Python中的二进制相位移键控
我现在正在写一些代码，通过激光传输消息、文件和其他数据，使用的是音频转换的方法。我的代码目前使用了Python中的binascii模块里的hexlify函数，把数据转换成二进制，然后发出一个音调代表1，发出另一个音调代表0。理论上这个方法是可行的，虽然不是编码和解码的最快方式，但在测试中发现了一些错误。
生成的音调不太准确，比如说发出150Hz的音调，接收端可能会变成145-155Hz。这不是个大问题，因为我可以在接收端调整一下音调的范围。
真正的问题是，如果我发出一个音调，接收端的电脑可能会多次读取这个音调，或者根本就不读取，这取决于它采样音频的速度。我试过让音调播放的速度和采样速度一致，但这很不稳定。
总的来说，我用短消息成功传输过几次，但由于上述问题，这种方法非常不可靠和不准确。
我进一步研究了一下，似乎可以用BPSK（双相位移键控）来解决这个问题，虽然我还不太清楚怎么实现。如果有任何建议或代码示例，我会非常感激！
我的项目代码可以在这里找到，但我主要在处理的文件是用于二进制编码和解码的，分别在这里和这里。我不是Python专家，如果我说错了什么，或者我的代码不太好，或者我忽略了一些基础的东西，请多多包涵。
谢谢！:-)
2 个回答
关于第一个问题，关于频率的部分：
看你的解码器，我看到你的采样率是44100，数据块大小是2048。如果我理解得没错，这意味着你的FFT大小也是2048。这就意味着你的FFT频率分辨率大约是21赫兹。你有没有尝试过给你的FFT加零填充？加零填充不会改变频率，但可以让你得到更清晰的结果。我注意到你在用二次插值来提高频率的估算。我没有用过这种方法，所以不太清楚它能带来什么样的改善。也许在零填充和二次插值之间找到一个平衡，会让你的频率更准确。
另外，根据进行传输和接收的硬件，频率误差可能是因为驱动A/D转换器的时钟不同步——一个或两个时钟的频率可能并不完全是44100赫兹。这种情况可能会影响你在FFT输出中看到的频率。
看看GNU Radio吧！
http://gnuradio.org/redmine/projects/gnuradio/wiki
GNU Radio是一个项目，旨在通过软件尽可能实现无线信号的发送和接收。因为无线电本身就使用相位调制，GNU Radio的团队已经为你解决了这个问题，而且GNU Radio本身就是一个Python项目！虽然一些复杂的数字信号处理（DSP）部分是用C++写的，以提高速度，但它们已经被封装好，可以在Python中使用。
这里有一个页面讨论了一个使用差分二进制相位调制（DBPSK）和差分正交相位调制（DQPSK）来传输二进制数据的项目（示例中是一个JPEG图片）。你可以下载Python的源代码。
http://www.wu.ece.ufl.edu/projects/softwareRadio/
我看到你的项目是MIT许可证的，而GNU Radio是GPL3许可证，这可能会对你造成问题。你需要弄清楚是否可以使用GNU Radio，而不需要将你的项目变成衍生作品，这样就不会强迫你更改许可证。理论上，你可以制作一个独立的“发送守护进程”和一个独立的“接收守护进程”，它们的源代码都是GPL3，然后让你的MIT代码通过套接字或其他方式与它们连接。
顺便提一下，我在搜索中发现了一个非常清晰的BPSK工作原理的解释：
http://cnx.org/content/m10280/latest/
祝你好运！