【VIP专享】声音的采样、碰撞检测与传输

1、声音的采样、碰撞检测与传输 声音的采样：声音采样就是把模拟音频转成数字音频的过程， ，所用到的主要设备便是模拟 / 数字转 换器（Analog to Digital Converter，即ADC,与之对应的是数/模转换器，即 DAC）。采样的 过程实际上是将通常的模拟音频信号的电信号转换成二进制码0和 1，这些 0和 1便构成了数字音频文件。采样的频率越大则音质越有保证。由于采样频率一定要高于录制的最高 频率的两倍才不会产生失真，而人类的听力范围是20Hz20KHZ,所以采样频率至少得是20kX 2=40KHz,才能保证不产生低频失真，这也是CD音质采用44.1KHZ （稍高于40kHz是为了

2、留有余地）的原因。采样位数可以理解为声卡处理声音的解析度。这个数值越大,解析度就越高,录制和 回放的声音就越真实。电脑中的声音文件是用数字 0和1来表示的。如今市面上所有的主 流产品都是 16 位的声卡,而并非有些无知商家所鼓吹的 64位乃至 128位,他们将声卡的 复音概念与采样位数概念混淆在了一起。如今功能最为强大的声卡系列Sound BlasterLive!采用的EMU10K1芯片虽然号称可以达到 32位，但是它只是建立在 Direct Sou nd加速 基础上的一种多音频流技术,其本质还是一块 16 位的声卡。应该说 16位的采样精度对于 电脑多媒体音频而言已经绰绰有余了。采样频率是指

3、录音设备在一秒钟内对声音信号的采样次数,采样频率越高声音的还原 就越真实越自然。在当今的主流声卡上,采样频率一般共分为22.05KHz、44.1KHz、48KHz三个等级，22.05只能达到FM广播的声音品质，44.1KHZ则是理论上的CD音质界限， 48KHz则更加精确一些。对于高于 48KHZ的采样频率人耳已无法辨别出来了，所以在电脑 上没有多少使用价值。声音的传播：单工通信： 又称单向通信,即只能有一个方向的通信而没有反方向的的交互。无线电 广播或者有线电广播就是属于这种类型。双向交替通信：又称半双工通信 ,即通信双方都可以发送信息,但不能双方同时发送 或接受,这种通信方式是一方发送另一

4、方接受,过一段时间再反过来。全双工同时通信： 又称为全双工通讯,即通讯双方都可以发送和接受信息。 载波监听多点接入 /碰撞检测CSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection 。“多点接入 ” 表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。“载波监听 ” 是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在 发送数据,如果有,则暂时不要发送数据,以免发生碰撞。总线上并没有什么 “载波 ”。因此,“载波监听 ”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。碰撞检测 ”就是计算机边发送数据边检测

5、信道上的信号电压大小。当几个站同时在总 线上发送数据时,总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时,就认为总线上至少有两个站同时在发送数据,表明产生 了碰撞。所谓 “碰撞”就是发生了冲突。因此 “碰撞检测 ”也称为 “冲突检测每一个正在发送数据的站,一旦发现总线上出现了碰撞,就要立即停止发送,免得继 续浪费网络资源,然后等待一段随机时间后再次发送。我们知道总线型局域网在MAC层的标准协议是 CSMA/CD，即载波侦听多点接入/冲突检测（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

6、）。但由于无线产品的适配器 不易检测信道是否存在冲突，因此802.15全新定义了一种新的协议，即载波侦听多点接入/避免冲撞CSMA/CA（ with Collision Avoidanee ）。一方面，载波侦听-查看介质是否空 闲；另一方面，避免冲撞-通过随机的时间等待，使信号冲突发生的概率减到最小，当介 质被侦听到空闲时，优先发送。不仅如此，为了系统更加稳固，802.15还提供了带确认帧ACK的CSMA/CA。在一旦遭受其他噪声干扰，或者由于侦听失败时，信号冲突就有可能发 生，而这种工作于 MAC层的ACK此时能够提供快速的恢复能力。以太网属于广播形式的网络，当一个站点发送信息时，网络中的所

7、有站点都能接收 到，容易形成数据堵塞，导致网络速度变慢，甚至发生系统瘫痪。为了尽量减少数据的传 输碰撞和重试发送。以太网中使用了CSMA/CA（载波监听多路访问/冲突检测）工作机制。以防止各站点无序地争用信道。无线局域网中采用了与CSMA/CD相类似的CSMA/CA（载波监听多路访问/冲突防止）协议，当其中一个站点要发送信息时。首先监听系统信道空闲期间 是否大于某一帧的间隔。若是，立即发送，否则暂不发送，继续监利。CSMA/CA通信方式将时间域的划分与帧格式紧密联系起来，保证某一时刻只有一个站点发送，实现了网络系 统的集中控制。因为传输介质的不同，所以传统的CSMA/CD与无线局域网中的 CS

8、MA/CA在工作方式上存在着差异。CSMA/CD的检测方式是通过电缆中电压的变化来测得，当数据传输发生 碰撞时，电缆中的电压就舍随着发生变化，而CSMA/CA使用空气作为传输介质必须采用其他的碰撞检测机制。CSMA/CA采取了三种检测信道空阁的方式：能量检测（ED）、载波检测（CS）和能量载波混台检测。能量检测（ED）接收端对接收到的信号进行能量大小的判断，当功率大于某一确定值时， 表示有用户在占用信道，否则信道为空。载波检测（CS）接收端将接收到的信号与本机的伪随机码（PN码）进行运算比较，如果其值超过某一极限时，表示有用户在占用信道，否刚认为信道为空。能量载波检测。它是能量检测和载波检测两

9、种工作方式的结合。在IEEE 802.15.4 CSMA/CA 机制中，网络协调器在网络中，会发出信标给所有的可感 应节点，而对于有数据需传送的设备来说，它们会向网络协调器要求进行传送，由于在一 个时间内只能有一个设备进行传输，因此所有想要传输的节点设备就会通过CSMA/CA机制来竞争传输媒体的使用权。所有准备传输数据的设备，会监测目前的无线传输媒体是否 有其他设备在使用中，如果为宅闲，此时，这些设备会产生一个倒退延迟时间，来错开这 些设备同时送出数据从而造成碰撞的可能。若目前的无线传输媒体是忙碌中的，则这些设 备将会在监测到媒体为空闲后，再进行 CSMA/CA的竞争。在IEEE 802.15

10、.4 CSMA/CA 算法中,CSMA/CA算法是用于节点问数据传输时的信道争 用机制，此算法中有三个重要的参数由每个要传送数据的设备去维护：Nb、CW和BE。Nb（后退次数，Number Of Back） : Nb的初始值为0,当设备有数据要传送时，经 过一段后退时间后，发送CCA检测，若检测到信道忙，则会再一次产生倒退时间，此时Nb值会加1,在IEEE802.15.4中，Nb值最大定义为4，当信道在经过 4次的后退延迟时 间后仍为忙，刚放弃此次的传送，以避免过大开销。CW （碰撞窗口的长度，content win dow len gth）:也就是后退延迟时间的长度，单位是Backoff，一

11、个后退周期的定义在MAC PIB中由参数aUnitBackofPeriod 给出，为20symbol的时间。CW的初始值为2，最大值为31。BE（后退指数，Backoff exponent）:取值范围为05 , 15.4推荐的默认值为3，最大 值为5。当BE设为0时，则只进行一次碰撞检测。在IEEE 802.15.4中，失败的次数（重传）最多3次。图2.19是CSMA/ CA算法流程；其中在步骤（3）是完成CCA的部分。声音的传播又分为有线传播与无线传播有线传播以电话为例：电话机具有将终端的音波转换为电子信号，通过电话线传送到远距离的对方，同时将对方传送来的电子信号再生为语音（音波），使其通话

12、的功能，以及发送可从多个对方中选择的信号 （拨号脉冲），告知对方的呼叫音等功能。电话机由将语音 转换为电流发送到电话线的送话机、将对方传送来的电流还原为语音的受话机、呼叫对方 的拨号或按钮、发送呼叫音的铃声、将这些连接在电话线上执行其功能的线路网等组成。 送话机内有装满碳素颗粒的小箱子，其前方有薄硬铝合金振动板。振动板根据语音振动， 振动碳素颗粒，碳素颗粒传导电流，随着颗粒的接触程度，电阻发生变化，生成语音电流。 受话机接受对方的语音电流后，在线圈上生成语音电流引起的磁力，振动铁振动板，发出声曰。有线传播的介质一般是光纤 ,同轴电缆 ,双绞线等等。无线电技术 的原理在于，导体中电流强弱的改变会

13、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，无线传输是利用电磁波。 分发射部分和接收部分。发射部分由产生高频信号的振荡器， 将音频信号加到电磁波上的调制器和高频功率放大器，最后由天线发射到空间去。接收部 分由接收天线，高频放大，变频器，中频放大器，检波器和音频功率放大器等组成，最后 由喇叭还原出声音。现在无线传输已经超出了广播通信的范围。如无线电导航，无线电定位等许多领域。下面就以 无线在视频监控系统应用 的优势及特点分析一下在什么情况

14、下用无线传输比 较好 。1. 无线视频监控系统的优势？在一些不能布线或不好布线的情况，可以很快捷的使用无线视频监控传输产品，建立 起一个无线的视频传 输网络，无线微波就好比无线的空中电缆，根据这些特殊的环境和监 控要求。2. 无线视频监控系统的优势及特点：综合成本低，只需一次性投资，无须挖沟埋管，特别适合室外距离较远的场合；在许 多情况下，用户往往由于受到地理环境和工作内容的限制，例如山地、港口和开阔地等特 殊地理环境，对有线网络、有线传输的布线工程带来极大的不便，采用有线的施工周期将 很长，甚至根本无法实现。这时，采用无线可以摆脱线缆的束缚，有安装周期短、维护方 便、扩容能力强，迅速收回成本

15、的优点。组网灵活，可扩展性好，安装快速，不需要为新 建传输铺设网络、增加设备，轻而易举地实现远程视频监控。 维护费用低，一次性投资无 运营费用。 系统功能强大、利用灵活等等 .但是并不是所有的环境都可以适用无线监控，如，在地下室，大楼里面，大城市高楼 林立的地方，这些地 方做无线监控都比较困难，因为微波传输视频的无线监控主要是直线 传播，遇到有障碍物就必须加中继，如果障碍物太多，做起来就比较困难！3. 在哪些地方用无线传输，比较合适？港口，码头，偏远水库，湖，森林防火，中小城镇道路治安监控，大型工厂，建筑工 地，大型公园，旅游区，粮库等等 .一种典型的无线应用技术 蓝牙蓝牙，是一种支持设备短距

16、离通信（一般 10m 内）的无线电技术。能在包括移动电话、 PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网 Internet 之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。蓝牙采用 分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM （即工业、科学、医学）频段。其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案 实现全双工传输。Bluetooth 无线技术是在两个设备间进行无线短距离通信的最简单、最便捷的方法。它 广泛应用于世界

17、各地，可以无线连接手机、便携式计算机、汽车、立体声耳机、MP3 播放器等多种设备。由于有了 “配置文件 ” 这一独特概念， Bluetooth 产品不再需要安装驱动程 序软件。此技术现已推出第四版规格，并在保持其固有优势的基础上继续发展 小型化无线电、低功率、低成本、内置安全性、稳固、易于使用并具有即时联网功能。其周出货 量已超过五百万件，已安装基站数超过 5 亿个。Bluetooth 无线技术规格供我们全球的成员公司免费使用。许多行业的制造商都积极地 在其产品中实施此技术，以减少使用零乱的电线，实现无缝连接、流传输立体声，传输数 据或进行语音通信。 Bluetooth 技术在 2.4 GHz

18、 波段运行，该波段是一种无需申请许可证的 工业、科技、医学 (ISM) 无线电波段。正因如此，使用 Bluetooth 技术不需要支付任何费 用。文章心得： 一早就知道声音的采样是模数转换，也知道声音失真的由来，所以我们只能增大声音 的采样密度。早期的网络世界 多媒体传输通过同轴电缆和双绞线进行，虽然速率从共享式 局域网到交换式局域网 从百兆到千兆。但在光纤屡见不鲜的今天，这一切都已经弱爆了， 就像曾经风靡一时的诺基亚。 IT 业无疑是进步的，每天有很多新型产品的诞生，每天也有 像索尼一样卖掉自己 PC业务的老牌自求保全。微软船大掉头难，IE6的成功让今天的谷歌火狐占据市场份额，那么 win9 是否能亮瞎我们的双眼呢， 。让我们拭目以待。我听说过无线传输的鼻祖除了移动电话当属红外了，那个时候传个照片都得贴的特别 近还总以失败告终。后来蓝牙的出现让我们欣喜若狂，但传输速度真的不敢恭维，索性现 在蓝牙 4.0 传输速度快赶上普通宿舍的 8M 网了。其实声音的传输远比多媒体传输简单的多，因为不涉及图像信息，或许这只是我个人 的理解，采样 -滤波-传