专利名称：一种基于双音多频声波的高可靠性数据传输方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术，尤其涉及一种基于双音多频声波的高可靠性数据传输方法及装置。
背景技术：
目前，手机之间或手机与电脑之间的通讯方式较多，包括蓝牙、无线网络和其他近场通讯方式，但这些通讯方式对硬件配置有较高和特定的要求，建立通讯的过程较为繁琐， 软硬件成本较高，覆盖面窄，不便于进行手机现场支付、与手机之间互传私密资料等对数据传输的可靠性要求较高的数据传输。公开号为CN101247183A的专利申请，公开了一种采用某一频率的高频波形结合水平部分，表达1、0数值，实现超声波通讯的方法。该方法基于硬件模块的配合改造，在发送端采用MCU(Micro Control Unit，简称微控制单元)中断方式读取包络参数，发出高频模拟信号；接收端模拟电路对麦克风模拟信号进行放大、带通滤波、包络检波和整形处理， 获得低频方波信号，然后解码为二进制数据。在通讯信息之前增加一位高电平起始位，由接收端模拟电路判断此起始位高电平信号是否持续4 9毫秒，以判断是否接收通讯信息； 接受通讯信息时，接收端MCU开启中断，读取为低电平则数据位为“0”，高电平则数据位为 “ 1”。但实际使用超声波进行数据通讯时，手机、电脑配备的喇叭、麦克风的声音频率范围较窄，灵敏度受限，且受环境噪音影响，容易出现声波失真，导致数据传输时错误率太高，不能达到高可靠性数据传输的实用要求。该专利申请公开的方法，采用二进制方式编码数据，每单位传输数据的信息量少，大数据量传输时，遇有波形失真的概率高；“0”、“1”数值的判断简单通过电平高低决定，在环境噪音影响较大时，电平高低值失真率高，高低电平分界的门限值随环境影响变化大，无法准确设置；某位数据的判断出现差错时，无法校验纠错，一位出错，即可导致整个报文出错；手机、电脑的物理构造在出厂时已经固化，应用时再改造电路的成本太高。该方法难以满足手机、电脑进行高可靠性的数据传输的实用要求。双音多频(Dual Tone Multi Frequency，简称DTMF)是由贝尔实验室开发的信令方式，通过承载语音的模拟电话线传送电话拨号信息，在电话通信中有广泛的应用。 DTMF由高频群和低频群组成，高频群和低频群各包含4个频率。一个高频信号和一个低频信号叠加组成一个组合信号，代表一个数字，因此DTMF信号有16个编码。如果将传统的DTMF方式直接应用在移动终端音频数据通讯方面，存在下面一些问题1、传输中存在可以被听到的拨号音，较长时间的拨号音会让使用者不舒服；2、国际电报电话咨询委员会 (International Telephone and Telegraph Consultative Committee，简禾尔 CCITT)规定每秒最多按 ο个键，即每个键时隙最短为100MS，其中音频实际持续时间至少为45MS，不大于55MS，时隙的其他时间内保持静默，因此按键产生双音频信号时，相继的两个信号间隔一段时间，这种适用于硬件解码器的方式很难被手机等移动终端的软件处理；3、麦克风录音后，环境噪音的影响将导致静默期的判断不准确；4、未考虑数据校验和纠错。若采用单音多频声波信号的方式传输数据，其缺点是每个时间段内，单一频率信号只能表示一个数值，单位传输的数据量不足，导致数据传输的时间加长，更易受环境噪音影响而出现错误。
发明内容
发明目的为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于双音多频声波的高可靠性数据传输方法及装置，在不改变终端的物理构造和操作系统的基础上，利用终端的喇叭和麦克风实现高可靠性的数据传输。技术方案本发明所述基于双音多频声波的高可靠性数据传输方法，包括如下步骤一种基于双音多频声波的高可靠性数据传输方法，包括如下步骤(1)首先通过数据生成单元计算需传输数据的校验值，给需传输数据加上校验起始标志和校验值，组成完整数据；(2)再通过双音多频信息编码单元对步骤(1)中得到的完整数据，对照编码规则， 转换到对应的双音多频叠加信号上，根据发送持续时间组成连续的双音多频叠加信号信息；(3)通过双音多频声波发送单元控制发声装置按照双音多频叠加信号信息连续地发出声波信号，并不断循环，直至传输完成或到达超时时间；(4)通过双音多频声波接收单元，控制收听装置近距离接收发声装置发出的声波信号，直至接收的音频信息达到长度要求，保存接收到的完整音频信息，并设定循环数i的初始值为0 ；(5)通过双音多频信息解码单元对保存的完整音频信息进行计算解析，对照与步骤( 相同的编码规则，将完整音频信息按发送持续时间长度分成相应数目的时间分段， 根据幅度大小次序，选取每个时间分段中的两个频率并解析由其构成的双音多频叠加信号为相应数值，形成一组完整数据；通过数据验证单元对该完整数据进行校验，判断校验是否成功，若判断结果为是，则完成双音多频声波的数据传输；(6)若步骤(5)中的判断结果为否，则判断循环数i = η是否成立，若判断结果为是，则多频声波的数据传输失败，其中，η为大于1的自然数；(7)若步骤(6)中的判断结果为否，则将步骤(4)中接收的完整音频信息的起始位置向后偏移一个偏移时间长度后再进行保存，i = i+1 ；返回步骤(5)，所述偏移时间长度为发送持续时间长度的1/n。上述方法亦可以采用计算机软件方法实现。所述步骤(1)中数据生成单元可采用CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验)校验法计算需传输数据的校验值，亦可以为其他校验算法，如bcc(bl0ck check character异或校验法)、奇偶校验(Parity Check)等；校验起始标志可以为“OF”。所述步骤O)中对应的声波频率范围在16KHz 22KHz范围内，此频率范围内的声音，人类难以察觉，但是手机、电脑的喇叭、麦克风等却可以处理。所述步骤(2)中的编码规则可采用PCM(Pulse-code modulation，脉冲编码调制) 音频编码，PCM音频编码是绝大多数手机和电脑都能够支持的，同时结合多种压缩运算法， 可以降低数据量和传输量。PCM音频编码是一种模拟信号的数码化方法，其将信号的强度依照同样的间距分成数段，然后用独特的数码记号。在步骤O)中通过PCM音频编码完成完整数据的转换，在步骤中通过PCM音频编码保存接收到的音频信息。所述步骤(3)中声波信号以正弦波波形发出。所述步骤(4)中收听装置接收的声波信号采样频率在44. IKHz或以上，使得 16KKHz 22KHz范围内的声波信号可以从采样样本中完全重建出来。一种用于实现上述基于双音多频声波的高可靠性数据传输方法的装置，包括连接有发声装置以发出声波信号的发送端和连接有收听装置以接收声波信号的接收端，所述发送端包括数据生成单元、双音多频信息编码单元和双音多频声波发送单元，所述接收端包括双音多频声波接收单元、双音多频信息解码单元和数据验证单元；所述数据生成单元，计算需传输数据的校验值，给需传输数据加上校验起始标志和校验值，组成完整数据；所述双音多频信息编码单元，将数据生成单元生成的完整数据的每个数值转换到对应的双音多频叠加信号上，根据发送持续时间组成连续的双音多频叠加信号信息，实现数据与双音多频声波信号的对应转换；所述双音多频声波发送单元，控制发声装置按双音多频信息编码单元转换得到的双音多频叠加信号信息连续地发出声波信号；所述双音多频声波接收单元，控制收听装置接收发声装置发出的声波信号，并保存信息；所述双音多频信息解码单元，将双音多频声波接收单元保存的信息进行计算、解码；所述数据验证单元，对解码后的数据进行校验。所述发声装置为喇叭或其他能够发出声波的硬件模块，所述收听装置为麦克风或其他能够接收声波的硬件模块。有益效果本发明提供的一种基于双频多频声波的高可靠性数据传输装置及其方法，对硬件要求低，只需要配备喇叭、麦克风就可以进行数据传输，可以在手机、电脑上使用，有利于快速、低成本地实现应用和服务；在双音多频信息解码时，采用多步偏移计算后比较汇总值的方法，有效解决信号起始位查找的难题；在数据生成和数据验证时，采用校验和算法保证了数据一致性。
图1为本发明装置的结构示意图。图2为本发明方法的流程图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作更进一步的说明。如图1所示为一种基于双频多频声波的高可靠性数据传输装置，包括连接有喇叭的发送端和连接有麦克风的接收端，所述发送端为手机或者电脑，接收端亦为手机或电脑； 所述发送端包括数据生成单元、双音多频信息编码单元和双音多频声波发送单元，所述接收端包括双音多频声波接收单元、双音多频信息解码单元和数据验证单元。
所述数据生成单元，计算需传输数据的校验值，给需传输数据加上校验起始标志和校验值，组成完整数据；所述双音多频信息编码单元，将数据生成单元生成的完整数据的每个数值转换到对应的双音多频叠加信号上，根据发送持续时间组成连续的双音多频叠加信号信息，实现数据与双音多频声波信号的对应转换；所述双音多频声波发送单元，控制喇叭按双音多频信息编码单元转换得到的双音多频叠加信号信息连续地发出声波信号。所述双音多频声波接收单元，控制麦克风接收喇叭发出的声波信号，并保存信息； 所述双音多频信息解码单元，将双音多频声波接收单元保存的信息进行计算、解码；所述数据验证单元，对解码后的数据进行校验。如图2所示为一种基于双音多频声波的高可靠性数据传输方法，定义发送持续时间为40ms，保持发送端和接收端的步调一致，且数据编码单元和数据解码单元采用相同的编码规则，具体传输步骤如下(1)通过数据生成单元采用CRC校验法给需传输数据加上校验起始标志和校验值，组成完整数据。将完整数据采用16进制方式定义，0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、
E和F十六个数值，分别与十六组双音频率一一对应，本例中双音多频叠加信号对应的编码表如表1所示。表1双音多频叠加先好对应的编码表
权利要求
1.一种基于双音多频声波的高可靠性数据传输方法，其特征在于该方法包括如下步骤(1)首先通过数据生成单元计算需传输数据的校验值，给需传输数据加上校验起始标志和校验值，组成完整数据；(2)再通过双音多频信息编码单元对步骤(1)中得到的完整数据，对照编码规则，转换到对应的双音多频叠加信号上，根据发送持续时间组成连续的双音多频叠加信号信息；(3)通过双音多频声波发送单元控制发声装置按照双音多频叠加信号信息连续地发出声波信号，并不断循环，直至传输完成或到达超时时间；(4)通过双音多频声波接收单元，控制收听装置近距离接收发声装置发出的声波信号， 直至接收的音频信息达到长度要求，保存接收到的完整音频信息，并设定循环数i的初始值为0;(5)通过双音多频信息解码单元对保存的完整音频信息进行计算解析，对照与步骤 (2)相同的编码规则，将完整音频信息按发送持续时间长度分成相应数目的时间分段，根据幅度大小次序，选取每个时间分段中的两个频率并解析由其构成的双音多频叠加信号为相应数值，形成一组完整数据；通过数据验证单元对该完整数据进行校验，判断校验是否成功，若判断结果为是，则完成双音多频声波的数据传输；(6)若步骤(5)中的判断结果为否，则判断循环数i=n是否成立，若判断结果为是，则多频声波的数据传输失败，其中，η为大于1的自然数；(7)若步骤(6)中的判断结果为否，则将步骤⑷中接收的完整音频信息的起始位置向后偏移一个偏移时间长度后再进行保存，i = i+1 ；返回步骤(5)，所述偏移时间长度为发送持续时间长度的1/n。
2.根据权利要求1所述的基于双音多频声波的高可靠性数据传输方法，其特征在于 所述步骤(1)中数据生成单元采用CRC校验法计算需传输数据的校验值。
3.根据权利要求1所述的基于双音多频声波的高可靠性数据传输方法，其特征在于 所述步骤O)中对应的声波频率范围在16KHz 22KHz范围内。
4.根据权利要求1所述的基于双音多频声波的高可靠性数据传输方法，其特征在于 所述步骤O)中的编码规则为PCM音频编码。
5.根据权利要求1所述的基于双音多频声波的高可靠性数据传输方法，其特征在于 所述步骤(3)中声波信号以正弦波波形发出。
6.根据权利要求1所述的基于双音多频声波的高可靠性数据传输方法，其特征在于 所述步骤中收听装置接收的声波信号采样频率在44. IKHz或以上。
7.一种用于实现权利要求1所述的基于双音多频声波的高可靠性数据传输方法的装置，其特征在于该装置包括连接有发声装置以发出声波信号的发送端和连接有收听装置以接收声波信号的接收端；所述发送端包括数据生成单元、双音多频信息编码单元和双音多频声波发送单元，所述接收端包括双音多频声波接收单元、双音多频信息解码单元和数据验证单元；所述数据生成单元，计算需传输数据的校验值，给需传输数据加上校验起始标志和校验值，组成完整数据；所述双音多频信息编码单元，将数据生成单元生成的完整数据的每个数值转换到对应的双音多频叠加信号上，根据发送持续时间组成连续的双音多频叠加信号信息，实现数据与双音多频声波信号的对应转换；所述双音多频声波发送单元，控制发声装置按双音多频信息编码单元转换得到的双音多频叠加信号信息连续地发出声波信号；所述双音多频声波接收单元，控制收听装置接收发声装置发出的声波信号，并保存信息；所述双音多频信息解码单元，将双音多频声波接收单元保存的信息进行计算、解码； 所述数据验证单元，对解码后的数据进行校验。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述发声装置为喇叭，所述收听装置为麦克风。
全文摘要
本发明公开了一种基于双音多频声波的高可靠性数据传输方法及装置，该装置包括连接有发声装置以发出声波信号的发送端和连接有收听装置以接收声波信号的接收端；发送端包括数据生成单元数据生成单元、双音多频信息编码单元和双音多频声波发送单元，接收端包括双音多频声波接收单元、双音多频信息解码单元和数据验证单元。本发明提供的装置及其方法，对硬件要求低，只需要配备喇叭、麦克风就可以进行数据传输，可以在手机、电脑上使用，有利于快速、低成本地实现应用和服务；在双音多频信息解码时，采用多步偏移计算后比较汇总值的方法，有效解决信号起始位查找的难题；在数据生成和数据验证时，采用校验和算法保证了数据一致性。
文档编号H04L1/00GK102394724SQ201110341128
公开日2012年3月28日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者朱建 申请人:南京音优行信息技术有限公司