# 波讯

**Repository Path**: EillesWan/WavingData

## Basic Information

- **Project Name**: 波讯
- **Description**: 用波形存储数据吧
- **Primary Language**: Python
- **License**: Apache-2.0
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 1
- **Forks**: 0
- **Created**: 2025-11-15
- **Last Updated**: 2026-01-08

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# 波讯

## 介绍

用波形存储数据吧

本项目实现了一种**高稳健性声学调制解调系统**，主要是希望在**模拟音频介质**（如黑胶唱片、盒式磁带）中存储数字二进制数据，纯是为了好玩。

期望即使在强噪声、频率失真、转速偏差等恶劣条件下，仍能可靠地从播放录音中恢复原始数字数据。

## 使用

### 1. 安装依赖

```bash
pip install numpy scipy reedsolo
```

### 2. 编码：将文件转为音频

```bash
python encode_to_audio.py message.txt signal.wav
```

* 生成 `signal.wav`（单声道，44.1kHz，16-bit）

如果阁下的计算机内存足够，可以调整期望时长的限制（单位秒，默认7200，实际该限制只是理论值，并不是实际值），以生成很长很长的音频文件，如：

```bash
python encode_to_audio.py sth.tar.br signal.wav 14400
```

### 3. 解码：从播放录音中恢复数据

```bash
# 普通模式
python decode_from_audio.py recording.wav recovered.txt

# 调试模式（显示符号细节）
python decode_from_audio.py recording.wav recovered.txt debug
```

## 性能

| 音频时长（约） | 原始数据容量（约） | 适用场景 |
|--------|------------------|--------|
| 60 秒   | 30–50 字节       | UUID、短文本、URL |
| 6 分钟  | 300–400 字节      | 诗歌、公钥、二维码内容 |
| 2 小时  | 8000~9000 字节     | 小型配置、签名、元数据 |

> 容量 = （符号速率 × 比特/符号 × 时长）× RS 编码效率  
> 当前默认：**10 符号每秒 × 4 比特每符号 × 约25% ≈ 10 比特每秒 净数据率**

## 原理

### 调制方式：**16-FSK + 线性脉冲信号同步头**

* 使用 16 个离散频率（800–4800 Hz）表示 4 bit/符号
* 每符号持续 100 ms（10 符号/秒 → 40 bps）
* 开头嵌入 1 秒线性脉冲信号（1–5 kHz）作为同步信号

### 纠错机制：**Reed-Solomon (255, 63)**

* 可纠正每 255 字节中最多 96 字节错误
* 有效对抗爆豆声、划痕、突发干扰

### 容错设计

* 互相关检测线性脉冲信号同步头（可以检测转速误差）
* 频点能量检测解调（不依赖相位或幅度）

## 参数

你可以在 `encode_to_audio.py` 和 `decode_from_audio.py` 开头修改以下参数：

| 参数 | 说明 | 建议调整方向 |
|------|------|------------|
| `SYMBOL_DURATION` | 符号时长 | 增大 → 更稳健，但速率降低 |
| `M` | FSK 阶数 | M=8 更可靠，M=32 提高速率但更脆弱 |
| `FREQ_MIN / FREQ_MAX` | 频率范围 | 根据介质高频衰减情况下调（如磁带建议 ≤4 kHz） |
| `RS_K` | RS 编码信息长度 | 越小纠错越强，但开销越大 |

## 注意

* 录制时请避免自动降噪或均衡处理
* 解码前请确保录音**无自动增益控制（AGC）**，否则会扭曲幅度关系
* 若解码失败，优先检查：
  + 同步头是否被完整录制
  + 录音采样率是否为 44.1 kHz（或接近）
  + 是否存在强环境噪声覆盖数据频段

## 许可证

本项目使用 [Apache 2.0 许可证](./LICENSE) 授权