超声波

手机超声波通信技术介绍：

手机超声波通信，指利用超声波技术在手机间传递信息，比如大家熟知的支付宝的声波支付就是典型的超声波通信技术。其原理很简单，一句话就是把一段时长的频率作为一种信号，发送方把信号编码成很多段等长的频率，通过播音设备发射出去；接收方通过录音设备录制声音，然后将等长的频率识别出来，最后还原成对应的信号。这样就做到了声波传输，比如现在我们的编码是32进制的（0-31），对应的频率我们设定为1k－4.1k，每个信号对应的时长为100ms，如果我们发射信号3，2，10，30则对应的频率为1.3k，1.2k，2k，4k，每段频率的时长为为100ms，接受端识别器的主要作用就是识别这些100ms的频率，然后还原成信号。声波传输是利用声音实现文件的快速传输的一套技术解决方案：采用跨平台的技术，实现任何能够发送声波与接收声波的智能设备之间的数据传输。

手机超声波通信功能介绍：

1. 声波传输支持一对一传输，也支持一对多的传输。
2. 支持字母、数字、符号传输。
3. 在安静情况下，有效传输距离可以达到5米左右，在一般应用场景下也能达到很可观的识别距离。
4. 使用特殊的降噪算法，对噪声有很好的抑制作用，在汽车行驶过程中、公交车、食堂、大马路、办公场所等都可以达到良好的识别率。
5. 在一般应用场景下数据传输正确率达到98%以上。程序中添加了自动纠错算法，可以在一定程度上自动纠正传输中发现的错误，同时也能在一定程度上保证收到数据的正确性。
6. 支持的平台。目前该声波传输技术已经在iOS、OSX、Android、Windows、Linux、以及嵌入式平台（mips和arm指令集）上成功运行，并都有成功的商业案例。
   7 .嵌入式特殊定制和优化。随着嵌入式智能设备的大量兴起（比如车载设备、智能摄像机、智能路由器等等），目前有大量的嵌入式应用需要集成声波传输功能，针对嵌入式平台我们专门对内存占用和运算效率作了优化，内存占用10K以内，cpu主频150M就可以顺利运行声波传输模块。
7. 可定制性强，比如对不同的频率、不同的声音、音量等等进行定制。
8. 超声波传输支持。我们可以为用户提供超声波传输版本，也即，在传输过程中听不到声音。
9. 还可以为用户提供声音的叠加功能，比如类似支付宝的咻咻功能，也可以为用户添加其他特殊的声音，比如狗叫、猫喵等等。比如发送一段信息，发出的是狗叫，对方收到的是信息。

声波传输如何工作？

声波传输技术由两部分组成：音频协议与网络协议。音频协议将待传数据编码为一系列选定频率的音调；网络协议则将数据以键值形式存入服务器，其中键为与数据唯一对应的10个字符。

音频协议

音频协议的原理很简单，易于实现。建立一个含有32个字符（[0-9，a-v]）的表，并将每个字符映射到频率表。频率表是根据乐理，通过伴音的计算生成。

0 = 1760hz

1 = 1864hz

…

v = 10.5khz

一个完整的声波包包含20个音（即20个字符），每87.2毫秒发一个音 。前两位为信息头，采用“hj”，用以通知接收端开始接收。中间10位为有效的信息位，是有效的传输信息，即Key值经过映射后的频率信息。最后8位为RS（Reed-Solomon）校验位，通过RS校验算法，对中间10位进行计算，生成8位的校验信息。。如下图：

校验主要用来处理由于噪声干扰造成的信息接收错误。通过RS校验，可以纠正25%的错误信息。

发送端（编码器）

发送端设备只需能够发送1.7khz到10.5khz的正弦声波即可。为了将发送出的声波变得更好听，可以对声音进行一些美化处理，比如在我们的例子中，采用了椭圆形窗对声波进行了音量上的优化。

接收端（解码器）

接收端需要记录声音，并将其进行解码以及容错处理。其对算法的要求相对较高，降噪及容错处理对能否得到正确的解码信息是至关重要的。所以接收端需要一定的数字运算能力，对设备的硬件配置有一定的要求。对于算法的细节，我们会逐步的公开并开源。

超声波通信技术应用场景：

1.声波支付

支付宝作为支付相关的应用的代表，相信声波支付功能很多人都用过，但对其原理不一定都了解。

实现原理：声波支付听起来好像都是咻咻的声音，其实咻咻声并不是信息的载体，真正的信息是通过超声波传输的。比如A手机发起咻咻声（此时A也是不停的在循环发送信息），售货机B则在不停的监听。A手机在发送信息前，会先和后台服务器交互，把各种关键的交互信息上传到服务器，然后将要发送的信息加密（支付者的id信息），把加密后的信息转换成超声波，然后再叠加咻咻声，最后发送出去。B在正确收到A的信息后，解码成功后，就连接服务器，确认本次交易，确认成功后，支付生效。

关键点：

1. 发送的是支付者的id信息，一般10个字符以内。
2. 发送信息的手机在不停的发送支付者的id。

2.传输文件

chirp和茄子快传是最典型用于在手机间快速传递大量信息（不需要互联网）的应用，比如文件，视频等。茄子快传和chirp都可以传输大文件，但原理上有比较大的区别。

实现原理：A手机发送文件给B手机。B是接收者，B首先建立wifi热点，然后建立sockt通道，最后把wifi用户名和密码通过声波发送出去（用户名和密码在10字符左右）。A处于监听状态，在收到声波，解码出wifi用户名和密码后，连接wifi热点，连接成功后，通过socket把文件发送给B。茄子快传和chirp的根本不同在于chirp高度依赖于互联网；而茄子快传则不需要互联网，仅需要wifi。

关键点：

1. 发送的信息为10个字符左右的用户名和密码。
2. 接收者不停的在发送wifi用户名和密码。
3. 真正的信息传输是通过wifi传输的，声波作为握手的工具。

3.传输少量信息

chirp是最典型的应用，比如两个应用之间直接传输少量的文本或者其他信息，原理和上面的差不多，我就不啰嗦了