基于A(yíng)2DP框架的近距離無(wú)線(xiàn)音頻通信研究

隨著(zhù)藍牙技術(shù)在電子產(chǎn)品中的日益普及，藍牙音頻設備也層出不窮，其中具有免提功能的藍牙耳機和藍牙音頻網(wǎng)關(guān)的應用是最典型的例子。但免提單元與音頻網(wǎng)關(guān)進(jìn)行音頻傳輸建立起來(lái)的SCO連接，僅能支持64Kb/s電信級語(yǔ)音質(zhì)量的音頻流，這也就限制了藍牙音頻質(zhì)量的提高，同時(shí)也影響了藍牙的娛樂(lè )消費市場(chǎng)。為了滿(mǎn)足人們對高質(zhì)量音頻的需求，進(jìn)一步擴大藍牙產(chǎn)品市場(chǎng)，藍牙特殊興趣小組SIG組織，在藍牙 1.1規范的應用框架基礎上又單獨提出了高級音頻分發(fā)框架（Advanced Audio Distribution Profile，A2DP）。該框架利用了在L2CAP層建立起來(lái)的ACL異步無(wú)連接鏈路來(lái)傳輸高質(zhì)量的單聲道或者立體聲音頻數據，有效負載的傳輸速率可以達到300～400Kb/s。

A2DP框架概述
在娛樂(lè )消費市場(chǎng)中，A2DP實(shí)例化應用就是用音樂(lè )播放器把音頻數據通過(guò)ACL連接發(fā)送到耳機或者音箱上。目前的框架規范中，并不支持同步的一點(diǎn)對多點(diǎn)的廣播式音頻分發(fā)，而對于點(diǎn)對點(diǎn)音頻的分發(fā)，又存在著(zhù)兩種不同的角色，一個(gè)是信源設備（SRC），這種設備作為發(fā)起者將數字音頻流發(fā)送到Piconet網(wǎng)中；另一個(gè)是信宿設備，是接收信源發(fā)出的音頻流的設備。如果藍牙音樂(lè )播放器是信源設備，那么與之交互的藍牙耳機就是信宿設備，信源和信宿的區別就在于，它是發(fā)起者還是接收者。下面對該框架所涉及的具體協(xié)議和其依賴(lài)框架進(jìn)行分析。

1 A2DP應用框架
在典型的藍牙音頻相關(guān)框架的整體結構中，A2DP框架所處的位置如圖1所示。
服務(wù)發(fā)現應用框架（SDAP）所提供的功能，是向其他藍牙設備提供自身所具備的服務(wù)，并且能夠使用遠程設備所提供的服務(wù)和功能。在實(shí)際應用中，幾乎所有框架都支持服務(wù)發(fā)現協(xié)議（SDP）。藍牙音頻視頻遙控應用框架（AVRCP）實(shí)現了藍牙設備之間的遙控功能，例如，音樂(lè )播放器的前進(jìn)、后退、停止、播放等控制信令的傳輸。免提功能頭戴式設備應用框架（HFP/HSP），最主要的應用就是實(shí)現了藍牙耳機的免提功能和某些藍牙設備的音頻網(wǎng)關(guān)功能。

高級音頻分發(fā)框架（A2DP）依賴(lài)于通用音頻視頻分發(fā)框架（GAVDP），GAVDP定義了設置音頻和視頻流傳輸的步驟，而A2DP則進(jìn)一步定義了音頻流傳輸的參數和步驟細節。

在實(shí)際應用中，邏輯鏈路控制適配層協(xié)議（L2CAP）要求比較高的可靠性，基帶的廣播數據分組將被禁止使用，因此，L2CAP層并不支持可靠的多點(diǎn)傳輸信道，這也就是A2DP框架不支持多點(diǎn)廣播式音頻分發(fā)的主要原因之一。而對于面向高層協(xié)議的開(kāi)發(fā)和應用者，L2CAP層協(xié)議是透明的，因此這里對A2DP輕型框架具體實(shí)現的相關(guān)描述，也僅限于L2CAP層以上，A2DP相關(guān)的協(xié)議及框架如AVDTP、GAVDP等協(xié)議模塊的設計。

圖1 藍牙音頻框架整體結構

圖1中的藍牙主機控制接口HCI層，是協(xié)議棧中軟硬件的接口。這里所涉及的硬件環(huán)境是主機與主機控制器連接模型，HCI層以上的協(xié)議（如SDP）在主機上運行，而以下的協(xié)議（如傳輸層的藍牙基帶協(xié)議等）由藍牙主機控制器硬件來(lái)完成，這樣既保證了底層協(xié)議傳輸的穩定性，又支持了上層應用協(xié)議的可擴展性。一旦在市場(chǎng)條件成熟，藍牙技術(shù)的硬件部分就可以被更快的硬件射頻技術(shù)所取代，高層傳輸協(xié)議經(jīng)過(guò)移植仍然可以沿襲使用，大大縮短藍牙產(chǎn)品的研發(fā)周期。

2 A2DP框架協(xié)議棧
A2DP是音頻傳輸框架，它通過(guò)藍牙傳輸層和對等設備，把音頻數據流從音頻信源（SRC）到音頻信宿（SNK）進(jìn)行分發(fā)，因此該框架所包含的協(xié)議棧也分為兩個(gè)部分，具體表現如圖2所示。

圖2 A2DP框架協(xié)議棧

基帶協(xié)議（Baseband Protocol）、鏈路管理協(xié)議（LMP）、邏輯鏈路控制和適配協(xié)議（L2CAP）及服務(wù)發(fā)現協(xié)議（SDP），在藍牙核心協(xié)議規范中都有定義。而藍牙音頻視頻分發(fā)傳輸協(xié)議AVDTP則定義了藍牙設備之間數據流句柄的參數協(xié)商、建立和傳輸過(guò)程以及相互交換的信令實(shí)體形式，該協(xié)議是A2DP框架的基礎協(xié)議。

輕型A2DP框架協(xié)議實(shí)現
這里所提出的A2DP框架協(xié)議的實(shí)現集中在音頻信源端，并未設計信宿端。之所以定義為輕型的，是因為在A(yíng)2DP規范1.0基礎之上，實(shí)現了此規范所規定的強制性功能，即在信源端僅僅實(shí)現了高級音頻分發(fā)的基本功能，如立體聲音頻的傳輸，只支持低復雜度子帶編解碼（SBC）標準，而對其他編解碼標準并未涉及；在A(yíng)2DP模塊的實(shí)現中并未包括任何的編解碼能力，這是在用戶(hù)層上實(shí)現的，是上層應用程序在設置階段，通過(guò)配置協(xié)商來(lái)做相應的編碼，解碼和音頻內容的轉換工作；AVDTP模塊的功能不包括校驗和報告，也不包括媒體多路復用，校驗和報告通道的建立。

1 協(xié)議模塊劃分
A2DP框架協(xié)議劃分了3個(gè)模塊：A2DP模塊、GAVDP模塊和AVDTP模塊，另外還包括測試協(xié)議棧所需要的Audio應用程序測試模塊。對于GAVDP，雖然該功能模塊包括音頻/視頻兩種數據流的傳輸與分發(fā)，但是由于這里側重對音頻流進(jìn)行討論，所以視頻流相關(guān)模塊（VDP）并未實(shí)現。圖3是具體實(shí)現模塊劃分圖。