和意義，本專利技術也支持使用更高進制進行信息的描述。利用超聲波來控制一些終端設備，即超聲波控制，發送端發送控制指令ID，目前認為常用的控制應用方案中256個指令(8位)就可以滿足需求了。使用超聲波傳輸一些字符信息，即超聲波通訊，目前ASCII字符可打印的字符是96個，所以8位基本滿足需求了。如果字符串超出8位，即數據值大于256，可以使用9位或者更多位，那么對應的編碼序列相應加長即可。構建編碼序列：將所述編碼序列串作為多狀態跳轉的有限狀態自動機的輸入字符。具體實施過程如下：將4進制長度為4的編碼串(0000-3333)作為有限狀態自動機的輸入字符，設計一個5狀態跳轉方案有限狀態自動機(本專利技術需要根據信息傳輸的比特率，輸入字符進制，設計一個合理有限狀態自動機)。有限狀態自動機是一個五元組，其中：Q表示狀態的非空有窮集合，q是M的一個狀態，本方法中自動機狀態集合為a,b,c,d,e字母構成的最大長度為5的狀態序列。∑表示輸入字母表，4進制表示的字母表為(0,1,2,3)，對應步驟a)設計的序列集合。表示狀態轉移函數，Q×∑→Q。q表示M的開始狀態。F表示M的終止狀態集合，F被Q包含。以上的描述過程可以使用如下的轉換圖表達，如圖2所示，使用一個5狀態的跳轉圖描述，5狀態有限自動機其跳轉輸入字符為0,1,2,3。具體實施例中，所述多狀態跳轉的有限狀態自動機的狀態跳轉數根據編碼采用的進制以及信息的表示范圍確定。如果使用的是2進制，一個狀態跳轉到其他狀態，輸入有0，1兩個可能字符，則對應的編碼就是本專利提到的需要使用3個不同超聲波頻段信號進行跳轉描述(3個狀態2個輸入字符)。舉例：假設傳輸的ID為75，二進制為01001011，我們使用a，b，c三個超聲波段進行描述這個二進制串，則設計超聲波編碼對應的也許就是ababcabac。如果設計的4進制，一個狀態跳轉到其他狀態，輸入有0,1,2,3四個可能字符，則需要5個不同超聲波頻段信號進行跳轉描述(5個狀態4個輸入字符)。舉例：假設傳輸的ID為75，四進制序列串為1023，我們使用a,b,c,d,e,5個不同超聲波頻段信號描述這個四進制串，則設計超聲波編碼是acdea，和二進制相比編碼的長度更短了，傳輸時間上更快了。所以使用不同的進制描述意義在于超聲波頻段越多，使用更高進制串描述，最終傳輸的時間更短或者信息表示范圍更大。進行超聲波信息加載：將所述有限狀態自動機的狀態序列映射到超聲波單頻信號，超聲波單本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種超聲波通訊編碼方法，步驟如下：編碼：設計編碼序列串，采用所述編碼序列串對待傳輸信息進行編碼；構建編碼序列：將所述編碼序列串作為多狀態跳轉的有限狀態自動機的輸入字符；進行超聲波信息加載：將所述有限狀態自動機的狀態序列映射到超聲波單頻信號，超聲波單頻信號狀態的跳轉包含編碼信息。

【技術特征摘要】
1.一種超聲波通訊編碼方法，步驟如下：編碼：設計編碼序列串，采用所述編碼序列串對待傳輸信息進行編碼；構建編碼序列：將所述編碼序列串作為多狀態跳轉的有限狀態自動機的輸入字符；進行超聲波信息加載：將所述有限狀態自動機的狀態序列映射到超聲波單頻信號，超聲波單頻信號狀態的跳轉包含編碼信息。2.根據權利要求1所述超聲波通訊編碼方法，其特征在于，還包括構建同步信號：設置一個單頻信號作為編碼信號的同步信號。3.根據權利要求1所述超聲波通訊編碼方法，其特征在于，將所述有限狀態自動機的狀態序列映射到超聲波單頻信號的公式如下：y＝cos(2π×f×t+θ)其中f為目標頻帶，t為采樣間隔，θ為初始相位角。4.根據權利要求1所述超聲波通訊編碼方法，其特征在于，將所述有限狀態自動機的狀態序列映射到超聲波單頻信號的過程還包括生成奇偶校驗編碼段。5.根據權利要求1所述超聲波通訊編碼方法，其特征在于，所述多狀態跳轉的有限狀態自動機的狀態數目根據編碼采用的進制以及信息的表示范圍確定。6.根據權利要求2所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：邢猛，于振華，雷琴輝，劉馳，管青松，
申請(專利權)人：科大訊飛股份有限公司，
類型：發明
國別省市：安徽;34