Paper Tunes: Ένα ολόκληρο τραγούδι σε QR codes και μετάδοση μέσω LoRa

Ορισμένα projects φαίνονται αδύνατα μέχρι να αποκαλυφθεί ο τεχνικός τους πυρήνας. Αυτό ισχύει απόλυτα για το Paper Tunes, δημιουργία του χρήστη Makestreame στο Instructables: ένα σύστημα που αποθηκεύει ένα τραγούδι σε QR codes πάνω σε ένα κοινό φύλλο χαρτί, και το μεταδίδει ασύρματα μέσω LoRa.

Το πρόβλημα της συμπίεσης

Το αρχικό ερώτημα είναι προφανές: ένα QR code χωράει περίπου 3,3 kB δεδομένων. Ακόμα και ένα σύνολο από οκτώ κωδικούς αποδίδει κάπου 26 kB συνολικής χωρητικότητας. Αν μιλούσαμε για μια απλή MIDI ακολουθία, αυτό θα ήταν ίσως εφικτό. Το Paper Tunes όμως δεν δουλεύει με MIDI — υπόσχεται να πάρει οποιοδήποτε MP3 αρχείο και να το χωρέσει σε αυτό το σχήμα.

Ένα τυπικό MP3 αρχείο μπορεί να ζυγίζει μερικά megabyte. Στην περίπτωση του Makestreame, το δείγμα που χρησιμοποιήθηκε ήταν 2,9 MB. Για να χωρέσει σε οκτώ QR codes, έπρεπε να μειωθεί σε λιγότερο από 27 kB — μια αναλογία συμπίεσης που ξεπερνά κατά πολύ αυτό που μπορεί να πετύχει ο παραδοσιακός κωδικοποιητής MP3.

Το μυστικό: EnCodec της Meta

Η λύση βρίσκεται στο EnCodec, έναν νευρωνικό κωδεκοποιητή ήχου που ανέπτυξε η Meta. Σε αντίθεση με τις κλασικές μεθόδους συμπίεσης, το EnCodec χρησιμοποιεί νευρωνικά δίκτυα για να εντοπίσει και να διατηρήσει αποκλειστικά τις ελάχιστες πληροφορίες που χρειάζονται για την αποκατάσταση ενός ηχητικού δείγματος. Το αποτέλεσμα είναι εντυπωσιακό: το αρχείο των 2,9 MB συμπιέζεται σε μόλις 21,44 kB.

Φυσικά, αυτό το επίπεδο συμπίεσης έχει κόστος στην ποιότητα — ο ήχος είναι «βαριά συμπιεσμένος», κατά την ίδια τη διατύπωση του Makestreame. Ωστόσο, σύμφωνα με τα δημοσιευμένα δείγματα, το αποτέλεσμα ακούγεται καλύτερα από ό,τι θα περίμενε κανείς για ένα αρχείο τέτοιου μεγέθους.

Οκτώ QR codes, δύο όψεις

Τα 21,44 kB εξακολουθούν να μην χωράνε σε έναν μόνο QR code. Ο Makestreame επέλεξε να κατανείμει τα δεδομένα σε οκτώ QR codes συνολικά, τέσσερα σε κάθε όψη του χαρτιού. Κατ' αναλογία με τους δίσκους βινυλίου, το κομμάτι έχει «A side» και «B side» — αν και το να σκανάρεις οκτώ κωδικούς για ένα τραγούδι είναι αναμφίβολα πιο κοπιαστικό από το να γυρίσεις έναν δίσκο.

Μετάδοση μέσω LoRa

Το ίδιο επίπεδο συμπίεσης που κάνει εφικτή την αποθήκευση σε QR codes, κάνει εφικτή και τη μετάδοση μέσω LoRa (Long Range). Το LoRa είναι ένα πρωτόκολλο ασύρματης επικοινωνίας σχεδιασμένο για χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και μεγάλη εμβέλεια, με αντίτιμο το πολύ χαμηλό bandwidth — χαρακτηριστικό που το καθιστά a priori «ακατάλληλο» για μετάδοση ήχου. Τα 21 kB όμως εμπίπτουν άνετα στα όρια που μπορεί να χειριστεί το LoRa, μετατρέποντας το φαινομενικά αδύνατο σε πρακτικό.

Το Paper Tunes δεν είναι το πρώτο project που αψηφά τους περιορισμούς του LoRa για audio εφαρμογές, αλλά η χρήση νευρωνικής συμπίεσης στη θέση παραδοσιακών κωδεκοποιητών το διαφοροποιεί από παρόμοιες προσπάθειες.

Πηγές

• Hackaday — Store Tunes on Paper and Stream Them Over LoRA