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我只需要使用声卡传输文件。

到目前为止,我的算法是基于幅移键控(ASK)。

发送器:
程序将调制数据写入 WAV 文件。
当位为 1 时只需写“噪声”(创建波),否则写“静音”(0 幅度)。
静音和噪声的样本数量是预先定义的,并且在这两种情况下都是相等的。

接收器:
程序开始记录并等待高于预定义噪声阈值的样本。
一旦检测到噪声,它将记录的样本解调为 WAV 文件,直到检测到“结束信号”。

协议:

  1. 第一个字节是 255,不是数据的一部分(通知接收者有新文件)。
  2. 然后写入数据(文件内容)。
  3. 写入指示会话结束的 4 个预定义字节。
  4. 每个位传输 3 次,因此如果出现错误,它可以通过其他两个 (ECC) 猜测正确的位。

我正在使用NAudio C# 库来处理 WAV 文件(录制、播放、写入、读取)。

为了更好地理解,我在下面添加了一些代码,但我认为你可以省去麻烦,我只想知道算法中的缺陷以及如何改进它。

发射机:

//creates file with 44.1kHz sample-rate and 1 channel.
mWaveFileWriter = new WaveFileWriter(tempFile, new WaveFormat(44100, 1));

....

// save to WAV file modulated data the contains bytesData
public void Modulate(byte[] bytesData)
{
    foreach (var dataByte in bytesData)
    {
         // return 8 bit representation of the byte
         bool[] binaryByte = ToBinary(dataByte);

         foreach (bool bit in binaryByte)
         {
             if (bit)
                SaveNoise();
             else
                SaveSilence();
         }
         mWaveFileWriter.Dispose();
    }
}

private void SaveSilence()
{
    for (int n = 0; n < mSamplesPerBit; n++)
    {
        mWaveFileWriter.WriteSample(0);
    }
}

private void SaveNoise()
{
    // writes SamplesPerBit samples
    for (int n = 0; n < mSamplesPerBit; n++)
    {
        float sample = (float)(mNoiseAmplitude * Math.Sin((2 * Math.PI * n * mFrequency) / mWaveFileWriter.WaveFormat.SampleRate));
        mWaveFileWriter.WriteSample(sample);
    }
 }

在我拥有这个文件后,它会播放一次:

System.Media.SoundPlayer player = new System.Media.SoundPlayer(tempFile);
player.Play();

接收者:

WaveInEvent mWaveIn = new WaveInEvent();
mWaveIn.WaveFormat = new WaveFormat(44100, 1);
mWaveIn.DataAvailable += mWaveIn_DataAvailable;

....

void mWaveIn_DataAvailable(object sender, WaveInEventArgs e)
{
    // since it's 16bit sampling, I normalize each 2 bytes to samples of range (-1.0f) - 1.0f.
    float[] samples = ToSamples(e.Buffer);

    ...   // saves data, process it etc...
}

我没有写完所有内容,但基本上接收器会寻找8 * SamplesPerBit噪声样本。(它通过将样本与噪声阈值进行比较来确定样本是否有噪声)。然后保存所有其他数据,直到它检测到结束信号。最后,它将内容保存到文件中。

问题是,为了使其正常工作,我需要 SamplesPerBit 至少为 100。由于每秒有 44100 个样本,它每秒写入大约 441 位。
而且由于我的数据增加了两倍,总而言之,它不到 20 字节/秒。

我需要能够以至少 1KB/秒的速度传输数据。

关于如何提高比特率的任何建议都将非常有帮助。

我想用 FSK(幅度保持不变,频率变化)和Naudio 中的 FastFourierTransform 类来做,但我不认为那样会更快(可能更不容易出错)。

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1 回答 1

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你的方法有问题

  • 太长的静音或太长的噪音会导致流不同步
  • 例如传输 100MB 的零,最后解码的位数可能不同
  • 这可以通过偶尔的同步信号来修复
  • 您使用不容易正确检测到的噪声(因此传输速度较慢)
  • 在音频硬件上,您一路上有电容器,因此直流信号被破坏
  • 所以使用直流信号的代码是没有问题的,但还有很多其他的,所以......

如果您不受 ASK 约束,那么还有许多其他编码可能性更好:

  1. 调频

    • 例如 0 为 22050Hz,1 为 44100Hz
    • 每个位都可以编码成几个周期(至少 2 个)
    • 有时还需要一些同步信号(例如 11025Hz 10 周期每分钟一次
  2. PCM

    • 例如 44100Hz 的 4 个脉冲是 1
    • 44100hz的2个脉冲为0
    • 和所有位之间的 2 个静默期
    • 这不需要任何额外的同步信号

您还可以添加启动信号

  • 在数据之前有一些明显的频率和确切的停顿
  • 您也可以在数据之前添加某种标题
  • 所以接收者知道需要多少数据
  • 或者如果您想尝试使用哪种编码

[笔记]

  • 您可以尝试脉冲计数或频率
  • 我为您提供了快速且仍然可以正常工作的设置
  • 但是您应该测试错误率并将其配置为与您的硬件设置相匹配...
  • 要安全地识别频率,您至少需要 2 个周期。
  • 在嘈杂的环境中更...
于 2014-07-06T08:49:00.523 回答