本發(fā)明涉及室內(nèi)定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于變數(shù)據(jù)區(qū)長度的可見光通信編碼擴(kuò)碼方法。

背景技術(shù)：

可見光通信技術(shù)(visiblelightcommunication，vlc)，其原理是將需要傳輸?shù)男畔⒕幋a成一段特殊信號(hào)，用某種調(diào)制方法將這個(gè)信號(hào)附加到led燈具的驅(qū)動(dòng)電流上，使led燈具以極高的頻率閃爍。雖然人眼看不到這種閃爍，但是通過光敏設(shè)備或者成像元件可以檢測(cè)到這種高頻閃爍并將其還原為要傳輸?shù)男畔?，從而通過燈具完成信息傳輸?shù)哪康模皇覂?nèi)定位技術(shù)作為導(dǎo)航的“最后一公里”，一直是當(dāng)前的關(guān)注熱點(diǎn)，在這方面現(xiàn)有的研究方法有基于led、wi-fi、射頻識(shí)別(radiofrequencyidentification，rfid)、zigbee、超聲波、藍(lán)牙、計(jì)算機(jī)視覺等的定位技術(shù)。

與其他室內(nèi)定位技術(shù)相比，基于vlc的室內(nèi)定位技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：vlc技術(shù)帶寬資源豐富，不需獲得管理機(jī)構(gòu)的授權(quán)；基于vlc的定位系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生任何電磁干擾，也不易受外部電磁干擾影響；基于vlc的室內(nèi)定位使用led做光源，兼顧照明與定位。

基于vlc的室內(nèi)定位技術(shù)可分為非成像定位技術(shù)和成像定位技術(shù)兩類；其中成像定位技術(shù)用cmos成像器件做接收端，根據(jù)燈具的成像，通過圖像處理還原燈具傳輸?shù)男盘?hào)，獲得燈具的特征信息。

成像定位技術(shù)的第一個(gè)缺點(diǎn)是圖像處理耗時(shí)大，若進(jìn)行多圖處理，圖片數(shù)量過多時(shí)會(huì)影響到定位的實(shí)時(shí)性；第二個(gè)缺點(diǎn)是：成像定位技術(shù)中使用數(shù)據(jù)流的編碼技術(shù)在通信時(shí)都需要添加區(qū)分符，以提高抗干擾能力，如果無區(qū)分符會(huì)造成通信誤碼及譯碼困難，但此時(shí)區(qū)分符會(huì)占用有效的數(shù)據(jù)編碼區(qū)域資源；而且一般攝像頭由于拍攝距離和硬件的限制，可以拍攝到的對(duì)應(yīng)編碼的圖像條紋數(shù)目是有限的，比如在3米的距離時(shí)，拍攝直徑180mm的筒燈，手機(jī)前置攝像頭在典型情況下一張圖像只能拍攝到30多個(gè)編碼條紋，去掉數(shù)據(jù)區(qū)兩端的區(qū)分符及合理的余量，單圖數(shù)據(jù)區(qū)可以表示的編碼數(shù)量是很有限的。

數(shù)據(jù)區(qū)可表示的編碼數(shù)量多少關(guān)系到可以使用的燈具數(shù)量、定位場(chǎng)所面積大小，也會(huì)影響到室內(nèi)定位的精度；在一些典型的應(yīng)用場(chǎng)景中，比如商場(chǎng)，地下停車場(chǎng)，為了避免由于led燈間距過大導(dǎo)致的定位盲區(qū)，需要對(duì)大量的燈具進(jìn)行編碼，編碼數(shù)量要求達(dá)到十萬甚至百萬以上，在拍攝距離和攝像頭硬件的限制下，單圖數(shù)據(jù)區(qū)可以表示的編碼數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，這限制了基于vlc的室內(nèi)定位技術(shù)的應(yīng)用。尋找一種簡(jiǎn)單高效的擴(kuò)碼方法，擴(kuò)充數(shù)據(jù)區(qū)的長度，解決編碼數(shù)量問題，是目前基于vlc的室內(nèi)定位技術(shù)急需解決的關(guān)鍵技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于變數(shù)據(jù)區(qū)長度的可見光通信編碼擴(kuò)碼方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中，實(shí)際應(yīng)用時(shí)攝像頭硬件以及拍攝距離限制下的編碼數(shù)量不夠，無法滿足大面積定位場(chǎng)所需求的問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于變數(shù)據(jù)區(qū)長度的可見光通信編碼擴(kuò)碼方法，包括如下步驟：

步驟1、通過數(shù)據(jù)區(qū)編碼變長度分解方法，將n位長編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行分段，分成k組數(shù)據(jù)區(qū)長度不一致的短編碼，為短編碼添加區(qū)分符，構(gòu)成k組通信碼；

步驟2、led燈具通過變長度編碼發(fā)送方法，將k組通信碼序列循環(huán)發(fā)送出去；

步驟3、可見光通信接收終端通過變長度編碼接收方法，采用攝像頭接收led燈具發(fā)送的通信碼序列并形成p張圖像；

步驟4、可見光通信接收終端通過圖像解碼與合成方法解碼，首先對(duì)p張圖像進(jìn)行處理與解碼，從中挑選出k組短編碼，依據(jù)數(shù)據(jù)區(qū)編碼變長度分解方法進(jìn)行逆向合成，還原成原n位長編碼，長編碼為發(fā)送端led燈的唯一身份(identification，id)碼，對(duì)應(yīng)該led燈的特征信息。

所述步驟1中的數(shù)據(jù)區(qū)編碼變長度分解方法，將要發(fā)送的n位長編碼分為k組短編碼，各組短編碼長度分別為n1,n2,...,nk，并且滿足且n1＜n2＜...＜nk；然后為每個(gè)短編碼添加區(qū)分符，構(gòu)成k組通信碼，k組通信碼具有相同的區(qū)分符、不同的數(shù)據(jù)區(qū)長度；在形成通信碼時(shí)，有些通信碼是無效編碼，需要剔除，具體方法是：

步驟1.1、通信碼中如果數(shù)據(jù)區(qū)有與區(qū)分符重合的部分，則該編碼無效，剔除這種情況；

步驟1.2、如果用戶對(duì)于光通量調(diào)制率有下限要求，如要求光通信時(shí)光通量調(diào)制率不得低于a％，則需要進(jìn)一步篩選有效通信碼：開通和關(guān)斷分別代表1和0，則通信碼中，1的個(gè)數(shù)至少是總個(gè)數(shù)的a％；最后k組通信碼中符合要求的通信碼數(shù)目依次是m1,m2,...,mk；

步驟1.3、滿足上面步驟1.1與步驟1.2的k組通信碼，表示有效的n位數(shù)據(jù)編碼數(shù)量，共有種。

所述步驟2中的變長度編碼發(fā)送方法，首先每組通信碼構(gòu)成一個(gè)小周期，k組通信碼序列構(gòu)成一個(gè)大周期；然后使用編碼控制器控制led燈具發(fā)光亮暗變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)小周期中01編碼的發(fā)送；其次按照k組通信碼依次控制led燈具實(shí)現(xiàn)k個(gè)小周期的編碼發(fā)送，k個(gè)小周期構(gòu)成一個(gè)大周期；按照該方法用編碼控制器控制led燈具循環(huán)發(fā)送大周期編碼。

所述步驟3中的變長度編碼接收方法，所述的可見光通信接收終端包括帶攝像頭和帶數(shù)據(jù)處理能力的處理器系統(tǒng)，通過控制該可見光通信接收終端，使其連續(xù)接收p張圖像，要求p≥k，以保證p張圖像中含有k張有不同數(shù)據(jù)區(qū)長度的短編碼圖像。

所述步驟4中的圖像解碼與合成方法，具體步驟是：

步驟4.1、針對(duì)可見光通信接收端接收到的p張圖像，依次進(jìn)行圖像處理，使用圖像預(yù)處理去除干擾，根據(jù)led燈形狀特征提取led燈區(qū)域，根據(jù)區(qū)分符特征提取出通信碼數(shù)據(jù)區(qū)編碼圖像；

步驟4.2、解碼算法包括：對(duì)通信碼數(shù)據(jù)區(qū)圖像進(jìn)行濾波和二值化操作，使數(shù)據(jù)區(qū)圖像轉(zhuǎn)為黑白條紋；遍歷搜索黑白條紋的寬度，同時(shí)求出數(shù)據(jù)區(qū)的總寬度；以區(qū)分符的寬度為基準(zhǔn)，求出數(shù)據(jù)區(qū)的長度，結(jié)合數(shù)據(jù)區(qū)長度和區(qū)分符寬度確定黑白條紋寬度基準(zhǔn)，將數(shù)據(jù)區(qū)黑白條紋依據(jù)與對(duì)應(yīng)寬度基準(zhǔn)的比值，轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的01數(shù)值，數(shù)據(jù)區(qū)的黑白條紋通過解碼算法轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制短編碼；按照上述解碼算法從p張圖像中解碼得到p個(gè)數(shù)據(jù)短編碼；

步驟4.3、從步驟4.2中解出的p個(gè)數(shù)據(jù)短編碼中，挑選出k個(gè)數(shù)據(jù)位長度不同的數(shù)據(jù)短編碼，作為k個(gè)有效短編碼；

步驟4.4、將步驟4.3獲得的k個(gè)有效短編碼按照數(shù)據(jù)位長度進(jìn)行排序，組合成原n位長編碼數(shù)據(jù)，長編碼為發(fā)送端led燈的唯一id碼，對(duì)應(yīng)該led燈的特征信息。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

本方法每段短數(shù)據(jù)使用相同的區(qū)分符，數(shù)據(jù)區(qū)長度信息由與區(qū)分符的寬度比值求取，短編碼還原成長編碼使用數(shù)據(jù)區(qū)編碼變長度分解方法進(jìn)行逆向合成，區(qū)分符不需要添加表示編碼數(shù)據(jù)區(qū)長度以及編碼順序信息的數(shù)據(jù)位，由此減少了發(fā)送信號(hào)的冗余度，同樣的硬件條件下，單幀圖片可以獲取的數(shù)據(jù)區(qū)長度更長，并且通過多張圖片的組合就可以實(shí)現(xiàn)長編碼的通信，簡(jiǎn)單有效地?cái)U(kuò)大了數(shù)據(jù)區(qū)長度，同時(shí)保證了解碼的實(shí)時(shí)性。本方法簡(jiǎn)單易行且便于實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于變數(shù)據(jù)區(qū)長度的可見光通信編碼擴(kuò)碼方法及其實(shí)施例程的流程圖。

圖2為本發(fā)明及具體實(shí)施方式中將n位長編碼分解成k組短編碼的過程圖。

圖3為本發(fā)明及具體實(shí)施方式中從p張圖片獲取k組短編碼并拼接成原n位長編碼的流程圖。

圖4為本發(fā)明及具體實(shí)施方式中接受端攝像頭形成的圖像及解碼結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

為了更好的說明本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)發(fā)明內(nèi)容做進(jìn)一步說明。

本發(fā)明一種基于變數(shù)據(jù)區(qū)長度的可見光通信編碼擴(kuò)碼方法，其流程如圖1所示，具體實(shí)施時(shí)，包括如下步驟：

步驟1、通過數(shù)據(jù)區(qū)編碼變長度分解方法將n位長編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行分段，分成k組數(shù)據(jù)區(qū)長度不一致的短編碼，為短編碼添加區(qū)分符，構(gòu)成k組通信碼；

所述數(shù)據(jù)區(qū)編碼變長度分解方法，將要發(fā)送的n位長編碼分為k組短編碼，各組短編碼長度分別為n1,n2,...,nk，并且滿足且n1＜n2＜...＜nk；本實(shí)施例中n可取27，k可取2，分為兩段編碼，可選擇n1＝12，n2＝15；如圖2所示；所述2組通信碼添加相同的區(qū)分符，取000，數(shù)據(jù)區(qū)長度分別為12位和15位。

在形成通信碼時(shí)，有些通信碼是無效編碼，需要剔除，具體方法是：

步驟1.1、通信碼中如果數(shù)據(jù)區(qū)有與區(qū)分符000重合的部分，則該編碼無效，剔除這種情況；

步驟1.2、如果用戶對(duì)于光通量調(diào)制率有下限要求，如要求光通信時(shí)光通量調(diào)制率不得低于60％，則需要進(jìn)一步篩選有效通信碼：開通和關(guān)斷分別代表1和0，則通信碼中，1的個(gè)數(shù)至少是總個(gè)數(shù)的60％，才能保證光通量調(diào)制率不低于60％；以12位編碼與區(qū)分符000構(gòu)成的通信碼為例，通信碼長度為15，則編碼中1的個(gè)數(shù)至少是15*60％＝9，同理15位編碼與區(qū)分符000構(gòu)成的通信碼中，1的個(gè)數(shù)至少是19*60％＝10.6，即編碼1至少出現(xiàn)11次；

步驟1.3、根據(jù)步驟1.1和步驟1.2的要求可以求出區(qū)分符為000、光通量調(diào)制率下限為60％時(shí)，數(shù)據(jù)區(qū)長度為12時(shí)符合要求的通信碼數(shù)目是168種，數(shù)據(jù)區(qū)長度為15時(shí)符合要求的通信碼數(shù)目是982種。則2組通信碼的數(shù)據(jù)區(qū)組合成原27位長編碼，共有168*982＝164976種不同的編碼。

步驟2、led燈具通過變長度編碼發(fā)送方法，將2組通信碼序列循環(huán)發(fā)送出去；

所述變長度編碼發(fā)送方法，首先每組通信碼構(gòu)成一個(gè)小周期，2組通信碼序列構(gòu)成一個(gè)大周期；然后使用編碼控制器控制led燈具發(fā)光亮暗變化實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)小周期中01編碼的發(fā)送；其次按照2組通信碼依次控制led燈具實(shí)現(xiàn)2個(gè)小周期的編碼發(fā)送，2個(gè)小周期構(gòu)成一個(gè)大周期；按照該方法用編碼控制器控制led燈具循環(huán)發(fā)送大周期編碼。

步驟3、可見光通信接收終端通過變長度編碼接收方法，采用攝像頭接收led燈具發(fā)送的通信碼序列并形成p張圖像；通過控制手機(jī)前置攝像頭，使其連續(xù)接收p張圖像，要求p≥2，保證接收的圖像中含有12位數(shù)據(jù)區(qū)和15位數(shù)據(jù)區(qū)的通信碼圖像。

步驟4、可見光通信接收終端通過圖像解碼與合成方法解碼，首先對(duì)p張圖像進(jìn)行處理與解碼，從中挑選出12位短編碼和15位短編碼，依據(jù)數(shù)據(jù)區(qū)編碼變長度分解方法進(jìn)行逆向合成，還原成原27位長編碼，長編碼為發(fā)送端led燈的唯一id碼，可對(duì)應(yīng)該led燈的特征信息；所述圖像解碼與合成方法，其流程圖如圖3所示，具體步驟是：

步驟4.1、針對(duì)可見光通信接收端接收到的p張圖像，依次進(jìn)行圖像處理，使用圖像預(yù)處理去除干擾，根據(jù)led燈形狀特征提取led燈區(qū)域，根據(jù)區(qū)分符特征提取出通信碼數(shù)據(jù)區(qū)編碼圖像；

步驟4.2、解碼算法包括：對(duì)通信碼數(shù)據(jù)區(qū)圖像進(jìn)行濾波和二值化操作，使數(shù)據(jù)區(qū)圖像轉(zhuǎn)為黑白條紋；遍歷搜索黑白條紋的寬度，同時(shí)求出數(shù)據(jù)區(qū)的總寬度；以區(qū)分符的寬度為基準(zhǔn)，求出數(shù)據(jù)區(qū)的長度，結(jié)合數(shù)據(jù)區(qū)長度和區(qū)分符寬度確定黑白條紋寬度基準(zhǔn)；將數(shù)據(jù)區(qū)黑白條紋依據(jù)與對(duì)應(yīng)寬度基準(zhǔn)的比值，轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的01數(shù)值，如圖4所示，圖中的兩張圖片通過解碼算法分別轉(zhuǎn)變?yōu)?2位和15位二進(jìn)制短編碼；從p張圖像中獲取p個(gè)數(shù)據(jù)短編碼；

步驟4.3、從步驟4.2中解出的p個(gè)數(shù)據(jù)短編碼中，挑選出12位短編碼和15位短編碼；

步驟4.4、如圖4所示，將步驟4.3獲得的12位短編碼和15位短編碼按照數(shù)據(jù)位長度進(jìn)行排序，組合成原27位長編碼數(shù)據(jù)，該長編碼即為發(fā)送端led燈的唯一id碼，可對(duì)應(yīng)該led燈的特征信息。

至此，從步驟1至步驟4完成了基于變數(shù)據(jù)區(qū)長度的可見光通信編碼擴(kuò)碼方法。