从原始WAV提取二进制磁条卡数据

我面临着一个棘手的挑战：从iPhone磁条卡读取器中提取二进制数据。卡上的磁化强度如下所示：

_资源

这是当您刷卡时iPhone收到的.WAV（不要将希望寄予太大希望，这是奖励会员卡;））。顺便说一下，这是以不同的速度刷了三下。这是我正在使用的滑动的原始SInt16转储。

似乎有人在这里做过， 但是我捕获的实际数据并不是特别容易处理。

读数以不确定的“ 0”开始（并结束）-请注意，只有在收集到2个ZEROS之后，该波才会重复，这表示NS后跟SN：

（请注意，三行中的每一行都代表我要刷一张不同的卡；此图像中的底部卡已使用了15年，因此磁场在某些地方明显退化严重，在这张照片中看不到）

这将允许算法确定时钟滴答。

磁场在每个时钟滴答处反转。 同样对于二进制1，磁场恰好在刻度线的中间反转：

该序列始终以1101 + 0（奇偶校验位）开始标记开始。您可以在上图中的所有三个读数中进行选择。我在问题顶部链接的cosmodro文章中更清楚地表明了这一点。

这是一个磁性衰减的示例（在底下的卡片读取中进一步记录）：

我试图找出一种明智的方法来将该波形转换为其相应的二进制序列。

我已经找到了一份详细介绍的PDF，但是我无法弄清楚他们使用的算法。

该PDF包含一个有趣的图像：

如果我可以按照该图提取红线和蓝线，则可以使用其中之一来提取数据，但是我无法弄清楚构造背后的逻辑。

所以这是我的问题：如何提取二进制序列？

PS。请注意，滑动速度不会保持恒定。因此，一旦确定了时钟，就需要将时钟从一个滴答声一直调整到下一个滴答声。

PPS。自相关会捕捉成对的滴答声吗？（看到滴答声会交替显示NS SN ...）

编辑（12年6月）：在这方面我需要很多帮助，但是最后我完成了坚实的阅读器（http://www.magstripedecoder.com/）。感谢大家的帮助！我建议IRC的efnet频道上的#musicdsp给那些有足够的心力去迎接挑战，掌握数学的人-这真的很难！

这称为双相标记代码，您必须专注于过零而不是脉冲幅度。但是，由于拾音器和电话的麦克风输入固有的低切滤波器，每个脉冲有多个零交叉。在过渡之间，您的下降幅度远不止于此，并且过零：

您可以使用低升压滤波器恢复更脉冲的形状：

然后通过脉冲长度超过某个阈值的时间来测量脉冲长度。也许更好的主意是区分输入，以将过渡转变为大的尖峰，获取绝对值，并在超过某个阈值时对其进行检测：

然后测量脉冲之间的时间，当两个脉冲之间的时间与最后两个脉冲大致相同时，则为0，而当其大约为最后两个脉冲之间的一半时，则为1。

您所谈论的磁性能下降应该易于通过低通滤波器消除。

这是一个很大的挑战。在破解之前，我尝试了至少四种方法。这是我的方法：

我首先用一个简单的平滑数据（初读）...

x_new = 0.9 * x_prev + 0.1 * x_in

... IIR滤波器。我双向进行此操作（二读）。这消除了所有的模糊噪声，但是会产生不连续性，并在导数上出现复仇。

然后，我得到所有的导数到四阶（第三和第四读数分别表示三和四阶导数），并创建一个新函数：

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

为什么？因为我注意到当我们到达三阶导数时，我们所拥有的实际上是信封内的正弦曲线：

...而且所有人从高中就知道：

sin^2 + cos^2=1 

而罪和COS分化成对方：

因此，可以恢复隐含的信封。

为什么衍生3和4？基本上每个高阶导数都会净化信号。正弦波保持正弦波（只需将相位移90°，使sin-> cos等），而正弦波不会消失。

我想使用11和12或一些疯狂的东西，但是导数很快就崩溃了，在事情发生麻烦之前，我可以得到的最高数是4。

这在每个磁通过渡处都会产生一个奇妙的小颠簸（第五读数）。

接下来，我浏览转折点，拒绝废话（第六读）。

最后，我遍历最大值（第七读），评估每个跳过是半步还是整步，然后重建二进制。

好极了！

编辑：现在距离我完成这个项目已经几个月了。最困难的挑战是构造一些隔离通量转换的变换；从技术上讲，“检索幅度包络”。这是通过从原始信号构造π/ 2相移信号（也称为正交信号）来完成的。那么E（t）^ 2 = S（t）^ 2 + Q（S（t））^ 2。

为了获得正交信号，我只需执行FFT，然后将每个bin旋转四分之一圈，然后重新组合修改后的频谱分量。

这个领域有很多令人困惑的辱骂术语。关键字是“分析信号”，“希尔伯特变换” ...我避免使用这些关键字，因为不同的学科为其赋予了不同的含义。

有一种使用数字滤波器来实现此幅度包络的更智能的方法，从而避免了傅立叶变换。这允许算法在功耗非常低的微控制器上运行。

此过程产生的波形在每个磁通过渡上都应具有唯一的凸起。

将该波形解码为二进制序列仍然是一项艰巨的任务。复杂性，该组件是算法而非数学的；难度是可比的。

总而言之，这是一个极其困难的问题。我花了三个月的大部分时间来实现他们的性能算法。我将在充分的时间里记录我的方法，并制作一个公开可用的解码器引擎。