一种电视屏幕和智能手机间的可见光通信方法与流程

1.本发明涉及可见光通信领域，更具体地说，涉及一种电视屏幕和智能手机间的可见光通信方法。


背景技术：

2.随着智能手机和互联网技术的快速发展，信息传递系统在人们日常生活中扮演着越来越重要的角色。传统的信息传输系统主要依赖于有线或无线电波通信，然而这些通信方式在特定环境下可能会受到干扰、信号衰减等问题影响，从而降低信息传输的速率和质量。因此，研究一种新型的信息传递系统具有重要的实际意义。
3.近年来，可见光通信技术逐渐成为一种备受关注的通信方式。
4.vlc主要是利用可见光波段，也就是人眼可以感知的光波（大约从400纳米到700纳米之间）来传输数据。其将数字信号调制到光波信号中进行传递，与其他无线通信技术相比，vlc具有潜在的高带宽优势，因为可见光的频段非常宽广。在实际应用中，vlc通常可以达到几百mbps甚至gbps的传输速率，但其传输距离较短，通常在几米到几十米之间。
5.目前，可见光通信在智能手机和电视之间的应用尚处于探索阶段，需要解决如何在密集的屏幕像素上高效地传输数字信息的挑战。这样的应用在某些场景下是具有意义的，比如，当网络状况不佳而所要传递的信息单靠电视显示效率不够高，或无法保证每个人都可以重头观看的情况下，利用可见光通信和手机的通信就具备意义。比如，涉及到一些较为机密的信息，在大屏幕上不方便直接展示的情况下，可以通过电视屏幕传递可见光通信信号，而只有授权的人，输入密码后才能使用其智能手机对信号进行解调获取信息。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是提供一种电视屏幕和智能手机间的可见光通信方法，以解决背景技术中提到的问题。
7.为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：
8.一种电视屏幕和智能手机间的可见光通信方法，包括如下步骤：
9.s1：将电视屏幕分为模版层、核心层、冗余层和附加层，其中模版层位于电视屏幕中心部位，核心层环绕模版层设置，冗余层环绕核心层设置，附加层环绕冗余层设置；
10.s2：在电视屏幕上划分多个像素块，每一像素块由多个紧邻的像素组成，依据电视屏幕分辨率和智能手机的摄像头分辨率确定像素块大小，以使得摄像头可以清晰分辨每个像素块；
11.其中模版层内仅设置一个像素块；
12.核心层、冗余层和附加层内均分布设置有多个像素块；
13.s3：将电视屏幕的像素块分布信息、像素块解调规则信息、像素块信息拼接规则调制到模版层像素块；
14.将核心信息调制到核心层上，其中核心层上的不同像素块并行传输多段不同信
息；
15.将冗余信息调制到冗余层上，其中冗余信息与核心信息相同，且冗余层上的不同像素块并行传输多段不同信息；
16.将附加信息调制到附加层上，其中附加层上的不同像素块并行传输多段不同信息；
17.s4：智能手机利用摄像头接收电视屏幕信息，该智能手机解码接收到的模版层像素块上的信息，并根据解码得到的像素块分布信息、像素块解调规则信息、像素块信息拼接规则，将核心层上不同像素块并行传输的多段不同信息进行解调和拼接得到核心信息，将冗余层上不同像素块并行传输的多段不同信息进行解调和拼接得到冗余信息，将所述附加层上不同像素块并行传输的多段不同信息进行解调和拼接得到附加信息；
18.s5：智能手机对解码后的核心信息与冗余信息进行比对，当核心信息存在损伤或不完整时，利用冗余信息对核心信息进行补充或修复；
19.s6：智能手机根据像素块信息拼接规则，将冗余信息结合补充或修复后的核心信息形成最终信息并显示在智能手机屏幕上。
20.在一些实施例中，调制过程中，核心层或冗余层或附加层内待传输的信息经过编码，得到一个连续的数字信号序列，这个序列被分成多个子序列，其中每个子序列对应一个像素块进行传输。
21.在一些实施例中，所述调制过程还包括：
22.使用pwm或ook对每个子序列进行调制，使得每个数字位都被转换为特定的亮度或颜色；
23.利用ofdm技术，将pwm或ook调制后的子序列分配到不同的频率子载波上，将不同的频率子载波映射到不同的像素块上进行传输。
24.在一些实施例中，对于核心层中的每个像素块，应用前向纠错编码，提高信息传输的可靠性。
25.在一些实施例中，所述前向纠错编码为reed-solomon编码或ldpc编码
26.在一些实施例中，其中，所述电视屏幕传递的信息包括但不限于文本、图像、声音和视频信息。
27.在一些实施例中，智能手机先将核心层、冗余层和附加层内传递的信息存储至内存或硬盘，并先解调模版层中的信息，待模版层中的信息解调完成后，再调取核心层、冗余层和附加层传递的信息进行解调。
28.在一些实施例中，所述方法还包括：所述智能手机在解调前，还需要输入密码。这特别适用于无法在大屏幕直接显示一些敏感信息的情况。
29.本发明相对于现有技术的优点在于：
30.1、传统的可见光通信技术可能会因为智能手机摄像头的分辨率限制和电视屏幕的像素密度遇到难以识别单独像素的问题。本发明引入了像素块的概念，每个像素块由多个紧邻的像素组成，这样设计使得智能手机能够清晰地分辨和解码每一个像素块的信息，从而极大地提高了通信的准确性和稳定性。
31.2、本发明中，通过将电视屏幕分为模版层、核心层、冗余层和附加层，并将关键信息放在屏幕的中心位置，这样的设计提高了信息的传输可靠性。特别是冗余层，它的存在确
保了即使在核心层的数据传输出现问题时，也可以通过冗余层来修复和补充丢失或损坏的数据，从而大大增强了数据传输的可靠性。
32.3、本发明采用多段信息并行传输，此设计提供了一种高效的信息传输方式。通过将信息分割为多个子序列并并行传输，增加了传输的速度，与模版区信息的结合，可以实现解调的顺利进行，这种设计在实际应用中可以显著提高数据的传输效率和成功率。
33.4、本发明设置了模版区，这个区域包含了像素块的分布信息、像素块解调规则和拼接规则。这意味着，对于不同的模版设置，智能手机都可以根据其传递的模版信息进行对应的解调，从而使得本发明具在不同的设备和应用场景中都具有较高的普适性。
附图说明
34.图1是本发明方法的流程示意图；
35.图2为本发明电视屏幕的分层示意图。
具体实施方式
36.下面结合附图对本发明的具体实施方式作描述。
37.本发明一种电视屏幕和智能手机间的可见光通信方法，如图1所示包括如下步骤：
38.s1：如图2所示，本发明将电视屏幕分为模版层（图2中位于中心的小方块）、核心层、冗余层和附加层，其中模版层位于电视屏幕中心部位，核心层环绕模版层设置，冗余层环绕核心层设置，附加层环绕冗余层设置；
39.s2：在电视屏幕上划分多个像素块，每一像素块由多个紧邻的像素组成，依据电视屏幕分辨率和智能手机的摄像头分辨率确定像素块大小，以使得摄像头可以清晰分辨每个像素块；
40.其中模版层内仅设置一个像素块；
41.核心层、冗余层和附加层内均分布设置有多个像素块；
42.s3：将电视屏幕的像素块分布信息、像素块解调规则信息、像素块信息拼接规则调制到模版层像素块；
43.将核心信息调制到核心层上，其中核心层上的不同像素块并行传输多段不同信息；
44.将冗余信息调制到冗余层上，其中冗余信息与核心信息相同，且冗余层上的不同像素块并行传输多段不同信息；
45.将附加信息调制到附加层上，其中附加层上的不同像素块并行传输多段不同信息；
46.s4：智能手机利用摄像头接收电视屏幕信息，该智能手机解码接收到的模版层像素块上的信息，并根据解码得到的像素块分布信息、像素块解调规则信息、像素块信息拼接规则，将核心层上不同像素块并行传输的多段不同信息进行解调和拼接得到核心信息，将冗余层上不同像素块并行传输的多段不同信息进行解调和拼接得到冗余信息，将附加层上不同像素块并行传输的多段不同信息进行解调和拼接得到附加信息；
47.s5：智能手机对解码后的核心信息与冗余信息进行比对，当核心信息存在损伤或不完整时，利用冗余信息对核心信息进行补充或修复；
48.s6：智能手机根据像素块信息拼接规则，将冗余信息结合补充或修复后的核心信息形成最终信息并显示在智能手机屏幕上。
49.在一些实施例中，调制过程中，核心层或冗余层或附加层内待传输的信息经过编码，得到一个连续的数字信号序列，这个序列被分成多个子序列，其中每个子序列对应一个像素块进行传输。
50.在一些实施例中，调制过程还包括：
51.使用pwm或ook对每个子序列进行调制，使得每个数字位都被转换为特定的亮度或颜色；
52.利用ofdm技术，将pwm或ook调制后的子序列分配到不同的频率子载波上，将不同的频率子载波映射到不同的像素块上进行传输。
53.其中：
54.pwm (pulse width modulation)为脉宽调制，是一种在模拟信号和数字信号之间转换的技术。
55.ook (on-off keying)为开关键控或开关调制。
56.ofdm (orthogonal frequency division multiplexing)为正交频分复用，是一种数字调制技术，它将单一数据流分为多个较小的数据流，每个数据流在其自己的独立子载波上调制。所有这些子载波是正交的，意味着它们之间没有互相干扰。ofdm可以有效地抵抗多径衰落，并被广泛用于无线通信，如wi-fi和lte等。
57.在一些实施例中，对于核心层中的每个像素块，应用前向纠错编码，提高信息传输的可靠性。
58.在一些实施例中，前向纠错编码为reed-solomon编码或ldpc编码
59.在一些实施例中，其中，电视屏幕传递的信息包括但不限于文本、图像、声音和视频信息。
60.在一些实施例中，智能手机先将核心层、冗余层和附加层内传递的信息存储至内存或硬盘，并先解调模版层中的信息，待模版层中的信息解调完成后，再调取核心层、冗余层和附加层传递的信息进行解调。
61.在一些实施例中，方法还包括：智能手机在解调前，还需要输入密码。
62.由于本发明是在局域进行直接信息传递，不需要依靠互联网，也不需要搭建云端平台，且信息不会直接显示在屏幕上，因此，本发明可能应用的场景包括：
63.1）在特定的紧急情况下，例如地震、台风或其他灾害期间，当传统的通信基础设施受到影响，无法正常工作时，电视台可以通过其屏幕发送紧急消息或指令，而智能手机用户只需将手机对准屏幕就可以迅速接收这些消息。
64.2）商家可以通过在商场、地铁站或其他公共场所的电视屏幕上播放带有优惠信息的广告。顾客可以直接用手机接收这些优惠信息，而不需要扫描二维码或下载任何应用。
65.3）在学术研讨会或讲座中，研究人员可能需要分享他们的最新研究成果。为了防止未授权的人员提前查看或窃取这些研究，信息可以通过大屏幕传输，但与会者需要输入研究人员所给于的密码后才能接收和查看。
66.4）在银行或其他金融机构中，客户可能需要确认大额转账或特定的金融操作。为确保这些操作的安全性，金融机构可以在其大屏幕上显示确认信息，客户需要在其手机上
输入其对应密码后才能查看和确认，以避免其他客户看见其信息。
67.可见，本发明有着较为广泛的应用前景。
68.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种电视屏幕和智能手机间的可见光通信方法，其特征在于，包括如下步骤：s1：将电视屏幕分为模版层、核心层、冗余层和附加层，其中模版层位于电视屏幕中心部位，核心层环绕模版层设置，冗余层环绕核心层设置，附加层环绕冗余层设置；s2：在电视屏幕上划分多个像素块，每一像素块由多个紧邻的像素组成，依据电视屏幕分辨率和智能手机的摄像头分辨率确定像素块大小，以使得摄像头可以清晰分辨每个像素块；其中模版层内仅设置一个像素块；核心层、冗余层和附加层内均分布设置有多个像素块；s3：将电视屏幕的像素块分布信息、像素块解调规则信息、像素块信息拼接规则调制到模版层像素块；将核心信息调制到核心层上，其中核心层上的不同像素块并行传输多段不同信息；将冗余信息调制到冗余层上，其中冗余信息与核心信息相同，且冗余层上的不同像素块并行传输多段不同信息；将附加信息调制到附加层上，其中附加层上的不同像素块并行传输多段不同信息；s4：智能手机利用摄像头接收电视屏幕信息，该智能手机解码接收到的模版层像素块上的信息，并根据解码得到的像素块分布信息、像素块解调规则信息、像素块信息拼接规则，将核心层上不同像素块并行传输的多段不同信息进行解调和拼接得到核心信息，将冗余层上不同像素块并行传输的多段不同信息进行解调和拼接得到冗余信息，将所述附加层上不同像素块并行传输的多段不同信息进行解调和拼接得到附加信息；s5：智能手机对解码后的核心信息与冗余信息进行比对，当核心信息存在损伤或不完整时，利用冗余信息对核心信息进行补充或修复；s6：智能手机根据像素块信息拼接规则，将冗余信息结合补充或修复后的核心信息形成最终信息并显示在智能手机屏幕上。2.根据权利要求1所述电视屏幕和智能手机间的可见光通信方法，其特征在于，调制过程中，核心层或冗余层或附加层内待传输的信息经过编码，得到一个连续的数字信号序列，这个序列被分成多个子序列，其中每个子序列对应一个像素块进行传输。3.根据权利要求2所述电视屏幕和智能手机间的可见光通信方法，其特征在于，所述调制过程还包括：使用pwm或ook对每个子序列进行调制，使得每个数字位都被转换为特定的亮度或颜色；利用ofdm技术，将pwm或ook调制后的子序列分配到不同的频率子载波上，将不同的频率子载波映射到不同的像素块上进行传输。4.根据权利要求1所述电视屏幕和智能手机间的可见光通信方法，其特征在于，对于核心层中的每个像素块，应用前向纠错编码，提高信息传输的可靠性。5.根据权利要求4所述电视屏幕和智能手机间的可见光通信方法，其特征在于，所述前向纠错编码为reed-solomon编码或ldpc编码。6.根据权利要求1所述电视屏幕和智能手机间的可见光通信方法，其特征在于，其中，所述电视屏幕传递的信息包括但不限于文本、图像、声音和视频信息。7.根据权利要求1所述电视屏幕和智能手机间的可见光通信方法，其特征在于，智能手
机先将核心层、冗余层和附加层内传递的信息存储至内存或硬盘，并先解调模版层中的信息，待模版层中的信息解调完成后，再调取核心层、冗余层和附加层传递的信息进行解调。8.根据权利要求1所述电视屏幕和智能手机间的可见光通信方法，其特征在于，所述方法还包括：所述智能手机在解调前，还需要输入密码。

技术总结
本发明公开了一种电视屏幕和智能手机间的可见光通信方法，涉及可见光通信领域，通过将电视屏幕划分为模版层、核心层、冗余层和附加层来实现信息的并行传输；在屏幕上定义多个像素块，依赖模版层像素块进行像素块分布、解调规则和拼接规则的调制，核心层传输主要信息，冗余层为核心层的备份，附加层提供额外信息；智能手机摄像头捕捉电视屏幕信息，并根据模版层信息进行解调和拼接；若核心信息损伤，使用冗余信息修复，最终显示在手机上。核心优点在于实现了高效、稳定且可靠的可见光通信。稳定且可靠的可见光通信。稳定且可靠的可见光通信。


技术研发人员：刘君 李永 李静林
受保护的技术使用者：北京圣传创世科技发展有限公司
技术研发日：2023.09.01
技术公布日：2023/10/6