Rev Author Line No. Line
3368 kaklik 1 <?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?><!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Strict//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-strict.dtd">
2  
3 <html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">
4 <head>
5 <title>Aktuality ze cvičení z C/C++ na FJFI, Wlada</title>
6 <link rel="stylesheet" type="text/css" href="styl.css"/>
7 <link rel="alternate" type="application/rss+xml" title="RSS" href="akt/rss.xml"/>
8 <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8" />
9 <meta name="author" content="Vladimír Klement" />
10 </head>
11  
12 <body>
13  
14 <div id="hlavicka" role="banner">
15 <h1>Wlada</h1>
16 <p>wlada(zavináč)post.cz</p>
17 </div>
18  
19 <div id="menuHlavni" role="navigation">
20 <a href="http://kfe.fjfi.cvut.cz/~klement/">Cvičení</a>
21 <a href="?stranka=SDL_ttf">Tutoriály</a>
22 <a href="?stranka=kody">Kódy</a>
23 <a href="?stranka=odkazy">Zbytek</a>
24 </div>
25  
26  
27 <div id="menuVedlejsi" role="navigation">
28 <a href="http://kfe.fjfi.cvut.cz/~klement/">Aktuality</a>
29 <a href="?stranka=materialy">Materiály</a>
30 <a href="?stranka=dochazka">Docházka</a>
31 <a href="?stranka=plan">Zápočet</a>
32 <a href="?stranka=ukoly">Úkoly</a>
33 </div>
34  
35 <div id="obsah" role="main">
36 <br/>
37 <!--- ----------------------------------------Zacatek vlastni dokumentace------------------------------- -->
38  
39 <h1>Jednoduchý sonar ze zvukovky<br/>Jakub Kákona (kaklik@mlab.cz)</h1>
40  
41 <p>
42 Program je demonstrací základních funkcí audio systému ALSA <a href="http://www.alsa-project.org/">http://www.alsa-project.org/</a>. Konkrétně je ukázkou přístupu k zařízení Playback a Capture. A zároveň jednoduchým prostředkem k prozkoumání akustických vlastností různých materiálů pouze pomocí svého počítače. :)
43 </p>
44  
45 <img src="podlaha.png" alt="Obrázek aktivního sonaru"/>
46  
47 <h2>Závislosti</h2>
48 <p>
49 Program je napsán pro OS Linux a testován byl konkrétně na Ubuntu.
50 </p>
51  
52 <ul>
53 <li>Linux</li>
54 <li>libasound2</li>
55 </ul>
56  
57 <p>
58 K přeložení programu je tedy nutné mít nainstalované vývojové knihovny ALSA (libasound2-dev). Pokud máme splněné všechny závislosti, tak lze program přeložit pomocí gcc s následujícími parametry:
59 </p>
60  
61 <pre><code>
62 gcc sonar.c -o sonar -lasound
63 </code></pre>
64  
65 <h2>O co se jedná</h2>
66 <p>
67 K funkci program využije mono reproduktorový výstup. A vstup stereofonního mikrofonu. Nejdříve si vygeneruje vzorky pingu do pole, které předá ovladači zvukové karty. Následně připraví a otevře zařízení mikrofonu, aby po jeho otevření mohl spustit oba kanály zvuku současně. Tím dojde k zaznamenání vysílaného signálu i případných odražených ech do pole, které lze pak dále zpracovávat.
68 </p>
69  
70 <h2>Výstup</h2>
71 <p>
72 Navzorkovaná a vypočtená data jsou ukládána do textových souborů v adresáři /tmp/ ze kterého je pak možné je vykreslovat pomocí <a href="plot.gp">skriptu</a> Gnuplotu.
73 V horní části grafu je vysílaný signál. Uprostřed signál navzorkovaný mikrofony a dole výstup po korelaci nasnímaného signálu s odeslaným.
74 </p>
75  
76 <pre><code>
77 ~#gnuplot
78 > load "plot.gp"
79 </code></pre>
80  
81 <p>
82 Skrip si sám cyklicky spouští program "sonar" a překresluje graf. Lze tak experimentovat s odrazy od různých překážek a třeba i pokračovat ve vývoji kódu.
83 </p>
84  
85 <h2>Zpracování dat</h2>
86 <p>
87 Zpracovaní používá pouze metodu <a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Cross-correlation">křížové korelace</a> kterou se porovnají snímané signály vůči původnímu odeslanému pingu. Tím jsou ve výsledku velice zvýrazněna odražená echa. Celý algoritmus jsou následující dva cykly:
88 </p>
89  
90 <pre><code>
91 for (n=0; n < (period_size - chirp_size - 1); n++)
92 {
93 l=0;
94 r=0;
95 for ( m = 0; m < chirp_size;m++)
96 {
97 l += chirp[m]*L_signal[m+n]; // correlate with left channel
98 r += chirp[m]*R_signal[m+n]; // correlate with right channel
99 }
100 correlationl[n]=abs(l);
101 correlationr[n]=abs(r);
102 }
103 </code></pre>
104  
105 <p> Všechny zdrojové kódy v <a href="sonar.zip">jednom balíku (64bit)</a>
106 </p>
107  
108 <h2>Známé chyby a nedodělky</h2>
109 <dl>
110 <dt>Ztráta amplitudy signálu</dt>
111 <dd>Takto jednoduchý program neuvažuje ztrátu výkonu signálu při šíření prostředím. Správně by se mělo zvyšovat zesílení vstupu mikrofonů se čtvrtou mocninou času.</dd>
112 <dt>Korektní start slinkovaného zařízení</dt>
113 <dd>Knihovna ALSA by podle dokumentace měla umět spojit zařízení Capture a Playback do jednoho a zacházet tak pak pouze s jedním zařízením. Toto by bylo zvlášť užitečné pro zlepšení synchronizace vstupu a výstupu. Tato možnost mi ale nefungovala na všech počítačích, proto je v tomto konkrétním kódu zakomentována.</dd>
114 </dl>