欢迎您访问程序员文章站本站旨在为大家提供分享程序员计算机编程知识！
您现在的位置是： 首页  >  后端开发

PHP实现基于文本的莫斯电码生成器_PHP教程

程序员文章站 2022-05-31 11:21:57
...

PHP实现基于文本的莫斯电码生成器

介绍

我最近遇到一个基于输入文本生成摩斯代码音频文件的需求。几番搜索无果之后，我决定自己编写一个生成器。

下载源代码 – 2.63 KB

PHP实现基于文本的莫斯电码生成器_PHP教程

因为我希望通过web的方式访问我的摩斯代码音频文件，所以我决定采用PHP作为我主要的编程语言。上面的截图显示了一个开始生成莫斯代码的网页。 在下载的zip文件中，包含了用于提交文本的网页以及用于生成和展现音频文件的PHP源文件。如果你想测试PHP代码，你需要将网页和相关的PHP文件复 制到启用了PHP的服务器上。

对于许多人来说，莫斯代码就像一些老电影中表现的那样，就是一些“点”和“横线”的序列，或者一连串的哔哔声。显然，如果你想用计算机代码来生成莫 斯代码，这样的了解是远远不够的。这篇文章将会介绍生成莫斯代码的要素，如何生成WAVE 格式的音频文件，以及如何用PHP将莫斯代码转化成音频文件。

莫斯代码

莫斯代码是一种文本编码方式。它的优点是编码方便，而且用人耳就能够方便的解码。本质上，是通过音频或者无线电频）的开和关，从而形成或短或长的 音频脉冲，一般称作点dot）和线dash），或者用无线电术语称作“嘀”和“嗒”。用现代数字通信术语，莫斯代码是一种振幅键控 amplitude shift keying ，ASK）。

在莫斯代码中，字符字母，数字，标点符号和特殊符号）被编码成一个“嘀”和“嗒”的序列。所以为了把文本转化成莫斯代码，我们首先要确定如何来表 示“嘀”和“嗒”。一个很显然的选择就是，用0表示“嘀”，用1表示“嗒”，或者反过来。不幸的是，莫斯代码采用的是可变长编码方案。所以我们也必须要使 用一种可变长序列，或者采取一种方式，把数据打包成一种计算机内存通用的固定位宽fixed bit-size）的格式。另外，需要特别注意的是，莫斯代码并不区分字母大小写，而且对一些特殊符号无法编码。在我们这个实现中，未定义的字符和符号将 会被忽略。

在这个项目中，内存占用并不是一个需要特别考虑的问题。所以，我们提出一个简单的编码方案，即用“0”来表示每个“嘀”，用“1”来表示每个“嗒”，并且把他们放在一个字符串关联数组中。定义莫斯代码编码表的PHP代码就像下面这样：

    

  1. $CWCODE = array ('A'=>'01','B'=>'1000','C'=>'1010','D'=>'100','E'=>'0', 
    2. 

  2.      'F'=>'0010','G'=>'110','H'=>'0000','I'=>'00','J'=>'0111', 
    3. 

  3.      'K'=>'101','L'=>'0100','M'=>'11','N'=>'10', 'O'=>'111', 
    4. 

  4.      'P'=>'0110','Q'=>'1101','R'=>'010','S'=>'000','T'=>'1', 
    5. 

  5.      'U'=>'001','V'=>'0001','W'=>'011','X'=>'1001','Y'=>'1011', 
    6. 

  6.      'Z'=>'1100', '0'=>'11111','1'=>'01111','2'=>'00111', 
    7. 

  7.      '3'=>'00011','4'=>'00001','5'=>'00000','6'=>'10000', 
    8. 

  8.      '7'=>'11000','8'=>'11100','9'=>'11110','.'=>'010101', 
    9. 

  9.      ','=>'110011','/'=>'10010','-'=>'10001','~'=>'01010', 
    10. 

  10.      '?'=>'001100','@'=>'00101'); 
    11.

需要注意的是，如果你特别在意内存占用的话，上面的代码可以解释为位bit）。给每个代码增加一个开始位，就可以形成一个位的模式，每个字符就可以用一个字节来储存。同时，当解析最终编码的时候，要删除开始位左边的位bit），从而获得真正的变长编码。

尽管许多人没有意识到，事实上“时间间隔”是定义莫斯代码的主要因素，所以理解这一点是生成莫斯代码的关键。所以，我们要做的第一件事，就是定义莫 斯代码的内部码即“嘀”和“嗒”）的时间间隔。为了方便起见，我们定义一个“嘀”的声音长度为一个时间单位dt，“嘀”和“嗒”之间的间隔也是一个时间 单位dt；定义一个“嗒”的长度为3个dt，字符letters）之间的间隔也是3个dt；定义单词words）之间的间隔是7个dt。所以，总结起 来，我们的时间间隔表就像下面这样：

项目

时间长度

嘀

dt

“嘀”/“嗒”之间的间隔

dt

“嗒”

3*dt

字符之间的间隔

3*dt

单词之间的间隔

7*dt

在莫斯代码中，编码声音的“播放速度”通常用 单词数/分钟(WPM) 来表示。由于英文单词有不同的长度，而且字符也有不同数量的“嘀”和“嗒”，所以，从WPM转化成音频）数字采样并不是看上去那样简单。在一份被国际组 织采用的方案中，采用5个字符作为单词的平均长度，同时，一个数字或标点符号被当做2个字符。这样，平均一个单词就是50个时间单位dt。这样，如果你指 定了WPM，那么我们总的播放时间就是 50 * WPM的时间单位/分钟，每个“嘀”即一个时间单位dt）的长度等于1.2/WPM秒。这样，给出一个“嘀”的时间长度，其他元素的时间长度很容易就能 够计算出来。

你可能已经注意到，在上面显示的网页中，对于低于15WPM的选项，我们使用了“Farnsworth spacing”。那么这个“Farnsworth spacing”又是个什么鬼？

当报务员学习用耳朵来解码莫斯代码的时候，他就会意识到，当播放速度变化的时候，字符出现的节奏也会跟着变化。当播放速度低于10WPM的时候，他 能够从容的识别“嘀”和“嗒”，并且知道发送的哪个字符。但是当播放速度超过10WPM的时候，报务员的识别就会出错，他识别出来的字符会多于实际的 “嘀”和“嗒”。当一个学习的时候习惯低速莫斯代码的人，在处理高速播放代码的时候，就会出现问题。因为节奏变了，他潜意识的识别就会出错。

为了解决这个问题，“Farnsworth spacing”就被发明出来了。本质上来讲，字母和符号的播放速度依然采取高于15WPM的速度，同时，通过在字符之间插入更多的空格，来使整体的播放 速度降低。这样，报务员就能够以一个合理的速度和节奏来识别每个字符，一旦所有的字符都学习完毕，就可以增加速度，而接收员只需要加快识别字符的速度就可 以了。本质上来说，“Farnsworth spacing”这个技巧解决了节奏变化这个问题，使接收员能够快速学习。

所以，在整个系统中，对于更低的播放速度，都统一成15WPM。相对应的，一个“嘀”的长度是0.08秒，但是字符之间和单词之间的间隔就不再是3个dit或者7个dit，而是进行的调整以适应整体速度。

生成声音

在PHP代码中，一个字符即前面数组的索引）代表一组由“嘀”、“嗒”和空白间隔组成的莫斯声音。我们用数字采样来组成音频序列，并且将其写入到文件中，同时加上适当的头信息来将其定义成WAVE格式。

生成声音的代码其实相当简单，你可以在项目中PHP文件中找到它们。我发现定义一个“数字振荡器”相当方便。每调用一次osc()，它就会返回一个 从正玄波产生的定时采样。运用声音采样和声频规范，生成WAVE格式的音频已经足够了。在产生的正玄波中的-1到+1之间是被移动和调整过的，这样声音的 字节数据可以用0到255来表示，同时128表示零振幅。

同时，在生成声音方面我们还要考虑另外一个问题。一般来讲，我们是通过正玄波的开关来生成莫斯代码。但是你直接这样来做的话，就会发现你生成的信号会占用非常大的带宽。所以，通常无线电设备会对其加以修正，以减少带宽占用。

在我们的项目中，也会做这样的修正，只不过是用数字的方式。既然我们已经知道了一个最小声音样本“嘀”的时间长度，那么，可以证明，最小带宽的声幅 发生在长度等于“嘀”的正玄波半周期。事实上，我们使用低通滤波器low pass filter）来过滤音频信号也能达到同样的效果。不过，既然我们已经知道所有的信号字符，我们直接简单的过滤一下每一个字符信号就可以了。

生成“嘀”、“嗒”和空白信号的PHP代码就像下面这样：

    

  1. while ($dt 
    2. 

  2.   $x = Osc(); 
    3. 

  3.   if ($dt 0.5*$DitTime)) { 
    4. 

  4.     // Generate the rising part of a dit and dah up to half the dit-time 
    5. 

  5.     $x = $x*sin((M_PI/2.0)*$dt/(0.5*$DitTime)); 
    6. 

  6.     $ditstr .= chr(floor(120*$x+128)); 
    7. 

  7.     $dahstr .= chr(floor(120*$x+128)); 
    8. 

  8.     } 
    9. 

  9.   else if ($dt > (0.5*$DitTime)) { 
    10. 

  10.     // For a dah, the second part of the dit-time is constant amplitude 
    11. 

  11.     $dahstr .= chr(floor(120*$x+128)); 
    12. 

  12.     // For a dit, the second half decays with a sine shape 
    13. 

  13.     $x = $x*sin((M_PI/2.0)*($DitTime-$dt)/(0.5*$DitTime)); 
    14. 

  14.     $ditstr .= chr(floor(120*$x+128)); 
    15. 

  15.     } 
    16. 

  16.   else { 
    17. 

  17.     $ditstr .= chr(floor(120*$x+128)); 
    18. 

  18.     $dahstr .= chr(floor(120*$x+128)); 
    19. 

  19.     } 
    20. 

  20.   // a space has an amplitude of 0 shifted to 128 
    21. 

  21.   $spcstr .= chr(128); 
    22. 

  22.   $dt += $sampleDT; 
    23. 

  23.   } 
    24. 

  24. // At this point the dit sound has been generated 
    25. 

  25. // For another dit-time unit the dah sound has a constant amplitude 
    26. 

  26. $dt = 0; 
    27. 

  27. while ($dt 
    28. 

  28.   $x = Osc(); 
    29. 

  29.   $dahstr .= chr(floor(120*$x+128)); 
    30. 

  30.   $dt += $sampleDT; 
    31. 

  31.   } 
    32. 

  32. // Finally during the 3rd dit-time, the dah sound must be completed 
    33. 

  33. // and decay during the final half dit-time 
    34. 

  34. $dt = 0; 
    35. 

  35. while ($dt 
    36. 

  36.   $x = Osc(); 
    37. 

  37.   if ($dt > (0.5*$DitTime)) { 
    38. 

  38.     $x = $x*sin((M_PI/2.0)*($DitTime-$dt)/(0.5*$DitTime)); 
    39. 

  39.     $dahstr .= chr(floor(120*$x+128)); 
    40. 

  40.     } 
    41. 

  41.   else { 
    42. 

  42.     $dahstr .= chr(floor(120*$x+128)); 
    43. 

  43.     } 
    44. 

  44.   $dt += $sampleDT; 
    45. 

  45.   } 
    46.

WAVE格式的文件

WAVE是一种通用的音频格式。从最简单的形式来看，WAVE文件通过在头部包含一个整数序列来表示指定采样率的音频振幅。关于WAVE文件的详细信息请查看这里Audio File Format Specifications website。 对于产生莫斯代码，我们并不需要用到WAVE格式的所有参数选项，仅仅需要一个8位的单声道就可以了，所以，so easy。需要注意的是，多字节数据需要采用低位优先little-endian）的字节顺序。WAVE文件使用一种由叫做“块chunks）”的记 录组成的RIFF格式。

WAVE文件由一个ASCII标识符RIFF开始，紧跟着一个4字节的“块”，然后是一个包含ASCII字符WAVE的头信息，最后是定义格式的数据和声音数据。

在我们的程序中，第一个“块”包含了一个格式说明符，它由ASCII字符fmt和一个4倍字节的“块”。在这里，由于我使用的是普通脉冲编码调制 plain vanilla PCM）格式，所以每个“块”都是16字节。然后，我们还需要这些数据：声道数、声音采样/秒、平均字节/秒、一个区块block）对齐指示器、位 bit）/声音采样。另外，由于我们不需要高质量立体声，我们只采用单声道，我们使用 11050采样/秒标准的CD质量音频的采样率是 44200 采样/秒）的采样率来生成声音，并且用8位bit）保存。

最后，真实的音频数据储存在接下来的“块”中。其中包含ASCII字符data，一个4字节的“块”，最后是由字节序列因为我们采用的是8位(bit)/采样）组成的真实音频数据。

在程序中，由8位音频振幅序列组成的声音保存在变量$soundstr中。一旦音频数据生成完毕，就可以计算出所有的“块”大小，然后就可以把它们 合并在一起写入磁盘文件中。下面的代码展示了如何生成头信息和音频“块”。需要注意的是，$riffstr表示RIFF头，$fmtstr表示“块”格 式，$soundstr表示音频数据“块”。

    

  1. $riffstr = 'RIFF'.$NSizeStr.'WAVE'; 
    2. 

  2. $x = SAMPLERATE; 
    3. 

  3. $SampRateStr = ''; 
    4. 

  4. for ($i=0; $i4; $i++) { 
    5. 

  5.   $SampRateStr .= chr($x % 256); 
    6. 

  6.   $x = floor($x/256); 
    7. 

  7.   } 
    8. 

  8. $fmtstr = 'fmt '.chr(16).chr(0).chr(0).chr(0).chr(1).chr(0).chr(1).chr(0) 
    9. 

  9.           .$SampRateStr.$SampRateStr.chr(1).chr(0).chr(8).chr(0); 
    10. 

  10. $x = $n; 
    11. 

  11. $NSampStr = ''; 
    12. 

  12. for ($i=0; $i4; $i++) { 
    13. 

  13.   $NSampStr .= chr($x % 256); 
    14. 

  14.   $x = floor($x/256); 
    15. 

  15.   } 
    16. 

  16. $soundstr = 'data'.$NSampStr.$soundstr; 
    17.

总结和评论

我们的文本莫斯代码生成器目前看起来还不错。当然，我们还可以对它做很多的修改和完善，比如使用其他字符集、直接从文件中读取文本、生成压缩音频等等。因为我们这个项目的目的是使其能够在网络上方便的使用，所以我们这个简单的方案，已经达到我们的目的了。

当然，一如既往的，希望大家对这些简单粗暴的代码提出建议。这些年来虽然一直有人在教我，但我还是缺乏莫斯代码相关背景知识，所以，如果出现任何的错误或遗漏都算是我的错。

译文链接：http://www.codeceo.com/article/php-morse-code-generation.html
英文原文：Morse Code Generation from Text

www.bkjia.comtruehttp://www.bkjia.com/PHPjc/1089381.htmlTechArticlePHP实现基于文本的莫斯电码生成器 介绍 我最近遇到一个基于输入文本生成摩斯代码音频文件的需求。几番搜索无果之后，我决定自己编写...
相关标签： PHP 莫斯电码 生成器

上一篇： 重复项过滤+排序的解决办法_MySQL

下一篇： 一个很简单的匹配有关问题

推荐阅读