蓝牙音箱设计报告.docx
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蓝牙音箱设计报告
蓝牙音响设计
实验报告
姓名：
崔秩学号：
16216031班级：
通信一班
1文献综述2
1.1蓝牙技术2
1.1.1［蓝牙简介］2
1.1.2［蓝牙的发展趋势］3
1.2蓝牙音箱的国外研究进展4
1.3蓝牙音箱的国内研究进展5
2蓝牙音箱的研究背景及开展研究的意义6
2.1蓝牙音箱的研究背景6
2.2蓝牙音箱的研究意义7
3蓝牙音箱的研究方法、内容及预期目的7
3.1蓝牙音箱的研究方法及内容7
3.1.1［蓝牙音箱的研究方法］7
3.1.2［蓝牙音箱的研究内容］12
3.2蓝牙音箱研究的预期目标13
4进度安排13
参考文献14
指导教师意见15
1文献综述
1.1蓝牙技术
1.1.1[蓝牙简介]蓝牙是一种低成本大容量的短距离无线通信规范，旨在取代便携式和固定设备之间的电缆，并保证高度安全性。
。
蓝牙技术的特点是功耗小、价格低、采用全球开放的2.4GHZ频段。
蓝牙硬件的功耗非常小，对于传输距离为10米的Class2的蓝牙硬件，功耗为0.25毫瓦到2.5毫瓦；而传输距离可达100米的Class1的蓝牙硬件，功耗最小为1毫瓦，最大为100毫瓦。
所以蓝牙的电磁波辐射对人体基本上不会造成伤害。
蓝牙硬件的价格一般比较低廉，且蓝牙技术的协议和应用规范都是SIG制定和拥有的，所以不存在版权费的问题。
蓝牙工作在全球开放的2.4GHZ频段，这是全球开放的不需要付费。
蓝牙采用调频方式进行通信，蓝牙通过跳频方式将能量扩散到起始于2.402GHz，终止于2.408GHz的ISM频段中，并将其划分为79个跳频信道，每个信道1MHz，大大增加和通信的可靠性和安全性。
蓝牙协议结构简单，使用重传等机制保证链路的可靠性，实现多层可分级的多种安全认证机制。
遵循蓝牙协议的设备将能够用微波取代传统网络中错综复杂的电缆，非常方便地实现快速灵活、安全、低代价、低功耗的数据和语音通信。
在安全方面，在链路层中，蓝牙系统提供了认证、加密和密钥管理等功能。
每个用户都有一个个人标识码（PIN），它会被译成128bit的链路密钥（LinkKey）来进行单双向认证。
一旦认证完毕，链路就会以不同长度的密码（EncryptionKey）来加密（此密码以8bit为单位增减，最大128bit）链路层安全机制提供了大量的认证方案和一个灵活的加密方案（即允许协商密码长度）。
当来自不同国家的设备互相通信时，这种机制是极其重要的，因为某些国家会指定最大密码长度。
蓝牙系统会选取Piconet网中各个设备的最小的最大允许密码长度。
蓝牙系统也支持高层协议栈的不同应用体内的特殊的安全机制。
比如两台计算机在进行商业卡信息交流时，一台计算机就只能访问另一台计算机的该项业务，而无权访问其它业务。
蓝牙安全机制依赖PIN码在设备间建立信任关系，一旦这种关系建立起来了，这些PIN码就可以存储在设备中以便将来更便捷的连接。
蓝牙技术不仅仅运用于电脑，像移动电话、数字相机、摄像机、打印机、传真机、家电等许许多多电子设备都可以采用蓝牙技术，实现无线连通，而不必拖一条尾巴（连接线）。
随着蓝牙技术的普及，家庭装修时不再为电器的布线而烦恼；使用家电时，不必为一大堆遥控器而头疼，一部手机或是一把汽车钥匙就能一切搞定；出门在外，公司的工作安排和家里亲人的画面可以随时随地获得；打卡、缴费不用排队，从缴费点附近经过，不必进门就可以轻松完成蓝牙技术的广泛应用将使我们的生活无比轻松。
1.1.2[蓝牙的发展趋势]
1、.芯片价格持续下降
英国CSR生产的主要蓝牙芯片产品，目前售价约为7-8美元/颗，随着公司陆续推出新产品，预计秋季时将降价至5美元、而年底时降至3美元左右。
2、芯片越来越小巧
蓝牙的技术界面是专用半导体集成电路芯片，用于嵌入电子器件内。
而与用户直接见面的产品界面则是各种时尚电子产品。
因此，蓝牙技术要嵌入到电子器件内就要考虑蓝牙的芯片尺寸，它必须具有小巧、廉价、结构紧凑和功能强大的特点才能嵌入到各种设备中。
3单芯片的发展方向
目前已经有所突破，法国AlcatelMicroelectronics等公司在ISSCC2001上发表了用于蓝牙的单芯片LSI，CSR公司也推出了嵌入电池中的单芯片蓝牙IC。
4、产品具有兼容性
目前的产品一致性测试都已经没问题，但是无法互通，蓝牙只有成为无线通信的世界语才有意义。
SIG已召集制造商开了两次会议来测试各自蓝牙产品基础组件间的兼容情况，测试中发现的不兼容情况已经的到了有效的解决。
5、众多操作系统支持蓝牙
微软公司将于2001年上市的Windows操作系统—Whistler也将支持蓝牙。
以IBM为首的众多计算机厂商正在努力达成协议，为PC平台制定蓝牙标准，以解决不同设备之间的兼容性。
6、干扰问题会解决
美国Mobilian公司推出了兼具无线LAN和Bluetooth功能的芯片组。
这个由两个芯片构成的芯片组具备无线LAN的标准方式IEEE802.11b的无线收发功能和蓝牙功能。
由于IEEE802.11b和蓝牙的载波频带都使用2.4GHz频带，当同时收发这两种规格的数据时，有可能引起数据包冲突等电波干扰，一直无法同时应用。
Mobilian公司此次开发的芯片组中，通过采用消除电波干扰的方法，实现了两种规格数据通的同时进行。
7、可以漫游
蓝牙技术不支持漫游功能。
它可以在微网络或扩大网之间切换，但每次切换都必须断开与当前PAN的连接。
为解决此问题，Commil技术公司设计了一种系统，即使在蓝牙模式不同入口点之间漫游，仍可以维持连续的、不中断的数据和声音交流。
这种蓝牙网络技术提供很好的连接，其中一个连接是从一个蓝牙入口点出发，在运作中保证不断开。
1.2蓝牙音箱的国外研究进展近年来，蓝牙技术不断变革，蓝牙产品的用途也越来越广。
其产品的应用领域从手机、笔记本、耳机等手持终端，扩展到各行各业，如汽车、医疗、工业控制、办公应用、电子商务等，所涉及的技术、功能、市场等要求越来越高，产业链也日益复杂。
在我国，蓝牙产业已经具备雏形，随着蓝牙消费时尚的形成，3G及NGN的快速发展，今后1至3年有望形成“蓝牙风暴”，出现爆发式增长。
短距离无线通信代表未来移动通信中的一个方向，Bluetooth并不是唯一的技术，相比IEEE802.11、HomeR、FHiperLAN等技术，Bluetooth的优势在于：
全球统一的、开放的技术标准；技术先进与成本低廉的折衷考虑；世界BluetoothSIG知识产权共享的巨大诱惑力；强大的技术推动：
在蓝牙技术的背后是2000多家涉及计算机、家电、通信等领域的精英，如此众多企业聚集在一起，进行“竞争前的合作”，共同培育蓝牙市场，这在任何一项新技术的发展过程中是绝无仅有的。
这一方面说明短距离无线通信市场的潜力巨大，同时也将产生一种滚雪球的效应，推动问题及障碍的解决，进一步完善技术，开拓更加广阔的应用市场。
蓝牙音箱就是将蓝牙技术应用在音箱上，让使用者可以免除恼人电线的牵绊。
自从蓝牙音箱问世以来，受到了人们的亲睐。
在欧洲、美国、日本等发达国家和地区，蓝牙音箱已经应用于各个方面，家庭，工场，车站，机场等等地方，你都会发现它们的影子。
例如：
摩托罗拉EQ7蓝牙音箱，这是目前效果最棒的蓝牙音箱之一。
EQ7是MOTO与JBL共同开发的产品，借助JBL在扬声器领域的雄厚实力，EQ7自然不乏出众效果。
它拥有4个独立扬声单元，并设计了低音孔，依靠Odyssey技术使其外放效果达到一流水准。
不但可作为家庭使用，还能够成为商务会议的理想免提设备。
1.3蓝牙音箱的国内研究进展
蓝牙掀起的冲击波不可避免地波及到了中国。
国内包括中兴通讯在内的加入BluetoothSIG的企业、科研机构有30多家，由来自国家主管部门、企业界、学术界及科研机构共同发起成立的“蓝牙技术发展与应用论坛”在推动蓝牙技术在国内的传播中发挥了重要作用。
我国拥有全球最大的家电、移动通信和计算机网，是蓝牙技术最大的潜在市场，已有越来越多的政府机构、企业和科研机构意识到蓝牙技术给我国提供了一个难得的发展机遇，开始致力于这一领域的研究。
但是，由于中国企业产厂商各自采用的芯片、操作系统、通信协议差别很大，而蓝牙协议中的许多互联测试规范尚未推出，使蓝牙产品的兼容性差的问题十分突出。
在产业层面：
产业链不完整，产品品种少，使用不方便，质量参差不齐—目前蓝牙产品主要集中在蓝牙手机和耳机两大系列产品，蓝牙键盘、鼠标、蓝牙适配器等产品刚刚兴起，而蓝牙信息家电等产品尚未经营。
在市场层面：
产品的安全性和可靠性较低，加之部分劣质产品充斥市场，打击了消费者的购买信心，抑制了消费者的需求。
在价格层面：
产品主要定位于高端客户，价格偏高，市场需求规模较小。
在消费层面：
消费者认知程度低，尚未形成消费偏好和消费文化，导致市场需求增长迟缓。
在产业协同方面：
缺乏运营商的有力推动，缺乏舆论的宣传和引导，使新产品的推广阻力重重。
在产业政策方面：
国家尚未出台规范和引导蓝牙产业发展的产业政策，对产业的发展缺乏有效支持，对厂商的行为缺乏有效规范。
我国蓝牙产业一直未能出现大规模的市场需求，各类蓝牙产品难以形成大规模生产，成本偏高；企业小而散，研发能力弱，产品性价比低，难以有效刺激市场需求。
目前只有IVT、哥尔等少数蓝牙产品生产厂家凭借较强的研发实力在市场中站稳了脚跟，取得盈利；大部分企业经营业绩不佳。
由于上述问题，我国蓝牙的发展受到了一定的限制，这使我国蓝牙技术的发展滞后于欧美的一些发达国家。
受蓝牙技术的限制我国的蓝牙产品的发展也存在许多不足，产品种类少、质量差等等。
这无疑阻碍了蓝牙音箱的发展，目前国内还没有知名的蓝牙音箱品牌，一些小的生产商虽然生产蓝牙音箱，但大都是一些小的、仅限于电脑用音箱等一些初级产品。
鉴于蓝牙产业发展的宽广前景，今后亟需从产业的高度，从信息产业和国民经济发展的角度重视、研究和支持蓝牙技术和蓝牙产业的发展。
首先，标准先行。
应由权威机构抓紧制定我国蓝牙技术标准。
由行业管理部门牵头，标准化机构及中介组织参加，组织有关专家，加强对国际标准的跟踪和研究工作，抓紧制定符合国情的蓝牙国家标准。
其次，落实行业管理机构和体系。
应在信息产业行政管理系统成立相关的行业管理部门体系。
第三，整顿市场秩序，为蓝牙企业发展创造良好的外部环境。
一方面，加强产品的质量检验工作，规范市场准入。
另一方面，加强市场监管，加大对不合格厂家的惩治力度，使劣质产品退出市场。
第四，加大产业协同力度。
一方面加大舆论宣传，提高消费者对蓝牙产品的认知度，转变消费偏好；同时，运营商应在发展3G业务的同时，积极推广使用蓝牙技术和蓝牙产品，既能推动该产业的发展，也有利于多元增值业务的融合，增加盈利点。
第五，国家应加大对蓝牙企业的技术研发支持力度。
在国家科技发展规划中提高对蓝牙技术的重视程度，对相关技术研发给予前导性资金支持。
第六，抓紧成立行业协会。
由蓝牙骨干企业发起，其他企业参加，通过行业协会形成经常性的交流平台，促进技术进步，实现行业自律，优化产业环境，实现有序发展。
2蓝牙音箱的研究背景及开展研究的意义
2.1蓝牙音箱的研究背景
蓝牙技术是一种短距离无线数据通信的开放性全球规范。
它的特点是成本低、功耗小并能快速方便地为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接的短程无线通讯链路。
蓝牙技术把各种便携式电脑与蜂窝电话等其他移动设备用无线电连接起来，使计算机与通信更加密切结合起来，使人们能随时随地进行数据信息的交换与传输。
蓝牙技术越来越多地被要求应用于小型的消费类终端产品上，如蓝牙无限耳机、蓝牙遥控器、蓝牙鼠标键盘等。
这些都为嵌入式的蓝牙解决方案提供了广阔的应用前景。
近年来，蓝牙技术飞速发展，各种蓝牙产品层出不穷。
而工作在嵌入式系统下的蓝牙设备（如蓝牙耳机、蓝牙HID设备、蓝牙适配器等）正以它能耗低、小巧、方便的特点逐渐成为未来人们进行各种数据信息交流的主要工具。
在蓝牙系统中，音频视频的无线传输具有广阔的应用前景。
蓝牙音箱是一个富有竞争力的方向。
它可以有很多应用场合，如家庭影院、车载音响等。
蓝牙音箱是蓝牙技术与音频处理技术相结合的新型应用。
SIG在经过长时间酝酿后终于于2002年五月和六月分别发布了AVDTP、GAVDP、A2DP等传输协议和应用规范。
这些协议和应用规范为音频视频的实时传输和互通性提供了保证。
AVDTP—AUDIO/VEDIODISTRIBUTIONTRANSPORTPROTOCOL
A2DP—ADVANCEDAUDIODISTRIBUTIONPROFILE
GAVD—PGENERICAUDIO/VEIDODISTRIBUTIONPROFILE
其中AVDTP和GAVD用P来传输音频和视频数据以及对设备之间的流进行控制（其中GAVDP只是对AVDTP进行简单的封装，所以暂且将其归入AVDTP来讨论）；A2DP是高质量的音频传输应用规范，用来建立、管理音频流和传输音频数据；VDP是视频传输应用规范，用来对视频数据进行传输。
需要提出的是本系统并没有将VDP实现，不过VDP与A2DP的实现类似，音频传输的部分关键问题的讨论也适合视频传输。
2.2蓝牙音箱的研究意义
设计并实现的蓝牙音箱系统正是基于这种技术，旨在取代音箱与音频源之间的音频线连接。
在传统的音箱系统中，是通过音频线来传送音频数据的，这给使用者带来了诸多的不便。
传统的音频线有长度的限制，对设备摆放的位置有一定的要求，传输线太短的话，设备就不能离电脑太远；传输线太长又得东缠西绕，麻烦且不美观。
改用蓝牙无线传输后，就能突破传输线的牵绊，音箱可以被摆放到任意位置，只要在百米范围之内。
如果通过手机听音乐，手机亦可放置到任意位置，甚至根本不用从口袋里拿出来。
另外，随着蓝牙技术的日益成熟和移动通信技术的广泛普及，发展蓝牙音箱已具备成熟的条件。
总之，实现蓝牙技术的一个应用模型—蓝牙音箱已经不存在技术上的障碍。
本课题旨在实现音频的时事传输和播放，在此之上，较全面地论述了蓝牙通信技术的协议规范及蓝牙应用开发的方法及步骤，掌握了蓝牙无线接入这门新技术。
进而为将来进一步地深入研究蓝牙技术、开发蓝牙产品奠定了坚实的基础。
3蓝牙音箱的研究方法、内容及预期目的
3.1蓝牙音箱的研究方法及内容
3.1.1[蓝牙音箱的研究方法]
1.系统总体性能设计
信宿端作为音箱端的蓝牙接收器，则主要完成对接收到的数据流进行解码并转换为模拟输出。
音箱上有匹配的按键和LED灯提示信息，以使操作更加简单、快捷。
按键包括：
BlueMedia、AUX1、AUX2、POW|HOO、K播放|暂停、下一曲、上一曲、
VOL+、VOL—、RESE。
T
图3.1蓝牙音箱的总体设计
2.硬件设计与实现
1）蓝牙模块
为实现音频流传输功能，设计采用CSR公司的BlueCore5-Multimedia系列芯片。
BlueCore5-Multimedia芯片是CSR公司最先进的芯片，为包括高端立体声和单声道耳机的各种应用提供最佳的音频质量。
通过CSR公司的eXtension计划，其音频功能还可以经由该公司与第三方软件开发商的伙伴关系得到扩展。
BlueCore5-Multimedia芯片为耳机应用提供优良的声音质量，信噪比为同类最佳，达到-95dB。
BlueCore5-Multimedia芯片还在功耗和无线电设计方面居行业领先地位。
无线电发射功率为+6.5dBm，接收功率为-90dBm，在收听音乐或接听电话时能将干扰降到最低。
在立体声耳机应用中使用时，BlueCore5-Multimedia芯片能够实现行业领先的电池使用时间：
音乐播放时间超过24小时。
BlueCore5-Multimedia是一个完整的单芯片系统，其硬件组成和设备固件完全符合蓝牙规范2.1版本的标准。
其内部集成了完整的射频单元、基带DSP和16位MCU，并内嵌16位高质量立体声CODE，C具有较强的信号及数据处理能力，并降低了外围电路的复杂程度。
尤其是该芯片采用了具有64MIPS协处理能力的KalimbaDSP进行音频编解码处理工作，对比采用通常RISC微处理器的解决方案，此方案不仅提高了处理能力。
该芯片还具有许多新特点，包括具有内部编解码器、最少的外围元件和最小的PCB尺寸等。
BlueCore5-Multimedia是一款具有高质量内部立体声编解码器的蓝牙芯片，也兼容宽范围的外部编解码器，该设计削减了近一半的外围元件，因而降低了成本。
另外，由于BlueCore5-Multimedia采用了先进的DSP，极大地降低功耗，其功耗相当于采用通常RISC微处理器解决方案的一半，意味着该设计可使用更加廉价、小型和轻便的电池。
BlueCore5-Multimedia的其中，片上RAM为64KB，它主要被用做环形缓冲区（用来保持每个连接的语音、数据）和通用存储器（蓝牙协议栈所需要的）。
FLASH大小为32M，主要被用来保存运行于MCU上的代码和运行于KalimbaDSP上的代码。
KalimbaDSP是一块协处理器，主要用来做SBC音频编解码处理。
它有自身的DSPRAM，被分为三个区：
DM1、DM2、PM。
DM1为16Kx24bit的数据存储区，DM2是大小为12Kx24bit的数据存储区，PM为6Kx32bit的代码存储区。
MCU控制中整个系统的运行。
基带DSP用来处理物理层的数据，包括向前纠错、数据加噪、头错误检测、循环冗余码校验和加密等。
整个芯片主要有以上五大块组成，再加上射频部分和接口部分就构成了一个完整的蓝牙模块。
设计依靠BlueCore5-Multimedia卓越的功能，加以辅助的外围电路以实现音频的实时接收和传输。
（2）电源
芯片电源采用锂电池供电。
（3）状态指示部分
主要由LED指示电路组成，由嵌入式软件根据本地状态配合定时器周期性地改变特定I/O输出脚的电平实现。
（4）音频接口电路
信宿端对于通过无线链路收到音频数据流使用用DSP进行SBC解码，并通过16位立体声CODEC将解码后的数据变为双声道模拟量予以输出。
（5）按键设计
此部分电路作用是通过按键使主芯片上特定的I/O口电平发生变化，而引发相应的中断，再由中断处理程序实现实际的控制功能。
主要由BlueMedia、AUX1、AUX2、POW|HOOK、播放|暂停、下一曲、上一曲、VOL+、VOL—、RESET按键组成。
（6）时钟电路部分
由于信宿端解码及音频数/模转换功能完全由BlueCore5-Multimedia芯片实现，所以采用26MHz晶振为主芯片的内部数字时钟提供参考时钟信号。
3.软件设计与实现
（1）芯片内软件结构
BlueCore5-Multimedia是一块SOC（SystemOnChip）芯片，所有的蓝牙协议及其应用程序都运行于芯片内带的RSIC处理器，而涉及SBC压缩、解压缩的程序则运行KalimbaDSP上。
VMApplicationSoftware
RFCOMMSDP
HCI
InternalRISCProcessor
KalicationDSP
DSPApplication
LC
DSPControl
64K
RAM
Baseband
MCU
DM1
16K24
DM2
12K24
PM
6K32
LM
图3.2BlueCore5-Multimedia的内部软件结构
2）蓝牙软件开发包（BluelabSDK）
整个设计采用CSR公司的设计方案，软件方面使用CSR公司的全嵌入式软件开发包BluelabSDK，它专门用于开发基于CSR公司蓝牙芯片的单芯片设备的应用软件。
该开发包主要包括四个部分：
集成开发环境、Bluestack协议栈、剖面库、开发工具软件。
其中，蓝牙核心协议栈以库的形式提供，它能够缩短用户的开发周期，降低开发成本；集成开发环境是开发包的界面部分，用于开发应用层程序；剖面库实现了蓝牙规范定义的各种剖面；工具软件主要包括BlueFlash、PSTool、vmSpy等与硬件直接相关的下载和调试工具。
3）软件编写
软件系统的运行环境是虚拟机（VM），完全采用消息驱动的方式运行，VM提供消息调度器来实现消息的调度，每个程序模块都有自己的消息和消息处理函数，模块间通过消息实现通信，调度器根据发送消息时的参数负责把消息送到相应程序模块的消息处理函数。
图3.3蓝牙音箱软件系统
具体包括各个模块的初始化编程和语音通信流程编程。
在程序中消息的定义与蓝牙协议中消息的定义方式类似，协议规定了四种消息类型：
Request（请求），Confirm（确认），Indicate（指示），Response（响应）。
由上层发起的消息称为请求（REQ），下层完成处理后回复一个确认消息（CFM）；由下层发起的消息称为指示（IND），上层完成处理后回复一个响应消息（RES）。
这四种消息构成协议对等层的消息循环，是对等层通信的载体。
消息循环的起始是REQ，一般由应用层程序或人机接口的消息输入发起。
在实际程序中，沿用了消息命名的规则和作用，但是除协议中有规定的外，它们不再严格的成对出现，消息的定义以完成程序模块的功能为目标。
（4）系统测试蓝牙组织成员为证明自己的产品达到了蓝牙组织加入协定的要求，符合蓝牙规范，必须通过蓝牙认证。
蓝牙认证设置的目的在于保护蓝牙无线互连技术的一致性，同时尽可能降低对产品开发商的要求。
任何一个生产或销售蓝牙设备的公司必须首先签署蓝牙协定以成为蓝牙组织成员，然后证明自己的产品符合蓝牙系统规范。
在成功通过蓝牙认证之后，产品方被列入合格产品目录。
然而，本课题的重点是研究A2DP工作流程，设计并实现一个完整的蓝牙音箱系统。
因此，不能按照蓝牙规范上的标准使用专门的测试仪来进行测试，而仅仅是对蓝牙音箱进行了简单的功能性测试，以进一步完善设计。
3.1.2[蓝牙音箱的研究内容]
蓝牙音箱的设计涉及蓝牙模块的结构、协议模型和协议、嵌入式开发、C语言编程等各个方面。
所以蓝牙音箱的研究也包括设计需要的各个方面。
蓝牙音箱的总体设计如下图：
蓝牙音箱的硬件原理图
UART
音频接
研究内容包括：
介绍蓝牙技术的基本概念的及其典型系统模型，系统描述及分析，介绍蓝牙音箱系统的软件和硬件设计、实现等。
1．首先对蓝牙技术的诞生与发展及蓝牙技术的基本概念作了介绍，然后阐述了
蓝牙协议及其蓝牙剖面，最后提出了蓝牙技术所面临的问题及解决前景。
2．详细介绍了蓝牙音箱系统所涉及到的协议栈模型，包括射频、基带、链路管理器协议、逻辑链路控制与适配协议、服务发现协议以及音视频数据传输协议等内容。
3．详细描述了本论文所使用的核心技术—A2DP，主要包括A2DP的通信流程、编解码技术及其A2DP数据分组等。
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