Repair project layout and fix Lab024B spectrum detection

2026-07-21 13:51:41 +03:00
parent acf7a76546
commit 1ff04b12b9
108 changed files with 8270 additions and 8221 deletions
--- a/tests/lab009_real_photo_estimate.py
+++ b/tests/lab009_real_photo_estimate.py
@@ -0,0 +1,450 @@
+"""
+Lab009. Расчёт параметров передачи реальной фотографии.
+
+Программа:
+1. Читает реальный JPEG-файл.
+2. Определяет его разрешение и размер.
+3. Разбивает файл на фрагменты.
+4. Формирует реальные пакеты протокола.
+5. Учитывает ACK для каждого фрагмента.
+6. Рассчитывает время передачи при разных скоростях канала.
+
+Расчёт времени показывает чистое эфирное время без учёта:
+- пауз между пакетами;
+- обработки на передатчике и приёмнике;
+- ожидания ACK;
+- повторных передач;
+- преамбулы и служебных символов физического уровня.
+"""
+
+from pathlib import Path
+
+from PIL import Image
+
+from protocol.image_fragments import (
+    FRAGMENT_HEADER_SIZE,
+    encode_image_fragment,
+    split_image_bytes,
+)
+
+from protocol.packet import (
+    CRC_SIZE,
+    HEADER_SIZE,
+    MESSAGE_TYPE_ACK,
+    MESSAGE_TYPE_IMAGE_FRAGMENT,
+    build_packet,
+)
+
+
+# ============================================================
+# Настройки
+# ============================================================
+
+SOURCE_PATH = Path(
+    "data/raw/lab009_source.jpg"
+)
+
+IMAGE_ID = 20260713
+
+# Сколько байтов JPEG помещается в один фрагмент.
+FRAGMENT_DATA_SIZE = 512
+
+# Скорости полезного цифрового канала в кбит/с.
+BITRATES_KBPS = [
+    1,
+    5,
+    10,
+    20,
+    50,
+    100,
+    200,
+]
+
+
+# ============================================================
+# Вспомогательные функции
+# ============================================================
+
+def format_bytes(byte_count: int) -> str:
+    """
+    Представить размер одновременно в байтах и килобайтах.
+    """
+
+    kibibytes = byte_count / 1024
+
+    return (
+        f"{byte_count} байт "
+        f"({kibibytes:.2f} КиБ)"
+    )
+
+
+def format_duration(seconds: float) -> str:
+    """
+    Представить длительность в удобной форме.
+    """
+
+    if seconds < 1:
+        return f"{seconds * 1000:.1f} мс"
+
+    if seconds < 60:
+        return f"{seconds:.2f} с"
+
+    minutes = int(seconds // 60)
+    remaining_seconds = seconds % 60
+
+    return (
+        f"{minutes} мин "
+        f"{remaining_seconds:.1f} с"
+    )
+
+
+# ============================================================
+# Проверка исходного файла
+# ============================================================
+
+if not SOURCE_PATH.exists():
+    raise FileNotFoundError(
+        f"Не найден файл: {SOURCE_PATH}"
+    )
+
+source_bytes = SOURCE_PATH.read_bytes()
+
+if not source_bytes:
+    raise ValueError(
+        "Исходный JPEG-файл пуст"
+    )
+
+
+# ============================================================
+# Чтение параметров изображения
+# ============================================================
+
+with Image.open(SOURCE_PATH) as image:
+
+    image_format = image.format
+    image_mode = image.mode
+    image_width, image_height = image.size
+
+    # Проверяем, что файл действительно читается как изображение.
+    image.verify()
+
+
+# ============================================================
+# Разбиение JPEG на фрагменты
+# ============================================================
+
+fragments = split_image_bytes(
+    image_bytes=source_bytes,
+    image_id=IMAGE_ID,
+    fragment_data_size=FRAGMENT_DATA_SIZE,
+)
+
+
+# ============================================================
+# Формирование DATA-пакетов
+# ============================================================
+
+data_packets = []
+
+for fragment in fragments:
+
+    fragment_payload = encode_image_fragment(
+        fragment
+    )
+
+    packet = build_packet(
+        payload=fragment_payload,
+        message_type=MESSAGE_TYPE_IMAGE_FRAGMENT,
+        sequence_number=fragment.fragment_index,
+    )
+
+    data_packets.append(packet)
+
+
+# ============================================================
+# Формирование типового ACK-пакета
+# ============================================================
+
+ack_packet = build_packet(
+    payload=b"",
+    message_type=MESSAGE_TYPE_ACK,
+    sequence_number=0,
+)
+
+ack_packet_size = len(ack_packet)
+
+
+# ============================================================
+# Расчёт объёмов
+# ============================================================
+
+source_size = len(source_bytes)
+
+fragment_count = len(fragments)
+
+# Полный размер всех DATA-пакетов.
+total_data_packet_bytes = sum(
+    len(packet)
+    for packet in data_packets
+)
+
+# Для каждого DATA-пакета ожидается один ACK.
+total_ack_bytes = (
+    fragment_count
+    * ack_packet_size
+)
+
+# Идеальный радиообмен:
+# каждый DATA и каждый ACK переданы ровно один раз.
+total_radio_bytes = (
+    total_data_packet_bytes
+    + total_ack_bytes
+)
+
+total_radio_bits = (
+    total_radio_bytes
+    * 8
+)
+
+
+# ============================================================
+# Детализация служебных расходов
+# ============================================================
+
+total_fragment_header_bytes = (
+    fragment_count
+    * FRAGMENT_HEADER_SIZE
+)
+
+data_protocol_overhead = (
+    fragment_count
+    * (HEADER_SIZE + CRC_SIZE)
+)
+
+total_overhead_bytes = (
+    total_radio_bytes
+    - source_size
+)
+
+payload_efficiency = (
+    source_size
+    / total_radio_bytes
+    * 100
+)
+
+
+# ============================================================
+# Вывод параметров фотографии
+# ============================================================
+
+print("=== Lab009. Расчёт передачи реальной фотографии ===")
+
+print("\nИсходный файл:")
+print(SOURCE_PATH)
+
+print("\nФормат изображения:")
+print(image_format)
+
+print("\nЦветовой режим:")
+print(image_mode)
+
+print("\nРазрешение:")
+print(
+    image_width,
+    "x",
+    image_height,
+    "пикселей",
+)
+
+print("\nРазмер исходного JPEG:")
+print(
+    format_bytes(source_size)
+)
+
+
+# ============================================================
+# Вывод структуры передачи
+# ============================================================
+
+print("\n--- Фрагментация ---")
+
+print(
+    "Размер данных одного полного фрагмента:",
+    FRAGMENT_DATA_SIZE,
+    "байт",
+)
+
+print(
+    "Количество фрагментов:",
+    fragment_count,
+)
+
+print(
+    "Размер заголовка фрагмента:",
+    FRAGMENT_HEADER_SIZE,
+    "байт",
+)
+
+print(
+    "Размер заголовка основного пакета:",
+    HEADER_SIZE,
+    "байт",
+)
+
+print(
+    "Размер CRC-32:",
+    CRC_SIZE,
+    "байт",
+)
+
+print(
+    "Размер ACK-пакета:",
+    ack_packet_size,
+    "байт",
+)
+
+
+# ============================================================
+# Вывод полного объёма
+# ============================================================
+
+print("\n--- Объём передачи без повторов ---")
+
+print("Исходные данные JPEG:")
+print(
+    format_bytes(source_size)
+)
+
+print("\nЗаголовки фрагментов:")
+print(
+    format_bytes(total_fragment_header_bytes)
+)
+
+print("\nСлужебные поля и CRC DATA-пакетов:")
+print(
+    format_bytes(data_protocol_overhead)
+)
+
+print("\nВсе DATA-пакеты:")
+print(
+    format_bytes(total_data_packet_bytes)
+)
+
+print("\nВсе ACK-пакеты:")
+print(
+    format_bytes(total_ack_bytes)
+)
+
+print("\nПолный радиообмен DATA + ACK:")
+print(
+    format_bytes(total_radio_bytes)
+)
+
+print("\nОбщие служебные расходы:")
+print(
+    format_bytes(total_overhead_bytes)
+)
+
+print(
+    "\nПолезная эффективность протокола:"
+)
+
+print(
+    f"{payload_efficiency:.2f} %"
+)
+
+
+# ============================================================
+# Расчёт времени передачи
+# ============================================================
+
+print("\n--- Чистое эфирное время ---")
+
+print(
+    "Скорость      DATA без ACK      DATA + ACK"
+)
+
+for bitrate_kbps in BITRATES_KBPS:
+
+    bitrate_bits_per_second = (
+        bitrate_kbps
+        * 1000
+    )
+
+    data_time_seconds = (
+        total_data_packet_bytes
+        * 8
+        / bitrate_bits_per_second
+    )
+
+    full_time_seconds = (
+        total_radio_bits
+        / bitrate_bits_per_second
+    )
+
+    print(
+        f"{bitrate_kbps:>4} кбит/с"
+        f"    "
+        f"{format_duration(data_time_seconds):>12}"
+        f"    "
+        f"{format_duration(full_time_seconds):>12}"
+    )
+
+
+# ============================================================
+# Сценарий с повторами
+# ============================================================
+
+# Коэффициент 2 означает, что суммарно передано
+# примерно в два раза больше байтов из-за ошибок,
+# потерь и повторных передач.
+RETRY_TRAFFIC_MULTIPLIER = 2.0
+
+print(
+    "\n--- Оценка при удвоении трафика из-за повторов ---"
+)
+
+for bitrate_kbps in BITRATES_KBPS:
+
+    bitrate_bits_per_second = (
+        bitrate_kbps
+        * 1000
+    )
+
+    estimated_seconds = (
+        total_radio_bits
+        * RETRY_TRAFFIC_MULTIPLIER
+        / bitrate_bits_per_second
+    )
+
+    print(
+        f"{bitrate_kbps:>4} кбит/с"
+        f"    "
+        f"{format_duration(estimated_seconds)}"
+    )
+
+
+# ============================================================
+# Автоматические проверки
+# ============================================================
+
+assert fragment_count > 0
+
+assert (
+    total_data_packet_bytes
+    > source_size
+)
+
+assert (
+    total_radio_bytes
+    > total_data_packet_bytes
+)
+
+assert (
+    0 < payload_efficiency < 100
+)
+
+print(
+    "\nПроверка пройдена: "
+    "параметры передачи фотографии рассчитаны."
+)