在 python 中读取 WAV 文件

Question

import wave,struct
f = wave.open('bird.wav', 'r')

for i in range(5,10):
    frame = f.readframes(i)
    print frame
struct.unpack('<H',frame)

我使用上面的代码从 python 中的立体声 wav 文件中提取字节。但是，我得到的不是字节，而是一些乱码。使用struct.unpack() 函数我得到以下错误

"解包需要长度为 2 的字符串参数"

我在代码中做了哪些更改以打印 1 和 0 中的这些字节？我想稍后修改用于隐写术的音频帧的 LSB。

Answer 1

我不确定您为什么要以二进制形式打印这些字节，但这样做很容易。

您需要将字节转换为整数，然后使用str.format 方法对其进行格式化，旧的% 样式格式不做位。

进行这种转换的简单方法是使用ord 函数，但对于大量字节，最好通过创建bytearray 一次性转换它们。

#Some bytes, using hexadecimal escape codes
s = '\x01\x07\x0f\x35\xad\xff'
print ' '.join(['{0:08b}'.format(ord(c)) for c in s])

b = bytearray(s)
print ' '.join(['{0:08b}'.format(u) for u in b])

输出

00000001 00000111 00001111 00110101 10101101 11111111
00000001 00000111 00001111 00110101 10101101 11111111

一般来说，十六进制比二进制更方便阅读。

from binascii import hexlify

print hexlify(s)
print ' '.join(['%02X' % u for u in b])
print ' '.join(['%02X' % ord(c) for c in s])
print ' '.join(['{0:02X}'.format(ord(c)) for c in s])    

输出

01070f35adff
01 07 0F 35 AD FF
01 07 0F 35 AD FF
01 07 0F 35 AD FF

---

我刚刚看到您对隐写术的评论。旋转字节的最方便的方法是使用bytearray。您可以使用str 函数轻松地将bytearray 转换回字节字符串。

print hexlify(str(b))        

输出

01070f35adff

---

官方 Python 文档中描述了字符串格式化选项。对于旧的% 样式格式，请参阅5.6.2. String Formatting Operations。对于现代str.format 选项，请参阅7.1.3. Format String Syntax 和7.1.3.1. Format Specification Mini-Language。

在{0:08b} 中，冒号前的0 是字段位置（在最新版本的Python 中可以省略）。它表示我们希望将此格式化代码应用于.format 的第一个参数，即索引为零的参数。例如，

'{0} {2} {1}'.format('one', 'two', 'three') 

打印

one three two

b 表示我们要将数字打印为二进制。 08 表示我们希望输出为 8 个字符宽，对于小于 8 位的二进制数使用零填充。

在%02X中，大写的X表示我们要打印一个十六进制的数字，对于大于9的数字使用大写字母A-F，我们可以使用小写x得到小写字母。 02 表示我们希望输出为 2 个字符宽，对于小于 2 个十六进制数字的十六进制数字使用零填充。

Answer 2

如果要修改字节的 lsb，则将值表示为二进制字符串是没有意义的。实际上，你会做一些事情（在伪代码中）：

byte = '\x6h'
binary = convert_to_bits(byte)    # some way of getting 1s and 0s in a string
binary = binary[:7] + my_bit_string
byte = convert_to_byte(binary)

有更直接和有效的方法来修改位值，那就是bitwise operators。例如，假设我们想将 01001001（十进制 73）更改为 01001000。我们想创建一个位掩码 11111110，十进制中的值是 254，AND 是我们的值。

>>> value = 73 & 254
>>> value
72
>>> '{0:08b}'.format(value)
'01001000'

当您将位嵌入到一个字节时，lsb 可能会改变，也可能不会。有很多方法可以解决，但最直接的方法是将 lsb 清零，然后用 OR 覆盖它（如果您还想嵌入多个位，则非常通用）。

byte = (byte & 254) | my_bit

您也可以使用 right shift 将 lsb 归零，然后使用 left shift，但这需要 2 次操作而不是 1 次。

byte = ((byte >> 1) << 1) | my_bit

或者您可以检查 lsb 和您的位是否不同，然后使用 XOR 翻转它。但是，这种方法使用分支，效率最低。

if (byte & 1) != my_bit:
    byte = byte ^ 1
# no need to do anything if they are the same

因此，您需要做的就是将字节转换为整数数组。您可以使用[ord(byte) for byte in frame]，但有更有效的内置方法。与bytearray() 和bytes()：

>>> frame = '\x0f\x02\x0e\x02\xf7\x00\xf7\x00T\xffT\xff'
>>> frame_bytes = bytearray(frame)
>>> frame_bytes[0]
15
>>> frame_bytes[0] = 14       # modify
>>> bytes(frame_bytes)        # convert back to bytes
'\x0e\x02\x0e\x02\xf7\x00\xf7\x00T\xffT\xff'

使用array.array()（对于数十万字节，这似乎有点慢）：

>>> import array
>>> frame = '\x0f\x02\x0e\x02\xf7\x00\xf7\x00T\xffT\xff'
>>> frame_bytes = array.array('B', frame)
>>> frame_bytes[0]
15
>>> frame_bytes[0] = 14       # modify
>>> frame_bytes.tostring()    # convert back to bytes; in Python 3 use `tobytes()`
'\x0e\x02\x0e\x02\xf7\x00\xf7\x00T\xffT\xff'

嵌入和提取示例。

frame = '\x0f\x02\x0e\x02\xf7\xf7T\xffT\xff'
bits = [0, 0, 1, 1, 0]

# Embedding
frame_bytes = bytearray(frame)
for i, bit in enumerate(bits):
    frame_bytes[i] = (frame_bytes[i] & 254) | bit
frame_modified = bytes(frame_bytes)

# Extraction
frame_bytes = bytearray(frame_modified)
extracted = [frame_bytes[i] & 1 for i in range(5)]
assert bits == extracted

如果您的秘密是一个字符串或一系列字节，很容易convert them to a list of 1s and 0s。

最后，请确保您没有修改任何标题数据，因为这可能会使文件无法读取。