突破藍牙編碼

如今，許多手機制造商在其產(chǎn)品說(shuō)明中將藍牙列為最突出的特點(diǎn)之一。全球越來(lái)越多的國家和地區通過(guò)立法，強制用戶(hù)在駕駛中撥打或接聽(tīng)電話(huà)時(shí)使用免提設備或耳機;在這個(gè)方面，藍牙是一種理想的無(wú)線(xiàn)解決方案，因此越來(lái)越多的手機都采用了藍牙技術(shù)，這已成為一種趨勢。佩帶著(zhù)藍牙耳機漫步街頭也越來(lái)越被社會(huì )所接受，并提高了藍牙在電話(huà)上的配售率。配售率逐年不斷提高，耳機與移動(dòng)電話(huà)搭配(“捆綁”)提供的情況越來(lái)越多，這也有助于運營(yíng)商和手機廠(chǎng)商將其產(chǎn)品差異化。所有這些趨勢均說(shuō)明了一點(diǎn)：語(yǔ)音通話(huà)越來(lái)越依賴(lài)于藍牙。

隨著(zhù)藍牙耳機使用率的提高，用戶(hù)也開(kāi)始要求其語(yǔ)音信號的質(zhì)量達到固定電話(huà)的通話(huà)質(zhì)量。所以，面對不斷提高語(yǔ)音信號質(zhì)量以及降低功耗等壓力，本文旨在探討解決這些問(wèn)題的一種藍牙技術(shù)方法。

藍牙語(yǔ)音面臨的難題

在藍牙無(wú)線(xiàn)鏈路上傳輸的信息“數據”有兩種基本形式：異步數據和同步語(yǔ)音。異步意味著(zhù)信息不需要以連續數據流的方式傳輸——只要所有數據能夠達到目的地，并重新組合成原來(lái)的形式即可(例如對傳輸不敏感的圖像)，當圖像數據被細分為數據塊并在藍牙鏈路處于安靜模式時(shí)傳輸。至于語(yǔ)音流量，用戶(hù)則不能容忍他們的各個(gè)部分通話(huà)內容在不同的時(shí)間抵達對方，或者通話(huà)內容被拆解。流暢而實(shí)時(shí)的信息(音頻流)對于可用的語(yǔ)音連接非常重要。

為此，藍牙技術(shù)設計支持兩種類(lèi)型的空中接口：藍牙技術(shù)規范包含支持數據流量的ACL(異步無(wú)連接)數據包和支持語(yǔ)音流量的SCO(同步面向連接)數據包。SCO屬于電路交換技術(shù)，它提供對稱(chēng)同步業(yè)務(wù)，并在固定的時(shí)間間隔內預留時(shí)隙，因此適合對時(shí)間要求較高的數據，如語(yǔ)音。藍牙技術(shù)規范還支持每個(gè)主設備擁有三個(gè)同步語(yǔ)音信道(SCO鏈路)。

標簽：語(yǔ)音信道 可變斜率

語(yǔ)音信道采用連續可變斜率增量調制(CVSD)語(yǔ)音編碼方案，并且SCO規定數據包不得重傳。藍牙技術(shù)中選用CVSD CODEC，是因為它在處理丟失或損壞的語(yǔ)音樣本時(shí)非?？煽?。背景噪音越高，干擾水平就越高，而CVSD編碼語(yǔ)音卻可以接受誤碼率達4%的語(yǔ)音。

當輸出位顯示預測值比輸入波形大或小時(shí)(二進(jìn)位制中，用1或0來(lái)表示值的變化)，這種增量調制方案就會(huì )遵循波形。為了降低這種基本二進(jìn)位方法的斜率過(guò)載效應，可以進(jìn)行音節壓擴：按照平均信號斜率調整步長(cháng)。輸入CVSD編碼器的是每秒64k樣本的線(xiàn)性PCM信號。

藍牙技術(shù)規范v1.2版尋求解決SCO連接的一些局限性：SCO的上下行碼率為固定的64Kbps，并且不允許數據包重傳。藍牙v1.2推出擴展型SCO(eSCO)傳輸，允許損壞數據包的重傳;這樣可以提高SCO的傳輸質(zhì)量，而SCO傳輸質(zhì)量對于傳輸質(zhì)量不一定是“二進(jìn)位”的連接非常重要，例如音頻或視頻數據的傳輸。但是，盡管藍牙目前支持重傳功能，藍牙語(yǔ)音數據包仍然通過(guò)默認的CVSD編碼系統進(jìn)行編碼。這就給語(yǔ)音流量處理方式的改善留下了余地。

舉例來(lái)說(shuō)，在第六代藍牙技術(shù)中，CSR公司解決了CVSD作為語(yǔ)音流量編碼方法的局限，引入了射頻(特別是掃描技術(shù))的各項改進(jìn)內容，提高了靈敏度和傳輸功率。對手機制造商而言還有另外一個(gè)好處，即這些無(wú)線(xiàn)電改進(jìn)項目極大地節省了功耗。

在藍牙上增加基于PCM的編碼技術(shù)后，就能夠降低語(yǔ)音和音頻流量所需的數據速率，并提高潛在容量，或極大地降低藍牙系統所需的功耗。藍牙芯片市場(chǎng)的領(lǐng)導者CSR公司在其BlueCore6產(chǎn)品系列中實(shí)現了這一點(diǎn)，該系列產(chǎn)品于2007年9月上市。

ADPCM是一種眾所周知并已被廣泛接受的CODEC技術(shù)，它是CVSD的理想補充。后者能夠處理誤碼，因此克服了藍牙沒(méi)有重傳功能，只能依賴(lài)于SCO數據包來(lái)傳輸語(yǔ)音的不足。但是，eSCO能夠探測誤碼并對數據包進(jìn)行重傳，所以沒(méi)有必要再依賴(lài)CVSD了。

ADPCM與CVSD的不同之處在于：它的取樣速度慢，并能夠發(fā)現樣本之間的不同。ADPCM以32Kbps的較低速率(CVSD的速率為64Kbps)傳輸固定電話(huà)質(zhì)量的信號，因此藍牙傳輸器和接收器只需大約一半的運行時(shí)間。CSR公司的試驗證明，該方法與所有其它藍牙系統采用的CVSD編碼技術(shù)相比，能夠為藍牙系統節省40%的功耗。

在評估音頻質(zhì)量水平方面，平均意見(jiàn)得分(MOS)是一種普遍接受的ITU-T音頻質(zhì)量衡量標準，其中1代表最低質(zhì)量而5代表最高質(zhì)量(根據ITU的標準，得5分幾乎是不可能的)。64Kbps的CVSD編碼語(yǔ)音信號(不允許重試)的MOS得分為2.46;32Kbps碼率的ADPCM CODEC(允許2次重試)的MOS得分為4.14。更為確切地說(shuō)，如果采用ADPCM，可使藍牙連接的語(yǔ)音通話(huà)達到更高的通話(huà)質(zhì)量(就是說(shuō)達到固定電話(huà)的通話(huà)質(zhì)量)。

ADPCM編碼在質(zhì)量方面還有其它的優(yōu)點(diǎn)。在嘈雜的環(huán)境中，通過(guò)采用CSR公司BlueCore6采用了AuriStream技術(shù)的耳機與同樣采用了AuriStream的手機相連接，可以使語(yǔ)音撥號變得更為精確，操作也更簡(jiǎn)單。

因為CSR公司BlueCore6上采用的AuriStream可支持32Kbps速率的ADPCM(為CVSD的數據速率64Kbps的一半)，所以還有潛力支持更多的語(yǔ)音信道。CVSD傳統上支持三個(gè)同步SCO語(yǔ)音信道。雖然現在的藍牙技術(shù)規范規定僅支持三個(gè)信道，但采用藍牙增強型數據速率(藍牙技術(shù)規范v2.0或v2.1，數據速率高達3Mbps)的32Kbps鏈路ADPCM，將有可能支持多達七個(gè)更高質(zhì)量的eSCO信道。。

當藍牙設備需要與沒(méi)有采用CSR公司AuriStream技術(shù)的藍牙產(chǎn)品連接時(shí)，CVSD仍可提供支持。藍牙技術(shù)規范中仍然批準CVSD。目前，只有采用BlueCore6技術(shù)的產(chǎn)品才能獲益于CSR公司采用ADPCM的AuriStream技術(shù)。在與非AuriStream的藍牙設備連接時(shí)，BlueCore6將退回到CVSD編碼。

藍牙技術(shù)規范為語(yǔ)音通訊提供了一個(gè)堅實(shí)的基礎。但是，想要使其產(chǎn)品獲得最佳語(yǔ)音質(zhì)量的設計者需要考慮的是：CSR公司采用ADPCM編碼的AuriStream等其它技術(shù)的應用，能否使他們離自己的目標更近。