藍牙通信在信息家電中有哪些應用原理？
2023-12-31 16:22:24 點擊：
藍牙通信在信息家電中有哪些應用原理？
[導讀]藍牙使用射頻無線技術在2.4 GHz頻段進行通信。它采用了頻分復用(Frequency Hopping Spread Spectrum，FHSS)技術，通過在不同的頻率上快速切換傳輸數據，以減少干擾和提高可靠性。
藍牙傳輸原理：
藍牙使用射頻無線技術在2.4 GHz頻段進行通信。它采用了頻分復用(Frequency Hopping Spread Spectrum，FHSS)技術，通過在不同的頻率上快速切換傳輸數據，以減少干擾和提高可靠性。藍牙還使用短距離通信技術，通常在10米以內，而在某些藍牙設備上，可達到更遠的距離。
藍牙傳輸方式：
藍牙可以以兩種不同的方式進行數據傳輸：基本速率(Basic Rate)和增加數據速率(Enhanced Data Rate)。
基本速率(BR)：這是藍牙最初采用的傳輸速率，最高為3 Mbps。基本速率適用于大部分普通數據傳輸需求，如語音通信、文件傳輸等。
增加數據速率(EDR)：為了滿足更高帶寬要求的應用，藍牙引入了增加數據速率。增加數據速率可以提供更快的數據傳輸速度，最高可達到3 Mbps以上，具體速率取決于設備的支持能力和配置。
藍牙協議棧：
藍牙信息傳輸涉及不同的協議層，構成了藍牙協議棧。藍牙協議棧包括物理層(Physical Layer)，鏈路層(Link Layer)，適配層(Adaptation Layer)，邏輯鏈路控制層(Logical Link Control Layer)，藍牙主機控制器接口(Bluetooth Host Controller Interface，HCI)，藍牙應用層(Bluetooth Application Layer)等。
協議棧的不同層次負責管理射頻通信、數據封裝和控制、連接管理、數據傳輸和管理等功能，以實現可靠的數據傳輸和設備之間的通信。
藍牙技術是一種全球通用的無線通訊標準，已經應用到各行各業中，覆蓋了全世界96%以上的手機，在短距離內可連接任何有關聯的設備，成為接入物聯網的主要技術之一。所謂藍牙(Bluetooth)技術，實際上是一種短距離無線通信技術。
說得通俗一點，就是藍牙技術使得現代一些輕易攜帶的移動通信設備和電腦設備，不必借助電纜就能聯網，其實際應用范圍還可以拓展到各種家電產品、消費電子產品和汽車等信息家電，組成一個巨大的無線通信網絡。
“藍牙”這名稱來自10世紀的丹麥國王哈拉爾德(Harald Gormsson)的外號。出身海盜家庭的哈拉爾德統一了北歐四分五裂的國家，成為維京王國的國王。由于他喜歡吃藍莓，牙齒常常被染成藍色，而獲得“藍牙”的綽號，當時藍莓因為顏色怪異的緣故被認為是不適合食用的東西，因此這位愛嘗新的國王也成為創新與勇于嘗試的象征。1998年，愛立信公司希望無線通信技術能統一標準而取名“藍牙”。
貝瑞藍牙系列產品
藍牙的工作原理
藍牙設備使用頻率為2.4GHz的無線電波連接手機和電腦。藍牙產品包含一塊小小的藍牙模塊以及支持連接的藍牙無線電和軟件。當兩臺藍牙設備想要相互交流時，它們需要進行配對。藍牙設備之間的通信在短程的臨時網絡(指設備使用藍牙技術連接而成的網絡)中進行。這種網絡可容納多臺藍牙設備進行連接。當網絡環境創建成功，一臺設備作為主設備，而所有其它設備作為從設備。這種經過配對后臨時建立的網絡在藍牙設備加入和離開無線電短程傳感時將會動態、自動的重新建立聯系。
藍牙技術的不同類別
藍牙技術依據核心規格的不同可分為多個類別。目前最常見的是藍牙BR/EDR(即基本速率/增強數據率)和低功耗藍牙(BLE)技術
藍牙BR/EDR技術——建立相對短程、持續的無線連接，為播放音頻流等用例的理想之選;
低功耗藍牙技術(BLE)——允許快速進行相對遠程的無線連接，為不需持續連接且所需電池壽命長的物聯網(loT)應用的理想技術選擇;
藍牙技術的應用分別有哪些?
藍牙BR/EDR主要應用在藍牙2.0/2.1版，一般用于揚聲器和耳機等產品;而低功耗藍牙技術主要應用在藍牙4.0/4.1/4.2版。比如，低功耗藍牙技術可將門鎖、燈、電視、玩具、汽車電子、醫療設備、運動器材等等幾乎能想到的所有東西都能與藍牙連接起來。
作為一項歷久彌新的技術，基于移動平臺的藍牙應用為整個無線市場帶來了實用便捷的巨大優勢，藍牙依然保持著強大的生命力和競爭力，讓更多人了解和熟悉藍牙的妙處，未來藍牙技術的應用必將隨著市場的需求和研發人員的創意設計，拓展更多的方向。
首先，有一個藍牙音訊發送器，稱為音訊源，通常是手機或電腦。接下來，需要一個藍牙音訊接收器，如耳機或揚聲器。
發送器的工作并不只是將音樂檔案發送到接收器那樣簡單，根據錄制音檔的質量，會影響音訊的檔案大小。高品質的錄音代表檔案很大，檔案的大小直接影響將音訊傳輸到接收器所需的帶寬。我們可以將帶寬視為交通高速公路的寬度，將檔案大小視為車流量。當車流量超過高速公路的負荷范圍，就會發生交通堵塞，行駛變得緩慢而不穩定。
藍牙連接具有可容納的最大帶寬，WAV和AIFF等無壓縮格式的檔案很大，通過藍牙簡單地傳送這些原始檔案，帶寬將被消耗掉，超出了藍牙連接的處理能力。音訊將開始停頓，影響整體連線品質。
這時候就是編碼和解碼派上用場的地方。
編碼和解碼
為了縮小音訊檔案的大小，藍牙發射器使用特殊的算法，將原始檔案編碼為壓縮格式，然后將其發送到接收器。這些壓縮格式本身不是可以播放的音訊檔案，必須通過接收端將壓縮后的格式解碼為可播放的音訊檔案，然后才可以播放。
音訊轉碼器
轉碼器是一套軟件或算法，可以接收你的數據(音樂)，將其壓縮以縮小檔案大小，然后將其編碼為可以傳輸的格式。同時，還需要相同的轉碼器來解碼、編碼的數據，以便我們可以聽音樂。
在保持音訊數據還原度的同時縮小檔案大小并非易事，通過心理聲學研究和分析，轉碼器省略了音樂中掩蓋的信息，這些信息可以在不引起質量明顯損失的情況下被刪除。
每個藍牙音訊轉碼器都有其自己獨特的壓縮算法以及傳輸數據的速度。就延遲和還原度而言，這會影響藍牙音訊的質量。
常見轉碼器如下：
SBC
AAC
aptX
aptX HD
aptX LL
LDAC
LC3
Samsung Scalable Codec
在深入探討轉碼器及其特性之前，我們需要認識并理解一些基本的音頻術語。
基本音訊術語
閱讀有關藍牙轉碼器的文章和規格時，會有一些術語會反復出現，讓我們先討論這些。
如果你對數碼音訊有一些基本的了解，可能以前曾經接觸過這些知識。
采樣率(Sample Rate)
使用脈沖編碼調制(PCM)存儲音訊信號。為了準確地擷取、存儲和再現信號，以特定速率(以赫茲(Hz)為單位的采樣速率)對輸入信號進行快照或采樣。
為了再現音樂信號的全部頻譜，使用的最小采樣率為44,100Hz或44.1kHz。每秒將采集44,100個樣本。有些甚至使用48kHz、96kHz或是192kHz等更高的采樣率。對于大多數消費者來說，44.1kHz是可以接受的，這是音樂中最常用的速率。使用此采樣率可以準確再現高達22050Hz的頻率，剛好超過人類的聽力極限。當不講求音質的時候，例如語音，可以使用較低的速率。
位元深度(Bit Depth)
常見跟音樂有關的位深度為16位元和24位元，雖然采樣率與準確捕獲頻率有關，但位深度與動態范圍有關。動態范圍是一段音樂中最安靜和最響亮的聲音之間的距離，以及該范圍內的質量。
多年來，16位元是在CD上使用的深度標準。盡管16位元仍然很普遍，但現在越來越廣泛地在高分辨率(HD)音頻使用24位元。消費者現在可以購買無損格式的音樂，以支持更高的采樣率和位元深度。
位元率(Bitrate)
位元率是數據從一個點傳輸到另一點的速度，以每秒位元數(bps)、每秒千位元(kbps)或每秒兆位元(Mbps)進行度量。同時，我們還使用位元率來描述音頻檔案的還原度。以320kbps壓縮的MP3文件比以128kbps壓縮的MP3文件具有更好的動態范圍和音質。使用更高的位元率，可以無線發送具有更高位元深度和采樣率的音頻檔案，從而提高了音頻質量。但是，這意味著用于傳輸的帶寬必須增加。
[導讀]藍牙使用射頻無線技術在2.4 GHz頻段進行通信。它采用了頻分復用(Frequency Hopping Spread Spectrum，FHSS)技術，通過在不同的頻率上快速切換傳輸數據，以減少干擾和提高可靠性。
藍牙傳輸原理：
藍牙使用射頻無線技術在2.4 GHz頻段進行通信。它采用了頻分復用(Frequency Hopping Spread Spectrum，FHSS)技術，通過在不同的頻率上快速切換傳輸數據，以減少干擾和提高可靠性。藍牙還使用短距離通信技術，通常在10米以內，而在某些藍牙設備上，可達到更遠的距離。
藍牙傳輸方式：
藍牙可以以兩種不同的方式進行數據傳輸：基本速率(Basic Rate)和增加數據速率(Enhanced Data Rate)。
基本速率(BR)：這是藍牙最初采用的傳輸速率，最高為3 Mbps。基本速率適用于大部分普通數據傳輸需求，如語音通信、文件傳輸等。
增加數據速率(EDR)：為了滿足更高帶寬要求的應用，藍牙引入了增加數據速率。增加數據速率可以提供更快的數據傳輸速度，最高可達到3 Mbps以上，具體速率取決于設備的支持能力和配置。
藍牙協議棧：
藍牙信息傳輸涉及不同的協議層，構成了藍牙協議棧。藍牙協議棧包括物理層(Physical Layer)，鏈路層(Link Layer)，適配層(Adaptation Layer)，邏輯鏈路控制層(Logical Link Control Layer)，藍牙主機控制器接口(Bluetooth Host Controller Interface，HCI)，藍牙應用層(Bluetooth Application Layer)等。
協議棧的不同層次負責管理射頻通信、數據封裝和控制、連接管理、數據傳輸和管理等功能，以實現可靠的數據傳輸和設備之間的通信。
藍牙技術是一種全球通用的無線通訊標準，已經應用到各行各業中，覆蓋了全世界96%以上的手機，在短距離內可連接任何有關聯的設備，成為接入物聯網的主要技術之一。所謂藍牙(Bluetooth)技術，實際上是一種短距離無線通信技術。
說得通俗一點，就是藍牙技術使得現代一些輕易攜帶的移動通信設備和電腦設備，不必借助電纜就能聯網，其實際應用范圍還可以拓展到各種家電產品、消費電子產品和汽車等信息家電，組成一個巨大的無線通信網絡。
“藍牙”這名稱來自10世紀的丹麥國王哈拉爾德(Harald Gormsson)的外號。出身海盜家庭的哈拉爾德統一了北歐四分五裂的國家，成為維京王國的國王。由于他喜歡吃藍莓，牙齒常常被染成藍色，而獲得“藍牙”的綽號，當時藍莓因為顏色怪異的緣故被認為是不適合食用的東西，因此這位愛嘗新的國王也成為創新與勇于嘗試的象征。1998年，愛立信公司希望無線通信技術能統一標準而取名“藍牙”。
貝瑞藍牙系列產品
藍牙的工作原理
藍牙設備使用頻率為2.4GHz的無線電波連接手機和電腦。藍牙產品包含一塊小小的藍牙模塊以及支持連接的藍牙無線電和軟件。當兩臺藍牙設備想要相互交流時，它們需要進行配對。藍牙設備之間的通信在短程的臨時網絡(指設備使用藍牙技術連接而成的網絡)中進行。這種網絡可容納多臺藍牙設備進行連接。當網絡環境創建成功，一臺設備作為主設備，而所有其它設備作為從設備。這種經過配對后臨時建立的網絡在藍牙設備加入和離開無線電短程傳感時將會動態、自動的重新建立聯系。
藍牙技術的不同類別
藍牙技術依據核心規格的不同可分為多個類別。目前最常見的是藍牙BR/EDR(即基本速率/增強數據率)和低功耗藍牙(BLE)技術
藍牙BR/EDR技術——建立相對短程、持續的無線連接，為播放音頻流等用例的理想之選;
低功耗藍牙技術(BLE)——允許快速進行相對遠程的無線連接，為不需持續連接且所需電池壽命長的物聯網(loT)應用的理想技術選擇;
藍牙技術的應用分別有哪些?
藍牙BR/EDR主要應用在藍牙2.0/2.1版，一般用于揚聲器和耳機等產品;而低功耗藍牙技術主要應用在藍牙4.0/4.1/4.2版。比如，低功耗藍牙技術可將門鎖、燈、電視、玩具、汽車電子、醫療設備、運動器材等等幾乎能想到的所有東西都能與藍牙連接起來。
作為一項歷久彌新的技術，基于移動平臺的藍牙應用為整個無線市場帶來了實用便捷的巨大優勢，藍牙依然保持著強大的生命力和競爭力，讓更多人了解和熟悉藍牙的妙處，未來藍牙技術的應用必將隨著市場的需求和研發人員的創意設計，拓展更多的方向。
首先，有一個藍牙音訊發送器，稱為音訊源，通常是手機或電腦。接下來，需要一個藍牙音訊接收器，如耳機或揚聲器。
發送器的工作并不只是將音樂檔案發送到接收器那樣簡單，根據錄制音檔的質量，會影響音訊的檔案大小。高品質的錄音代表檔案很大，檔案的大小直接影響將音訊傳輸到接收器所需的帶寬。我們可以將帶寬視為交通高速公路的寬度，將檔案大小視為車流量。當車流量超過高速公路的負荷范圍，就會發生交通堵塞，行駛變得緩慢而不穩定。
藍牙連接具有可容納的最大帶寬，WAV和AIFF等無壓縮格式的檔案很大，通過藍牙簡單地傳送這些原始檔案，帶寬將被消耗掉，超出了藍牙連接的處理能力。音訊將開始停頓，影響整體連線品質。
這時候就是編碼和解碼派上用場的地方。
編碼和解碼
為了縮小音訊檔案的大小，藍牙發射器使用特殊的算法，將原始檔案編碼為壓縮格式，然后將其發送到接收器。這些壓縮格式本身不是可以播放的音訊檔案，必須通過接收端將壓縮后的格式解碼為可播放的音訊檔案，然后才可以播放。
音訊轉碼器
轉碼器是一套軟件或算法，可以接收你的數據(音樂)，將其壓縮以縮小檔案大小，然后將其編碼為可以傳輸的格式。同時，還需要相同的轉碼器來解碼、編碼的數據，以便我們可以聽音樂。
在保持音訊數據還原度的同時縮小檔案大小并非易事，通過心理聲學研究和分析，轉碼器省略了音樂中掩蓋的信息，這些信息可以在不引起質量明顯損失的情況下被刪除。
每個藍牙音訊轉碼器都有其自己獨特的壓縮算法以及傳輸數據的速度。就延遲和還原度而言，這會影響藍牙音訊的質量。
常見轉碼器如下：
SBC
AAC
aptX
aptX HD
aptX LL
LDAC
LC3
Samsung Scalable Codec
在深入探討轉碼器及其特性之前，我們需要認識并理解一些基本的音頻術語。
基本音訊術語
閱讀有關藍牙轉碼器的文章和規格時，會有一些術語會反復出現，讓我們先討論這些。
如果你對數碼音訊有一些基本的了解，可能以前曾經接觸過這些知識。
采樣率(Sample Rate)
使用脈沖編碼調制(PCM)存儲音訊信號。為了準確地擷取、存儲和再現信號，以特定速率(以赫茲(Hz)為單位的采樣速率)對輸入信號進行快照或采樣。
為了再現音樂信號的全部頻譜，使用的最小采樣率為44,100Hz或44.1kHz。每秒將采集44,100個樣本。有些甚至使用48kHz、96kHz或是192kHz等更高的采樣率。對于大多數消費者來說，44.1kHz是可以接受的，這是音樂中最常用的速率。使用此采樣率可以準確再現高達22050Hz的頻率，剛好超過人類的聽力極限。當不講求音質的時候，例如語音，可以使用較低的速率。
位元深度(Bit Depth)
常見跟音樂有關的位深度為16位元和24位元，雖然采樣率與準確捕獲頻率有關，但位深度與動態范圍有關。動態范圍是一段音樂中最安靜和最響亮的聲音之間的距離，以及該范圍內的質量。
多年來，16位元是在CD上使用的深度標準。盡管16位元仍然很普遍，但現在越來越廣泛地在高分辨率(HD)音頻使用24位元。消費者現在可以購買無損格式的音樂，以支持更高的采樣率和位元深度。
位元率(Bitrate)
位元率是數據從一個點傳輸到另一點的速度，以每秒位元數(bps)、每秒千位元(kbps)或每秒兆位元(Mbps)進行度量。同時，我們還使用位元率來描述音頻檔案的還原度。以320kbps壓縮的MP3文件比以128kbps壓縮的MP3文件具有更好的動態范圍和音質。使用更高的位元率，可以無線發送具有更高位元深度和采樣率的音頻檔案，從而提高了音頻質量。但是，這意味著用于傳輸的帶寬必須增加。
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