无线音频技术的发展及应用doc.docx

1、无线音频技术的发展及应用doc无线音频技术的发展及应用2010-10-30 从广义的范围上讲，无线电广播是兴起最早的无线音频技术，而且应用也是最为广泛的，其中就包括我们熟悉的FM、AM等。而说到这些，就不得不提无线电。无线电在早期的应用 无线电，其全名应该是无线电波，是指在空气或者真空中传播的射频频段的电磁波。它对于电磁波频率的有一定的约束，其中上限为300GHz，而下限的没有限制。但一般情况下，使用时会有3KHz-300GHz、 9KHz-300GHz和10KHz-300GHz三种。 至于波长，无线电波均超过1mm，远大于我们平时所说的可见光波长的范围。另外，根据波长的不同，又将其详细的划分

2、为长波、中波、短波、超短波以及微波等等。 无线电波根据波长的划分长波： 波长1000m 频率3000Hz-300kHz中波： 波长100m-1000m 频率300kHz-3000kHz短波： 波长100m-10m 频率3MHz-30MHz超短波： 波长1m-10m 频率30MHz-300MHz, 亦称甚高频（VHF）波、米波微波： 波长1m-1mm, 频率300MHz-300GHz,至于无线电波的应用，有很多方面，例如通信（电话、电视）、导航、数据传输、天文（射电天文望远镜）、动力、加热等。其中，指通过无线电波传播声音或其他信号的技术被称作无线电技术。无线电技术的原理在于，导体中电流强弱的改变

3、会产生无线电波。利用这一现象，通过调制可将信息加载于无线电波之上。当电波通过空间传播到达收信端，电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流。 通过解调将信息从电流变化中提取出来，就达到了信息传递的目的。 而要说无线电在声音中的最早应用，那是在航海中，船员可以使用莫尔斯电报与陆地进行通信，并以电报声来传递各种信息。随后，无线广播于19世纪末诞生，并逐渐开始盛行，成为人们接收声音、接收各种信息的主要手段之一。无线电广播通常分为两种，即FM和AM。其中，FM的英文名为Frequency Modulation，翻译成中文就是调频，是一种调制方式。而调频广播就是以调频方式进行音频信号传输的，调频波的载波随

4、着音频调制信号的变化而在载波中心频率（未调制以前的中心频率）两边变化，每秒钟的频偏变化次数和音频信号的调制频率一致，如音频信号的频率为1kHZ，则载波的频偏变化次数也为每秒1K次。频偏的大小是随音频信号的振幅大小而定。虽然原意是调频，但在日常生活中我们常用FM来代指调频广播。一般说来，调频广播频段在76-108MHz之间，而我国的调频广播的频段为87.5-108MHz。而AM的英文名为Amplitude Modulation，中文意为调幅，它也是一种调制方式，属于基带调制。其工作原理是，保持载波的频率不变，通过其震荡的幅度来传递信息，这正好与调频的原理相反。 至于两者的优缺点，我们可以从下方的

5、简要特点加以感受：FM AM调频 调幅不易受干扰，音质好 音质一般，易受干扰 支持双声道立体声 不支持双声道立体声 带宽较宽 带宽比较窄发射功率小 发射功率较低 调制、接收复杂 都比较简单可以说，两者各有优缺点。所以，其也各有自己的用武之地。不过，目前我们日常生活中见到的更多的还是FM。而且，城市内的广播多用FM，而国际短波广播、航空导航通讯则常用AM。接下来，我们来看红外技术。而在说它之前，我们必须先明白红外线是怎么样的一个东西。红外线是波长介乎微波与可见光之间的电磁波，波长在0.75微米（m）至1毫米之间，在光谱上位于红色光外侧。红外线具有很强的热效应，易于被物体吸收，通常被作为热源。另外

6、，它的透过云雾能力比可见光强，在通讯、探测、医疗、军事等方面有广泛的用途，俗称红外光。太阳光谱 红外线的发现 公元1666年，牛顿发现光谱并测量出3900埃7600埃（400nm700nm）是可见光的波长。1800年4月24日，英国伦敦皇家学会（ROYAL SOCIETY）的威廉赫歇尔发表太阳光在可见光谱的红光之外还有一种不可见的延伸光谱，具有热效应。 他所使用的方法很简单，用一支温度计测量经过棱镜分光后的各色光线温度，由紫到红，发现温度逐渐增加，可是当温度计放到红光以外的部份，温度仍持续上升，因而断定有红外线的存在。 红外线的划分说到红外线的划分，目前比较复杂，原因是使用者的角度不同，他们对

7、于红外线频段的划分也是不同的。比如说，根据红外光谱划分的话，近红外应为13m；而按照医学使用角度来划分，其所谓的近红外区为0.763m。而我们所说的红外线划分，主要分为三个部分，即近红外线、中红外线和远红外线。其划分的范围大致如下：近红外线，波长为(0.75-1)(2.5-3)m之间；中红外线，波长为(2.5-3)(25-40)m之间；远红外线，波长为(25-40)l000m 之间。 红外线无处不在（除非绝对零度）刚才，我们曾提到：红外线具有很强的热效应，易于被物体吸收，通常被作为热源。而实际上，自然界有无数的远红外放射源：宇宙星体、太阳、地球上的海洋、山岭、岩石、土壤、森林、城市、乡村、以及

8、人类生产制造出来的各种物品等等。 目前，我们可以肯定的一点是是：所有高于绝对零度（-273.15）的物质都可以产生红外线！其中，波长为 814m的远红外线是生物生存必不可少的因素。而这段远红外线也有一个单独的名字，叫“生命光波。下面，我们再说红外线传输。刚才已经说了，红外线传输就是利用红外线为载体，来进行数据传输的已经技术。在这里，我们不得不提到红外线的两个特性，因为他们直接决定了红外线传输的使用环境！ 红外线的穿透力较弱一般说来，波长越长，则波的穿透力越弱。刚才，我们提到过：红外线比可见光穿透云雾的能力强。但现在，我们说的是穿透厚的障碍物。而这样一来，红外线传输就拥有了私密性。举个例子来说，

9、如果我们在房间里的一间封闭屋子进行红外线传输。一般情况下，旁边屋子是无法截取到我们的红外线讯号的。而这种特性，决定了红外线传输比较适合于会议室、教室、卧室等场所。同时，红外线传输主要采用的是直线传播形态。所以，当有物体位于发射端和接收端中间的时候，传输即会受到影响。当然，它可以靠墙壁的反射来进行。这对于其它一些应用场景来说似乎还没太大问题，但对于音频来说是无法接收的，因为这样将会产生数据的延迟，进而导致声音的断断续续！ 任何物体都可以发出红外线这点就很容易理解了，所有物体都可以发出红外线。那么，对于传输数据的红外线讯号来说，都可以产生干扰。不过，根据发热物体的不同，干扰有大有小。举个简单的例子

10、，你在发射端和接收端之间放一个微波炉，或者是放一份热喷喷的饭菜，都会对相应信号产生重大的影响。 红外线传输速度最后，我们提一下红外线的传输速度，这里涉及到一个划分：低速红外线（Slow IR）是指其传输速率在每秒115.2Kbits者而言，而高速红外线（Fast IR）是指传输速率在每秒1或是4Mbits者而言。 其中，前者主要用于传送简短的讯息、文字或是档案。而离我们最近的例子，就是家中的各种电器遥控器（小时候还感觉很神奇，不管什么方向，按一下都可以控制）。而后者可以支持多媒体传输，但其仍不完备，仍处于发展中的阶段。总结一下红外线传输的特点吧，优点：具备良好的私密性、成本低、高速红外线发展比

11、较有前途；缺点：不适合共享、易干扰、延迟、低速红外线用于传输音频是不够的。红外线传输作为一种无线技术，其实很早就应用在音频方面，但大都传输的音频质量较差。不过，漫步者在2008年发布的Ramble红外功放彻底打破了这一僵局。而下面，我们就来看一下它，也顺带感受一下红外线传输技术在音频领域的应用。这就是为漫步者在捧回美国2008 CES设计和工程创新奖（Innovations 2008 Design and Engineering Award）以及德国iF Product Design Award工业论坛产品设计奖的Ramble（国外称为Rainbow）。Ramble是一款无线红外功放，它的造型

12、也很独特。其颠覆了传统产品方方正正的形状，而改为圆柱状。而且，银、黑二色的搭配显得简约、大方，十分诱人。同时，它的放置也很随意，可以这样树立着，也可以挂在墙壁上，相当方便。其中，左侧这个是Ramble的接收器，而右侧这个是Ramble的发射器。采用改良后的红外无线技术Ramble的技术支持，来源于改良后的红外无线技术。其在传输过程中，会经过ADC转换（模拟到数字的转换），将信号编码成数字串后发送，通过接收端接收后DAC（数字到模拟的转换）解码输出到功放子系统。它的这个过程类似于 S/PDIF光纤传输，传输不再有束缚了，音质也完全达到了CD级，即20-20kHz的水平，通过缜密高效的算法，制定了

13、一套快速容错纠错的音频专用机制，使得这套设计可以真正实现实时传播，又能确保高音质。此外，Ramble使用了3排供给15个红外发射器，进行红外线垂直发射。然后，通过其漫反射来完成来完成无障碍连接。所以，你不必担心发射器和接收器之间障碍物对于信号的干扰。不过，有利也有弊。由于红外线的穿透力不强，所以Ramble目前还只是适合在一间屋子里使用，而不适合在多个屋子间使用。且它是一个立体声系统，而不是多声道系统。因此，目前还无法利用它来搭建无线的家庭影院。但就张总表示，漫步者正在着力进行其它无线技术的音频传输研究，相信不久的将来，以上两种问题都可以得到有效的解决。除了红外之外，蓝牙也是一项较为普及的无线

14、音频技术，相信绝大多数人对于这个名字并不陌生，因为在我们身边充斥着诸多这样的设备，而最典型的就是手机和笔记本。蓝牙技术蓝牙，英文名称为Bluetooth，是一种支持设备短距离通信的无线电技术。它最早的身影是出现在爱立信的1994方案中，其初衷是在研究移动电话和其他配件间进行低功耗、低成本无线通信连接的方法。而且，他们希望能够开发出一整套的规则，为设备间的通讯提供统一的标准协议。至今已发布多个版本蓝牙项目于1996年启动，并在1998年推出首个应用版本。而有意思的是，它最初版本的代号是0.7。随后，蓝牙技术不断发展，截止到2009年4月，蓝牙已经发布了多个版本，其中最新的为Bluetooth 3

15、.0 + HS。而在这其间，也就是1999年5月20日，索尼爱立信、IBM、英特尔、诺基亚及东芝等业界龙头创立蓝牙技术联（SIG,Special Interest Group），共同制订蓝牙技术标准。如同前面所说，蓝牙的版本实在是太多了，而每个版本的协议如何，我们也没有太深入的研究。但就应用来看，我们所熟知的是1.1、1.2、2.0和2.1等版本。所以，我们下面所介绍的蓝牙的工作原理、特点等，均是参考这几个版本的协议来说的。蓝牙协议栈体系结构图在这里首先要确定的一点是：蓝牙应用的是全球通用的2.4GHz频段上，而我们后面还要讲述到的WiFi、2.4GHz也都是工作在这一频段上的。蓝牙在2.4G

16、Hz频段中划分为79个子频段，在工作时，蓝牙将会选用其中的均间隔的79个1MHz信道之间跳频，并依靠短包技术进行通信。而蓝牙技术在工作时，采用的是一种分散式网络结构，即高速跳频（FH，Frequency Hopping）和时分多址（TDMA，Time DivesionMuliaccess）等技术，在近距离内最廉价地将几台数字化设备（各种移动设备、固定通信设备、计算机及其终端设备、各种数字数据系统，如数字照相机、数字摄像机等，甚至各种家用电器、自动化设备）呈网状链接起来。至于传输距离，蓝牙是一种短距离传输技术，其传输距离一般在10米以内。不过蓝牙有一点好处，就是功率较低，所以目前我们看到的蓝牙适

17、配器一般都不大。接下来，我们就为大家简单的介绍一下刚才所提到的1.1、1.2等版本的协议。蓝牙免提硬件电路图1.1规范主要是针对1.0规范的一些欠缺，其中一点就是确定在回话中设备的主/从关系，这样可以提高通讯的准确度。另外，1.1规范明确了蓝牙技术是在79个子频段上进行通信，而之前则是有79和23两种划分。1.2版最大的改进在于增加了AFH可调式跳频技术(Adaptive Frequency Hopping)这项技术，并主要针对现有蓝牙协议和802.11b/g之间的互相干扰问题进行了全面的改进，防止用户在同时使用支持蓝牙和无线局域网(WLAN)的两种装置的时候出现互相干扰的情况。相比之下，2.

18、0版本的改进更大。它不仅提高了设备的多任务处理能力，也提高了多种蓝牙设备同时运行的能力。另外，带宽也有了极大的提升，其理论值从原来的1Mbps提高到3Mbps。但目前我们常见的是2.0+EDR标准，其在原有2.0版本的基础上提升了数据传输速率，并且降低了功耗。而且，还规定了多个蓝牙设备的串联问题。这样一来，其传输距离理论上有望打到100m，速率可以达到10Mbps。蓝牙3.0协议随后，2.1协议出炉。对于它，我们了解的比较少，其与2.0的区别具体有多少，还不是很清楚，但可以知道的是，2.1版本协议再次降低了功耗。最后，我们再简单的说说3.0版本的蓝牙协议：它采用通用AMP（Gener ic A

19、l ternate MAC/PHY）的全新交替射频技术，允许其协议栈针对任务动态地选择正确的射频。另外，3.0新标准的近距离传输速率将达到24Mbps（理论值）。而且，通过超宽带技术还能将这一数值提升到480Mbps、距离10米时传输速率能提升至100Mbps。说到这里，我们不得不在靠一下题目：无线音频。蓝牙是一种无线技术没错，但我们要说的是它在音频传输中的应用。首先来看带宽，蓝牙1.1和1.2协议中，带宽的理论数值在1Mbps，但在实际的应用当中，一般为748-810kbps。而到了2.0协议，带宽的理论数值达到了3Mbps，实际应用中约为1.8Mbps-2.1Mbps。而目前最高的，是3.

20、0协议，前面我们说了，其理论带宽可以达到24Mbps。在这里不得不提的是A2DP协议，这是因为早期版本的蓝牙协议，虽然在无线数据的传输方面还可以，但对音频的支持都很少仅支持单声道的音频传输，且采样仅支持8bit/8KHz。而这种情况，直到A2DP加入才得以改观。A2DP全名是Advanced Audio Distribution Profile，中文译为：蓝牙音频传输模型协定！其最主要的贡献就是加入了高品质采样的支持，从而可以支持使蓝牙技术可以支持16bit/44.1kHz。此外，A2DP还从音频信号的编码解码、到交互界面，再到视频编码，A2DP均给出了详细的定义。其中，就包括允许Codec支

21、持MP3、MPEG2、MPEG4 AAC、ATRAC等多种视频、音频编码。目前，传输CD级别信号需要的理论带宽为1.4112Mbps，所以，2.0协议之后的蓝牙设备是可以胜任的。但目前音质很好的蓝牙音频设备非常少，我们认为这主要是厂商还有芯片提供商不努力的缘故。知名的Jabra蓝牙耳机另外，就是蓝牙的抗干扰能力较弱的问题了。刚才我们说了，蓝牙是工作在2.4GHz频段中的79个平均间隔的子频段上。而目前我们周边的蓝牙设备很多，所以很容易出现干扰。不过，蓝牙也有一个优势，那就是经历了这么多年的发展，技术成熟度还是很高的。但正如刚才所说，就看做的用心不用心了。所以，目前我们看到的蓝牙音频设备，大都是

22、廉价品。而还有一部分，就是高端产品了，很高端、很贵。典型蓝牙和低耗电蓝牙最后，我们在收集、整理资料的时候，还发现蓝牙也有低耗电的一些设定。而上表，就是典型蓝牙和低耗电蓝牙技术的一些区别。其中，最明显的一项就是在用途上：低功耗蓝牙少用于立体声音频流上。 结语到目前为止，蓝牙依旧是无线音频中应用最多的技术，而且也是我们身边最常见的技术。其优势在于成本和技术成熟度，但是好产品比较少，主要还是不用心做的缘故吧。而现如今，2.4G技术开始崛起，并逐步被普通产品所应用。所以，蓝牙在无线音频中的地位将得到2.4G技术的强势挑战。结果自然是好的，那就是我们肯定会最终得到最理想的产品！再说WiFi！WiFi的全

23、称是：Wireless Fidelity，目前比较通俗的说法是：WiFi是一种无线技术，主要用于网络连接。这种说法并不能算错，因为我们平时接触最多的无线路由了，其特点就是利用WiFi技术来组建网络。然而，这种说法并不严谨。首先，WiFi是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术，而非单单组建无线网络。其次，WiFi是一个无线网路通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)所持有，目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。所以，WiFi和IEEE 802.11标准是不能够完全划等号的。说到这里，我们不得不补充一些有

24、关于IEEE 802.11标准的东西IEEE 802.11第一个版本发表于1997年，其中定义了介质访问接入控制层（MAC层）和物理层。物理层定义了工作在2.4GHz的ISM频段上的两种无线调频方式和一种红外传输的方式，总数据传输速率设计为2Mbit/s。两个设备之间的通信可以自由直接（ad hoc）的方式进行，也可以在基站（Base Station，BS）或者访问点（Access Point，AP）的协调下进行。主要用于无线网络1999年，IEEE 802.11标准加上了两个补充版本：802.11a定义了一个在5GHz ISM频段上的数据传输速率可达54Mbit/s的物理层，802.11b定

25、义了一个在2.4GHz的ISM频段上但数据传输速率高达11Mbit/s的物理层。2.4GHz的ISM频段为世界上绝大多数国家通用，因此802.11b得到了最为广泛的应用。苹果公司把自己开发的802.11标准起名叫AirPort。1999年工业界成立了WiFi联盟，致力解决符合802.11标准的产品的生产和设备兼容性问题。WiFi为制定802.11无线网络的组织，并非代表无线网络。和其它的技术一样，IEEE 802.11标准也经历了不断的完善和补充，才形成了现在这种技术应用规模。 802.11标准和补充802.11 1997年，原始标准（2Mbit/s，2.4GHz频道）。802.11a 199

26、9年，物理层补充（54Mbit/s，5GHz频道）。802.11b 1999年，物理层补充（11Mbit/s，2.4GHz频道）。802.11c 符合802.1D的媒体接入控制层（MAC）桥接（MAC Layer Bridging）。802.11d 根据各国无线电规定做的调整。802.11e 对服务等级（Quality of Service, QoS）的支持。802.11f 基站的互连性（Interoperability）。802.11g 物理层补充（54Mbit/s，2.4GHz频道）。802.11h 无线覆盖半径的调整，室内（indoor）和室外（outdoor）信道（5GHz频段）。80

27、2.11i 安全和鉴权（Authentification）方面的补充。802.11n 导入多重输入输出（MIMO）和40Mbit信道宽度（HT40）技术，基本上是802.11a/g的延伸版。除了上面的IEEE标准，另外有一个被称为IEEE 802.11b+的技术，通过PBCC技术（Packet Binary Convolutional Code）在IEEE802.11b（2.4GHz频段）基础上提供22Mbit/s的数据传输速率。但这事实上并不是一个IEEE的公开标准，而是一项产权私有的技术（产权属于美国德州仪器，Texas Instruments）。另外，也有一些被称为802.11g+的技术

28、，在IEEE 802.11g的基础上提供108Mbit/s的传输速率，跟802.11b+一样，同样是非标准技术，由无线网络芯片生产商Atheros所提倡的则为SuperG。好了，我们在来看一下WiFi技术在无线音频中应用的情况。首先，带宽是绝对绝对的没有问题：现如今我们见到的多是802.11g和802.11n的设备，而前者的理论带宽是54Mbps、后者的理论带宽是300Mbps，都远高于传输CD级信号需要的1.4112Mbps。另外，WiFi在传输距离上也占有明显的优势。在前面，我们曾介绍蓝牙的传输距离也就是在10m左右。然而，WiFi是它的10倍，也就是在100m左右。所以，WiFi可以应用

29、在一些比较大场景中，例如大型的会议室等。Linksys的无线音乐桥但是WiFi也有自身的一些弊病，这里主要还是干扰的问题。因为，WiFi也是工作在2.4GHz-2.48 GHz ISM射频频段上的。其中，它是在22MHz带宽中的12个重叠信道中选用一个来使用。这样，也无法避免与其它WiFi设备，甚至是蓝牙、2.4G设备的冲突。另外还有一点，但我们还没有仔细的验证，就当是传言吧，那就是：WiFi技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些。同时，WiFi在延迟方面，貌似也稍微多一些。因此，WiFi用于音频的无线传播的前景还是不错的。尤其是带宽和距离上的优势，给WiFi增添了竞争的实力

30、。不过，目前使用WiFi的设备还非常少，还需要厂商付出更大的精力！在众多无线音频技术当中，目前被看好的，而且最有可能在普通音频设备中、大面积使用的是2.4G技术。雷柏H8000无线耳麦2.4G技术确切点儿说，应该叫做“2.4GHz非联网解决方案”。之所以这么命名，很简单，因为它和蓝牙、WiFi一样，都是工作在2.4-2.485GHz ISM无线频段上。而该频段在全世界几乎都是免费授权使用的。因此，在产品成本上面天生会有一些优势，有助于产品的大面积普及。不过，采用2.4G技术的产品接收端和发送端在生长时便内置配对ID码，形成一对一模式。所以，不同品牌、不同产品之间的接收端和发送端不能混用，这就大大限制了该技术在其他领域的使用和普及。在这一点上，2.4G技术没有蓝牙那么灵活。其实，一直注意我们该系列文章的朋友会发现：在2.4-2.485GHz ISM无线频段工作的可不止2.4G技术一家我们刚讲解过的蓝牙、WiFi也都工作在这一频段上