CN102349250A - 用于将数据符号嵌入到亮度输出中的照明设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及将数据信号的数据符号嵌入到照明设备的亮度输出中。该设备包括控制器，该控制器被配置用于在帧周期内接收第一基本模式和第二基本模式，并且通过响应于数据信号而在帧周期内相对于第一基本模式对第二基本模式进行相移而产生平移的第二模式，从而将数据符号嵌入到设备的亮度输出中。所述设备也包括被配置成响应于第一基本模式而产生第一亮度输出的第一光源以及被配置成响应于平移的第二模式而产生第二亮度输出的第二光源。第一亮度输出和第二亮度输出具有不同的输出光谱，并且照明设备的亮度输出包括第一亮度输出和第二亮度输出二者。利用该方法，照明设备的短时平均光输出保持恒定，从而相对于现有技术方法减少了可见的闪烁并且允许使用较低的开关频率。

Description

用于将数据符号嵌入到亮度输出中的照明设备和方法

技术领域

本发明的实施例总体上涉及照明设备、光学接收器、照明***和方法的领域，更特别地，涉及用于将数据信号的数据符号嵌入到这样的照明设备的亮度输出中的设备和方法。

背景技术

近年来，正在开发允许消费者获得用于特定房间或空间的希望的气氛的高度先进的照明***。这些照明***离开对单独的光源的传统控制（接通/断开和调光（dimming）），转向场景设置，其中同时控制若干组光源。这种照明***的一个实例是若干组光源在一定结构（例如房间、大厅或车辆）中的布置。

对于这些场景设置应用而言，直观的用户交互被确定为最重要的成功因素之一。向用户提供与光源有关的诸如光源的本地化识别、它们的能力和当前设置之类的信息是允许实现直观的交互的关键。已经提出的向用户提供这样的信息的一种技术基于通过以这样的方式调制照明设备的亮度输出而嵌入识别一个光源或一组光源的代码（也称为“标识符”），该方式使得嵌入的代码对于消费者不可见。嵌入的代码由光学接收器接收，该光学接收器可以例如在用于控制照明设备的遥控器中实现，或者包含于诸如开关或传感器设备之类的另一个单元中。

这种技术的早期实现基于将标识符嵌入到光源的光输出强度中。然而，后来证明了人眼对于光功率的变化比对于光颜色的变化更加敏感。因此，更新近的方法被提出以便将标识符嵌入到颜色输出以及混合来自不同颜色通道的颜色的方式中。例如，US2007/0008258公开了一种用于将数据分开地嵌入到不同的颜色通道中且具有颜色匹配接收器的方法。US2007/0008258描述了一种光学通信***，该光学通信***：包括具有多个发光二极管的发射器，每个发光二极管发射不同波长的光；并且通过组合两个或更多不同波长的光而提供用于照明的光。发射器将一系列输入信号划分成与不同波长的光相应的多个信号，将所述多个信号中的每一个馈送给所述多个发光元件，并且通过调制所述多个发光元件的发射强度而执行码分多址通信。所述光学通信***也包括具有接收器的终端装备，该接收器包括针对每个相应波长从发射器接收光学信号的多个光接收元件。终端装备的接收器根据所述多个光接收元件的接收信号产生输出信号。

通过调制强度而嵌入数据以及通过调制颜色而嵌入数据二者导致每颜色通道的变化的时间平均输出。因此，将标识符嵌入到照明设备的亮度输出中的所有前面的实现方式的一个缺陷在于出现可见的闪烁，除非使用相当高的开关频率。前面的实现方式的另一个缺陷是低数据吞吐量，当长的地址用于识别光源（例如全世界唯一地址）时，尤其如此。

如前面所说明的，本领域中所需的是一种用于将数据嵌入到照明设备的亮度输出中的技术，其可以在不增大开关频率的情况下避免可见的闪烁且增加数据吞吐量。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种能够将数据符号嵌入到亮度输出中的照明设备、照明***和方法。此外，一个目的是提供一种能够接收和处理包含嵌入的数据的亮度输出的光学接收器。

本发明的一个实施例阐明了一种照明设备，该照明设备用于将数据信号的一个或多个数据符号嵌入到该照明设备的亮度输出中。该设备包括控制器，该控制器被配置用于在帧周期内接收第一基本模式（base pattern）和第二基本模式，其中当在本文中使用时，措词“基本模式”指的是帧周期内的一个或多个基本脉冲。控制器进一步被配置用于通过响应于数据信号而在帧周期内相对于第一基本模式对第二基本模式进行相移而产生平移的第二模式，从而将数据符号中的所述一个或多个嵌入到照明设备的亮度输出中。当在本文中使用时，术语“模式”指的是帧周期内的一个或多个脉冲。控制器可以以硬件、软件或者作为具有硬件部件和软件部件二者的混合解决方案而实现。所述设备也包括第一和第二光源。第一光源被配置成响应于第一基本模式而产生第一亮度输出。第二光源被配置成响应于控制器产生的平移的第二模式而产生第二亮度输出，其中第一亮度输出和第二亮度输出具有不同的输出光谱。照明设备的亮度输出包括第一亮度输出和第二亮度输出二者。

而且，公开了一种用于将数据信号的一个或多个数据符号嵌入到照明设备的亮度输出中的方法。该方法包括步骤：在帧周期内接收第一基本模式和第二基本模式，以及通过响应于包括数据符号的数据信号而在帧周期内相对于第一基本模式对第二基本模式进行相移而产生平移的第二模式，从而将数据符号中的所述一个或多个嵌入到照明设备的亮度输出中。该方法也包括步骤：响应于第一基本模式而产生第一亮度输出，以及响应于平移的第二模式而产生第二亮度输出。照明设备的亮度输出包括第一亮度输出和第二亮度输出，并且第一亮度输出和第二亮度输出具有不同的输出光谱。

为了允许从照明设备的亮度输出中获取数据信号的数据符号，公开了一种光学接收器。该公开的光学接收器包括光学检测器，该光学检测器被配置用于单独地检测照明设备的第一亮度输出和第二亮度输出，其中照明设备的亮度输出包括第一亮度输出和第二亮度输出，并且第一亮度输出和第二亮度输出具有不同的输出光谱。这样的功能可以例如通过使用具有不同滤色器的光传感器（photo sensor）来实现。接收器也包括处理单元，该处理单元被配置用于在帧周期内接收第一基本模式和第二基本模式，并且基于检测的照明设备的第二亮度输出接收平移的第二模式。此外，处理单元被配置用于针对帧周期确定第二基本模式与第一基本模式之间的第一相差，并且针对帧周期确定平移的第二模式与第一基本模式之间的第二相差。此外，处理单元被配置用于通过针对帧周期将第二相差与第一相差进行比较而确定数据信号的一个或多个数据符号。这样的接收器可以例如在用于控制照明设备的遥控器中实现，或者包含于诸如开关或传感器设备之类的另一个单元中。

当在本文中使用时，术语“相移”和“相差”指的是帧周期内参考通道的模式与非参考通道的模式之间的时差。术语“颜色通道”或“通道”指的是具有基本上相同的输出光谱的一个或多个光源（即基本上相同颜色的光源的集合）。基本模式的位置针对其保持恒定的通道在这里称为“参考通道”。基本模式的位置针对其相对于参考通道的基本模式发生相移的通道称为“非参考通道”。当在本文中使用时，措词“模式的位置”或者“脉冲的位置”指的是帧周期内模式的时间位置。因此，例如，措辞“基本模式的位置针对其发生相移的通道”指的是基本模式的时间位置针对其平移（即时间上平移）的通道。

以帧周期重复的任何模式（即第一基本模式、第二基本模式、平移的第二模式）可以在帧周期内包括单个脉冲（例如当以帧周期重复的模式构成脉宽调制信号时，情况就是如此）或者在帧周期内包括超过一个脉冲（例如当以帧周期重复的模式构成脉冲密度调制信号时，情况就是如此）。

本发明的主旨在于通过在帧周期内对非参考颜色通道的基本模式的位置进行循环相移（circularly phase shift）（即通过调制相差）而将数据嵌入到照明设备的亮度输出中。利用该方法，照明设备的短时平均光输出保持恒定，从而相对于现有技术方法减少可见闪烁并且允许使用较低的开关频率。接收器可以通过针对每个帧周期对于每个非参考颜色通道将参考通道和非参考通道的基本模式之间的相差与参考通道的基本模式和非参考通道的平移的模式之间的相差进行比较而提取嵌入的数据。

所述光源可以包括高压/低压气体放电源、无机/有机发光二极管、激光二极管、白炽源或卤素源。嵌入到照明设备的亮度输出中的数据可以包括光源的本地化识别、它们的能力和当前设置或者与光源有关的其他类型的信息。然而，应当指出的是，所公开的照明设备不一定应用于照明一定空间或区域的目的，而是同样地也可以应用于数据通信。作为一个实例，照明设备可以构成网络的接入点。对于这样的应用而言，照明设备产生的亮度输出的至少一部分可以位于可见光谱之外（即***的光源之一的光输出可以位于可见光谱之外）。

也应当指出的是，相差的二进制调制不是必需的。也已经设想了其他类型的调制，包括利用调幅控制信号的模拟调制或者包括多个水平的数字调制。相移可以例如具有四个位置，其允许在帧周期期间将二比特包含在亮度输出中。权利要求4、5、10和14有利地允许嵌入到照明设备的亮度输出中的数据信号类型的差异（即允许调制技术的差异）。

权利要求2、3和13的实施例允许帧周期内的较高的数据率。权利要求2和13的实施例提供了另外的光源以及因而可以被调制以便将数据符号嵌入到亮度输出中的另外的相差。权利要求3的实施例提供了针对每个非参考颜色通道将数据信号分离成单独的数据流的装置。

权利要求6和9的实施例允许光学接收器获得用于获取嵌入到照明设备的亮度输出中的数据符号的基本模式。在一些实施例中，照明设备可以在照明设备内的控制器启动之前或者在控制器停止对第二基本模式进行相移之后直接地向光学接收器提供第一基本模式和第二基本模式（权利要求6和9）。在其他实施例中，接收器可以包括存储基本模式的存储器（权利要求8）。在又一些实施例中，接收器可以被配置成从（无线地）接收的光信号中获得基本模式。例如，照明设备的光源可以被配置成在训练时间周期的持续时间内响应于各基本模式而产生其各自的亮度输出。在训练时间周期期间，接收器可以从检测的照明设备的亮度输出中获得基本模式，因为在该时间周期内，控制器不对第二基本模式进行相移。这样的训练周期可以例如在每次改变颜色通道的调光水平时出现。从接收的光信号中获得的基本模式可以存储在光学接收器内的存储器中以供后来使用。可替换地，光学接收器可以不接收基本模式本身，而是接收其导出物（derivative）（即根据其可以获得基本模式的参数）。例如，照明设备可以提供描述基本模式的参数，例如调光类型（例如PWM）和调光水平（例如46%）。然后，可以在光学接收器处产生基本模式，从而有利地降低了提供给光学接收器的通信量。在另一个实施例中，可以从接收的光信号中提取描述基本模式的参数。在又一个实施例中，可以通过估计每颜色通道的占空比（即通过估计哪个百分比的时间光源被切换到“接通”位置）并且本地地产生相应的基本模式而获得基本模式。这样的估计和基本模式生成可以使用光学接收器内的处理单元中的算法或者使用光学接收器内的存储器中存储的查找表来实现。

权利要求15的实施例提供了一种计算机程序，该计算机程序包括软件代码部分，用于实现权利要求7中记载的功能。这种计算机程序可以例如下载到现有的光学接收器或者在制造光学接收器时被存储。

最后，提出了一种包括照明设备和容纳光学接收器的遥控器的照明***（权利要求11）。

在下文中，将进一步详细地描述本发明的实施例。然而，应当理解的是，该实施例不可以被视为限制了本发明的保护范围。

附图说明

图1为依照本发明一个实施例的安装在一定结构中的照明***的示意图；

图2为依照本发明一个实施例的照明设备的示意图；

图3为各种不同调光方法的示意图；

图4为依照本发明一个实施例的用于将数据信号的一个或多个数据符号嵌入到照明设备的亮度输出中的方法步骤的流程图；

图5为依照本发明一个实施例的色间相位调制（inter-color phase modulation）的示意图；

图6为依照本发明另一个实施例的照明设备的示意图；

图7为依照本发明一个实施例的光学接收器的示意图；

图8A示出了依照本发明一个实施例的与用于两个PWM颜色通道的基本脉冲的相关性；

图8B示出了依照本发明一个实施例的用于两个PWM颜色通道的高通滤波信号的相关性；以及

图9示出了依照本发明一个实施例的两个PDM颜色通道的输出相关性。

具体实施方式

在下面的描述中，阐述了许多特定细节以便提供对于本发明的更透彻的理解。然而，本领域技术人员应当清楚的是，可以在没有这些特定细节中的一个或多个的情况下实施本发明。在其他情况下，没有描述公知的特征以便避免使本发明模糊不清。

图1示出了具有安装的照明***110的结构100，该结构在这种情况下为房间。照明***110包括多个照明设备120。照明设备120可以包括高压/低压气体放电源、无机/有机发光二极管、激光二极管、白炽源或者卤素源。照明***110可以进一步包括允许用户控制照明设备120的遥控器130。

图2为依照本发明一个实施例的照明设备200的示意图。照明设备200至少包括控制器210、光源220-1和光源220-2，并且被配置成依照光设置产生亮度输出205。照明设备200被配置成如下操作。如图2中所示，用于照明设备200的光设置被提供给光模式发生器230（其可选地可以包含在照明设备200内）。光设置指示平均亮度输出205在例如光功率（例如以流明定义）和颜色方面应当是什么。光设置可以由用户经由遥控器130提供或者可以经过预编程且从控制场景设置的外部单元提供。可替换地，光设置可以经过预编程且存储在光模式发生器230内的或者照明设备200内的存储器中。光模式发生器230将光设置转化成用于不同颜色通道的不同电驱动信号，并且将这些驱动信号提供给控制器210。同样地，当在本文中使用时，术语“颜色通道”指的是具有基本上相同的输出光谱的一个或多个光源（即基本上相同颜色的光源的集合）。控制器210反过来利用不同光源各自的驱动信号驱动不同的光源以便产生亮度输出205。因此，控制器210被配置成利用第一驱动信号驱动光源220-1以便产生亮度输出225-1，并且利用第二驱动信号驱动光源220-2以便产生亮度输出225-2。亮度输出225-1和225-2具有不同的输出光谱（即光源220-1和光源220-2是不同的颜色通道）。照明设备200的亮度输出205包括亮度输出225-1和亮度输出225-2。

如前面所描述的，光设置指示照明设备200的亮度输出205在例如光颜色方面应当是什么。亮度输出205的颜色变化可以通过借助于控制从光模式发生器230提供给控制器210的驱动信号对不同的颜色通道进行不同的调光而实现。对于每通道的恒定调光水平而言，从光模式发生器230提供给控制器210的驱动信号包括重复的脉冲模式，其以特定帧周期重复。一种类型的调光可以使用脉冲密度调制（PDM）来实现，在脉冲密度调制中，脉冲的密度与平均光功率输出相应。另一种类型的调光可以使用脉宽调制（PWM）来实现，在脉宽调制中，光源仅在帧周期的一定百分比时间内切换到接通水平，并且在剩余时间内光源断开。对于PWM实现方式而言，光模式发生器230可以包括脉宽调制器，例如微处理器中常用的脉宽调制器。对于这两种实现方式而言，光输出水平越高，帧周期期间的相对接通时间就越长（即脉冲越长）。图3示出了针对两种不同的光输出水平（最大输出水平的42%和66%）使用PWM实现的示例性驱动信号以及针对46%的光输出水平使用PDM实现的驱动信号。水平轴用来指示时间，并且竖直轴用来指示应用到不同光源以便驱动光源产生亮度输出的标称电流。如图所示，当光源接通时，标称电流A应用到光源达帧周期T2内的一定持续时间。当光源断开时，未应用电流。因此，图3图解说明了例如包括以帧周期T2重复的基本脉冲AA的驱动信号可以应用到一个光源以便使用PWM调光实现最大光输出的42%。类似地，包括以帧周期T2重复的基本脉冲BB的驱动信号可以应用到另一个光源以便实现最大光输出的66%。可替换地，包括一组以帧周期T2重复的基本脉冲CC的驱动信号可以应用到第三光源以便实现最大光输出的46%。该组脉冲基于我们定义为脉冲密度调制（PDM）的调制。时间周期T1指示可以解决的最小分辨率。

返回到图2，控制器210进一步被配置成从数据源240接收数据信号245。数据信号245包括数据符号，并且控制器210被配置成将这些数据符号嵌入到照明设备200的亮度输出205中。数据符号可以代表例如照明设备200、光源220-1和220-2的本地化识别、它们的能力和当前的光设置或者与照明设备有关的其他类型的信息。如下文所描述的，控制器210通过在帧周期序列期间保持一个颜色通道的基本脉冲的位置恒定（同样地，该通道称为“参考通道”），而在一个或多个长度为T2的帧周期内相对于参考通道的基本脉冲对另一个通道的基本脉冲的位置进行循环平移来嵌入数据符号。基本脉冲的位置针对其平移的通道称为“非参考通道”。通过这种方式，对于每个帧周期T2将数据符号嵌入到不同颜色通道的脉冲之间的相差中。这种嵌入技术因而称为“色间相位调制”。当在本文中使用时，术语“相差”和“相移”指的是帧周期T2内参考通道的脉冲与非参考通道的脉冲之间的时差。

图4为依照本发明一个实施例的用于使用色间相位调制技术将数据信号245的一个或多个数据符号嵌入到照明设备200的亮度输出205中的方法步骤的流程图。尽管结合图1、图2和图6描述了这些方法步骤，但是本领域技术人员应当认识到，被配置成以任何顺序执行这些方法步骤的任何***都处于本发明的范围之内。

所述方法开始于步骤410，其中控制器210在帧周期T2内从光模式发生器230接收第一基本模式和第二基本模式。第一和第二基本模式中的每一个可以在帧周期T2内仅包括一个脉冲（如图3中利用基本脉冲AA或基本脉冲BB所示），或者可以在帧周期T2内包括超过一个脉冲（如图3中利用基本脉冲CC所示）。

在步骤420中，控制器210通过在帧周期T2内响应于（即根据）包括数据符号的数据信号245相对于第一基本模式对第二基本模式进行（循环）相移而产生平移的第二模式。由于第一基本模式未平移，因而第一基本模式是用于参考通道的驱动信号，而平移的第二模式为用于非参考通道的驱动信号。

如图5中更详细地图示和描述的，控制器210被配置成产生平移的第二模式，从而将所述数据符号中的一个或多个嵌入到照明设备200的亮度输出205中。所述方法结束于步骤430，其中光源220-1响应于第一基本模式而产生亮度输出225-1，并且光源220-2响应于平移的第二模式而产生亮度输出225-1。如前面所描述的，在这样的实施例中，照明设备200的亮度输出205包括具有不同光谱的亮度输出225-1和亮度输出225-2。

图5为依照本发明一个实施例的色间相位调制的示意图。在图5中，PWM调光被选择为一个实例。此外，图5示出了照明设备中的色间相位调制，该照明设备具有三个颜色通道——红色（R）、绿色（G）和蓝色（B），即照明设备200包括三个光源。类似于图3，T1指的是可以解决的最小分辨率并且T2指的是帧周期。

所述三个颜色通道中的至少一个应当被设置为参考通道。在图5中，R通道为参考通道，并且没有相差调制应用到那里。在其他实施例中，数据信号245的嵌入也可以通过调制R通道或者组合R通道和G通道同时保持B通道的基本脉冲的位置恒定而实现。当所述通道之一未调制时，它可以被认为是参考通道。理论上，超过一个通道可以用作参考通道。此外，尤其取决于光设置，参考通道可以随着时间而改变。例如，初始时，红色通道可以用作参考通道，因为那个时候在照明设备的亮度输出中需要红色。然而，当在照明设备的亮度输出中不再需要红色时，另一个颜色通道可以用作参考通道。

由于在图5的实例中，除了参考通道之外，两个其他的通道可用，因而可以借助于两个并行的数据流嵌入数据信号245。这些数据流在图5中表示为d1和d2。因此，数据流d1通过相对于R通道对G通道的基本脉冲进行相移而嵌入，并且数据流d2通过相对于R通道对B通道的基本脉冲进行相移而嵌入。在可替换的实施例中，d2也可以通过相对于G通道对B通道的基本脉冲进行相移而嵌入。

应当指出的是，存在在相移中嵌入数据的不同方式。第一且最直接的方法是使用二进制调制（即数据信号245是二进制信号）。对于这种情况，相差的方向确定数据。例如，负平移可以代表逻辑“0”，并且正平移可以代表逻辑“1”。在这种情况下，在图5的实例中，d1(t1)将表示“1”并且d1(t2)将表示“0”。

可替换地，调制可以是多级的，其中相差的方向和幅度确定数据（即数据信号245是多级信号）。例如，一个T1周期上的负平移可以代表逻辑“00”，两个T1周期上的负平移可以代表逻辑“01”，一个T1周期上的正平移可以代表逻辑“10”，并且两个T1周期上的正平移可以代表逻辑“11”。在图5的实例中，d2(t1)将表示“11”并且d2(t2)将表示“00”。因此，可以将一个或多个数据符号嵌入到非参考通道的每个帧周期T2内。同样应当指出的是，可以在相移为零时嵌入数据符号。在帧周期内使用循环平移相对于正常（即非循环）平移具有明显的优势，在高输出水平的情况下，尤其如此。对于作为实例的用于PWM的这些长脉冲而言，只有少量的平移对于正常平移是可能的，并且因而只有少量的比特可以嵌入。对于循环平移而言，可以嵌入的比特数量与脉冲长度（即调光水平）无关。可能的平移的数量总是等于T1与T2之间的比值。

图6为依照本发明一个实施例的照明设备600的示意图。照明设备600被配置成与照明设备200类似地操作，但是它包括附加的元件。如图所示，照明设备600包括N个光源620-1、620-2、……620-N，其中N为大于2的整数。控制器210被配置成利用第一驱动信号驱动光源620-1以便产生亮度输出625-1，利用第二驱动信号驱动光源620-2以便产生亮度输出625-2，依次类推。亮度输出625-1至625-N具有不同的输出光谱（即光源620-1至620-N是不同的颜色通道）。在该实施例中，照明设备620的亮度输出605包括所有的亮度输出625-1至625-N。同样地，光模式发生器230可以包含于照明设备600中。

由于照明设备600包括N个光源，因而它们中的一个可以被指定为参考通道，而其他N-1个光源可以被指定为非参考通道。因此，同样如图6中所示，照明设备600进一步包括解复用器680。在这样的实施例中，数据源240被配置成向解复用器680提供数据信号245，该解复用器将数据信号245解复用成N-1个并行数据流（例如，对于图5中描述的情况，解复用器680被配置成将数据信号245解复用成第一数据流d1和第二数据流d2）。应当指出的是，在一个实施例中，可以指定不同的非参考通道以便嵌入不同类型的数据。例如，一个通道可以用于信令，另一个通道可以用于有效载荷数据，又一个通道用于温度信息。然后，控制器可以通过响应于数据信号245的第一数据流对第一非参考通道的基本模式进行相移而产生一个平移的模式，通过响应于数据信号245的第二数据流对第二非参考通道的基本模式进行相移而产生另一个平移的模式，依次类推。

照明设备200或600中的每一个可以用作***110内的照明设备120。在不同的实施例中，光源220-1、220-2、620-1至620-N中的每一个可以包括一组具有基本上相同的输出光谱的光源。数据源240和光模式发生器230也可以包含在照明设备200和600中。此外，控制器210可以以硬件、软件或者作为具有硬件部件和软件部件二者的混合解决方案而实现。

图7为依照本发明一个实施例的光学接收器700的示意图。光学接收器700被配置用于与照明设备600（或照明设备200）一起使用。光学接收器700被配置成确定嵌入到照明设备600的亮度输出605中的数据信号245的一个或多个数据符号。如图所示，光学接收器700包括光学检测器710，该光学检测器被配置用于例如通过使用具有不同滤色器的光传感器单独地检测照明设备600的每个颜色通道的亮度输出。光传感器的输出信号被数字化并且传输到处理单元720。因此，当光学检测器710检测到光源620-1（上面实例中的参考通道）产生的亮度输出625-1时，光学检测器710对检测的亮度输出625-1数字化以便复原第一组基本脉冲或者其导出物。当光学检测器710检测到光源620-2（上面实例中的非参考通道）产生的亮度输出625-2时，光学检测器710对检测的亮度输出625-2数字化以便复原平移的第二组脉冲或者其导出物，依次类推。

即使在这里我们就光学检测器检测光源的亮度输出描述了该检测器，本领域技术人员也应当认识到，这样的描述包括检测器检测光源的亮度输出的一部分。在实际情形中，不同的光源620-1至620-N不一定完全互补。在这样的情形中，在光学接收器700处，只有光源620-1至620-N的输出光谱的互补部分被滤波并且因而单独地被检测。因此，光学检测器710可以不检测每个光源产生的整个亮度输出，而是检测该亮度输出的一部分。

处理单元720被配置用于从光学检测器710接收复原的模式。因此，继续上面的实例，处理单元720接收复原的第一基本模式、平移的第二模式等等。处理单元720也被配置用于接收用于非参考通道的基本模式（即在控制器210引入任何相移之前由光模式发生器230产生的基本模式）。若干组基本脉冲用于获取嵌入到亮度输出605中的数据符号。在一个实施例中，处理单元720可以直接从光模式发生器730接收若干组基本脉冲，如图7中所示（应当指出的是，光模式发生器730可以包含于光学接收器700中）。在另一个实施例中，光学接收器700可以进一步包括存储器740，其中基本模式存储于存储器740中，并且处理单元720可以从存储器740接收基本模式（同样地在图7中示出）。在又一个实施例中，基本模式可以从（无线地）接收的光信号中导出。这可以通过限定其中不经过调制地传输基本模式的时间周期（该时间周期可以称为“训练周期”）而实现。这样的训练周期可以在每次改变颜色通道的调光水平时出现。在又一个实施例中，处理单元720可以接收可以根据其获得基本模式的参数，例如调光类型（例如PWM或PDM）以及不同颜色通道的调光水平。处理单元720（或者光模式发生器730）然后可以根据接收的参数重建用于通道的基本模式。在又一个实施例中，处理单元720可以根据从光学检测器710接收的信号估计占空比。占空比然后可以用来使用一定算法产生基本模式（在处理单元720或者光模式发生器730中），或者从存储器740中存储的相关模式将其读出。

一旦处理单元720接收到第一和第二基本模式以及平移的第二模式，那么处理单元720被配置成对于每个帧周期T2确定第二基本模式与第一基本模式之间的第一相差。如果第一基本模式和第二基本模式同时开始和/或结束，那么第一相差可以例如为零。处理单元720也被配置成对于每个帧周期确定平移的第二模式与第一基本模式之间的第二相差。通过针对每个帧周期将第二相差与第一相差进行比较，处理单元720可以获取数据信号245的数据符号。

对于PWM而言，可以直接地将光传感器的输出与基本模式进行比较。这样做将导致与图8A中所示类似的脉冲，在图8A中，R指定参考通道并且B指定非参考通道。三角形脉冲的宽度与脉宽直接有关。R和B通道中的峰位置差异与嵌入的数据符号相应。在该实例中，传输了“010”。可替换地，数字化的检测的亮度输出和/或基本模式可以首先例如通过经过高通滤波器而进行差分，并且然后相关。得到的相关输出的一个实例在图8b中针对相同的数据给出。峰值检测对于该情况容易得多，但是相关水平更小，使得嵌入的数据的获取更容易受噪声影响。负相关输出涉及基本模式的结束，其对于相位间调制方案是无关的。

类似的结果在图9中针对两个PDM通道而给出。在这种情况下，可以观察到更高的相关值。同样在这种情况下，存在参考脉冲与接收的信号之间的非理想对准。然而，仍然可清晰地观察到峰，并且因而可以成功地解码数据信号245的数据符号。

本发明的一个优点在于，可以将数据符号嵌入到照明设备的亮度输出中，同时保持照明设备的短时平均光输出恒定，相对于现有技术方法减少了可见的闪烁并且允许使用较低的开关频率。此外，可以通过使用若干颜色通道将数据嵌入到并行的数据流中而实现较高的数据吞吐量。此外，本发明可以解决照明设备中的频率/时钟变化，因为所有的颜色通道使用相同的时钟并且嵌入的数据相对于可以用作频率/定时参考的一个颜色通道而确定。

本发明的一个实施例可以实现为供计算机***使用的程序产品。程序产品的程序限定实施例的功能（包括本文描述的方法），并且可以包含在各种各样的计算机可读存储介质上。说明性的计算机可读存储介质包括但不限于：（i）信息永久存储于其上的不可写入存储介质（例如计算机内的诸如可由CD-ROM驱动器读取的CD-ROM盘之类的只读存储设备、闪存、ROM芯片或者任何类型的固态非易失性半导体存储器）；以及（ii）可变信息存储于其上的可写入存储介质（例如磁盘驱动器内的软盘或硬盘驱动器或者任何类型的固态随机存取半导体存储器）。

尽管以上所述涉及本发明的实施例，但是可以在不脱离本发明的基本范围的情况下设计出本发明的其他和进一步的实施例。例如，本发明的若干方面可以以硬件或软件或者以硬件和软件的组合实现。因此，本发明的范围由下面的权利要求书确定。

Claims (15)

1.一种照明设备，用于将数据信号的一个或多个数据符号嵌入到该照明设备的亮度输出中，该设备包括：

控制器，其被配置用于：

在帧周期内接收第一基本模式且在该帧周期内接收第二基本模式，并且

通过响应于数据信号而在帧周期内相对于第一基本模式对第二基本模式进行相移而产生平移的第二模式，从而将数据符号中的所述一个或多个嵌入到照明设备的亮度输出中；

第一光源，其被配置成响应于第一基本模式而产生第一亮度输出；以及

第二光源，其被配置成响应于平移的第二模式而产生第二亮度输出；

其中：

照明设备的亮度输出包括第一亮度输出和第二亮度输出，并且

第一亮度输出和第二亮度输出具有不同的输出光谱。

2.权利要求1的照明设备，其中：

控制器进一步被配置用于：

在帧周期内接收第三基本模式，并且

通过响应于数据信号而在帧周期内相对于第一基本模式对第三基本模式进行相移而产生平移的第三模式，从而将数据符号中的所述一个或多个嵌入到照明设备的亮度输出中；并且

所述设备进一步包括第三光源，该第三光源被配置成响应于平移的第三模式而产生第三亮度输出，

其中：

照明设备的亮度输出进一步包括第三亮度输出，并且

第一亮度输出、第二亮度输出和第三亮度输出具有不同的输出光谱。

3.权利要求2的照明设备，进一步包括解复用器，该解复用器被配置成将数据信号解复用成第一数据流和第二数据流，其中控制器通过响应于数据信号的第一数据流对第二基本模式进行相移而产生平移的第二模式并且通过响应于数据信号的第二数据流对第三基本模式进行相移而产生平移的第三模式。

4.权利要求1的照明设备，其中数据信号为二进制信号，并且嵌入到亮度输出中的数据符号中的所述一个或多个通过第二基本模式相对于第一基本模式的相移方向而确定。

5.权利要求1的照明设备，其中数据信号为多级信号，并且嵌入到亮度输出中的数据符号中的所述一个或多个通过第二基本模式相对于第一基本模式的相移方向和相移量而确定。

6.权利要求1的照明设备，进一步包括用于向光学接收器提供第一基本模式和第二基本模式或者其导出物的装置。

7.一种光学接收器，被配置用于与照明设备一起使用，该照明设备用于将数据信号的一个或多个数据符号嵌入到该照明设备的亮度输出中，该接收器包括：

光学检测器，其被配置用于单独地检测照明设备的第一亮度输出和第二亮度输出，其中：

第一亮度输出和第二亮度输出具有不同的输出光谱，并且

照明设备的亮度输出包括第一亮度输出和第二亮度输出；以及

处理单元，其被配置用于：

在帧周期内接收第一基本模式且在该帧周期内接收第二基本模式，

基于检测的照明设备的第二亮度输出接收平移的第二模式，

针对帧周期确定第二基本模式与第一基本模式之间的第一相差，

针对帧周期确定平移的第二模式与第一基本模式之间的第二相差，并且

通过针对帧周期将第二相差与第一相差进行比较而确定数据信号的一个或多个数据符号。

8.权利要求7的光学接收器，其中该接收器进一步包括存储器，其中：

第一基本模式和第二基本模式存储在该存储器中，并且

处理单元被配置成从存储器接收第一基本模式和第二基本模式。

9.权利要求7的光学接收器，其中处理单元被配置成从照明设备接收第一基本模式和第二基本模式。

10.权利要求7的光学接收器，其中数据信号为二进制信号，并且数据符号中的所述一个或多个通过第二基本模式相对于第一基本模式的相移方向而确定。

11.一种照明***，包括一个或多个依照权利要求1的照明设备以及包括至少一个依照权利要求7的光学接收器的遥控器，所述一个或多个照明设备被配置用于通过使用遥控器而被控制。

12.一种用于将数据信号的一个或多个数据符号嵌入到照明设备的亮度输出中的方法，该方法包括：

在帧周期内接收第一基本模式和第二基本模式；

通过响应于包括数据符号的数据信号而在帧周期内相对于第一基本模式对第二基本模式进行相移而产生平移的第二模式，从而将数据符号中的所述一个或多个嵌入到照明设备的亮度输出中；

响应于第一基本模式而产生第一亮度输出；以及

响应于平移的第二模式而产生第二亮度输出；

其中：

照明设备的亮度输出包括第一亮度输出和第二亮度输出，并且

第一亮度输出和第二亮度输出具有不同的输出光谱。

13.权利要求12的方法，进一步包括步骤：

在帧周期内接收第三基本模式；以及

响应于平移的第三模式而产生第三亮度输出，

其中：

通过响应于包括数据符号的数据信号而在帧周期内相对于第一基本模式对第三基本模式进行相移而产生平移的第三模式，从而将数据符号中的所述一个或多个嵌入到照明设备的亮度输出中，

照明设备的亮度输出进一步包括第三亮度输出，并且

第一亮度输出、第二亮度输出和第三亮度输出具有不同的输出光谱。

14.权利要求12的方法，其中数据信号为二进制信号，并且嵌入到亮度输出中的数据符号中的所述一个或多个通过第二基本模式相对于第一基本模式的相移方向而确定。

15.一种计算机程序，包括软件代码部分，被配置用于当在依照权利要求7的光学接收器中执行时执行这样的步骤，这些步骤包括：

针对帧周期确定第二基本模式与第一基本模式之间的第一相差；

针对帧周期确定平移的第二模式与第一基本模式之间的第二相差；以及

通过针对帧周期将第二相差与第一相差进行比较而确定数据信号的一个或多个数据符号。

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