Python音频通过激光传输

Question

到目前为止，我正在开展一个相对容易的项目。基础项目是使用音频转换通过激光传输数据/消息。 简而言之，这个过程目前就像这样

1. 用户输入消息
2. 消息转为二进制
3. 对于二进制消息中的每个1和0，它会播放相应的音调信号，在我的情况下，250hz为1，450hz为0。
4. 通过立体声电缆将输出音发送到装配到激光器的音频变压器
5. 太阳能电池板充当麦克风，并将传入的“声音”记录为文件
6. 它们播放文件并读取音调并尝试将每个250和450 hz匹配为1或0（这是我的问题所在。）

直到声音的实际处理很好，我目前的问题如下。

我每次播放音调x时间，在接收端录制y时间，y时间被采样多次，然后按样本分析，然后记录每个频率。这是低效且不准确的。无论我播放音调的时间有多少，我都会遇到很多问题，因为它经常会听到两次音调或根本听不到它，这完全抛弃了整个信息。
我试图将它采样的速率与每个音调播放的时间相匹配，但除非相应地对齐，否则它不起作用。我只对“test”和“hi”等消息进行了一些成功的测试。我已经研究过bpsk和fsk了，但是我觉得好像我已经做了类似的事情，但我接受了一个糟糕的接收端来解读它。

这些都是用Python编写的，我非常感谢您提供的任何提示，建议或可能的实现。同样对于音调发射我正在使用pyaudiere并且用于录音我正在使用pyaudio。

谢谢！

-Steve

Answer 1

这听起来像是硬件问题。我很确定 是FSK的工作。大多数现代FSK型系统使用PLL（锁相环芯片）进行实际检测。频率 - 电压或频率 - 电流电路也是可用的。

我在数十本业余爱好者书籍，数据表和网站上看过实用电路。以下是一些：

Circuit for demodulating an FSK signal

PLL Tutorial

我希望这不仅仅是为了你的另一次兔子之旅 - 祝你好运！

Answer 2

您是否通过聆听声音文件（发送和接收）或使用音频编辑器查看波形来进行健全性检查，以查看它们是否大致发声或看起来相同？这样，您就可以将问题缩小到渠道引发的错误，而不是软件分析。

您的解码/解调软件需要一种同步方法，可以确定和跟踪音频信号从一个调制频率变为另一个频率的时间，然后您需要单独测试此同步方法的偏移误差。

Answer 3

我会使用两个FIR滤波器来处理接收端，每个滤波器对应一个您要检测的频率。滤波器的系数只是您要查找的信号的副本（即一种情况下为250Hz，另一种情况下为450Hz）。您必须查看太阳能电池板的输出，以确定它是方波，正弦波还是介于两者之间的东西。过滤器的长度对应于音调的持续时间（即问题中的＆＃39; x＆＃39;）。样品并行送入两个过滤器。

需要对每个滤波器的输出进行整流（即取绝对值）并进行平滑处理。平滑可以使用大约一半x的简单移动平均值来完成（您可以尝试找到最佳值）。然后，如果你比较平滑的值（即a> b，或b> a），你应该得到一个0和1的流。

需要注意的事项：这假设两个频率的通道行为相同（即，您获得类似的snr和衰减）。您可能需要略微调整一下频率，因为450Hz非常接近500Hz，这是250Hz的谐波。

Answer 4

使用自我时钟信号表示，例如Manchester code。这样你的时间只需要“足够好”，而你主要担心检测频率的变化，在这种情况下。在链接文章中，高低电平指的是电压，但没有必要。您可以轻松使用高频和低频，或打开/关闭单个激光。