{"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\/it\/blog\/novosti-interneta\/chitat-mezhdu-not-sistema-peredachi-dannyh-vnutri-muzyki","title":{"rendered":"Leggere tra le note: sistema di trasmissione dei dati nella musica","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"<p><img decoding=\"async\" alt=\"Leggere tra le note: sistema di trasmissione dei dati nella musica\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/07\/1ad50bc8761fbc232dd6834872b0a818.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<br \/>\nEsprimere ci\u00f2 che le parole non possono trasmettere; sentire una vasta gamma di emozioni intrecciate in un uragano di sentimenti; staccarsi dalla terra, dal cielo e persino dall'universo stesso, intraprendendo un viaggio, dove non ci sono mappe, n\u00e9 strade, n\u00e9 segnali; inventare, raccontare e vivere un'intera storia, che rimarr\u00e0 sempre unica e irripetibile. Tutto questo \u00e8 possibile grazie alla musica: un'arte che esiste da migliaia di anni e che delizia i nostri orecchi e cuori. <\/p>\n<p>Tuttavia, la musica, o meglio le composizioni musicali, possono servire non solo per il piacere estetico, ma anche per trasmettere informazioni codificate destinate a qualche dispositivo e inosservate per l'ascoltatore. Oggi ci immergeremo in una ricerca piuttosto insolita, in cui gli studenti di dottorato dell'ETH di Zurigo sono riusciti a incorporare silenziosamente dei dati nelle opere musicali, trasformando la musica in un canale di trasmissione dei dati. Come hanno realizzato la loro tecnologia, quanto differiscono le melodie con e senza dati incorporati, e cosa hanno mostrato i test pratici? Scopriremo tutto questo nel rapporto dei ricercatori. Iniziamo.<noindex><a rel=\"nofollow\" name=\"habracut\"><\/a><\/noindex><\/p>\n<h3>La base della ricerca<\/h3>\n<p>\nI ricercatori definiscono la loro tecnologia come una tecnica acustica di trasmissione dei dati. Quando un altoparlante riproduce una melodia modificata, l'essere umano la percepisce come normale, mentre uno smartphone, ad esempio, pu\u00f2 leggere le informazioni codificate tra le righe, o meglio, tra le note, per dirla in modo semplice. L'aspetto pi\u00f9 importante nella realizzazione di questa metodologia di trasmissione dei dati, secondo gli scienziati (che, nonostante siano ancora dottorandi, non smettono di essere ricercatori), \u00e8 la velocit\u00e0 e l'affidabilit\u00e0 della trasmissione, mantenendo questi parametri costanti indipendentemente dal file audio scelto. A far fronte a questa sfida \u00e8 la psicoacustica, che studia gli aspetti psicologici e fisiologici della percezione dei suoni da parte dell'essere umano. <\/p>\n<p>Il nucleo della trasmissione acustica pu\u00f2 essere definito OFDM (multiplexing a divisione ortogonale delle frequenze), che insieme all'adattamento delle portanti alla musica originale nel tempo ha permesso di massimizzare l'uso dello spettro della frequenza trasmessa per la trasmissione di informazioni. Grazie a ci\u00f2, si \u00e8 raggiunta una velocit\u00e0 di trasmissione di 412 bit\/s su una distanza fino a 24 metri (fattore di errore &lt; 10%). Esperimenti pratici con la partecipazione di 40 volontari hanno confermato che \u00e8 praticamente impossibile percepire la differenza tra la melodia originale e quella in cui sono state integrate le informazioni.<\/p>\n<p>Dove pu\u00f2 essere applicata praticamente una tale tecnologia? I ricercatori hanno la loro risposta: quasi tutti i moderni smartphone, laptop e altri dispositivi portatili sono dotati di microfoni, e molti luoghi pubblici (caff\u00e8, ristoranti, centri commerciali, ecc.) hanno diffusori con musica di sottofondo. In questa melodia di sottofondo \u00e8 possibile integrare, ad esempio, i dati per connettersi alla rete Wi-Fi senza la necessit\u00e0 di ulteriori azioni.<\/p>\n<p>Le caratteristiche generali della trasmissione acustica sono ora chiare, passiamo quindi a un'analisi dettagliata della struttura di questo sistema.<\/p>\n<h3>Descrizione del sistema<\/h3>\n<p>\nL'inserimento dei dati nella melodia avviene tramite la mascheratura della frequenza. Nei periodi temporali, le frequenze di mascheramento vengono identificate e le sottoscale OFDM, vicine a questi elementi di mascheramento, vengono riempite con i dati.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Leggere tra le note: sistema di trasmissione dei dati nella musica\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/07\/f6b1e812118410599fac4e8f161d7dd2.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Immagine n. 1: trasformazione del file sorgente in un segnale composito (melodia + dati), trasmesso attraverso gli altoparlanti.<\/i><\/p>\n<p>Per cominciare, il segnale audio sorgente viene suddiviso in segmenti successivi per l'analisi. Ogni segmento (Hi) di L = 8820 campioni, equivalente a 200 ms, viene moltiplicato per <i>una finestra*<\/i> per ridurre gli effetti di bordo.<\/p>\n<blockquote><p><b>Finestra*<\/b> \u2014 \u00e8 una funzione di pesatura utilizzata per gestire gli effetti causati dalla presenza dei lobi laterali nelle valutazioni spettrali.<\/p><\/blockquote>\n<p>In seguito sono state rilevate frequenze dominanti del segnale originale nell'intervallo da 500 Hz a 9,8 kHz, il che ha permesso di ottenere le frequenze mascheranti fM,l per questo segmento. Inoltre, \u00e8 stata effettuata la trasmissione di dati in una gamma ridotta da 9,8 a 10 kHz per determinare la posizione delle portanti nel ricevitore. Il limite superiore della gamma di frequenze utilizzata \u00e8 stato fissato a 10 kHz a causa della bassa sensibilit\u00e0 dei microfoni degli smartphone alle alte frequenze.<\/p>\n<p>Le frequenze mascheranti sono state determinate per ciascun segmento analizzato in modo individuale. Utilizzando il metodo HPS (spectrum armonico dei prodotti) sono state stabilite tre frequenze dominanti, che sono state quindi arrotondate alle note pi\u00f9 vicine della scala cromatica armonica. In questo modo sono state ottenute le note principali fF,i = 1\u20263, comprese tra i tasti C0 (16,35 Hz) e B0 (30,87 Hz). Dato che le note principali sono troppo basse per essere utilizzate nella trasmissione dei dati, sono state calcolate le loro ottave superiori 2kfF,i nell'intervallo di 500 Hz \u2026 9,8 kHz. Molte di queste frequenze (fO,l1) erano pi\u00f9 evidenti a causa della natura dell'HPS.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Leggere tra le note: sistema di trasmissione dei dati nella musica\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/07\/bdaea485e9ab52be9fd9cbba6e5602cb.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Immagine n. 2: ottave calcolate fO,l1 per le note principali e armoniche fH,l2 del tono pi\u00f9 forte.<\/i><\/p>\n<p>La combinazione di ottave e armoniche \u00e8 stata utilizzata come frequenze mascheranti, sulla base delle quali sono state ottenute le frequenze della portante OFDM fSC,k. Due portanti sono state inserite sotto e sopra ciascuna frequenza mascherante. <\/p>\n<p>Successivamente \u00e8 avvenuta la filtrazione dello spettro del segmento audio Hi alle frequenze delle portanti fSC,k. Sulla base dei bit informativi in Bi \u00e8 stato creato il simbolo OFDM, consentendo cos\u00ec al segmento composito Ci di essere trasmesso attraverso il diffusore. I valori e le fasi delle portanti devono essere scelti in modo che il ricevitore possa estrarre i dati trasmessi, mentre l'ascoltatore non percepisce cambiamenti nella melodia.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Leggere tra le note: sistema di trasmissione dei dati nella musica\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/07\/bf0f7ee1b1fc06db059c5b93d7f74249.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Immagine n. 3: porzione dello spettro e frequenze delle portanti del segmento Hi della melodia originale.<\/i><\/p>\n<p>Quando il segnale audio con le informazioni codificate viene riprodotto attraverso gli altoparlanti, il microfono del dispositivo ricevente lo registra. Per trovare le posizioni iniziali dei simboli OFDM integrati, le registrazioni devono essere prima filtrate in banda. In questo modo si estrae l'alta gamma di frequenze, dove non ci sono segnali musicali di disturbo tra le sottocarrier. L'inizio dei simboli OFDM pu\u00f2 essere trovato utilizzando il prefisso ciclico.<\/p>\n<p>Dopo aver rilevato l'inizio dei simboli OFDM, il ricevitore ottiene informazioni sulle note pi\u00f9 dominanti decodificando l'alta gamma di frequenze. Inoltre, l'OFDM \u00e8 abbastanza resistente all'influenza di sorgenti di disturbo a banda stretta, poich\u00e9 queste influenzano solo alcune delle sottocarrier.<\/p>\n<h3>Sperimentazioni pratiche<\/h3>\n<p>\nCome fonte delle melodie modificate \u00e8 stato utilizzato l'altoparlante KRK Rokit 8, mentre il ruolo della parte ricevente \u00e8 stato svolto dallo smartphone Nexus 5X.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Leggere tra le note: sistema di trasmissione dei dati nella musica\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/07\/b3a34977ff5009411a20899d42decca4.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Immagine n. 4: differenza tra le manifestazioni reali dell'OFDM e i picchi di correlazione, misurati in un ambiente chiuso a 5 m di distanza tra l'altoparlante e il microfono.<\/i><\/p>\n<p>La maggior parte dei punti OFDM si trova nella gamma da 0 a 25 ms, quindi \u00e8 possibile trovare un inizio valido all'interno del prefisso ciclico di 66,6 ms. I ricercatori osservano che il ricevitore (in questo esperimento, uno smartphone) tiene conto del fatto che i simboli OFDM vengono riprodotti periodicamente, il che migliora la loro rilevazione.<\/p>\n<p>La prima cosa da verificare \u00e8 stata l'influenza della distanza sul tasso di errore bit per bit (BER). Per questo sono stati condotti tre test in diversi tipi di ambienti: un corridoio con moquette, un ufficio con linoleum sul pavimento e un'aula con pavimento in legno.<\/p>\n<p><center><div class=\"youtube-placeholder\" data-id=\"FFez84xaR6Q\" onclick=\"loadVideo(this)\">\r\n        <img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/img.youtube.com\/vi\/FFez84xaR6Q\/hqdefault.jpg\" alt=\"Riproduci video\" loading=\"lazy\" width=\"480\" height=\"360\" style=\"width:100%;height:auto;\">\r\n        <div class=\"play-button\"><\/div>\r\n    <\/div><\/center><br \/>\n<i>Come 'soggetto di prova' \u00e8 stata scelta la canzone 'And The Cradle Will Rock' dei Van Halen. <\/i><\/p>\n<p>Il volume \u00e8 stato impostato in modo che il livello sonoro misurato dallo smartphone a 2 m dall'altoparlante fosse di 63 dB.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Leggere tra le note: sistema di trasmissione dei dati nella musica\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/07\/9583cb07bd30f4a74f55d1dec77130f8.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Immagine n. 5: indicatori BER in funzione della distanza tra l'altoparlante e il microfono (linea blu \u2014 aula, linea verde \u2014 corridoio, linea arancione \u2014 ufficio).<\/i><\/p>\n<p>Nel corridoio, il suono a 40 dB \u00e8 stato rilevato dallo smartphone fino a 24 metri dall'altoparlante. In aula, a 15 metri, il suono era di 55 dB, mentre in ufficio, a 8 metri, il livello di suono percepito dallo smartphone ha raggiunto i 57 dB. <\/p>\n<p>Poich\u00e9 l'aula e l'ufficio sono pi\u00f9 riverberanti, i ritardi nei segnali eco delle simboli OFDM superano la lunghezza del prefisso ciclico e aumentano il BER.<\/p>\n<blockquote><p><b> Riverberazione*<\/b> \u2014 riduzione graduale dell'intensit\u00e0 del suono a causa delle sue ripetute riflessioni. <\/p><\/blockquote>\n<p>Successivamente, i ricercatori hanno dimostrato la versatilit\u00e0 del loro sistema applicandolo a 6 diverse canzoni di tre generi (tabella sottostante).<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Leggere tra le note: sistema di trasmissione dei dati nella musica\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/07\/4e252e90f891f25be4da411309b3729e.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Tabella n. 1: canzoni utilizzate nei test.<\/i><\/p>\n<p>Inoltre, attraverso i dati della tabella possiamo osservare la velocit\u00e0 di trasmissione e i tassi di errore per bit di ciascuna canzone. La velocit\u00e0 di trasmissione varia poich\u00e9 il BPSK differenziale (modulazione di fase) funziona meglio quando vengono utilizzate le stesse portanti. Questo \u00e8 possibile quando segmenti adiacenti contengono gli stessi elementi di mascheramento. Canzoni costantemente forti forniscono una base ottimale per la codifica dei dati, poich\u00e9 le frequenze di mascheramento sono pi\u00f9 evidenti in un ampio intervallo di frequenze. La musica in rapida evoluzione pu\u00f2 mascherare solo parzialmente i simboli OFDM a causa della lunghezza fissa della finestra di analisi.<\/p>\n<p>Successivamente, il test del sistema \u00e8 stato effettuato da persone incaricate di determinare quale melodia fosse originale e quale fosse stata modificata con informazioni incorporate. A tal fine, estratti di 12 secondi delle canzoni dalla tabella n. 1 sono stati pubblicati su un sito web dedicato. <\/p>\n<p>Nel primo esperimento (E1), a ciascun partecipante \u00e8 stato fornito un frammento, modificato o originale, da ascoltare, e doveva decidere se quel frammento fosse originale o modificato. Nel secondo esperimento (E2), i partecipanti potevano ascoltare entrambe le versioni quante volte volevano, per poi stabilire quale fosse l'originale e quale la modifica.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Leggere tra le note: sistema di trasmissione dei dati nella musica\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/07\/778f01635f57427333a7fc0a1bd6e0c7.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Tabella n. 2: risultati degli esperimenti E1 ed E2.<\/i><\/p>\n<p>Nei risultati del primo esperimento ci sono due indicatori: p(O|O) \u2014 percentuale di partecipanti che hanno identificato correttamente la melodia originale e p(O|M) \u2014 percentuale di partecipanti che hanno indicato la versione modificata della melodia come originale.<\/p>\n<p>\u00c8 curioso notare che alcuni partecipanti, secondo i ricercatori, consideravano certe melodie modificate pi\u00f9 originali dell'originale stesso. La media di entrambi gli esperimenti indica che l'ascoltatore medio non noter\u00e0 la differenza tra una melodia normale e quella in cui sono stati incorporati dati.<\/p>\n<p>Naturalmente, gli esperti di musica e i musicisti potranno cogliere alcune imprecisioni e elementi sospetti nelle melodie modificate, ma tali elementi non sono cos\u00ec significativi da causare disagio.<\/p>\n<p>Ora possiamo partecipare noi stessi all'esperimento. Di seguito sono presentate due versioni della stessa melodia: l'originale e quella modificata. Riuscite a sentire la differenza?<\/p>\n<p><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/www.ethz.ch\/content\/dam\/ethz\/main\/news\/eth-news\/2019\/07\/190709-daten-in-musik-speichern\/hoerbeispiel-original.mp3\">Versione originale della melodia<\/a><\/noindex><br \/>\nvs<br \/>\n<noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/www.ethz.ch\/content\/dam\/ethz\/main\/news\/eth-news\/2019\/07\/190709-daten-in-musik-speichern\/hoerbeispiel-enc-300bps.mp3\">Versione modificata della melodia<\/a><\/noindex><\/p>\n<p>Per una comprensione pi\u00f9 dettagliata delle sfumature della ricerca, consiglio di dare un'occhiata a <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/tik-old.ee.ethz.ch\/file\/8a61c16532c1d4f9021d3aaf06f4f381\/imperceptible_audio_communication.pdf\">rapporto<\/a><\/noindex> gruppo di ricerca.<\/p>\n<p>Potete anche scaricare un archivio ZIP dei file audio delle melodie originali e modificate utilizzate nella ricerca da <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/www.research-collection.ethz.ch\/handle\/20.500.11850\/297564\">questo link<\/a><\/noindex>.<\/p>\n<h3>Epilogo<\/h3>\n<p>\nIn questo lavoro, i dottorandi dell'ETH di Zurigo hanno descritto un sorprendente sistema di trasmissione dati all'interno della musica. Per fare ci\u00f2, hanno applicato il mascheramento di frequenza, che ha permesso di incorporare dati nella melodia riprodotta da un altoparlante. Questa melodia viene percepita dal microfono del dispositivo, il quale riconosce i dati nascosti e li decodifica, mentre l'ascoltatore medio non noter\u00e0 alcuna differenza. In futuro, il team prevede di sviluppare ulteriormente il proprio sistema, cercando metodi pi\u00f9 sofisticati per inserire dati nell'audio. <\/p>\n<p>Quando qualcuno inventa qualcosa di insolito e, soprattutto, funzionante, noi siamo sempre felici. Ma la gioia \u00e8 ancora maggiore quando questa invenzione \u00e8 creata da giovani. La scienza non ha limiti di et\u00e0. Se i giovani trovano la scienza noiosa, significa che non viene presentata nel modo giusto, per cos\u00ec dire. Infatti, come sappiamo, la scienza \u00e8 un mondo meraviglioso che non smette mai di stupire. <\/p>\n<p><b class=\"spoiler_title\">Off-topic del venerd\u00ec:<\/b><center><div class=\"youtube-placeholder\" data-id=\"pjTUKNhoQ58\" onclick=\"loadVideo(this)\">\r\n        <img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/img.youtube.com\/vi\/pjTUKNhoQ58\/hqdefault.jpg\" alt=\"Riproduci video\" loading=\"lazy\" width=\"480\" height=\"360\" style=\"width:100%;height:auto;\">\r\n        <div class=\"play-button\"><\/div>\r\n    <\/div><\/center><br \/>\n<i>Dal momento che abbiamo parlato di musica, e in particolare di rock, ecco un meraviglioso viaggio attraverso l'universo del rock.<\/i><\/p>\n<p><center><div class=\"youtube-placeholder\" data-id=\"azdwsXLmrHE\" onclick=\"loadVideo(this)\">\r\n        <img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/img.youtube.com\/vi\/azdwsXLmrHE\/hqdefault.jpg\" alt=\"Riproduci video\" loading=\"lazy\" width=\"480\" height=\"360\" style=\"width:100%;height:auto;\">\r\n        <div class=\"play-button\"><\/div>\r\n    <\/div><\/center><br \/>\n<i>Queen, \u00abRadio Ga Ga\u00bb (1984).<\/i><\/p>\n<p>Grazie per l'attenzione, rimanete curiosi e buon weekend a tutti, ragazzi! \ud83d\ude42<\/p>\n<p>\nGrazie per rimanere con noi. 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