WO2019033191A1 - Método aperfeiçoado para comunicação de dados entre dispositivos através de ondas sonoras - Google Patents
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- WO2019033191A1 WO2019033191A1 PCT/BR2018/050288 BR2018050288W WO2019033191A1 WO 2019033191 A1 WO2019033191 A1 WO 2019033191A1 BR 2018050288 W BR2018050288 W BR 2018050288W WO 2019033191 A1 WO2019033191 A1 WO 2019033191A1
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Definitions
- the present invention relates to a method especially developed for direct application in communication on mobile devices with computational potential (eg smartphone, tablet) through sound waves, allowing the communication of data between two devices without the need for additional hardware and / or any other type of connectivity.
- mobile devices with computational potential eg smartphone, tablet
- sound waves allowing the communication of data between two devices without the need for additional hardware and / or any other type of connectivity.
- EP 1906696 A1 entitled “Information providing system” describes a model wherein a computer which broadcasts data through sounds emitted by the speaker thereof using NRZ (Non Return to Zero) modulation at frequencies preferably between 12 Khz and 13 Khz. A cellular device picks up the sound emitted and demodulates.
- NRZ Non Return to Zero
- this document describes in some detail the modulation / demodulation scheme, it ignores that airwaves are subjected to a large amount of noise interference from other sound sources in the environment and, above all, from the interference caused by the signal emitted and reflected by environmental surfaces. This makes it impossible to achieve the specified transmission speeds and makes the effectiveness of the disclosed method questionable.
- WO 2005055566 A1 entitled “Sonic data communication between mobile phones” describes a generic method for communication between cellular phones through sound, using audio frequencies between 8 Khz and 22 Khz.
- the description of the method used for modulation / demodulation is quite generic, covering practically all the methods listed in the technical literature and without going into technical details about which method has the most benefits.
- reference is made to the sound communication in the document title it devotes only a few lines to identify the modulation / demodulation methods to be used, describing all the main methods of digital signal processing (DSP).
- DSP digital signal processing
- WO 2013166567 A8 entitled “Method for communicating data between devices via sound waves", of the same depositor, uses BPSK (Binary phase-shift keying) modulation. Although this method is more efficient than the others proposed, it still does not present specific solutions for some key problems highlighted in the scope of this patent. Generally, all such patent references generally describe methods for communicating between mobile devices in a more or less generic fashion. However, when observing the practical issues in this type of communication, it becomes evident a series that issues that are not resolved and solved by said documents.
- BPSK Binary phase-shift keying
- air is a medium of low density and with a velocity of sound propagation significantly lower than other means in which most of the traditionally used modulation / demodulation methods have been devised and developed, such as by example, the electromagnetic field.
- the quality of the loudspeakers and microphones of the mobile devices and computers currently on the market is quite heterogeneous. While some devices can efficiently reproduce and pick up frequencies up to 22 Khz, others find it difficult to reproduce as well as pick up in different ranges of the spectrum used in audio playback, that is, up to 22 Khz / 24 Khz. This condition, on the one hand, makes the use of frequencies above the human auditory spectrum (above 20 Khz) unsatisfactory, since only a small set of devices will be able to communicate efficiently. In turn, the use of high frequencies within the audible spectrum may, depending on the modulation chosen, create unpleasant high sounds to the point of disturbing the hearing human.
- Another object of the present invention is to provide an improved method for communicating data between devices via sound waves, which can be applied in the vast majority of the devices and varieties of speakers and microphones currently available on the market.
- Figure 1 shows a general scheme of data transmission between two devices according to the method of the present invention
- Figure 2 illustrates how near surfaces and the devices themselves generate reflections that interfere with the reception of the audio signal transmitted
- Figures 3A and 3B show a sample FSK (transmitted shift keying) signal and a sample of the captured signal with multipath propagation (B) interference;
- Figures 4A and 4B illustrate a sample PSK (transmitted phase shift keying) signal and a sample of the captured signal with multipath propagation (B) interference;
- Figures 5A and 5B illustrate as a method using OOK (0/7 off keying) audio pulses (A) and a sample of the captured signal with multipath propagation (B) interference;
- the original signal (A) is a sample of the captured signal with interference type multipath propagation (B);
- Figure 7 illustrates the variable spacing used by the second coding method that identifies the bit groupings by the time distance between each pulse
- Figure 8A and 8B illustrate the variable spacing used by the second coding method that identifies the bit groupings by the time distance between each pulse.
- Figure 9 shows the conceptual block diagram of the method of demodulation of captured sound waves in data.
- the general method of data transmission between two devices in accordance with the present invention comprises (i) encoding the digital data into digital sound signal, (ii) sending this digital signal to (iii) the propagation of sound in the air, (iv) the capture of sound through the microphone of the receiving device, (v) the transformation into digital sound data, and (vi) the decoding of the digital sound data for retrieval of the original data as issued.
- the improved method for communicating data between devices via sound waves according to the present invention uses fast scattered frequency pulses. This specificity of the method according to the present invention is justified by the following non-exhaustive reasons:
- Pulse amplitude is faster and easily detectable, making digital signal processors (DSPs) unnecessary more complex and computationally more expensive to the CPU of the devices; - because the pulses are very fast ( ⁇ 0.26 milliseconds), the pulse start can be detected before the interference of its reflections in the captured signal. Depending on the implementation this pulse size can be increased or reduced.
- DSPs digital signal processors
- pulse data encoding can be done in a number of ways, wherein the first form of modulation may be OOK (On Off keying), in which the presence of a pulse indicates a "1" bit ", while the absence of a pulse indicates a" 0 "bit.
- Figure 5A shows an example graphic of original sound.
- Figures 5A and 5B show graphs illustrating and emission of the original sound and its capture with interference.
- a time window should be established where possible interference is ignored.
- the maximum tolerable distance must be defined so that the signal can be skipped without sufficient signal attenuation so that it can be ignored.
- a second most efficient form of modulation utilizes DPPM (2-bit Differential Pulse-Position Modulatior ⁇ ), combined with the window buffer (B) used in the first method described above.
- the first pulse indicates the beginning of the information
- the second pulse indicates the beginning of a new bit pair.
- What defines the value of the bit pair is the distance between the pulses. The distance should follow the basics of the previous method, using window buffer B and pulse length P. As in the table below:
- Figure 7 shows a graph with data encoded by this modulation method.
- Signal demodulation is done in a similar way.
- the first pulse identified marks the beginning of the signal.
- the other pulses identify the data transmitted from the distance of time between the current pulse and the previous pulse.
- This method is more efficient when B> P * (2N-1), where N is equal to the number of bits grouped by frame.
- N 2N-1
- N 2N-1
- the coding process of the present invention is carried out by the following steps:
- Figures 8A and 8B respectively illustrate the graphics with the sound originally emitted and that filtered and modulated according to step b) above the method according to the present invention.
- the decoding process is described in the block diagram of Figure 9, and comprises the following steps:
- PDET Peak Detector
- the method according to the present invention comprising:
- BPF Band Pass Filter
- a decoding step consisting of: - capture the signal encoded by the microphone and scan through the audio capture hardware;
- PDET Peak Detector
- the method according to the present invention comprises:
- BPF Band Pass Filter
- PDET Peak Detector
- One of the preferred applications of the present invention is its use in payment systems for mobile devices, thus enabling the large amount of mobile devices (smartphones, tablets and the like) present in the market can act as point of sale (POS) and payment devices using a simple mechanics of collection and payment.
- POS point of sale
- the paying device transmits, via sound, the payment code relating to its purchase. This code may contain information about the purchase ticket.
- the vending device (POS) receives the code sent and makes the online conferencing of the authenticity of the same. Once authentication is complete, the sale can be completed.
- One of the most direct features of the present invention is the pairing of devices, in order to enable two physically close devices to share data in a simple and intuitive way.
- data transmission between two devices according to the present invention it is possible to easily pair two devices A and B, if device A and device B use the same application (or the functionality is already inserted in the operating system of the device itself ) and are physically close.
- a and B can recognize and establish a link for information exchange. From this point on, both sender and receiver will already be identified for receiving and sending data.
- an LF device may be connected to a door and lock release mechanism.
- the said DF device connected to the lock will be constantly listening to the ambient sound and will have a database of disposable "keys" (data sequences).
- a DL opening device will also have a database of "keys” for playback.
- the DF lock device will acknowledge its validity and open the door.
- the "key sound” used automatically becomes invalid after opening and will be discarded from both databases.
- Personal information exchange An example of an additional application is the exchange of personal contact information, for example, business cards.
- personal contact information for example, business cards.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
- Telephone Function (AREA)
Abstract
A presente invenção trata de um método especialmente desenvolvido para aplicação direta na comunicação em dispositivos móveis com potencial computacional (por exemplo, smartphone, tablet) através de ondas sonoras, permitindo a comunicação de dados entre dois dispositivos sem a necessidade de hardware adicional e/ou qualquer outro tipo de conectividade. Em seu conceito mais amplo, o método segundo a presente invenção compreende a utilização de pulsos rápidos de frequência dispersa lançando mão de banda mais larga de frequências para um único pulso, som intermitente (pulsos) e em uma banda larga de frequências (CSS - Chirp spread spectrum) e amplitude de pulsos mais rapidamente e facilmente detectável. O método, dentre outras inúmeras aplicações, é indicado para uso em sistema de pagamento por dispositivo móvel, compartilhamento de informações, fechaduras eletrônicas.
Description
"MÉTODO APERFEIÇOADO PARA COMUNICAÇÃO DE DADOS ENTRE DISPOSITIVOS ATRAVÉS DE ONDAS SONORAS"
Campo da Invenção
[001] A presente invenção trata de um método especialmente desenvolvido para aplicação direta na comunicação em dispositivos móveis com potencial computacional (por exemplo, smartphone, tablet) através de ondas sonoras, permitindo a comunicação de dados entre dois dispositivos sem a necessidade de hardware adicional e/ou qualquer outro tipo de conectividade.
Histórico da Invenção
[002] O conceito de utilizar ondas sonoras como forma de comunicação entre dispositivos já foi proposto anteriormente. Vários documentos de patentes anteriores abordam esse tema.
[003] O documento EP 1906696 A1 , título "Information providing system", descreve um modelo onde um computador que faz um broadcast de dados através de sons emitidos pelo speaker do mesmo, utilizando modulação NRZ {Non Return to Zero) em frequências preferivelmente entre 12 Khz e 13 Khz. Um aparelho celular capta o som emitido e efetua a demodulação. Embora esse documento descreva com algum detalhamento o esquema de modulação/demodulação, ele ignora que o meio de transmissão pelo ar {airwaves) é sujeito a uma grande quantidade de interferências de ruídos provocados por outras fontes sonoras no ambiente e, sobretudo, pela interferência causada pelo próprio sinal emitido e refletido por superfícies do ambiente. Esse fator torna impossível atingir as velocidades de transmissão especificadas e torna questionável a efetividade do método revelado.
[004] O documento WO 2005055566 A1 , título "Sonic data communication between mobile phones", descreve um método genérico para comunicação entre telefones celulares através do som, usando frequências de áudio entre 8 Khz e 22 Khz. A descrição do método utilizado para modulação/demodulação é bastante genérica, abrangendo praticamente todos os métodos listados na literatura técnica e sem entrar em detalhes técnicos sobre qual método apresenta mais benefícios. Apesar de se fazer referência à comunicação sonora no título do documento, ele dedica apenas algumas poucas linhas para identificar os métodos de modulação/demodulação a ser utilizado, descrevendo todos os principais métodos de processamento digital de sinal {DSP-Digital Signal Processor). Por simplesmente enumerar os tipos de modulação possíveis, esse documento ignora os aspectos específicos do meio a ser utilizado, qual seja, o ar. Não identifica qualquer característica que tornaria qualquer um dos métodos melhor ou pior, considerados os aspectos do meio utilizado. Assim, torna-se questionável a efetividade da comunicação sem que se aprofunde em questões chave como, por exemplo, reflexões do sinal sendo transmitido em superfícies próximas {multipath propagatiorí).
[005] Além desses documentos, outros também endereçam o tema. Por exemplo, o WO 2003096593 A2, título "Wireless communication using sound", que utiliza modulação QPSK {Quadratude Phase Shift Keying), também não endereça aspectos abordados pela presente invenção, o que tornam sua efetividade questionável.
[006] O documento WO 2013166567 A8, intitulado "Método para comunicação de dados entre dispositivos através de ondas sonoras", do mesmo depositante, utiliza modulação BPSK {Binary phase-shift keying). Embora este método seja o mais eficiente que os demais propostos, ainda não apresenta soluções especificas para alguns problemas chave destacados no escopo desta patente.
[007] De um modo geral, todas essas referências patentárias descrevem de forma mais ou menos genérica métodos para comunicação entre dispositivos móveis. No entanto, ao se observar as questões práticas neste tipo de comunicação, torna-se evidente uma série que questões relevadas e não solucionadas pelos referidos documentos.
[008] Como é de todo conhecido, o ar é um meio de baixa densidade e com velocidade de propagação do som significantemente menor do que outros meios nos quais a maior parte dos métodos de modulação/demodulação tradicionalmente utilizados foram idealizados e desenvolvidos, como por exemplo, o campo eletromagnético.
[009] Ondas sonoras, diferentemente de ondas eletromagnéticas, são majoritariamente refletidas ao encontrarem barreiras sólidas. Isto faz com que a existência de reflexões de superfícies no caminho a ser percorrido pelo sinal transmitido deve ser considerada {multipath propagation).
[0010] Os dispositivos móveis atuais (por exemplo, smartphones) assim como os computadores, desktops ou notebooks, possuem uma grande variação no que se refere ao posicionamento de seus alto-falantes {speakers) e microfones. Desta forma, pode-se considerar que, mesmo com distâncias reduzidas, é provável que o caminho entre o sinal emitido pelo alto-falante de um dispositivo até o microfone de um segundo dispositivo não seja direto, e que na maioria dos casos sofra a interferência de reflexões do próprio sinal emitido {multipath propagation).
[0011]O uso de frequências sonoras altas, na orden de 8Khz - 22Khz é recomendável por serem ditas frequências menos sujeitas à interferência de ruídos ambientes, ao mesmo tempo em que proporcionam uma maior largura de banda para transmissão de dados. No entanto, por terem um período de
onda curto ( < 0,136 milissegundos ), frequências altas são muito susceptíveis ao efeito construtivo/destrutivo da sobreposição do sinal original com suas reflexões. Uma distância pequena, por exemplo, cerca de 4 cm, pode, dependendo da configuração das superfícies próximas, cancelar totalmente ou tornar mais forte o sinal captado pelo microfone. Além disso, como não é esperado que os dispositivos estejam perfeitamente parados durante a transmissão, esse efeito construtivo/destrutivo pode variar muito em intensidade com pequenas movimentações ou mudanças de ângulo entre os aparelhos e as superfícies próximas durante a transmissão.
[0012] É bastante comum e esperado que existam superfícies reflexivas próximas aos dispositivos em comunicação, como mesas, paredes e, sobretudo, as próprias superfícies planas dos dispositivos, tornando esse problema relevante na efetividade a eficiência da comunicação.
[0013] Os mais diversos métodos de modulação apresentados pelo estado da técnica são em geral bastante afetados pelo fenómeno acima descrito, tornando a eficiência e até efetividade significativamente prejudicada.
[0014] Ainda, há de se considerar o fato de que a qualidade dos alto-falantes e microfones dos dispositivos móveis e computadores atualmente no mercado é bastante heterogénea. Enquanto alguns dispositivos conseguem com eficiência reproduzir e captar frequências até 22 Khz, outros apresentam dificuldade tanto de reprodução como de captação em faixas diversas do espectro utilizado em reprodução de áudio, ou seja, até 22 Khz/24 Khz. Essa condição, por um lado, torna o uso de frequências acima do espectro auditivo humana (superior a 20 Khz) pouco recomendável, uma vez que apenas um conjunto reduzido de aparelhos será capaz de se comunicar com eficiência. Por seu turno, o uso de frequências altas dentro do espectro audível, pode, dependendo da modulação escolhida, criar sons agudos desagradáveis ao ponto de incomodar a audição
humana.
[0015] O conjunto de questões e problemas acima enumerados é em grande parte responsável pela pouca efetividade das soluções de transmissão de dados via ondas sonoras, motivando sua pouca adoção até o presente momento.
Obietivos da Invenção
[0016] É assim um objetivo da presente invenção prover um método aperfeiçoado para comunicação de dados entre dispositivos através de ondas sonoras que solucione definitivamente os problemas do estado da técnica acima apontados.
[0017] Outro objetivo de presente invenção é prover um método aperfeiçoado para comunicação de dados entre dispositivos através de ondas sonoras, o qual pode ser aplicado na grande maioria dos aparelhos e variedades de speakers e microfones atualmente disponibilizados no mercado.
Breve Descrição das Figuras
[0018] O método para comunicação de dados entre dispositivos através de ondas sonoras de acordo com a presente invenção poderá ser bem compreendido com o auxílio das figuras em anexo, as quais não devem ser consideradas como limitativas do escopo da presente invenção, pois de uma forma meramente exemplificativa, representam:
- Figura 1 - ilustra um esquema geral da transmissão de dados entre dois dispositivos segundo o método da presente invenção;
- Figura 2 - ilustra como as superfícies próximas e dos próprios aparelhos geram reflexões que interferem com a recepção do sinal de áudio
transmitido;
- Figuras 3A e 3B - ilustram uma amostra de sinal FSK {frequency shift keying) transmitido (A) e uma amostra do sinal capturado com interferência tipo multipath propagation (B);
- Figuras 4A e 4B - ilustram uma amostra de sinal PSK {phase shift keying) transmitido (A) e uma amostra do sinal capturado com interferência tipo multipath propagation (B);
- Figuras 5A e 5B - ilustram como um método utilizando pulsos de áudio OOK (0/7 off keying) (A) e uma amostra do sinal capturado com interferência tipo multipath propagation (B);
- Figura 6A e 6B - Ilustram o espaçamento entre os pulsos emitidos. O sinal original (A) e uma amostra do sinal capturado com interferência tipo multipath propagation (B);
- Figura 7 - Ilustra o espaçamento variável utilizado pelo segundo método de codificação que identifica os agrupamentos de bits pela distância no tempo entre cada pulso;
- Figura 8A e 8B - Ilustram o espaçamento variável utilizado pelo segundo método de codificação que identifica os agrupamentos de bits pela distância no tempo entre cada pulso . O sinal original (A) e o sinal após o filtro BPF (B);
- Figura 9 - mostra o diagrama de blocos conceituai do método de demodulação das ondas sonoras captadas, em dados.
Descrição Detalhada da Invenção
[0019] Conforme esquematicamente ilustrado na Figura 1 , o método geral de transmissão de dados entre dois dispositivos de acordo com a presente invenção compreende (i) a codificação do dado digital em sinal digital de som, (ii) o envio deste sinal digital para reprodução em caixas de som do dispositivo emissor, (iii) a propagação do som no ar, (iv) a captura do som pelo microfone
do dispositivo receptor, (v) a transformação em dados digitais de som, e (vi) a decodificação do dado digital de som para recuperação do dado original conforme emitido.
[0020] Devido à grande quantidade de interferências potenciais geradas por superfícies próximas e dos próprios aparelhos envolvidos, métodos como FSK {frequency shift keying) e PSK {phase shift keying) são muito afetados pelo efeito construtivo/destrutivo das interferências. O Método OOK {On off keying), apesar de apresentar alguma melhora de performance também é afetado, tornando difícil a diferenciação entre um sinal "on" e uma eventual reflexão do sinal previamente transmitido.
[0021]Assim, especificamente, o método aperfeiçoado para comunicação de dados entre dispositivos através de ondas sonoras, segundo a presente invenção, utiliza pulsos rápidos de frequência dispersa. Essa especificidade do método segundo a presente invenção é justificada pelas seguintes razões, não exaustivas:
- utiliza uma banda mais larga de frequências para um único pulso, entre 8 Khz e 20 Khz, podendo o mesmo ser facilmente reproduzido e captado pela grande variedade de speakers e microfones atualmente no mercado. Eventualmente os limites de frequência dos pulsos podem ser alterados em seu limite mínimo ou máximo para se adequar ou tirar vantagem das condições específicas da sua implementação;
- utiliza som intermitente (pulsos) e em uma banda larga de frequências (CSS - Chirp spread spectrum), eliminando a necessidade de uso de grande potência na reprodução de frequências mais agudas em faixas estreitas. Esse aspecto torna o som final emitido mais agradável ao ouvido humano;
- amplitude dos pulsos é mais rapidamente e facilmente detectável, tornando desnecessários processadores digitais de sinais {DSPs) mais
complexos e computacionalmente mais caros à CPU dos dispositivos; - por serem pulsos muito rápidos ( < 0,26 milissegundos ), o início do pulso pode ser detectado antes da interferência de suas reflexões no sinal captado. Dependendo da implementação este tamanho de pulso pode ser aumentado ou reduzido.
[0022] De acordo com a presente invenção, a codificação de dados em pulsos pode ser feita de diversas formas, onde a primeira forma de modulação pode ser OOK {On off keying), na qual a presença de um pulso indica um bit "1 ", enquanto a ausência de um pulso indica um bit "0". A Figura 5A ilustra um gráfico de exemplo de som original.
[0023] Ainda, segundo a presente invenção, é de extrema importância que se leve em conta as possíveis reflexões de sinal. Uma reflexão próxima pode gerar um falso bit "1 " que não passa de um echo de um pulso anterior. As Figuras 5A e 5B mostram gráficos ilustrando e emissão do som original e sua captura com interferência.
[0024] Deve-se então estabelecer uma janela de tempo onde se ignore possíveis interferências. Para o cálculo do tamanho da janela de tempo, deve- se definir a distância máxima tolerável para que o sinal possa ser rebatido sem que tenha havido suficiente atenuação de sinal para que o mesmo possa ser ignorado.
[0025] As distâncias definidas e o tempo de duração podem variar de acordo com as especificações desejadas. Em um exemplo de implementação do método de acordo com a presente invenção aqui descrito, consideraremos uma distância máxima de 25 cm, ou seja, 50 cm total para o caminho do som. Tomando-se a velocidade do som como 34.029 cm/s, o tempo para o som percorrer 50 cm seria de aproximadamente 1 ,47 ms. Chamaremos este tempo
de buffer window (B). Soma-se a esse tempo de comprimento do pulso (P) de cerca de 0,45 ms e o frame F (ou janela de tempo) reservado para cada bit ficaria em 1 ,92 ms, possibilitando uma velocidade de transmissão de 520 bps. As Figuras 6A e 6B ilustram um exemplo de dado codificado com a modulação OOK(On off keying) utilizando o espaçamento F para a emissão de som original e aquele capturado com interferência.
[0026] Uma segunda forma mais eficiente de modulação utiliza DPPM {Differential Pulse-Position Modulatiorí) de ordem 2 (dois bits por pulso), combinado com o buffer window (B) utilizado no primeiro método acima descrito. O primeiro pulso indica o início da informação, o segundo pulso indica o início de um novo par de bits. O que define o valor do par de bits é a distância entre os pulsos. A distância deve seguir as bases do método anterior, usando o buffer window B e comprimento de pulso P. Como na tabela abaixo:
Tabela 1
[0027] A Figura 7 mostra um gráfico com dado codificado por esse método de modulação. A demodulação de sinal é feita de forma similar. O primeiro pulso identificado marca o início de sinal. Os demais pulsos identificam o dado transmitido a partir da distância de tempo entre o pulso atual e o anterior.
[0028] Esse método é mais eficiente quando B > P*(2N-1 ), onde N é igual ao número de bits agrupados por frame. Na concretização aqui exemplificada N = 2, no entanto, dependendo dos limites desejados na transmissão, pode-se utilizar um valor mais alto. Uma transmissão utilizando esse segundo método, com N = 2, B = 1 ,54 ms e P = 0,45 ms, consumirá um tempo médio de (B+4*P)/2 = 1 ,63 ms, atingindo uma velocidade de transmissão de aproximadamente 614 bps, ou seja, cerca de 18% superior ao primeiro método.
[0029] Além disso, por garantir que apenas um pulso será utilizado para cada agrupamento, então se utilizará apenas um pulso como referência. Assim, o método torna-se menos sensível aos eventuais ruídos preemptivos que possam gerar falsos pulsos na captação de áudio.
[0030] O processo de codificação segundo a presente invenção é realizado através das seguintes etapas:
a) codificação do sinal inicial de forma similar a um sinal NRZI {Non-return- to-zero inverted) onde cada transição de valor "V" para "-V" marca a criação dos pulsos utilizados pelos métodos acima descritos. Para verificação da correção da mensagem transmitida, uma dupla de bytes CRC {Cyclic redundancy check) é adicionada à mensagem original;
b) passagem do sinal em um filtro BPF {Band Pass Filter) para que a modulação seja restrita à faixa de banda selecionada, gerando pulsos de sinal de rápida duração;
c) envio do áudio digital codificado para o hardware de reprodução de som no dispositivo para transmissão.
[0031] As Figuras 8A e 8B ilustram, respectivamente, os gráficos com o som originalmente emitido e aquele filtrado e modulado de acordo com a etapa b) acima do método segundo a presente invenção.
[0032] O processo de decodificação é descrito no diagrama de blocos da Figura 9, e compreende as seguintes etapas:
d) captação do sinal codificado pelo microfone e digitalização pelo hardware de captação de áudio;
e) passagem do sinal por um filtro BPF {Band Pass Filter) para restringir a faixa de frequências a serem analisadas;
f) passagem do sinal por um AGC {Automatic Gain Contro!), que efetua a normalização do sinal de input;
g) passagem do sinal por um Peak Detector (PDET) que identifica a presença de pulsos;
h) recuperação do dado codificado analisando os pulsos detectados {Data Recovering) após a codificação de dados; e
i) verificação da mensagem com o CRC {Cyclic redundancy check) gerado pela mesma.
[0033] De forma mais detalha, o método de acordo com a presente invenção que compreende:
a) uma etapa de codificação consistindo de:
- codificar o sinal inicial de forma similar a um sinal NRZI onde cada transição de valor "V" para "-V" marca a criação dos pulsos,
- utilizar um tamanho de Frame (F) correspondente ao Buffer Window (B) somado ao comprimento do Pulso (P), onde cada para cada Frame (F) se insere e inverte o sinal caso o bit de dados possua o valor 1 ;
- passar o referido sinal em um filtro BPF {Band Pass Filter) para que a modulação seja restrita à faixa de banda selecionada gerando pulsos de sinal de rápida duração; e
- enviar dito áudio digital codificado para o hardware de reprodução de som no dispositivo para transmissão;
b) uma etapa de decodificação que consiste de:
- captar o sinal codificado pelo microfone e digitalização pelo hardware de captação de áudio;
- passar o sinal por um filtro BPF {Band Pass Filter) para restringir a faixa de frequências a serem analisadas;
- passar o sinal por um AGC {Automatic Gain Control), que efetua a normalização do sinal de input;
- passar o sinal por um Peak Detector (PDET) que identifica a presença de pulsos;
- recuperar o dado codificado analisando os pulsos detectados {Data Recovering) após a codificação de dados;
- recuperar os bits 0 ou 1 a partir da detecção de pulsos a cada tempo F no sinal analisado; e
- verificar a mensagem com o CRC {Cyclic Redundancy Check) gerado pela mesma.
[0034] De modo alternativo e detalhado, o método de acordo com a presente invenção compreende:
a) uma etapa de codificação consistindo de:
- codificar o sinal inicial de forma similar a um sinal NRZI onde cada transição de valor "V" para "-V" marca a criação dos pulsos,
- estabelecer um Frame (F) correspondente ao Buffer Window (B) somado ao comprimento de Pulso (P) multiplicado pelo valor de cada dupla de bits transmitido ("V") acrescido de 1 ;
- efetuar a cada Frame (F) calculado uma inversão de sinal;
- passar o referido sinal em um filtro BPF {Band Pass Filter) para que a modulação seja restrita à faixa de banda selecionada gerando pulsos de sinal de rápida duração; e
- enviar dito áudio digital codificado para o hardware de reprodução de som no dispositivo para transmissão;
b) uma etapa de decodificação que consiste de:
- captar o sinal codificado pelo microfone e digitalização pelo hardware de captação de áudio;
- passar o sinal por um filtro BPF {Band Pass Filter) para restringir a faixa de frequências a serem analisadas;
- passar o sinal por um AGC {Automatic Gain Control), que efetua a normalização do sinal de input;
- passar o sinal por um Peak Detector (PDET) que identifica a presença de pulsos;
- recuperar o dado codificado analisando os pulsos detectados {Data Recovering) após a codificação de dados;
- analisar a distância de tempo entre o pulso atual e o anterior e recuperar os bits correspondentes; e
- verificar a mensagem com o CRC {Cyclic redundancy check) gerado pela mesma.
Exemplos de Aplicação
[0035] Será apreciado por aqueles especialistas no assunto que, devido os aperfeiçoamentos introduzidos, o método aperfeiçoado para comunicação de dados entre dispositivos através de ondas sonoras segundo a presente invenção poderá ter inúmeras aplicações práticas na atualidade e outras que futuramente poderão ocorrer. Dentre as atuais aplicações, destacamos algumas que, de forma apenas exemplificativa e não limitativa da invenção, representam meras concretizações, as quais poderão ser alteradas de várias formas sem fugir do escopo inventivo acima descrito.
[00361 Sistemas de pagamento por dispositivo móvel: Uma das aplicações preferidas da presente invenção é sua utilização em sistemas de pagamento para dispositivos móveis, possibilitando assim que a grande quantidade de
dispositivos móveis (smartphones, tablets e similares) presentes no mercado possa atuar como ponto de venda (PDV) e dispositivos de pagamento utilizando uma mecânica simples de cobrança e pagamento. Através do método de transmissão de dados entre dois dispositivos de acordo com a presente invenção torna-se possível a criação de um sistema de pagamentos de mecânica bastante simples. O dispositivo pagador transmite, via som, o código de pagamento referente a sua compra. Este código pode conter informações sobre o ticket de compra. O dispositivo de venda (PDV) recebe o código enviado e efetua a conferência online da autenticidade do mesmo. Uma vez realizada a autenticação, a venda pode ser concluída.
Γ00371 Pareamento de celulares para compartilhamento de informações: Uma das funcionalidades mais diretas da presente invenção é o pareamento de dispositivos, de forma a viabilizar que dois dispositivos fisicamente próximos possam compartilhar dados de forma simples e intuitiva. Através método de transmissão de dados entre dois dispositivos de acordo com a presente invenção é possível facilmente parear dois dispositivos A e B, bastando o dispositivo A e o dispositivo B utilizarem a mesma aplicação (ou a funcionalidade esteja já inserida no próprio sistema operacional do aparelho) e estarem fisicamente próximos. Com um protocolo de pareamento específico da aplicação, A e B poderão se reconhecer e estabelecer um vínculo para troca de informações. A partir desse ponto, ambos remetente e destinatário já estarão identificados para recebimento e envio de dados.
Γ00381 Fechaduras eletrônicas: Outra aplicação simples e direta da presente invenção é para a abertura de fechaduras. Ou seja, possibilitar a abertura de fechaduras com a utilização de dispositivos móveis. Através do método de transmissão de dados entre dois dispositivos de acordo com a presente invenção, um dispositivo LF pode estar ligado a um mecanismo de liberação de portas e cofres. Referido dispositivo DF ligado a fechadura estará
constantemente ouvindo o som ambiente e possuirá uma base de dados de "chaves" (sequências de dados) descartáveis. Um dispositivo de abertura DL possuirá também uma base de dados de "chaves" para reprodução. Ao se reproduzir um dos "sons chave", o dispositivo da fechadura DF reconhecerá a validade do mesmo e abrirá a porta. O "som chave" utilizado passa automaticamente a ser inválido após a abertura e será descartado de ambas as bases de dados.
Γ00391 Troca de informações pessoais: Um exemplo de aplicação adicional é a troca de informações pessoais de contato, por exemplo, cartões de visita. Através do método de transmissão de dados entre dois dispositivos de acordo com a presente invenção é possível transmitir de forma simples, sem a necessidade de nenhum outro tipo de conectividade, dados pessoais, tais como, nome, empresa, endereço, telefone, email, etc. Basta que ambas as pessoas possuam um dispositivo móvel com a aplicação de troca de informações segundo a presente invenção e aproximem seus dispositivos. As informações pessoais de cada um serão transmitidas por som e devidamente cadastradas em um banco de dados interno de cada dispositivo para uso futuro.
Claims
1 . MÉTODO APERFEIÇOADO PARA COMUNICAÇÃO DE DADOS ENTRE DISPOSITIVOS ATRAVÉS DE ONDAS SONORAS, caracterizado pelo fato de utilizar pulsos rápidos de frequência dispersa e assim:
- utilizar uma banda mais larga de frequências para um único pulso;
- utilizar som intermitente (pulsos) e em uma banda larga de frequências (CSS - Chirp spread spectrum); e
- utilizar amplitude dos pulsos mais rapidamente e facilmente detectável.
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que a banda de frequências para um único pulso está na faixa entre 8 Khz e 20 Khz.
3. MÉTODO, de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o dito pulso é da ordem de < 0,26 milissegundos.
4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que compreende:
a) uma etapa de codificação consistindo de:
- codificar o sinal inicial de forma similar a um sinal NRZI onde cada transição de valor "V" para "-V" marca a criação dos pulsos,
- utilizar um tamanho de Frame (F) correspondente ao Buffer Window (B) somado ao comprimento do Pulso (P), onde cada para cada Frame (F) se insere e inverte o sinal caso o bit de dados possua o valor 1 ;
- passar o referido sinal em um filtro BPF {Band Pass Filter) para que a modulação seja restrita à faixa de banda selecionada gerando pulsos de sinal de rápida duração; e
- enviar dito áudio digital codificado para o hardware de reprodução de som no dispositivo para transmissão;
b) uma etapa de decodificação que consiste de:
- captar o sinal codificado pelo microfone e digitalização pelo hardware de captação de áudio;
- passar o sinal por um filtro BPF {Band Pass Fiitef) para restringir a faixa de frequências a serem analisadas;
- passar o sinal por um AGC {Automatic Gain Contro!), que efetua a normalização do sinal de input;
- passar o sinal por um Peak Detector (PDET) que identifica a presença de pulsos;
- recuperar o dado codificado analisando os pulsos detectados {Data Recovering) após a codificação de dados;
- recuperar os bits 0 ou 1 a partir da detecção de pulsos a cada tempo F no sinal analisado; e
- verificar a mensagem com o CRC {Cyclic Redundancy Check) gerado pela mesma.
5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que compreende:
a) uma etapa de codificação consistindo de:
- codificar o sinal inicial de forma similar a um sinal NRZI onde cada transição de valor "V" para "-V" marca a criação dos pulsos,
- estabelecer um Frame (F) correspondente ao Buffer Window (B) somado ao comprimento de Pulso (P) multiplicado pelo valor de cada dupla de bits transmitido ("V") acrescido de 1 ;
- efetuar a cada Frame (F) calculado uma inversão de sinal;
- passar o referido sinal em um filtro BPF {Band Pass Filter) para que a modulação seja restrita à faixa de banda selecionada gerando pulsos de sinal de rápida duração; e
- enviar dito áudio digital codificado para o hardware de reprodução de som no dispositivo para transmissão;
b) uma etapa de decodificação que consiste de:
- captar o sinal codificado pelo microfone e digitalização pelo hardware de captação de áudio;
- passar o sinal por um filtro BPF {Band Pass Filter) para restringir a faixa de frequências a serem analisadas;
- passar o sinal por um AGC {Automatic Gain Contro!), que efetua a normalização do sinal de input;
- passar o sinal por um Peak Detector (PDET) que identifica a presença de pulsos;
- recuperar o dado codificado analisando os pulsos detectados {Data Recovering) após a codificação de dados;
- analisar a distância de tempo entre o pulso atual e o anterior e recuperar os bits correspondentes; e
- verificar a mensagem com o CRC {Cyclic redundancy check) gerado pela mesma.
6. MÉTODO, de acordo com as reivindicações 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que na etapa a) é adicionada à mensagem original uma dupla de bytes CRC {Cyclic redundancy check) para verificação da correção da mensagem transmitida.
7. MÉTODO, de acordo com as reivindicações 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que é aplicado em sistema de pagamento por dispositivo móvel, compartilhamento de informações, fechaduras eletrônicas, dentre outras aplicações.
Applications Claiming Priority (2)
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| WO2019033191A1 true WO2019033191A1 (pt) | 2019-02-21 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Also Published As
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