蓝牙技术在语音室中的应用

张维维，何家峰(.长春师范大学，吉林长春 3003；.中国人民解放军65304部队，吉林长春 3006)

蓝牙技术在语音室中的应用

张维维1，何家峰2
(1.长春师范大学，吉林长春 130032；2.中国人民解放军65304部队，吉林长春 130062)

语音训练的关键是解决空间和时间受限制问题。蓝牙技术是解决语音教学近距离通信问题的一种有效方法。在不需要新增网络设备的情况下，构建蓝牙语音室，利用蓝牙技术构建一套不受时空限制的语言学习系统，能够提高语音室的利用率，丰富教学内容，加强教学效果。

蓝牙技术；蓝牙语音室

语音室的基本功能是通过网络协议向用户终端传送数据，实现音频、视频资料的交换，以及模拟音频、视频信号的数字化转换[1]。蓝牙技术作为一种的全球规范，以无线数据、语音通信为基础，为手机、笔记本电脑、打印机、台式电脑、键盘等设备之间建立一个连接。

1 蓝牙技术概要

1.1 蓝牙技术特点

蓝牙数据传输遵循了随时在一个主设备和多个从设备之间进行交互的原则。特点如下：(1)在免费频段进行蓝牙工作。蓝牙跳频快，数据包短，系统稳定。(2)蓝牙标准规定通信距离最大值10米，通过增加发射功率增加通信距离，可达到100米[2]。(3)采用时分双工通信方式实现全双工传输。(4)蓝牙无线链路采用跳频扩频技术，提高安全性和抗干扰能力。(5)蓝牙技术在传送数据前将数据分割成包，收到一条消息的所有数据包之后，再对数据包进行重排。在传送语音前，预先建立专用信道，不用将消息分割成包，而是将其在专用信道进行传输。

1.2 蓝牙拓扑结构

图1 微网

蓝牙系统的网络拓扑结构有两种：微网(图1)和散射网(图2)。两个蓝牙设备建立连接后，形成的个人区域网也被称为微网，这种个人区域指语音室的网络环境。微网不是局域网，它只是局域网的一部分，即蓝牙的无线连接的部分。一个微网由1个主设备单元和多个从设备单元构成，设备单元的数目可达256个，其中至多有7个从设备单元能够同时处于活动状态。主从设备单元之间的关系是可以转换的，从设备单元能转换为主设备单元[2]，主设备单元也能转换为从设备单元。不同的微网采用不同的跳频序列，可以避免干扰。微网之间，既可以相互独立，也可以特定的方式连接，构成散射网。

1.3 蓝牙协议

蓝牙协议体系中的协议，按蓝牙技术联盟的关注程度分为4层：核心层协议、电缆替代协议、电话传送控制协议、选用协议。(1)核心层协议包含服务搜索、逻辑链路控制与适配、链路管理、基带4个协议[2]。(2)电缆替代协议包含串行电缆仿真协议等。(3)电话传送控制协议包含面向位的电话控制协议、AT命令集等。(4)选用协议包含点对点协议、用户数据报协议、传输控制协议、网际协议、对象交换协议、无线应用协议、电子名片协议、电子日历协议、红外移动通信协议、无线应用环境协议等。

图2 散射网

2 蓝牙语音室功能简介

目前的语音终端由各厂商自主研发，采用异步传输模式、TCP/IP协议，不同厂家的语音终端之间不兼容，操作系统不统一，主控机不兼容。随着流媒体技术的飞速发展，流媒体传输不再是无线传输的瓶颈，个人移动设备、无线技术、蓝牙语音室为教学创造了良好的教学环境[3]。

2.1 蓝牙语音室的概念

蓝牙语音室建立在有形语音室基础上，通过对语音室中新增的蓝牙设备等各种媒体信息设备重新组建，产生了无形语音室，因此蓝牙语音室也叫虚拟语音室。“蓝牙”是一种短距离的无线连接技术[3]，其方式是在各类设备中插入蓝牙芯片而实现设备的蓝牙无线连接[1]，以及语音和数据的接入、交换、处理。蓝牙语音室利用短距离无线传输，将采用蓝牙技术的各种设备连接构建成微网，能够将知识展现得更加生动、形象，使知识表征方式多元化。

2.2 蓝牙语言室的优点

2.2.1 无缝连接

蓝牙技术作为无线连接领域中的一种开放性全球规范，具有低成本、近距离的特点。蓝牙语音室是在蓝牙技术基础上构建的一种虚拟局域网，蓝牙模块的特点是体积小，将蓝牙模块嵌入到各种设备中，可以实现无缝连接[2]。

2.2.2 操作方便

蓝牙网络无需专业的无线接发设备，操作使用方便，将相同配置文件的一个蓝牙设备连接到另一个蓝牙设备上。

2.2.3 抗干扰能力强

运用蓝牙技术工作频段的无线电设备较多，设备间互相干扰，蓝牙设备采用跳频扩展频谱的方式可以减少干扰。将工作频段分为多个频点，在某个频点发送数据之后再跳到另一个频点发送数据。

2.2.4 互动良好

利用蓝牙语音室，为教师组织教学提供更大的自由空间，教师可以按不同规模、不同方式组织教学活动，实现教师和学生、学生与学生之间的一对一、一对多的互动教学[3]。

2.2.5 维护和更新方便

设备安装蓝牙模块后通过蓝牙技术进行数据传输。移动设备方便，增加设备也方便。

3 蓝牙语音室的构建

交互式语音室的微网构成：将教师的电脑默认为该微网的主设备单元，主设备单元通过无线连接点接入校园网，负责蓝牙跳频序列的时钟同步。设置其他电脑为从设备单元，从设备单元的蓝牙跳频序列的时钟与主设备单元同步[3]。在交互式语音室中，所有电脑采用相同的蓝牙跳频序列。主设备单元控制从设备单元的起始频率，从设备单元在主设备单元的控制下完成信道的占用。在主设备单元和从设备单元上装有基于蓝牙的USB接口无线网卡[4]。USB接口特点是接口速度快，支持即插即用，这正好符合蓝牙擅长的点对点连接的特点，而且不需要用户任何设置，做到“即插即用”。当人数超过7个时，采用散射网。蓝牙语音室中教师和学生的互动过程为：在课前教师将授课材料装入教师电脑(主设备单元)中，可以将授课材料投影在屏幕上，或把授课内容通过蓝牙发送给从设备单元；在课上，主设备可以通过蓝牙无线与从设备实时交流；在课后，主设备把问题发送给从设备。

蓝牙技术联盟制定蓝牙技术的通信规范，在全球范围内完全公开。蓝牙工作频段为免费的工业、科学、医学频段，即2.4 GHz频段。蓝牙技术1.0版本，最大数据传输速率为1 Mb/s，采用TDD传输，FM调制方式。蓝牙语音室采用基于蓝牙技术的网络设备无线互联组成小型个人局域网。学生可以使用带有蓝牙技术的设备(笔记本电脑、手机、个人数字助理设备、无线耳机等)随时在蓝牙语音室中进行自主学习。蓝牙语音室的设备连接采用点对点的方式，设备安装简便、灵活。

蓝牙语音室构建步骤如下：(1)微网构成。应用蓝牙技术，微网的主设备单元执行寻呼并与从设备单元建立连接。主设备单元提供同步时钟信号和跳频序列。从设备单元与主设备单元的时钟信号和跳频同步，从设备单元的起始频率和占用信道由主设备单元的控制。(2)散射网构成。在每个微网中，主设备单元和从设备单元装有USB接口的蓝牙无线网卡，当每组学生较多时，可采用多个微网构成散射网[2]。(3)蓝牙自配置。蓝牙语音室的拓扑结构采用微网或散射网，微网主单元是蓝牙语音室中的一台电脑，微网从单元是其他蓝牙设备或外设。当增加设备时，只要确保设备在发射有效范围内，蓝牙无线连接外设，自动与计算机同步，并为计算机配置自己。(4)蓝牙语音室的安装。在现有局域网的基础上安装蓝牙发射器，实现蓝牙语音室与校园网的连接。蓝牙语音室前端的入口是其他校园网节点的访问点，这些节点均有已安装蓝牙设备的主单元。在蓝牙语音室前端的出口直接安装蓝牙设备，能够在有效范围内收发从单元的信号[4]。蓝牙语音室的前端可以接收任一设备申请的广播，而其他从设备单元可以与主设备单元进行交互。

蓝牙技术为语音室提供了一个多样化的平台，在这个平台下的语言教学活动所需教学装备成本低、功耗低，蓝牙语音室为语言教学模式提供了新的方法。

[1]张宏伟,李彤明,蒋天发.基于校园网的蓝牙语音室开发设计[J].武汉大学学报:工学版,2007(4):153-156.

[2]李平.蓝牙技术及其在高校运动会中的应用[J].田径,2004(11):54-55.

[3]郭亮.蓝牙技术在语言教学中的应用[J].赣南师范学院学报,2013(6):113-114.

[4]金永贤.蓝牙技术及其在校园网中的应用[J].微电子学与计算机,2003(5):110-112.

[5]陈佩珩,张文栋,王正言,等.基于蓝牙技术的语音通信传输系统设计[J].计算机测量与控制,2013(2):499-501,511.

[6]张淑溢,王立奎,刘治文,等.一种教学用蓝牙语音传输装置的设计[J].科技信息,2012(6):114-115.

[7]袁晓庆.蓝牙无线通信技术及其应用研究[J].中小企业管理与科技,2015(4):28-30.

The Application of Bluetooth Technology in the Language Lab

ZHANG Wei-wei1，HE Jia-feng2

(1.Changchun Normal University, Changchun Jilin 130032, China; 2.No.65304 Troop of PLA, Changchun Jilin 130062, China)

The key problems of voice training is the space and time limited.As a kind of effective method,bluetooth technology can solve the problem of short range communication during phonetic teaching.The construction of bluetooth language labs is the use of bluetooth technology in the condition of no need to add network equipments. Using the bluetooth technology to build a language learning system without being limited by the space and time can improve the utilization of language lab, enrich the teaching content, and improve teaching effect.

bluetooth technology; bluetooth language lab

2017-03-11

长春师范大学2016年实验教学改革项目。

张维维(1979- )，女，实验师，博士研究生，从事计算机应用技术与无线网络研究。

TP393

A

2095-7602(2017)06-0063-03