モールス信号解析準備

  ;                 ;                               ;
                     ;                  ;
    ;  ;                                         ;    ;

セミコロン、セミコロン、、セミ・コロン、セミ･コロン、、、蝉・コロンである。

どうすか？親父ギャグで、少しは涼しくなりましたか？

去年は見なかったのに、今年は異常と思えるぐらいの、蝉の亡骸を見た。中には、車に轢かれて蝉せんべいになったものもいる。胴体は、ほぼ黒色で白っぽい模様が所々にある。羽は茶色。何と言う蝉なんだろう？アブラゼミ？

あなた達の子孫が、１３年後に無事地上に姿をあらわす事を願っていますよ。それにしても、不気味な夏だ。

合わせて読みたい、山田養蜂場様推薦、「沈黙の春」(新潮文庫)

ハムフェアの予習(DDS)

もう幾つ寝ると、ハムフェアかいなと、子供みたいに指折り数えて待っている。ちょいと待ち切れなくなっちゃって、予習する事にした。

世間の世相を現す、2CHの「無線と実験」なんて所を見ていた。そこで、さかんに DDSなんて言う略語が飛び交っていた。こういう略語って、IT業界の専売特許かと思ってたけど、何処も同じなのね。

ダイレクト・デジタル・シンセサイザーの略と知っても、まだピンとこない。KYを、空気読めと言われるより、価格安いと言われるよりは、技術用語を並べてあるので、想像出来そうなものであるが、だめである。

カンニングしたら、専用のICがアナログデバイスあたりから発売されてるようだが、まだピンとこない。いろいろ見てたら、ダイレクトディジタルシンセサイザずばりなのがありました。こういう図があると、分かりやすい。

調子こいて、いろいろ見ていくと、秋月でもキットを出しているし、そいつをそのままポータブル機の VFOにすると、電池の減りが早いので改造しました(周波数を落とすと、２乗で効いてくる）とか PICを改造しましたとか、いろいろ、いっぱい。知らないのはおいらだけ。ぐすん。

SDR

ソフトフェアで定義した、ラジオですって。こちらのページが基点としてはいいんではないでしょうか。

CQ誌を通読してる人には常識なんでしょうが、プリント基板の付録があったみたい。で、みなさんいろいろと体験記を書いていますねぇ。第二のゲルマニウムラジオですって。今の人は、これが初めて作ったラジオになるんですかね。位相のずれた制御信号で、RF波をサンプリング、後はそれをFFTして復調とは、恐れ入りました。

ラジオの画面がパソコンに表示されるのは良いとして、スペアナ風味の画面はおまけなのね。これで納得できましたよ。ICOMのトランシーバが、スペアナじゃなくて、あくまで、画面はおまけだったって事が。一体、幾つのDSPを搭載してるのだろう？行ったら、聞いてみるか。

DSPと言えば、こちらは有名ですね。いろいろあって面白い。

SSB

SSBも計算して発生するようになりました。浦和アマチュア無線クラブで、いろいろ実験されてるようで、弟子入りしたいな。

SSBコラムと呼ぶには、もったいなさそうな情報が詰まっていました。各種ソフトウェア測定器へのリンクも紹介されてて、自作派には嬉しい限りです。

教えてください、DSCWの諸設定について

と題して、厚かましくも作者様に質問メールを出しちゃった。丁度、後輩へのために技術資料をまとめておられるとの事で、その原稿を心よく送っていただけだ。ありがとうございました。＞ JA3CLM

Direct X の機能を使って、A/Dを動かしつつも、FFTや復号、表示をマルチスレッドで処理してるとの事。高度だなあ。VS 2008で開発されてるそうで、商用ソフトを開発出来るだけの機能が提供されてるだけは、あるわい。

FFTは、256ポイントで行っていて、高速符号もきちんと拾えるように、FFTの範囲をオーバーラップさせているとの事。（その処理がなみなみならぬ苦労だったとか、想像しただけでもいやになる事をされてて、脱帽しました。）

翻って、FreeBSDではと言うと、ざっと調べた限りでは、A/Dのダブルバッファリングも提供されていないようだし、マルチスレッドもしかりだ。JA3CLMさんと同じような構成にしようったて土台無理な話っぽい。

幸い、面倒なGUIは全く考えていないから（GUIはMacで懲りた｡ -- 一時は、Inside Macを全巻取り寄せてチャレンジしたけど、労があるのみと悟ちゃった）、その分を割り引いてみると、解析をいかに素早く行うかが、鍵になるような気がする。

A/D読み込み -> 解析 -> A/D読み込み -> 解析というループを単純に回すのがよさそう。速いモールスの短点は、20ms ぐらいとの事なので、解析をその1/10ぐらいで出来れば、何とかなるかな。

解析用データの作成

取りあえず、コーディックからのプログラムによる入力は後回しにし、データが揃ったと言う前提で、FFTとかを先にやってみたい。こういう方法論は Haskellを勉強していて身に付けた。

前に作った、モールス発信器をエンドレスに回して、モールス信号を出しっぱなしにする。

code=".-'-...'!'-.-.'-..'.'"  # "ab cd e"

while :
do
  mosc.exe $code
  mosc.exe $code 100 800
  mosc.exe $code 50
  mosc.exe $code 50  800
done

こんな簡単なshellスクリプトを書いた。波形の種類は４種。トーンが高いの低いの、スピードが遅いの速いのの組み合わせだ。これだけあれば、取りあえずのテストには十分だろう。

あれ？ Windows上でshell といぶかる人はなかなか鋭いですねぇ。何を隠そう私は、M$方言 Power shell 脱落組です。MinSYSに付いていた、shellを使いました。batも正直苦手ですから。

次は、FreeBSD側での録音だ。以前探しておいた簡単な方法で録音する

dd bs=16k count=15 < /dev/dspW > sound.au

/dev/dspWは、デフォで使うと、１６Bit分解能、モノラル、8000Hzのサンプリングとなっているので、1秒間に 16k byteのデータが出てくる。これを15ブロック録音と言う事は、15秒の録音する事になる。録音出来たら、一応再生して、確認しておく。

cat sound.au > /dev/dspW

ちょっとくぐもった音になってしまったのと、出だしの部分のタイミングが少々崩れているように聞こえる。でも、実使用を考えたら、ノイズも（耳で聴く限りは）無いようだし、これで良しとするか。

後は、このデータをFFTなりして、解析するわけだが、余り早いマシンを使って力まかせしてしまうと、プログラミングの問題が見えてこなくなる恐れがあるので、遅いマシンでやってみる事にする。どのくらい遅いマシンかと言うと、700MHｚのセルロンCPUを積んでやつ。今や、骨董品の風格を讃えたやつである。(買った時は、Windows Meが入っていたけど、いろいろな遍歴を経て、今はFreeBSD 6.4で余生を送っている）

信号のモニター

さて、上で録音したデータは、本当にデータだけでヘッダーも何も付いていない。プログラムで扱うには、ヘッダーの読み飛ばしなどの面倒さがなくて楽なんだけど、普通のツールで波形を見たいと言う時は、ちと不便だ。

ヘッダーを付ける等をしてくれるツールが無いかと思って探してみたら、audio/afsp と言う便利なツールで変換出来る事が判明した。（言わば、音用のImageMagicと言った所か、複数のコマンドが提供されている）

今回は、このafspツール群のうち、CopyAudio と言うのを使ってみる。

[sakae@nil ~/tmp]$ export AF_FILETYPE=noheader
[sakae@nil ~/tmp]$ export AF_NOHEADER=integer16
[sakae@nil ~/tmp]$ CopyAudio sound.au xxx.wav
 Headerless audio file: /home/sakae/tmp/sound.au
   Number of samples : 122880 (15.36 s)  2009-08-19 00:13:18 UTC
   Sampling frequency: 8000 Hz
   Number of channels: 1 (16-bit integer)

 WAVE file: /home/sakae/tmp/xxx.wav
   Sampling frequency: 8000 Hz
   Number of channels: 1 (16-bit integer)

ヘッダー無しと言う、ろくでなしには不親切で、パラメータを環境変数から指定しておくみたいだ。（それにしては、サンプリング周波数を正しく読み取っているな。不思議だ）

ヘッダー付きになった、xxx.wavファイルを、Windows上の「サウンドモニターFFT Wave」にかけてみた所、サンプリングレートは、11,22,48KHzでお願いしますって言われて拒否されたよ。そうか、8kHzサンプリングなんて、Windowsでは規格外なのか。

[sakae@nil ~/tmp]$ CopyAudio -s 11025 sound.au xxx.wav
 Headerless audio file: /home/sakae/tmp/sound.au
   Number of samples : 122880 (15.36 s)  2009-08-19 00:13:18 UTC
   Sampling frequency: 8000 Hz
   Number of channels: 1 (16-bit integer)

FLbackup - Renamed existing file to "xxx.wav~"
 WAVE file: /home/sakae/tmp/xxx.wav
   Sampling frequency: 11025 Hz
   Number of channels: 1 (16-bit integer)

ちょっと、出力ファイルのヘッダー情報を偽ってみた。そして、このファイルをFFTアナライザーにかけたら、目出度く騙されてくれて、波形を表示してくれた。ちゃんとモールス波形が見えたよ。これで安心して、解析に取り組めるな。

おまけ

上で大活躍した afspコマンド群。どんなコマンドがあるか忘れそうなので、メモを残しておきます。

Audio file utility programs and a library of routines for audio files.
Audio File Utility Programs:
  InfoAudio - display information about an audio file.
  CompAudio - compare audio files, producing statistics and signal-to-noise
              ratio figures.
  CopyAudio - copy audio files.  This program combines samples from input audio
              files (an arbitrary linear combination) and writes them to the
              output file in a user selectable format.  One application is to
              provide format conversion for an audio file; another is to
              combine samples from multi-channel files.
  ResampAudio - resample data from an audio file.  This process involves
              interpolating between the samples in the original file to create
              a new sequence of samples with a new spacing (sampling rate).
   and FiltAudio, GenNoise, GenTone, LPanal, LPsyn
The following file formats are supported for reading.
  - Headerless, AU, WAVE, AIFF/AIFF-C, NIST SPHERE, IRCAM,
    INRS-Telecom, ESPS, Comdisco SPW, Text audio
The following file formats are supported for writing.
  - Headerless, AU, WAVE, AIFF-C

WWW: http://WWW-MMSP.ECE.McGill.CA/Documents/Software/Packages/AFsp/AFsp.html

-r-xr-xr-x  1 root   wheel   127788 Aug 19 15:08 ResampAudio*
-r-xr-xr-x  1 root   wheel   115192 Aug 19 15:08 PQevalAudio*
-r-xr-xr-x  1 root   wheel   105592 Aug 19 15:08 LPsyn*
-r-xr-xr-x  1 root   wheel   108360 Aug 19 15:08 LPanal*
-r-xr-xr-x  1 root   wheel    75872 Aug 19 15:08 InfoAudio*
-r-xr-xr-x  1 root   wheel    59240 Aug 19 15:08 GenTone*
-r-xr-xr-x  1 root   wheel    57132 Aug 19 15:08 GenNoise*
-r-xr-xr-x  1 root   wheel   119120 Aug 19 15:08 FiltAudio*
-r-xr-xr-x  1 root   wheel   119360 Aug 19 15:08 CopyAudio*
-r-xr-xr-x  1 root   wheel    92856 Aug 19 15:08 CompAudio*

嗚呼、上で不思議がった、8000Hzの謎が解けたよ。man には、

       The default values for the audio file parameters correspond to the fol-
       lowing string.
         "undefined, 0, 8000., native, 1, default"

こう書いてあって、このデータの並びは、"Format, Start, Sfreq, Swapb, Nchan, ScaleF"との事。マニュアルはしっかりと読むものだ。