[發明專利]一種基于幀拼接的屏幕-相機通信系統采樣方法

有效

• 申請號: 202110557401.7
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113364977B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 凌云;鄒金明;邱昆;胡鋼
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04N23/95
• 分類號: H04N23/95;H04N23/951
• 代理公司: 四川鼎韜律師事務所 51332
• 代理人: 溫利平

1.一種基于幀拼接的屏幕-相機通信系統采樣方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、按照屏幕像素分辨率在屏幕圖像幀上排布信號點陣列；

設屏幕像素分辨率為M×N，設置信號點與校驗位均為正方塊，其邊長等于H個屏幕像素長度，相鄰信號點間隔距離為D個屏幕像素長度；然后在屏幕圖像幀上排布校驗位與信號點陣列，其中，第一行與最后一行、第一列與最后一列信號排布校驗位，中間的區域排布用于調制傳輸數據的信號點陣列，排布完成后，設信號點陣列的大小為m×n，其中且m為奇數，n為偶數，若不滿足，則減1；

(2)、在屏幕-相機通信系統的發送端進行數據編碼；

(2.1)、在屏幕-相機通信系統的發送端將待傳輸信息先轉換成串行輸入的比特流，記比特流長度為L；

(2.2)、比特流串并轉換；

設置多個數組，每個數組的長度為(m-1)×(n-1)；

將長度為L的串行比特流按照長度(m-1)×(n-1)進行截斷，再將每一段比特流按序存入每一個數組，在最后一個數組中，如果比特流長度小于(m-1)×(n-1)，則按序存入后不夠的位置處添加比特0；

將所有數組在同一位置處的比特字符組成一路并行的比特流，從而得到(m-1)×(n-1)路并行的比特流，且每一路并行的比特流長度為進而實現比特流串并轉換；

(2.3)、對每一路并行的比特流依次進行糾錯編碼、交織處理及多進制格雷編碼處理，從而得到(m-1)×(n-1)路并行的編碼符號；

(3)、信號調制

在(m-1)×(n-1)路并行的編碼符號中，將同一路編碼符號調制到不同信號圖像幀的同一信號點上，從而得到連續的攜帶編碼信息的信號圖像幀；

(4)、為每一幀信號圖像幀設置行/列校驗位；

在信號圖像幀的第一行和最后一行設置相同的行校驗位，第一列和最后一列設置互為反碼的列校驗位，行/列校驗位均采用最高亮度和最低亮度交替編碼，其中，最高亮度的編碼標記為“1”最低亮度的編碼標記為“0”；

(5)、屏幕發送信號圖像幀；

信號圖像幀驅動屏幕發送攜帶編碼信息的可見光信號，而在屏幕上以固定幀率f按序顯示所有發送的信號圖像幀；

(6)、相機接收信號圖像幀；

可見光信號經空間光信道傳輸至接收端的相機處，相機以兩倍于屏幕顯示的幀率2f進行成像采樣，完成信號圖像幀的接收；

(7)、幀拼接采樣

(7.1)、設相機采樣輸出的第i幀F_i為主采樣圖像幀F，對比F的首尾兩行校驗位是否相同，如果校驗位相同，則認為采樣正確，進行步驟(8)；否則，進行步驟(7.2)；

(7.2)、對比主采樣圖像幀F的第一行校驗位與其前一幀采樣圖像幀F_i-1的最后一行校驗位，如果校驗位相同，則令前一幀采樣圖像幀F_i-1為副采樣圖像幀F′；否則，令后一幀采樣圖像幀F_i+1為副采樣圖像幀F′，再進行步驟(7.3)；

(7.3)、對比副采樣圖像幀F′的首尾兩行校驗位是否相同，如果相同，則認為采樣正確，進行步驟(8)，并令副采樣圖像幀F′為新的主采樣圖像幀F；否則，進行步驟(7.4)；

(7.4)、在主采樣圖像幀F的第一列和最后一列校驗位上，從上至下尋找列校驗位“0”和“1”交替不連續的行位置，分別記為a₁、a₂，然后取兩者最小值min(a₁、a₂)記為a；

在副采樣圖像幀F′的第一列和最后一列校驗位上，從下至上尋找列校驗位“0”和“1”交替不連續的行位置，分別記為b₁、b₂，然后取兩者最大值max(b₁、b₂)記為b；

最后，確定拼接行號選取主采樣圖像幀F第1行到k行和副采樣圖像幀F′的k+1行到最后一行進行拼接，組合成新的采樣圖像幀，再進行步驟(8)；

(8)、采樣圖像幀的解調

(8.1)、計算采樣圖像幀每個信號點的中心像素及周圍共h×h個像素點的亮度值平均值v，再將v作為每個信號點的解調值，設信號點與上、下、左、右四個相鄰信號點的平均間隔距離為d，則

(8.2)、判斷主采樣圖像幀F是否為最后一幀圖像，如果是，則進入步驟(9)；否則，令主采樣圖像幀F的后兩幀采樣圖像幀F_i+2為新的主采樣圖像幀F，再返回步驟(7.1)；

(9)、在屏幕-相機通信系統的接收端進行數據解碼；

(9.1)、對所有的解調值進行判決，得到(m-1)×(n-1)路并行的接收編碼符號；再對每一路的接收編碼符號進行格雷編碼解碼、解交織以及糾錯解碼操作，得到(m-1)×(n-1)路的并行比特流；

(9.2)、按序將每一路并行比特流進行并串轉換，并將末尾的添加比特0進行刪除，從而得到串行輸出的比特流。

2.根據權利要求1所述的基于幀拼接的屏幕-相機通信系統采樣方法，其特征在于，所述步驟(3)中為每一信號圖像幀設置行/列校驗位完成后，后一信號圖像幀行/列校驗位為前一信號圖像幀行/列校驗位的反碼。