藍牙已確確實(shí)實(shí)的來(lái)到人們的生活當中。我們曾經(jīng)懷疑“身邊會(huì )有多少藍牙設備可以連接”，現在我們想的卻是“我和你的藍牙設備連接效果會(huì )怎么樣”。

直到最近，藍牙音頻傳輸都較為簡(jiǎn)單。藍牙規范只定義了一種傳輸機制，對于更復雜的應用幾乎沒(méi)有選擇余地。如今，藍牙規范1.2以及一種新的高品質(zhì)音頻協(xié)議的發(fā)布，使得一度單調的藍牙音頻功能變得豐富起來(lái)。由于所有的數字音頻傳輸都是建立在數據流的基礎之上，所以可用的傳輸方式在傳輸機制、編碼方法、數據速率、數據包長(cháng)度以及檢錯/糾錯等方面都有所不同。

藍牙技術(shù)是一種基于數據包、時(shí)隙為625毫秒的跳頻協(xié)議。在每?jì)蓚�(gè)進(jìn)行配對通訊的藍牙設備中，一個(gè)是連接的主設備，另外一個(gè)是從設備。一般來(lái)說(shuō)，在接收到來(lái)自主設備的一個(gè)數據包后的時(shí)隙內，從設備就向主設備傳送數據。藍牙技術(shù)規定了音頻數據傳輸的兩個(gè)基本機制。

最初的藍牙音頻傳輸機制是同步定向連接(SCO)信道，它支持數據速率為6?kbps的全雙工傳輸。在沒(méi)有射頻干擾的情況下，SCO的音質(zhì)可接近標準移動(dòng)電話(huà)的音質(zhì)。這個(gè)結果也在預料之中，因為在藍牙技術(shù)的發(fā)展本身就帶有應用于藍牙耳機的思想。SCO數據在指定的時(shí)隙內傳輸，既保證了帶寬，又為數據包在確定的時(shí)間內到達提供了保障。

藍牙設備采用邏輯鏈路控制和適配協(xié)議(L2CAP)來(lái)傳輸不同步數據。邏輯鏈路控制和適配協(xié)議將所有不同步的數據傳輸多路復用到有效的藍牙帶寬上,其中包括串行數據(例如AT命令與響應)、服務(wù)發(fā)現數據、以及用于提供音頻和視頻流信道的等時(shí)數據。圖1是該協(xié)議層的結構圖。

藍牙規范1.2提高了藍牙設備的服務(wù)質(zhì)量(QoS)，并大大改善等時(shí)數據的效用。這些改善使應用程序能夠為傳輸數據流請求帶寬和延遲保證。

選擇正確的SCO信道

SCO信道在可自定義功能方面提供的東西很少。比特率是固定的，當確定了三個(gè)編碼解碼器后，實(shí)際上只有一個(gè)連續可變斜率增量(CVSD)被用到。其它的編碼解碼器(A-Law和L-law)雖然提供更好的音質(zhì)，但它卻跟CVSD一樣沒(méi)有容錯性。由于SCO信道只提供有限的檢錯/糾錯功能，并且沒(méi)有數據包重發(fā)功能，所以CVSD是一種更安全的選擇。

SCO提供了全雙工的音頻。藍牙連接中的主設備發(fā)送一個(gè)數據包給從設備，而從設備在接下來(lái)的時(shí)隙中給予響應。盡管能夠對特定的包類(lèi)型作出選擇，這個(gè)特定的包類(lèi)型還是象征性地被留在了藍牙芯片組內的連接管理固件中。藍牙技術(shù)定義了傳輸SCO的四個(gè)包類(lèi)型(見(jiàn)表)。

不論是由芯片組來(lái)選擇，或者是由系統設計者來(lái)選擇，在選擇SCO包類(lèi)型時(shí)都需要折衷考慮。HV1數據包較其它類(lèi)型的數據包具有更好的糾錯效果，但它在藍牙1.1規范中卻要占用整個(gè)帶寬。HV3數據包類(lèi)型不提供檢錯功能，但卻只占用每6個(gè)時(shí)隙中的2個(gè)。于是藍牙設備能夠在保持SCO連接的同時(shí)再建立其它連接，這在SCO數據采用HV1數據包時(shí)是不可能的。圖2是一個(gè)SCO的時(shí)序圖。

最理想情況下，包類(lèi)型不會(huì )影響音頻質(zhì)量，在所有的三種情況下所傳輸的數據完全相同。HV1和HV2數據包允許對一些誤碼進(jìn)行糾正。但一般情況下誤碼不會(huì )明顯降低音頻質(zhì)量。音質(zhì)差極有可能是因為數據包丟失造成的。

一個(gè)藍牙數據包由一個(gè)訪(fǎng)問(wèn)碼，一個(gè)起始碼和一個(gè)有效荷載組成。當1/3前向糾錯碼和檢錯碼對起始碼進(jìn)行保護時(shí)，低信號強度或本地干擾可能會(huì )造成到達的數據包中的起始碼無(wú)效。在種情況下，這個(gè)數據包就會(huì )被丟棄，因為沒(méi)有SCO數據包的重發(fā)請求機制，數據包就這樣丟失。

如果連接使用HV1數據包，數據丟失得就會(huì )較少，因此在一個(gè)丟失的數據包中，音頻彈跳能量就越少。如果同樣是因為帶寬窄或者是短時(shí)間的干擾造成數據包的丟失，HV1可以比HV2或者HV3數據包提供更好的音質(zhì)。當然這也并非一成不變，因為HV1傳輸數據包更多，所以在嘈雜環(huán)境中數據包丟失的可能性也會(huì )更高。

藍牙規范1.2加入了在本地干擾存在情況下改進(jìn)SCO音質(zhì)的功能。IEEE-802.11b就是一個(gè)很好的例子，它在ISM(工業(yè)、科學(xué)及醫學(xué)機構用帶寬)帶寬中占用大約22MHZ的帶寬，或藍牙頻譜中的22個(gè)信道。

藍牙技術(shù)使用的79個(gè)信道之間的間隔為1MHZ。藍牙1.2版本加入了自適應跳頻(AFH)技術(shù)，它可以讓已配對的藍牙設備避免會(huì )產(chǎn)成沖突的信道。配對的兩個(gè)設備可以實(shí)時(shí)生成一個(gè)信道圖，或被提供給來(lái)自上層軟件的無(wú)線(xiàn)信號。后一種模式使同時(shí)包含有藍牙和802.11b節點(diǎn)的設備能更好地共存。設備的軟件為藍牙模組提供了一個(gè)新的頻率圖，以防止藍牙設備使用被802.11b節點(diǎn)占用范圍內的信道。由于干擾造成的數據包丟失變少，所以音質(zhì)得到改善。AFH采用的跳頻算法只需20個(gè)良好信道就能工作。減少工作信道對AFH不利的是，來(lái)自附近藍牙連接的干擾的可能性會(huì )隨之增加。

擴展SCO信道

擴展SCO信道是藍牙1.2版本中的另一項新增功能，它可在信道參數上提供更大彈性，并允許重發(fā)損壞的數據包。這些擴展功能與AFH結合在一起，能在音頻傳輸方面比藍牙1.1版本的標準SCO信道有更好的表現。

舉個(gè)最簡(jiǎn)單的例子，雖然采用新類(lèi)型的數據包，eSCO信道與SCO信道的工作方式非常相似。音頻數據以單間隙包進(jìn)行傳播，這些數據包包含1到30個(gè)數據字節，但是eSCO做了兩項改進(jìn)。第一，在數據包中加入CRC碼以檢驗數據的有效性(這在HV3SCO數據包中是沒(méi)有的)。第二，如果接收設備檢測到數據包有錯，可以請求重新發(fā)送出錯的數據包。這取決于信道是如何設置的，因為信息幀必須被保留下來(lái)，以便于重新發(fā)送。

不利之處是重發(fā)數據包的會(huì )增加收發(fā)設備的功率消耗。采用AFH能將這種影響降至最低。如果數據包丟失是因為固定帶寬的干擾，如802.11b等引起的，AFH可讓藍牙設備避免已知的不良信道以減少數據重發(fā)。設計者們還需要考慮到數據延遲問(wèn)題，因為重新發(fā)送的數據要比計劃到達時(shí)間至少晚1.2ms。

正如前面提到的，由于丟失或損壞數據的可能性較大，SCO信道采用了CVSD音頻編碼。其它編碼解碼器能提供較好的保真度，但在接收到有錯數據時(shí)表現很差。有了eSCO更好的數據完整性，就有可能采用其它編碼器來(lái)改善音質(zhì)而無(wú)需提高6?kbps的基本數據速率。.SCO數據固定數據速率為6?kbps，具有對稱(chēng)、支持全雙工的特點(diǎn)。采用eSCO會(huì )增加兩個(gè)多時(shí)隙的數據包，并支持不對稱(chēng)的數據速率。事實(shí)上，根本沒(méi)有數據需要傳輸。如果一條eSCO信道是單向的，例如語(yǔ)音博物館向導(audio museum guide)，接受設備在接收到一個(gè)數據包后回發(fā)一個(gè)很小的叫做NULL的包以表示確認�；�于協(xié)商的參數，利用多時(shí)隙數據包，eSCO信道上的數據速率可能高至288 kbps，這使支持包括視頻傳輸在內的高階編碼解碼器成為可能。

有意思的是，eSCO所擁有這些豐富選項，反而成為有效應用其功能的最大障礙。信道選項，比如數據速率和編碼解碼器，必須在應用層得到協(xié)商。負責制定采用了SCO連接的協(xié)議規范的各藍牙工作小組，都在開(kāi)發(fā)一種以便能將eSCO集成到這些協(xié)議中去的方法。

一個(gè)推薦的解決方法就是分階段引入這些特色功能。第一階段將eSCO限定在一個(gè)6?kbps的CVSD信道，這跟SCO信道限制硬件和軟件上的支持具有同樣效果。有了這樣的經(jīng)驗，更多的功能將被引入。如果這樣顯得太過(guò)謹慎，別忘了有消息聲稱(chēng)“大約有55個(gè)不同的配置在采用eSCO的情況下達到了對稱(chēng)的6?kbps。

有關(guān)寬帶語(yǔ)音的規范目前正在開(kāi)發(fā)中，其背后的驅動(dòng)力正是3G移動(dòng)通信技術(shù)中一個(gè)類(lèi)似技術(shù)的衍生。假如大量藍牙產(chǎn)品以移動(dòng)電話(huà)耳機配件，車(chē)載免提套件附件為目標市場(chǎng)，那么電話(huà)與配件間的音頻連接質(zhì)量至少要達到移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)與移動(dòng)電話(huà)之間連接質(zhì)量。有關(guān)藍牙寬帶語(yǔ)音規范的細則還未出爐，但將采用eSCO作為其傳輸機制這點(diǎn)已很清楚。

高級的音頻分布式傳輸協(xié)議

顧名思義，最近采用的音頻分布式傳輸協(xié)議(A2DP)正是為了高品質(zhì)音頻數據的傳輸而設計的。單向的音頻流可能用到任一種編碼解碼器。但為保證互操作性，A2DP強制指定了一個(gè)編碼解碼器。正如數據源和編碼解碼器所指定的，數據流中可以包含一個(gè)單一的音頻信道或者混合立體聲編碼。

前面提到，藍牙技術(shù)提供同步和非同步數據的傳輸業(yè)務(wù)。A2DP采用一個(gè)加載于L2CAP層上的等時(shí)數據信道。在A(yíng)2DP和L2CAP之間是音/視頻分布式傳輸協(xié)議。該協(xié)議層定義了音頻和視頻流的傳輸機制。

A2DP和AVDTP對數據流的解碼、傳輸及解碼等作出了規定。另外還有一個(gè)協(xié)議能夠控制數據流所包含的內容，這個(gè)協(xié)議就是音視頻遙控協(xié)議，它規定了執行一個(gè)遙控設備所需的基本元素。

將這些元素集于一身，用戶(hù)可將帶藍牙功能的數字音頻播放器帶到他們的汽車(chē)中去，并很好的利用汽車(chē)內置音響系統，以在享受播放器的同時(shí)對播放器進(jìn)行控制。藍牙具有的充足帶寬，支持高品質(zhì)帶立體聲編碼的音頻流，可帶給用戶(hù)帶來(lái)高保真無(wú)線(xiàn)音頻。隨著(zhù)這些功能或小發(fā)明被迅速移植到電子助理設備中，像移動(dòng)電話(huà)或者PDA等都將成為很好的音頻源。目前A2DP已在無(wú)線(xiàn)立體聲耳機和家用音響系統中的遙控音箱等設備中被采用。

基于應用的考慮

我們知道，藍牙技術(shù)為音頻數據的傳輸提供了多個(gè)選擇。具體選擇哪一種則首先考慮應用。如果應用基于標準的藍牙協(xié)議，那么該協(xié)議會(huì )規定什么類(lèi)型的音頻傳輸機制是可用的。

對于功能較簡(jiǎn)單的藍牙設備，比如單聲道手機耳機，簡(jiǎn)單的SCO音頻信道就可以。除非處于特別環(huán)境，所有的SCO音頻數據包類(lèi)型都可以在這樣的設備上使用，而把準確選擇留給藍牙芯片的連接管理代碼。

如果藍牙耳機支持更高質(zhì)量的音頻，如寬帶語(yǔ)音，則必須加入合適的編碼解碼器和eSCO。需要注意的是，協(xié)議層編碼必須對信道特性協(xié)商進(jìn)行控制，這點(diǎn)與SCO信道在協(xié)議層無(wú)須協(xié)商有所不同。

如果兩個(gè)設備就一組eSCO參數不能達成一致，那么這兩個(gè)設備必須能夠退而采用SCO信道。這個(gè)附加的協(xié)商功能增加了編碼的復雜性，更增加了在互操作難度。制造商在開(kāi)發(fā)含有eSCO功能的藍牙產(chǎn)品時(shí)，在產(chǎn)品的互操作性測試上下了不少功夫，其中包括與完全不支持eSCO的基于藍牙1.1的產(chǎn)品之間的測試。

測試的操作環(huán)境也必須考慮到很多因素。如果存在已知干擾，如802.11b節點(diǎn)，結合使用自適應跳頻技術(shù)和eSCO的數據包重發(fā)機制，可大大減少數據包的丟失并提高音質(zhì)。如果設備同時(shí)具有802.11b和藍牙節點(diǎn)，設計者應該注意軟硬件中的傳輸機制以實(shí)現共存。

通過(guò)軟件設置藍牙信道屏蔽可以避免被本地802.11b占用的頻率。這就使AFH軟件無(wú)須通過(guò)實(shí)際操作就能得知那些不良信道。也有其它機制試圖輪流給每個(gè)設備指定傳輸時(shí)間，這個(gè)方案在處理對時(shí)間要求不緊迫的數據時(shí)效果較好，但在面對同步或者等時(shí)數據流的卻沒(méi)有多大價(jià)值。由于這些特性在各芯片生產(chǎn)商間各有不同，感興趣的設計者應從他們首選的供應商那里弄清楚哪些是可用的。

對編碼解碼器的選擇應多加注意。對于SCO和eSCO信道，在面對可能有缺陷的數據時(shí)，CVSD將可以接受的音質(zhì)與魯棒性結合起來(lái)。采用不同的編碼解碼器能在同樣的數據速率下改善音質(zhì)，但必須考慮到數據穩定性和設備的互操作性。

如果應用要求高品質(zhì)的單向音頻通路，A2DP將是合理的選擇。這也再次提醒設計者在選擇編碼解碼器時(shí)須多加注意。對于專(zhuān)用的成對設備則可采用任意的編碼解碼器，比如揚聲器，它只需連接到其配對節點(diǎn)(音源)上。如果設備將與多種設備配對使用，最好的選擇就是采用默認的編碼解碼器。

希望本文能為選擇藍牙音頻傳輸的提供一些指導。若需更多信息，有興趣的讀者可查閱藍牙規范或具體的實(shí)施細則文件。