Initial import: WebAisMap

Closes TG-4

ais_phy.py

@@ -0,0 +1,178 @@
+"""
+Формирование кадра VDL AIS (флаги HDLC, bit stuffing, CRC-16-CCITT) и NRZI.
+Опционально: выравнивание payload до октета и добор NRZ до N бит перед NRZI (аналог padd_frame в GNU Radio).
+"""
+from __future__ import annotations
+
+from typing import Optional
+
+from bitarray import bitarray
+
+FLAG = bitarray("01111110")
+
+
+def _bits_to_bytes_msb(bits: bitarray) -> bytes:
+    out = bytearray()
+    for i in range(0, len(bits), 8):
+        chunk = bits[i : i + 8]
+        if len(chunk) < 8:
+            pad = bitarray(8 - len(chunk))
+            pad.setall(0)
+            chunk = chunk + pad
+        v = 0
+        for b in chunk:
+            v = (v << 1) | int(b)
+        out.append(v)
+    return bytes(out)
+
+
+def crc16_ccitt_fcs(data_bits: bitarray) -> int:
+    """FCS по данным payload (без FCS), длина кратна 8 бит."""
+    b = _bits_to_bytes_msb(data_bits)
+    crc = 0xFFFF
+    poly = 0x1021
+    for byte in b:
+        crc ^= byte << 8
+        for _ in range(8):
+            if crc & 0x8000:
+                crc = ((crc << 1) ^ poly) & 0xFFFF
+            else:
+                crc = (crc << 1) & 0xFFFF
+    return crc ^ 0xFFFF
+
+
+def _int_to_bits(val: int, n: int) -> bitarray:
+    out = bitarray()
+    for i in range(n - 1, -1, -1):
+        out.append((val >> i) & 1)
+    return out
+
+
+def bit_stuff(bits: bitarray) -> bitarray:
+    out = bitarray()
+    count = 0
+    for b in bits:
+        out.append(b)
+        if b:
+            count += 1
+            if count == 5:
+                out.append(0)
+                count = 0
+        else:
+            count = 0
+    return out
+
+
+def _pad_payload_to_octet_boundary(payload_bits: bitarray) -> bitarray:
+    r = len(payload_bits) % 8
+    if r == 0:
+        return payload_bits
+    z = bitarray(8 - r)
+    z.setall(0)
+    return payload_bits + z
+
+
+def _pad_nrz_to_min_bits(nrz_bits: bitarray, min_len: int) -> bitarray:
+    if min_len <= 0 or len(nrz_bits) >= min_len:
+        return nrz_bits
+    tail = bitarray(min_len - len(nrz_bits))
+    tail.setall(0)
+    return nrz_bits + tail
+
+
+def build_hdlc_frame(
+    payload_bits: bitarray, *, pad_payload_to_octet: bool = False
+) -> bitarray:
+    """payload_bits — двоичное тело AIS (как pyais Payload.to_bitarray())."""
+    pl = payload_bits
+    if len(pl) % 8 != 0:
+        if pad_payload_to_octet:
+            pl = _pad_payload_to_octet_boundary(pl)
+        else:
+            raise ValueError("AIS payload length must be multiple of 8 bits for this CRC path")
+    fcs = crc16_ccitt_fcs(pl)
+    fcs_bits = _int_to_bits(fcs, 16)
+    data = pl + fcs_bits
+    stuffed = bit_stuff(data)
+    return FLAG + stuffed + FLAG
+
+
+def nrzi_encode(bits: bitarray) -> bitarray:
+    """NRZI: 1 — уровень без изменения, 0 — переключение."""
+    level = 0
+    out = bitarray()
+    for b in bits:
+        if not int(b):
+            level = 1 - level
+        out.append(level)
+    return out
+
+
+def preamble_alternating(num_bits: int = 24) -> bitarray:
+    """
+    ITU-style dotting: чередование 1/0 (101010…), как gr-aistx LEN_PREAMBLE и phy._preamble_bits.
+    Вариант 010101… дал бы после NRZI (packed, старт уровня 0) байты 0xCC… вместо 0x66… — та же частота,
+    другая фаза; к стаффингу это не относится.
+    """
+    out = bitarray()
+    for i in range(num_bits):
+        out.append(1 - (i & 1))
+    return out
+
+
+def hdlc_nrzi_bytes_no_preamble(
+    payload_bits: bitarray,
+    *,
+    nrzi_byte_mode: str = "packed",
+    pad_payload_to_octet: bool = False,
+    pad_nrz_total_bits: Optional[int] = None,
+) -> bytes:
+    """Только HDLC+NRZI без преамбулы. pad_nrz_total_bits — добор нулей в NRZ до длины (как GNU Radio padd_frame)."""
+    frame = build_hdlc_frame(payload_bits, pad_payload_to_octet=pad_payload_to_octet)
+    frame = _pad_nrz_to_min_bits(frame, pad_nrz_total_bits or 0)
+    nrz = nrzi_encode(frame)
+    if nrzi_byte_mode == "expanded":
+        return bytes(0xFF if int(b) else 0x00 for b in nrz)
+    return _bits_to_bytes_msb(nrz)
+
+
+def phy_frame_bit_counts(
+    payload_bits: bitarray, *, pad_payload_to_octet: bool = False
+) -> dict:
+    """Длины для отладки: payload, поле между флагами (со стаффингом), полный HDLC."""
+    pl_in = len(payload_bits)
+    pl = payload_bits
+    if len(pl) % 8 != 0 and pad_payload_to_octet:
+        pl = _pad_payload_to_octet_boundary(pl)
+    frame = build_hdlc_frame(pl, pad_payload_to_octet=pad_payload_to_octet)
+    inner = frame[8:-8]
+    return {
+        "payload_bits_input": pl_in,
+        "payload_bits_after_pad": len(pl),
+        "bits_between_flags_stuffed": len(inner),
+        "hdlc_frame_bits": len(frame),
+    }
+
+
+def ais_channel_to_nrzi_bytes(
+    payload_bits: bitarray,
+    *,
+    preamble_bits: int = 24,
+    nrzi_byte_mode: str = "packed",
+    pad_payload_to_octet: bool = False,
+    pad_nrz_total_bits: Optional[int] = None,
+) -> bytes:
+    """
+    nrzi_byte_mode:
+      'packed' — 8 NRZI-сэмплов в байт (MSB первый);
+      'expanded' — один байт на NRZI-бит: 0x00 / 0xFF.
+    pad_nrz_total_bits — после преамбулы+кадра дописать нули в NRZ до этой длины (типично 200 для GNU Radio).
+    """
+    frame = build_hdlc_frame(payload_bits, pad_payload_to_octet=pad_payload_to_octet)
+    pre = preamble_alternating(preamble_bits) if preamble_bits > 0 else bitarray()
+    combined = pre + frame
+    combined = _pad_nrz_to_min_bits(combined, pad_nrz_total_bits or 0)
+    nrzi = nrzi_encode(combined)
+    if nrzi_byte_mode == "expanded":
+        return bytes(0xFF if int(b) else 0x00 for b in nrzi)
+    return _bits_to_bytes_msb(nrzi)