可见光通信 + 声波通信
网络系统课程实验 大四课程

sound/下是声音相关的源码，包括录音，转WAV等功能的android程序(PCMSample)和matlab对声音的加解码程序。
VLC_rece/和VLC_trans/下分别是VLC实验的接受和发送端，因为我android编程是现学现卖的，代码可能有点丑陋，而且程序可能会有一些问题。我实验用了android7和android4，所以在大部分手机上应该能够跑起来。

1. 实验概述
实验设备：小米5、HTC。小米5手机作为发射端，展示图片的同时，将信息编码进入图片。HTC作为接收端，解出图片中的信息。
开发IDE：android studio
2. 系统设计
参考文献: (Mobisys15)Real-Time Screen-Camera Communication Behind Any Scene
将二进制串信息编码进入图片，利用图片明暗分别编码0，1。在图片的上层增加一个信息传输层，初始状态为全透明黑色，因此不影响图片的显示。接下来，改变信息传输层的透明度的值，从而影响图片的亮度显示，如下：

我们简化的做法是不划分网格，而是将整个图片进行渲染，利用时间上的黑亮编码1、0值，可类比闪光灯。
对于编码，我们自定义编码1 – 01， 0 – 001。这样做一是通过冗余码在一定程度上进行纠错，另一个用处是判断传输完成，连续的0或1的出现即为结束。
同时，我们在每次传输的串前加入11序列标识传输的开始。发送端会等待2秒才开始传输，在这两秒内接收端接受到的为亮图片，即一系列的0串。
3. 系统实现
发送端：增加一个communication layer，从而可以通过改变其透明度从而影响显示亮度。将layer划分为6格(也就是将手机屏幕分为6格)，第一格和最后一格，透明度改变20%，中间四格改变10%。这样透明度为0时，图片亮，代表0 ，透明度为20%(2)，10%(4)时，图片黑，代表1。
接收端：我们使用RGB总和作为评判亮黑的值，同时维护两帧的窗口以及记录上次的解码值(0或者1),当计算得到两帧差值大于一个阈值且第一帧大，解出1，否则解出0，若两帧相差不多，则以记录的上一个解码值为结果。滑动一格，继续解码，直到出现连续的0或1值结束。
注意：我们给出的实时解码结果不是原始串，而是原始串经过加码后的串。比如原始串为“110”，我们解出结果如00{110101001}111111。{}内为加码后的串。前面为捕获2秒亮帧带来的连续0串(500ms采样最多4个)，后面为结束串(理应为连续的1串，但是如果手抖了一下，可能出现连续的0串)。
4.系统评估
对图片的显示影响：我们尽量将编码对图片的影响减到最小，当然不同人有不同的判断
实验响应：我们做的是实时解码显示，故而必须在接收端处理一帧完成后才能采集下一帧。实验发现，最快能够到达200ms完成每帧处理完全。我们展示和实验均采用500ms采集一帧，同时发送端也是500ms更新每帧。
一些简单的实验结论：同光照下，传输正确率随着距离增大而减小，同距离下，传输正确率随光照效果变差而减小。这些都符合我们的预期和常识。一般来说，距离越大，拍到的屏幕占比越小，噪声增加，所以传输正确率就会减小。同时可以看出光照对相机拍的图像影响很大。
我们实现的系统受距离和光的因素影响都很大，我觉得是因为要做到图片影响小，那么图片明暗两帧差距自然就比较小，并且我们没有做screen detect，所以就会比较易受到影响。所以对准与否和手抖均会对解码造成影响。但是一般10cm左右准确率还是挺高的。

1. 实验概述
实验设备：利用HTC手机播放加码后的音频，小米录音(并转wav)，得到传输后的加码音频。
加解码：线下matlab进行。
2. 系统设计和实现
采用Impulse coding方法（详情自己搜索资料），编码如下：
00 – 400 01 – 800 10 – 1200 11 – 1600
至于解码部分，中心**就是滤波去噪后FFT变化，再找波的中心，最后求出距离，根据编码规则解码。
传输过程，就是将编码的音频通过电脑传到HTC手机端，然后利用自带的音频软件进行播放，同时小米手机打开app进行录音及转为wav，最后传到电脑上用matlab进行解码。
3. 系统评估
我尝试过传过不同长度的字符串，从小串’Tsinghua’到最大173字节的文本，这之中有两个问题。第一个问题在于随着文本增加，音频大小增加很快，这个可以通过减少间隔进行优化。第二个问题在于解码部分，整个加码，传输，解码流程，对于小文本，最容易错的在于解码，而解码的难处在于找到正确的峰值位置。不同的文本大小导致不同的音频大小，不同的音频以及不同次的传输会导致每次峰值查找并不是都顺利。
经过我的调试，可以成功传输一些小的文本，比如’Tsinghua’串，比如173字节的文本，但是他们并不是同一参数成功的。这一过程我也发现，文件越大越容易出问题，而且一旦出问题，之后的所有数据均会出错。

这仅仅是一次实验，代码缺陷以及实现过程肯定有许多缺陷。但是在整个过程中，感觉自己学习到的东西还是很多的。