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了解音频、视频的无线传输

 杨上当 2017-01-27
  在自由空间,无时无刻不充斥着各种电磁波。凡是高于绝对零度的物体,都会释出电磁波。人们制造出来的电磁波除了用来通信,还广泛应用于国民生产和生活的方方面面。无线电波就是电磁波的一种,广播电台、电视台、手机通信都是运用了无线电技术。根据无线传输技术的某种特征指标,人们对不同的技术冠以不同的名称,具有代表性的名称主要有:

  FM调频、RF射频、红外、27M、2.4G、蓝牙、WiFi。分述如下。

  1992年,20岁出头的我看到《家用电器》杂志上的一篇文章《超远程调频无线话筒》,作者是李栋鑫。按照这篇文章介绍的电路设计,能够用一个驻极体小话筒(钮扣式微型麦克风)拾取声音,经过调制、放大、发射,用户远在1.5Km之外用一个普通的调频收音机就能收听到麦克风所拾取的声音。对于当时只玩过NE555集成块的我来说,这个电路设计对我有极大的吸引力,但由于文章所介绍的关键元件D40发射管在市场上根本买不到,所以自己一直无法完成这个电路组装。后来杂志社开展了邮购服务,我第一时间就邮购了李栋鑫制作好的这款电路成品。

  本来这种FM调频技术并不新奇,但让我刻骨铭心的是,几个月后,国 安 局 的人找到我家,把我给传唤到了当地公安局!战战兢兢的我以为自己犯了什么弥天大罪,一说才知道人家是冲着这个无线话筒来的,说这玩意儿是间谍器材!吓得我啊,赶紧乖乖地把买来的这个简陋的电路板连话筒、天线都原封不动地上缴了!虽然那个电路的设计我早已忘得一干二净,但当时被传讯时双腿都打抖的感觉我一辈子也不会忘。

  时间来到二十一世纪初,此时的车载MP3还是使用了FM调频这种无线传输技术。把MP3插入汽车点烟器,设定一个FM发射频率,再打开车载收音机调到相同频率,就能够收听了。但由于无线电频谱资源十分有限,空中无时无刻不挤满了各家广播电台的信号,如果车载MP3的载波频率与当地信号较强的某个电台重合,就会互相干扰,什么也听不清了。这就是所谓频率塞车。

  射频其实就是指可以辐射到空间的电磁频率的统称。根据频段的不同,可分为FM、VHF、UHF和2.4G这几个频段。无线话筒就是使用这几个频段的典型产品:

  FM频段,指88-108MHz国际调频广播频段。如果现在还有话筒使用这个频段,那是属于小朋友的玩具;

  VHF频段,俗称V段,170-260MHz。这种话筒即使还没淘汰,也只是属于非专业人士使用的了。有些对讲机使用这个频段;

  UHF频段,俗称U段,300-3000MHz。无线话筒一般采用400-830MHz频段,超过830MHz的频段较少采用,因为830-960MHz频段有GSM和CDMA手机干扰,960MHz以上的频段绕射能力逐渐变差,所以最流行的U段是740-830MHz;

  2.4G频段,使用这个频段的话筒是较新式的,一般用于老师的课堂教学,可以做到一师一麦,因为不易发生串频现象。如果应用在舞台、KTV话筒上,则造价比较高。2.4G这个词下面会多次讲到。

  红外技术主要应用于遥控器;

  27M是早期应用在无线鼠标上的技术,现已淘汰;

  目前流行的主要就是2.4G技术和蓝牙、WiFi。

  2.4G技术的得名,是由于其频段处于2.402GHz至2.480GHz之间,所以人们习惯称之为2.4G无线技术。较普遍应用于无线键盘鼠标、无线话筒、玩具遥控等。这个频段是国际规定的免费频段,不需要向国际相关组织缴纳任何费用,这就为2.4G无线技术的发展提供了有利条件。

  其实蓝牙和WiFi的工作频段也是基于2.4G的,所以从频率上来说,蓝牙、WiFi和所谓的2.4G技术没有任何区别,只是由于各自的协议不同,所以就变成了不同的东西。现在较新的WiFi产品工作在5G频段,比2.4G又要先进一步了。

  2.4G产品必须配备接收器,比如无线鼠标、键盘要在电脑上配备nano(微型)接收器,需占用一个USB口。这种接收器一般是一对一的工作模式。但罗技的Unifying“优联”无线技术则可以连接6个优联产品,优联产品的标志是一个橙色的太阳。

  蓝牙技术最初由电信巨头爱立信公司于1994年创制,后在1997年,Jim Kardach提出以古丹麦维京国王Harald Bluetooth的名字来命名,蓝牙的图标就是北欧古英文字母H和B的结合。传说在公元10世纪,北欧诸侯争霸,丹麦国王挺身而出,令各方都坐到了谈判桌前,通过沟通,制止了战争。这位丹麦国王酷爱吃蓝梅,以至于牙齿都被染成了蓝色,人称蓝牙国王,所以,蓝牙也就成了沟通的代名词。也可以理解为蓝牙将把通讯协议统一为全球标准。

  蓝牙不像2.4G技术那样必须要配备专用的一对一的接收器,而是可以共用任何带蓝牙功能的产品来实现相互连接。但蓝牙的缺点也很多:

  蓝牙的连接有一个配对的过程,这个过程少则十几秒,多则几十秒甚至一分多钟,有时还无法配对,需要重新开机重新配对;

  蓝牙还比较耗电;

  蓝牙容易受到干扰,容易出现断音;

  蓝牙传输的带宽仅为1Mbit/s,理论最大峰值3Mbit/s,但无法连续稳定达到该值,所以无法胜任高品质音频传输;

  蓝牙还有一个致命弱点那就是延时,如果你用手机看电视剧时把声音传输到蓝牙音箱,你就会发现,电视剧里的人物嘴巴张了好几下,音箱里才慢腾腾地开始传出他说话的声音。如果用蓝牙技术来做无线话筒,那个现场就会让人啼笑皆非了。

  近年来出现了一种AptX编解码技术,它通过减小音频文件的体积,使音乐能够更顺畅地进行传输,这样就能解决蓝牙传输的带宽瓶颈问题,获得“如同CD的品质”。当然,只有发射端和接收端同时支持AptX 时才生效。据说AptX还能使蓝牙音频的延时大大减少,但到底能够达到怎样的延时指标还不得而知。

  当前AVSync (音视频同步)的区间一般在45ms至120ms,如果高于145ms,人就能明显感觉画面与声音不同步,影响用户体验。据说有的蓝牙话筒能够将延时控制在20ms左右,那就厉害了,跟2.4G的10ms延时没什么区别了。这样短的延时,是怎样做到的呢?是靠AptX技术,还是升级蓝牙版本呢?

  据说2010年蓝牙版本升级至4.0之后,能更快速地连接、更省电、实现超长有效连接距离、并能做到只有3毫秒的音频延时。2014年12月更是发布了最新的蓝牙4.2版本。但现在都已经到了2017年的1月底了,我手头的所有蓝牙设备为什么还都是配对时间长、高耗电、高延迟、低音质、有效距离短的呢?莫非我要统统更新换代?又据说,根据蓝牙有效传输距离的远近,可分为“Class1”、“Class2”和“Class3”三个标准,Class1传输距离可达100米,而Class3传输距离只有1米,我们常用的蓝牙产品都是传输距离在10米的Class2标准。我都懒得问这是谁定的标准,因为,我估计在2017年是买不起Class1标准的蓝牙产品的啦。

  先别忙着说蓝牙更新换代的问题,我相信在所有中国家庭里,都还有非蓝牙的传统音响。所以前几年流行一种“蓝牙音频接收器”,能瞬间将传统音响变身为蓝牙音响。这种东西就是一个蓝牙的接收和转换装置,它把通过蓝牙方式接收到的音频,转换成传统的电信号,利用3.5mm音频接口或者USB端口直接输入到传统音响中。这就相当于使传统音响也能接收蓝牙音频了。

  尽管蓝牙产品要支付专利费,但这并不影响它的普及。现在广大吃瓜群众对于蓝牙音响那都是无人不知,无人不晓,足见其普及程度。其实,蓝牙音响之所以能够这么普及,是与其全身的缺点分不开的。正是因为蓝牙的一身缺点,才注定蓝牙音响根本就不能成其为真正的音箱,只能是个小喇叭,破喇叭,至少目前我手头所有的蓝牙音响产品都是如此,所以一般的蓝牙音响才能卖得那么便宜。

  我原打算在过年前买个好一点的蓝牙音箱,搜索一番之后才发现,真正要实现Hi-Fi也就是高保真的效果,非WiFi音箱莫属了。

  WiFi是允许电子设备连接到一个无线局域网(WLAN)的技术,简单来说就是把有线网络信号转换成无线信号。无线路由器就是每个家庭必备的WiFi设备。如果经常出差在外,在只有网线而没有WiFi或者公共WiFi效果不好的地方,就要用到迷你无线路由器了,它体积小巧便于携带,使用时只要接上网线和电源,就能产生WiFi信号。另有一种叫电力猫的东东,样子跟迷你无线路由器有点相像,电力猫的学名是“电力线通讯调制解调器”,它通过家庭或办公室现有的电力线和插座来组建网络,但它与WiFi无关,在此不表。

  WiFi通常使用2.4G的UHF频段,如果一个无线路由器能同时使用5G的SHF频段,就是所谓的双频路由器。但一定要支持IEEE 802.11ac通信标准的才是最新的产品,如果只标明IEEE 802.11a/b/g/n的,都不是最新产品。2016年7月4日802.11n标准才正式升级到最新的802.11ac标准。

  由于WiFi以及2.4G技术的普及,造成了现实世界中到处都是2.4G信号,所以在2.4G频段上通信越来越容易受到干扰。WiFi,蓝牙,2.4G无线鼠标键盘,微波炉,由于它们都是同频段的,放在一起就会有干扰。近来更是证实USB3.0设备的端口和线缆会对蓝牙、WiFi设备产生干扰,也是由于USB3.0设备发出的电子噪声落在了2.4G频段上的缘故。正因为如此,现在更多的无线设备已开始到5G频段寻求逃避干扰。

  所谓的WiFi音箱,其原理是通过无线路由器制造的WiFi网络,将音箱接入其中,然后通过手机、电脑等设备连接音箱,将音乐推送到音箱当中进行播放。WiFi音箱的特点可以概述为传输能力强、可连接多个设备、播放音源多样、可脱机播放等,分述如下。

  WiFi音箱的无线传输带宽基本能保证在150Mbps以上,能毫无压力地传输无损音乐。通过WiFi来传输视频也是可行的,这在下文还会讲到。

  WiFi音箱跟蓝牙音箱的一对一不同,WiFi音箱可以实现多音箱互联播放的需求。也就是说,你可以通过手机或电脑来操控不同位置的WiFi音箱播放不同的音乐。还可以将多个WiFi音箱组成多声道的立体声音响系统,不同的声道使用不同的WiFi音箱来进行播放,可玩性非常高。

  WiFi音箱的播放非常自由化。用户既可以把手机、电脑中的音乐直接推送至WiFi音箱进行播放,还可利用手机或电脑将声音文件的网络链接发送给WiFi音箱,由WiFi音箱主动进行下载,直接在音箱里进行解码和播放,这不仅进一步提升了音质,还能让用户直接聆听海量的在线音乐。

  当手机、电脑发送音乐文件的网络链接给WiFi音箱后,音箱就会按照既定的播放列表自动进行播放,此时手机、电脑相对WiFi音箱而言就相当于是一个遥控器,WiFi音箱完全可以脱离手机、电脑而独立进行脱机播放。这与NAS机的脱机下载原理相类似。NAS机是一种连接在家庭或公司网络中,带有基本操作系统的网络存储设备。我把NAS机主要用作高清电影下载、存储器,只要将电影的torrent种子文件拷贝到NAS机中去,NAS机就会自动调用专门的BT下载软件自动下载电影,完全无须电脑来操作或控制,这就叫脱机下载。我NAS机中下载的1080P高清电影,按我现在的观影速度,几年都看不完。这是题外话,打住。

  正是因为WiFi音箱有那么多的优异之处,所以厂家才愿意把WiFi音箱真正做成高保真Hi-Fi音箱,只有在WiFi音箱上才能体验到无线也能聆听Hi-Fi的真谛。目前仍然有人在叫嚣,“蓝牙音箱发展到现在已经非常成熟,所谓的音质损失已经非常少,反正不是一般人能听出来的,市场的大小也决定了一款产品的成熟度,蓝牙音箱已经足够好用了”。但看了我杨上当对WiFi音箱的介绍,你还会花大价钱去购买所谓最新、最好的只具备蓝牙功能而不具备WiFi功能的音箱么?

  WiFi音箱目前面临的困境可能有两个,一是售价较高,二是音箱与手机、电脑和WiFi网络的连接对一般人群而言,显得较复杂。

  目前市面上大部分的WiFi音箱的售价基本都在千元以上,这其中最为重要的原因是因为WiFi音箱需要外挂一颗CPU,就算没有CPU也要有一颗MCU(单片机,也就是单片微型计算机)来保证工作;此外,为了保证达到Hi-Fi音质,绝不能仅用个小喇叭和小铁箱。成本高了,售价自然就高,可是又没有多少人了解WiFi音箱,看到这么高的价格,很容易敬而远之。从2016年6月百度知道上的一个问答,就可见一斑:

  提问:在同一个路由器下,电脑用网线连接,音响用wifi连接。他们如何进行信息交互?(比如说用电脑放歌,音响放出来)--这本是一个很好的问题,我都有同样的问题想问,没想到,下面的最佳答案竟然是:

  音响有wifi版的吗?没有听过。有蓝牙的,电脑有蓝牙,音响有蓝牙。--气得我评论道:没听过你回答个毛线啊!

  说到WiFi音箱的连接入网,我仔细看了几家不同产品的介绍,真没觉得有什么复杂的,但是,考虑到广大吃瓜群众连192.168.1.1这样的特定网址都不懂,连路由器的管理界面都从未打开过,他们对于WiFi音箱的连接入网觉得复杂也不足为怪。网上有人说WiFi音箱的用户操作性太难,计算机毕业的哥们也花了半个多小时才放出声音。我只能说,计算机毕业的算个毛线!

  可见,我上面说的两点只是WiFi音箱面临的困境,而并不是其缺点。我没发现WiFi音箱的缺点,有缺点的只是这届吃瓜群众,孤陋寡闻,自以为是,不思进取!

  现在市面上也出现了一种WIFI音频接收器,原理跟蓝牙音频接收器类似,但因为是利用WiFi进行传输,所以传输距离更远,具备穿墙能力、音质损耗更低、功耗更小。当然这个东东就不具有WiFi音箱的智能,想要脱机播放什么的就不可能了。如果仅仅是想把家里原有的传统音响充分利用起来,不妨购买一个WIFI音频接收器试试。

  以上所讲都是音频的无线传输,下面讲讲视频的无线传输。

  要想将视频进行无线传输,肯定要使用WiFi技术,并且最好是基于5G频段的WiFi。

  2013年5月间,我开始学习了解如何将手机上的内容投放到电视机。当年的产品有:

  WiPlug(曾用名托,现名推);Wifi Display Link Series(幻屏分享器);多笑金箍棒;快播大屏幕;小米盒子;PTV3000(通用无线投屏器);小技PTV;Apple TV等等。

  最近我通过EZCast的官网,购买了他们的同屏器产品后才真正实现了将手机、平板、笔记本电脑上的内容投放到电视机,或者将手机、笔记本的屏幕完全镜像至电视机,还能将电视机作为Surface平板电脑的第二屏幕,也就是实现屏幕扩展的功能。

  同屏器也叫分屏器,它能发射WiFi信号,手机、电脑接入它的WiFi网络之后,就能把音频和视频信号发送给同屏器,同屏器再通过HDMI端口将信号输入到电视机中,从而实现手机、电脑与电视机同屏。而同屏器本身又能连接所在环境中无线路由器发射的WiFi信号,这样就能让手机、电脑在与电视机同屏的时候,还能保持跟互联网的连接。当然,同屏器在传输视频信号的同时是还能传输音频信号的。

  我所购买的同屏器最需要注意的地方,就是必须给它接上5V、1A的电源,如果电源不达标,就无法完成工作。

  现在是个物联网的年代,任何硬件设备挤破头都要接入移动互联网。席慕容的诗句一语道破了接入互联网的重要性:结婚不是从此只有两个人面对面,结婚应该是两个人牵手共同面对这个世界。——好吧,如果我把你们家网线给掐了,手机信号屏蔽了,我看你们还怎么面对世界!你们不但将无法探索世界,还无法晒恩爱,那还不死得快啊!

  说到WiFi,突然想起来美国谷歌公司曾提出全球免费WiFi的概念,只要发射足够多的卫星,WiFi将无盲区、无死角地覆盖全球,无论身处都市、乡村,还是高山、大漠,抑或极地、海洋,只要手持一部智能设备,你就可以轻松上网……这个设想有可能实现吗?

  又想到美国数学家、信息论的创始人克劳德艾尔伍德香农的“香农定理”——有线的资源是无限的,而无线的资源却是有限的。好深奥的样子啊……

  以上,用纯文字的形式对我所了解的音频、视频的无线传输技术进行了分析、探讨。可能有人会觉得文字太枯燥,如果画些示意图或图表才更生动,更有说服力,即所谓的可视化。但我认为,身为一名职业法律人,最重要的武器是语言文字而不是绘画。你当然可以用图画的方式让法官更易于理解你,但那只是说明了你的语言表达能力不强而矣。况且,法官理解了你之后,难不成他能把你的画搬进判决书里去吗?人家还不是要老老实实一个字一个字来写判决书!那么,你是给法官画一幅画更易于法官判决,还是写一篇纯文字的代理词更易于法官判决呢?

  要想用语言文字恰如其分地表达出你的思想感情,必须杜绝错别字和废话。人们聊天、开会的时候,可以废话连篇,但如果写成的文章里面还有很多废话,就纯粹是瞎耽误人家功夫。而懂得看文章的人,他一眼就能看出这篇文章废话多不多,有没有看的价值。如果你认为我在说废话,好吧,那你也就只配做个吃瓜群众。

  虽然我是个职业法律人,但贩卖马桶不等于爱马桶,我一直觉得自然科学远比社会科学有趣得多。法学研究的套路,无非就是:对此有三种观点,一是什么,二是什么,三是什么,笔者赞成第×种观点,理由如下……

  在文学领域有一句名言:有一千个读者就会有一千个哈姆雷特。但这种现象绝不应该在法学中存在,每当我看到别人法学文章中的观点一、二、三我就想笑,我认为法律应该是公正严谨不变的,对于一个具体的案件,绝不应该既能这样判、又能那样判。但现实生活中不同的法院判决,却让我不得不相信观点一、二、三都有可能是正确的,又都有可能是错误的,身为律师,想要对某个具体个案做出预判,那简直就是抓阄。所谓的法学研究,归根结底其实就是谁说了算的问题。由于我国人民普遍不能正确理解法律,所以每隔一段时间就要出台对法律的解释,其中尤以最高人民法院的司法解释为重。出了明文的司法解释还好办,就怕它们以答复、复函、会议纪要等形式出现,那下面就会出现截然不同的两种结果,一是遵照执行,二是置之不理,说那些东东没有法律效力!法学完全丧失了科学性,说谁的法学功底强,那只能说明他的说服力强,能够说服裁判者。至于他们的说服力从何而来,那只有天知道。

  汝果欲学诗,功夫全在诗外。法学虽然是社会科学中的一个门类,但在我看来是不值得以科学的态度去钻研的。为了保持对科学的热爱与崇拜,为了时刻保持清醒的头脑,应该多钻研自然科学。凭着我科学的头脑,要解决所谓的法学难题那还不是小菜一碟!

  杨上当

  2017年1月27日03点26分48秒

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