Qhia cov lus hais dab tsi; xav tias muaj ntau yam kev xav sib cuam tshuam nyob rau hauv lub nag xob nag cua ntawm txoj kev xav; kom tawg tawm ntawm lub ntiaj teb, lub ntuj thiab txawm lub ntiaj teb nws tus kheej, mus rau ib qho kev taug kev uas tsis muaj daim ntawv qhia, tsis muaj txoj kev, tsis muaj cov cim; invent, qhia thiab paub tag nrho cov dab neeg uas yuav ib txwm nyob twj ywm tshwj xeeb thiab inimitable. Tag nrho cov no tuaj yeem ua tau los ntawm cov suab paj nruag - ib qho kev kos duab uas muaj nyob rau ntau txhiab xyoo thiab ua rau peb lub pob ntseg thiab lub siab nyiam.
Txawm li cas los xij, suab paj nruag, lossis kev ua suab paj nruag, tuaj yeem pab tsis tau tsuas yog rau kev zoo nkauj, tab sis kuj rau kev sib kis ntawm cov ntaub ntawv encoded hauv lawv, npaj rau qee yam khoom siv thiab pom tsis tau rau cov neeg mloog. Niaj hnub no peb yuav tau paub nrog ib tug txawv txawv txoj kev kawm nyob rau hauv uas kawm tiav cov tub ntxhais kawm los ntawm ETH Zurich muaj peev xwm, unnoticed los ntawm tib neeg pob ntseg, qhia tej yam ntaub ntawv rau hauv suab paj nruag tej hauj lwm, vim hais tias cov suab paj nruag nws tus kheej ua ib tug kis tau tus mob channel. Lawv ua raws nraim li lawv cov cuab yeej siv li cas, yog cov suab paj nruag nrog thiab tsis muaj cov ntaub ntawv sib txawv heev, thiab cov kev sim ua tau zoo li cas? Peb kawm txog qhov no los ntawm cov kws tshawb fawb cov ntaub ntawv. Mus.
Kev tshawb fawb hauv paus
Cov kws tshawb fawb hu lawv cov thev naus laus zis acoustic data transmission technology. Thaum tus neeg hais lus ua suab paj nruag hloov kho, tus neeg pom nws zoo li qub, tab sis, piv txwv li, lub xov tooj smartphone tuaj yeem nyeem cov ntaub ntawv encoded ntawm kab, lossis ntau dua ntawm cov ntawv, yog li hais. Cov kws tshawb fawb (qhov tseeb tias cov txiv neej no tseem yog cov tub ntxhais kawm tiav tsis tiv thaiv lawv los ntawm cov kws tshawb fawb) hu rau kev ceev thiab kev ntseeg siab ntawm kev sib kis thaum tswj hwm qib ntawm cov kev txwv no, tsis hais cov ntaub ntawv suab xaiv, yog qhov tseem ceeb tshaj plaws hauv kev siv cov txheej txheem hloov ntaub ntawv no. Psychoacoustics, uas kawm txog kev puas siab puas ntsws thiab lub cev ntawm tib neeg kev nkag siab ntawm lub suab, pab daws txoj haujlwm no.
Lub hauv paus ntawm acoustic cov ntaub ntawv kis tau tus mob tuaj yeem hu ua OFDM (orthogonal zaus division multiplexing), uas, nrog rau kev hloov pauv ntawm subcarriers mus rau lub suab paj nruag dhau sijhawm, ua rau nws muaj peev xwm ua kom siv ntau tshaj plaws ntawm kev sib kis ntau zaus rau cov ntaub ntawv xa mus. Ua tsaug rau qhov no, nws muaj peev xwm ua tiav qhov kev sib kis ceev ntawm 412 bps tshaj qhov kev ncua deb mus txog 24 meters (qhov yuam kev <10%). Cov kev sim uas muaj 40 tus neeg ua haujlwm pab dawb tau lees paub qhov tseeb tias nws yuav luag tsis tuaj yeem hnov ββββqhov txawv ntawm cov suab paj nruag qub thiab ib qho uas cov ntaub ntawv tau kos.
Qhov twg siv tshuab no siv tau rau hauv kev xyaum? Cov kws tshawb fawb muaj lawv tus kheej cov lus teb: yuav luag tag nrho cov niaj hnub smartphones, laptops thiab lwm yam khoom siv tes tuav tau nruab nrog microphones, thiab ntau qhov chaw pej xeem (cafes, tsev noj mov, khw, thiab lwm yam) muaj cov neeg hais lus nrog cov suab paj nruag keeb kwm yav dhau. Cov suab paj nruag keeb kwm yav dhau no tuaj yeem, piv txwv li, suav nrog cov ntaub ntawv txuas mus rau Wi-Fi network yam tsis tas yuav tsum tau ua ntxiv.
Cov yam ntxwv dav dav ntawm kev xa cov ntaub ntawv acoustic tau dhau los ua qhov tseeb rau peb; tam sim no cia peb mus rau kev kawm ntxaws txog cov qauv ntawm cov kab ke no.
System Description
Kev taw qhia cov ntaub ntawv rau hauv cov suab paj nruag tshwm sim vim yog siv lub npog ntsej muag ntau zaus. Nyob rau hauv lub sij hawm slots, masking frequencies raug txheeb xyuas thiab OFDM subcarriers nyob ze rau cov masking ntsiab yog sau nrog cov ntaub ntawv.
Duab #1: Hloov cov ntaub ntawv qub rau hauv cov teeb liab sib xyaw (melody + cov ntaub ntawv) kis los ntawm cov neeg hais lus.
Pib nrog, thawj lub suab teeb liab tau muab faib ua ntu txuas ntxiv rau kev txheeb xyuas. Txhua ntu (Hi) ntawm L = 8820 cov qauv, sib npaug rau 200 ms, yog muab faib ua qhov rais* kom txo tau ciam teb cuam tshuam.
Qhov rai* yog qhov hnyav ua haujlwm siv los tswj cov teebmeem vim yog sidelobes hauv spectral kwv yees.
Tom ntej no, qhov tseem ceeb zaus ntawm thawj lub teeb liab tau kuaj pom nyob rau hauv thaj tsam ntawm 500 Hz txog 9.8 kHz, uas ua rau nws muaj peev xwm tau txais daim npog ntsej muag fM, l rau ntu no. Tsis tas li ntawd, cov ntaub ntawv raug xa mus rau hauv ib qho me me ntawm 9.8 txog 10 kHz los tsim qhov chaw ntawm cov subcarriers ntawm lub receiver. Qhov kev txwv sab saud ntawm qhov siv ntau zaus tau teeb tsa rau 10 kHz vim qhov tsis tshua muaj siab ntawm cov xov tooj smartphones microphones ntawm cov zaus siab.
Masking zaus tau txiav txim siab rau txhua ntu uas tau txheeb xyuas tus kheej. Siv txoj kev HPS (Harmonic Product Spectrum), peb qhov tseem ceeb tshaj plaws tau txheeb xyuas thiab tom qab ntawd muab sib npaug rau cov ntawv ze tshaj plaws ntawm qhov ntsuas chromatic. Qhov no yog li cas cov ntawv tseem ceeb fF, i = 1β¦3 tau txais, dag ntawm cov yuam sij C0 (16.35 Hz) thiab B0 (30.87 Hz). Raws li qhov tseeb tias cov ntaub ntawv tseem ceeb tsawg dhau los siv rau hauv cov ntaub ntawv xa tawm, lawv cov octaves siab dua 500kfF, kuv tau suav hauv thaj tsam 9.8 Hz ... 2 kHz. Ntau ntawm cov zaus no (fO, l1) tau hais ntau dua vim qhov xwm txheej ntawm HPS.
Duab #2: xam octaves fO,l1 rau lub hauv paus sau ntawv thiab harmonics fH,l2 ntawm lub suab nrov tshaj plaws.
Qhov tshwm sim ntawm octaves thiab harmonics tau siv los ua qhov npog ntau zaus, los ntawm OFDM subcarrier frequencies fSC, k tau muab los. Ob lub subcarriers tau muab tso rau hauv qab thiab saum toj no txhua lub npog qhov ntau zaus.
Tom ntej no, lub spectrum ntawm Hi suab ntu tau lim ntawm subcarrier frequencies fSC, k. Tom qab ntawd, lub cim OFDM tau tsim los ntawm cov ntaub ntawv me me hauv Bi, vim tias qhov sib xyaw ua ke Ci tuaj yeem kis tau los ntawm tus neeg hais lus. Qhov loj thiab theem ntawm cov subcarriers yuav tsum raug xaiv kom tus neeg txais tuaj yeem rho tawm cov ntaub ntawv xa tawm thaum tus mloog tsis pom cov kev hloov hauv cov suab paj nruag.
Duab No. 3: ib feem ntawm cov spectrum thiab subcarrier zaus ntawm Hi ntu ntawm cov nkauj qub.
Thaum lub teeb liab suab nrog cov ntaub ntawv encoded hauv nws yog ua si los ntawm cov neeg hais lus, lub microphone ntawm cov khoom tau txais cov ntaub ntawv sau tseg. Txhawm rau nrhiav cov haujlwm pib ntawm cov cim OFDM embedded, cov ntaub ntawv thawj zaug yuav tsum tau lim bandpass. Nyob rau hauv txoj kev no, lub siab zaus ntau yog muab rho tawm, qhov twg tsis muaj suab paj nruag cuam tshuam cov cim ntawm subcarriers. Koj tuaj yeem pom qhov pib ntawm OFDM cov cim siv lub voj voog ua ntej.
Tom qab kuaj pom qhov pib ntawm OFDM cov cim, tus txais tau txais cov ntaub ntawv hais txog cov ntawv tseem ceeb tshaj plaws los ntawm kev txiav txim siab ntau zaus. Tsis tas li ntawd, OFDM yog qhov tiv taus rau qhov kev cuam tshuam nqaim, vim lawv tsuas yog cuam tshuam rau qee qhov subcarriers.
Kev ntsuam xyuas
KRK Rokit 8 tus neeg hais lus ua lub hauv paus ntawm kev hloov suab paj nruag, thiab Nexus 5X smartphone ua lub luag haujlwm ntawm tog txais.
Duab # 4: Qhov sib txawv ntawm qhov tseeb OFDM thiab qhov sib txheeb peaks ntsuas sab hauv tsev ntawm 5m ntawm tus hais lus thiab microphone.
Feem ntau OFDM cov ntsiab lus nyob hauv thaj tsam ntawm 0 txog 25 ms, yog li koj tuaj yeem pom qhov pib siv tau hauv 66.6 ms cyclic prefix. Cov kws tshawb fawb tau sau tseg tias tus txais (hauv qhov kev sim no, lub xov tooj smartphone) siv rau hauv tus account tias OFDM cov cim tau ua si ib ntus, uas txhim kho lawv qhov kev tshawb pom.
Thawj qhov kev kuaj xyuas yog qhov cuam tshuam ntawm qhov kev ncua deb ntawm qhov yuam kev me ntsis (BER). Txhawm rau ua qhov no, peb qhov kev ntsuam xyuas tau ua nyob rau hauv ntau hom chav: ib txoj hauv kev nrog cov ntaub pua plag, chaw ua haujlwm nrog linoleum rau hauv pem teb, thiab lub rooj sib tham nrog lub tsev ntoo.
Zaj nkauj xaiv raws li qhov kev xeem yog "Thiab Cradle Will Rock" los ntawm Van Halen.
Lub suab ntim tau hloov kho kom lub suab ntsuas ntawm lub xov tooj ntawm lub xov tooj ntawm qhov deb ntawm 2 m ntawm tus neeg hais lus yog 63 dB.
Duab No. 5: BER ntsuas nyob ntawm qhov deb ntawm tus hais lus thiab lub microphone (xiav kab - cov neeg tuaj saib, ntsuab - txoj kev hauv tsev, txiv kab ntxwv - chaw ua haujlwm).
Nyob rau hauv txoj kev, lub suab ntawm 40 dB tau txais los ntawm lub xov tooj smartphone ntawm qhov deb txog li 24 meters ntawm tus neeg hais lus. Nyob rau hauv chav kawm ntawm qhov deb ntawm 15 m lub suab yog 55 dB, thiab nyob rau hauv lub chaw ua hauj lwm ntawm ib tug deb ntawm 8 meters theem ntawm lub suab pom los ntawm lub smartphone mus txog 57 dB.
Vim hais tias lub tsev hais plaub thiab chaw ua haujlwm muaj ntau dua reverberant, lig OFDM cim echoes tshaj qhov cyclic prefix ntev thiab nce BER.
Reverberation * - maj mam txo suab nrov vim nws ntau qhov kev xav.
Cov kws tshawb fawb tau qhia ntxiv txog qhov ua tau zoo ntawm lawv cov kab ke los ntawm kev siv nws rau 6 qhov sib txawv ntawm peb hom (cov lus hauv qab no).
Table No. 1: Cov nkauj siv hauv kev xeem.
Tsis tas li ntawd, los ntawm cov ntaub ntawv rooj, peb tuaj yeem pom tus nqi me ntsis thiab qhov yuam kev me ntsis rau txhua zaj nkauj. Cov ntaub ntawv tus nqi sib txawv vim qhov sib txawv BPSK (theem hloov pauv) ua haujlwm zoo dua thaum siv tib lub subcarriers. Thiab qhov no yog ua tau thaum cov ntu uas nyob ib sab muaj tib lub npog ntsej muag. Cov nkauj nrov tsis tu ncua muab lub hauv paus zoo rau kev zais cov ntaub ntawv vim tias lub ntsej muag npog ntsej muag muaj zog dua nyob rau ntau qhov ntau zaus. Cov suab paj nruag nrawm tuaj yeem tsuas yog ib feem ntawm daim npog OFDM cov cim vim qhov ntev ntawm lub qhov rai tsom xam.
Tom qab ntawd, tib neeg pib sim lub kaw lus, leej twg yuav tsum txiav txim siab seb lub suab nkauj twg yog qhov qub thiab qhov twg tau hloov kho los ntawm cov ntaub ntawv hauv nws. Rau lub hom phiaj no, 12-thib ob excerpts ntawm zaj nkauj ntawm lub rooj No 1 tau muab tso rau hauv ib lub website tshwj xeeb.
Hauv thawj qhov kev sim (E1), txhua tus neeg tuaj koom tau muab ib qho kev hloov kho lossis cov seem qub los mloog thiab yuav tsum tau txiav txim siab seb qhov tawg yog qhov qub lossis hloov kho. Hauv kev sim thib ob (E2), cov neeg tuaj koom tuaj yeem mloog ob qho tib si ntau zaus raws li lawv xav tau, thiab tom qab ntawd txiav txim siab seb qhov twg yog qhov qub thiab qhov twg tau hloov kho.
Table No. 2: Cov txiaj ntsig ntawm kev sim E1 thiab E2.
Cov txiaj ntsig ntawm thawj qhov kev sim muaj ob qhov ntsuas: p(O|O) - feem pua ββββntawm cov neeg koom uas raug cim cov suab paj nruag thiab p(O|M) - feem pua ββββntawm cov neeg koom uas tau cim qhov hloov kho ntawm lub suab nrov li qub.
Interestingly, qee cov neeg koom, raws li cov kws tshawb fawb, suav tias qee qhov kev hloov kho suab paj nruag yuav tsum muaj ntau dua li tus thawj nws tus kheej. Qhov nruab nrab ntawm ob qhov kev sim qhia tau hais tias qhov nruab nrab mloog yuav tsis pom qhov sib txawv ntawm cov suab paj nruag tsis tu ncua thiab ib qho uas cov ntaub ntawv tau kos.
Lawm, cov kws tshaj lij suab paj nruag thiab cov kws ntaus suab paj nruag yuav tuaj yeem tshawb pom qee qhov tsis raug thiab cov ntsiab lus tsis txaus ntseeg hauv cov suab nkauj hloov pauv, tab sis cov ntsiab lus no tsis yog qhov tseem ceeb uas ua rau tsis xis nyob.
Thiab tam sim no peb tus kheej tuaj yeem koom nrog hauv kev sim. Hauv qab no yog ob versions ntawm tib lub suab - tus thawj thiab hloov ib qho. Koj puas hnov ββqhov txawv?
vs
Rau cov ncauj lus kom ntxaws ntxiv nrog cov nuances ntawm txoj kev tshawb no, kuv xav kom saib pab pawg tshawb fawb.
Koj tseem tuaj yeem rub tawm ZIP archive ntawm cov ntaub ntawv suab ntawm cov suab qub thiab hloov kho siv hauv kev kawm ntawm .
Epilogue
Hauv kev ua haujlwm no, cov tub ntxhais kawm tiav los ntawm ETH Zurich tau piav qhia txog kev xa cov ntaub ntawv zoo hauv cov suab paj nruag. Txhawm rau ua qhov no, lawv tau siv lub npog ntsej muag ntau zaus, uas ua rau nws muaj peev xwm embed cov ntaub ntawv rau hauv cov suab paj nruag ua si los ntawm tus neeg hais lus. Cov suab nkauj no pom tau los ntawm lub microphone ntawm lub cuab yeej, uas paub txog cov ntaub ntawv zais thiab txiav txim siab nws, thaum tus mloog nruab nrab yuav tsis pom qhov txawv. Nyob rau hauv lub neej yav tom ntej, cov hais mav npaj los tsim lawv lub cev, xaiv ntau txoj hauv kev los qhia cov ntaub ntawv rau hauv suab.
Thaum ib tug neeg tuaj nrog tej yam txawv txawv, thiab qhov tseem ceeb tshaj, tej yam uas ua haujlwm, peb yeej ib txwm zoo siab. Tab sis qhov kev xyiv fab ntau dua yog tias qhov kev tsim no tau tsim los ntawm cov tub ntxhais hluas. Kev tshawb fawb tsis muaj hnub nyoog txwv. Thiab yog tias cov tub ntxhais hluas pom kev tshawb fawb tho txawv, ces nws tau nthuav tawm los ntawm lub kaum sab xis tsis raug, yog li hais. Tom qab tag nrho, raws li peb paub, kev tshawb fawb yog lub ntiaj teb zoo kawg nkaus uas tsis tas yuav xav tsis thoob.
Hnub Friday yav tsaus ntuj:
Txij li thaum peb tab tom tham txog suab paj nruag, lossis suab paj nruag zoo nkauj, ntawm no yog txoj kev taug kev zoo tshaj plaws los ntawm kev nthuav dav ntawm pob zeb.
Poj huab tais, "Radio Ga Ga" (1984).
Ua tsaug rau kev nyeem ntawv, nyob xav paub, thiab muaj lub hnub so zoo! π
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