Así es como tu auto sabe qué canción suena en la radio

Hace unas décadas, la única información que mostraban la mayoría de las radios de los automóviles era la frecuencia de la estación que estaba sintonizando, quizás el nivel de volumen del estéreo y quizás la configuración del ecualizador, el balance y el atenuador. Eso es todo; Estabas a merced de los DJ locales y de cualquier habilidad de identificación musical que pudieras reunir para dominar nuevas pistas. Sin embargo, a principios del nuevo milenio ocurrió algo inusual: las radios de los automóviles comenzaron a mostrar títulos de canciones. Entonces, ¿cómo sabes qué canción suena en tu estación de FM local? Si posee algo de esta época, se debe en gran parte a una tecnología llamada Sistema de datos de radio (Redeeze) o sistema de transmisión de datos por radio (RBDS) En América.

Antes de sumergirnos en RDS, hablemos de la radio FM. Dejaremos que Lewin opine sobre eso:

Cómo funciona 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.

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):

Por supuesto, este es sólo el caso más sencillo. Las estaciones de radio FM suelen transmitir en estéreo con dos canales de audio separados, entonces, ¿cómo funciona esto? Bueno, es bastante complicado, pero le prometí a David que escribiría una buena explicación, así que aquí estamos.

En una estación de radio, el canal de audio izquierdo y el canal de audio derecho se suman para crear una señal de audio mono combinada, con frecuencias de 30 Hz a 15 kHz. Esta es la señal (L+R). También se crea una señal de diferencia restando el canal de audio derecho del canal de audio izquierdo, al que llamamos (LR). La señal está modulada en amplitud (LR) en una portadora de 38 kHz. Básicamente, lo que esto significa es que la señal de 38 kHz se vuelve “más fuerte” o “más silenciosa” según el “volumen” (o amplitud) de la señal LR. La portadora de 38 kHz en sí está «suprimida», pero según tenemos entendido, no es necesario preocuparse por ese detalle. También hay un tono de demostración, que es sólo una onda sinusoidal de 19 kHz. Todas estas señales se reúnen y se modulan en frecuencia en una señal de radio de varios megahercios, como 92,7 MHz para Fresh FM o 101,5 MHz para mi antigua estación, Radio Adelaide.

(Por cierto, cuando hablamos de «agregar» o «agregar» señales, es lo mismo. Puede tomar la amplitud de cada señal en un momento determinado y simplemente combinarlas).

En el extremo del receptor, un sencillo receptor FM mono recibe la señal y la demodula. Todo el contenido por encima de 15 kHz aproximadamente simplemente se filtra y se reproduce una señal (L+R) desde un solo altavoz. Esta es la razón por la que las estaciones de FM estéreo son compatibles con receptores mono.

Pero los receptores estéreo funcionan de manera diferente. Por supuesto, todavía demodulan la señal de FM y emiten la señal de audio básica (L+R), pero no ignoran el contenido de alta frecuencia de la señal. En cambio, pueden captar un tono piloto de 19 kHz de la señal, lo que les indica que la señal es, de hecho, una señal estéreo. La señal de 19 kHz se multiplexa internamente para crear una señal portadora a 38 kHz. Esto se mezcla con la señal demodulada y se utiliza para restaurar la señal de audio (LR) en el tiempo – o «en fase» – con la señal de audio (L+R). Al sumar las señales de audio (L+R) y (LR), se obtiene una señal 2L, que se envía al altavoz izquierdo. Mientras tanto, restar la señal (LR) de la señal (L+R) crea una señal 2R que se envía al altavoz derecho.

Bien, entremos en RDS, que le permite a tu radio saber qué canción es.

Bien, ese es todo el audio detectado, pero ¿cómo se envían los datos RDS? Bueno, se agrega otro tono de 57 kHz junto con las señales (L+R), tono piloto y (LR), antes de que el conjunto de los cuatro se module en frecuencia y se envíe como ondas de radio desde el transmisor. La amplitud de la señal de 57 kHz se modula utilizando datos en un esquema fuera del alcance de nuestra discusión aquí. Sin embargo, se eligió la señal de 57 kHz para que descansara de manera segura por encima de la señal de diferencia de 38 kHz, que tiene un contenido de «banda lateral» que se extiende +/- 15 kHz. Con el sistema de cifrado utilizado en RDS, es capaz de transferir datos a 1187,5 bits por segundo, o poco menos de 1,2 kilobits por segundo. Si alguna vez usó un módem de 56 Kbps en la década de 1990, sabrá que 1,2 Kbps no es nada rápido. Sin embargo, para enviar un fragmento de texto con títulos de canciones o información de emisoras, esto es más que suficiente.

¿Decodificar subportadoras de FM usando SDR#?
poru/proft0x enRTLSD

En el espectrograma de arriba publicado en Reddit, podemos ver un desglose de la señal estéreo FM demodulada/»decodificada». De 0-15 kHz vemos el sonido (L+R). A 19 kHz, vemos un aumento en el tono piloto. En el pico a 38 kHz, vemos el centro de la señal LR que se extiende unos 15 kHz a cada lado. Centrándonos en 57 kHz, vemos la señal RDS.

Entonces, hemos demostrado que se pueden enviar algunos datos usando nuestra señal de radio FM gracias a la magia del RDS. Pero ¿cuál es la información real que envía RDS? Bueno, cada transmisión RDS generalmente comienza con un número hexadecimal de cuatro caracteres que identifica la estación de radio, que luego el receptor puede comparar con una lista de códigos de identificación de la estación receptora. Si la estación de radio que se escucha es regional, el receptor puede encontrar otra señal con esa ID de estación y cambiar a ella una vez que la señal sintonizada originalmente se debilite desde la distancia.

Además, los datos RDS incluyen más información sobre el estilo de programación de la estación. ¿Alguna vez ha visto un botón marcado «PTY» en una unidad principal y se ha preguntado qué hace? Indica «Tipo de programa». (Pero la música también puede ser una fiesta). Seleccionar PTY le permite ordenar las estaciones de radio por género. Curiosamente, existe muy poca superposición entre los tipos de programas RDS globales y los tipos de programas RBDS estadounidenses. Si bien los códigos PTY cero, uno y 31 son compartidos, el resto es completamente diferente según Comité Nacional de Sistemas de Radio. Quizás porque formatos como Top 40 y R&B no eran una preocupación importante en Europa cuando se implementó RDS por primera vez.

Bueno, cuando RDS se implementó por primera vez en Europa, los números de clase del 16 al 30 estaban en blanco, como se muestra en la tabla anterior. Obviamente esto se ha corregido desde entonces, pero como puede ver, los tipos de software europeos no coincidían del todo con los tipos de software estadounidenses.

Pasemos de las cosas de PTY.

Una vez que hayamos omitido todos los bloques de datos PTY importantes, llegamos a los bloques de datos 2B, 3A y 4A en la tabla anterior (PTY está en el bloque PT4). Ahora, 2B indica en qué consisten los bloques 3 y 4, y esto puede ser hasta 32 bits de texto. A menos que tu DJ local esté pinchando, di: “Me acosté con alguien en Fall Out Boy y todo lo que obtuve fue esta estúpida canción escrita sobre mí.«, eso debería ser suficiente para múltiples títulos de canciones y artistas de una sola vez. De lo contrario, la cadena de texto se puede girar para mostrar toda la información apropiada de la canción y, al mismo tiempo, proporcionar un efecto de desplazamiento ordenado. Las radios más antiguas con pantallas LCD de múltiples segmentos generalmente giran el texto Porque está limitado a una longitud muy corta de caracteres.

Tenga en cuenta que esperar títulos de canciones y artistas como texto no siempre funciona. Algunas emisoras independientes pequeñas y con problemas de liquidez no han comprado tecnología RDS, y algunas estaciones de radio simplemente no se molestan en rotar su escritura RDS y en su lugar simplemente muestran el nombre y el indicativo de llamada de la estación de radio. Luego está el problema de que las cosas no se traducen entre continentes, porque el RDS global es muy diferente del RBDS de EE. UU. en su implementación. Es posible que los datos RBDS mostrados a través del receptor RDS no se vean exactamente bien. Como se dijo en papel de la UER:

Si hay que hacer cambios urgentes en el software existente, lo primero que hay que hacer es añadir el reconocimiento de la palabra E correspondiente, y si además se implementa PTY, habrá que utilizar la nueva tabla de códigos PTY de EE.UU.

Ah, sí, durante varios años RBDS tuvo muchos tipos de programas que no existían en Europa, y el negocio del «desplazamiento de palabras electrónicas» giraba en torno a los multicines con un sistema de búsqueda móvil modificado que hoy en día es esencialmente irrelevante. Sin embargo, estos son problemas insignificantes si se considera cómo RDS reduce la posibilidad de perder el nombre de una nueva canción.

Hoy en día, existe una segunda forma en que su automóvil puede saber qué canción se está reproduciendo en la radio: puede deberse a que la transmisión no es una señal FM analógica en absoluto. Bienvenido a HD Radio, un método para transmitir señales de radio digitales y analógicas en el mismo ancho de banda al mismo tiempo. ¡Doble FTW! ¿Qué quiere decir esto? Si su receptor es completamente analógico, obtendrá una señal FM o AM de la vieja escuela. Si tiene un receptor capaz de recibir HD Radio, obtendrá una transmisión de señales de audio digital de hasta 128 kbit/s en algunas aplicaciones de FM. Ah, y las emisoras están limitadas a un solo canal HD por estación. De acuerdo a radio de alta definición:

Digamos que su estación de radio local favorita está en 96.9FM. Utilizando la tecnología HD Radio, la misma emisora ​​se transmite en audio digital en 96.9 HD1. Además, podrás acceder a todo el contenido nuevo en hasta tres estaciones adicionales: 96.9 HD2, HD3 y HD4.

Además de la transmisión simultánea y canales HD adicionales, HD Radio permite a los receptores capturar una cantidad mucho mayor de datos, incluidas pequeñas imágenes enviadas por ondas a través de la función «Artist Experience» de HD Radio. Y cuando digo diminuto, me refiero a microscópico en comparación con las tendencias actuales, como dice Xperi, la empresa propietaria de HD Radio, Él lo afirma «Las imágenes tienen una resolución nominal de 200 x 200 píxeles y un tamaño de archivo máximo de 24 KB». Aún así, qué salto adelante.

Por supuesto, la radio terrestre ha pasado de moda desde que los conglomerados levantaron su fea cabeza y todas las estaciones comenzaron a encajar en ciertos géneros. Durante décadas, se han destacado los consumidores dispuestos a pagar un poco más por iPods o suscripciones de radio satelital. Sin embargo, los iPods de Apple y esas estaciones de radio por satélite de costa a costa, de aspecto un tanto cutre, que solo se venden por suscripción, están perdiendo rápidamente popularidad debido a la llegada de planes de datos y streaming baratos. Sí, soy una de esas personas que hacen streaming, y aunque todavía compro medios físicos cuando puedo, la facilidad y organización de las estaciones de radio en línea no tiene paralelo.

Tenga en cuenta que si envía audio en streaming a través de Bluetooth a la unidad principal de un automóvil, aún necesitará una forma de obtener la información de la ruta. Este es el lugar nota de bendición Viene con la misma marca de tecnología de identificación de pistas utilizada en iTunes y WinAmp. Está integrado en todo tipo de automóviles, desde Toyota hasta BMW, se utiliza en todo, desde radio hasta streaming, y probablemente seguirá siendo clave a medida que algunos fabricantes abandonen la duplicación de teléfonos. Más sobre Gracenotes en un próximo artículo, porque sé que todos estáis entusiasmados.

(Créditos de la imagen: Dolospin – Trabajo propioCC BY-SA 4.0, Nissan, Jaguar, UER, Xperi, Gracenote)

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