Nganyatakeun kecap naon teu bisa nepikeun; ngarasa rupa-rupa émosi intertwined dina badai parasaan; pikeun megatkeun jauh ti bumi, langit komo Alam Semesta sorangan, bade dina lalampahan dimana aya euweuh peta, euweuh jalan, euweuh tanda; invent, ngabejaan jeung ngalaman sakabeh carita nu bakal salawasna tetep unik tur inimitable. Sadaya ieu tiasa dilakukeun ku musik - seni anu parantos aya salami rébuan taun sareng pikaresepeun ku ceuli sareng haté urang.
Sanajan kitu, musik, atawa rada karya musik, bisa ngawula teu ukur keur pelesir estetika, tapi ogé pikeun pangiriman informasi disandikeun dina eta, dimaksudkeun pikeun sababaraha alat jeung halimunan ka pangdéngé. Dinten ieu kami bakal meunang acquainted jeung ulikan pisan mahiwal nu mahasiswa lulusan ETH Zurich éta bisa, unnoticed ku ceuli manusa, ngenalkeun data tangtu kana karya musik, alatan nu musik sorangan jadi saluran transmisi data. Kumaha kahayang maranéhna nerapkeun téhnologi maranéhanana, anu mélodi kalawan jeung tanpa data embedded pisan béda, sarta naon anu némbongkeun tés praktis? Urang diajar ngeunaan ieu tina laporan peneliti. indit.
Dasar panalungtikan
Panaliti nyauran téknologina téknologi pangiriman data akustik. Nalika spiker maénkeun mélodi anu dirobih, hiji jalma nganggap éta normal, tapi, contona, smartphone tiasa maca inpormasi anu disandikeun antara garis, atanapi langkung tepatna antara catetan, janten nyarios. Élmuwan (kanyataan yén ieu budak masih mahasiswa pascasarjana henteu nyegah aranjeunna janten ilmuwan) nyauran laju sareng réliabilitas transmisi bari ngajaga tingkat parameter ieu, henteu paduli file audio anu dipilih, salaku aspék anu paling penting dina palaksanaan. téknik mindahkeun data ieu. Psychoacoustics, nu ngulik aspék psikologis jeung fisiologis persepsi manusa sora, mantuan Cope jeung tugas ieu.
Inti transmisi data akustik bisa disebut OFDM (Orthogonal frequency division multiplexing), nu marengan adaptasi subcarriers kana musik sumber kana waktu, ngamungkinkeun ngagunakeun maksimum spéktrum frékuénsi dikirimkeun pikeun pangiriman informasi. Hatur nuhun kana ieu, éta mungkin pikeun ngahontal laju transmisi 412 bps dina jarak nepi ka 24 méter (rate kasalahan <10%). Percobaan praktis ngalibetkeun 40 sukarelawan dikonfirmasi kanyataan yén éta ampir teu mungkin keur ngadéngé bédana antara wirahma aslina jeung hiji nu informasi ieu study.
Dimana téknologi ieu tiasa diterapkeun dina prakték? Panaliti gaduh jawaban sorangan: ampir sadaya smartphone modern, laptop sareng alat genggam anu sanés dilengkepan mikropon, sareng seueur tempat umum (kafe, réstoran, pusat balanja, sareng sajabana) gaduh speaker sareng musik latar. Mélodi latar ieu, contona, tiasa ngalebetkeun data pikeun nyambung ka jaringan Wi-Fi tanpa butuh tindakan tambahan.
Fitur umum pangiriman data akustik parantos jelas pikeun urang; ayeuna hayu urang teraskeun kana ulikan anu lengkep ngeunaan struktur sistem ieu.
Pedaran Sistim
Bubuka data kana mélodi lumangsung alatan masking frékuénsi. Dina slot waktu, frékuénsi masking dicirikeun sarta subcarrier OFDM deukeut elemen masking ieu ngeusi data.
Gambar #1: Ngarobah file aslina kana sinyal komposit (melodi + data) dikirimkeun ngaliwatan speaker.
Pikeun dimimitian ku, sinyal audio aslina dibagi kana bagéan saterusna pikeun analisis. Unggal ruas (Hi) L = 8820 sampel, sarua jeung 200 mdet, dikalikeun ku jandela* pikeun ngaleutikan épék wates.
Jandela* mangrupakeun fungsi weighting dipaké pikeun ngadalikeun épék alatan sidelobes dina perkiraan spéktral.
Salajengna, frékuénsi dominan tina sinyal aslina dideteksi dina rentang ti 500 Hz nepi ka 9.8 kHz, nu ngamungkinkeun pikeun ménta masking frékuénsi fM,l pikeun bagéan ieu. Salaku tambahan, data dikirimkeun dina rentang leutik tina 9.8 dugi ka 10 kHz pikeun netepkeun lokasi subcarriers dina panarima. Wates luhur rentang frékuénsi dipaké disetel ka 10 kHz alatan sensitipitas low mikropon smartphone dina frékuénsi luhur.
Frékuénsi masking ditangtukeun pikeun tiap bagéan dianalisis individual. Ngagunakeun métode HPS (Harmonic Product Spectrum), tilu frékuénsi dominan diidentifikasi terus dibuleudkeun kana catetan nu pangcaketna dina skala kromatik harmonik. Ieu kumaha catetan utama fF,i = 1…3 dicandak, perenahna antara kenop C0 (16.35 Hz) jeung B0 (30.87 Hz). Dumasar kanyataan yén catetan dasar teuing low pikeun pamakéan dina pangiriman data, oktaf maranéhanana leuwih luhur 500kfF,i diitung dina rentang 9.8 Hz ... 2 kHz. Seueur frekuensi ieu (fO,l1) langkung jelas kusabab sifat HPS.
Gambar #2: Diitung oktaf fO,l1 pikeun nada dasar sareng harmonik fH,l2 tina nada pangkuatna.
Hasil set tina oktaf jeung harmonik dipaké salaku masking frékuénsi, ti mana OFDM frékuénsi subcarrier fSC, k diturunkeun. Dua subcarriers diselapkeun handap sarta luhur unggal frékuénsi masking.
Salajengna, spéktrum bagéan audio Hi disaring dina frékuénsi subcarrier fSC,k. Sanggeus éta, hiji simbol OFDM dijieun dumasar kana bit informasi dina Bi, alatan nu bagean komposit Ci bisa dikirimkeun ngaliwatan spiker. Gedéna sareng fase subcarriers kedah dipilih supados panampi tiasa ngekstrak data anu dikirimkeun bari anu ngadangukeun henteu perhatikeun parobahan dina mélodi.
Gambar No.. 3: bagian tina spéktrum sarta subcarrier frékuénsi sahiji bagéan Hai tina mélodi aslina.
Lamun sinyal audio jeung informasi disandikeun di dinya dicoo ngaliwatan speaker, mikropon tina alat panarima ngarekam eta. Pikeun milarian posisi awal simbol OFDM anu dipasang, rékamanna kedah disaring bandpass. Ku cara kieu, rentang frékuénsi luhur diekstrak, dimana teu aya sinyal gangguan musik antara subcarriers. Anjeun tiasa mendakan awal simbol OFDM nganggo awalan siklik.
Saatos ngadeteksi mimiti simbol OFDM, panarima nampi inpormasi ngeunaan catetan anu paling dominan ngaliwatan decoding domain frekuensi tinggi. Sajaba ti éta, OFDM cukup tahan ka sumber gangguan narrowband, sabab ngan mangaruhan sababaraha subcarriers.
Tés praktis
Spéker KRK Rokit 8 bertindak salaku sumber mélodi anu dirobih, sareng smartphone Nexus 5X maénkeun peran pihak anu nampi.
Gambar #4: Bédana antara OFDM sabenerna sareng puncak korelasi diukur di jero rohangan dina jarak 5m antara spiker sareng mikropon.
Kalolobaan titik OFDM perenahna dina rentang ti 0 nepi ka 25 mdet, ku kituna anjeun bisa manggihan mimiti valid dina 66.6 ms awalan siklik. Para panalungtik dicatet yén panarima (dina percobaan ieu, smartphone a) nyokot kana akun nu simbol OFDM diputer périodik, nu ngaronjatkeun deteksi maranéhna.
Hal kahiji anu dipariksa nyaéta pangaruh jarak dina laju kasalahan bit (BER). Jang ngalampahkeun ieu, tilu tés dilaksanakeun di sababaraha jinis kamar: koridor kalayan karpét, kantor kalayan linoleum di lantai, sareng auditorium kalayan lantai kai.
Lagu "And The Cradle Will Rock" ku Van Halen dipilih salaku subjek tés.
Volume sora disaluyukeun sahingga tingkat sora diukur ku smartphone dina jarak 2 m ti spiker éta 63 dB.
Gambar No.. 5: Indikator BER gumantung kana jarak antara spiker jeung mikropon (garis biru - panongton, héjo - koridor, oranyeu - kantor).
Di lorong, sora 40 dB dijemput ku smartphone dina jarak nepi ka 24 méter ti spiker. Di ruang kelas dina jarak 15 m sora éta 55 dB, sarta di kantor dina jarak 8 méter tingkat sora ditanggap ku smartphone ngahontal 57 dB.
Kusabab auditorium sarta kantor leuwih reverberant, telat OFDM lambang echoes ngaleuwihan panjang awalan siklik sarta ngaronjatkeun BER.
Reverberation* - panurunan bertahap dina inténsitas sora alatan sababaraha reflections na.
Para panalungtik salajengna nunjukkeun versatility tina sistem maranéhanana ku cara nerapkeun ka 6 lagu béda ti tilu genres (tabél di handap).
Méja No.. 1: lagu dipaké dina tés.
Ogé, ngaliwatan data tabel, urang bisa ningali bit rate jeung bit rate kasalahan pikeun tiap lagu. Laju data béda sabab BPSK diferensial (fase shift keying) jalan hadé lamun subcarriers sarua dipaké. Sareng ieu mungkin nalika bagéan anu padeukeut ngandung unsur masking anu sami. Lagu-lagu anu terus-terusan nyaring nyayogikeun dasar anu optimal pikeun nyumputkeun data sabab frekuensi masking langkung kuat dina rentang frekuensi anu lega. musik gancang-paced ngan bisa sawaréh masking lambang OFDM alatan panjang tetep tina jandela analisis.
Salajengna, jalma mimiti nguji sistem, anu kedah nangtukeun mana mélodi anu asli sareng anu dirobih ku inpormasi anu aya di jerona. Pikeun tujuan ieu, 12 detik excerpts lagu tina tabel No.. 1 dipasang dina ramatloka husus.
Dina percobaan kahiji (E1), unggal pamilon dibéré boh fragmen dirobah atawa aslina pikeun ngadéngékeun sarta kudu mutuskeun sempalan éta aslina atawa dirobah. Dina percobaan kadua (E2), pamilon bisa ngadengekeun duanana versi saloba maranéhna hayang, lajeng mutuskeun nu mana aslina tur mana nu dirobah.
Méja No.. 2: hasil percobaan E1 jeung E2.
Hasil percobaan kahiji mibanda dua indikator: p(O|O) - persentase pamilon anu bener nyirian wirahma asli jeung p(O|M) - persentase pamilon anu nandaan versi dirobah tina wirahma salaku aslina.
Narikna, sababaraha pamilon, nurutkeun peneliti, dianggap mélodi dirobah tangtu jadi leuwih aslina ti aslina sorangan. Rata-rata duanana percobaan nunjukkeun yén pangdéngé rata moal bakal aya bewara béda antara wirahma biasa na hiji nu data ieu study.
Alami, ahli musik jeung musisi bakal bisa ngadeteksi sababaraha akurat tur unsur curiga dina mélodi robah, tapi elemen ieu teu jadi pinunjul pikeun ngabalukarkeun ngarareunah.
Tur ayeuna urang sorangan bisa ilubiung dina percobaan. Di handap ieu aya dua vérsi mélodi anu sami - anu asli sareng anu dirobih. Dupi anjeun ngadangu bédana?
vs
Pikeun kenalan anu langkung rinci sareng nuansa pangajaran, kuring nyarankeun ningali grup panalungtikan.
Anjeun oge bisa ngundeur arsip ZIP file audio tina tunes aslina tur dirobah dipaké dina ulikan di .
epilog
Dina karya ieu, mahasiswa pascasarjana ti ETH Zurich ngajelaskeun sistem pangiriman data anu luar biasa dina musik. Jang ngalampahkeun ieu, aranjeunna ngagunakeun frékuénsi masking, nu ngamungkinkeun pikeun embed data kana mélodi dicoo ku spiker. Mélodi ieu katarima ku mikropon alat, nu ngakuan data disumputkeun na decodes eta, sedengkeun pangdéngé rata malah moal aya bewara bédana. Dina mangsa nu bakal datang, guys rencanana pikeun ngembangkeun sistem maranéhanana, milih métode leuwih canggih pikeun ngawanohkeun data kana audio.
Lamun batur datang nepi ka hal ilahar, jeung paling importantly, hal anu hade, kami salawasna senang. Tapi malah leuwih kabagjaan éta penemuan ieu dijieun ku jalma ngora. Élmu teu aya larangan umur. Sareng upami jalma ngora mendakan élmu anu pikaboseneun, maka éta dipasihkeun tina sudut anu salah, janten nyarios. Barina ogé, sakumaha urang terang, sains téh dunya endah nu pernah ceases ka reueus pisan.
Jumaah kaluar-luhur:
Kusabab urang nuju ngawangkong ngeunaan musik, atawa rada musik rock, ieu lalampahan éndah ngaliwatan expanses of rock.
Ratu, "Radio Ga Ga" (1984).
Hatur nuhun pikeun maca, tetep panasaran, sareng gaduh sabtu minggu anu saé guys! 🙂
Hatur nuhun pikeun tetep sareng kami. Naha anjeun resep artikel kami? Hoyong ningali eusi anu langkung narik? Dukung kami ku cara nempatkeun pesenan atanapi nyarankeun ka babaturan, Diskon 30% pikeun pangguna Habr dina analog unik tina server tingkat éntri, anu diciptakeun ku kami pikeun anjeun: (sadia kalawan RAID1 na RAID10, nepi ka 24 cores sarta nepi ka 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 kali langkung mirah? Ngan di dieu di Walanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - ti $99! Baca ngeunaan
sumber: www.habr.com