Определение цифры на слух

В этой статье я расскажу о простой программке на progressing ^[1], которая «слушает» микрофон и определяет цифры, набираемые на телефоне в тоновом режиме.

Предисловие

Универ остался в прошлом примерно десять лет назад, но все это время меня не покидают ностальгические чувства и тоска по науке. Остаётся ощущение что чего-то я не доучил или что-то мы пробежали слишком быстро. Благо, что современные платформы позволяют чувствовать себя студентом всю жизнь.

К написанию этой статьи меня подтолкнула лабораторная работа №3 из курса “Основы цифровой обработки сигналов” ЛЭТИ на платформе openedu ^[2].

Принцип работы

Если понажимать на кнопки телефона (или здесь ^[3]), то можно услышать, что каждый символ имеет свою частоту, а точнее даже две, и эта комбинация уникально кодирует символ.
Наша задача — выделить из зашумленного сигнала две наиболее сильные частоты и проверить, кодируют ли они какой-то символ в соответствии с таблицей:

Я использовал processing, т.к. в нем есть все примитивы для работы с микрофоном и преобразованием Фурье.

Алгоритм следующий:

• представим сигнал в виде спектра, fft.analyze вернет нам массив float[]
• найдем номер отсчета n₁ соответсвующий максимальной амплитуде
• занулим его и все, что в некоторой окрестности (выбранной с умом), чтобы не поймать 2 близкие частоты
• найдем 2й номер отсчета n₂, соотвествующий максимальной из оставшихся амплитуд
• по номерам n₁ и n₂ найдем соответсвующие частоты по формуле:

  

  где f_n — частота дискретизации: 44100 Hz, N — кол-во отсчетов (степень двойки)

• определим какие частоты из таблицы соответствуют найденным (с некоторым допуском ±35 Hz) и найдем искомый символ

Что получилось

Собрать и запустить программу в виде standalone jar можно из исходников ^[4], для генерации звуков можно использовать телефон или эту страницу ^[3].

Следующим шагом хочу реализовать тоже самое на Arduino.

Автор: zjor

Источник ^[5]