《PHP應(yīng)用：PHP實(shí)現(xiàn)基于文本的摩斯電碼生成器》要點(diǎn)：
本文介紹了PHP應(yīng)用：PHP實(shí)現(xiàn)基于文本的摩斯電碼生成器，希望對(duì)您有用。如果有疑問，可以聯(lián)系我們。

最近遇到一個(gè)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(gè)生成器.PHP實(shí)例

PHP實(shí)例

因?yàn)槲蚁Ｍㄟ^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(gè)開始生成莫斯代碼的網(wǎng)頁.在下載的zip文件中,包含了用于提交文本的網(wǎng)頁以及用于生成和展現(xiàn)音頻文件的PHP源文件.如果你想測(cè)試PHP代碼,你需要將網(wǎng)頁和相關(guān)的PHP文件復(fù)制到啟用了PHP的服務(wù)器上.PHP實(shí)例

對(duì)于許多人來說,莫斯代碼就像一些老電影中表現(xiàn)的那樣,便是一些“點(diǎn)”和“橫線”的序列,或者一連串的嗶嗶聲.顯然,如果你想用計(jì)算機(jī)代碼來生成莫斯代碼,這樣的了解是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的.這篇文章將會(huì)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(zhuǎn)化成音頻文件.PHP實(shí)例

莫斯代碼PHP實(shí)例

莫斯代碼是一種文本編碼方式.它的優(yōu)點(diǎn)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(guān),從而形成或短或長的音頻脈沖,一般稱作點(diǎn)(dot)和線(dash),或者用無線電術(shù)語稱作“嘀”和“嗒”.用現(xiàn)代數(shù)字通信術(shù)語,莫斯代碼是一種振幅鍵控(amplitude shift keying ,ASK).PHP實(shí)例

在莫斯代碼中,字符(字母,數(shù)字,標(biāo)點(diǎn)符號(hào)和特殊符號(hào))被編碼成一個(gè)“嘀”和“嗒”的序列.所以為了把文本轉(zhuǎn)化成莫斯代碼,我們首先要確定如何來表示“嘀”和“嗒”.一個(gè)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(shù)據(jù)打包成一種計(jì)算機(jī)內(nèi)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(qū)分字母大小寫,而且對(duì)一些特殊符號(hào)無法編碼.在我們這個(gè)實(shí)現(xiàn)中,未定義的字符和符號(hào)將會(huì)被忽略.PHP實(shí)例

在這個(gè)項(xiàng)目中,內(nèi)存占用并不是一個(gè)必要特別考慮的問題.所以,我們提出一個(gè)簡單的編碼方案,即用“0”來表示每個(gè)“嘀”,用“1”來表示每個(gè)“嗒”,并且把他們放在一個(gè)字符串關(guān)聯(lián)數(shù)組中.定義莫斯代碼編碼表的PHP代碼就像下面這樣：PHP實(shí)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(nèi)存占用的話,上面的代碼可以解釋為位(bit).給每個(gè)代碼增加一個(gè)開始位,就可以形成一個(gè)位的模式,每個(gè)字符就可以用一個(gè)字節(jié)來儲(chǔ)存.同時(shí),當(dāng)解析最終編碼的時(shí)候,要?jiǎng)h除開始位左邊的位(bit),從而獲得真正的變長編碼.PHP實(shí)例

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

PHP實(shí)例

在莫斯代碼中,編碼聲音的“播放速度”通常用 單詞數(shù)/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(shù)量的“嘀”和“嗒”,所以,從WPM轉(zhuǎn)化成(音頻)數(shù)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(gè)字符作為單詞的平均長度,同時(shí),一個(gè)數(shù)字或標(biāo)點(diǎn)符號(hào)被當(dāng)做2個(gè)字符.這樣,平均一個(gè)單詞便是50個(gè)時(shí)間單位dt.這樣,如果你指定了WPM,那么我們總的播放時(shí)間便是 50 * WPM的時(shí)間單位/分鐘,每個(gè)“嘀”(即一個(gè)時(shí)間單位dt)的長度等于1.2/WPM秒.這樣,給出一個(gè)“嘀”的時(shí)間長度,其他元素的時(shí)間長度很容易就能夠計(jì)算出來.PHP實(shí)例

你可能已經(jīng)注意到,在上面顯示的網(wǎng)頁中,對(duì)于低于15WPM的選項(xiàng),我們使用了“Farnsworth spacing”.那么這個(gè)“Farnsworth spacing”又是個(gè)什么鬼?PHP實(shí)例

當(dāng)報(bào)務(wù)員學(xué)習(xí)用耳朵來解碼莫斯代碼的時(shí)候,他就會(huì)意識(shí)到,當(dāng)播放速度變化的時(shí)候,字符出現(xiàn)的節(jié)奏也會(huì)跟著變化.當(dāng)播放速度低于10WPM的時(shí)候,他能夠從容的辨認(rèn)“嘀”和“嗒”,并且知道發(fā)送的哪個(gè)字符.但是當(dāng)播放速度超過10WPM的時(shí)候,報(bào)務(wù)員的辨認(rèn)就會(huì)出錯(cuò),他辨認(rèn)出來的字符會(huì)多于實(shí)際的“嘀”和“嗒”.當(dāng)一個(gè)學(xué)習(xí)的時(shí)候習(xí)慣低速莫斯代碼的人,在處理高速播放代碼的時(shí)候,就會(huì)出現(xiàn)問題.因?yàn)楣?jié)奏變了,他潛意識(shí)的辨認(rèn)就會(huì)出錯(cuò).PHP實(shí)例

為了辦理這個(gè)問題,“Farnsworth spacing”就被發(fā)明出來了.本質(zhì)上來講,字母和符號(hào)的播放速度依然采取高于15WPM的速度,同時(shí),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(bào)務(wù)員就能夠以一個(gè)合理的速度和節(jié)奏來識(shí)別每個(gè)字符,一旦所有的字符都學(xué)習(xí)完畢,就可以增加速度,而接收員只需要加快識(shí)別字符的速度就可以了.本質(zhì)上來說,“Farnsworth spacing”這個(gè)技巧辦理了節(jié)奏變化這個(gè)問題,使接收員能夠快速學(xué)習(xí).PHP實(shí)例

所以,在整個(gè)系統(tǒng)中,對(duì)于更低的播放速度,都統(tǒng)一成15WPM.相對(duì)應(yīng)的,一個(gè)“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(gè)dit或者7個(gè)dit,而是進(jìn)行的調(diào)整以適應(yīng)整體速度.PHP實(shí)例

生成聲音PHP實(shí)例

在PHP代碼中,一個(gè)字符(即前面數(shù)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(shù)字采樣來組成音頻序列,而且將其寫入到文件中,同時(shí)加上適當(dāng)?shù)念^信息來將其定義成WAVE格式.PHP實(shí)例

生成聲音的代碼其實(shí)相當(dāng)簡單,你可以在項(xiàng)目中PHP文件中找到它們.我發(fā)現(xiàn)定義一個(gè)“數(shù)字振蕩器”相當(dāng)便利.每調(diào)用一次osc(),它就會(huì)返回一個(gè)從正玄波產(chǎn)生的定時(shí)采樣.運(yùn)用聲音采樣和聲頻規(guī)范,生成WAVE格式的音頻已經(jīng)足夠了.在產(chǎn)生的正玄波中的-1到+1之間是被移動(dòng)和調(diào)整過的,這樣聲音的字節(jié)數(shù)據(jù)可以用0到255來表示,同時(shí)128表示零振幅.PHP實(shí)例

同時(shí),在生成聲音方面我們還要考慮另外一個(gè)問題.一般來講,我們是通過正玄波的開關(guān)來生成莫斯代碼.但是你直接這樣來做的話,就會(huì)發(fā)現(xiàn)你生成的信號(hào)會(huì)占用非常大的帶寬.所以,通常無線電設(shè)備會(huì)對(duì)其加以修正,以減少帶寬占用.PHP實(shí)例

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

生成“嘀”、“嗒”和空白信號(hào)的PHP代碼就像下面這樣：PHP實(shí)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(shí)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(gè)整數(shù)序列來表示指定采樣率的音頻振幅.關(guān)于WAVE文件的詳細(xì)信息請(qǐng)查看這里Audio File Format Specifications website.對(duì)于產(chǎn)生莫斯代碼,我們并不需要用到WAVE格式的所有參數(shù)選項(xiàng),僅僅需要一個(gè)8位的單聲道就可以了,所以,so easy.需要注意的是,多字節(jié)數(shù)據(jù)需要采用低位優(yōu)先(little-endian)的字節(jié)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(shí)例

WAVE文件由一個(gè)ASCII標(biāo)識(shí)符RIFF開始,緊跟著一個(gè)4字節(jié)的“塊”,然后是一個(gè)包括ASCII字符WAVE的頭信息,最后是定義格式的數(shù)據(jù)和聲音數(shù)據(jù).PHP實(shí)例

在我們的程序中,第一個(gè)“塊”包括了一個(gè)格式說明符,它由ASCII字符fmt和一個(gè)4倍字節(jié)的“塊”.在這里,由于我使用的是普通脈沖編碼調(diào)制(plain vanilla PCM)格式,所以每個(gè)“塊”都是16字節(jié).然后,我們還需要這些數(shù)據(jù)：聲道數(shù)、聲音采樣/秒、平均字節(jié)/秒、一個(gè)區(qū)塊(block)對(duì)齊指示器、位(bit)/聲音采樣.另外,由于我們不需要高質(zhì)量立體聲,我們只采用單聲道,我們使用 11050采樣/秒(標(biāo)準(zhǔn)的CD質(zhì)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(shí)例

最后,真實(shí)的音頻數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在接下來的“塊”中.其中包括ASCII字符data,一個(gè)4字節(jié)的“塊”,最后是由字節(jié)序列(因?yàn)槲覀儾捎玫氖?位(bit)/采樣)組成的真實(shí)音頻數(shù)據(jù).PHP實(shí)例

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

我們的文本莫斯代碼生成器目前看起來還不錯(cuò).當(dāng)然,我們還可以對(duì)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?yàn)槲覀冞@個(gè)項(xiàng)目的目的是使其能夠在網(wǎng)絡(luò)上方便的使用,所以我們這個(gè)簡單的方案,已經(jīng)達(dá)到我們的目的了.PHP實(shí)例

當(dāng)然,一如既往的,希望大家對(duì)這些簡單粗魯?shù)拇a提出建議.PHP實(shí)例

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