本發(fā)明涉及室內(nèi)定位技術領域，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碼方法。

背景技術：

可見光通信技術(visiblelightcommunication，vlc)，其原理是將需要傳輸?shù)男畔⒕幋a成一段特殊信號，用某種調(diào)制方法將這個信號附加到led燈具的驅(qū)動電流上，使led燈具以極高的頻率閃爍。雖然人眼看不到這種閃爍，但是通過光敏設備或者成像元件可以檢測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?；室?nèi)定位技術作為導航的“最后一公里”，一直是當前的關注熱點，在這方面現(xiàn)有的研究方法有基于led、wi-fi、射頻識別(radiofrequencyidentification，rfid)、zigbee、超聲波、藍牙、計算機視覺等的定位技術。

與其他室內(nèi)定位技術相比，基于vlc的室內(nèi)定位技術有如下優(yōu)點：vlc技術帶寬資源豐富，不需獲得管理機構的授權；基于vlc的定位系統(tǒng)不會產(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)定位技術可分為非成像定位技術和成像定位技術兩類；其中成像定位技術用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?，獲得燈具的特征信息。

成像定位技術的第一個缺點是圖像處理耗時大，若進行多圖處理，圖片數(shù)量過多時會影響到定位的實時性；第二個缺點是：成像定位技術中使用數(shù)據(jù)流的編碼技術在通信時都需要添加區(qū)分符，以提高抗干擾能力，如果無區(qū)分符會造成通信誤碼及譯碼困難，但此時區(qū)分符會占用有效的數(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，可以拍攝到的對應編碼的圖像條紋數(shù)目是有限的，比如在3米的距離時，拍攝直徑180mm的筒燈，手機前置攝像頭在典型情況下一張圖像只能拍攝到30多個編碼條紋，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)量多少關系到可以使用的燈具數(shù)量、定位場所面積大小，也會影響到室內(nèi)定位的精度；在一些典型的應用場景中，比如商場，地下停車場，為了避免由于led燈間距過大導致的定位盲區(qū)，需要對大量的燈具進行編碼，編碼數(shù)量要求達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)量遠遠不夠，這限制了基于vlc的室內(nèi)定位技術的應用。尋找一種簡單高效的擴碼方法，擴充數(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)定位技術急需解決的關鍵技術。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術存在的問題，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碼方法，以解決現(xiàn)有技術中，實際應用時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所需求的問題。

為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種基于變數(shù)據(jù)區(qū)長度的可見光通信編碼擴碼方法，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p張圖像進行處理與解碼，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，對應該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；然后為每個短編碼添加區(qū)分符，構成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，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、如果用戶對于光通量調(diào)制率有下限要求，如要求光通信時光通量調(diào)制率不得低于a％，則需要進一步篩選有效通信碼：開通和關斷分別代表1和0，則通信碼中，1的個數(shù)至少是總個數(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，首先每組通信碼構成一個小周期，k組通信碼序列構成一個大周期；然后使用編碼控制器控制led燈具發(fā)光亮暗變化，實現(xiàn)對應小周期中01編碼的發(fā)送；其次按照k組通信碼依次控制led燈具實現(xiàn)k個小周期的編碼發(fā)送，k個小周期構成一個大周期；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、針對可見光通信接收端接收到的p張圖像，依次進行圖像處理，使用圖像預處理去除干擾，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：對通信碼數(shù)據(jù)區(qū)圖像進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，同時求出數(shù)據(jù)區(qū)的總寬度；以區(qū)分符的寬度為基準，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，將數(shù)據(jù)區(qū)黑白條紋依據(jù)與對應寬度基準的比值，轉(zhuǎn)化為對應的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制短編碼；按照上述解碼算法從p張圖像中解碼得到p個數(shù)據(jù)短編碼；

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

步驟4.4、將步驟4.3獲得的k個有效短編碼按照數(shù)據(jù)位長度進行排序，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，對應該led燈的特征信息。

與現(xiàn)有技術相比，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現(xiàn)長編碼的通信，簡單有效地擴大了數(shù)據(jù)區(qū)長度，同時保證了解碼的實時性。本方法簡單易行且便于實現(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碼方法及其實施例程的流程圖。

圖2為本發(fā)明及具體實施方式中將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。

具體實施方式

為了更好的說明本發(fā)明的目的和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖和實施例對發(fā)明內(nèi)容做進一步說明。

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碼方法，其流程如圖1所示，具體實施時，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，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、如果用戶對于光通量調(diào)制率有下限要求，如要求光通信時光通量調(diào)制率不得低于60％，則需要進一步篩選有效通信碼：開通和關斷分別代表1和0，則通信碼中，1的個數(shù)至少是總個數(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構成的通信碼為例，通信碼長度為15，則編碼中1的個數(shù)至少是15*60％＝9，同理15位編碼與區(qū)分符000構成的通信碼中，1的個數(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，數(shù)據(jù)區(qū)長度為12時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，首先每組通信碼構成一個小周期，2組通信碼序列構成一個大周期；然后使用編碼控制器控制led燈具發(fā)光亮暗變化實現(xiàn)對應小周期中01編碼的發(fā)送；其次按照2組通信碼依次控制led燈具實現(xiàn)2個小周期的編碼發(fā)送，2個小周期構成一個大周期；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p張圖像進行處理與解碼，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，可對應該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、針對可見光通信接收端接收到的p張圖像，依次進行圖像處理，使用圖像預處理去除干擾，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：對通信碼數(shù)據(jù)區(qū)圖像進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，同時求出數(shù)據(jù)區(qū)的總寬度；以區(qū)分符的寬度為基準，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；將數(shù)據(jù)區(qū)黑白條紋依據(jù)與對應寬度基準的比值，轉(zhuǎn)化為對應的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位二進制短編碼；從p張圖像中獲取p個數(shù)據(jù)短編碼；

步驟4.3、從步驟4.2中解出的p個數(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，可對應該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碼方法。