android音频口通信（一）——2FSK信号调制

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出处：http://blog.csdn.net/xl19862005

作者：大熊（Xandy）

一、前言

    之前一直都在博客园混（地址：http://www.cnblogs.com/xl19862005），最近才搬家至CSDN，由于前几个月刚换新工作，好久没有更新博客了，抱歉！

    今天要和大家分享一个本人最近研发的完全具有自主知识产权的项目——android音频口通信，并寻求有兴趣的同行和友人一起合作！

    大家都知道拉卡拉，但它具体的技术实现我相信很少有人能说出来个一二，本人也正是抱着遇见问题勇往直前的技术男的精神，花了一两个月的时间，完全摸透并已初步实现了用android手机的音频口（耳机输出输入）来实现全双工的通信，一但通信协议建立了，下面好玩的东西就多了！！

    你可以完全不再用担心你家的电视或者空调等此类用红外遥控的电器一时找不到遥控器而烦恼了，加上我现在研发的音频口扩展头，将其插入你的android手机的耳机口，装上特制的APP，你将可以用它来遥控你家的任何带红外遥控功能的电器！

    你也可以抛开目前那种单调的耳机口防尘塞，加上相应的扩展头，你将可以实时知道你周围环境的温度、湿度等等指标……

    诸如此类的运用，数不胜数，在这里我就不一一列举了，下面转入我们的正题吧（^_^不好意思，闲话说多啦，哈哈……）

二、通信建立的基础——耳机线上传输的信号

    我们知道，耳机是用来听音乐，打电话的，既然是和声音相关的，那么耳机线上传输的就是音频信号，常见的音频信号一般都是在100Hz——10KHz左右的范围内，那么手机里面的音频输出系统（DA和音频功放）的幅频特性（也既带宽）一定也是在这个范围（这是本人的猜想，由于设备和仪器有限，没有进行系统的测试，有兴趣的朋友可以用相关的测试仪器测测），那么，既然有带宽，好家伙，我们就可以通过努力在这个频带内实现我们的通信信道了！另外值得提的一点是，耳机线上传输的音频信号是交流的！

    下面我们来看看市面上常见的耳机座（公头）的引脚定义，android手机上用的耳机大多都是3.5mm的四芯座，在这四个芯中，分别是：地、左声道、右声道和线控开关（MIC），而这四芯的排列常见的有如下两种：

1、国家标准

2、国际标准

   国际标准耳机座MIC和GND和国内标准是反的，其它的一样！

不难发现有了左右声道，向外设扩展头供电和发送数据就有了相应通信线路的支持，另外有了MIC这个打电话时输入说话的信号通道，那么手机接收数据也有了硬件通道的支持了！

三、如何调制数据

   说到信号的调制解调，很多人都会想到收音机，没错，收音机之所以能听到千里之外的歌声，正是利用了电磁波作为传输媒介，将声源的信号通过特定的调制加载到电磁波上，然后传输到广阔的空间里的，无线电的调制有调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）三种，而调制又有模拟调制和数字调制之分，模拟调制就是把模拟信号（比如人说话的声音）直接加载到电磁波上，使得电磁波的某一特性随着声源的变化而变化；而数字调制是近现才发展起来的，特别是DSP（没错，就是数字信号处理）技术的发展，数字调制中的FM有2FSK(2进制调制)、4FSK（4进制调制）、8FSK（8进制调制）等等。

   由于在数字系统中，使用的是0、1表示的二进制数据，在这里，我使用了2FSK来作为信号的调制。

3.1 何为2FSK

    2FSK按字面的英语全称是：2(binary system) Frequency-shift keying（二进制频移键控），就是用二进制里的0、1来控制载波的频率，从而达到通信的目的！例如：我们用1ms长、1KHz的正弦信号来代表二进制里的1；用1ms长、2KHz的正弦来代表二进制里的0；那一连串的1KHz、2KHz的信号解调出来就是一连串的0和1，这样是不是达到了我们想要的二进制调制的目的了？

下面我们来看一张更加形像的gif动画图

3.2 android下实现2FSK（纯软件调制）

   要实现2FSK，首先我们得在android系统下面获得一个基准的正弦信号发生器，有了这个基准的正弦信号发生器，只要给它一个二进制量（0 or 1），就可改变输出频率，从而达到我们想要的信号调制目的。

   下面直接上图了，经过调制后的信号输出波形图：（黄色的是实际输出波型、红色方波是我后来P上去的对应二进制数据）

    这是我定义的通信协议头的一部分是：0x5AA5

3.3 android下音频播放相关

    android下音频播放的基本步骤如下：

①获取对应音频采样率下的最小缓冲区的大小

[java] view plaincopyprint?

1. public staticint pwMinBufferSize = AudioTrack.getMinBufferSize(EncoderCore.getPowerSupplySamplerate(), 
2.                                 AudioFormat.CHANNEL_OUT_STEREO, 
3.                                 AudioFormat.ENCODING_PCM_8BIT); 

public static int pwMinBufferSize = AudioTrack.getMinBufferSize(EncoderCore.getPowerSupplySamplerate(),AudioFormat.CHANNEL_OUT_STEREO,AudioFormat.ENCODING_PCM_8BIT);

②新建AudioTrack

[java] view plaincopyprint?

1. AudioTrack pwAT = new AudioTrack(AudioManager.STREAM_MUSIC, 
2.                 EncoderCore.getPowerSupplySamplerate(), 
3.                 AudioFormat.CHANNEL_OUT_MONO, 
4.                 AudioFormat.ENCODING_PCM_8BIT,  
5.                 pwMinBufferSize*2, 
6.                 AudioTrack.MODE_STATIC); 

AudioTrack pwAT = new AudioTrack(AudioManager.STREAM_MUSIC,EncoderCore.getPowerSupplySamplerate(),AudioFormat.CHANNEL_OUT_MONO,AudioFormat.ENCODING_PCM_8BIT, pwMinBufferSize*2,AudioTrack.MODE_STATIC);

③将缓冲区中的音频数据写入音频播放线程并设置左右声道音量等

[java] view plaincopyprint?

1. pwAT.write(carrierSignal, 0, EncoderCore.getPowerSupplyBufferSize());//写入音频数据 
2.         pwAT.flush();//刷新 
3.         pwAT.setStereoVolume(1,0);//设置左右声道播放音量 
4.         pwAT.setLoopPoints(0, EncoderCore.getPowerSupplyBufferSize(), -1);//设置音频播放循环点  
5.         pwAT.play();//开始播放 

pwAT.write(carrierSignal, 0, EncoderCore.getPowerSupplyBufferSize());//写入音频数据  pwAT.flush();//刷新pwAT.setStereoVolume(1, 0);//设置左右声道播放音量pwAT.setLoopPoints(0, EncoderCore.getPowerSupplyBufferSize(), -1);//设置音频播放循环点  pwAT.play();//开始播放

这部分代码是左声道对外部扩展头进行供电的，所以要设置循环播放，如果是发送消息就不必循环了！
    信号的调制就到这里，下一节将分享2FSK信号的解调。

示例源码下载地址：http://download.csdn.net/detail/xl19862005/5016843

http://blog.csdn.net/xl19862005/article/details/8522869