Речевой кодек для задачи, поставленной GeGel, Приводятся примеры исходного и сжатого речевым кодеком сигнала Опции

[Милливольт]

Примерно год назад на этом форуме обсуждалась тема разработки "криптофона". Тема называлась "Проброс канала..." Предполагалась возможность создания ЗАС для обычного сотового.
У меня появилось (увы) свободное время, и эта задача не оставляла в покое. Через какое-то время стало понятно, что для ее решения необходим кодек совершенно необычного типа. Я попытался его изготовить на базе собственной гипотезы о формировании акустического сигнала в речевом аппарате.
Результаты первых (весьма несовершенных проб) представлены:
Исходный сигнал 128Кбит/сек - http://exfile.ru/482652
Сигнал после кодирования/декодирования с потоком 0.25 Кбит/сек, (приведенный к 128Кбит/сек после декодирования) здесь: http://exfile.ru/482653 (слышны погрешности интерполяции, но это уже в процессе устранения)
В данном случае поток- динамический, задержка не более 20 мсек, корреляция кластера и посылаемого фрагмента не хуже 0,975 (Пирсон).
Основное отличие от существующих кодеков заключается в том, что индивидуальные характеристики речи абонента изначально (один раз) отправляются в цифровом виде реципиенту. А дальше идет нормальный обмен с низкой скоростью. Это существенный недостаток, т.к. без этих данных на приемном конце будет голос без индивидуальных особенностей, либо чужой.
К достоинствам, как мне кажется, можно отнести работу исключительно во временной области, т.е. тестовая речь "нарезается" на куски-кластеры, они классифицируются, и получается новый "алфавит", который и передается. Приемник собирает сигнал, интерполирует что нужно, и подает на акустический тракт.
А для базовой задачи (криптофона) можно предложить передавать не цифру, а просто перепутанные кластеры. Т.к. в криптографии я понимаю мало, то предполагаю, что тов. Вернам здесь может быть уместен.
Я писал на почту ув. GeGel, но ответа не было. А форум я немножко захламляю в надежде неформальной экспертизы: нужен ли такой кодек, и для чего он может быть применен. Это важно, т.к. из меня программист как из говна пуля, и до реализации в реалтайме, да еще на смартфоновских процессорах, я это дело точно не доведу. А вкладываться фирмой в неоднозначные перспективы - неразумно.

Сообщение отредактировал Милливольт - Sep 21 2016, 11:27

[Mister_DSP]

Большая мощность будет в другой серии.

На счет эфирного шума, если частотный детектор имеет SNR= -10дБ (минус!) то он вытащит из-под шума, если он гауссов и не превышает полезный сигнал более чем в 10 раз.

Я встречал разнотолки по поводу зависимости между мощностью передатчика и дальностью: то-ли корень 4-й степени или 2-й.

При переходе к мощности передатчика с 50 мВт на 1 Вт дальность во сколько увеличится? В 4,5 раза или в 2,1 раз ?
Прямая видимость без загораживания.

КБ Беркут почитал - стало совсем грустно: имеем 20-кратное потребление тока, а дальность всего в 2 раза...

[Милливольт]

На счет эфирного шума, если частотный детектор имеет SNR= -10дБ (минус!) то он вытащит из-под шума, если он гауссов и не превышает полезный сигнал более чем в 10 раз.

Воля Ваша, но причем тут детектор? Он не имеет никакого значения. Давайте забудем о модуляции вообще, и будем пока оперировать только немодулированными радиоимпульсами.
Итак, для улучшения приема в смысле сигнал/шум нам необходимо согласовать полосу пропускания канала со спектром передаваемого сигнала. Оптимальным решением будет согласованная фильтрация, когда АЧХ канала идентична нормированному спектру сигнала.
Достичь этого можно разными способами: порубить сигнал на идентичные куски и обеспечить когерентное накопление. При этом уровень сигнала будет расти пропорционально корню квадратному из количества усреднений, а уровень шума по этому же закону начнет снижаться. В результате С/Ш будет тем лучше, чем больше усреднений мы сделали.
Но это не значит, что указанный метод единственный и уникальный.
Точно так же мы можем ограничить эквивалентный битрейт (как и при когерентном накоплении) и ограничить полосу приемного тракта. При этом после прохождения приемных частотно избирательных цепей возрастут марковость нашего сигнала и его внутриспектральные связи. Соотношение сигнал/шум улучшится даже немножко лучше, чем при когерентном накоплении в предыдущем способе (при прочих равных условиях). Лучше потому, что АЧХ когерентного накопителя будет гребенчатой, что обеспечит некоторый проигрыш (хотя, в принципе, это лечится методом Уэлча).
Т.е. для получения наилучшего С/Ш правильнее всего иметь узкополосный сигнал и узкополосный приемный тракт.
Теперь к детектированию. Известно и строго доказано, что энергетически оптимальная модуляция одна-единственная: 180-градусная фазовая манипуляция (кстати, любая(!) ЧМ проигрывает этому методу). Оптимальное детектирование известно также со времен Котельникова – свертка принятого сигнала с его инвертированной во времени копией. Принятие решения описывается оптимальным приемником Котельникова в варианте т.н. «идеального наблюдателя».
И теперь вопрос: какие преимущества в приеме дает описываемый Вами детектор? Как это может быть – неверна старая теория или появилась новая? Почему станция с ЛОРА будет выигрывать относительно существующих радиотехнических средств?

Я встречал разнотолки по поводу зависимости между мощностью передатчика и дальностью: то-ли корень 4-й степени или 2-й.
При переходе к мощности передатчика с 50 мВт на 1 Вт дальность во сколько увеличится? В 4,5 раза или в 2,1 раз ?
Прямая видимость без загораживания.

Нельзя привязывать дальность к мощности! Во-первых: канал связи какой? Как в космосе при приемных параболах – чистый Гаусс? Или по земле ходим? Тогда – Райс с многолучевостью. Со всеми вытекающими.
Местность степь или на ней есть местные предметы? Если есть, то еще хуже. (Мне приходилось сталкиваться со случаями, когда многоэтажное здание на холме выполняло функцию классического ретранслятора Айзенберга – измерения показали фантастическую эффективность маломощной станции).
Какова проводимость подстилающей поверхности, она меняется от сезона к сезону? Если да, то как.
И т.д. и т.п.
Самое главное: чем ниже мощность, тем большее значение приобретают эти факторы. Мощный передатчик «пробивает» некоторые трудности (в ряде случаев на нелинейностях материалов в полосе распространения), а маломощный сигнал тухнет (личный опыт: вынянченная 50 мВт SSB портативка собственной разработки, которая блестяще выигрывала у 5-ваттных станций при испытаниях в речной долине, легла трупом в городе: то великолепная работа, то полная радионевидимость).

КБ Беркут почитал - стало совсем грустно: имеем 20-кратное потребление тока, а дальность всего в 2 раза...

Вполне себе правдоподобно...


Сообщение отредактировал Милливольт - Dec 8 2016, 17:55

[Mister_DSP]

Милливольт, возможно я хреновый оратор, но почему тогда разработчики технологии LoRa (это не только HopeRF, Semtech, но и даже MicroChip и другие...) говорят что реальная дальность связи с их модуляцией значительно выше по сравнению с другими видами, при прочих равных?

Прикладываю файлик-pdf с описанием принципа модуляции LoRa: LoRa™ Modulation Basics, если есть желание и время - прогляните его пожалуйста и дайте ответ - в чём там собака зарыта? (по бОльшей дальности).

 an1200.22.rar ( 880.97 килобайт ) Кол-во скачиваний: 41


Пока я понял выигрыш идет из-за более низкого отношения сигнал/шум детектора, надбавки к бюджету связи из-за которого растут быстрее, чем потери бюджета из-за расширения полосы пропускания.

Ну и на счёт узкой полосы(очень! узкой) - в умных книгах написано, что узкополоски подвержены слижком интерференциям. Тоесть связь будет "через шаг", убедился сам, вогнав RFM96 в режим FSK, а также наигрался с CC1101. Там без FEC делать нечего!

А в LoRa уже и FEC и Spread Spectrum - второе даёт очень хорошую устойчивость к интерференциям: я радостный в пределах километра бегал по жилым кварталам и не заткнулось вообще !!! А вот FSK затыкался даже в квартире (12 метров от передатчика 10 мВт).

Про Ваш SSB трансивер с 50 мВт было интересно почитать! Очень здОрово, что мощность - не решающий фактор в дальности связи: срок службы источников питания без подзарядке также важный параметр!

Я с такой мощность установил дальность 3,5 км по прямой в городе с неровным рельефом без прямой видимости в снегопады... Антенны - проволочки.

[Милливольт]

Милливольт, возможно я хреновый оратор, но почему тогда разработчики технологии LoRa (это не только HopeRF, Semtech, но и даже MicroChip и другие...) говорят что реальная дальность связи с их модуляцией значительно выше по сравнению с другими видами, при прочих равных?

Да реклама это, и ничего больше.
Где "реальная дальность связи с их модуляцией значительно выше"?? В канале Гаусса? Быть не может! В условиях практического применения? Не исключено. Но в КАКИХ именно условиях? И почему.
Без объяснения причин это напоминает абсолютную криптографию при нераскрытом алгоритме или рекламу батареек: "работают на 20% дольше". Дольше чего? Нет ответа.
Кстати, точно так же славили ППРЧ. Ура. Потом выяснилось, что тоже ... есть некоторые ограничения... иногда...
Или CDMA. Встречали безумную рекламу как они на 40 мВт кроют двухваттный GSM как бык овцу?
А ЛоРа расширяет спектр. Ну и молодцы, правильно. Сосредоточенные помехи "размажутся", интерференция будет меньше гадить.
Но у них получается, что расширять спектр методом ЛЧМ - это кошерно. А другие способы негодящи.
Точь в точь как Эдисон заказывал попиков для предания анафеме переменного тока - бо он от диавола. Но Доливо-Добровольский даже не заметил этих богослужений, и теперь весь мир использует трехфазный ток. Но весь мир знает Эдисона, но почти никто не знает о Добровольском, а ведь гений был.
Такова сила рекламы.