一種兼容智能手機攝像頭的可見光通信編碼系統技術方案

本實用新型專利技術公開了一種兼容智能手機攝像頭的可見光通信編碼系統，包括：發射端和接收端，所述發射端所包括依次連接的數字信號處理芯片、驅動電路和LED光源；所述接收端包括依次連接的手機攝像頭和數字信號處理芯片。具有能快速使攝像頭捕捉到相應信息并進行解調等優點。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及可見光通信編碼技術，特別涉及一種兼容智能手機攝像頭的可見光通信編碼系統，本技術是一種兼容智能手機攝像頭接收的慢速可見光編碼方式。
技術介紹
近年來，被譽為“綠色照明”的半導體照明技術迅速發展。與傳統的白熾燈等照明光源相比，LED具有低功耗、壽命長、尺寸小、綠色環保等優點。與此同時，LED更具有調制性能好、響應靈敏度高等優勢。將信號以人眼無法識別的高頻加載到LED上進行傳輸，進而催生出一門能夠實現照明與通信一體化的技術——可見光通信。相應的在接收端，需要利用圖像傳感器或者光電二極管對高頻信號進行接收。為了使可見光通信技術能得到更廣泛的應用，最直接有效的辦法就是通過智能手機攝像頭對LED閃爍信號進行捕捉。然而市面上智能手機的攝像頭不具備較高的響應速度，一般低于30幀每秒，若使得LED發射頻率與攝像頭接收頻率相匹配，必然照成LED燈頻閃嚴重，肉眼能分辨，影響燈具的照明效果。
技術實現思路
本技術的首要目的在于克服現有技術的上述缺點與不足，提出一種兼容智能手機攝像頭的可見光通信編碼方法，該方法是一種兼容于目前通用智能手機攝像頭作接收的可見光技術慢速調制方法，通過采用信號復制擴展和差分曼徹斯特編碼方式，將慢速流的信號轉換為高速流的信號加載到LED上，智能手機攝像頭正好能捕捉到高速流信號中的慢速流信號。本技術的另一目的在于克服現有技術的上述缺點與不足，提出一種實現所述兼容智能手機攝像頭的可見光通信編碼方法的系統。本技術的首要目的通過以下技術方案實現：一種兼容智能手機攝像頭的可見光通信編碼方法，包括以下步驟：步驟1、將匹配于智能手機攝像頭響應速率的慢速流信號，通過特定的編碼方式擴展成高速流信號，加載到LED上轉換為光信號；步驟2、接收端手機攝像頭可在任意時間點捕捉到慢速流光信號，再通過感光元件、數字處理芯片將光信號轉換為電信號，進行慢速信息廣播。串行慢速流信號首先通過串并轉換成并行信號，并行信號根據信號傳輸速率，對每一位自身進行擴展，最后并串轉換為高速串行信號。根據信號傳輸速率而設定擴展量，擴展后的信號的速率大于200bit/s。所述的擴展為高速流信號后，再對信號作進一步編碼，防止信號波形出現連續高電平或連續低電平的狀態。本技術的另一目的通過以下技術方案實現：一種實現所述的兼容智能手機攝像頭的可見光通信編碼方法的系統，包括：發射端和接收端，所述發射端所包括依次連接的數字信號處理芯片、驅動電路和LED光源；所述接收端包括依次連接的手機攝像頭和數字信號處理芯片。本技術在發射端采取一種慢速流信號擴展的編碼方式，設慢速流信號傳輸速率為x bit/s，將待傳送的數據流進行串并轉換，行程并行數據，每個并行數據位通過復制擴展n次，其中，n為正整數。形成新的數據幀，并行數據幀再通過并串轉換，得到高速串行數據，傳輸速度為x*n bit/s，最后利用差分曼徹斯特編碼方法，將高速串行數據調制適用于LED的閃爍形式，加載到LED上，轉換成高速閃爍的光信號。接收端攝像頭根據慢速流信號擴展的長度對抽樣間隔進行設置為1/x，利用圖像處理器，將抽樣得到的圖片進行處理，判決，獲取LED的信息狀態，從而將光信號轉換為電信號，再經過差分曼徹斯特解碼，得到就是所傳輸的慢速流信號。所述慢速流信號的信號處理由數字信號處理芯片處理，輸出高速串行數據。所述高速串行數據加載到LED上利用了LED驅動電路，加載方式可以是利用數據直接控制驅動電路的開關，從而控制LED亮滅，也可以加載到一定電壓基礎上，耦合驅動LED發出相應亮暗的光信號。所述慢速流信號傳輸速率由攝像頭性能制約，特別是攝像頭1秒內獲取圖像幀數的能力決定。在本技術中，信號需快速地加載到LED中才不會讓人察覺到燈的閃爍，而智能手機攝像頭響應速度遠遠低于快速信號。為此，本技術對可見光通信的信號進行編碼，將慢速的數據的每一比特通過串并轉換，復制擴展，并串轉換，形成新的數據，新的數據再通過曼徹斯特編碼，得到高速高低電平變化的信號，再由LED燈發出。接收端攝像頭通過采用與慢速數據相同的速率對LED光信號進行捕捉，利用智能手機中的數字信號處理芯片，對捕捉的圖像進行抽樣判決，直接還原出慢速流數據。本技術提出一種適用于智能手機攝像頭的可見光通信編碼方式，對于可見光通信技術的進一步市場化起到重大的意義。與現有技術相比，本技術具有以下優點和有益效果：1、本技術編碼方式適用于一般手機攝像頭對可見光通信信息進行獲取，推動可見光通信技術走進市場。進一步，基于手機攝像頭的可見光通信可以帶來定位、導購等一系列的附加應用。2、本技術的編碼方式針對手機攝像頭的工作性能而設計，能快速使攝像頭捕捉到相應信息并進行解調。附圖說明圖1為本技術實施例發射端系統示意圖。圖2為本技術實施例接收端系統示意圖。圖3為本技術編碼原理圖。具體實施方式下面結合實施例及附圖，對本技術作進一步地詳細說明，但本技術的實施方式不限于此。實施例可見光的發射端和接收端都為一般的調制解調手法，如圖1和2所示。發射端所包括的硬件有數字信號處理芯片、驅動電路、LED光源；接收端所包括的硬件有手機攝像頭、數字信號處理芯片。所述的慢速數據流的速度根據手機攝像頭幀速有關，一般小于30bit/s，慢速數據流經過數字信號處理芯片編碼，得到高速數據。所述編碼的原理圖如圖3所示，其中5個比特的慢速數據流首先經過串并轉換，形成并行信號，再對并行信號進行擴展。擴展的數量跟最終得到的高速數據的速率有關，所述最終得到的高速數據的速率不應該低于200bit/s，因此假如慢速數據流的速度為5bit/s，擴展的數量應該是20次。擴展后的數據再由并串轉換，轉變成串行高速數據流。所述串行高速數據流具有連續1和0的狀態，進一步的，利用差分曼徹斯特編碼方式對信號波形進行處理，得到高速變化的信號，完成編碼過程。進一步地高速數據通過驅動電路驅動LED發光，本實施例采用DD311芯片作為驅動電路，DD311芯片提供一個使能端，當使能端接收到高電平時，芯片導通，LED亮，當使能端接收到低電平，芯片關閉，LED滅。將所述的高速數據加載到DD311的使能端上，通過控制DD311的開關，實現將高數電信號轉換為光信號的過程。進一步地，光信號通過利用智能手機的攝像頭進行捕捉，攝像頭在1秒內通過多次快速開關，捕捉LED燈的狀態。例如本實施例的慢速數據流的速度為5bit/s，相應的，攝像頭在1秒內應該捕捉5次。捕捉到的圖像發送到數字信號處理芯片處理。所述的圖像處理先根據圖像像素的亮度值，確定LED燈在圖像中的位置，所述抽樣抽取出LED燈一定領域范圍，通過對該范圍的亮度值求出平均，根據判決門限，對LED等亮暗的狀態進行判決，高于門限的狀態為1，低于門限的狀態為0，從而將光信號轉變為電信號，完成對慢速數據流的捕捉。上述實施例僅為本技術的一種實施方式，但本技術的實施方式并不受上述實施例的限制，其他任何未背離本技術的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化均應為等效的置換方式，都包含在本技術的保護范圍之內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種兼容智能手機攝像頭的可見光通信編碼系統，其特征在于，包括：發射端和接收端，所述發射端所包括依次連接的數字信號處理芯片、驅動電路和LED光源。

【技術特征摘要】
1.一種兼容智能手機攝像頭的可見光通信編碼系統，其特征在于，包括：發射端和接收端，所述發射端所包括依次連接的數字信號處理芯片、驅動電路和L...

【專利技術屬性】
技術研發人員：文尚勝，陳穎聰，關偉鵬，陳昊，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：新型
國別省市：廣東;44