Введение 5
ГЛАВА 1. СПОСОБЫ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ 7
1.1. Инфракрасное излучение 7
1.2. Передача данных с помощью аудио 8
1.2. 1. Модуляция 8
1.2.2. Амплитудная модуляция 9
1.2.3. Частотная модуляция 10
1.2.4. Фазовая модуляция 10
1.2.5. OFDM-модуляция 10
1.3. Технология Li-Fi 11
1.3.1. Архитектура системы Li-Fi 12
1.3.1. Область применения 13
1.4. Передача данных с помощью двухмерного штрихкода 13
1.4.1. PDF417 14
1.4.1. DataMatrix 14
1.4.2. QR-код 15
1.4.3. Microsoft Tag 16
1.4.4. Сравнение вместимости штрихкодов 17
1.5. Выводы по главе 18
ГЛАВА 2. QR-КОД. ТЕОРИЯ, ПРИНЦИПЫ КОДИРОВАНИЯ И
ДЕКОДИРОВАНИЯ 19
2.1. Quick Response Code 19
2.2. Кодирование данных 20
2.2.1. Цифровое кодирование 20
2.2.2. Буквенно-цифровое кодирование 21
2.2.3. Байтовое кодирование 21
2.3. Добавление служебной информации 21
2.4. Разбиение на блоки 23
2.4.1. Создание байтов коррекции 25
2.5. Объединение информационных блоков 26
2.6. Размещение информации на поле кода 27
ГЛАВА 3. РЕАЛИЗАЦИЯ СПОСОБА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ С ПОМОЩЬЮ
АНИМИРОВАННОГО QR КОДА 31
3.1. Обнаружение QR-кода на изображении 31
3.1.1. Перевод цветного изображения в градации серого 31
3.1.2. Бинаризация изображения 32
3.1.3. Выделение границ на изображении 35
3.1.4. Выделение границ Канни 40
3.1.5. Преобразование Хаффа 42
3.1.6. Аппроксимация контуров 44
3.2. Альтернативный метод обработки изображения 45
3.3. Способ фиксации маркеров 47
3.4. Увеличение вместимости QR-кода 48
3.5. Протокол передачи данных 51
3.6. Структура приложения передачи данных 51
Заключение 55
Список использованной литературы 56
Технологии беспроводной связи на сегодняшний день получили большое развитие. В основном это связано с прочным входом в нашу жизнь таких портативных устройств, как смартфон, планшетный и мобильный компьютеры. Система беспроводной связи избавлена от главного недостатка проводных сетей - проблем с установлением связи через кабели.
Беспроводные сети очень удобны в местах общественного пользования: библиотеках, музеях, общественном транспорте, университетах, отелях - везде, где существует потребность в передаче данных большому количеству людей.
В основном, для беспроводной передачи данных используется технология, основанная на радиоволнах. Однако, существует места, где использовать такие технологии либо экономически не выгодно, либо технически невозможно. Таким образом, существует потребность в технологии беспроводной передачи данных, не использующей радиоволны. Подобные системы могут быть использованы, например, в самолетах: авиакомпании могли бы реализовать электронную библиотеку-терминал, с помощью которой пассажиры могли бы скачать себе книгу; на туристических маршрутах или музеях, где посетители, подходя к достопримечательности или экспонату, могли бы скачать информацию о нем. Если, например, в музее такая технология не так целесообразна, хотя и имеет место быть, то на туристических маршрутах, гораздо более экономично реализовать небольшие стенды, транслирующие QR-код с информацией об объекте, чем создавать много точек доступа WI-FI или Bluetooth. Наиболее подходящий для этого способ передачи данных - оптическое излучение, поскольку, и приемником и передатчиком может являться смартфон (камера и дисплей). Так, например, передавать данные можно с помощью QR-кода, но его вместимость ограничена. Поэтому нужна технология, позволяющая увеличить вместимость и скорость передачи данных подобным образом.
Целью данной работы является разработка технологии беспроводной передачи данных с помощью модифицированного QR-кода.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. провести анализ беспроводных средств передачи данных, не использующих радиоволны;
2. изучить способы детектирования QR-кода;
3. изучить принцип формирования и считывания QR-кода;
4. создать модификацию QR-кода для увеличения его вместимости;
5. реализовать технологию передачи большого объема данных с помощью QR-кода.
Во время выполнения работы все поставленные задачи были выполнены в полном объеме с имеющимися возможностями:
1. проведен анализ беспроводных средств передачи данных, не использующих радиоволны;
2. изучены способы детектирования меток на изображении;
3. изучены принципы формирования и считывания QR кода;
4. создана модификация QR кода, использующая цвета для кодирования 3 бит информации в модуле вместо одного;
5. созданная технология передачи данных последовательностью кодов позволяет передавать файлы большего объема, чем может вместить в себя один QR код.
При тестировании метода скорость формирования QR-кодов была 12..14 кадров в секунду, а скорость считывания достигала 4.. 6 кадров в секунду. Данные результаты могут быть улучшены с помощью более оптимизированного кода и, возможно, при использовании библиотек обработки изображений.
Полученные результаты показывают, что подобная технология передачи данных возможна и может быть полезна в некотором узком кругу задач. Скорости приема и передачи у данной технологии ниже, чем скорости в технологиях Bluetooth или Wi-Fi, но она может быть развернута в тех местах, где невозможно или не выгодно использовать радиоволны.
Основной проблемой данного метода передачи данных является то, что для больших файлов один пропущенный при сканировании кадр увеличит время считывания вдвое - получатель придется ждать полного цикла показа кадров снова. Данная проблема может быть решена с помощью использования фонтанных кодов, которые позволяют преобразовать исходные данные в практически неограниченное количество закодированных блоков. Имея некоторую выборку этих блоков, можно восстановить исходные данные.
