一种兼容智能手机摄像头的可见光通信编码系统的制作方法

本实用新型涉及可见光通信编码技术，特别涉及一种兼容智能手机摄像头的可见光通信编码系统，本实用新型是一种兼容智能手机摄像头接收的慢速可见光编码方式。

背景技术：

近年来，被誉为“绿色照明”的半导体照明技术迅速发展。与传统的白炽灯等照明光源相比，LED具有低功耗、寿命长、尺寸小、绿色环保等优点。与此同时，LED更具有调制性能好、响应灵敏度高等优势。将信号以人眼无法识别的高频加载到LED上进行传输，进而催生出一门能够实现照明与通信一体化的技术——可见光通信。

相应的在接收端，需要利用图像传感器或者光电二极管对高频信号进行接收。为了使可见光通信技术能得到更广泛的应用，最直接有效的办法就是通过智能手机摄像头对LED闪烁信号进行捕捉。然而市面上智能手机的摄像头不具备较高的响应速度，一般低于30帧每秒，若使得LED发射频率与摄像头接收频率相匹配，必然照成LED灯频闪严重，肉眼能分辨，影响灯具的照明效果。

技术实现要素：

本实用新型的首要目的在于克服现有技术的上述缺点与不足，提出一种兼容智能手机摄像头的可见光通信编码方法，该方法是一种兼容于目前通用智能手机摄像头作接收的可见光技术慢速调制方法，通过采用信号复制扩展和差分曼彻斯特编码方式，将慢速流的信号转换为高速流的信号加载到LED上，智能手机摄像头正好能捕捉到高速流信号中的慢速流信号。

本实用新型的另一目的在于克服现有技术的上述缺点与不足，提出一种实现所述兼容智能手机摄像头的可见光通信编码方法的系统。

本实用新型的首要目的通过以下技术方案实现：一种兼容智能手机摄像头的可见光通信编码方法，包括以下步骤：

步骤1、将匹配于智能手机摄像头响应速率的慢速流信号，通过特定的编码方式扩展成高速流信号，加载到LED上转换为光信号；

步骤2、接收端手机摄像头可在任意时间点捕捉到慢速流光信号，再通过感光元件、数字处理芯片将光信号转换为电信号，进行慢速信息广播。

串行慢速流信号首先通过串并转换成并行信号，并行信号根据信号传输速率，对每一位自身进行扩展，最后并串转换为高速串行信号。

根据信号传输速率而设定扩展量，扩展后的信号的速率大于200bit/s。

所述的扩展为高速流信号后，再对信号作进一步编码，防止信号波形出现连续高电平或连续低电平的状态。

本实用新型的另一目的通过以下技术方案实现：一种实现所述的兼容智能手机摄像头的可见光通信编码方法的系统，包括：发射端和接收端，所述发射端所包括依次连接的数字信号处理芯片、驱动电路和LED光源；所述接收端包括依次连接的手机摄像头和数字信号处理芯片。

本实用新型在发射端采取一种慢速流信号扩展的编码方式，设慢速流信号传输速率为x bit/s，将待传送的数据流进行串并转换，行程并行数据，每个并行数据位通过复制扩展n次，其中，n为正整数。形成新的数据帧，并行数据帧再通过并串转换，得到高速串行数据，传输速度为x*n bit/s，最后利用差分曼彻斯特编码方法，将高速串行数据调制适用于LED的闪烁形式，加载到LED上，转换成高速闪烁的光信号。接收端摄像头根据慢速流信号扩展的长度对抽样间隔进行设置为1/x，利用图像处理器，将抽样得到的图片进行处理，判决，获取LED的信息状态，从而将光信号转换为电信号，再经过差分曼彻斯特解码，得到就是所传输的慢速流信号。所述慢速流信号的信号处理由数字信号处理芯片处理，输出高速串行数据。所述高速串行数据加载到LED上利用了LED驱动电路，加载方式可以是利用数据直接控制驱动电路的开关，从而控制LED亮灭，也可以加载到一定电压基础上，耦合驱动LED发出相应亮暗的光信号。所述慢速流信号传输速率由摄像头性能制约，特别是摄像头1秒内获取图像帧数的能力决定。

在本实用新型中，信号需快速地加载到LED中才不会让人察觉到灯的闪烁，而智能手机摄像头响应速度远远低于快速信号。为此，本实用新型对可见光通信的信号进行编码，将慢速的数据的每一比特通过串并转换，复制扩展，并串转换，形成新的数据，新的数据再通过曼彻斯特编码，得到高速高低电平变化的信号，再由LED灯发出。接收端摄像头通过采用与慢速数据相同的速率对LED光信号进行捕捉，利用智能手机中的数字信号处理芯片，对捕捉的图像进行抽样判决，直接还原出慢速流数据。本实用新型提出一种适用于智能手机摄像头的可见光通信编码方式，对于可见光通信技术的进一步市场化起到重大的意义。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果：

1、本实用新型编码方式适用于一般手机摄像头对可见光通信信息进行获取，推动可见光通信技术走进市场。进一步，基于手机摄像头的可见光通信可以带来定位、导购等一系列的附加应用。

2、本实用新型的编码方式针对手机摄像头的工作性能而设计，能快速使摄像头捕捉到相应信息并进行解调。

附图说明

图1为本实用新型实施例发射端系统示意图。

图2为本实用新型实施例接收端系统示意图。

图3为本实用新型编码原理图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

可见光的发射端和接收端都为一般的调制解调手法，如图1和2所示。发射端所包括的硬件有数字信号处理芯片、驱动电路、LED光源；接收端所包括的硬件有手机摄像头、数字信号处理芯片。所述的慢速数据流的速度根据手机摄像头帧速有关，一般小于30bit/s，慢速数据流经过数字信号处理芯片编码，得到高速数据。所述编码的原理图如图3所示，其中5个比特的慢速数据流首先经过串并转换，形成并行信号，再对并行信号进行扩展。扩展的数量跟最终得到的高速数据的速率有关，所述最终得到的高速数据的速率不应该低于200bit/s，因此假如慢速数据流的速度为5bit/s，扩展的数量应该是20次。扩展后的数据再由并串转换，转变成串行高速数据流。所述串行高速数据流具有连续1和0的状态，进一步的，利用差分曼彻斯特编码方式对信号波形进行处理，得到高速变化的信号，完成编码过程。

进一步地高速数据通过驱动电路驱动LED发光，本实施例采用DD311芯片作为驱动电路，DD311芯片提供一个使能端，当使能端接收到高电平时，芯片导通，LED亮，当使能端接收到低电平，芯片关闭，LED灭。将所述的高速数据加载到DD311的使能端上，通过控制DD311的开关，实现将高数电信号转换为光信号的过程。

进一步地，光信号通过利用智能手机的摄像头进行捕捉，摄像头在1秒内通过多次快速开关，捕捉LED灯的状态。例如本实施例的慢速数据流的速度为5bit/s，相应的，摄像头在1秒内应该捕捉5次。捕捉到的图像发送到数字信号处理芯片处理。所述的图像处理先根据图像像素的亮度值，确定LED灯在图像中的位置，所述抽样抽取出LED灯一定领域范围，通过对该范围的亮度值求出平均，根据判决门限，对LED等亮暗的状态进行判决，高于门限的状态为1，低于门限的状态为0，从而将光信号转变为电信号，完成对慢速数据流的捕捉。

上述实施例仅为本实用新型的一种实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。