将二进制编码为音频 python 或 C

Question

使用 C 或 python（首选 python），我如何将二进制文件编码为音频，然后通过耳机插孔输出，以及我如何使用麦克风插孔的输入将音频解码回二进制，到目前为止我已经学会了如何使用 python 将文本文件转换为二进制文件，这将类似于 RTTY 通信。

这样我就可以将数据记录到盒式磁带上。

import binascii

a = open('/Users/kyle/Desktop/untitled folder/unix commands.txt', 'r')
f = open('/Users/kyle/Desktop/file_test.txt', 'w')
c = a.read()
b = bin(int(binascii.hexlify(c), 16))
f.write(b)
f.close()

Answer 1

所以，这里是 Abarnert 的代码，更新到 python3。

import binascii
import pyaudio

a = open('/home/ian/Python-programs/modem/testy_mcTest.txt', 'rb')
c = a.read()
b = bin(int(binascii.hexlify(c), 16))

sample_stream = []
high_note = (b'\xFF'*100 + b'\0'*100) * 50
low_note = (b'\xFF'*50 + b'\0'*50) * 100
for bit in b[2:]:
    if bit == '1':
        sample_stream.extend(high_note)
    else:
        sample_stream.extend(low_note)


sample_buffer = ''.join(map(str, sample_stream))

p = pyaudio.PyAudio()
stream = p.open(format=p.get_format_from_width(1),
                channels=1,
                rate=44100,
                output=True)
stream.write(sample_buffer)

# stop stream (4)
stream.stop_stream()
stream.close()

# close PyAudio (5)
p.terminate()

Answer 2

如果您正在寻找可以执行此操作的库，我建议您使用 libquiet。它使用现有的 SDR 库来执行调制，并提供二进制文件，在一端为您提供管道，另一端使用 PortAudio 将声音直接馈送到声卡。它具有用于“无线”低比特率传输的 GMSK 和用于基于电缆的更高比特率的 QAM。

Answer 3

所以您想使用音频传输数字信息？基本上你想在软件中实现一个MODEM（不管是纯软件，还是叫modem）。

调制解调器 (MOdulator-DEModulator) 是一种调制模拟载波信号以对数字信息进行编码的设备，同时也对此类载波信号进行解调以对传输的信息进行解码。目标是产生可以轻松传输和解码以再现原始数字数据的信号。调制解调器可用于任何传输模拟信号的方式，从发光二极管到无线电。 [维基百科]

在您需要通过模拟媒体传输数据的任何地方都有调制解调器，无论是声音、光还是无线电波。您的电视遥控器可能是红外调制解调器。

以纯软件实现的调制解调器称为软调制解调器。我在野外看到的大多数软调制解调器都使用某种形式的FSK 调制：

频移键控 (FSK) 是一种频率调制方案，其中数字信息通过载波的离散频率变化来传输。1 最简单的 FSK 是二进制 FSK (BFSK)。 BFSK 使用一对离散频率来传输二进制（0 和 1）信息。2 在这种方案中，“1”称为标记频率，“0”称为空间频率。 FSK 调制载波的时域如右图所示。 [维基百科]

有一些非常有趣的应用程序可以通过声波在大气中传输数据 - 我猜这是 shopkick 用于 verify user presence 的。

对于 Python，请查看 GnuRadio 项目。

C 库，看Steve Underwood 的工作（但请不要用愚蠢的问题联系他）。我使用他的软调制解调器为Asterisk 引导FAX to email gateway（传真传输只不过是用音频编码以通过电话线传输的黑白TIFF 文件）。

Answer 4

从您的 cmets 中，您希望逐位处理二进制数据，将每个位变成高音或低音。

您仍然需要准确确定这些高音和低音是什么，以及每个声音的时长（以及两者之间是否有间隔，等等）。如果你让它变慢，比如每个声音 1/4 秒，那么你就是把它们当作音符。如果你让它非常快，比如 1/44100 秒，你就把它们当作样本。人耳在一秒钟内听不到 44100 种不同的声音；相反，它会听到高达 22050Hz 的单一声音。

一旦你做出了这些决定，你的问题就有两个部分。

首先，您必须生成一个样本流，例如，每秒包含 44100 个 16 位整数的流。对于非常简单的事情，比如以 44k 16 位单声道格式播放一段原始 PCM 文件，或者生成方波，这是微不足道的。对于更复杂的情况，例如播放一段 MP3 文件或从正弦波和滤波器合成声音，您将需要一些帮助。 audioop 模块和 stdlib 中的其他一些模块可以为您提供基础知识；除此之外，您还需要在 PyPI 中搜索合适的模块。

其次，您必须将该样本流发送到耳机插孔。 Python 中没有对此的内置支持。在某些平台上，您只需打开一个特殊文件并写入即可。但是，更一般地说，您需要在 PyPI 上找到第三方库。

更简单的模块适用于一种特定类型的音频系统。 Mac 和 Windows 各有自己的标准，而 Linux 有六种不同的标准。还有一些 Python 模块与更高级别的包装器通信；您可能需要安装和设置包装器，但是一旦您这样做了，您的代码就可以在任何系统上运行。

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那么，让我们通过一个非常简单的例子来研究。假设您已经在系统上设置了 PortAudio，并且您已经安装了 PyAudio 来与它对话。此代码将播放 441Hz 和 220.5Hz（略高于中 C 和低 C）的方波，持续时间不到 1/4 秒（因为这真的很容易）。

import binascii

a = open('/Users/kyle/Desktop/untitled folder/unix commands.txt', 'r')
c = a.read()
b = bin(int(binascii.hexlify(c), 16))

sample_stream = []
high_note = (b'\xFF'*100 + b'\0'*100) * 50
low_note = (b'\xFF'*50 + b'\0'*50) * 100
for bit in b[2:]:
    if bit == '1':
        sample_stream.extend(high_note)
    else:
        sample_stream.extend(low_note)

sample_buffer = b''.join(sample_stream)

p = pyaudio.PyAudio()
stream = p.open(format=p.get_format_from_width(8),
                channels=1,
                rate=44100,
                output=True)
stream.write(sample_buffer)