Speaker A
Всем привет. Я продолжаю свои эксперименты по подготовке к тому, чтобы сделать передачу голоса в цифровом виде через модули Лора по радиоканалу. Сначала я провёл серию экспериментов собственно с самими модулями, а теперь провожу серию экспериментов с обработкой и передачей звука. В предыдущем видео из этой серии про звук я вам показал, как я ввожу звук с помощью микрофона с аналого-цифровым преобразователем и с интерфейсом I2S в память контроллера ESP, передаю всё это дело на другой контроллер с помощью пакетов, и в другом контроллере опять всё это дело вывожу через интерфейс I2S во внешний цифро-аналоговый преобразователь с интерфейсом I2S и с усилителем низкой частоты, к которому подключён громкоговоритель, и через разветвитель ещё и устройство записи, через которое вы слышите звук. В прошлом видео я показал вам эксперименты, в которых я подобрал хорошие какие-то цифро-аналоговый преобразователь, аналого-цифровый преобразователь и небольшую обработку, фильтрацию звука, а именно фильтр верхних частот, который срезает ненужные низы, бубню, и небольшую компрессию, сжатие динамического диапазона с помощью АРУ — автоматической регулировки усиления. И вот этот сигнал, уже так сказать подготовленный, оцифрованный, можно теперь подавать на кодек. Но прежде чем это делать, пару слов о том, что такое кодек, для чего он вообще нужен. Вообще в принципе кодек не очень-то нужен: оцифровали звук, обработали, можно его передавать, но в таком виде передаваемая информация занимает очень много места. Например, во всех моих четырёх прошлых экспериментах, в прошлом видео скорость передачи звука была 128 кбит в секунду, то есть 16 бит оцифровки и 8 кГц соответственно частота дискретизации. Получается 16 на 8, 128 кбит. Вот такая была скорость. В принципе для интернет-соединения эта скорость очень небольшая, но для того, чтобы передавать речевую информацию по радиоканалу, это просто гигантская скорость, неоправданно большая. Поэтому нужно использовать кодек. Кодек будет производить сжатие этого самого потока информации, и скорость получится гораздо меньшая. С разными кодеками мы с вами встречаемся в жизни постоянно. Например, самый популярный кодек для сжатия записанных звуков, музыки — это MP3. Конечно, он предназначен для сжатия высококачественных записей, я имею в виду не передачи речи, а для записи музыки, и он нам здесь не подойдёт, потому что даже если этот кодек MP3 использовать с битрейтом, например, 16 кбит в секунду, то качество звука будет не очень хорошее, а скорость всё-таки 16 кбит — это всё равно очень много. Хотелось бы использовать какие-то другие кодеки. В радиосвязи используются кодеки: в DMR одни, в P25 другие, в сотовой связи третьи, свои какие-то. Но все эти кодеки коммерческие, они платные. Для того чтобы их использовать в своих проектах, нужно за это платить. Мало того, за каждую копию — платить. В общем-то, конечно, я делаю этот проект для себя в первую очередь, и если бы я использовал какие-то платные кодеки просто так в своём домашнем проекте, никто бы об этом не узнал, и никто бы, я думаю, не был против этого, но всё равно хочется использовать какие-то опенсорсные кодеки, тем более сейчас есть уже несколько лет прекрасный опенсорсный кодек, так и называется — кодек 2. Он, мало того что опенсорс, он позволяет кодировать речь в очень узкие каналы, так скажем, в очень маленькие скорости потоков. Максимальная скорость потока — 32 килобит, а также он работает со скоростью 2,4, 1,6, 1,2 и даже 700 бит в секунду. Это очень-очень маленькие скорости, ничтожно. Если бы мне 20 лет назад рассказали, что будет такой кодек, который позволяет речь передавать нормально, разборчиво со скоростью 1200, вот я бы очень удивился, а сейчас это норма. И этот кодек может работать ещё и в микроконтроллерах, в таких маленьких, а не просто там на компьютере. В общем, продолжение экспериментов было: четыре эксперимента со звуком, теперь будут соответственно следующие — пятый, шестой и так далее. Напомню просто для начала, что оцифрованный голос с частотой оцифровки 16 кГц, дальше пересчитан в 8 кГц и обработанный фильтром верхних частот и автоматической регулировкой усиления, то есть компрессором, передан с одного модуля на другой, и здесь соответственно опять пересчитан в 16 кГц для улучшения качества звука именно работы цифро-аналогового преобразователя с интерфейсом I2S звучит следующим образом. Я сейчас буду говорить в микрофон вот в этот вот. 1, 2, 3, 4, 5. И меня так прекрасно слышно из динамика. Я могу динамик отключить, а устройство записи останется подключённым к выходу вот этого цифро-аналогового преобразователя. И вот с таким качеством вы меня слышите без кодеков. Это пока 16 бит и 8 кГц передача по каналу, но оцифровка 16 кГц. Теперь давайте сравним всё это дело с работой уже с кодеком. Библиотека этого самого кодека, кодек 2, есть в интернете под платформу ESP32, но версия портирования устаревшая, поэтому мне пришлось в моём средстве разработки в Arduino IDE понизить версию ядра для ESP32 на какую-то предпоследнюю, и тогда библиотека кодека кодек 2 стала нормально у меня компилироваться, собираться. Ну и в общем-то удалось провести все эти эксперименты. Итак, слушаем, как меня будет слышно с кодеком под названием кодек 2 со скоростью 2,4 килобита, то есть 2400 бит в секунду. Вот так вот меня слышно с этим кодеком. В принципе разборчивость стопроцентная. Я отключил динамик, чтобы эха не было. Разборчивость стопроцентная, все слова отчётливо слышно, даже в принципе можно узнать голос. Конечно, цифровые искажения очень сильно заметны, но ведь 2,4 кбит всего. Это можно практически по обычным там УКВ-каналам, где частотные модуляции используются в радиостанциях, обеспечить такую скорость 2,4 кбит, а тут через неё речь передаётся. По-моему, прекрасный результат для кодека, и это ещё не предел. Этот кодек может работать на более низких скоростях, мы сейчас с вами обязательно попробуем его на более низких скоростях. Но прежде чем это сделать, давайте я вам покажу, как бы звучал этот кодек, если бы я не сделал всё то, что я сделал в предыдущем видео, то есть в экспериментах с обработкой звука. Если не делать оцифровку в 16 кГц, а делать её сразу в 8. На всякий случай поясню, что кодек этот работает только с оцифровкой 8 кГц, то есть на него нельзя подавать на вход буфер с цифровкой 16 кГц, только 8. А я делаю оцифровку в микрофоне с аналого-цифровым преобразователем, интерфейсом I2S с частотой 16 кГц. Вот если делать сразу 8 и не делать фильтрацию с помощью фильтра верхних частот, не срезать низы, не делать компрессию, то есть сжатие динамического диапазона, а просто всё, что вышло ЦАП с частотой дискретизации 8 кГц, сразу подавать на вход кодека, и то же самое в приёмной стороне. У меня тут два модуля: передающий, приёмной и в приёмной стороне то же самое. Всё, что вышло с выхода кодека, это у нас буфер с частотой дискретизации, буфер, где записан оцифрованный звук после кодека с частотой дискретизации 8 кГц. Если сразу брать этот буфер и передавать его в цифро-аналоговый преобразователь с интерфейсом I2S, и после этого послушать, так сказать, звук, то звучать будет по-другому, то есть тот же самый кодек с теми же самыми параметрами, тот же самый 2,4, но нет вот этой всей обработки, подготовки, о которой я вам говорил в предыдущем видео. Вот давайте послушаем, как это будет звучать. Сырое хуже, самый, которым подаётся на вход теми же самыми параметрами, просто сигнал не подготовленный. Поэтому вот такое вот ужасное качество получается. Поэтому делайте, так сказать, выводы, насколько важна обработка звука после того, как он был оцифрован, перед тем как его подавать на вход кодека. Это очень важно. Это очень нужный, так сказать, момент в речевых каких-то цифровых системах связи. Ну да ладно, послушали, как всё это звучит в таком ужасном варианте, возвращаемся снова к обработанному звуку, подаваемому на вход кодека. Ну давайте попробуем, как этот кодек будет работать на скорости 1200 бит, то есть 1,2 кбит, и в этом у нас в потоке будет закодирована речь. Заливаю новую, так сказать, прошивку в каждый из этих контроллеров, соответственно сюда приёмную часть, сюда передающую прошивки для всех этих экспериментов. Ну вернее исходный код всех этих экспериментов, пары компле.
