关于WIFI Sensor技术的CSI数据转换

不过如此1951

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分类专栏： Python GUI编程文章标签：网络

于 2024-09-29 15:52:14 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/xgh1951/article/details/142636104

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开发背景

1. CSI数据的定义‌

关于WIFI Sensing的资料参考此文档：什么是WIFI Sensing 技术？ - 知乎 (zhihu.com)

CSI（channel state information）是无线通信中用于描述无线信道状态的信息，包括‌信噪比、‌干扰、‌多径效应等。

2. CSI数据的来源

在802.11协议中，CSI数据由接收端的物理层测量得到，并传递给数据链路层。测量方式包括‌显式反馈和隐式反馈两种。显式反馈是通过特定的管理帧或控制帧发送CSI数据，而隐式反馈则是通过‌ACK/NACK帧、‌重传次数等方式传递信道状态信息

3. CSI数据的应用

基于CSI的动作识别算法通过对WiFi数据包中的CSI信息进行预处理、特征提取和分类识别，识别出人的行为动作。系统包括前台客户端模块、后台管理模块和动作识别模块，能够准确快速地识别人的基本行为动作。目前国内很多大厂都有在研究。还有一种UWB的技术与其类似，在此不赘述了，有兴趣自己百度。

实现过程

本篇文章主要介绍MTK平台中抓取的CSI原始数据(.bin)文件如何解析出特定算法所需要的数据。由于保密需要，所以本篇本文章只简单做个分享，旨在记录下自己的工作流程。

1. 数据介绍

首先由于各芯片平台不同，其原始的CSI数据格式也不同，以MTK为例，其CSI数据的原始格式为.bin档，由于是.bin文件，所以无法直接查看，若虚查看，目前可通过BeyondCompare以16进制的形式打开，如图所示：选择Hex Compare，再把.bin文件拖入即可

CSI原始数据打开后如下图所示：

打开后以16进制的格式显示，单纯这样是看不出数据含义的。此时就需要针对IC厂商提供的解释文档去研究了

2. 数据分析

数据分析阶段的重点在于研究IC厂商提供的文档，以下简单截图示例

根据文档可知，数据的开头AC为magic number，然后后面length 为2byte的数据是数据长度（一个CSI的数据长度）；也就是说后面04 50代表一个CSI段的长度。0450转换成十进制是1104个byte。

为了方便自己对数据的理解，我借用Excel将前1104个byte数据都copy下来，用来进一步分析用，如下图：

以上思路仅供参考哈！

3. 数据解析

数据分析理解完成以后，就要开始coding了，如何将十六进制数据根据文档解析出实际意义的数据来：

首先，你需要一个最基本的读取.bin文件的函数，将其中数据转为10进制：

def read_int(fd, byte_num, sign):
    """
    :param fd: file stream
    :param byte_num:  byte number
    :param sign: True/False True是有符号,False无符号的意思
    :return:
    """
    val = 0
    try:
        code = fd.read(byte_num)
        if byte_num == 1 and sign == False:  # 1byte 无符号
            val = unpack('B', code)[0]
        elif byte_num == 1 and sign == True:  # 1byte 有符号
            val = unpack('b', code)[0]
        elif byte_num == 2 and sign == False:  # 2byte 无符号
            val = unpack('<H', code)[0]
        elif byte_num == 2 and sign == True:  # 2byte 有符号
            val = unpack('<h', code)[0]
        elif byte_num == 4 and sign == False:  # 4byte 无符号
            val = unpack('<I', code)[0]
        elif byte_num == 4 and sign == True:  # 4byte 有符号
            val = unpack('<i', code)[0]
        elif byte_num == 8 and sign == False:  # 8byte 无符号
            val = unpack('<Q', code)[0]
        elif byte_num == 8 and sign == True:  # 8byte 有符号
            val = unpack('<q', code)[0]

        return val
    except Exception:
        raise

然后需要写一个生成器函数（因为.bin文件太大，一次读取耗内存，所以需要每调用一次即返回一段CSI的数据（1104个byte））

根据IC厂商Manua即可将CSI数据解析出来，以下为部分内容截取：

最后，可根据需要将数据写入txt或者其他类型数据格式：

界面构建

以上只是简单介绍问题解决思路，重点在于如何构建一个简单GUI供客户使用

1. 界面需求

界面需求其实比较简单，只需要给用户提供一个窗口可加载原始CSI数据文件，然后再加几个Button将数据转为所需格式即可。这次使用的仍然是PysimpleGUI库

2. 界面实现

首先需要简单构建一个窗口，code如下，很简单

def make_window():

    layout = [
        [sg.Text('Select MTK CSI raw data to open:')],
        [sg.Input(default_text='', size=(50, 2), key='-FILE-', tooltip='Click Browse to select csi raw data'), sg.Button('Browse', size=(12, 1), key='-BROWSE-', enable_events=True)],
        [sg.Text()],
        [sg.Push(), sg.Button('Convert to .npy', size=(12, 1), key='-NPY-', enable_events=True), sg.Push(), sg.Button('Convert to .txt', size=(12, 1), key='-TXT-', enable_events=True), sg.Push()],
        [sg.Text()],
        [sg.Text('Log output:')],
        [sg.Output(size=(64, 6), key='-OUTPUT-')]
    ]

    window = sg.Window('xxxx', layout, auto_size_text=True, size=(500, 320), finalize=True, enable_close_attempted_event=True)

    return window

呈现的结果如下：

然后再将每个Button需要实现的功能写一下就OK了

def run_gui():
    window = make_window()

    while True:
        event, values = window.read()

        if event == '-BROWSE-':
            filePath = sg.PopupGetFile('Select MTK raw data file', multiple_files=False, file_types=(("ALL Files", ".bin"),), no_window=True)

            continue

        if event == '-TXT-':
            window['-OUTPUT-'].update('')
            csi_file = window['-FILE-'].get()

            if not csi_file:
                sg.PopupError('Please select csi file !')
                continue

            ConvertCsi.dump_csi_to_txt(csi_file)

    window.close()