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GOROman/ps1sx-technical-guide-zh-cn.md

Created August 30, 2026 22:11
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PS1 BIOS Audio Ripper SX 技术说明（简体中文）
Raw
ps1sx-technical-guide-zh-cn.md

PS1 BIOS Audio Ripper SX logo

PS1 BIOS Audio Ripper SX 技术说明

原始构想：はむ（@Imaha486）

概要

PS1 BIOS Audio Ripper SX 是一款实验性工具，用于通过初代 PlayStation 的模拟音频输出，备份您本人所拥有主机中的 512 KiB BIOS。

PS1 端程序读取 BIOS，对数据进行压缩、分块和纠错编码，再转换为 FSK 与 OFDM 音频。浏览器通过 Web Audio API 采集声音，并完成解调、FEC 恢复、CRC32 校验和 LZSS 解压。BIOS 数据不会上传到服务器；全部恢复过程都在浏览器本地完成。

请仅将本工具用于备份您本人所拥有硬件中的 BIOS。

系统流程

  1. 在 PS1 上启动专用 CD-R。
  2. 将 PS1 正常工作的音频输出声道连接到 PC 或 Mac 的音频输入。
  3. 打开 HTTPS 接收页面，选择输入设备，然后点击“开始音频输入”。
  4. PS1 先发送 FSK 头部，再发送 OFDM 数据。
  5. 浏览器对每个数据包、数据块以及最终 BIOS 镜像执行 CRC32 校验。
  6. 只有全部校验成功后，才能保存 ps1-bios.bin。

BIOS 容器

  • 读取地址：0xBFC00000
  • 原始大小：524,288 bytes
  • 独立数据块：16 KiB
  • 压缩：4 KiB 窗口、最大匹配长度 18 bytes 的 LZSS
  • 如果压缩后没有变小，则以 RAW 形式保存该块
  • 保存 stored-block CRC32、解压后 block CRC32 和完整 BIOS CRC32

每个压缩块相互独立，因此一个块损坏时，其解压历史不会影响其他块。

音频线路格式 V2/V5

传输开始时使用 300 baud BFSK：

  • Space：1,200 Hz
  • Mark：2,400 Hz
  • 采样率：44.1 kHz
  • 每个 symbol：147 samples
  • UART：ASCII / 8N1
  • 开始时进行三秒声道检查：仅左声道、仅右声道、立体声
  • 交替 mark/space 同步序列、协商字符串、带 CRC 的数据块头部

数据主体使用 OFDM：

  • FFT：512 samples
  • 循环前缀：64 samples
  • 载波：96 个，bin 24–119
  • 导频：8 个
  • 调制：QPSK
  • Packet：176 bytes，其中 payload 为 144 bytes
  • FEC：16 个数据分片 + 4 个校验分片
  • Packet CRC32 和 block CRC32

线路格式包含明确的版本号，以便尽量保持与已经发布的解码器兼容。

默认使用单声道模式的原因

SX v0.3 默认使用把同一 OFDM 信号同时发送到 L/R 的单声道模式。即使只有一个声道正常也能接收；两个声道都可用时，接收端会根据各声道功率进行加权合并。

接收端通过同步符号估算全部 96 个载波的复数信道响应，在进行 QPSK 判决之前校正每个频率上的振幅和相位误差。如果某一侧没有信号，该声道的合并权重实际上会变为零。

传输速度

包含 FEC 后，单声道 OFDM 的理论净速率约为 7.84 kbps。一个 4 KiB 线路数据块需要 40 个 packet。

  • OFDM 区间：约 4.72 秒
  • FSK 同步和两份头部：约 1.03 秒
  • OFDM 开始保护间隔：约 0.09 秒
  • 普通 4 KiB 数据块总计：约 5.85 秒
  • 包含块边界的有效速率：约 5.6 kbps（约 700 B/s）

第一个数据块还包含三秒声道检查和协商，因此约需 12.8 秒。整个 BIOS 的实际传输时间取决于 LZSS 压缩后的容器大小。

PS1 端

初代 PlayStation 的 CPU 没有 FPU（浮点运算单元）。因此调制器完全避免浮点运算，使用定点 IFFT 生成 OFDM 波形。生成的 PCM 被转换为 SPU ADPCM，并通过 SPU RAM 双缓冲和 DMA 连续播放。PS1 画面会显示发送模式、数据块编号、CRC 和进度。

SPU ADPCM 不是 BIOS 数据本身的压缩格式，它只是通过 PS1 SPU 播放已生成 OFDM 波形时使用的存储格式。176-byte packet 被映射为 QPSK；IFFT 产生的 44.1 kHz / 16-bit PCM 以每 28 samples 为一组处理。每个 ADPCM 块为 16 bytes，由 2-byte 头部和 28 个 4-bit 量化采样（14 bytes）组成。

当前的高速实时编码器使用 filter 0，并根据每个块的峰值选择量化 shift。L/R 的 ADPCM 数据流分别通过 DMA 传输到 SPU RAM，并把 voice 0 分配给 L、voice 1 分配给 R。SPU 在硬件中还原出模拟 PCM 波形，浏览器再将其作为 OFDM 解调；浏览器并不会直接读取 ADPCM 数据。

立体声模式下，L/R 承载不同的 QPSK 数据。单声道模式下，同一 PCM 波形复制到 L/R，再分别编码为独立的 SPU ADPCM 数据流。即使最终只采集到一个声道，也仍可解调相同的线路格式。

浏览器端

浏览器请求立体声音频输入，并关闭回声消除、降噪和自动增益控制。

  • AudioWorklet：实时输入、电平/RMS/peak 测量、FSK 解调
  • OFDM Worker：重采样、同步搜索、FFT、均衡、QPSK 解调
  • FEC Worker：在 GF(256) 上恢复缺失分片
  • UI：显示 L/R 电平、同步相关度、SNR、EVM、packet CRC 和数据块状态

输入电平约以 29 Hz 更新，开销较大的波形快照则限制在约 9.6 Hz。界面在每个动画帧只应用最新值，不让过期更新堆积在队列中。

完成判定

在满足以下所有条件之前，BIOS 下载功能不会启用：

  • 已接收全部必要数据块
  • 每个 stored-block CRC32 一致
  • 每个数据块在 LZSS 解压后的 CRC32 一致
  • 恢复后的大小为 524,288 bytes
  • 完整镜像 CRC32 与 PS1 端报告的值一致

验证范围

截至 2026-08-30：

  • Codec / packet / FEC 单元测试：PASS
  • 合成 PCM + SPU ADPCM 回环：160/160 packets，最终 CRC 一致
  • 单侧无声时的单声道接收测试：PASS
  • Docker PSn00bSDK 构建：PASS
  • CD-R 写入以及物理 PlayStation 的读取/启动：已确认
  • localhost 上实时音频电平表更新：已确认
  • 从物理 PlayStation 音频到浏览器的完整 512 KiB 恢复：PENDING / UNVERIFIED
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