Витяг даних із двійкових магнітних смужок із необроблених WAV

Я стикаюся з складним завданням: витягнути двійкові дані з зчитувача магнітних смужок iPhone . Ось як виглядає намагнічування на картці:

_{Джерело}

Ось .WAV, який iPhone отримує, коли ви проведете карту (не сподівайтесь на сподівання, це бонусна картка лояльності;)). Це три перегони, до речі, з різною швидкістю. Це сирий відвал SInt16 для швидкого переходу, який я використовую.

Хтось, здається, це зробив тут, але фактичні дані, які я збираю, обробляти не особливо просто.

Читання починається (і закінчується) невизначеною кількістю «нулів» - зауважте, що хвиля повторюється лише після того, як зібрані 2 ZEROS, це означає НС, а потім SN:

(зауважте, що кожен з трьох рядків представляє мене, коли я переношу іншу карту; нижній картці на цьому зображенні 15 років, тому магнітне поле десь сильно погіршується, не видно на цьому знімку)

Це дозволить алгоритму встановити галочку годинника.

Магнітне поле обертається на кожній галочці годинника. Також для двійкового 1 магнітне поле повертається рівно посередині кліща:

Послідовність завжди починається з дозорного старту 1101 + 0 (біт парності). Ви можете вибрати це у всіх трьох читаннях у наведеному вище графіку. Це чіткіше зазначено у статті про космодро, яку я пов’язував у верхній частині питання.

Ось приклад магнітної деградації (взяті далі на читанні нижньої карти):

Я намагаюся знайти розумний спосіб перетворити цю форму хвилі у відповідну бінарну послідовність.

Я знайшов один PDF, який детально описується, але я не можу з’ясувати алгоритм, який вони використовують.

Цей PDF містить одне цікаве зображення:

Якби я міг витягти червоні та сині лінії відповідно до цієї діаграми, я міг би використати будь-яку з них для вилучення даних, але я не можу зрозуміти логіку побудови.

Отже, це моє запитання: Як витягти бінарну послідовність?

PS. Зауважте, що швидкість повороту не буде постійною. Отже, як тільки годинник визначений, його потрібно постійно регулювати від однієї галочки до іншої.

PPS. Чи може автокореляція спіймати пари кліщів? (бачачи, як кліщі будуть чергувати NS SN ...)

EDIT (червень '12): Мені потрібна була велика допомога в цьому, але, нарешті, я закінчив надійного читача ( http://www.magstripedecoder.com/ ). Дякуємо всім, хто допоміг! Я рекомендую #musicdsp на каналі efnet IRC для тих, хто присвячений достатньо завдань, щоб вирішити проблему з математикою - це дійсно важко!

Це називається двофазним знаком коду , і вам потрібно зосередитись на нульових перетинах замість амплітуд імпульсу. Однак у вас декілька нульових перетинів на імпульс через низькорослі фільтри, притаманні пікапу та мікрофонному входу телефону. Ви перепадаєте далі між переходами та перетинаєте нуль:

Ви можете відновити більш пульсовану форму, використовуючи фільтр із низьким збільшенням:

а потім виміряйте довжину пульсу на те, скільки часу вони проводять вище деякого порогу. Можливо, краща ідея - диференціювати вхід для переходів у великі шипи, взяти абсолютне значення та виявити їх, коли вони перевищують деякий поріг:

Потім вимірюйте час між імпульсами, і коли час між двома імпульсами приблизно такий самий, як два останні імпульси, це 0, коли це приблизно половина від того, що було між останніми двома імпульсами, це 1.

Магнітну деградацію, про яку ви говорите, слід легко усунути за допомогою фільтра з низькою прохідністю.

Це було досить складно. Я спробував принаймні чотири підходи, перш ніж зламати його. Ось як я це зробив:

Я починаю з вирівнювання даних ( перше читання ) простим ...

x_new = 0.9 * x_prev + 0.1 * x_in

... IIR фільтр. Я роблю це в обох напрямках ( друге читання ). Це позбавляється від усіх нечітких шумів, однак це створює розриви, які повертаються з помстою в похідних.

Потім я отримую всі похідні до четвертого ( третє і четверте читання представляють третє і четверте похідні) і створюю нову функцію:

g(x) = f'''(x)^2 + k*f''''(x)^2

Чому? тому що я помітив, що до моменту, коли ми дістаємось до третьої похідної, те, що ми маємо, - це фактично синусоїда всередині конверта:

... і всі знають із середньої школи, що:

sin^2 + cos^2=1 

і що гріх і cos розрізняються між собою:

Звідси підроблений конверт можна отримати.

Чому похідні 3 і 4? в основному кожна вища похідна очищає сигнал. Те, що є синусоїдальним, залишається синусоїдальним (просто зміщує фазу на 90 °, так що sin-> cos і т.д.), тоді як те, що не відпадає.

Я хотів використати 11 і 12 чи щось божевільне, але похідні розпадаються досить швидко, 4 - це найвищий рівень, який я можу отримати, перш ніж справи перейдуть, навіть тоді маленькі похідні лінії, які ви бачите на малюнку, сильно розгладжуються.

Це дає чудовий маленький удар при кожному переході потоку ( п’яте читання ).

Далі я проходжу повороти, відкидаючи каламути ( шосте читання ) ..

Нарешті я проходжу максимуми ( сьоме читання ), оцінюючи, чи є кожен пропуск півтора кроком або цілим кроком, а потім реконструюю двійкове.

Так!

EDIT: Зараз я закінчив цей проект, пройшло кілька місяців. найскладніший виклик - побудувати деяку трансформацію, яка ізолює переходи потоку; технічно кажучи, "отримання амплітудної оболонки". це робиться шляхом побудови сигналу зсуву фази π / 2 від вихідного (це також відомо як квадратурний сигнал). тоді E (t) ^ 2 = S (t) ^ 2 + Q (S (t)) ^ 2.

Щоб отримати квадратурний сигнал, я просто зробив FFT і обертав кожний відрізок на чверть обороту, потім рекомбінував модифіковані спектральні компоненти.

У цій галузі існує багато заплутаної термінової термінології; ключові слова - "аналітичний сигнал", "перетворення Гільберта" ... Я уникав використання цих ключових слів, оскільки різні дисципліни призначають їм різні значення.

Існує набагато розумніший спосіб досягти цієї амплітудної оболонки за допомогою цифрових фільтрів, тим самим уникнути перетворення Фур'є. Це дозволяє алгоритму працювати на мікроконтролерах з низькою потужністю.

Цей процес створює форму хвилі, яка повинна мати унікальний удар за кожен потік потоку.

Розшифровка цієї форми хвилі у двійковій послідовності все ще є нетривіальним завданням. складність і цей компонент є алгоритмічним, а не математичним; складність порівнянна

Загалом це надзвичайно складна проблема. Мені знадобилося найкраще за три місяці, щоб досягти їх алгоритму роботи. Я буду в повноті часу задокументувати свій підхід і створити загальнодоступний декодер.