最近遇到一个基于输入文本生成摩斯代码音频文件的需求。几番搜索无果之后，我决定自己编写一个生成器。
因为我希望通过web的方式访问我的摩斯代码音频文件，所以我决定采用PHP作为我主要的编程语言。上面的截图显示了一个开始生成lcdqz代码的网页。 在下载的zip文件中，包含了用于提交文本的网页以及用于生成和展现音频文件的PHP源文件。如果你想测试PHP代码，你需要将网页和相关的PHP文件复 制到启用了PHP的服务器上。
对于许多人来说，lcdqz代码就像一些老电影中表现的那样，就是一些“点”和“横线”的序列，或者一连串的哔哔声。显然，如果你想用计算机代码来生成莫 斯代码，这样的了解是远远不够的。这篇文章将会介绍生成lcdqz代码的要素，如何生成WAVE 格式的音频文件，以及如何用PHP将lcdqz代码转化成音频文件。
lcdqz代码
lcdqz代码是一种文本编码方式。它的优点是编码方便，而且用人耳就能够方便的解码。本质上，是通过音频或者无线电频)的开和关，从而形成或短或长的 音频脉冲，一般称作点dot)和线dash)，或者用无线电术语称作“嘀”和“嗒”。用现代数字通信术语，lcdqz代码是一种振幅键控 amplitude shift keying ，ASK)。
在lcdqz代码中，字符字母，数字，标点符号和特殊符号)被编码成一个“嘀”和“嗒”的序列。所以为了把文本转化成lcdqz代码，我们首先要确定如何来表 示“嘀”和“嗒”。一个很显然的选择就是，用0表示“嘀”，用1表示“嗒”，或者反过来。不幸的是，lcdqz代码采用的是可变长编码方案。所以我们也必须要使 用一种可变长序列，或者采取一种方式，把数据打包成一种计算机内存通用的固定位宽fixed bit-size)的格式。另外，需要特别注意的是，lcdqz代码并不区分字母大小写，而且对一些特殊符号无法编码。在我们这个实现中，未定义的字符和符号将 会被忽略。
在这个项目中，内存占用并不是一个需要特别考虑的问题。所以，我们提出一个简单的编码方案，即用“0”来表示每个“嘀”，用“1”来表示每个“嗒”，并且把他们放在一个字符串关联数组中。定义lcdqz代码编码表的PHP代码就像下面这样：
需要注意的是，如果你特别在意内存占用的话，上面的代码可以解释为位bit)。给每个代码增加一个开始位，就可以形成一个位的模式，每个字符就可以用一个字节来储存。同时，当解析最终编码的时候，要删除开始位左边的位bit)，从而获得真正的变长编码。
尽管许多人没有意识到，事实上“时间间隔”是定义lcdqz代码的主要因素，所以理解这一点是生成lcdqz代码的关键。所以，我们要做的第一件事，就是定义莫 斯代码的内部码即“嘀”和“嗒”)的时间间隔。为了方便起见，我们定义一个“嘀”的声音长度为一个时间单位dt，“嘀”和“嗒”之间的间隔也是一个时间 单位dt；定义一个“嗒”的长度为3个dt，字符letters)之间的间隔也是3个dt；定义单词words)之间的间隔是7个dt。所以，总结起 来，我们的时间间隔表就像下面这样：
项目
时间长度
嘀
dt
“嘀”/“嗒”之间的间隔
dt
“嗒”
3*dt
字符之间的间隔
3*dt
单词之间的间隔
7*dt
在lcdqz代码中，编码声音的“播放速度”通常用 单词数/分钟WPM) 来表示。由于英文单词有不同的长度，而且字符也有不同数量的“嘀”和“嗒”，所以，从WPM转化成音频)数字采样并不是看上去那样简单。在一份被国际组 织采用的方案中，采用5个字符作为单词的平均长度，同时，一个数字或标点符号被当做2个字符。这样，平均一个单词就是50个时间单位dt。这样，如果你指 定了WPM，那么我们总的播放时间就是 50 * WPM的时间单位/分钟，每个“嘀”即一个时间单位dt)的长度等于1.2/WPM秒。这样，给出一个“嘀”的时间长度，其他元素的时间长度很容易就能 够计算出来。
你可能已经注意到，在上面显示的网页中，对于低于15WPM的选项，我们使用了“Farnsworth spacing”。那么这个“Farnsworth spacing”又是个什么鬼？
当报务员学习用耳朵来解码lcdqz代码的时候，他就会意识到，当播放速度变化的时候，字符出现的节奏也会跟着变化。当播放速度低于10WPM的时候，他 能够从容的识别“嘀”和“嗒”，并且知道发送的哪个字符。但是当播放速度超过10WPM的时候，报务员的识别就会出错，他识别出来的字符会多于实际的 “嘀”和“嗒”。当一个学习的时候习惯低速lcdqz代码的人，在处理高速播放代码的时候，就会出现问题。因为节奏变了，他潜意识的识别就会出错。
为了解决这个问题，“Farnsworth spacing”就被发明出来了。本质上来讲，字母和符号的播放速度依然采取高于15WPM的速度，同时，通过在字符之间插入更多的空格，来使整体的播放 速度降低。这样，报务员就能够以一个合理的速度和节奏来识别每个字符，一旦所有的字符都学习完毕，就可以增加速度，而接收员只需要加快识别字符的速度就可 以了。本质上来说，“Farnsworth spacing”这个技巧解决了节奏变化这个问题，使接收员能够快速学习。
所以，在整个系统中，对于更低的播放速度，都统一成15WPM。相对应的，一个“嘀”的长度是0.08秒，但是字符之间和单词之间的间隔就不再是3个dit或者7个dit，而是进行的调整以适应整体速度。
生成声音
在PHP代码中，一个字符即前面数组的索引)代表一组由“嘀”、“嗒”和空白间隔组成的lcdqz声音。我们用数字采样来组成音频序列，并且将其写入到文件中，同时加上适当的头信息来将其定义成WAVE格式。
生成声音的代码其实相当简单，你可以在项目中PHP文件中找到它们。我发现定义一个“数字振荡器”相当方便。每调用一次osc)，它就会返回一个 从正玄波产生的定时采样。运用声音采样和声频规范，生成WAVE格式的音频已经足够了。在产生的正玄波中的-1到+1之间是被移动和调整过的，这样声音的 字节数据可以用0到255来表示，同时128表示零振幅。
同时，在生成声音方面我们还要考虑另外一个问题。一般来讲，我们是通过正玄波的开关来生成lcdqz代码。但是你直接这样来做的话，就会发现你生成的信号会占用非常大的带宽。所以，通常无线电设备会对其加以修正，以减少带宽占用。
在我们的项目中，也会做这样的修正，只不过是用数字的方式。既然我们已经知道了一个最小声音样本“嘀”的时间长度，那么，可以证明，最小带宽的声幅 发生在长度等于“嘀”的正玄波半周期。事实上，我们使用低通滤波器low pass filter)来过滤音频信号也能达到同样的效果。不过，既然我们已经知道所有的信号字符，我们直接简单的过滤一下每一个字符信号就可以了。
生成“嘀”、“嗒”和空白信号的PHP代码就像下面这样：
WAVE格式的文件
WAVE是一种通用的音频格式。从最简单的形式来看，WAVE文件通过在头部包含一个整数序列来表示指定采样率的音频振幅。关于WAVE文件的详细信息请查看这里Audio File Format Specifications website。 对于产生lcdqz代码，我们并不需要用到WAVE格式的所有参数选项，仅仅需要一个8位的单声道就可以了，所以，so easy。需要注意的是，多字节数据需要采用低位优先little-endian)的字节顺序。WAVE文件使用一种由叫做“块chunks)”的记 录组成的RIFF格式。
WAVE文件由一个ASCII标识符RIFF开始，紧跟着一个4字节的“块”，然后是一个包含ASCII字符WAVE的头信息，最后是定义格式的数据和声音数据。
在我们的程序中，第一个“块”包含了一个格式说明符，它由ASCII字符fmt和一个4倍字节的“块”。在这里，由于我使用的是普通脉冲编码调制 plain vanilla PCM)格式，所以每个“块”都是16字节。然后，我们还需要这些数据：声道数、声音采样/秒、平均字节/秒、一个区块block)对齐指示器、位 bit)/声音采样。另外，由于我们不需要高质量立体声，我们只采用单声道，我们使用 11050采样/秒标准的CD质量音频的采样率是 44200 采样/秒)的采样率来生成声音，并且用8位bit)保存。
最后，真实的音频数据储存在接下来的“块”中。其中包含ASCII字符data，一个4字节的“块”，最后是由字节序列因为我们采用的是8位bit)/采样)组成的真实音频数据。
在程序中，由8位音频振幅序列组成的声音保存在变量$soundstr中。一旦音频数据生成完毕，就可以计算出所有的“块”大小，然后就可以把它们 合并在一起写入磁盘文件中。下面的代码展示了如何生成头信息和音频“块”。需要注意的是，$riffstr表示RIFF头，$fmtstr表示“块”格 式，$soundstr表示音频数据“块”。