Nyedhiyakake tembung apa sing ora bisa diandharake; aran macem-macem emosi intertwined ing angin topan saka raos; kanggo break adoh saka bumi, langit lan malah Universe dhewe, arep ing lelampahan sing ora ana peta, ora ana dalan, ora ana pratandha; invent, marang lan nemu crita wutuh sing bakal tansah tetep unik lan inimitable. Kabeh iki bisa ditindakake kanthi musik - seni sing wis ana nganti pirang-pirang ewu taun lan nyenengake kuping lan ati kita.
Nanging, musik, utawa luwih karya musik, bisa ngawula ora mung kanggo kesenengan estetis, nanging uga kanggo transmisi informasi dienkode ing wong-wong mau, dimaksudaké kanggo sawetara piranti lan ora katon kanggo pamireng. Dina iki kita bakal kenal karo studi sing ora biasa ing ngendi siswa lulusan saka ETH Zurich bisa, tanpa disadari dening kuping manungsa, ngenalake data tartamtu menyang karya musik, amarga musik kasebut dhewe dadi saluran transmisi data. Carane persis padha ngleksanakake teknologi, apa melodi karo lan tanpa data ditempelake beda banget, lan apa tes praktis nuduhake? Kita sinau babagan iki saka laporan peneliti. Tindak.
Basis riset
Peneliti nyebutake teknologi transmisi data akustik. Nalika speaker muter melodi sing diowahi, wong nganggep minangka normal, nanging, contone, smartphone bisa maca informasi sing dienkode ing antarane garis, utawa ing antarane cathetan, supaya bisa ngomong. Ilmuwan (kasunyatan sing wong lanang iki isih mahasiswa pascasarjana ora nyegah wong-wong mau dadi ilmuwan) nelpon kacepetan lan linuwih transmisi nalika njaga tingkat paramèter iki, preduli saka file audio sing dipilih, minangka aspek paling penting ing implementasine saka teknik transfer data iki. Psikoakustik, sing nyinaoni aspek psikologis lan fisiologis saka persepsi manungsa babagan swara, mbantu ngatasi tugas iki.
Inti transmisi data akustik bisa diarani OFDM (orthogonal frequency division multiplexing), sing, bebarengan karo adaptasi subcarriers menyang musik sumber liwat wektu, wis bisa nggunakake maksimum spektrum frekuensi ditularaké kanggo transmisi informasi. Thanks kanggo iki, sampeyan bisa entuk kacepetan transmisi 412 bps ing jarak nganti 24 meter (tingkat kesalahan <10%). Eksperimen praktis sing nglibatake 40 sukarelawan ngonfirmasi kasunyatan manawa meh ora bisa krungu bedane melodi asli lan sing ana informasi kasebut.
Ing endi teknologi iki bisa ditrapake ing praktik? Peneliti duwe jawaban dhewe: meh kabeh smartphone modern, laptop lan piranti genggam liyane dilengkapi mikrofon, lan akeh panggonan umum (kafe, restoran, pusat perbelanjaan, lan liya-liyane) duwe speaker kanthi musik latar. Melodi latar mburi iki bisa, contone, kalebu data kanggo nyambungake menyang jaringan Wi-Fi tanpa perlu tumindak tambahan.
Fitur umum transmisi data akustik wis jelas kanggo kita; saiki ayo pindhah menyang sinau rinci babagan struktur sistem iki.
Deskripsi Sistem
Introduksi data menyang melodi dumadi amarga masking frekuensi. Ing slot wektu, frekuensi masking diidentifikasi lan subcarrier OFDM cedhak unsur masking iki kapenuhan data.
Gambar #1: Ngonversi file asli dadi sinyal komposit (melodi + data) sing dikirim liwat speaker.
Kanggo miwiti, sinyal audio asli dipérang dadi segmen berturut-turut kanggo dianalisis. Saben segmen kasebut (Hi) saka L = 8820 sampel, padha karo 200 ms, dikalikan karo jendela* kanggo nyilikake efek wates.
Jendela* minangka fungsi bobot sing digunakake kanggo ngontrol efek amarga sidelobes ing perkiraan spektral.
Sabanjure, frekuensi dominan sinyal asli dideteksi ing kisaran saka 500 Hz nganti 9.8 kHz, sing ndadekake frekuensi masking fM,l kanggo segmen iki. Kajaba iku, data dikirim ing sawetara cilik saka 9.8 kanggo 10 kHz kanggo netepake lokasi subcarriers ing panrima. Watesan ndhuwur rentang frekuensi sing digunakake disetel dadi 10 kHz amarga sensitivitas mikropon smartphone sing kurang ing frekuensi dhuwur.
Frekuensi masking ditemtokake kanggo saben segmen sing dianalisis kanthi individu. Nggunakake metode HPS (Harmonic Product Spectrum), telung frekuensi dominan diidentifikasi banjur dibunderaké menyang cathetan paling cedhak ing skala kromatik harmonik. Iki carane cathetan utama fF,i = 1…3 dijupuk, dumunung ing antarane tombol C0 (16.35 Hz) lan B0 (30.87 Hz). Adhedhasar kasunyatan manawa cathetan dhasar sithik banget kanggo digunakake ing transmisi data, oktaf sing luwih dhuwur yaiku 500kfF,i diwilang ing kisaran 9.8 Hz ... 2 kHz. Akeh frekuensi kasebut (fO,l1) luwih jelas amarga sifat HPS.
Gambar #2: Oktaf diitung fO,l1 kanggo cathetan dhasar lan harmonik fH,l2 saka nada paling kuat.
Setel oktaf lan harmonik sing diasilake digunakake minangka frekuensi masking, saka ngendi frekuensi subcarrier OFDM fSC, k diturunake. Loro subcarriers dipasang ing ngisor lan ndhuwur saben frekuensi masking.
Sabanjure, spektrum segmen audio Hi disaring ing frekuensi subcarrier fSC, k. Sawise iku, simbol OFDM digawe adhedhasar bit informasi ing Bi, amarga segmen komposit Ci bisa ditularake liwat speaker. Magnitudo lan fase subcarrier kudu dipilih supaya panrima bisa ngekstrak data sing dikirim nalika pamireng ora ngelingi owah-owahan ing melodi.
Gambar No.. 3: bagéan saka spektrum lan subcarrier frekuensi saka segmen Hi saka melodi asli.
Nalika sinyal audio kanthi informasi sing dienkode dimainake liwat speaker, mikropon piranti panampa bakal ngrekam. Kanggo nemokake posisi wiwitan simbol OFDM sing dipasang, rekaman kasebut kudu disaring bandpass. Kanthi cara iki, kisaran frekuensi ndhuwur diekstraksi, sing ora ana sinyal interferensi musik ing antarane subcarrier. Sampeyan bisa nemokake wiwitan simbol OFDM nggunakake ater-ater siklik.
Sawise ndeteksi wiwitan simbol OFDM, panrima entuk informasi babagan cathetan sing paling dominan liwat dekoding domain frekuensi dhuwur. Kajaba iku, OFDM cukup tahan kanggo sumber gangguan narrowband, amarga padha mung mengaruhi sawetara subcarriers.
Tes praktis
Speaker KRK Rokit 8 minangka sumber melodi sing diowahi, lan smartphone Nexus 5X minangka pihak sing nampa.
Gambar #4: Bentenipun antarane OFDM nyata lan puncak korélasi diukur ing jero ruangan ing 5m antarane speaker lan mikropon.
Umume titik OFDM dumunung ing kisaran saka 0 nganti 25 ms, supaya sampeyan bisa nemokake wiwitan sing bener ing awalan siklik 66.6 ms. Peneliti nyathet yen panrima (ing eksperimen iki, smartphone) njupuk menyang akun sing simbol OFDM diputer periodik, kang mbenakake deteksi.
Babagan pisanan sing kudu dipriksa yaiku pengaruh jarak ing tingkat kesalahan bit (BER). Kanggo nindakake iki, telung tes ditindakake ing macem-macem kamar: koridor kanthi karpet, kantor kanthi linoleum ing lantai, lan auditorium kanthi lantai kayu.
Lagu "And The Cradle Will Rock" dening Van Halen dipilih minangka subyek tes.
Volume swara disetel supaya tingkat swara sing diukur dening smartphone ing jarak 2 m saka speaker yaiku 63 dB.
Gambar No. 5: Indikator BER gumantung saka jarak antarane speaker lan mikropon (garis biru - pamirsa, ijo - koridor, oranye - kantor).
Ing lorong, swara 40 dB dijupuk dening smartphone kanthi jarak nganti 24 meter saka speaker. Ing ruang kelas kanthi jarak 15 m swara kasebut 55 dB, lan ing kantor kanthi jarak 8 meter tingkat swara sing dirasakake dening smartphone tekan 57 dB.
Amarga auditorium lan kantor luwih reverberant, simbol OFDM pungkasan gema ngluwihi dawa ater-ater cyclic lan nambah BER.
Reverberation* - nyuda bertahap ing intensitas swara amarga macem-macem bayangan.
Peneliti luwih nduduhake fleksibilitas sistem kasebut kanthi nggunakake 6 lagu sing beda saka telung genre (tabel ing ngisor iki).
Tabel No.. 1: tembang sing digunakake ing tes.
Uga, liwat data tabel, kita bisa ndeleng tingkat bit lan tingkat kesalahan bit kanggo saben lagu. Tarif data beda-beda amarga diferensial BPSK (phase shift keying) luwih apik yen subcarrier sing padha digunakake. Lan iki bisa ditindakake nalika segmen jejer ngemot unsur masking sing padha. Lagu sing terus-terusan banter nyedhiyakake basis optimal kanggo ndhelikake data amarga frekuensi masking luwih kuat ing sawetara frekuensi sing amba. Musik kanthi cepet mung bisa nutupi simbol OFDM amarga dawane jendhela analisis.
Sabanjure, wong wiwit nyoba sistem kasebut, sing kudu nemtokake melodi sing asli lan sing diowahi kanthi informasi sing ana ing kono. Kanggo maksud iki, kutipan lagu 12 detik saka tabel No. 1 dikirim ing situs web khusus.
Ing eksperimen pisanan (E1), saben peserta diwenehi fragmen sing diowahi utawa asli kanggo dirungokake lan kudu mutusake manawa fragmen kasebut asli utawa diowahi. Ing eksperimen kapindho (E2), para peserta bisa ngrungokake versi loro-lorone kaya sing dikarepake, banjur mutusake endi sing asli lan endi sing diowahi.
Tabel No. 2: asil eksperimen E1 lan E2.
Asil eksperimen pisanan nduweni rong indikator: p(O|O) - persentase peserta sing menehi tandha kanthi bener ing melodi asli lan p(O|M) - persentase peserta sing menehi tandha versi modifikasi saka melodi minangka asli.
Sing nggumunake, sawetara peserta, miturut peneliti, nganggep melodi sing diowahi dadi luwih asli tinimbang asline. Rata-rata saka loro eksperimen kasebut nuduhake manawa pamireng rata-rata ora bakal ngerteni bedane antarane melodi biasa lan sing ana data.
Mesthine, ahli musik lan musisi bakal bisa ndeteksi sawetara sing ora akurat lan unsur sing curiga ing melodi sing diganti, nanging unsur kasebut ora pati penting kanggo nyebabake rasa ora nyaman.
Lan saiki awake dhewe bisa melu eksperimen. Ing ngisor iki ana rong versi melodi sing padha - asli lan sing diowahi. Apa sampeyan krungu prabédan?
vs
Kanggo kenalan sing luwih rinci karo nuansa sinau, aku nyaranake ndeleng klompok riset.
Sampeyan uga bisa ndownload arsip ZIP file audio saka lagu asli lan diowahi digunakake ing sinau ing .
Epilogue
Ing karya iki, siswa lulusan saka ETH Zurich nggambarake sistem transmisi data sing luar biasa ing musik. Kanggo nindakake iki, padha nggunakake frekuensi masking, kang ndadekake iku bisa kanggo nampilaké data menyang melodi diputer dening speaker. Melodi iki ditemokake dening mikropon piranti, sing ngenali data sing didhelikake lan decode, dene pamireng rata-rata ora bakal ngelingi prabédan kasebut. Ing mangsa ngarep, wong lanang ngrancang ngembangake sistem kasebut, milih cara sing luwih maju kanggo ngenalake data menyang audio.
Nalika wong teka munggah karo soko mboten umum, lan sing paling Jahwéh, soko sing bisa, kita tansah seneng. Nanging malah luwih bungah sing penemuan iki digawe dening wong enom. Ilmu ora ana watesan umur. Lan yen wong enom golek ilmu mboseni, banjur diwenehi saka sudut salah, supaya bisa ngomong. Sawise kabeh, kaya sing kita ngerti, ilmu pengetahuan minangka jagad sing luar biasa sing ora bakal nggumunake.
Jum'at ing ndhuwur:
Awit kita lagi ngomong babagan musik, utawa musik rock, iki minangka perjalanan sing apik banget liwat expanses rock.
Ratu, "Radio Ga Ga" (1984).
Matur nuwun kanggo maca, tetep penasaran, lan duwe akhir minggu sing apik! 🙂
Matur nuwun kanggo tetep karo kita. Apa sampeyan seneng karo artikel kita? Pengin ndeleng konten sing luwih menarik? Ndhukung kita kanthi nggawe pesenan utawa menehi rekomendasi menyang kanca, Diskon 30% kanggo pangguna Habr ing analog unik saka server level entri, sing diciptakake kanggo sampeyan: (kasedhiya karo RAID1 lan RAID10, munggah 24 intine lan nganti 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 kaping luwih murah? Mung kene ing Walanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - saka $99! Maca babagan
Source: www.habr.com