Neue Methode 18.07.2019, 06:36 Uhr

ETH-Forscher speichern Daten in Musik

Forscher der ETH Zürich entwickelten eine Methode, mit der in Musik Daten gespeichert und mit dem Smartphone empfangen werden können. Für das menschliche Ohr sind die Daten nicht zu hören – der Musikgenuss bleibt ungetrübt.
(Quelle: Pexels)
Die beiden ETH-Doktoranden Manuel Eichelberger und Simon Tanner speichern in Musik Daten. Damit lassen sich in Hintergrundmusik beispielsweise Zugangsdaten für das örtliche WLAN-Netz speichern. Mit dem Mikrofon eines Handys kann man diese Informationen empfangen. «Das wäre in einem Hotelzimmer praktisch», sagt Tanner. «Gäste erhalten so Zugang zum Hotel-WLAN, ohne in ihrem Gerät ein Passwort eingeben zu müssen.» 
Um die Daten zu speichern, verändern die beiden Doktoranden sowie der Masterstudent Gabriel Voirol die Musik minim. Im Gegensatz zu Versuchen anderer Wissenschaftler in den letzten Jahren sei es mit dem neuen Ansatz möglich, Daten mit einer hohen Rate zu übertragen, ohne dass man dies der Musik anhört. «Unser Ziel war, dass der Musikgenuss nicht beeinträchtigt ist», sagt Eichelberger. 
So ist es möglich, unter optimalen Bedingungen bis zu 400 Bit pro Sekunde zu übertragen, ohne dass Durchschnittspersonen einen Unterschied zwischen dem originalen und dem veränderten Musikstück hören, wie die Forscher in Tests zeigten (siehe auch Hörbeispiel). Weil für die Datenübertragung unter realistischen Bedingungen Redundanzen einkalkuliert werden müssen, um die Übertragungsqualität sicherzustellen, dürfte eine realistische Übertragungsrate rund 200 Bit – also rund 25 Buchstaben – pro Sekunde betragen. «Theoretisch wäre es möglich, viel mehr Daten zu übertragen. Je höher die Datenübertragungsrate, desto eher ist dies allerdings als störende Geräusche hörbar, oder die Datenqualität leidet darunter», ergänzt Tanner. 

Dominante Töne kaschieren Information 

Die Forscher aus dem Institut für technische Informatik und Kommunikation der ETH Zürich nutzen die dominanten Töne in einem Musikstück und überlagern diese jeweils mit zwei minim tieferen und zwei minim höheren Tönen, welche leiser sind als der dominante Ton. Zusätzlich nutzen sie die Obertöne der dominanten Töne (eine oder mehrere Oktaven höher) und ergänzen auch diese mit minim tieferen und höheren Tönen. In all diesen Zusatztönen speichern die Forschern die Information. Ein Smartphone kann diese Information über das eingebaute Mikrofon empfangen und auswerten. Menschen hingegen nehmen die Zusatztöne nicht wahr. 
«Wenn wir einen lauten Ton hören, fallen uns schwächere Töne mit leicht höherer oder tieferer Frequenz nicht auf», sagt Manuel Eichelberger. «Wir nutzen daher die dominanten, lauten Töne in einem Musikstück, um die akustische Datenübertragung zu kaschieren.» Besonders vorteilhaft für diese Datenübertragung sind daher Musikstücke mit vielen dominanten Tönen, zum Beispiel Popmusik. Weniger geeignet sind leise Musikstücke.
Um dem Decodier-Algorithmus im Smartphone anzuzeigen, wo er nach Daten suchen muss, nutzen die Wissenschaftler hohe, für das menschliche Ohr nur schlecht wahrnehmbare Töne: Im Frequenzbereich von 9,8 bis 10 kHz ersetzen die Doktoranden die Musik durch einen akustischen Datenstrom. Dieser beinhaltet die Information, wann und wo im restlichen Frequenzbereich die zu übermittelnden Daten gespeichert sind. 



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