Março 4, 2024

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Veja como seu carro sabe qual música está tocando no rádio

Veja como seu carro sabe qual música está tocando no rádio

Algumas décadas atrás, a única informação que a maioria dos rádios automotivos exibia era a frequência da estação que você estava sintonizando, talvez o nível de volume estéreo e talvez as configurações do equalizador, equilíbrio e fader. É isso; Você estava à mercê de DJs locais e de qualquer habilidade de identificação musical que pudesse reunir para dominar novas faixas. Porém, no início do novo milênio, algo inusitado aconteceu: os rádios dos carros começaram a exibir títulos de músicas. Então, como você sabe qual música está tocando na sua estação FM local? Se você possui algo desta época, é em grande parte devido a uma tecnologia chamada Radio Data System (Resgatar) ou sistema de transmissão de dados de rádio (RBDS) na América.

Antes de mergulharmos no RDS, vamos falar sobre rádio FM. Vamos deixar Lewin avaliar isso:


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Como funciona a FM

[Lewin Day/Editor’s note: Let’s first learn about how FM radio works to broadcast stereo audio, and then we can learn how radio stations sneak in an additional data stream along with that. FM stands for Frequency Modulation, which basically means that FM radio works by taking a standard signal called a carrier signal, and modifying it with the audio signal you want to play (specifically the audio signal modifies the carrier’s frequency), and then sending that modified carrier signal to a receiver that decodes it to get the audio signal back.

The following diagram from Michel Bakni is a nice visual description of frequency modulation in its simplest form. We have a “data signal”—i.e. some audio; let’s say, your favorite Elton John song—in the form of a sine wave, and we have the “carrier signal” which is our FM radio signal. As the amplitude of the Elton John audio signal rises, the carrier’s (the red wave) frequency is modulated higher; as the amplitude of the data signal decreases, the carrier signal’s frequency is modulated lower. The result is shown in green on the right; this varying-frequency carrier is broadcast to be picked up by receivers. In the radio receiver, the frequency changes in the carrier are detected and processed back into the amplitude variations corresponding to the original audio. They’re then fed to the speaker where we hear them as sound.

1200px Fm Modulation En
Michel Bakni, CC BY-SA 4.0

Here’s a video showing how a carrier signal (which looks steady like the red one above) changes when merged with an audio signal, thereby creating a frequency modulated audio signal (the green one above) that has the audio data embedded in it (meaning that audio can then be “decoded” out by the FM receiver and played over a speaker):

Claro, este é apenas o caso mais simples. As estações de rádio FM geralmente transmitem em estéreo com dois canais de áudio separados, então como isso funciona? Bem, é bem complicado, mas prometi ao David que escreveria uma boa explicação, então aqui estamos.

Numa estação de rádio, o canal de áudio esquerdo e o canal de áudio direito são somados para criar um sinal de áudio mono combinado, com frequências de 30 Hz a 15 kHz. Este é o sinal (L+R). Um sinal de diferença também é criado subtraindo o canal de áudio direito do canal de áudio esquerdo, que chamamos de (LR). O sinal é modulado em amplitude (LR) em uma portadora de 38 kHz. Essencialmente, o que isto significa é que o sinal de 38 kHz se torna “mais alto” ou “mais silencioso” com base no “volume” – ou amplitude – do sinal LR. A própria portadora de 38kHz é “suprimida”, mas pelo que entendemos, você realmente não precisa se preocupar com esse detalhe. Há também um tom demo, que é apenas uma onda senoidal de 19kHz. Todos esses sinais são reunidos e modulados em frequência em um sinal de rádio de vários megahertz, como 92,7 MHz para Fresh FM ou 101,5 MHz para minha antiga estação, Rádio Adelaide.

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(A propósito, quando falamos em “adicionar” ou “adicionar” sinais, é a mesma coisa. Você pode pegar a amplitude de cada sinal em um determinado momento e simplesmente combiná-los.)

Na extremidade do receptor, um receptor FM mono simples recebe o sinal e o desmodula. Todo o conteúdo acima de 15kHz é simplesmente filtrado e você obtém um sinal (L + R) reproduzido em um único alto-falante. É por isso que as estações FM estéreo são compatíveis com receptores mono.

Mas os receptores estéreo funcionam de maneira diferente. Claro, eles ainda demodulam o sinal FM e emitem o sinal de áudio básico (L+R), mas não ignoram o conteúdo de alta frequência do sinal. Em vez disso, eles são capazes de captar um tom piloto de 19 kHz do sinal, o que lhes indica que o sinal é na verdade um sinal estéreo. O sinal de 19 kHz é multiplexado internamente para criar um sinal portador de 38 kHz. Isto é misturado com o sinal demodulado e usado para restaurar o sinal de áudio (LR) no tempo – ou “em fase” – com o sinal de áudio (L+R). Ao adicionar os sinais de áudio (L+R) e (LR), você obtém um sinal 2L, que é enviado para o alto-falante esquerdo. Enquanto isso, subtrair o sinal (LR) do sinal (L+R) cria um sinal 2R que é enviado ao alto-falante direito.

Ok, vamos entrar no RDS, que permite ao seu rádio saber qual é a música

Ok, isso é todo o áudio detectado, mas como os dados RDS são enviados? Bem, outro tom de 57 kHz é adicionado junto com os sinais (L + R), tom piloto e (LR), antes que o conjunto de todos os quatro seja modulado em frequência e enviado como ondas de rádio do transmissor. A amplitude do sinal de 57 kHz é modulada usando dados em um esquema fora do escopo da nossa discussão aqui. No entanto, o sinal de 57 kHz foi escolhido para ficar com segurança acima do sinal de diferença de 38 kHz, que possui conteúdo de “banda lateral” estendendo-se +/- 15 kHz. Com o sistema de criptografia usado no RDS, ele é capaz de transferir dados a 1.187,5 bits por segundo, ou pouco menos de 1,2 kilobits por segundo. Se você já usou um modem de 56 Kbps na década de 1990, sabe que 1,2 Kbps não é nada rápido. Porém, para enviar um texto com títulos de músicas ou informações de emissoras, isso é mais que suficiente.

Demode FM
Espectrograma de um sinal de rádio FM demodulado. Podemos ver o sinal (L+R) de 0-15 kHz e o tom piloto em 19 kHz. Acima disso vemos o sinal estéreo (LR) centrado em 38 kHz e o sinal RDS em 57 kHz. Este sinal também incluía um sinal DirectBand mixado com frequência de 67,65 kHz, tecnologia desenvolvida pela Microsoft para transmissão de dados. Cortesia do Dr. Mark Lichtman via Projeto PySDR.

Decodificando subportadoras FM usando SDR#?
porvocê/proft0x emRTLSD

No espectrograma acima postado no Reddit, podemos ver uma quebra do sinal estéreo FM demodulado/”decodificado”. De 0 a 15 kHz vemos o som (L+R). Em 19 kHz, vemos um aumento no tom piloto. No pico de 38 kHz, vemos o centro do sinal LR que se espalha cerca de 15 kHz para cada lado. Focando em 57 kHz, vemos o sinal RDS.

Botão de viagem Nissan Altima Rds 2

Assim, provamos que alguns dados podem ser enviados usando nosso sinal de rádio FM graças à magia do RDS. Mas quais são as informações reais que o RDS envia? Bem, cada transmissão RDS normalmente começa com um número hexadecimal de quatro caracteres que identifica a estação de rádio, que o receptor pode então comparar com uma lista de códigos de identificação da estação receptora. Se a estação de rádio que está sendo ouvida for regional, o receptor poderá encontrar outro sinal com esse ID de estação e mudar para ele assim que o sinal originalmente sintonizado ficar fraco à distância.

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Rádio Jaguar S-Tipo 1

Além disso, os dados RDS incluem mais informações sobre o estilo de programação da estação. Você já viu um botão marcado como “PTY” em uma unidade principal e se perguntou o que ele faz? Indica “Tipo de Programa”. (Mas a música também pode ser uma festa.) Selecionar PTY permite classificar estações de rádio por gênero. Curiosamente, há muito pouca sobreposição entre os tipos de programas RDS globais e os tipos de programas RBDS dos EUA. Embora os códigos PTY zero, um e 31 sejam partilhados, o resto é completamente diferente de acordo com Comitê Nacional de Sistemas de Rádio. Talvez porque formatos como Top 40 e R&B não fossem uma grande preocupação na Europa na época em que o RDS foi implementado pela primeira vez.

Rds Scheme Pty

Bem, quando o RDS foi implementado pela primeira vez na Europa, os números das classes 16 a 30 estavam em branco, conforme mostrado na tabela acima. Obviamente isto já foi corrigido, mas como você pode ver, os tipos de software europeus não correspondiam exatamente aos tipos de software dos EUA.

Vamos deixar de lado as coisas do PTY.

Blocos RDS

Depois de ignorarmos todos os blocos de dados PTY importantes, chegamos aos blocos de dados 2B, 3A e 4A na tabela acima (PTY está no bloco PT4). Agora, 2B indica em que consistem os blocos 3 e 4, e isso pode ter até 32 bits de texto. A menos que o seu DJ local esteja tocando, diga: “Eu dormi com alguém do Fall Out Boy e tudo que consegui foi uma música estúpida escrita sobre mim“, isso deve ser suficiente para vários títulos de músicas e artistas de uma só vez. Caso contrário, a sequência de texto pode ser girada para exibir todas as informações apropriadas da música, proporcionando um efeito de rolagem elegante. Rádios mais antigos com telas LCD de vários segmentos geralmente giram o texto Porque é limitado a um comprimento muito curto de caracteres.

Estéreo Nissan Versa

Tenha em mente que esperar títulos de músicas e artistas como texto nem sempre funciona. Algumas emissoras independentes pequenas e sem dinheiro não adquiriram a tecnologia RDS, e algumas estações de rádio simplesmente não se incomodam em alternar seu script RDS e, em vez disso, apenas exibem o nome e o indicativo da estação de rádio. Depois, há a questão de as coisas não se traduzirem entre continentes, porque o RDS global é muito diferente do RBDS dos EUA na implementação Os dados RBDS exibidos através do receptor RDS podem não parecer exatamente corretos. Como dito em Papel EBU:

Se for necessário fazer alterações urgentes no software existente, a primeira coisa a fazer é adicionar o reconhecimento da palavra E correspondente e, se o PTY for implementado adicionalmente, a nova tabela de códigos PTY dos EUA deverá ser usada.

Ah, sim, durante vários anos a RBDS teve muitos tipos de programas que não existiam na Europa, e o negócio do “deslocamento de palavras electrónicas” girava em torno de multiplexes com um sistema de pesquisa móvel modificado que é essencialmente irrelevante hoje em dia. No entanto, essas são questões insignificantes quando você considera como o RDS reduz a chance de perder o nome de uma nova música.

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Rádio HD Expresso

Hoje em dia, há uma segunda maneira de seu carro saber qual música está tocando no rádio: pode ser porque a transmissão não é um sinal FM analógico. Bem-vindo ao HD Radio, um método de transmissão de sinais de rádio digitais e analógicos na mesma largura de banda ao mesmo tempo. FTW duplo! O que isto significa? Se o seu receptor for totalmente analógico, você receberá um sinal FM ou AM tradicional. Se você tiver um receptor capaz de receber HD Radio, você obterá um fluxo de sinais de áudio digital de até 128 kbit/s em algumas aplicações FM. Ah, e as emissoras estão limitadas a apenas um canal HD por estação. De acordo com Rádio HD:

Digamos que sua estação de rádio local favorita esteja na 96,9FM. Usando a tecnologia HD Radio, a mesma estação é transmitida em áudio digital em 96,9 HD1. Além disso, você pode acessar todo o novo conteúdo em até três estações adicionais: 96,9 HD2, HD3 e HD4.

Além da transmissão simultânea e de canais HD adicionais, o HD Radio permite que os receptores capturem uma quantidade muito maior de dados, incluindo pequenas imagens enviadas por ondas de rádio por meio da função “Artist Experience” do HD Radio. E quando digo minúsculo, quero dizer microscópico em comparação com as tendências atuais, como a Xperi, a empresa proprietária da HD Radio, Ele afirma que sim “As imagens têm resolução nominal de 200 x 200 pixels e tamanho máximo de arquivo de 24 KB.” Ainda assim, que salto em frente.

Nota de bênção

É claro que o rádio terrestre está fora de moda desde que os conglomerados ergueram suas cabeças feias e todas as estações começaram a se enquadrar em certos gêneros. Durante décadas, os consumidores dispostos a pagar um pouco mais por iPods ou assinaturas de rádio via satélite têm se destacado. No entanto, os iPods da Apple e aquelas estações de rádio por satélite de costa a costa, de aparência um tanto miserável, apenas por assinatura, estão perdendo popularidade rapidamente devido ao advento de streaming barato e planos de dados. Sim, sou uma daquelas pessoas que faz streaming e, embora ainda compre mídia física quando posso, a facilidade e a organização das estações de rádio online são incomparáveis.

Lembre-se de que, se estiver enviando streaming de áudio via Bluetooth para a unidade principal de um carro, você ainda precisará obter as informações da rota. Este é o lugar Nota de bênção Ele vem com a mesma marca de tecnologia de identificação de trilha usada no iTunes e WinAmp. Ele está integrado em todos os tipos de carros, de Toyotas a BMWs, usado em tudo, de rádio a streaming, e provavelmente continuará a ser fundamental à medida que alguns fabricantes abandonarem o espelhamento de telefone. Mais sobre Gracenotes em um próximo artigo, porque sei que vocês estão entusiasmados.

(Créditos da imagem: Dolospin – Trabalho próprioCC BY-SA 4.0, Nissan, Jaguar, EBU, Xperi, Gracenote)

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