提升数据正确性的音频传输系统及其数据处理方法与流程

本发明关于一种音频传输系统，尤指一种可提升数据正确性的音频传输系统及其数据处理方法。

背景技术：

科技日新月异，将信息通过移动装置的3G或者Wi-Fi进行发送、接收的传输技术已经相当的常见，而近年来更有利用声音来传输信息的技术(如超音波传信技术)，例如传输URL信息，用户只要拿着手机靠近电视旁，便可以播放相关的信息，或者看到演唱会影片就可以收到相关介绍，或者是购买信息，零售店也可以出一些电子优惠券等，其应用相当广泛。以目前的超音波传信技术而言，其通常是采用调频方式，即利用频率的高低表示位元值的“0”或“1”，惟调频方式存在传递速率较慢的缺点，当频率的变化太过于密集时，声波在空气中传递会受传播速率不均的影响，而造成不同频率的声波同时抵达用于接收的装置，使得声波频率的变化无法被正确的辨识，所以必须较无效率地间隔一段时间再变换频率。

又如现有技术中具有一种利用声音传输数据及控制命令的系统，请参阅图8所示，其包括一播音设备91、一收音设备92，使用者在该播音设备91上操作并输入字串或指令等，并转换为可播放的声音档，以通过空气将声波传递至该收音设备92，而该收音设备92接收声波后便将声波进行处理，以取得声波中的字串或指令，并根据辨识字串或指令的内容而自动执行相对应的动作，让使用者可以仅利用播音设备91发送声音，就能控制相对应的收音设备92并取得所需要的服务。至于现有技术中的播音设备91如何将使用者输入的字串转换为声波进行传送，并由对应的收音设备92接收，如图9与图10所示，其中分别由该播音设备91、该收音设备92执行以下步骤：该播音设备91接受一使用者输入的字串，把使用者输入的字串转换成二进制的数据，并将二进制的数据通过一相位偏移调变(Phase Shift Keying,PSK)将二进制的数据调变为一声音档；再由该播音设备91根据系统预设的模式判断是否压缩 该声音档，若是，则进行破坏性/无失真压缩，并将压缩后的档案播放，若否，则直接将该声音档播放；当该收音设备92接收到一组声音频号，将该组声音频号解调变，并转换为一字串，再根据该字串的内容以决定所采取的后续动作。

根据相位偏移调变技术的原理，其主要采用声波相位的变化代表位元值的“0”或“1”，因此发送时不需变换频率，可以大幅减低传送不同位元时的间隔时间，以改善现有技术中必须较无效率地间隔一段时间再变换频率的问题，但是相位偏移调变技术初始的设计对象是以电磁波传输为主，而且电磁波的传播速度是光速，故在空气中传递一段距离后产生的相位偏移量极小，反观声波在空气中是以音速传播，与光速相较，音速慢了大约88万倍，且声波在介质中传递时会因介质密度的差异而引起传播速度的变化，因此在空气中传递一段距离后，将会造成相位偏移量的加大，若该收音设备92直接进行解读，会读取到大量的连续错误位元，因此相位偏移调变技术虽没有变换频率的问题，但是其数据的正确性却降低。

由上述现有技术可知，一般传输系统在设计时为了提高数据传输的正确性，通常会提高数据传输通道的通信品质，将传输错误信息的机率降低，但是声波在空气中传递属于信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)低的不稳定通道，而通过目前现有技术中声波传输的方式，需先于播音设备91将数据以相位偏移调变之后再进行传送，所传送的声波基于物理特性将会因介质或距离的不同而使音频的相位异常变化，并产生大量连续性的错误位元数据，而且无法进行修正，致使该收音设备92在接收到声波之后，完全无法判读出正确的信息而仅能选择将该笔数据丢弃并重新传输；再者，为了提升声波传输的效率，使用相位偏移调变技术时，声波在空气传递经常产生大量连续性的错误位元数据，不仅无法取得正确的数据更无法进行修正，以至于系统效率不佳。因此，以上述现有技术而言，确实有待提出更理想解决方案的必要性。

技术实现要素：

有鉴于上述现有技术的不足，本发明主要目的提供一种提升数据正确性的音频传输系统及其数据处理方法，其通过一用于发送声音的装置及相对应一用于接收声音的装置进行声音传输，将所要传输的信息经过特定的方式重新编排、打散后，以避免在传输的过程中，因突发性的连续错误造成接收后的错误位元太过集中，以至于无法校正，故能提升取得隐藏数据的正确性，并解决连续性数字数据在传输过程中因连续错误而导致无法校正的问题。

欲达上述目的所采取的主要技术手段令前述提升数据正确性的音频传输系统的数据处理方法，主要由一第一装置向相匹配的一第二装置传递声波，并由该第一装置执行下列步骤：

接受一信息，并将该信息转换为一数字数据；

将该数字数据排列为一矩阵；

执行一错误更正编码演算法，使得该矩阵中的连续数据被重新编码排列以产生一字元序列数据；

将该字元序列数据加上一标头信息以构成一位元排列数据，并将该位元排列数据调变为一组声波；

将该组声波播放以供该第二装置接收。

上述步骤以该第一装置声波并由该第二装置接收，当该第一装置接受到该信息，并将该信息转换为该数字数据，再将该数字数据排列为该矩阵，经由该第一装置执行该错误更正编码演算法，使得该矩阵中的连续数据被重新编码排列而产生该字元序列数据，而该第一装置再将该字元序列数据加上该标头信息以构成该位元排列数据，并将该位元排列数据调变为一组声波以供该第二装置接收；当该第二装置收到该组声波后，只需将其进行滤波、解调变并取得该位元排列数据，通过该位元排列数据中的标头信息辨识出该字元序列数据，并对该字元序列数据执行一错误更正对应解码演算法以取得正确的信息，藉此提升取得隐藏数据的正确性，达到解决连续性数字数据在传输过程中因连续错误而导致无法校正的问题的目的。

欲达上述目的所采取的又一主要技术手段令前述提升数据正确性的音频传输系统包括：

一第一装置，其包括一第一处理器、一音频输出单元及一编码器，该第一处理器分别与该音频输出单元、该编码器连接，并通过该音频输出单元将音频输出；

一第二装置，与该第一装置相匹配，该第二装置包括一第二处理器、一音频接收单元及一解码器，该第二处理器分别与该音频接收单元、该解码器连接，该音频接收单元用以接收音频，并传送至该第二处理器，由该第二处理器执行音频处理及解调变；

其中，当该第一装置的第一处理器读取一信息，则使该信息转换为一数字数据，并将该数字数据排列为一矩阵，再由该编码器执行一错误更正编码演算法，使得该矩阵中的连续数据被重新编码排列以产生一字元序列数据，该第一处理器再将该字元序 列数据加上一标头信息以构成一位元排列数据，并将该位元排列数据调变为一组声波，由该音频输出单元播放该组声波供第二装置接收。

由上述构造可知，本发明提升数据正确性的音频传输系统通过该第一装置的第一处理器、该编码器将处理后的音频通过其音频输出单元播放一组含有信息的声波，并由该第二装置的音频接收单元接收该组声波，再将该组声波转换成音频传送至该第二处理器，经由该第二处理器、该解码器执行后续相对应所需的音频处理或数据辨识；其中该第一装置处理音频的方式，是通过第一处理器读取该信息，使该信息转换为一数字数据，并将该数字数据排列成矩阵格式，再由该编码器执行该错误更正编码演算法，使得该矩阵中的连续数据经过重新编码排列而产生该字元序列数据，该第一处理器再将该字元序列数据加上标头信息以构成该位元排列数据，并将该位元排列数据调变为一组声波，由该音频输出单元播放该组声波供第二装置接收，当该第二装置的音频接收单元收到该组声波后，通过该第二处理器将其进行滤波、解调变并取得该位元排列数据，通过该位元排列数据中的标头信息即能够辨识出该字元序列数据，并以该解码器对该字元序列数据执行一错误更正对应解码演算法以取得正确的信息，藉此提升取得隐藏数据的正确性，达到解决连续性数字数据在传输过程中因连续错误而导致无法校正的问题的目的。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例的音频传输系统示意图。

图2为本发明一较佳实施例的信息编码排列的数据结构示意图。

图3为本发明一较佳实施例的第一装置数据处理方法流程图。

图4为本发明一较佳实施例的第一装置错误更正编码演算法流程图。

图5为本发明一较佳实施例的第二装置数据处理方法流程图。

图6为本发明一较佳实施例的第二装置解调变与信息转换流程图。

图7为本发明一较佳实施例的第二装置错误更正对应解码演算法流程图。

图8为一已知的音频传输系统方块图。

图9为一已知的播音设备的播放声音流程图。

图10为一已知的收音设备的接收声音流程图。

附图标号

10第一装置 11第一处理器

12音频输出单元 13编码器

20第二装置 21第二处理器

22音频接收单元 23解码器

91播音设备 92收音设备

具体实施方式

关于本发明提升音频辨识率的音频传输系统的较佳实施例，请参阅图1所示，其主要由一第一装置10在一介质(如空气)中向一第二装置20传递一组声波，且该第一装置10与该第二装置20相匹配，其中该声波(声音)是在空气中一连续不断的信号，可称为声音频号(Audio Signal,音频)，亦泛指由人耳听到的各种声音的信号。本实施例中，该第一装置10、该第二装置20可分别为一移动装置、一智能装置或一电脑设备等电子装置。

该第一装置10包括一第一处理器11、一音频输出单元12、一编码器13以及一输入单元(图中未示)，该第一处理器11分别与该音频输出单元12、该编码器13及该输入单元连接，该第一处理器11可内建或预设信息，或通过该输入单元输入信息，通过该第一装置10的第一处理器11读取一信息，并对该信息进行信息转换，使该信息转换为一数字数据，并于该数字数据中加入一校验码并排列为一矩阵，再由该编码器13执行一错误更正编码演算法，使得该矩阵中的连续数据被重新编码排列以产生一字元序列数据，该第一处理器11再将该字元序列数据加上一标头信息以构成一位元排列数据，当该第一处理器11读取该位元排列数据后便将其调变为一组声波，并通过该音频输出单元12播放该组声波并于空气中传递，以将一含有信息的声波输出供该第二装置20接收。

该第二装置20包括一第二处理器21、一音频接收单元22及一解码器23，该第二处理器21分别与该音频接收单元22、该解码器23连接，该音频接收单元22用以接收该第一装置10所播放出来的声音，并将接收的该组声波传送至该第二处理器21，由该第二处理器21执行音频处理及解调变；当该第二装置20收到该组含有信息的声波后，即通过第二处理器21对该组声波进行滤波、解调变并取得前述含有标头信息的位元排列数据，根据该位元排列数据中的标头信息以辨识出该字元序列数据，并以该解码器23 对该字元序列数据执行一错误更正对应解码演算法，该错误更正对应解码演算法与前述错误更正编码演算法相匹配，因此能够准确取得正确的信息，由于声波在传输的过程中易受到各种影响，容易发生大量连续性的数据错误而导致无法校正的问题，因此通过上述第一装置10的编码器13执行该错误更正编码演算法，使得连续数据重新编码排列将数据排列以特定数学方式打散，避免传输过程中突发性的连续错误所造成接收后的错误位元太过集中而无法校正，再由上述第二装置20的解码器23执行相匹配的错误更正对应解码演算法，不仅能取得正确的信息，更能够增加系统的精确度及效能。

为说明本发明较佳实施例中该第一装置10于信息编码排列的数据结构的处理方式，请参阅图2所示，其中由该第一装置10的第一处理器11读取该信息，本实施例中，该信息可为一输入字串，在进行信息转换时，先将该输入字串对应ASCII码而转换为该数字数据S，该数字数据S包括一组二进制位元值，于该数字数据S中加入上述校验码并加以旋转而排列为矩阵S0(”S0:[0][1][2][3]...”)，再利用该编码器13对矩阵S0执行上述错误更正编码演算法，将旋转后的该矩阵S0中的矩阵格式进行一转置运算，即将矩阵格式的横轴与纵轴进行交换以构成一转置矩阵S1(”S1:[0][1][2][3]...”)，再将该矩阵S0以及该转置矩阵S1的数据进行连续性的重新交错编码排列，以产生一字元序列数据S2(”S0[0],S1[0],S0[1],S1[1],S0[2],S1[2],...”)，最后将该字元序列数据S2加上该标头信息以构成一位元排列数据S3，并将该位元排列数据调变为一组声波，以播放至该第二装置20。

当该第二装置20的第二处理器21接收到该组声波，并进行滤波、解调变并取得前述含有标头信息的位元排列数据S3，根据该位元排列数据S3中的标头信息读取该字元序列数据S3的内容，并以该解码器23执行相对应的该错误更正对应解码演算法，对读取到的字元序列数据S3内容进行拆解分离，将该字元序列数据S3内容中的上述矩阵S0及该转置矩阵S1进行还原以取得错误位元值的数据，并利用树状图法(trellis diagram,篱笆图)取得所有可能路径，再取一最小汉明距离(Hamming distance)的路径，即获得最大机率的正确信息内容。本实施例中，该第二处理器21对该组声波进行滤波、解调变并取得前述具有时间状态特性的字元序列数据，其中该第二处理器21进一步通过一带通滤波器、一快速傅立叶转换(Fast Fourier Transform,FFT)以分别对该组声波进行滤波、解调变。

综上所述，本发明主要的应用方式是先由第一装置10将一字串转换为二进制位元值，随后，将二进制位元值利用一前向错误更正(Forward Error Correction,FEC)的技术进行编码，并于编码之后才进行调变，当调变完成之后，则将调变之后的声音频号传送到第二装置20；当第二装置20接收到声音频号，则进一步将声音频号进行解调变，并于解调变之后再进行解码，解码之后的数据则转换成一字串。通过前向错误更正技术使声波传输时，大量错误的位元数据可以被修正为正确的。必须说明的是，前向错误更正技术是采用在数据中以特定格式添加冗余位元，使得传输过程中出错的数据可以被修正的一种技术的通称，其中较常见者包含理德-所罗门码(Reed-solomon Code)、回旋码(Convolutional Code)、加速码(TurboCode)等。

另外，由于一般通信系统在设计时为了提高数据传输的正确性，通常需提高数据传输通道的通信品质，以将传输错误信息的机率降低，但是，由于声波在空气中传递属于信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)低的不稳定通道，因此，于本实施例中利用错误更正的编码技术将传输过程造成的错误位元予以修正，而最佳的该错误更正编码演算法及相匹配的该错误更正对应解码演算法，其分别为一卷积码编码(又称Convolutional Code,回旋码)及一威特比(Viterbi)演算法解码。

进一步的，该错误更正编码演算法及相匹配的该错误更正对应解码演算法，更可分别为一格状编码及一威特比演算法解码、一加速码(TurboCode)编码及一威特比演算法解码、一线性码编码及一威特比演算法解码。

由上述本发明的较佳实施例的说明，可归纳出提升数据正确性的音频传输系统的数据处理方法，其主要由该第一装置10向相匹配的该第二装置20传递声波，如图2、图3所示，并由该第一装置10执行下列步骤：

接受一信息(S31)，本实施例中该信息可为一字串，并将该信息转换为一数字数据S(S32)，该数字数据S包括一组二进制位元值；

将该数字数据排列为一矩阵S0(S33)，本实施例中可在该数字数据中加入一校验码并排列为该矩阵S0(S33)；

执行一错误更正编码演算法(S34)，使得该矩阵S0中的连续数据被重新编码排列以产生一字元序列数据S2；

将该字元序列数据S2加上一标头信息以构成一位元排列数据S3，并将该位元排列数据S3调变为一组声波(S35)；

将该组声波播放以供该第二装置20接收，或储存该组声波(S36)；于本实施例中进一步对该组声波进行压缩；

判断是否需产生下一组声波(S37)，若是，则回到前述“接受一信息(S31)”步骤。

通过上述步骤，以该第一装置10向该第二装置20播放声音，当该第一装置10接受到该信息后再将其转换为数字数据S，并于执行该错误更正编码演算法时，矩阵S0中的连续数据被重新编码排列而产生该字元序列数据S2，于本实施例中当上述方法执行至“执行一错误更正编码演算法(S34)，使得该矩阵S0中的连续数据被重新编码排列以产生一字元序列数据S2”步骤时，如图2、图4所示，该方法更包括以下步骤：

上述含校验码的数字数据S以一固定方向旋转成为该矩阵S0(S341)；

将该矩阵S0进行转换，以产生该转置矩阵S1(S342)；

以该矩阵S0与该转置矩阵S1的数据，进行连续性的重新交错编码排列成该字元序列数据S2，于本实施例中该字元序列数据S2为一维阵列S2(S343)；及

接续执行前述“将该字元序列数据S2加上一标头信息以构成一位元排列数据S3，并将该位元排列数据S3调变为一组声波(S35)；”步骤及“将该组声波播放以供该第二装置20接收，或储存该组声波(S36)”步骤。

通过上述步骤中于第一装置10将该字元序列数据S2加上该标头信息以构成该位元排列数据S3，并将该位元排列数据S3调变为一组声波以供该第二装置接收20，于本实施例中当该第一装置10将该组声波播放并供该第二装置20接收时，如图5所示，并进一步由该第二装置20执行下列步骤：

接受一组声波(S41)；

将该组声波进行滤波并转换(S42)，本实施例中，该该第二装置20进一步通过一带通滤波器、一快速傅立叶转换(Fast Fourier Transform,FFT)以分别对该组声波进行滤波、解调变；

将转换后的声音特征解调变为一数字数据(S43)；

根据该位元排列数据S3中的标头信息读取该字元序列数据S2内容，并对该字元序列数据S2执行一错误更正对应解码演算法，以取得正确的信息(S44)；

将该信息转换成一字串并回传至近端或远端(S45)，判断是否继续接收下一组声波(S46)，若是，则回到前述“接受一组声波(S41)”步骤。

再者，当上述步骤执行至“根据该位元排列数据S3中的标头信息读取该字元序列数据S2内容，并对该字元序列数据S2执行一错误更正对应解码演算法，以取得正确的信息(S44)”步骤时，如图6所示，并由该第二装置20进一步执行下列步骤：

读取该组声波经转换后的声音特征(S441)；

将该声音特征进行解调变(S442)，以产生该数字数据；

根据该数字数据判断是否有读取到其中一标头信息(S443)；

若是，则读取该字元序列数据S2内容(S444)；

对该字元序列数据S2执行该错误更正对应解码演算法，以取得正确的信息(S445)；

以一校验码再次判断计算该数字数据S是否正确(S446)；

若是，则执行前述“将该信息转换成一字串并回传至近端或远端(S45)”步骤；

当执行前述“根据该数字数据判断是否有读取到其中一标头信息(S443)”步骤、或者当执行前述“以一校验码再次判断计算该数字数据S是否正确(S446)”步骤时，若判断结果为否，则改变读取该组声波的范围(S447)，并回到“读取该组声波经转换后的声音特征(S441)”步骤。

进一步的，于本实施例中当上述步骤执行至“对该字元序列数据S2执行该错误更正对应解码演算法，以取得正确的信息(S445)”步骤时，如图2、图7所示，该方法更包括下列步骤：

取出该字元序列数据S2的数据内容中对应的矩阵S0及转置矩阵S1(S4451)；

将该矩阵S0、该转置矩阵S1进行还原排列(S4452)；

依序比对还原排列后的矩阵S0及转置矩阵S1的数据内容，以取得错误位元值的数据(S4453)；

利用该威特比(Viterbi)演算法解码，并取得正确的数字数据S内容(S4454)；

接续执行前述“以一校验码再次判断计算该数字数据S是否正确(S446)”步骤。

本发明通过错误更正编码演算法及相对应的该错误更正对应解码演算法，根据取得错误位元值的数据计算出最短路径，以获得最大机率的正确信息内容，而且基于目前现有技术中一般手机芯片的运算能力尚无法进行太过复杂的运算，因此以前向错误更正的技术进行编码，再以相对应的威特比演算法进行解码，使声波传输时大量错误的位元数据可以被修正，故确实解决在现有技术中使用相位偏移调变技术时，声波在 空气传递经常产生大量连续性的错误位元数据而导致无法校正的问题，并且更能提升系统取得隐藏数据的正确性及效率。