Context
之前一时兴起买了raspberry pi，本来想用来加上摄像头来做监视器的，但是时间一长就忘记了～
撸完论文就想着，要不要把它用起来，这样就不会感到内疚了。
灵机一动，想到了支付宝以前的声波支付，觉得很有意思，我也拿来做一下吧。
几年前支付宝刚推出声波支付的时候，我们恰好学习了信号与系统，于是我就用手机采集声音，然后进行频谱分析，印象中在20kHz左右的位置出现了两座峰，用Matlab进行过滤掉高频信号后进行播放依然是咻咻咻咻的声音，所以很明显数据是通过高频信号传输的。
这次，我打算也做一套这样的系统，用raspberry Pi做下位机，用手机发出声波数据。就和支付宝声波支付一样。
这个系统想想，好像还挺简单的，但是越做坑儿越多～
下面几章顺序可能有点儿乱，因为我一边做一边改方案，所以做完之后已经忘了学习顺序了，哈哈。
Sound
这次做这个系统，特地借了几本声学的书。
学到了几个新的名词，有声音遮蔽，有声音痛感等。
声音遮蔽还挺有意思的，是说对于人的耳朵来说，某个频率的声音响度高于一个阈值之后，会将其他频率的声音遮蔽。用这个方法可以做数字水印，信息隐藏。
在一条不安全的语音线路上，用语音信号遮蔽隐藏的数据信号，可以迷惑劫持线路的中间人。这还是挺有意思的～
Signal && System
在学习信号与系统这门课之前，都不知道信号还可以在频遇上进行分析。一些时域上很复杂的信号，通过傅立叶变换后进行频域分析，竟然可以得到不复杂的频谱图。
频段串扰？
一开始我打算用两个频段混合使用，这样一个时间窗口内一个频段可以代表一个0或1，如此一来可以一个时间窗口就可以用两个频段来传2个码元了。
但是传输时，发现只能看到一个频段，另一个频段基本看不到，而已我选用的17.5kHz和19.5kHz两个频段进行传输，这两个频段的声音人耳一般是听不见的(反正我是听不见)，但是两个使用两个频段一起传输时，可以听到很奇怪的噪声。
我很怀疑是不是不能一个时刻传两个频段的声音，于是去翻了信号与系统的课本。虽然说课本上写着
x(t)+y(t)->X(w)+Y(w)
不过这个可是周期信号，在某个时间窗中两个信号并不是周期信号，所以可能并不能直接加起来，也就是说，会出现新的频段。也就是噪声频段。
这大概是DSP领域的知识了，学得不好下次再研究～
奈奎斯特采样定律
学霸们的自信总是会出问题的～
再记一遍。采样频率是信号最大频率的2倍，一开始把奈奎斯特采样定律记反了，就挺尴尬的了。
系统使用44100Hz的采样频率。根据奈奎斯特采样定律，可以将最大频率为22050Hz的信号无失真的采集，这也是为什么数据传输使用17500hz和19500hz。加上信号带宽后，19500hz数据的最高频率应该还是小于22000Hz的。
所以从理论上来说，使用44100Hz是可以采集到数据的。
PCM
人耳听到的是模拟信号，但是机器只能处理数字信号，所以需要一个方法来将模拟信号转换为数字信号。这就有了PCM，脉冲编码调制。
在采样后，将每个采样点得到的电平分成x分，用一个整数来表示。比如8位的PCM，就将电平分为正负128位。16位PCM就将电平分为正负32768位。
位数越高，声音就采集的越准确。这也是踩了坑才想明白的～
一开始想节省一些内存空间，打算使用8位的PCM来进行发声，然后发出的声音其难听无比，而且完全没有把预想的频段信息播放出来，我甚至觉得是Android端的发声代码写错了。
后来我将PCM数据打印出来一看，确实连我自己都不能相信我发送的是正弦波。毕竟在高频率采样的情况下，几个点就需要表示数据信号的一个周期，如果使用8位PCM，很可能会将数据变成一个三角波的样子。于是我改用了16位PCM，就正常了很多。
Frame
帧格式还是要有的，毕竟是个数字系统。
帧头+数据长度+数据+Checksum+帧尾
其实还挺长的，确定了帧格式就可以设计状态机，从而做到一边接收一边解析。
ASK && FSK
一开始我还在纠结，我做的究竟是个数字通信系统还是模拟通信系统。因为我想了想感觉自己仿佛是在用17k，19k的载波进行调制后通信的。但是后面一想，我都有帧格式了，我都有码元了，那一定是数字通信系统了！
于是翻开通信原理这本书，看到了ASK、FSK、PSK等等等等，最简单的就是ASK了。使用一个频段进行通信，没有检测到信号则代表0，检测到信号则代表1，就是这么简单。
FSK也还行，一个频段代表0，另一个频段代表1。
通信系统和我的系统有些区别，就是通信系统的时间同步做的比较好，但是我的系统没有时间概念，容易出现数据黏包，而这个问题将在下一篇中好好讲讲
Decode
这个也留到下一篇去说，因为感觉挺长的～
End
这个系统做完后，我发现我又重学了信号与系统，通信原理，还学习了很多声学的知识。收获还是挺大的呢。
学了Android的音频开发，Python的音频开发等等，感觉这并不是个简单的系统哇。