[發明專利]基于LED顯示和可見光通信的隱藏信息傳輸系統及方法

有效

• 申請號: 201910747138.0
• 申請日: 2019-08-14
• 公開（公告）號: CN110429981B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 方俊彬;呂泉超;蔣琳
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116;H04B10/50;H04B10/516
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.基于LED顯示和可見光通信的隱藏信息傳輸系統，其特征在于，包括隱藏信息輸入模塊、顯示內容輸入模塊、信息植入與信號調制模塊、LED顯示驅動模塊、LED顯示屏、高速光電傳感/探測器以及信號解調及信息提取模塊，所述隱藏信息輸入模塊、顯示內容輸入模塊分別與信息植入與信號調制模塊相連，信息植入與信號調制模塊又與顯示驅動模塊、LED顯示屏相連，將待發送信號調制到LED顯示屏的顯示元件上發出可見光信號；所發出的可見光信號通過空間信道傳播后為高速光電傳感/探測器所接收并轉換為電信號，同時所述高速光電傳感/探測器與信號解調及信息提取模塊相連；

所述隱藏信息輸入模塊，用于輸入待隱藏傳輸的較高速率的數字信息；

所述顯示內容輸入模塊，用于輸入需要在LED顯示屏上顯示的較低速率的圖像/視頻內容；

所述信息植入與信號調制模塊，用于將待傳輸的隱藏信息植入到待顯示內容中并產生合成調制信號以調制到LED顯示屏的顯示元件上；

所述信息植入與信號調制模塊的信息植入方法用以下公式描述：

p_i×s_i(t)＝LED_i(t)，i∈[1,N]

其中，p_i是待顯示的圖像/視頻幀的第i個像素點的亮度值，N為圖像/視頻幀中像素點的個數；s_i(t)是隨時間t變化的要植入到第i個像素點的待隱藏傳輸的數字信息，LED_i(t)是兩者的合成信號，是將在第i個像素點上顯示的調制信號，且隨時間t變化；s_i(t)為二進制數字信號，取值為“0”或“1”，因此，LED_i(t)的取值為：實現了將待隱藏傳輸信息s_i(t)調制到待顯示像素信號p_i上從而產生合成調制信號LED_i(t)的功能；

所述LED顯示驅動模塊，用于將合成調制信號驅動LED顯示屏的顯示元件；

所述LED顯示屏，其顯示元件受合成調制信號驅動發光，從而顯示圖像/視頻內容，同時以人眼察覺不到的閃爍信號廣播隱藏信息；

所述LED顯示屏是支持快速刷新的LED顯示屏，在合成調制信號LED_i(t)的控制下令像素點i隨時間t發出快速明暗閃爍的可見光信號，且像素點的快速明暗變化不為人的肉眼所察覺，從而在顯示圖像/視頻幀像素點內容的同時廣播所攜帶的隱藏信息；

所述高速光電傳感/探測器，用于獲取LED顯示屏所發出的可見光信號，所獲取的光信號中包含了較低速率的圖像/視頻顯示內容以及較高速率的隱藏信息；

所述高速光電傳感器/探測器采用CMOS圖像傳感器，由于卷簾效應，存在時分復用，因此獲得的一幀圖片包含不同時刻的信號，即為a波形，所以只需要對圖片進行處理就能還原隱藏的信息，具體過程：先對其獲得的圖片灰度化只留下亮度信息，然后進行濾波處理，從而抑制噪聲，得到的是b波形，再設定閾值對圖片進行二值化，得到的是c波形，便于后面的信號提取，二值化公式為：

其中，T為選取的閾值，f_i為原始圖像，g_i表示二值化后的結果；

得到二值化的結果后，只需要提取明暗信息，即為隱藏的“1”、“0”信息了，解碼后就得到隱藏信息輸入模塊所隱藏的信息了；

所述信號解調及信息提取模塊，用于解調高速光電傳感/探測器所接收到的可見光信號以恢復合成信號，并從合成信號中提取還原隱藏的信息；

所述信號解調及信息提取模塊的解調過程包括包絡檢波和采樣判決，當高速光電傳感器/探測器接收到LED_i(t)信號后，對LED_i(t)信號進行處理，先經過包絡檢波得到包絡波形，然后再經過抽樣判決，確定接收碼元是“1”還是“0”；假設判決門限為d，當信號抽樣設置大于d時，判決為“1”碼；當信號抽樣值小于d時，判決為“0”碼，判決完成后得到調制信號s_i(t)，最后輸出隱藏的信息。

2.根據權利要求1所述基于LED顯示和可見光通信的隱藏信息傳輸系統，其特征在于，所述隱藏信息輸入模塊先把待傳輸的隱藏信息轉換成二進制的“0”、“1”信號。