一种利用android手机摄像头实现可见光通信的接收及解码的方法与流程

本专利涉及可见光通信领域，具体而言涉及一种利用android手机摄像头实现可见共通信的接收及解码方法。

背景技术：

可见光通信是现有技术中的一个方向。利用可见光进行通信可以提高通信的适用范围，并且节约通信的成本，具有诸多的优点。但是，在现有技术中受制于各种技术原因，可见光通信还有一些限制。例如，在移动终端使用可见光进行通信时，就会面临各种问题。现有技术中已经出现了利用手机等移动终端进行可见光通信的技术方案.

例如：一个现有技术提供了一种led灯传送地址id的可见定位应用的技术方案，其中，led灯和摄像头通信只提供简单的id码位置服务，没有文本和多媒体的服务功能。因为手机和led灯之间只是一组固定的id码的传输，除了实现定位之外，无法实现动态信息的发布。又例如，另一个现有技术提供了一种手机外置接收模块接收可见光通信的信息，其采用了单独的接收模块通过连借口与手机相连实现信息接收采用外置接收模块与手机相连，由于外置模块本身的体积和重量，同时额外的增加了成本，严重影响了移动端的便携性，制约了可见光通信的应用场景。

技术实现要素：

本专利正是基于现有技术的上述需求而提出的，本专利要解决的技术问题是提供一种android手机摄像头实现可见光通信的接收及解码的方法，以利用android手机自带摄像头进行可见光通信，并增加通信的接收速率。

为了解决上述技术问题，本专利提供的技术方案包括：

一种可见光通信系统，所述系统包括发射单元和接收单元；所述发射单元采用led灯发射通讯信号，所述发射单元包括分割模块、可见光通信的信号发生电路和通信光源，所述发射单元的分割模块将可见光通信发送端将数据分割为若干个数据包，所述分割模块分割的数据包大小能够满足在接收端采集到的同一副图像中至少接收两个数据包；并在每个数据包前面附上分隔符、帧头等，并对数据进行编码；可见光通信的信号发生电路产生驱动信号，将所述数据包的各个分割块通过通信光源发射出去；所述接收单元包括手机自身集成设置的摄像头和通信处理单元；所述手机自身集成的摄像头集成于手机之上，通过所述摄像头的卷帘相机获取可见光通信发射单元发射的信号，得到接收所述发射单元发射的信号，得到多幅yuv格式的数字图像；所述通信处理单元包括：提取模块，提取所述多幅yuv格式的数字图像中的y分量得到亮度图像；图像处理模块，首先对所述亮度图像进行二值化处理，采用局部自适应阈值的方法进行二值化处理；然后，为提高图片解码的稳定性，消除二值化图像中存在的孔洞，对二值化后的图像进行开运算处理；最终从开运算后的二值图像中提取二进制码流；数据包识别模块，在得到二进制码流后识别二进制码流中的分隔符，进而将数据包分离出来；数据解析模块，提取出来了若干个分隔符之间的数据包后，对这些数据包的帧头和内容数据分别解析；所述帧头由包总长及包编号组成，解码后得到数据包总个数和此数据包的编号信息；数据输出模块，将已经解析的数据包中的数据缓存到数据缓冲器中，待所有数据包都被接收到之后，将解码数据整合出来。

本发明大幅度提高了手机的接收速率，实现了内容上的传输。本发明直接用手机进行接收，无任何硬件成本增加，只需通过软件操作即可实现光信息的接收，应用范围广。

附图说明

图1为本专利中数据分割的过程结构图；

图2为本专利中的接收过程中的方法流程图；

图3为本专利中的接收端的部分装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本专利的具体实施方式进行详细说明，需要指出的是，该具体实施方式仅仅是对本专利优选技术方案的举例，并不能理解为对本专利保护范围的限制。

实施例一

本具体实施方式的第一实施例提供了一种可见光通信系统该系统包括：发射单元和接收单元。

所述发射单元采用可见光通信的发射光源，例如包括采用led灯发射通讯信号的发射单元等。发射端用于产生并发射可见光通信信号，通过可见光媒介将通信信息发射出去。

在本实施例中，如图1所示，所述发射单元包括分割模块，所述发射单元的分割模块将可见光通信发送端将数据分割为若干个数据包，并在每个数据包前面附上分隔符、帧头等以便接收，并对数据进行编码。所述分割模块可以通过发射端中的通信芯片来实现，在所述通信芯片中，通过将通信数据的分割并添加上述分隔符、帧头等数据，利用上述通信芯片进行编码之后，通过既有的可见光通信的信号发生电路产生驱动信号，将所述数据包的各个分割块通过通信光源发射出去。

所述分隔符可以采用在每个包前面加上分隔符，例如以0为首尾，以便分离数据包。数据包包括帧头和数据，所述帧头中可所述数据包的总数、数据包的编号等信息。每个数据包中的帧头与数据均进行编码，例如，优选地采用manchester编码。

所述接收单元接收所述发射单元发射的信号，并将所述发射单元发射的信号解析成通信数据。

在本实施例中，所述接收单元包括自身集成设置摄像头的手机。手机中集成的摄像头，通常均采用cmos传感器，使用卷帘快门的方式进行曝光。现有的手机摄像头是用于拍照，扫码等使用的，其功能设备通常并不能够满足可见光通信的要求，但是采用特定制作的用于可见光通信的摄像头又存在这集成度不高的缺陷。

因此，在本具体实施方式中，为了减轻设备的重量、提高可见光通信的使用便捷程度和范围、并减小成本，通过特定的处理使得采用了手机摄上自带的摄像头也可以实现可见光通信。

在本具体实施方式中，所述手机摄像头获取发射单元传送来的可见光信号。在手机中接到的可见光信号，即手机自身集成的摄像头获取的图片，以yuv格式进行存储，由于颜色信息(uv分量)对本系统而言是冗余的，因此首先提取图片的亮度信息(y分量)，得到亮度图像。提取y分量的的数值通过在手机获取的图像数据中仅仅读取y分量的数值即可。所述亮度图像，即为仅仅包含亮度数据的图像信息。

得到亮度图像后，对亮度图像进行二值化处理，考虑到图像不同区域亮度级别差异较大，全局阈值会造成很大误差，因此选用局部自适应阈值的方法进行二值化处理。

最后，为提高图片解码的稳定性，消除二值化图像中存在的孔洞，需要再对二值化后的图像进行开运算处理。最终从开运算后的二值图像中提取二进制码流。

得到二进制码流后，在图像处理步骤得到的二进制码流中识别分隔符，进而将数据包分离出来。需要注意的是，这一步是将两个分隔符之间的数据提取出来，分隔符的存在占用比特资源，直接影响通信的效率，因此需要在发射单元中对于分割出来的数据包的长度进行设计，至少保证在接收单元，即手机中的一张图片里能容纳两个数据包，否则会出现严重丢包情况，解码时间会很长。当一张图片中能容纳两个以上的数据包时，能够提高解码的效率。

提取出来了若干个分隔符之间的数据包后，对这些数据包进行解码。数据包包括帧头和数据，需要分别解析。帧头由包总长及包编号组成，解码后得到数据包总个数和此数据包的编号信息。对于数据，程序先将此包的数据缓存到数据缓冲器(databuffer)中，待所有数据包都被接收到之后，将解码数据整合出来，进行呈现或者其他处理。具体过程可参见图2所示。

实施例二

本实施例提供了一种可见光通信装置，如图3所示。所述装置主要是利用手机中cmos摄像头接收可见光通信信号。所述装置包括如下模块：

数据获取模块，获取图像数据；数据提取模块，提取y数据；最后，为提高图片解码的稳定性，消除二值化图像中存在的孔洞，需要再对二值化后的图像进行开运算处理。最终从开运算后的二值图像中提取二进制码流。

得到二进制码流后，在图像处理步骤得到的二进制码流中识别分隔符，进而将数据包分离出来。需要注意的是，这一步是将两个分隔符之间的数据提取出来，分隔符的存在占用比特资源，直接影响通信的效率，因此需要在发射单元中对于分割出来的数据包的长度进行设计，至少保证在接收单元，即手机中的一张图片里能容纳两个数据包，否则会出现严重丢包情况，解码时间会很长。当一张图片中能容纳两个以上的数据包时，能够提高解码的效率。

提取出来了若干个分隔符之间的数据包后，对这些数据包进行解码。数据包包括帧头和数据，需要分别解析。帧头由包总长及包编号组成，解码后得到数据包总个数和此数据包的编号信息。对于数据，程序先将此包的数据缓存到数据缓冲器(databuffer)中，待所有数据包都被接收到之后，将解码数据整合出来，进行呈现或者其他处理。

本发明为通过android手机自带的摄像头实现了对可见光通信的信息接收，即通过手机app以及摄像头能够直接接收到灯光发送的可见光通信信息并对其进行解码，实现了照明与手机之间的内容传输(文字、图片)。该发明解决了可见光通信领域的手机移动端接收问题，真正实现了可见光通信技术与手机移动设备相结合的产品应用。