專利名稱：復雜網(wǎng)絡聲音同步演示系統(tǒng)及演示方法
復雜網(wǎng)絡聲音同步演示系統(tǒng)及演示方法技術領域
本發(fā)明屬于教學儀器領域，尤其涉及一種復雜網(wǎng)絡聲音同步演示系統(tǒng)及演示方 法。
背景技術：
復雜網(wǎng)絡是自然與社會的基本形態(tài)，復雜網(wǎng)絡上的同步現(xiàn)象是重要的科學知識， 許多學校開設了包含同步內(nèi)容的復雜網(wǎng)絡課程。復雜網(wǎng)絡同步知識的教學內(nèi)容主要包括同 步行為的解釋、同步行為穩(wěn)定性、同步過渡過程分析、網(wǎng)絡結構及參數(shù)對同步性能的影響等 等。目前網(wǎng)絡同步知識的教學手段主要有數(shù)學公式表達、圖片展示、曲線說明和少量的軟件 模擬，這些僅有的教學手段使得本來精彩紛呈的網(wǎng)絡同步現(xiàn)象變得枯燥和乏味，因此需要 一種實物系統(tǒng)，對復雜網(wǎng)絡上的同步現(xiàn)象進行生動地演示，并能夠展示網(wǎng)絡結構及參數(shù)對 同步穩(wěn)定性和過渡過程的影響。聲音同步是一類典型的網(wǎng)絡同步現(xiàn)象，如青蛙、蟋蟀叫聲的 同步以及觀眾掌聲的同步，這些例子常用作復雜網(wǎng)絡同步行為的解釋和說明。目前，聲音同 步現(xiàn)象主要通過一個獨立的計算機軟件進行演示，這種方法既不便于展示網(wǎng)絡拓撲結構對 同步過程的影響，也與自然界聲音同步現(xiàn)象中多個個體獨立進行聆聽、判斷、發(fā)聲的物理機 制不同。如果有一種可以同時展示網(wǎng)絡拓撲結構和聲音同步過渡過程的實物演示系統(tǒng)，而 且這種系統(tǒng)擁有多個獨立的個體可以進行聆聽、判斷與發(fā)聲，那么復雜網(wǎng)絡聲音同步的知 識演示將會變得生動活潑、弓I人入勝。發(fā)明內(nèi)容
為了生動地演示復雜網(wǎng)絡的聲音同步現(xiàn)象，同時展示網(wǎng)絡拓撲結構和聲音同步的 過渡過程，并模擬多個個體獨立聆聽、判斷、發(fā)聲的物理機制，本發(fā)明提供了一種復雜網(wǎng)絡 聲音同步演示系統(tǒng)及演示方法。
本發(fā)明實現(xiàn)該目的的技術方案由三部分組成一個復雜網(wǎng)絡聲音同步演示系統(tǒng)、 一種多節(jié)點音頻身份識別與鳴叫時刻確認方法、一套復雜網(wǎng)絡聲音同步演示方法。
復雜網(wǎng)絡聲音同步演示系統(tǒng)包括監(jiān)控計算機系統(tǒng)(I)、投影儀(2)、網(wǎng)絡拓撲結構 投影板(3)、通訊總線(12)和若干個智能鳴叫節(jié)點(4)。每個智能鳴叫節(jié)點⑷表示一個 網(wǎng)絡節(jié)點，也就是一個獨立的個體。所有的智能鳴叫節(jié)點(4)圍成一圈安裝在網(wǎng)絡拓撲結 構投影板(3)上，智能鳴叫節(jié)點(4)所圍繞的區(qū)域用于顯示網(wǎng)絡拓撲結構。網(wǎng)絡拓撲結構 由投影儀(2)投射顯示，投影儀(2)與監(jiān)控計算機系統(tǒng)(I)相連，把監(jiān)控計算機系統(tǒng)(I)傳 來的網(wǎng)絡拓撲結構圖像投射到網(wǎng)絡拓撲結構投影板(3)上智能鳴叫節(jié)點(4)圍成的區(qū)域。 當兩個節(jié)點之間有邊相連時，對應的兩個智能鳴叫節(jié)點之間會投射出一條連線(11)，所投 射的連線(11)可以區(qū)分節(jié)點之間的有向或者無向連接關系。所有智能鳴叫節(jié)點之間的連 線(11)就顯示了整個網(wǎng)絡的拓撲結構(30)。演示過程的進行與設定通過監(jiān)控計算機系統(tǒng)(I)安裝的演示監(jiān)控軟件(6)完成。演示監(jiān)控軟件(6)包含網(wǎng)絡拓撲結構設定與顯示子模 塊(7)、聲音同步參數(shù)設定子模塊(8)和監(jiān)控通訊子模塊(10)。監(jiān)控計算機系統(tǒng)(I)通過通訊總線(12)與所有的智能鳴叫節(jié)點(4)相連，通過通訊總線(12)把同步演示命令和所設定的參數(shù)下傳給所有的節(jié)點。智能鳴叫節(jié)點(4)是一個嵌入式計算機系統(tǒng)，包含嵌入式最小系統(tǒng)(13)、揚聲器驅(qū)動電路(14)、揚聲器(15)、聲音采集電路(16)、麥克風(17)、時鐘電路(19)和通訊接口(18)。通訊接口(18)與通訊總線(12)相連，用于獲得監(jiān)控計算機系統(tǒng)(I)下傳的各種信息，并把節(jié)點(4)的各種信息上傳給監(jiān)控計算機系統(tǒng)(I)。麥克風(17)連接到聲音采集電路(16)，用于聆聽其他節(jié)點的鳴叫聲。揚聲器(15)連接到揚聲器驅(qū)動電路(14)，用于發(fā)聲鳴叫。嵌入式最小系統(tǒng)(13)是包含CPU在內(nèi)的計算機核心系統(tǒng)，是存儲與執(zhí)行程序、驅(qū)動外圍模塊、實現(xiàn)節(jié)點功能的核心部件。時鐘電路(19)用于定時，為本節(jié)點的鳴叫時刻確定和其他節(jié)點的鳴叫時刻確認提供時間基準。智能鳴叫節(jié)點⑷的功能由節(jié)點智能軟件(21)實現(xiàn)。節(jié)點智能軟件(21)包含節(jié)點通訊子模塊(22)、聲音檢測子模塊(24)、 其他節(jié)點鳴叫時刻識別子模塊(36)、耦合關系模擬子模塊(23)、鳴叫時刻計算子模塊(25) 和鳴叫輸出子模塊(26)
多節(jié)點音頻身份識別與鳴叫時刻確認方法用于解決多個節(jié)點同時鳴叫時每一個節(jié)點鳴叫時刻的確認。在自然界中，以青蛙為例，每個青蛙能夠聽出其他青蛙叫聲之間的細微差別，從而確定其他青蛙的鳴叫時刻。但是對于聲音同步演示系統(tǒng)，由于不能讓人聽出個節(jié)點鳴叫聲的差別，所有節(jié)點應該使用同一種聲音進行鳴叫。當所有節(jié)點都發(fā)聲時，相同的叫聲此起彼伏相互疊加，某一個節(jié)點是否鳴叫與何時則很難判斷與提取。為了模擬個體之前的聲音耦合關系，節(jié)點應當具有判斷其他節(jié)點是否鳴叫以及何時鳴叫的方法。只有這樣， 每個節(jié)點才能根據(jù)與自己有耦合關系的節(jié)點的鳴叫時刻來確定自己的鳴叫時刻，從而實現(xiàn)節(jié)點的聲音同步動力學行為，演示整個網(wǎng)絡的同步過程。多節(jié)點音頻身份識別與鳴叫時刻確認方法就是這樣的方法，該方法的基本思路是給 每個節(jié)點的鳴叫聲嵌入身份ID音頻水印，這些水印處于不同的頻段，節(jié)點共同發(fā)聲時互不干擾。監(jiān)測時通過水印提取，就可以獲得各個節(jié)點的鳴叫時刻。該方法的步驟包括
B1.選定一種動物的鳴叫聲作為原始基音(37)，這種鳴叫聲就是演示系統(tǒng)要同步的聲音。
B2.假設演示系統(tǒng)有N個智能鳴叫節(jié)點，則在原始基音(37)的頻帶范圍之外為N 個智能鳴叫節(jié)點⑷選定N種水印載波頻率fi(i=l，2，-·，Ν)。
Β3.為了剔除同頻段噪聲對水印載波的干擾，依次用中心阻帶頻率為fi(i=l， 2，···，N)的N個帶阻濾波器(44)對原始基音(37)進行濾波得到基音信號(38)。
B4.為每個智能鳴叫節(jié)點⑷指定一個身份識別ID號(39)，把ID號的二進制數(shù)據(jù)(40)作為待嵌入水印數(shù)據(jù)，其頻率選為遠小于fi(i=l，2，···，N)的f0。
B5.用第i個節(jié)點的待嵌入水印數(shù)據(jù)(40)對頻率為fi的正弦波載波(41)進行調(diào)制，把調(diào)制后的信號幅值調(diào)整到基音信號平均幅值數(shù)倍以下然后加到基音信號(38)中，添加時刻統(tǒng)一為基音信號的h時刻，由此得到各個節(jié)點的鳴叫音頻信號(42)。加到基音信號(38)中的調(diào)制信號的幅值大小要確保人耳不能聽到，且便于濾波檢出。h時刻為人為選定的一個時刻，用于保證所有的音頻水印與基音信號有相同的時間偏移量。
B6.各智能鳴叫節(jié)點⑷在既定時刻ti(i=l，2，…，N)輸出一次自己的鳴叫音頻信號(42)，所有節(jié)點的鳴叫聲此起彼伏相互疊加組成合鳴音(43)。時刻\的測量點就是所有音頻水印的添加時刻
B7.各智能鳴叫節(jié)點⑷對合鳴音(43)進行采樣檢測。
B8.各節(jié)點依次先用中心通帶頻率為fi(i=l，2，…，N)的帶通濾波器(45)對合鳴音信號(43)進行濾波，濾波后得到調(diào)制了水印數(shù)據(jù)的正弦波載波信號，再用通帶頻率為 f0的低通濾波器(46)進行濾波，得到ID號的二進制數(shù)據(jù)(40)。由于對所有的載波頻率 \α=1，2，···，Ν)都進行了一次同樣的操作，所以可以得到所有節(jié)點的ID水印數(shù)據(jù)(40)。每個節(jié)點ID水印數(shù)據(jù)(40)的起始時刻，就是在時刻\處的^由于所有的節(jié)點采用統(tǒng)一的 h，所以可以獲得每個節(jié)點的鳴叫時刻t。
所提供的復雜網(wǎng)絡聲音同步演示方法，基于上述的復雜網(wǎng)絡聲音同步演示系統(tǒng)和多節(jié)點音頻身份識別與鳴叫時刻確認方法，主要通過多個步驟的操作和演示系統(tǒng)及節(jié)點軟硬件的執(zhí)行，實現(xiàn)復雜網(wǎng)絡多個個體獨立聆聽、判斷、發(fā)聲模擬，以及網(wǎng)絡拓撲結構和聲音同步過渡過程的同時顯示。演示方法的步驟包括
S1.通過網(wǎng)絡拓撲結構設定與顯示子模塊(7)設定網(wǎng)絡拓撲結構(30)；
S2.網(wǎng)絡拓撲結構設定與顯示子模塊(7)通過投影儀(2)將網(wǎng)絡拓撲結構投射到網(wǎng)絡拓撲結構投影板(3)上，所投射的拓撲結構反映以智能鳴叫節(jié)點(4)為代表的網(wǎng)絡節(jié)點之間的連接關系；
S3.通過聲音同步參數(shù)設定子模塊(8)設定節(jié)點動力學特性(31)、節(jié)點初始鳴叫時刻(33)、網(wǎng)絡內(nèi)耦合關系和網(wǎng)絡耦合強度；
S4.演示監(jiān)控軟件(6)通過監(jiān)控通訊子模塊(10)將所設定的網(wǎng)絡拓撲結構(30) 和聲音同步參數(shù)發(fā)送給所有智能鳴叫節(jié)點(4)；
S5.每個智能鳴叫節(jié)點⑷通過節(jié)點通訊子模塊(22)獲得所設定的網(wǎng)絡拓撲結構(30)和聲音同步參數(shù)；
S6.每個智能鳴叫節(jié)點(4)根據(jù)所設定的節(jié)點初始鳴叫時刻(33)，利用鳴叫輸出子模塊(26)通過揚聲器驅(qū)動電路(14)輸出步驟B5中得到的本節(jié)點鳴叫音頻信號(42)；
S7.所有智能鳴叫節(jié)點⑷按控制節(jié)拍循環(huán)反復執(zhí)行以下步驟(S71-S75)
S71.利用聲音采集電路(16)和麥克風(17)通過聲音檢測子模塊(24)執(zhí)行步驟 B7，對本控制節(jié)拍中的合鳴音(43)進行采樣檢測；
S72.利用其他節(jié)點鳴叫時刻識別子模塊(36)執(zhí)行步驟B8，獲得其他節(jié)點在本節(jié)拍的鳴叫時刻\；
S73.根據(jù)所設定的網(wǎng)絡拓撲結構(30)和聲音同步參數(shù)利用耦合關系模擬子模塊(23)計算耦合作用輸入值(29);
S74.根據(jù)本節(jié)點在本節(jié)拍的鳴叫時刻、所計算的耦合作用輸入值(29)和所設定的節(jié)點動力學特性(31)利用鳴叫時刻計算子模塊(25)計算本節(jié)點下一節(jié)拍應鳴叫的時刻 ti ;
S75.根據(jù)所計算的本節(jié)點下一節(jié)拍應鳴叫時刻\，利用鳴叫輸出子模塊(26)通過揚聲器驅(qū)動電路(14)輸出步驟B5中得到的本節(jié)點鳴叫音頻信號(42)。
復雜網(wǎng)絡的拓撲結構、內(nèi)耦合關系、耦合強度和節(jié)點動態(tài)特性對同步過程有著顯著的影響，在一次 同步現(xiàn)象演示之前，要先對這些方面進行設定。在步驟SI中，利用網(wǎng)絡拓撲結構設定與顯示子模塊(7)設定網(wǎng)絡拓撲結構(30)，所設定的拓撲結構在步驟S2中通過投影儀(2)投射到網(wǎng)絡拓撲結構投影板(3)上，操作人員從網(wǎng)絡拓撲結構投影板(3)上可以清晰地看到節(jié)點之間的連接關系。在步驟S3中，利用聲音同步參數(shù)設定子模塊(8)對 網(wǎng)絡內(nèi)耦合關系、網(wǎng)絡耦合強度、節(jié)點動力學特性(31)及各節(jié)點的節(jié)點初始鳴叫時刻(33) 進行設定。至此，一次同步現(xiàn)象演示之前的所有設定工作全部完畢，操作人員可以啟動同 步演示過程。在同步演示的第一節(jié)拍，每個節(jié)點的鳴叫時刻為所設定的節(jié)點初始鳴叫時刻 (33 )，此后各節(jié)點根據(jù)節(jié)點動力學特性(31 )、網(wǎng)絡拓撲結構(30 )、網(wǎng)絡內(nèi)耦合關系、網(wǎng)絡耦 合強度以及所檢測到的其他節(jié)點本節(jié)拍的鳴叫時刻\計算自己的下一節(jié)拍鳴叫時刻。隨 著節(jié)拍的持續(xù)，各節(jié)點不斷地調(diào)整自己的鳴叫時刻。整個檢測、識別、計算與輸出的過程(步 驟S71-S75)每個節(jié)點每個節(jié)拍進行一遍。當所有節(jié)點的鳴叫時刻趨同后，網(wǎng)絡取得同步， 人耳可以聽到所有節(jié)點異口同聲地鳴叫。由于同步行為需要一定的時間才能達到，所以步 驟S7會反復進行多個節(jié)拍。在整個過渡過程期間，投影儀始終在投射網(wǎng)絡的拓撲結構，操 作人員就觀察到了該拓撲結構下的網(wǎng)絡同步過程。當在步驟SI和步驟S3對網(wǎng)絡參數(shù)重新 設定時，由于步驟S2的投影顯示和步驟S7的重新計算，操作人員就可以觀察新情況下的同 步過程。當網(wǎng)絡其他參數(shù)設定值不變，僅有一個參數(shù)如耦合強度發(fā)生變化時，由于步驟S7 的計算，系統(tǒng)會演示出新的同步過渡過程，因此本系統(tǒng)可以用來觀察網(wǎng)絡參數(shù)對同步性能 如同步速度和同步穩(wěn)定性的影響。
本發(fā)明的有益效果是提供了一種復雜網(wǎng)絡聲音同步演示系統(tǒng)及演示方法，演示系 統(tǒng)可以模擬多個個體獨立聆聽、判斷、發(fā)聲的物理機制，并可同時顯示網(wǎng)絡拓撲結構和該 拓撲結構下的聲音同步過程，演示方法可以使操作人員觀察網(wǎng)絡結構及參數(shù)對同步穩(wěn)定性 和過渡過程的影響。本發(fā)明利用實物系統(tǒng)把復雜網(wǎng)絡的聲音同步現(xiàn)象變得形象直觀、令人 印象深刻，使同步知識變得妙趣橫生、樂于接受。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
圖1是本發(fā)明實施例所述演示系統(tǒng)結構示意圖2是本發(fā)明實施例所述監(jiān)控軟件功能模塊圖3是本發(fā)明實施例所述智能鳴叫節(jié)點功能模塊示意圖4是本發(fā)明實施例所述節(jié)點智能軟件功能模塊圖5是本發(fā)明實施例所述多節(jié)點音頻身份識別與鳴叫時刻確認方法步驟圖6是本發(fā)明實施例所述演示方法流程圖。
以上各圖中，1:監(jiān)控計算機系統(tǒng)；2 :投影儀；3 :網(wǎng)絡拓撲結構投影板；4 :智能鳴 叫節(jié)點；6 :演示監(jiān)控軟件；7 :網(wǎng)絡拓撲結構設定與顯示子模塊；8 :聲音同步參數(shù)設定子模 塊；10 :監(jiān)控通訊子模塊；11 :投射的連線；12 :通訊總線；13 :嵌入式最小系統(tǒng)；14 :揚聲器 驅(qū)動電路；15 :揚聲器；16 :聲音采集電路；17 :麥克風；18 :通訊接口 ；19 :時鐘電路；21 :節(jié) 點智能軟件；22 :節(jié)點通訊子模塊；23 :耦合關系模擬子模塊；24 :聲音檢測子模塊；25 :鳴 叫時刻計算子模塊；26 :鳴叫輸出子模塊；29 :耦合作用輸入值；30 :網(wǎng)絡拓撲結構；31 :節(jié) 點動力學特性；33 :節(jié)點初始鳴叫時刻；36 :其他節(jié)點鳴叫時刻識別子模塊；37 :原始基音； 38 :基音信號；39 :身份識別ID號；40 ID號的二進制數(shù)據(jù)；41 :正弦波載波；42 :各個節(jié)點 的鳴叫音頻信號；43 :合鳴音；44 :中心阻帶頻率為匕的帶阻濾波器；45 :中心通帶頻率為& 的帶通濾波器；46 :通帶頻率為&的低通濾波器。
具體實施方式
實施例
監(jiān)控計算機系統(tǒng)(I)為工業(yè)控制計算機，網(wǎng)絡拓撲結構投影板(3)為圓形絕緣板， 16個智能鳴叫節(jié)點⑷圍成一圈安裝在網(wǎng)絡拓撲結構投影板(3)的邊沿，投影儀(2)與工業(yè)控制計算機相連，安裝在天花板上，投影儀(2)的畫面投射到網(wǎng)絡拓撲結構投影板(3)中央的圓形區(qū)域，通訊總線(12)為RS485總線，揚聲器(15)為陶瓷揚聲器，見圖1。演示監(jiān)控軟件(6)利用VC編寫，包括網(wǎng)絡拓撲結構設定與顯示子模塊(7)、聲音同步參數(shù)設定子模塊⑶和監(jiān)控通訊子模塊(10)，見圖2。智能鳴叫節(jié)點⑷的嵌入式最小系統(tǒng)(13)為 ARMS3C44B0X核心板，揚聲器驅(qū)動電路(14)為基于MAX9788揚聲器驅(qū)動器電路，聲音采集電路(16)為基于MAX4477的聲音采集電路，麥克風(17)為XF-18D麥克風，時鐘電路(19)為基于DS1302的時鐘電路，通訊接口(18)為基于MAX1487的485接口電路，見圖3。節(jié)點智能軟件(21)包含節(jié)點通訊子模塊(22 )、聲音檢測子模塊(24 )、其他節(jié)點鳴叫時刻識別子模塊(36 )、耦合關系模擬子模塊(23 )、鳴叫時刻計算子模塊(25 )和鳴叫輸出子模塊(26 )，見圖4。原始基音(37)選為持續(xù)3秒的青蛙叫聲，#16，水印載波頻率4(1=1，2，···，^選為 30KHz-40KHz之間，身份識別ID號(39)選為二進制數(shù)1010XXXX，其中XXXX為8421碼，f0 選為35Hz，h選為O.1秒，多節(jié)點音頻身份識別與鳴叫時刻確認方法實施步驟見圖5。一次演示操作中，操作人員先通過由VC編寫的網(wǎng)絡拓撲結構設定與顯示子模塊(7)選定網(wǎng)絡的節(jié)點數(shù)(不多于16個)和拓撲結構(30)，投影儀(2)將網(wǎng)絡拓撲結構(30)投射到圓形絕緣板上，顯示出所選節(jié) 點之間的連接關系。有連邊的節(jié)點之間，會投射出一條虛線(11)，線條的兩端與對應的智能鳴叫節(jié)點(4)重合。然后操作人員通過聲音同步參數(shù)設定子模塊(8) 設定節(jié)點動力學特性(31 )、節(jié)點初始鳴叫時刻(33 )、網(wǎng)絡內(nèi)耦合關系和網(wǎng)絡耦合強度。之后操作人員啟動同步過程，監(jiān)控通訊子模塊(10)將所設定的網(wǎng)絡拓撲結構(30)和聲音同步參數(shù)發(fā)送給所有智能鳴叫節(jié)點(4)，智能鳴叫節(jié)點(4)根據(jù)所設定的節(jié)點初始鳴叫時刻(33)，利用鳴叫輸出子模塊(26)通過揚聲器驅(qū)動電路(14)輸出步驟B5中得到的本節(jié)點鳴叫音頻信號(42)。隨后各節(jié)點按節(jié)拍不斷地檢測合鳴音(43)、識別其他節(jié)點的鳴叫時刻、 計算自己下一節(jié)拍的鳴叫時刻、按計算時刻輸出自己的音頻信號(42)。整個檢測、計算與輸出過程持續(xù)到一定的時間結束，一次同步現(xiàn)象演示完成，演示方法步驟見圖6。
權利要求
1.一種復雜網(wǎng)絡聲音同步演示系統(tǒng)，其特征在于 Al.包括監(jiān)控計算機系統(tǒng)(1)、投影儀(2)、網(wǎng)絡拓撲結構投影板(3)、通訊總線(12)和若干個智能鳴叫節(jié)點(4)； A2.監(jiān)控計算機系統(tǒng)(1)與所有的智能鳴叫節(jié)點(4)通過通訊總線(12)相連； A3.投影儀(2)連接到監(jiān)控計算機系統(tǒng)(1)，投影儀(2)的畫面投射到網(wǎng)絡拓撲結構投影板⑶上； A4.所有的智能鳴叫節(jié)點(4)呈單繞環(huán)狀安裝在網(wǎng)絡拓撲結構投影板(3)上，繞環(huán)所包圍的區(qū)域為投影儀(2)的投射區(qū)域； A5.監(jiān)控計算機系統(tǒng)(I)安裝有演示監(jiān)控軟件(6)，演示監(jiān)控軟件(6)包含網(wǎng)絡拓撲結構設定與顯示子模塊(7)、聲音同步參數(shù)設定子模塊(8)和監(jiān)控通訊子模塊(10)； A6.智能鳴叫節(jié)點(4)包含嵌入式最小系統(tǒng)(13)、揚聲器驅(qū)動電路(14)、揚聲器(15)、聲音采集電路(16)、麥克風(17)、時鐘電路(19)和通訊接口(18)； A7.智能鳴叫節(jié)點(4)中安裝有節(jié)點智能軟件(21)，節(jié)點智能軟件(21)包含節(jié)點通訊子模塊(22 )、聲音檢測子模塊(24 )、其他節(jié)點鳴叫時刻識別子模塊(36 )、耦合關系模擬子模塊(23)、鳴叫時刻計算子模塊(25)和鳴叫輸出子模塊(26)。
2.一種基于權利要求1所述復雜網(wǎng)絡聲音同步演示系統(tǒng)的多節(jié)點音頻身份識別與鳴叫時刻確認方法，其特征在于包括以下步驟 B1.選定一種動物的鳴叫聲作為原始基音(37)； B2.在原始基音(37)的頻帶范圍之外為N個智能鳴叫節(jié)點(4)選定N種水印載波頻率fi(i=l,2,···,N)； B3.依次用中心阻帶頻率為Αα=1，2，···，Ν)的N個帶阻濾波器(44)對原始基音(37)進行濾波得到基音信號(38)； Β4.為每個智能鳴叫節(jié)點⑷指定一個身份識別ID號(39)，把ID號的二進制數(shù)據(jù)(40)作為待嵌入水印數(shù)據(jù)，其頻率選為遠小于fi(i=l，2，…，N)的& ； B5.用第i個節(jié)點的待嵌入水印數(shù)據(jù)(40)對頻率為&的正弦波載波(41)進行調(diào)制，把調(diào)制后的信號幅值調(diào)整到基音信號平均幅值數(shù)倍以下然后加到基音信號(38)中，添加時刻統(tǒng)一為基音信號的h時刻，由此得到各個節(jié)點的鳴叫音頻信號(42)； B6.各智能鳴叫節(jié)點(4)在既定時刻ti(i=l，2，"·，Ν)輸出一次自己的鳴叫音頻信號(42)，所有節(jié)點的鳴叫聲此起彼伏相互疊加組成合鳴音(43)； Β7.各智能鳴叫節(jié)點(4)對合鳴音(43)進行采樣檢測； Β8.各節(jié)點依次先用中心通帶頻率為fi(i=l，2，…，沁的帶通濾波器(45)對合鳴音信號(43)進行濾波，再用通帶頻率為&的低通濾波器(46)進行濾波，由此得到其他所有節(jié)點的ID水印數(shù)據(jù)(40)及鳴叫時刻
3.一種基于權利要求1所述復雜網(wǎng)絡聲音同步演示系統(tǒng)和權力要求2所述多節(jié)點音頻身份識別與鳴叫時刻確認方法的復雜網(wǎng)絡聲音同步演示方法，其特征在于包括以下步驟 .51.通過網(wǎng)絡拓撲結構設定與顯示子模塊(7)設定網(wǎng)絡拓撲結構(30)； .52.網(wǎng)絡拓撲結構設定與顯示子模塊(7)通過投影儀(2)將網(wǎng)絡拓撲結構投射到網(wǎng)絡拓撲結構投影板(3)上，所投射的拓撲結構反映以智能鳴叫節(jié)點(4)為代表的網(wǎng)絡節(jié)點之間的連接關系；·53.通過聲音同步參數(shù)設定子模塊(8)設定節(jié)點動力學特性(31)、節(jié)點初始鳴叫時刻(33)、網(wǎng)絡內(nèi)f禹合關系和網(wǎng)絡f禹合強度； ·54.演示監(jiān)控軟件(6)通過監(jiān)控通訊子模塊(10)將所設定的網(wǎng)絡拓撲結構(30)和聲音同步參數(shù)發(fā)送給所有智能鳴叫節(jié)點(4)； ·55.每個智能鳴叫節(jié)點(4)通過節(jié)點通訊子模塊(22)獲得所設定的網(wǎng)絡拓撲結構(30)和聲音同步參數(shù)； ·56.每個智能鳴叫節(jié)點⑷根據(jù)所設定的節(jié)點初始鳴叫時刻(33)，利用鳴叫輸出子模塊(26)通過揚聲器驅(qū)動電路(14)輸出步驟B5中得到的本節(jié)點鳴叫音頻信號(42)； ·57. 所有智能鳴叫節(jié)點(4)按控制節(jié)拍循環(huán)反復執(zhí)行以下步驟(S71-S75):·571.利用聲音采集電路(16)和麥克風(17)通過聲音檢測子模塊(24)執(zhí)行步驟B7，對本控制節(jié)拍中的合鳴音(43)進行采樣檢測； · 572.利用其他節(jié)點鳴叫時刻識別子模塊(36)執(zhí)行步驟B8，獲得其他節(jié)點在本節(jié)拍的鳴叫時刻； ·573.根據(jù)所設定的網(wǎng)絡拓撲結構(30)和聲音同步參數(shù)利用耦合關系模擬子模塊(23)計算耦合作用輸入值(29); .574.根據(jù)本節(jié)點在本節(jié)拍的鳴叫時刻、所計算的耦合作用輸入值(29)和所設定的節(jié)點動力學特性(31)利用鳴叫時刻計算子模塊(25)計算本節(jié)點下一節(jié)拍應鳴叫的時刻\ ; ·575.根據(jù)所計算的本節(jié)點下一節(jié)拍應鳴叫時刻\，利用鳴叫輸出子模塊(26)通過揚聲器驅(qū)動電路(14)輸出步驟B5中得到的本節(jié)點鳴叫音頻信號(42)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復雜網(wǎng)絡聲音同步演示系統(tǒng)及演示方法。該系統(tǒng)利用多個圍成一圈的智能嵌入式系統(tǒng)表示網(wǎng)絡節(jié)點，利用投影儀在節(jié)點之間投射出的線條表示網(wǎng)絡連邊，通過嵌入式系統(tǒng)鳴叫時刻的趨同演示網(wǎng)絡的聲音同步現(xiàn)象。本發(fā)明利用多頻段音頻水印嵌入與提取技術識別鳴叫節(jié)點的身份和鳴叫時刻，以此實現(xiàn)網(wǎng)絡多個個體的獨立聆聽、判斷與發(fā)聲模擬，通過監(jiān)控計算機的軟件設定和節(jié)點軟件的實時計算來演示網(wǎng)絡上的聲音同步過渡過程。作為一種教學儀器，本發(fā)明可同時顯示網(wǎng)絡拓撲結構和該拓撲結構下的聲音同步過程，便于學生觀察網(wǎng)絡結構及參數(shù)對同步穩(wěn)定性和過渡過程的影響，使復雜網(wǎng)絡同步現(xiàn)象變得形象直觀，使該知識妙趣橫生、樂于接受。
文檔編號G10L17/08GK103021204SQ201210442240
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月7日 優(yōu)先權日2012年11月7日
發(fā)明者劉歌群, 郝陳祥, 郭東逸, 朱春香, 江琨, 任冠琦, 馬小美, 辛辰, 李文惠 申請人:上海理工大學