通過聲音實現數據傳輸的方法
2023-08-11 16:33:56
專利名稱：通過聲音實現數據傳輸的方法
技術領域：
本發明涉及數據傳輸技術領域，尤其涉及一種通過聲音實現數據傳輸的方法。
背景技術：
通過聲音進行數據傳輸，不但實現的過程簡單，而且實現的成本也較低廉。我們可以檢索到許多通過聲音進行數據傳輸的專利文獻，例如，中國專利申請號201110349377. 4，發明名稱為一種通過音頻信號進行手機現場支付的方法，就是一種通過聲音實現數據傳輸方法的應用。在該專利公開的技術內容中，其通過聲音進行數據傳輸的方法為如圖1所示，收款客戶端計算傳輸數據的校驗值，給需傳輸數據加上校驗起始標誌和校驗值，組成完整數據，之後再將所述完整數據的每個數值轉換到對應的雙音多頻疊加信號上，根據發送持續 時間組成連續的多音多頻疊加信號信息，實現了數據與多音多頻聲波信號的對應轉換。最後，收款客戶端將轉換得到的雙音多頻疊加信號信息通過連續地發出聲波信號方式發送出去，付款客戶端接收到收款客戶端發出的聲波信號後，進行保存，然後對該保存的聲波信號進行計算、解碼，再對解碼的數據進行校驗。至此，完成了通過聲音傳輸數據的過程。但是，上述技術方案具有如下弊端1.所有的數據都要通過聲音傳輸，若傳輸較大數據，例如音頻數據，圖像數據以及大的文件數據，使用上述技術方案實現的數據傳輸會較慢。2.數據在傳輸前進行的編碼過程採用的是固定編碼方式，即，通過計算傳輸數據的校驗值，給需傳輸數據加上校驗起始標誌和校驗值，最後組成完整的編碼後的數據以待傳輸。這種編碼方式，一旦傳輸數據被錄製或者被截獲，很容易被模仿，數據傳輸安全性低。3.收款客戶端需要連續發出聲波信號，這是因為其使用了 CRC校驗方式，該校驗方式只能校驗本次傳輸數據的對錯，無法糾錯，所以，一旦付款客戶端數據接收有誤，收款客戶端需要反覆播放聲波信號，付款客戶端才能夠獲得完整的數據信息，給數據被錄製或者被截獲提供了便利。
發明內容
為此，本發明所要解決的技術問題是提供一種通過聲音實現數據傳輸的方法，不但可以實現大容量的數據傳輸，而且可以有效提高數據傳輸的安全性和效率性。於是，本發明提供了一種通過聲音實現數據傳輸的方法，該方法包括
數據發送端將需要傳輸的數據上傳至中轉伺服器；
中轉伺服器對接收到的數據進行打包，生成唯一密鑰和帶失效時間的動態編碼表，並將該密鑰和動態編碼表發送回數據發送端；
數據發送端使用接收到的所述動態編碼表對所述密鑰進行編碼，使所述密鑰轉換成聲音信號，並播放；
數據接收端接收到聲音信號後，到中轉伺服器上獲取所述動態編碼表，並依據該動態編碼表對接收到的聲音信號進行解碼，獲得所述密鑰；
數據接收端使用所述解碼後的密鑰到中轉伺服器上獲取數據發送端上傳的所述數據，並下載。其中，所述生成帶失效時間的動態編碼表，包括根據當前時間和要傳輸的內容，隨機生成包含聲音頻率和聲音波形的編碼表，該編碼表在預置時間內自動失效。其中，所述聲音波形包括正弦波、方波和脈衝波。 所述聲音頻率包括人耳可聽到的音頻和人耳不能夠聽到的聲音。所述音頻包括單音音頻、雙音音頻和多音音頻。所述數據發送端使用接收到的所述動態編碼表對所述密鑰進行編碼，使所述密鑰 轉換成聲音信號，包括
設置用於區分聲音頻率開始的起始位；
設置代表所述密鑰的編碼位，該編碼位中的每一位數據對應不同的聲音頻率；
設置帶校驗糾錯功能編碼方式的可對所述編碼進行數據校驗和糾錯的校驗位。所述帶校驗糾錯功能的編碼方式包括裡德-索羅門編碼、BCH碼、潤輪碼、低密度同位檢查碼和卷積碼。所述起始位設置為2位高音數據，所述編碼位為對應O到9，a到V，32位數據中的10位數據，所述校驗位為8位數據。本發明所述通過聲音實現數據傳輸的方法，通過將需要傳輸的數據上傳至中轉伺服器，由中轉伺服器生成密鑰和動態編碼表，數據發送端和數據接收端之間僅通過聲音傳輸所述的密鑰，由數據接收端通過所述密鑰到中轉伺服器下載數據發送端需要傳輸的數據的方式，使得數據發送端和數據接收端之間可以傳輸較大信息量的數據，例如音頻數據，圖像數據和大的文件數據等，有效提高了數據傳輸的效率。同時，本發明所述方法採用了動態編碼的實現方式，即通過中轉伺服器上生成的帶失效時間的動態編碼表對需要通過聲音傳輸的密鑰進行編碼和解碼，使得密鑰在傳輸過程中即便被錄製，也無法在動態編碼表的有效時間內被破解和模仿，提高了數據傳輸的可靠性和保密性。進一步，在動態編碼過程中，設置了帶校驗糾錯功能編碼方式的可對所述編碼進行數據校驗和糾錯的校驗位，使得通過聲音傳輸的數據可以抵禦嘈雜的環境和其它聲波的幹擾，提高了數據傳輸的穩定性。
圖1為現有技術中通過聲音實現數據傳輸的數據發送端和數據接收端結構示意 圖2為本發明實施例所述實現通過聲音實現數據傳輸方法的流程 圖3為本發明實施例所述通過聲音實現數據傳輸系統的結構示意圖 圖4為圖4所示系統的具體結構示意 圖5為本發明實施例所述通過聲音實現數據傳輸的數據發送接收端結構示意 圖6為使用本發明實施例所述數據傳輸方法及其系統的一個應用場景實現過程流程示意圖。
具體實施例方式下面，結合附圖對本發明進行詳細描述。如圖2所示，本實施例提供了一種通過聲音實現數據傳輸的方法，該方法包括 數據發送端10，選定需要傳輸的數據，將該需要傳輸的數據上傳至中轉伺服器；這裡，
所述需要傳輸的數據包括信息、文件、圖片、音頻等數據，數據格式不限，大小不限。中轉伺服器20，對接收到的數據發送端10上傳的數據進行打包，生成唯一密鑰和帶失效時間的動態編碼表，並將該密鑰和動態編碼表發送回數據發送端10 ；
數據發送端10，使用接收到的所述動態編碼表對所述密鑰進行編碼，使所述密鑰轉換成聲音信號，並播放；
數據接收20，接收到聲音信號後，到中轉伺服器20上獲取所述動態編碼表，並依據該 動態編碼表對接收到的聲音信號進行解碼，獲得所述密鑰；
數據接收端20，使用所述解碼後的密鑰到中轉服務10上獲取數據發送端上傳的所述數據，並下載，獲得數據發送端需要傳輸的數據。上述數據傳輸方法，使得數據發送端和數據接收端之間可以傳輸較大信息量的數據，例如音頻數據，圖像數據和大的文件數據等，有效提高了傳輸的效率，克服了背景技術中所述的數據發送端和數據接收端之間不能夠通過聲音實現大信息量數據傳輸的弊端。同時，上述數據傳輸方法採用了動態編碼的實現方式，即通過中轉伺服器上生成的帶失效時間的動態編碼表對需要通過聲音傳輸的密鑰進行編碼和解碼，使得密鑰在傳輸過程中即便被錄製，也無法在動態編碼表的有效時間內被破解和模仿，提高了數據傳輸的可靠性和保密性。其中，所述生成帶失效時間的動態編碼表，包括根據當前時間和要傳輸的內容，隨機生成包含聲音頻率和聲音波形的編碼表，該編碼表在預置時間內自動失效。這裡，所述聲音波形包括正弦波、方波和脈衝波。所述聲音頻率包括人耳可聽到的音頻和人耳不能夠聽到的聲音。所述音頻包括單音音頻、雙音音頻和多音音頻。音頻傳輸時，有二個核心指標會影響傳輸的內容聲音頻率和聲音波形。以聲音中的音頻為例，由於音頻編碼表在中轉伺服器的隨機動態生成中，根據時間、傳輸內容的不同，中轉伺服器會隨機生成動態編碼表、傳輸頻率與傳輸波形，因此音頻與傳輸的密鑰無固定對應關係。例如，此刻動態編碼代表中的「O」代表音頻為1760Hz，使用正弦波傳輸；但I秒後動態生成的動態編碼表中的「O」就代表音頻為19200Hz，使用方波傳輸，或者其它頻率及其它波形。所述生成帶失效時間的動態編碼表，例如，數據發送端10播放聲音到數據接收端20接收到聲音的時間為5-10秒，因此我們可以設置動態編碼表的有效時間為10秒。完成傳輸後，或者傳輸時間超過10秒,動態編碼表自動失效，以保證傳輸內容不會被竊聽與偽造。所述數據發送端使用接收到的所述動態編碼表對所述密鑰進行編碼，使所述密鑰轉換成聲音信號，包括
設置用於區分聲音頻率開始的起始位；
設置代表所述密鑰的編碼位，該編碼位中的每一位數據對應不同的聲音頻率；
設置帶校驗糾錯功能編碼方式的可對所述編碼進行數據校驗和糾錯的校驗位。
上述編碼過程，就是一種數據調製過程，即將所述密鑰通過調製方式轉化為與聲
音頻率對應的聲音數位訊號。例如，編碼後的密鑰為一段音頻內容，該音頻數據包括起始位[QS]、編碼位[CODE]和校驗位[Correction]。假設每一段編碼後的音頻，都是一段具有20位數據單音的、按時序排列的音頻，且每個位的時長為87. 2ms，單位頻率從20Hz-20000Hz不等，聲音波形採用正弦波。那麼，該段編碼後的音頻為
起始位[QS]，設置為長度為2位的高頻音，表示此為一段音頻的起始。編碼位[CODE]，設置為長度為10位的數據，該數據代表正常的傳輸數據，即我們 所述的唯一密鑰。每一位數據對應「0-9」+ 「a-v」32位數據中的一位進行傳輸。每一位對應20Hz - 20000Hz的不同音頻。鑑於收發設備的硬體指標，過渡間隔為100Hz。例1760Hz代表 「0」，1860Hz 代表 「1」，1960Hz 代表 「2」。校驗位[Correction],採用裡德-索羅門Reed Solomon code編碼方式進行的編碼，設置長度為8位的數據，可以對編碼位中的數據進行校驗與糾錯。例如，在數據傳輸過程中，10位的編碼中出現多位缺失或錯誤，都可以直接通過校驗位進行修正，在保證最大限度正確率的同時，可以減少重複播放的次數。在有8個校驗位的情況下，可以對編碼位中的10位數據提供4位的糾錯。容錯率高達40%，足以抵禦嘈雜環境與其它聲波的幹擾，同時只需要單次傳輸，提高穩定性。所述帶校驗糾錯功能編碼方式包括裡德-索羅門編碼、BCH碼、潤輪碼、低密度同位檢查碼和卷積碼。在上述數據傳輸方法中，其核心是使用動態的編碼表對唯一標識的密鑰進行編碼，也就是所謂的加密。因此，常用的加密體系均適用於本加密目的。常見的加密體系有公鑰私鑰加密體系和對稱加密體系，由於如何加密不是本發明的技術改進點所在，所以在此不進行詳細描述。由於在動態編碼過程中，設置了帶校驗糾錯功能編碼方式的可對所述編碼進行數據校驗和糾錯的校驗位，因此使得通過聲音傳輸的數據可以抵禦嘈雜的環境和其它聲波的幹擾，提高了數據傳輸的穩定性。如圖3和圖4所示，本實施例還提供了一種通過聲音實現數據傳輸的系統，包括 數據發送端10，用於將需要傳輸的數據上傳至中轉伺服器；同時接收中轉伺服器發送
回的密鑰和動態編碼表，並通過所述動態編碼表對所述密鑰進行編碼，使其轉換成聲音信號，並播放；
中轉伺服器20，用於接收數據發送端上傳的需要傳輸的數據，對該數據打包，並生成唯一密鑰和帶失效時間的動態編碼表，同時將該密鑰和動態編碼表發送回數據發送端；
數據接收端30，用於接收數據發送端播放的聲音信號，接收到聲音信號後，到中轉伺服器上獲取所述動態編碼表，並依據該動態編碼表對接收到的聲音信號進行解碼，獲得所述密鑰，數據接收端使用所述密鑰到中轉伺服器上獲取數據發送端上傳的所述數據，並下載。其中，數據發送端10包括
上傳單元11，用於將需要傳輸的數據上傳至中轉伺服器；
接收單元12，用於接收中轉伺服器發送回的密鑰和動態編碼表；
動態編碼器13，通過所述動態編碼表對所述密鑰進行編碼，使所述密鑰轉化成編碼數據；
調製器14，將動態編碼器輸出的所述編碼數據通過調製方式轉化為與聲音頻率對應的
聲音數位訊號；
濾波器15，用於對調製器輸出的所述聲音數位訊號中冗餘的數位訊號進行過濾；
D/A轉換電路16,將濾波器輸出的聲音數位訊號轉換為聲音模擬信號；
功率放大器17,將D/A轉換電路輸出的聲音模擬信號放大成可以驅動揚聲器發聲的聲
音信號; 播放器18,用於播放功率放大器輸出的所述聲音信號。聲音信號發出後，數據接收端30可以有一個或者多個，本實施例以一個數據接收端30為例加以說明。中轉伺服器20包括
接收單元21，用於接收數據發送端上傳的需要傳輸的數據，以及數據接收端發送的所述解碼後的密鑰；
打包生成單元22，用於對接收單元接收到的數據進行打包，並生成唯一密鑰和帶失效時間的動態編碼表；
發送單元23，將打包生成單元生成的密鑰和動態編碼表發送給數據發送端；
核對單元24，用於核對數據接收端發送的密鑰，若密鑰正確，則同意數據接收端對數據發送端上傳的所述數據進行下載。數據接收端30包括
接收單元31，用於接收聲音信號；
觸發獲取單元32，當接收單元接收到所述聲音信號後，該單元會立即到中轉伺服器上去獲取動態編碼表；
A/D轉換電路33，用於將接收到的聲音信號轉換為聲音數位訊號；
濾波器34，用於對A/D轉換電路輸出的所述聲音數位訊號中冗餘的數位訊號進行過
濾；
解調器35，用於將與聲音頻率對應的所述聲音數位訊號轉化為應用數字數據信號；動態解碼器36，使用觸發獲取單元獲取到的所述動態編碼表對解調器輸出的應用數字數據信號解析解碼，獲得所述密鑰；
下載單元37，使用動態解碼器輸出的所述密鑰，到中轉伺服器上獲取數據發送端上傳的所述數據，並下載。當然，在一個終端既可以設置數據發送端，也可以設置數據接收端，因此，如圖5所示，本實施例還提供了一種通過聲音實現數據傳輸的數據發送接收端50，包括
數據發送端10，用於將需要傳輸的數據上傳至中轉伺服器；同時接收中轉伺服器發送回的密鑰和動態編碼表，並通過所述動態編碼表對所述密鑰進行編碼，使其轉換成聲音信號，並播放；
數據接收端30，用於接收數據發送端播放的聲音信號，接收到聲音信號後，到中轉伺服器上獲取所述動態編碼表，並依據該動態編碼表對接收到的聲音信號進行解碼，獲得所述密鑰，數據接收端使用所述密鑰到中轉伺服器上獲取數據發送端上傳的所述數據，並下載。數據發送端10和數據接收端30包括的具體部件如上述，在此不再重複描述。由於數據發送端10和數據接收端30都包括有接收單元，因此，在本數據發送接收端50中可以將數據發送端10和數據接收端30的接收單元合併為一個單元，因此，如圖5所示，該數據發送接收端50包括
上傳單元501，用於將需要傳輸的數據上傳至可對該上傳數據進行打包，並生成唯一密鑰和帶失效時間的動態編碼表的中轉伺服器；
接收單元502，用於接收中轉伺服器發送的所述密鑰和動態編碼表，以及用於接收聲音信號;
動態編碼器503，通過所述動態編碼表對所述密鑰進行編碼，使所述密鑰轉化成編碼數
據；
調製器504，將動態編碼器輸出的所述編碼數據通過調製方式轉化為與聲音頻率對應 的聲音數位訊號；
濾波器505，用於對調製器輸出的所述聲音數位訊號中冗餘的數位訊號進行過濾，以及用於對A/D轉換電路輸出的所述聲音數位訊號中冗餘的數位訊號進行過濾；
D/A轉換電路506,將濾波器輸出的聲音數位訊號轉換為聲音模擬信號；
功率放大器507,將D/A轉換電路輸出的聲音模擬信號放大成可以驅動揚聲器發聲的
聲音信號；
播放器508,用於播放功率放大器輸出的所述聲音信號
觸發獲取單元509，當接收單元接收到所述聲音信號後，該單元會立即到中轉伺服器上去獲取動態編碼表；
A/D轉換電路510，用於將接收到的聲音信號轉換為聲音數位訊號；
解調器511，用於將與聲音頻率對應的所述聲音數位訊號轉化為應用數字數據信號；動態解碼器512，使用觸發獲取單元獲取到的所述動態編碼表對解調器輸出的應用數字數據信號解析解碼，獲得所述密鑰；
下載單元513，使用動態解碼器輸出的所述密鑰，到中轉伺服器上獲取數據發送端上傳的所述數據，並下載。本實施例所述接收單元可以是麥克風，本實施例所述播放器可以是揚聲器。在上述通過聲音實現數據傳輸的系統、數據發送端、數據接收端和數據發送接收端中，都使用了圖2所示數據傳輸方法。本實施例提供的數據發送接收端50可以是一部智慧型手機。本實施例提供的數據接收端30可以是經過改動的，加入接收單元31，觸發獲取單元32，A/D轉換電路33，濾波器34，解調器35，動態解碼器36，和下載單元37後的POS機，該POS機可以使用帶數據發送接收端50的智慧型手機或者終端，或者使用帶數據發送端10的智慧型手機或者終端進行支付結
笪
ο如圖6所示，該支付應用場景包括收款方60，業務伺服器70和付款方80。其中，業務伺服器70由兩個伺服器組合而成，即包括用於支付時使用的支付伺服器和用於使用聲音實現數據傳輸用的中轉伺服器。當然，也可以不將支付伺服器和中轉伺服器組合成業務伺服器，而分別使用支付伺服器和中轉伺服器。收款方60，在明確了收款金額、明細以及支付中需要的所有相關數據後，將該數據打包，並上傳到業務伺服器70上的中轉伺服器；業務伺服器70對接收到的所述數據進行打包，生成唯一密鑰和動態編碼表，並將所述密鑰和動態編碼表發送回收款方60 ；
收款方60，通過所述動態編碼表對所述密鑰進行編碼，使其轉換成聲音信號，並播放；收款方80，接收到聲音信號後，到業務伺服器70上的中轉伺服器上獲取所述動態編碼表，並依據該動態編碼表對接收到的聲音信號進行解碼，獲得所述密鑰。然後，收款方80，使用所述密鑰到業務伺服器70上的中轉伺服器上獲取收款方60上傳的所述數據，並下載，顯示在付款方80的顯 示屏上。付款人核對需要支付的相關數據後，確認支付，於是發送確認支付信息給到業務伺服器70上的支付伺服器，支付伺服器響應該支付請求，將支付金額劃款至收款方60指定的帳戶上，收款方60完整收款，付款方80付款成功。上述支付過程完畢後，支付數據、密鑰和動態編碼表都失效。若需要再次支付，需要重新執行上述過程。上述支付過程一般僅需10到15秒時間，通過聲音傳輸數據的時間為5-10秒，因此我們可以設置動態編碼表的有效時間為10秒。完成傳輸後，或者傳輸時間超過10秒，動態編碼表自動失效，以保證傳輸內容不會被竊聽與偽造。綜上所述，本實施例提供的通過聲音實現數據傳輸的方法及其實現系統、以及數據發送端，數據接收端和數據發送接收端，通過將需要傳輸的數據上傳至中轉伺服器，由中轉伺服器生成密鑰和動態編碼表，數據發送端和數據接收端之間僅通過聲音傳輸所述的密鑰，由數據接收端通過所述密鑰到中轉伺服器下載數據發送端需要傳輸的數據的方式，使得數據發送端和數據接收端之間可以傳輸較大信息量的數據，例如音頻數據，圖像數據和大的文件數據等，有效提高了傳輸的效率。同時，本發明所述方法採用了動態編碼的實現方式，即通過中轉伺服器上生成的帶失效時間的動態編碼表對需要通過聲音傳輸的密鑰進行編碼和解碼，使得密鑰在傳輸過程中即便被錄製，也無法在動態編碼表的有效時間內被破解和模仿，提高了數據傳輸的可靠性和保密性。進一步，在動態編碼過程中，設置了帶校驗糾錯功能編碼方式的可對所述編碼進行數據校驗和糾錯的校驗位，使得通過聲音傳輸的數據可以抵禦嘈雜的環境和其它聲波的幹擾，提高了數據傳輸的穩定性。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種通過聲音實現數據傳輸的方法，其特徵在於，包括 數據發送端將需要傳輸的數據上傳至中轉伺服器； 中轉伺服器對接收到的數據進行打包，生成唯一密鑰和帶失效時間的動態編碼表，並將該密鑰和動態編碼表發送回數據發送端； 數據發送端使用接收到的所述動態編碼表對所述密鑰進行編碼，使所述密鑰轉換成聲音信號，並播放； 數據接收端接收到聲音信號後，到中轉伺服器上獲取所述動態編碼表，並依據該動態編碼表對接收到的聲音信號進行解碼，獲得所述密鑰； 數據接收端使用所述解碼後的密鑰到中轉伺服器上獲取數據發送端上傳的所述數據，並下載。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述生成帶失效時間的動態編碼表，包括根據當前時間和要傳輸的內容，隨機生成包含聲音頻率和聲音波形的編碼表，該編碼表在預置時間內失效。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述聲音波形包括正弦波、方波和脈衝波。
4.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述聲音頻率包括人耳可聽到的音頻和人耳不能夠聽到的聲音。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述音頻包括單音音頻、雙音音頻和多音音頻。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述數據發送端使用接收到的所述動態編碼表對所述密鑰進行編碼，使所述密鑰轉換成聲音信號，包括 設置用於區分聲音頻率開始的起始位； 設置代表所述密鑰的編碼位，該編碼位中的每一位數據對應不同的聲音頻率； 設置帶校驗糾錯功能編碼方式的可對所述編碼進行數據校驗和糾錯的校驗位。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述帶校驗糾錯功能的編碼方式包括裡德-索羅門編碼、BCH碼、渦輪碼、低密度同位檢查碼和卷積碼。
8.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述起始位設置為2位高音數據，所述編碼位為對應O到9，a到v，32位數據中的10位數據，所述校驗位為8位數據。
全文摘要
本發明提供了一種通過聲音實現數據傳輸的方法包括數據發送端將數據上傳至中轉伺服器；中轉伺服器對數據進行打包，生成密鑰和動態編碼表，並將密鑰和動態編碼表發送回數據發送端；數據發送端對鑰進行編碼，使密鑰轉換成聲音信號，並播放；數據接收端接收到聲音信號後，到中轉伺服器上獲取動態編碼表，並依據該動態編碼表對聲音信號進行解碼，獲得密鑰；數據接收端使用密鑰到中轉伺服器上獲取數據發送端上傳的數據，並下載。本發明所述方法，使得數據發送端和數據接收端之間可以傳輸較大信息量的數據，提高了傳輸效率。密鑰在傳輸過程中即便被錄製，也無法被破解和模仿，提高了數據傳輸的可靠性和保密性。
文檔編號H04L29/08GK103023580SQ201210519530
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月6日 優先權日2012年12月6日
發明者封林毅, 滕路遙 申請人:深圳市創想天空科技有限公司