USRP ашигласантелевизийн реклам танигч

Э.Лхамдэлгэр, Б.Золбоо, М.Баярпүрэв

МУИС, Хэрэглээний Шинжлэх Ухаан, Инженерчлэлийн СургуульЭлектроник, Холбооны Инженерчлэлийн Тэнхим

Цахим шуудан: lkhama.nini@gmail.com

Хураангуй—Телевизийн нэвтрүүлгээс реклам та-нигч систем нь дуу эсвэл дүрсийг ашиглаж болно.Дүрсний мэдээлэл нь зурвасын өргөн ихтэй тул дүрсашигласан танигчийн тооцооллын ээдрээ нь ихэснэ.Харин дуу ашигласан реклам танигч нь тооцоол-лын хувьд хялбар болно. Телевизийн өргөн нэвт-рүүлгийн дууны дохиог FM(Frequency Modulation)модуляци ашиглан дамжуулдаг. Тиймээс энгийн FMхүлээн авагчийг GNU Radio дээр хэрэгжүүлж га-ралтын дууны дохионоос рекламыг танина. Минийболовсруулсан алгоритм нь таних гэж буй рекла-манд тохирсон matched filter бэлдэж, түүний гаралтдээр боловсруулалт хийнэ. Телевизийн нэвтрүүл-гийн явцад уг реклам гарах үед шүүлтүүрийн гарал-танд peak утга ажиглагддаг. Энэ peak утгыг бусадшуугианаас зөв ялгаж танихын тулд тодорхой босгоутга оруулж ирсэн. Гэвч хүлээн авч байгаа дохионычадал хувьсан өөрчлөгдөх тул энэхүү босго утгыгадаптив өөрчлөх алгоритм боловсруулсан. Биднийсанал болгож буй танигчийг software-defined-radio-н USRP B210 хардвар платформ дээр GNU RadioCompanion орчинд хэрэгжүүлсэн. Танигчийн ажил-лагааны үр дүнг харуулахдаа бодит телевизийннэвтрүүлгээс реклам танисан хугацааг текст файлдбичдэг байхаар хийсэн.

Түлхүүр үгс—дуу танилт, FM, USRP, software-defined-radio, GNURadio.

I. Удиртгал

Өнөө үед үйлчилгээ эрхлэгч байгууллага, компаниудөөрсдийн реклам сурталчилгаагаа телевизээр дамжуу-лан олон нийтэд их хүргэдэг болсон. Энэ нь эргээд ту-хайн сурталчилгааг өөрсдийн хүссэн хэмжээгээр нэвт-рүүлж байгаа эсэх дээр хяналт тавих шаардлага гар-даг. Ийм үүргийг хүнээр хийлгэвэл байнгын дэлгэцийнөмнө сууж хяналт тавих шаардлагатай болох бөгөөдэнэ нь төвөгтэй мөн үнэ өртөг их зарцуулах болно.Тиймээс энэ ажлыг програм хангамж ашиглан шийд-вэрлэх нь миний уг ажлыг эхлүүлэх үндэс болсон.Энэхүү системийг хийж гүйцэтгэхдээ өргөн нэвтрүүл-гийн телевизийн аналог дохиог USRP B210 төхөөрөм-жийн тусламжтай хүлээн авч түүнийгээ GNU RadioCompanion програм ашиглан боловсруулалтаа хийж үрдүнг гаргана.

II. Ашигласан програм хангамж болон техникхангамж

A. GNU Radio CompanionGNU Radio Companion (GRC) нь блок схемээр хийсэн

системийн эх кодыг үүсгэж өгдөг график интерфэйстэйпрограм юм. Энгийнээр хэлэхэд МАТЛАБ-н Симулинк,National Instrument-н LabVIEW програмтай төстэйнээлттэй эхийн програм хангамж юм. Үүний блок нэгбүрийн эх код нь C++ хэл дээр бичигдсэн байдаг. GNURadio Companion нь график интерфэйсийн хамтаарXML файлыг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь цаанаа блокуудыгбайршил болон холболтын талаарх мэдээллийг агуулжбайдаг. Програмын харагдах байдлыг Зураг (1)-д ха-руулав.

Зураг 1. GNU Radio Companion програмын харагдах байдал

Generate товч дээр дарах үед GRC нь холбогдохphyton хэл дээр бичигдсэн файлын прожектийг үүсгэжөгдөг.Блокуудыг хооронд нь холбохдоо ижил өгөдлийнтөрөлтэй портуудыг холбох хэрэгтэй бөгөөд өгөгдлийнтөрлөөс хамааран портуудыг өөр өөр өнгөөр ялгасанбайдаг. GNU Radio Companion-н гол давуу тал нь opensource програм учир өөрийн хүссэн блокуудыг үүсгэжашиглаж болдог явдал юм. Гэхдээ энд бас дутагдалтайтал байгаа нь хүмүүсийн хийсэн блокуудын талаархтайлбар байхгүй байж болох тул уг блокын үнэн зөважиллах эсэх дээр ямар ч баталгаа байхгүй юм.

B. USRP B210USRP B210 төхөөрөмжийн радио давтамж (RF)-н

хамрах хүрээ нь 70MHz-6GHz. USRP Hardware Driver -г бүрэн дэмжиж ажилладаг ба GNU Radio, OpenBTSзэргийг ашиглан FM, TV дамжуулал, үүрэн холбоо,GPS, WiFi, ISM зэрэг системийн загварыг хийж гүй-цэтгэх боломжтой. Уг төхөөрөмжийн системийн бүтэц

Өгөгдөл ба Мэдлэгийн Менежмент MMT 2015

40

нь аналог AD9361, шууд хөрвүүлэлт хийх дамжуулагч,хүлээн авагчын чип болон бодит хугацаанд 56MHz зур-вас хүртэл цацах чадвартай RF зурвасын өргөн зэргээсбүрдэнэ. Дохио боловсруулалт нь Spartan6 XC6SLX150FPGA хавтан дээр хийгддэг бөгөөд SuperSpeed USB 3.0 -р компьютертэй холбогдож ажиллана. Төхөөрөмжийнхарагдах байдлыг Зураг (2)-д харуулав.

Зураг 2. USRP B210

III. FM өргөн нэвтрүүлэлтийн хүлээн авагчMonophonic дамжуулал нь нэг микрофоны үндсэн

зурвас дахь дохиог дамжуулдаг. Харин stereophonicдамжуулалд 2 микрофон (эсвэл 2 бүлэг микрофон)ашигладаг. Хоёр үндсэн зурвасын дууны дохиог дам-жуулсан бол хүлээн авагч дээр хоёр individual өгсөгчашиглана. Дамжуулах станц нь 2 микрофоны дуугхоорондоо тодорхой зайтайгаар дамжуулах бөгөөд хү-лээн авагчын өгсөгч мөн адил тус тусдаа ажиллана.Ийм дамжууллын давуу тал нь хүлээн авагч илүү"бодит"дууг хүлээн авч сонсох юм. Хүлээн авагч өө-рөө студид байгаатай ижил чанартай дууг хүлээн авчсонсох бөгөөд хүлээн авагчын 2 чих нь 2 өөр авиагсонсож болох юм. Синусойдоор модуляцалж байгаабөгөөд зөөгч давтамж нь fm, дамтамжын хазайлт(deviation) ∆f бол шаардлагатай зурвасын өргөн ньB = 2(∆fm + fm) байна. Хэрэв бид дууны хамгийн ихдавтамжийг fm = 20kHz гээд тухайн давтамж дээрхзурвасын чадлыг өгсөн гэвэл B = 2(75 + 20) = 190kHzгэж олж болно [1].

Нэвтрүүлэх дохио: Дамжууллын студи нь 2 эсвэл 2грүпп микрофоныг ашиглан зурагт харуулсан шиг left-hand дууны дохио L(t), right-hand дууны дохио R(t)гэж хувааж үүсгэдэг . Эдгээр дохио нь нэмэгдэж болонхасагдаж үүсгэгддэг. L(t)+ R(t),L(t) −R(t).

Уг хүлээн авагчын гаралтын дохио дараах байдлаартодорхойлогдоно Зураг (3).

M(t) == [L(t)+ R(t)+ [L(t)−R(t)]cos2πfsct+Kcos2πfpt] (1)

Зураг 3. Стерео өргөн нэвтрүүлгийн Хүлээн авагч [1]

Энд K нь тогтмол тоо бөгөөд pilot carrier -г нийлмэл до-хионы бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд харьцуулсан харьцаагаартодорхойлогдоно. Нийлмэл дохио M(t)-ийн чадлынспектрийг Зураг (4)-т харуулав. Нийлмэл дохио нь дав-тамжийн хүрээний 0−15kHz-г эзэлдэг. Balanced моду-ляторын гаралт нь DSB-SC дохио [L(t)−R(t)]cos2πfsctбөгөөд lower sideband нь 23-38kHz (23=38-15), uppersideband нь 28-53kHz (53=38+15) байх бөгөөд subcarrierнь 38kHz дээр байна. Зураг (4)-д pilot carrier -г 19kHz

Зураг 4. Стерео үндсэн давтамжийн дохио[1]

дээр байгааг харуулсан байна. Энэ зөөгч давтамжаардавтамжийн модуляц хийгдсэн нийлмэл дохио M(t) ньантенаар дамжуулагддаг.

IV. Реклам таних алгоритм

Системийн ажиллах хурдыг ихэсгэхийн тулд орол-тын дохиог downsample хийсэн. Downsample хий-хийн өмнө anti-aliasing шүүлтүүрээр оруулж спект-рийг нарийсгасан. Ингээд респонсыг урьдчилан бэлд-сэн matched шүүлтүүрээр оруулж гаралтыг босго ут-гатай харьцуулан реклам гарсан тохиолдолд хугацаагтекст файлд бичдэг байна.

Өгөгдөл ба Мэдлэгийн Менежмент MMT 2015

41

LPF

anti-aliasing

�lterM

Comparator

s(t) Matched

�lter

Threshold

Write

�le

Зураг 5. Реклам таних алгоритмын блок диаграм

A. Matched filterШүүлтүүрийн impulse response нь h(t) = s(T − t) бө-

гөөд s(t) нь 0 ≤ t ≤ T хугацааны интервалаар хяз-гаарлагдсан бол matched filter гэж нэрлэдэг. Matchedfilter -ийн дохио болон импульсийн респонсыг Зураг (6)-д харуулав. h(t) = s(T − t) impulse response-той s(t)

Зураг 6. s(t) дохио болон matched filter-ийн респонс[1]

дохионы хувьд гаралт нь

y(t) =∫ t

0s(τ)s(T − t+ τ)dτ (2)

Энэ нь үндсэндээ s(t) дохионы хувьд time-autocorrelation хийж байгаатай ижил юм. Зураг

Зураг 7. s(t) дохио болон matched filter-ийн гаралт[1]

(6)-д харуулсан гурвалжин пульсийн хувьд гаралтынy(t) дохиог Зураг (7)-д харуулав. t хугацаан дахь y(t)автокоррелиацын функц нь t = T болох үед (peak) буюухамгийн их утгаа авдаг. Тиймээс гаралтын дохиог t = Tхугацаагаар түүвэрлэдэг [2]. Алгоритмд хэрэглэгдэх

matched filter -н респонсыг бэлдэх системийн бүтцийгЗураг (8)-д харуулав.

s(t) LPF

Anti-aliasing

�lterM

h(t)Тодорхой

хэсгийг таслаж

авах (эргvvлэх)

Зураг 8. Шүүлтүүрийн респонс бэлдэх

Реклам таних алгоритм маань оролтын дохиогdownsample хийж ажиллаж байгаа учир таних рек-ламны хэсгээс респонс бэлдэхдээ мөн адил anti-aliasingfilter -р оруулж downsample хийсэн байна. Рекламны-хаа чадлын өөрчлөлт ихтэй байгаа хэсгээс тасалжаваад хугацааны хувьд эргүүлж шүүлтүүрийн респон-сыг бэлдсэн. Ингэснээр шүүлтүүрээр уг хэсэг бүтнээрээорж ирэх үед гаралтадаа peak утга гаргадаг. Энэ утгыгашиглан рекламаа таньж болно.

V. Үр дүнЗураг (9)-д харуулснаар Matched filter -ийн гаралтаас

босго утгыг тодорхойлохдоо реклам байгаа хэсэг дэхpeak утгуудын хамгийн бага утга болон бусад хэсгийндохионы хамгын их утга 2-н дунджаар байна гэж тог-тоосон.Оролтын дохиог тогтмол тоонуудаар үржүүлэн уг бос-гын утга оролтын дохионы чадлаас хэрхэн хамаарчбайгааг судласан бөгөөд үр дүнг Зураг (10)-т харуулав.

0 0.5 1 1.5 2 2.5

x 106

−60

−40

−20

0

20

40

60

Зураг 9. Matched шүүлтүүрийн гаралт болон зохих босго утга

Уг муруйг α log10 (P )P β (P-чадал) функцээр ойрол-цоолсон ба энэ нь шүүлтүүрийн респонсын уртаас ха-маарч α , β -н утга мөн өөрчлөгдөж байсан. Тиймээсреспонсын уртыг min, max байх үеийн чадал, босгоутгын хамаарлыг олсон. Зураг (11)-д харуулав. Угхамаарал дахь функцыг ойролцоолон эндээс тухайн αболон β -н утгын хооронд гүйлгэн шүүлтүүр бэлдсэнреспонсдоо тохирох α , β -н утгуудыг олсон.Уг α , β -г ашиглан босго утгыг тодорхой цонхооргүйлгэн олдог байхаар хийж гүйцэтгэсэн. Хүлээн авсандохионы чадал өөрчлөгдөж байхад түүнийгээ даганбосго утгыг зөв бодож олж байгаа үр дүнг Зураг (12)-тхаруулав.

Өгөгдөл ба Мэдлэгийн Менежмент MMT 2015

42

0 1 2 3 4 5 6 7 8

x 107

0

100

200

300

400

500

600

Power

Th

resh

old

Зураг 10. Чадлаас хамаарсан босго утгын өөрчлөлт

0 200 400 600 800 1000 1200 1400−50

0

50

100

150

200

250

300

350

Power

Threshold

0 200 400 600 800 1000 1200 1400−200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

Power

Threshold

bodit

oiroltsoolson

bodit

oiroltsoolson

Зураг 11. Цонхны өргөний min max утгаас хамаарсан босго утга

Ингээд хэрэгжүүлсэн системээ ажиллуулан рекламтаньж, текст файлд реклам илэрсэн хугацааг бичсэнүр дүнг Зураг (13)-т харуулав.

VI. Дүгнэлт

Энэхүү судалгааны ажлаар телевизийн дуун дотроостодорхой реклам явж байгаа эсэхийг таних алгоритмболовсруулж гүйцэтгэсэн. Үүнийг хийхийн тулд теле-визийн дууны дохиог тодорхой рекламны дууны до-хиотой ижилхэн байгааг таних шаардлага тулгарсанба үүнийгээ matched шүүлтүүр ашиглан хийсэн. Те-левизийн дууны дохиог FM демодуляц хийх хэлхээгхийж дараагаар нь дууны дохионы түүвэрлэлтийн хур-дыг багасгахын тулд anti-aliasing шүүлтүүрээр оруулжdownsample хийсэн. Ингэснээр энэ системийн тооцоолоххурдыг downsample хийсэн тоо дахин багасгах бөгөөдшүүлтүүрийн респонсийн урт нь ч мөн адил багасна.Энэхүү судалгааны ажлыг хийснээр нэвтрүүлгээр ту-хайн нэг рекламыг хэдэн удаа, хэзээ нэвтрүүлснийгхүний оролцоогүй тогтоож текст файлд хадгалах бо-ломжтой болсон бөгөөд цаашид телевизүүдийг хөтөл-бөрийн дагуу болон цаг хугацаандаа нэвртүүлгүүдээ

0 2 4 6 8 10 12 14

x 104

−200

0

200

400

600

800

matched "lteriin garalt

Threshold

Зураг 12. Matched filter-ийн гаралт болон босго утга

Зураг 13. Реклам таньж, гарсан хугацааг файлд бичсэн байдал

цацаж байгаа эсэхэд хяналт тавих систем болгон хөг-жүүлэх боломжтой.

Ном зүй[1] Taub Schilling "Principles of Communication Systems", Second

Edition, 1996[2] John G.Proakis "Digital Communications", Fourth Edition, 2000[3] J.Das "Review Of Digital Communications", 2003[4] Zhang.J "A novel voice recognition model based on HMM and

fuzzy PPM", 2010[5] Mao-Lin Chen "The design of voice recognition controller via

grey relational analysis", 2011

Өгөгдөл ба Мэдлэгийн Менежмент MMT 2015

43