TĂ« shprehĂ«sh atĂ« qĂ« fjalĂ«t nuk mund tĂ« pĂ«rçojnĂ«; tĂ« ndjesh emocione tĂ« ndryshme qĂ« pĂ«rplasen nĂ« njĂ« uragan ndijesh; tĂ« shkĂ«putesh nga toka, qielli dhe madje edhe nga Universi vetĂ«, duke u embarkuar nĂ« njĂ« udhĂ«tim ku nuk ka harta, nuk ka rrugĂ«, nuk ka shenja; tĂ« imagjinosh, tregosh dhe pĂ«rjetosh njĂ« histori tĂ« tĂ«rĂ« qĂ« gjithmonĂ« do tĂ« mbetet unike dhe e pa pĂ«rsĂ«ritshme. E gjithĂ« kjo bĂ«het e mundur nga muzika â njĂ« art qĂ« ekziston pĂ«r shumĂ« mijĂ«ra vjet dhe qĂ« kĂ«naq dĂ«gjimin dhe zemrat tona.
Megjithatë, muzika, më saktësisht veprat muzikore, mund të shërbejnë jo vetëm për kënaqësinë estetike, por edhe për të transmetuar informacionin e koduar në to, i destinuar për ndonjë pajisje dhe i padukshëm për dëgjuesin. Sot do të njihemi me një hulumtim mjaft të pazakontë, në të cilin një grup studentësh të doktoraturës nga shkolla e lartë teknike e Cyrihut në Zvicër kanë arritur të inkorporojnë të dhëna të caktuara në veprat muzikore, duke e bërë muzikën një kanal për transmetimin e të dhënave. Si e realizuan ata teknologjinë e tyre, sa shumë ndryshojnë meloditë me dhe pa të dhëna të inkorporuara, dhe çfarë treguan testet praktike? Për këto do të mësojmë nga raporti i kërkuesve. Le të nisim.
Baza e studimit
Kërkuesit e quajnë teknologjinë e tyre teknikë akustike të transferimit të të dhënave. Kur një altoparlant luan një melodi të ndryshuar, njeriu e percepton atë si një të zakonshme, ndërsa një smartphone mund të lexojë informacionin e koduar midis rreshtave, më saktë midis notave, nëse mund ta shprehim ashtu. Aspekti më i rëndësishëm në zbatimin e kësaj metode të transferimit të të dhënave, sipas shkencëtarëve (fakti që këta djem janë ende në studime nuk i pengon ata të jenë shkencëtarë), është shpejtësia dhe besueshmëria e transferimit, duke ruajtur nivelet e ketyre parametrave pa marrë parasysh skedarin audio të zgjedhur. Përshtatja për këtë detyrë ndihmohet nga psikoakustika, e cila studion aspektet psikologjike dhe fiziologjike të perceptimit të tingujve nga njeri.
Një nga qëndrat e transmetimit akustik të të dhënave mund të quhet OFDM (multipleximi me ndarje ortogonale të frekuencave), i cili, së bashku me adaptimin e nënfrekuencave ndaj muzikës origjinale me kalimin e kohës, lejon maksimalizimin e përdorimit të spektromit të frekuencës së transmetuar për shpërndarjen e informacionit. Falë kësaj u arrit një shpejtësi transmetimi prej 412 bit/s në një distancë deri në 24 metra (koeficienti i gabimeve < 10%). Eksperimentet praktike me pjesëmarrjen e 40 vullnetarëve konfirmuan se ishte praktikisht e pamundur të dëgjohej ndryshimi mes melodia origjinale dhe asaj në të cilën ishte inkorporuar informacioni.
Ku mund të aplikohet një teknologji e tillë në praktikë? Sipas hulumtuesve, ka një përgjigje: pothuajse të gjithë smartphone-t modernë, laptopët dhe pajisjet e tjera të dorës janë të pajisura me mikrofonë, dhe në shumë vende publike (kafe, restorante, qendra tregtare etj.) ka altoparlantë me muzikë ambientale. Në këtë melodi ambientale mund të inkorporohen, për shembull, të dhëna për lidhjen me rrjetin Wi-Fi pa pasur nevojë për veprime të tjera.
Karakteristikat e përgjithshme të transmetimit akustik të të dhënave janë bërë të qarta për ne, tani le të kalojmë në një studim më të detajuar të strukturës së këtij sistemi.
PĂ«rshkrimi i sistemit
Inkorporimi i të dhënave në melodi ndodh përmes maskimit të frekuencës. Në intervalet e kohës, frekuencat maskuese identifikohen, dhe nënfrekuencat OFDM, të afërta me këto elemente maskuese, mbushen me të dhëna.
Imazhi â1: konvertimi i skedarit origjinal nĂ« njĂ« sinjal kompozit (melodi + tĂ« dhĂ«na), i transmetuar pĂ«rmes altoparlantĂ«ve.
Për të filluar, sinjali audio origjinal ndahet në segmente të njëpasnjëshmërisë për analizë. Secili segment i tillë (Hi) me L = 8820 mostrash, që është i barabartë me 200 ms, shumëzohet me dritare* për të minimizuar efektet e skajeve.
Dritare* â njĂ« funksion peshe qĂ« pĂ«rdoret pĂ«r tĂ« kontrolluar efektet e shkaktuara nga praninĂ« e petaleve anĂ«sore nĂ« vlerĂ«simet spektrale.
Më pas, u zbuluan frekuencat dominuese të sinjalit origjinal në një gamë nga 500 Hz deri në 9.8 kHz, gjë që lejojë marrjen e frekuencave maskuese fM,l për këtë segment. Përveç kësaj, ishte e nevojshme transferimi i të dhënave në një gamë të vogël nga 9.8 deri në 10 kHz për të përcaktuar vendndodhjen e nënshkallave në marrës. Kufiri i sipërm të fushës së frekuencave të përdorur u vendos në 10 kHz për shkak të ndjeshmërisë së ulët të mikrofonëve të smartphone-ve në frekuenca të larta.
Frekuencat maskuese u pĂ«rcaktuan pĂ«r secilin segment tĂ« analizuar individualisht. PĂ«rmes metodĂ«s HPS (spektri harmonik i produkteve) u pĂ«rcaktuan tri frekuenca dominuese, pas sĂ« cilave ato u afruan deri nĂ« notat mĂ« tĂ« afĂ«rta tĂ« shkallĂ«s harmonike kromatike. KĂ«shtu u morĂ«n notat kryesore fF,i = 1âŠ3, qĂ« ndodhen midis çelĂ«save C0 (16.35 Hz) dhe B0 (30.87 Hz). Duke marrĂ« parasysh se notat kryesore janĂ« shumĂ« tĂ« ulĂ«ta pĂ«r t'u pĂ«rdorur nĂ« transferimin e tĂ« dhĂ«nave, u llogaritĂ«n oktavat e tyre mĂ« tĂ« larta 2kfF,i nĂ« gamĂ«n 500 Hz ⊠9.8 kHz. Shumica e kĂ«tyre frekuencave (fO,l1) ishin mĂ« tĂ« shprehura pĂ«r shkak tĂ« natyrĂ«s sĂ« HPS.
Imazhi nr. 2: oktavat e llogaritura fO,l1 për notat kryesore dhe harmonikët fH,l2 të tones më të fortë.
Kombinimi i oktavave dhe harmonikëve u përdor si frekuenca maskuese, mbi bazën e të cilave u morën frekuencat OFDM të nënvepruesve fSC,k. Dy nënveprues ishin vendosur përpara dhe pas çdo frekuence maskuese.
Më pas ndodhi filtrimi i spektrit të segmentit audio Hi në frekuencat e nënvepruesve fSC,k. Pas kësaj, mbi bazën e bitëve informues në Bi, krijohej simboli OFDM, duke bërë që segmenti kompozit Ci të mund të transmetohej përmes zëdhënësit. Vlerat dhe fazat e nënvepruesve duhet të zgjidhen në mënyrë që marrësi të mund të nxjerrë të dhënat e transmetuara, ndërkohë që dëgjuesi nuk e vëren ndryshimin në melodi.
Imazhi nr. 3: pjesa e spektrit dhe frekuencat e nënvepruesve të segmentit Hi të melodis së origjinës.
Kur sinjali audio me informacion të koduar në të reprodukohet përmes altoparlantëve, mikrofoni i pajisjes marrëse e regjistron atë. Për të gjetur pozitat fillestare të simboleve të integruar OFDM, regjistrimet fillimisht duhet të kalojnë përmes filtrimit të bandes. Kështu, nxirret diapazoni i lartë të frekuencës, ku nuk ka sinjale muzikore që interferojnë midis nënbandeve. Fillimi i simboleve OFDM mund të gjendet përmes prefiksit ciklik.
Pas zbulimit të fillimit të simboleve OFDM, marrësi merr informacion mbi notat më dominuese duke dekoduar zonën e frekuencës së lartë. Gjithashtu, OFDM është mjaft i qëndrueshëm ndaj ndikimeve të burimeve të ndërhyrjeve të ngushta, pasi ato ndikon vetëm në disa nga nënbande.
Testet praktike
Si burim i melodive të ndryshuara ishte altoparlanti KRK Rokit 8, ndërsa roli i përgjegjësit të marrjes u luajt nga smartphone Nexus 5X.
Imazhi â4: ndryshimi midis manifestimeve reale tĂ« OFDM dhe majave tĂ« korrelacionit, tĂ« matur nĂ« njĂ« dhomĂ« nĂ« distancĂ«n 5 m midis altoparlantit dhe mikrofonit.
Shumica e pikave OFDM është në gamën nga 0 deri në 25 ms, prandaj është e mundur të gjendet një fillim i pranueshëm brenda prefiksit ciklik prej 66.6 ms. Kërkuesit vërejnë se marrësi (në këtë eksperiment, një smartphone) merr parasysh se simbolet OFDM reprodukohen periodicisht, gjë që përmirëson zbulimin e tyre.
E para që duhet verifikuar ishte ndikimi i distancës në koeficientin e gabimeve për bit (BER). Për këtë u kryen tri teste në lloje të ndryshme hapësirash: një korridor me qilim, një zyrë me linoleum në dysheme dhe një auditore me dysheme druri.
Si "testues" u zgjodh kënga "And The Cradle Will Rock" nga grupi Van Halen.
Volumet e tingullit u rregulluan në një mënyrë që niveli i zërit i matur nga smartphone-i në një distancë prej 2 m nga altoparlanti të ishte 63 dB.
Imazhi Nr. 5: treguesit BER nĂ« varĂ«si tĂ« distancĂ«s ndĂ«rmjet altoparlantit dhe mikrofonit (linja blu â auditore, e gjelbĂ«r â korridor, e portokalltĂ« â zyrĂ«).
Në koridor, tingulli në 40 dB u kap nga smartfoni deri në 24 metra nga zhurma. Në auditore, në distancën 15 m, tingulli ishte 55 dB, dhe në zyrë, në një distancë prej 8 metrash, niveli i tingullit të perceptuar nga smartfoni arriti 57 dB.
Duke marrë parasysh se auditoret dhe zyra janë më reverberante, sinjalet e vonuara të eko-sigmaleve OFDM tejkalojnë gjatësinë e prefiksit ciklik dhe rrisin BER.
Reverberimi* â reduktimi gradual i intensitetit tĂ« tingullit pĂ«r shkak tĂ« reflektimit tĂ« tij tĂ« shumtĂ«.
Më pas, studiuesit demonstruan universalisht të sistemit të tyre, duke e aplikuar atë në 6 këngë të ndryshme në tri zhanre (tabela më poshtë).
Tabela nr. 1: këngët e përdorura në test.
Gjithashtu, përmes të dhënave të tabelës mund të shohim shpejtësinë e transmetimit dhe koeficientët e gabimeve për çdo këngë. Shpejtësia e transmetimit ndryshon sepse BPSK diferencial (manipulimi i fazës) funksionon më mirë kur përdoren të njëjtat nën-oshtja. Kjo është e mundur kur segmentet fqinje përmbajnë elemente maskuese të njëjta. Këngët që janë vazhdimisht të forta ofrojnë një bazë optimale për fshehjen e të dhënave, pasi frekuencat maskuese janë më të pranishme në një gamë të gjerë frekuencash. Muzika që ndryshon shpejt mund të mashtrojë simbolet OFDM vetëm pjesërisht për shkak të gjatësi të fiksuar të dritares së analizës.
Më pas, testimi i sistemit u mor nga njerëzit që duhej të përcaktonin se cila meloditë ishte origjinale dhe cila ishte modifikuar me informacionin e integruar në të. Për këtë, fragmente 12-sekondëshe të këngëve nga tabela nr. 1 u vendosën në një sajt të veçantë.
Në eksperimentin e parë (E1), çdo pjesëmarrës kishte për të dëgjuar ose një fragment të modifikuar ose origjinal dhe duhet të vendoste nëse ky fragment ishte origjinal apo i modifikuar. Në eksperimentin e dytë (E2), pjesëmarrësit kishin mundësinë të dëgjonin të dy variantet sa herë që dëshironin, e pastaj të vendosnin se cili prej tyre ishte origjinali dhe cili ishte i ndryshuar.
Tabela Nr.2: rezultatet e eksperimentet E1 dhe E2.
NĂ« rezultatet e eksperimentit tĂ« parĂ«, ka dy tregues: p(O|O) â pĂ«rqindja e pjesĂ«marrĂ«sve qĂ« identifikuan saktĂ« melodinĂ« origjinale dhe p(O|M) â pĂ«rqindja e pjesĂ«marrĂ«sve qĂ« identifikuan versionin e ndryshuar tĂ« melodisĂ« si origjinal.
ĂshtĂ« interesante qĂ« disa pjesĂ«marrĂ«s, sipas studiuesve, e konsideronin disa melodi tĂ« modifikuara mĂ« origjinale se vetĂ« origjinali. Treguesi mesatar i tĂ« dy eksperimentet sugjeron se dĂ«gjuesi mesatar nuk do tĂ« vĂ«rejĂ« ndryshimin mes melodisĂ« normale dhe asaj nĂ« tĂ« cilĂ«n janĂ« integruar tĂ« dhĂ«nat.
Natyrisht, njohësit e muzikës dhe muzikantët do të hetojnë disa saktësi dhe elemente të dyshimta në meloditë e modifikuara, por këto elemente nuk janë aq të rëndësishme sa të shkaktojnë shqetësim.
Tani ne mund tĂ« marrim pjesĂ« nĂ« eksperimentin vetĂ«. MĂ« poshtĂ« janĂ« paraqitur dy versione tĂ« sĂ« njĂ«jtĂ«s melodi â origjinali dhe i modifikuari. A e dĂ«gjoni ndryshimin?
ndaj
Për një njohje më të detajuar me nuancat e hulumtimit, rekomandoj të shikoni në grupit kërkimor.
Gjithashtu, mund të shkarkoni arkivin ZIP të skedarëve audio të melodive origjinale dhe të modifikuara të përdorura në kërkim nga .
Epilogu
Në këtë punim, doktorantët e Shkollës së Lartë Teknike të Zvicrës në Cyrih përshkruan një sistem të mrekullueshëm të transmetimit të të dhënave brenda muzikës. Për këtë ata përdorën maskimin e frekuencave, që mundësoi integrimin e të dhënave në melodi, që luhet nga altoparlanti. Kjo melodi perceptohet nga mikrofonin e pajisjes, e cila njeh të dhënat e fshehura dhe i dekodon ato, ndërsa dëgjuesi mesatar nuk do të vërejë asnjë ndryshim. Në të ardhmen, grupi planifikon të zhvillojë sistemin e tyre duke përzgjedhur metoda më të avancuara për integrimin e të dhënave në audio.
Kur dikush shpik diçka të pazakontë, veçanërisht diçka funksionale, ne gjithmonë jemi të gëzuar. Por shumë më tepër gëzim sjell fakti se ky shpikim ishte krijuar nga të rinjtë. Shkenca nuk ka kufij moshe. Nëse të rinjtë e konsiderojnë shkencën të mërzitshme, atëherë ajo paraqitet nga një këndvështrim jo të duhur, për ta thënë kështu. Sepse, siç e dimë, shkenca është një botë e mrekullueshme që kurrë nuk ndalon së befasuari.
Of-topi i premtes:
Dhe tani që folëm për muzikën, më saktësisht për rock muzikën, ja një udhëtim të mrekullueshëm përmes hapësirave të rockut.
Queen, «Radio Ga Ga» (1984).
Faleminderit pĂ«r vĂ«mendjen, mbani kuriozitetin nĂ« jetĂ« dhe shijoni fundjavĂ«n, shokĂ«! đ
Faleminderit që jeni me ne. Ju përqejnë artikujt tanë? Doni të shihni më shumë materiale interesante? Na mbështesni me një porosi ose duke na rekomanduar miqve tuaj, 30% zbritje për përdoruesit e Habra për një alternativë unike të serverëve entry-level, e cila është krijuar nga ne për ju: (disponohen variante me RAID1 dhe RAID10, deri në 24 bërthama dhe deri në 40GB DDR4).
Dell R730xd pĂ«r dy herĂ« mĂ« lirĂ«? VetĂ«m kĂ«tu nĂ« HolandĂ«! Dell R420 â 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB â nga $99! Lexoni rreth
Burimi: habr.com
