Jednoduchý sonar ze zvukovky
Jakub Kákona (kaklik@mlab.cz)

Program je demonstrací základních funkcí zvukového systému ALSA http://www.alsa-project.org/. Konkrétně je ukázkou přístupu k zařízení Playback a Capture.

Závislosti

• Alsalib

K přeložení programu je tedy nutné mít nainstalované vývojové knihovny ALSA (alsalib-dev). Pokud máme splněné všechny závislosti, tak lze program přeložit pomocí gcc s následujícími parametry:

gcc sonar.c -o sonar -lasound

O co se jedná

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.

Výstup

Navzorkovaná a vypočtená data jsou ukládána do textových souborů v adresáři /tmp/ ze kterého je pak možné je vykreslovat pomocí skriptu Gnuplotu

Zpracování dat

Na závěr se s každým navzorkovaným polem dat z mikrofonů pomocí algoritmu křížové korelace porovnají snímané signály vůči původnímu odeslanému pingu. Tím jsou v signálu velice zvýrazněna odražená echa. Celý algoritmus jsou následující dva cykly:

    for (n=0; n < (period_size - chirp_size - 1); n++)
    {
        l=0;
        r=0;
        for ( m = 0; m < chirp_size;m++)
        {
            l += chirp[m]*L_signal[m+n];	// correlate with left channel
            r += chirp[m]*R_signal[m+n];	// correlate with right channel
        }
        correlationl[n]=abs(l);
        correlationr[n]=abs(r);
    }

Všechny zdrojové kódy v jednom balíku (64bit)

Známé chyby a nedodělky

Ztráta amplitudy signálu

Takto jednoduchý program neuvažuje ztrátu výkonu signálu při šíření prostředím. Správně by se mělo zvyšovat zesílení vstupu mikrofonů se čtvrtou mocninou času.

Korektní start slinkovaného zařízení

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.