《PHP應用：PHP實現基于文本的摩斯電碼生成器》要點：
本文介紹了PHP應用：PHP實現基于文本的摩斯電碼生成器，希望對您有用。如果有疑問，可以聯系我們。

最近遇到一個基于輸入文本生成摩斯代碼音頻文件的需求.幾番搜索無果之后,我決定本身編寫一個生成器.PHP實例

PHP實例

因為我希望通過web的方式拜訪我的摩斯代碼音頻文件,所以我決定采用PHP作為我主要的編程語言.上面的截圖顯示了一個開始生成莫斯代碼的網頁.在下載的zip文件中,包含了用于提交文本的網頁以及用于生成和展現音頻文件的PHP源文件.如果你想測試PHP代碼,你需要將網頁和相關的PHP文件復制到啟用了PHP的服務器上.PHP實例

對于許多人來說,莫斯代碼就像一些老電影中表現的那樣,便是一些“點”和“橫線”的序列,或者一連串的嗶嗶聲.顯然,如果你想用計算機代碼來生成莫斯代碼,這樣的了解是遠遠不夠的.這篇文章將會介紹生成莫斯代碼的要素,如何生成WAVE 格式的音頻文件,以及如何用PHP將莫斯代碼轉化成音頻文件.PHP實例

莫斯代碼PHP實例

莫斯代碼是一種文本編碼方式.它的優點是編碼方便,而且用人耳就能夠方便的解碼.本色上,是通過音頻(或者無線電頻)的開和關,從而形成或短或長的音頻脈沖,一般稱作點(dot)和線(dash),或者用無線電術語稱作“嘀”和“嗒”.用現代數字通信術語,莫斯代碼是一種振幅鍵控(amplitude shift keying ,ASK).PHP實例

在莫斯代碼中,字符(字母,數字,標點符號和特殊符號)被編碼成一個“嘀”和“嗒”的序列.所以為了把文本轉化成莫斯代碼,我們首先要確定如何來表示“嘀”和“嗒”.一個很顯然的選擇就是,用0表示“嘀”,用1表示“嗒”,或者反過來.不幸的是,莫斯代碼采用的是可變長編碼方案.所以我們也必需要使用一種可變長序列,或者采取一種方式,把數據打包成一種計算機內存通用的固定位寬(fixed bit-size)的格式.另外,需要特別注意的是,莫斯代碼并不區分字母大小寫,而且對一些特殊符號無法編碼.在我們這個實現中,未定義的字符和符號將會被忽略.PHP實例

在這個項目中,內存占用并不是一個必要特別考慮的問題.所以,我們提出一個簡單的編碼方案,即用“0”來表示每個“嘀”,用“1”來表示每個“嗒”,并且把他們放在一個字符串關聯數組中.定義莫斯代碼編碼表的PHP代碼就像下面這樣：PHP實例

$CWCODE = array ('A'=>'01','B'=>'1000','C'=>'1010','D'=>'100','E'=>'0',
  'F'=>'0010','G'=>'110','H'=>'0000','I'=>'00','J'=>'0111',
  'K'=>'101','L'=>'0100','M'=>'11','N'=>'10', 'O'=>'111',
  'P'=>'0110','Q'=>'1101','R'=>'010','S'=>'000','T'=>'1',
  'U'=>'001','V'=>'0001','W'=>'011','X'=>'1001','Y'=>'1011',
  'Z'=>'1100', '0'=>'11111','1'=>'01111','2'=>'00111',
  '3'=>'00011','4'=>'00001','5'=>'00000','6'=>'10000',
  '7'=>'11000','8'=>'11100','9'=>'11110','.'=>'010101',
  ','=>'110011','/'=>'10010','-'=>'10001','~'=>'01010',
  '?'=>'001100','@'=>'00101');

必要注意的是,如果你特別在意內存占用的話,上面的代碼可以解釋為位(bit).給每個代碼增加一個開始位,就可以形成一個位的模式,每個字符就可以用一個字節來儲存.同時,當解析最終編碼的時候,要刪除開始位左邊的位(bit),從而獲得真正的變長編碼.PHP實例

盡管許多人沒有意識到,事實上“時間間隔”是定義莫斯代碼的主要因素,所以理解這一點是生成莫斯代碼的關鍵.所以,我們要做的第一件事,就是定義莫斯代碼的內部碼(即“嘀”和“嗒”)的時間間隔.為了便利起見,我們定義一個“嘀”的聲音長度為一個時間單位dt,“嘀”和“嗒”之間的間隔也是一個時間單位dt；定義一個“嗒”的長度為3個dt,字符(letters)之間的間隔也是3個dt；定義單詞(words)之間的間隔是7個dt.所以,總結起來,我們的時間間隔表就像下面這樣：PHP實例

PHP實例

在莫斯代碼中,編碼聲音的“播放速度”通常用 單詞數/分鐘(WPM) 來表示.由于英文單詞有不同的長度,而且字符也有不同數量的“嘀”和“嗒”,所以,從WPM轉化成(音頻)數字采樣并不是看上去那樣簡單.在一份被國際組織采用的方案中,采用5個字符作為單詞的平均長度,同時,一個數字或標點符號被當做2個字符.這樣,平均一個單詞便是50個時間單位dt.這樣,如果你指定了WPM,那么我們總的播放時間便是 50 * WPM的時間單位/分鐘,每個“嘀”(即一個時間單位dt)的長度等于1.2/WPM秒.這樣,給出一個“嘀”的時間長度,其他元素的時間長度很容易就能夠計算出來.PHP實例

你可能已經注意到,在上面顯示的網頁中,對于低于15WPM的選項,我們使用了“Farnsworth spacing”.那么這個“Farnsworth spacing”又是個什么鬼?PHP實例

當報務員學習用耳朵來解碼莫斯代碼的時候,他就會意識到,當播放速度變化的時候,字符出現的節奏也會跟著變化.當播放速度低于10WPM的時候,他能夠從容的辨認“嘀”和“嗒”,并且知道發送的哪個字符.但是當播放速度超過10WPM的時候,報務員的辨認就會出錯,他辨認出來的字符會多于實際的“嘀”和“嗒”.當一個學習的時候習慣低速莫斯代碼的人,在處理高速播放代碼的時候,就會出現問題.因為節奏變了,他潛意識的辨認就會出錯.PHP實例

為了辦理這個問題,“Farnsworth spacing”就被發明出來了.本質上來講,字母和符號的播放速度依然采取高于15WPM的速度,同時,通過在字符之間插入更多的空格,來使整體的播放速度降低.這樣,報務員就能夠以一個合理的速度和節奏來識別每個字符,一旦所有的字符都學習完畢,就可以增加速度,而接收員只需要加快識別字符的速度就可以了.本質上來說,“Farnsworth spacing”這個技巧辦理了節奏變化這個問題,使接收員能夠快速學習.PHP實例

所以,在整個系統中,對于更低的播放速度,都統一成15WPM.相對應的,一個“嘀”的長度是0.08秒,但是字符之間和單詞之間的間隔就不再是3個dit或者7個dit,而是進行的調整以適應整體速度.PHP實例

生成聲音PHP實例

在PHP代碼中,一個字符(即前面數組的索引)代表一組由“嘀”、“嗒”和空白間隔組成的莫斯聲音.我們用數字采樣來組成音頻序列,而且將其寫入到文件中,同時加上適當的頭信息來將其定義成WAVE格式.PHP實例

生成聲音的代碼其實相當簡單,你可以在項目中PHP文件中找到它們.我發現定義一個“數字振蕩器”相當便利.每調用一次osc(),它就會返回一個從正玄波產生的定時采樣.運用聲音采樣和聲頻規范,生成WAVE格式的音頻已經足夠了.在產生的正玄波中的-1到+1之間是被移動和調整過的,這樣聲音的字節數據可以用0到255來表示,同時128表示零振幅.PHP實例

同時,在生成聲音方面我們還要考慮另外一個問題.一般來講,我們是通過正玄波的開關來生成莫斯代碼.但是你直接這樣來做的話,就會發現你生成的信號會占用非常大的帶寬.所以,通常無線電設備會對其加以修正,以減少帶寬占用.PHP實例

在我們的項目中,也會做這樣的修正,只不外是用數字的方式.既然我們已經知道了一個最小聲音樣本“嘀”的時間長度,那么,可以證明,最小帶寬的聲幅發生在長度等于“嘀”的正玄波半周期.事實上,我們使用低通濾波器(low pass filter)來過濾音頻信號也能達到同樣的效果.不外,既然我們已經知道所有的信號字符,我們直接簡單的過濾一下每一個字符信號就可以了.PHP實例

生成“嘀”、“嗒”和空白信號的PHP代碼就像下面這樣：PHP實例

while ($dt < $DitTime) {
 $x = Osc();
 if ($dt < (0.5*$DitTime)) {
 // Generate the rising part of a dit and dah up to half the dit-time
 $x = $x*sin((M_PI/2.0)*$dt/(0.5*$DitTime));
 $ditstr .= chr(floor(120*$x+128));
 $dahstr .= chr(floor(120*$x+128));
 }
 else if ($dt > (0.5*$DitTime)) {
 // For a dah, the second part of the dit-time is constant amplitude
 $dahstr .= chr(floor(120*$x+128));
 // For a dit, the second half decays with a sine shape
 $x = $x*sin((M_PI/2.0)*($DitTime-$dt)/(0.5*$DitTime));
 $ditstr .= chr(floor(120*$x+128));
 }
 else {
 $ditstr .= chr(floor(120*$x+128));
 $dahstr .= chr(floor(120*$x+128));
 }
 // a space has an amplitude of 0 shifted to 128
 $spcstr .= chr(128);
 $dt += $sampleDT;
 }
// At this point the dit sound has been generated
// For another dit-time unit the dah sound has a constant amplitude
$dt = 0;
while ($dt < $DitTime) {
 $x = Osc();
 $dahstr .= chr(floor(120*$x+128));
 $dt += $sampleDT;
 }
// Finally during the 3rd dit-time, the dah sound must be completed
// and decay during the final half dit-time
$dt = 0;
while ($dt < $DitTime) {
 $x = Osc();
 if ($dt > (0.5*$DitTime)) {
 $x = $x*sin((M_PI/2.0)*($DitTime-$dt)/(0.5*$DitTime));
 $dahstr .= chr(floor(120*$x+128));
 }
 else {
 $dahstr .= chr(floor(120*$x+128));
 }
 $dt += $sampleDT;
 }

WAVE格式的文件PHP實例

WAVE是一種通用的音頻格式.從最簡單的形式來看,WAVE文件通過在頭部包括一個整數序列來表示指定采樣率的音頻振幅.關于WAVE文件的詳細信息請查看這里Audio File Format Specifications website.對于產生莫斯代碼,我們并不需要用到WAVE格式的所有參數選項,僅僅需要一個8位的單聲道就可以了,所以,so easy.需要注意的是,多字節數據需要采用低位優先(little-endian)的字節順序.WAVE文件使用一種由叫做“塊(chunks)”的記錄組成的RIFF格式.PHP實例

WAVE文件由一個ASCII標識符RIFF開始,緊跟著一個4字節的“塊”,然后是一個包括ASCII字符WAVE的頭信息,最后是定義格式的數據和聲音數據.PHP實例

在我們的程序中,第一個“塊”包括了一個格式說明符,它由ASCII字符fmt和一個4倍字節的“塊”.在這里,由于我使用的是普通脈沖編碼調制(plain vanilla PCM)格式,所以每個“塊”都是16字節.然后,我們還需要這些數據：聲道數、聲音采樣/秒、平均字節/秒、一個區塊(block)對齊指示器、位(bit)/聲音采樣.另外,由于我們不需要高質量立體聲,我們只采用單聲道,我們使用 11050采樣/秒(標準的CD質量音頻的采樣率是 44200采樣/秒)的采樣率來生成聲音,并且用8位(bit)保存.PHP實例

最后,真實的音頻數據儲存在接下來的“塊”中.其中包括ASCII字符data,一個4字節的“塊”,最后是由字節序列(因為我們采用的是8位(bit)/采樣)組成的真實音頻數據.PHP實例

在程序中,由8位音頻振幅序列組成的聲音保留在變量$soundstr中.一旦音頻數據生成完畢,就可以計算出所有的“塊”大小,然后就可以把它們合并在一起寫入磁盤文件中.下面的代碼展示了如何生成頭信息和音頻“塊”.需要注意的是,$riffstr表示RIFF頭,$fmtstr表示“塊”格式,$soundstr表示音頻數據“塊”.PHP實例

$riffstr = 'RIFF'.$NSizeStr.'WAVE';
$x = SAMPLERATE;
$SampRateStr = '';
for ($i=0; $i<4; $i++) {
 $SampRateStr .= chr($x % 256);
 $x = floor($x/256);
 }
$fmtstr = 'fmt '.chr(16).chr(0).chr(0).chr(0).chr(1).chr(0).chr(1).chr(0)
   .$SampRateStr.$SampRateStr.chr(1).chr(0).chr(8).chr(0);
$x = $n;
$NSampStr = '';
for ($i=0; $i<4; $i++) {
 $NSampStr .= chr($x % 256);
 $x = floor($x/256);
 }
$soundstr = 'data'.$NSampStr.$soundstr;

總結和評論PHP實例

我們的文本莫斯代碼生成器目前看起來還不錯.當然,我們還可以對它做很多的修改和完善,好比使用其他字符集、直接從文件中讀取文本、生成壓縮音頻等等.因為我們這個項目的目的是使其能夠在網絡上方便的使用,所以我們這個簡單的方案,已經達到我們的目的了.PHP實例

當然,一如既往的,希望大家對這些簡單粗魯的代碼提出建議.PHP實例

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