{"id":36133,"date":"2019-10-31T22:09:48","date_gmt":"2019-10-31T19:09:48","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/chitat-mezhdu-not-sistema-peredachi-dannyh-vnutri-muzyki\/"},"modified":"2019-10-31T22:09:48","modified_gmt":"2019-10-31T19:09:48","slug":"chitat-mezhdu-not-sistema-peredachi-dannyh-vnutri-muzyki","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/fr\/blog\/news\/chitat-mezhdu-not-sistema-peredachi-dannyh-vnutri-muzyki","title":{"rendered":"Lire entre les notes : syst\u00e8me de transmission de donn\u00e9es dans la musique","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Lire
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\nExprimer des choses que les mots ne peuvent pas transmettre ; ressentir toute une gamme d'\u00e9motions s'entrelacant dans un tourbillon de sentiments ; se d\u00e9tacher de la terre, du ciel et m\u00eame de l'univers tout entier en se lan\u00e7ant dans un voyage sans cartes, sans routes, sans panneaux ; inventer, raconter et vivre une histoire enti\u00e8re qui restera toujours unique et inimitable. Tout cela est possible gr\u00e2ce \u00e0 la musique \u2014 un art qui existe depuis des milliers d'ann\u00e9es et qui enchante nos oreilles et nos c\u0153urs. <\/p>\n

Cependant, la musique, ou plut\u00f4t les \u0153uvres musicales, peuvent servir non seulement \u00e0 un plaisir esth\u00e9tique, mais \u00e9galement \u00e0 transmettre des informations cod\u00e9es destin\u00e9es \u00e0 un appareil et invisibles pour l'auditeur. Aujourd'hui, nous allons d\u00e9couvrir une recherche tr\u00e8s inhabituelle, dans laquelle des doctorants de l'\u00c9cole polytechnique f\u00e9d\u00e9rale de Zurich ont r\u00e9ussi \u00e0 int\u00e9grer discr\u00e8tement certaines donn\u00e9es dans des \u0153uvres musicales, ce qui fait de la musique un canal de transmission de donn\u00e9es. Comment ont-ils r\u00e9alis\u00e9 leur technologie, en quoi les m\u00e9lodies avec et sans donn\u00e9es int\u00e9gr\u00e9es diff\u00e8rent-elles, et que r\u00e9v\u00e8lent les tests pratiques ? Nous allons le d\u00e9couvrir dans le rapport des chercheurs. C'est parti.<\/a><\/noindex><\/p>\n

Fondement de l'\u00e9tude<\/h3>\n

\nLes chercheurs appellent leur technologie la technique acoustique de transmission de donn\u00e9es. Lorsqu'un haut-parleur joue une m\u00e9lodie modifi\u00e9e, l'humain la per\u00e7oit comme ordinaire, tandis qu'un smartphone, par exemple, peut lire les informations cod\u00e9es entre les lignes, ou plut\u00f4t entre les notes, si l'on peut s'exprimer ainsi. L'aspect le plus important dans la mise en \u0153uvre de cette m\u00e9thode de transmission de donn\u00e9es est, selon les scientifiques (le fait qu\u2019ils soient encore doctorants ne les emp\u00eache pas d'\u00eatre des chercheurs), la rapidit\u00e9 et la fiabilit\u00e9 de la transmission tout en maintenant un bon niveau de ces param\u00e8tres, quelle que soit la piste audio choisie. La psychoacoustique, qui \u00e9tudie les aspects psychologiques et physiologiques de la perception sonore par l'homme, aide \u00e0 relever ce d\u00e9fi. <\/p>\n

Le c\u0153ur de la transmission acoustique de donn\u00e9es peut \u00eatre d\u00e9crit par l'OFDM (multiplexage par r\u00e9partition orthogonale de la fr\u00e9quence), qui, avec l'adaptation des porteuses \u00e0 la musique d'origine au fil du temps, permet d'exploiter au maximum le spectre de fr\u00e9quence transmis pour la transmission d'informations. Gr\u00e2ce \u00e0 cela, une vitesse de transmission de 412 bits\/s a \u00e9t\u00e9 atteinte sur une distance allant jusqu'\u00e0 24 m\u00e8tres (taux d'erreur < 10%). Des exp\u00e9riences pratiques men\u00e9es avec 40 volontaires ont confirm\u00e9 qu'il est pratiquement impossible de percevoir la diff\u00e9rence entre la m\u00e9lodie originale et celle dans laquelle des informations ont \u00e9t\u00e9 int\u00e9gr\u00e9es.<\/p>\n

O\u00f9 peut-on appliquer cette technologie en pratique ? Les chercheurs ont leur propre r\u00e9ponse : pratiquement tous les smartphones modernes, ordinateurs portables et autres dispositifs portables sont \u00e9quip\u00e9s de microphones, et dans de nombreux endroits publics (caf\u00e9s, restaurants, centres commerciaux, etc.), il existe des haut-parleurs diffusant de la musique d'ambiance. On peut int\u00e9grer, par exemple, des donn\u00e9es pour se connecter au r\u00e9seau Wi-Fi sans avoir besoin d'effectuer des actions suppl\u00e9mentaires.<\/p>\n

Les caract\u00e9ristiques g\u00e9n\u00e9rales de la transmission acoustique de donn\u00e9es sont d\u00e9sormais claires, passons \u00e0 l'\u00e9tude d\u00e9taill\u00e9e de la structure de ce syst\u00e8me.<\/p>\n

Description du syst\u00e8me<\/h3>\n

\nL'incorporation des donn\u00e9es dans la m\u00e9lodie se fait par le biais du masquage de fr\u00e9quence. Au cours des intervalles de temps, les fr\u00e9quences de masquage sont identifi\u00e9es, et les porteuses OFDM, proches de ces \u00e9l\u00e9ments de masquage, sont remplies de donn\u00e9es.<\/p>\n

\"Lire
\nImage n\u00b01 : conversion du fichier source en signal composite (m\u00e9lodie + donn\u00e9es), transmis par les haut-parleurs.<\/i><\/p>\n

Tout d'abord, le signal audio source est divis\u00e9 en segments successifs pour analyse. Chaque segment (Hi) de L = 8820 \u00e9chantillons, soit 200 ms, est multipli\u00e9 par une fen\u00eatre*<\/i> pour minimiser les effets de bord.<\/p>\n

Fen\u00eatre*<\/b> \u2014 fonction de pond\u00e9ration utilis\u00e9e pour g\u00e9rer les effets caus\u00e9s par la pr\u00e9sence de lobes lat\u00e9raux dans les \u00e9valuations spectrales.<\/p><\/blockquote>\n

Ensuite, les fr\u00e9quences dominantes du signal source ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9tect\u00e9es dans la plage de 500 Hz \u00e0 9,8 kHz, ce qui a permis d'obtenir les fr\u00e9quences masquantes fM,l pour ce segment. En compl\u00e9ment, des donn\u00e9es ont \u00e9t\u00e9 transmises dans une petite gamme de 9,8 \u00e0 10 kHz pour d\u00e9terminer la position des sous-porteuses dans le r\u00e9cepteur. La limite sup\u00e9rieure de la plage de fr\u00e9quences utilis\u00e9e a \u00e9t\u00e9 fix\u00e9e \u00e0 10 kHz en raison de la faible sensibilit\u00e9 des microphones de smartphone aux hautes fr\u00e9quences.<\/p>\n

Les fr\u00e9quences masquantes \u00e9taient d\u00e9termin\u00e9es pour chaque segment analys\u00e9 de mani\u00e8re individuelle. \u00c0 l'aide de la m\u00e9thode HPS (spectrum harmonique de produits), trois fr\u00e9quences dominantes ont \u00e9t\u00e9 \u00e9tablies, puis arrondies aux notes les plus proches de l'\u00e9chelle chromatique harmonique. C'est ainsi que les notes fondamentales fF,i = 1\u20263 ont \u00e9t\u00e9 obtenues, se situant entre les touches C0 (16,35 Hz) et B0 (30,87 Hz). \u00c9tant donn\u00e9 que ces notes fondamentales \u00e9taient trop basses pour \u00eatre utilis\u00e9es dans la transmission de donn\u00e9es, leurs octaves sup\u00e9rieures ont \u00e9t\u00e9 calcul\u00e9es dans la plage de 500 Hz \u2026 9,8 kHz sous la forme 2kfF,i. Beaucoup de ces fr\u00e9quences (fO,l1) se sont r\u00e9v\u00e9l\u00e9es plus prononc\u00e9es en raison de la nature de l'HPS.<\/p>\n

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\nImage n\u00b02 : octaves calcul\u00e9es fO,l1 pour les notes fondamentales et les harmoniques fH,l2 du ton le plus fort.<\/i><\/p>\n

L'ensemble des octaves et des harmoniques a \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9 comme fr\u00e9quences masquantes, sur la base desquelles les fr\u00e9quences de sous-porteuse OFDM fSC,k ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9termin\u00e9es. Deux sous-porteuses ont \u00e9t\u00e9 ins\u00e9r\u00e9es en dessous et au-dessus de chaque fr\u00e9quence masquante. <\/p>\n

Ensuite, le spectre du segment audio Hi a \u00e9t\u00e9 filtr\u00e9 aux fr\u00e9quences des sous-porteuses fSC,k. \u00c0 partir des bits d'information dans Bi, un symbole OFDM a \u00e9t\u00e9 cr\u00e9\u00e9, permettant ainsi au segment composite Ci d'\u00eatre transmis via le haut-parleur. Les amplitudes et les phases des sous-porteuses doivent \u00eatre choisies de mani\u00e8re \u00e0 ce que le r\u00e9cepteur puisse extraire les donn\u00e9es transmises, tandis que l'auditeur ne remarque pas de changements dans la m\u00e9lodie.<\/p>\n

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\nImage n\u00b03 : section du spectre et fr\u00e9quences des sous-porteuses du segment Hi de la m\u00e9lodie d'origine.<\/i><\/p>\n

Lorsque le signal audio contenant des informations cod\u00e9es est reproduit par des haut-parleurs, le microphone de l'appareil r\u00e9cepteur l'enregistre. Pour localiser les positions initiales des symboles OFDM int\u00e9gr\u00e9s, les enregistrements doivent d'abord \u00eatre soumis \u00e0 un filtrage en bande. Cela permet d'extraire la plage de fr\u00e9quences sup\u00e9rieures, o\u00f9 il n'y a pas de signaux musicaux perturbateurs entre les porteuses. On peut trouver le d\u00e9but des symboles OFDM \u00e0 l'aide du pr\u00e9fixe cyclique.<\/p>\n

Apr\u00e8s avoir d\u00e9tect\u00e9 le d\u00e9but des symboles OFDM, le r\u00e9cepteur obtient des informations sur les notes les plus dominantes en d\u00e9codant la plage de fr\u00e9quences sup\u00e9rieures. De plus, l'OFDM est assez r\u00e9sistant aux interf\u00e9rences de sources \u00e0 bande \u00e9troite, car elles n'affectent que certaines des porteuses.<\/p>\n

Essais pratiques<\/h3>\n

\nComme source de m\u00e9lodies modifi\u00e9es, un haut-parleur KRK Rokit 8 a \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9, tandis que le r\u00e9cepteur \u00e9tait un smartphone Nexus 5X.<\/p>\n

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\nImage n\u00b0 4 : diff\u00e9rence entre les manifestations r\u00e9elles de l'OFDM et les pics de corr\u00e9lation mesur\u00e9s en int\u00e9rieur \u00e0 une distance de 5 m entre le haut-parleur et le microphone.<\/i><\/p>\n

La plupart des points OFDM se situent dans une plage de 0 \u00e0 25 ms, il est donc possible de trouver un d\u00e9but acceptable \u00e0 l'int\u00e9rieur du pr\u00e9fixe cyclique de 66,6 ms. Les chercheurs notent que le r\u00e9cepteur (dans cette exp\u00e9rience, le smartphone) prend en compte que les symboles OFDM sont reproduits p\u00e9riodiquement, ce qui am\u00e9liore leur d\u00e9tection.<\/p>\n

La premi\u00e8re chose \u00e0 v\u00e9rifier \u00e9tait l'influence de la distance sur le taux d'erreurs de bit (BER). Pour cela, trois tests ont \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9s dans diff\u00e9rents types de pi\u00e8ces : un couloir avec moquette, un bureau avec du linol\u00e9um au sol et une salle de classe avec un sol en bois.<\/p>\n

\r\n \"Lire\r\n
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\nLa chanson \u00ab And The Cradle Will Rock \u00bb du groupe Van Halen a \u00e9t\u00e9 choisie comme \u00ab sujet d'essai \u00bb. <\/i><\/p>\n

Le volume \u00e9tait r\u00e9gl\u00e9 de mani\u00e8re \u00e0 ce que le niveau sonore mesur\u00e9 par le smartphone \u00e0 une distance de 2 m du haut-parleur soit de 63 dB.<\/p>\n

\"Lire
\nImage n\u00b0 5 : taux de BER en fonction de la distance entre le haut-parleur et le microphone (ligne bleue - salle de classe, verte - couloir, orange - bureau).<\/i><\/p>\n

Dans le couloir, un son de 40 dB \u00e9tait capt\u00e9 par le smartphone \u00e0 une distance allant jusqu'\u00e0 24 m\u00e8tres du haut-parleur. Dans la salle de classe, \u00e0 15 m, le son \u00e9tait de 55 dB, et dans le bureau, \u00e0 8 m\u00e8tres, le niveau de son per\u00e7u par le smartphone atteignait 57 dB. <\/p>\n

\u00c9tant donn\u00e9 que l'auditoire et le bureau sont plus r\u00e9verb\u00e9rants, les \u00e9chos tardifs des symboles OFDM d\u00e9passent la longueur du pr\u00e9fixe cyclique, augmentant ainsi le BER.<\/p>\n

R\u00e9verb\u00e9ration*<\/b> \u2014 diminution progressive de l'intensit\u00e9 sonore en raison de ses multiples r\u00e9flexions. <\/p><\/blockquote>\n

Les chercheurs ont ensuite d\u00e9montr\u00e9 la polyvalence de leur syst\u00e8me en l'appliquant \u00e0 six chansons de trois genres diff\u00e9rents (voir tableau ci-dessous).<\/p>\n

\"Lire
\nTableau n\u00b01 : Chansons utilis\u00e9es dans les tests.<\/i><\/p>\n

Les donn\u00e9es du tableau nous permettent \u00e9galement de voir les d\u00e9bits et les taux d'erreur par bit pour chaque chanson. Les d\u00e9bits varient car la BPSK diff\u00e9rentielle (manipulation de phase) fonctionne mieux lorsque les m\u00eames sous-porteurs sont utilis\u00e9s. Cela est possible lorsque les segments voisins contiennent les m\u00eames \u00e9l\u00e9ments de masquage. Les chansons continuellement fortes fournissent une base optimale pour le masquage des donn\u00e9es, car les fr\u00e9quences de masquage sont plus prononc\u00e9es dans une large gamme de fr\u00e9quences. La musique \u00e0 changement rapide peut seulement partiellement masquer les symboles OFDM en raison de la longueur fixe de la fen\u00eatre d'analyse.<\/p>\n

Ensuite, les tests du syst\u00e8me ont \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9s par des personnes cens\u00e9es d\u00e9terminer quelle m\u00e9lodie \u00e9tait originale et laquelle avait \u00e9t\u00e9 modifi\u00e9e par l'information ins\u00e9r\u00e9e. Pour cela, des extraits de 12 secondes des chansons du tableau n\u00b01 ont \u00e9t\u00e9 plac\u00e9s sur un site d\u00e9di\u00e9. <\/p>\n

Dans la premi\u00e8re exp\u00e9rience (E1), chaque participant recevait soit un extrait modifi\u00e9, soit un extrait original \u00e0 \u00e9couter, et devait d\u00e9cider si cet extrait \u00e9tait original ou modifi\u00e9. Dans la seconde exp\u00e9rience (E2), les participants pouvaient \u00e9couter autant de fois qu'ils le souhaitaient les deux versions, puis d\u00e9cider laquelle \u00e9tait l'originale et laquelle \u00e9tait modifi\u00e9e.<\/p>\n

\"Lire
\nTableau n\u00b02 : R\u00e9sultats des exp\u00e9riences E1 et E2.<\/i><\/p>\n

Les r\u00e9sultats de la premi\u00e8re exp\u00e9rience comprennent deux indicateurs : p(O|O) \u2014 pourcentage de participants ayant correctement identifi\u00e9 la m\u00e9lodie originale et p(O|M) \u2014 pourcentage de participants ayant identifi\u00e9 la version modifi\u00e9e de la m\u00e9lodie comme originale.<\/p>\n

Il est int\u00e9ressant de noter que certains participants, selon les chercheurs, trouvaient certaines m\u00e9lodies modifi\u00e9es plus originales que l'original lui-m\u00eame. Les r\u00e9sultats des deux exp\u00e9riences indiquent que l'auditeur moyen ne remarquera pas la diff\u00e9rence entre une m\u00e9lodie ordinaire et celle dans laquelle des donn\u00e9es ont \u00e9t\u00e9 incrust\u00e9es.<\/p>\n

Naturellement, les m\u00e9lomanes et les musiciens pourront d\u00e9tecter certaines inexactitudes et \u00e9l\u00e9ments suspects dans les m\u00e9lodies modifi\u00e9es, mais ces \u00e9l\u00e9ments ne sont pas assez significatifs pour provoquer un inconfort.<\/p>\n

Et maintenant, nous pouvons nous aussi participer \u00e0 l'exp\u00e9rience. Ci-dessous, deux versions de la m\u00eame m\u00e9lodie sont pr\u00e9sent\u00e9es \u2014 l'originale et la modifi\u00e9e. Entendez-vous la diff\u00e9rence ?<\/p>\n

Version originale de la m\u00e9lodie<\/a><\/noindex>
\nvs
\nVersion modifi\u00e9e de la m\u00e9lodie<\/a><\/noindex><\/p>\n

Pour une compr\u00e9hension plus approfondie des nuances de l'\u00e9tude, je recommande de consulter le rapport<\/a><\/noindex> groupe de recherche.<\/p>\n

Vous pouvez \u00e9galement t\u00e9l\u00e9charger un fichier ZIP contenant les fichiers audio des m\u00e9lodies originales et modifi\u00e9es utilis\u00e9es dans l'\u00e9tude \u00e0 ce lien<\/a><\/noindex>.<\/p>\n

\u00c9pilogue<\/h3>\n

\nDans ce travail, des doctorants de l'\u00c9cole polytechnique f\u00e9d\u00e9rale de Zurich ont d\u00e9crit un syst\u00e8me incroyable de transmission de donn\u00e9es \u00e0 travers la musique. Pour cela, ils ont utilis\u00e9 le masquage fr\u00e9quentiel, permettant d'incorporer des donn\u00e9es dans la m\u00e9lodie jou\u00e9e par un haut-parleur. Cette m\u00e9lodie est per\u00e7ue par le microphone de l'appareil, qui reconna\u00eet les donn\u00e9es cach\u00e9es et les d\u00e9code, tandis que l'auditeur moyen ne remarquera aucune diff\u00e9rence. \u00c0 l'avenir, les chercheurs pr\u00e9voient de d\u00e9velopper leur syst\u00e8me en recherchant des m\u00e9thodes plus sophistiqu\u00e9es pour int\u00e9grer des donn\u00e9es dans l'audio. <\/p>\n

Quand quelqu'un invente quelque chose d'inhabituel, et surtout de fonctionnel, nous sommes toujours ravis. Mais ce qui nous fait encore plus plaisir, c'est que cette invention a \u00e9t\u00e9 cr\u00e9\u00e9e par de jeunes gens. La science n'a pas de limites d'\u00e2ge. Et si la jeunesse trouve la science ennuyeuse, cela signifie qu'elle n'est pas pr\u00e9sent\u00e9e sous le bon angle. Comme nous le savons, la science est un monde fascinant qui ne cesse jamais d'\u00e9tonner. <\/p>\n

Hors sujet du vendredi :<\/b>

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\nPuisque nous avons parl\u00e9 de musique, et plus pr\u00e9cis\u00e9ment de rock, voici un beau voyage \u00e0 travers les territoires du rock.<\/i><\/p>\n

\r\n \"Lire\r\n
<\/div>\r\n <\/div><\/center>
\nQueen, \u00abRadio Ga Ga\u00bb (1984).<\/i><\/p>\n

Merci de votre attention, restez curieux et passez tous un excellent week-end, les amis ! \ud83d\ude42<\/p>\n

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Source : habr.com<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"

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