基于意法半導體STM32WBA55G-DK1 無(wú)線(xiàn)藍牙LE audio解決方案
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低功耗藍牙 音訊是一項新功能，可透過(guò)低功耗藍牙進(jìn)行音訊串流。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/202406/460255.htm現在幾乎所有藍牙裝置都在使用藍牙低功耗。需要雙模式控制器透過(guò)經(jīng)典藍牙傳輸音訊的音訊串流裝置除外。藍牙特別興趣小組 (Bluetooth? SIG) 提出了一種透過(guò)藍牙低功耗啟用和增強音訊串流的解決方案。
經(jīng)典藍牙(BR/EDR) 音訊已經(jīng)是當今世界上最常用的音訊無(wú)線(xiàn)系統。下一代藍牙低功耗音訊即將到來(lái)。與傳統的藍牙相比，低功耗藍牙降低了功耗，并為音訊串流帶來(lái)了全新的可能性。
其中之一是Auracast?廣播音訊。 Auracast? 是新的藍牙標準。它使聽(tīng)眾能夠向多個(gè)用戶(hù)共享音訊。它是根據以下三個(gè)基本原理定義的：
分享您的音訊：Auracast? 廣播可讓您邀請其他人分享您的音訊體驗，并拉近我們之間的距離
讓世界變得安靜：Auracast? 廣播音訊讓您能夠在公共場(chǎng)所充分享受電視節目，解除曾經(jīng)的靜音并創(chuàng )造更完整的觀(guān)看體驗
聽(tīng)到最好的聲音：Auracast? 廣播讓您可以在任何地方聽(tīng)到最好的聲音。
有關(guān) Bluetooth? 低功耗音訊和 Auracast? 的更多資訊： [1] [2] [3] [4]
STMicroElectronics 推出的 STM32WBA 可透過(guò) STM32 實(shí)現藍牙?低功耗音訊。透過(guò)STM32WBA55G-DK開(kāi)發(fā)套件，使用者可以存取嵌入式藍牙?低功耗音訊軟體，從而允許用戶(hù)對其進(jìn)行測試和使用。有四個(gè)可用的演示，可以在用例設定檔中找到。這些應用程式包含在 STM32CubeWBA MCU 套件中。
2. LC3編解碼器
藍牙低功耗音訊基于新的音訊編解碼器：LC3，用于低復雜性通訊編解碼器。它是由弗勞恩霍夫 (Fraunhofer)設計的。這款編解碼器可以在藍牙低功耗音訊產(chǎn)品中免費使用，這意味著(zhù)藍牙低功耗音訊是完全可互通的，而不依賴(lài)供應商特定的編解碼器。
LC3 帶來(lái)了新的質(zhì)量，高于經(jīng)典藍牙音訊上使用的強制編解碼器。這款編解碼器主要是為嵌入式產(chǎn)品設計的，具有較低的復雜性和較低的記憶體占用，但仍具有較高的品質(zhì)。
LC3：
通道獨立：可設定/用于單聲道或立體聲流
適用于音樂(lè )和語(yǔ)音（從窄帶：8kHz 到全帶：48kHz）
與行動(dòng)編解碼器完美配合（減少音訊損失）。
允許非常低的延遲（在音訊設定檔中定義）
將 LC3 與經(jīng)典藍牙音訊的典型編解碼器進(jìn)行比較：
LC3 的品質(zhì)比 SBC 高得多，但復雜性更高
LC3 的品質(zhì)比 OPUS 更好，但復雜性更低
LC3 的品質(zhì)低于 LDAC 或 aptX（及其無(wú)損版本），因為它們的復雜性要高得多。
有關(guān) LC3 及其在我們解決方案中的整合的相關(guān)資訊可以在這里找到：LC3 編解碼器。
如果您需要更多信息，請參閱以下由藍牙 SIG 進(jìn)行的有關(guān) LC3 的一些研究： [5] [6]
3.鏈路層和同步通道Link Layer and isochronous channels
藍牙低功耗音訊也基于藍牙 5.2 選擇的功能：同步通道。這是鏈路層功能。此功能允許透過(guò)新連接傳輸：同步流。
有兩種類(lèi)型的同步流：
連接同步串流(CIS)：使用戶(hù)能夠透過(guò)藍牙連線(xiàn)獲得音訊串流。這是處理藍牙低功耗音訊的經(jīng)典方法（一臺設備一個(gè)連接，例如耳機）。透過(guò)兩個(gè) CIS，使用者可以將同步音訊串流傳輸到兩個(gè)不同的裝置（用于耳塞或助聽(tīng)器）
廣播等時(shí)流(BIS)：使用戶(hù)能夠向任何能夠接收該音訊串流的接收器廣播一個(gè)或兩個(gè)音訊串流。它不需要連接，這意味著(zhù)可以有無(wú)限數量的接收器。
這兩種類(lèi)型的同步流為藍牙低功耗添加了新功能：
它定義了整個(gè)串流媒體時(shí)間的系統延遲（沒(méi)有任何漂移）。此延遲低于經(jīng)典藍牙音訊。
同時(shí)它也定義了重傳。應用程式可以請求優(yōu)先考慮盡可能低的延遲的系統（這可能會(huì )導致由于最小重傳而丟失一些資料包），或者優(yōu)先考慮更好的品質(zhì)的系統（這確保接收所有資料包，但可能導致更高的延遲）。
將同步串流與經(jīng)典藍牙音訊進(jìn)行比較，可以注意到一些重要的差異：
| HFP/HSP | A2DP | 帶有 BAP 的藍牙 LE 音頻 |
|---|---|---|
| 資料透過(guò) SCO（面向同步連線(xiàn)）傳送 | 資料透過(guò) ACL（面向異步連線(xiàn)）傳送 | 資料透過(guò)同步資料流（CIS 或 BIS）發(fā)送 |
| 數據是連續的 | 數據是連續的 | 資料按時(shí)間戳同步 |
| SCO中沒(méi)有重傳 | 所有資料包都會(huì )被傳輸，如果鏈路品質(zhì)較差，則會(huì )導致無(wú)限重傳 | 數據可以重傳，但有時(shí)間有效性，過(guò)了一定時(shí)間就過(guò)時(shí)了 |
| 延遲始終相同但未定義 | 延遲未定義，可能會(huì )有一些滯后或漂移。 | 延遲始終在系統中定義，并且在串流傳輸期間不能更改。 |
它使發(fā)送者能夠以無(wú)線(xiàn)電方式“傳輸”音訊。為了透過(guò) ACL 連線(xiàn)啟動(dòng)單播音訊串流，單播用戶(hù)端和服務(wù)器交換有關(guān)串流品質(zhì)、重傳、音訊通道數量（單聲道/立體聲）和延遲的資訊。
除了同步頻道之外，Bluetooth? 低功耗音訊還需要兩個(gè)功能：
擴展廣告：例如，它可以提供公開(kāi)某些音訊功能所需的更多信息
定期廣告：此功能啟用廣告，這是周期性的而不是隨機的。觀(guān)察者可以同步獲取一些信息，并查看一段時(shí)間內的任何變化。
4.音訊簡(jiǎn)介
現在，藍牙低功耗音訊的基礎（LC3 和同步通道）已啟用，藍牙SIG 開(kāi)發(fā)了一個(gè)全新的框架，能夠配置所有類(lèi)型的音訊串流：
音訊框架的基礎是音訊串流管理，由基本音訊設定檔 (BAP) [7]定義。它是藍牙?低功耗音訊的強制性設定檔。它定義了流類(lèi)型、配置、功能、品質(zhì)、延遲等。
BAP 與三種服務(wù)一起使用：
發(fā)布的音訊功能服務(wù)(PACS)Published audio capabilities service：用于公開(kāi)設備的音訊功能。
音訊串流控制服務(wù)（ASCS）Audio stream control service ：?jiǎn)⒂迷O定單播流。
廣播音訊掃描服務(wù)（BASS）Broadcast audio scan service：允許請求客戶(hù)端代表服務(wù)器掃描廣播音訊串流。
BAP 定義了兩種類(lèi)型的串流：?jiǎn)尾ズ蛷V播，如下所列。
5.單播Unicast
單播是基于連線(xiàn)的同步串流 (CIS) 的連線(xiàn)音訊串流。這意味著(zhù)透過(guò)單播，您可以透過(guò) CIS 建立連接的音訊串流。要建立單播流，首先需要一個(gè) ACL 連線(xiàn)來(lái)透過(guò) GATT 和 LLCP 交換所有有用資訊。單播分為兩個(gè)角色：
單播客戶(hù)端：建立與單播服務(wù)器的連接，發(fā)現其功能并配置音訊流。該角色由智能手機、筆記型電腦、電視等使用。
單播服務(wù)器：通告其角色，公開(kāi)其功能，接受單播服務(wù)器設定音訊串流。耳機、揚聲器、某些助聽(tīng)器、某些耳塞甚至麥克風(fēng)都可以使用此角色。
此外，單播客戶(hù)端可以同步串流傳輸到兩個(gè)單播服務(wù)器。
為了透過(guò) ACL 連線(xiàn)啟動(dòng)單播音訊串流，單播用戶(hù)端和服務(wù)器交換有關(guān)串流品質(zhì)、重傳、音訊通道數量（單聲道/立體聲）和延遲的資訊。
流可以是
單向（用于音樂(lè )）或雙向（用于通話(huà)）。這稱(chēng)為音頻流的拓撲。它們是由單播客戶(hù)端從單播服務(wù)器公開(kāi)的內容中選擇的。 BAP 規格中列出了所有可能的拓樸。[7]
低品質(zhì)或高品質(zhì)。單播客戶(hù)端還根據單播服務(wù)器公開(kāi)的內容選擇品質(zhì)。所有這些可能性也列在 BAP 規格中。[7]
低延遲或高可靠性。這是在單播客戶(hù)端和單播服務(wù)器之間交換的。 BAP 規范中對此進(jìn)行了描述。[7]
主要用例是：
1 部電話(huà)連接到 1 個(gè)耳機/揚聲器（請參閱圖 5.1）
1 支手機連接 2 個(gè)耳塞/助聽(tīng)器（見(jiàn)圖 5.2）
圖 5.1 帶耳機的單播
圖 5.2 使用某些耳塞進(jìn)行單播
6.播出 Broadcast
廣播是一種非連接的音訊串流，基于廣播等時(shí)流（BIS）。任何能夠掃描并同步到該音訊串流的接收器都可以聽(tīng)到它。這是一個(gè)新的用例，允許無(wú)限數量的用戶(hù)收聽(tīng)相同的音訊串流。
它可以是手機上與朋友分享的音樂(lè )，也可以是直接翻譯成另一種語(yǔ)言的會(huì )議通知，也可以是直接在耳塞中接收的火車(chē)通知。
該流是公開(kāi)的，但可以加密，并且需要密碼才能同步。由于串流是廣播的，因此只能是單向的。
BAP 還增加了另一個(gè)功能。由于廣播沒(méi)有連接，用戶(hù)需要一種方法來(lái)直接在接收器上同步到串流。但大多數時(shí)候，這些設備沒(méi)有任何螢幕或按鈕太少，無(wú)法有效地選擇音訊串流。這個(gè)角色稱(chēng)為廣播助理，可以是電話(huà)，例如控制聽(tīng)力設備。手機將掃描所選流的資訊并將其發(fā)送到聽(tīng)力設備。
廣播定義了四種角色：
廣播來(lái)源：建立BIS并透過(guò)擴展廣告和定期廣告來(lái)廣告所有資訊。
廣播接收器：掃描廣告找到廣播來(lái)源，并同步接收音訊串流
掃描委托者：公開(kāi)其功能并等待廣播助理接收廣播源的一些資訊和命令。掃描委托者還具有廣播接收器角色，以同步到所選的廣播來(lái)源。
廣播助理：掃描廣告尋找廣播來(lái)源，發(fā)現掃描委托人功能。它將廣播來(lái)源的資訊傳送給掃描委托者。
主要用例是：
1 部電話(huà)/筆記型電腦/電視將相同的音訊傳送到多個(gè)音訊裝置。
公共場(chǎng)所向任何想要透過(guò)藍牙接收的人發(fā)布 1 個(gè)公告。
1 段為聽(tīng)力損失人士播放的影片或會(huì )議，或翻譯成其他語(yǔ)言。
以下是火車(chē)站向任何人廣播的公告范例。揚聲器（或任何音訊設備）可以將自身同步到廣播來(lái)源（請參閱圖 6.1）?；虻靡嬗诰哂袕V播助理角色的智能手機（見(jiàn)圖 6.2）。
圖6.2 直播助手架構
7.遠端控制設定檔 Remote control profiles
通用音訊框架也定義了新的設定檔來(lái)控制一些音訊連結進(jìn)程：
現在音訊串流已啟動(dòng)，裝置需要其他設定檔來(lái)設定收聽(tīng)部分。我們在聽(tīng)音樂(lè )、打電話(huà)嗎？這就是這些其他配置文件的作用，增加了與任何設備的更多互通性。
媒體控制設定檔(MCP)Media control profile 及其服務(wù)（（通用）媒體控制服務(wù) - GMCS 和 MCS）：外圍設備將能夠透過(guò)任何操作來(lái)控制中央設備：?jiǎn)?dòng)、暫停、播放、停止媒體以及讀取一些資訊如曲目名稱(chēng)、曲目位置、下一首曲目等。
呼叫控制設定檔(CCP) Call control profile及其服務(wù)（（通用）電話(huà)承載服務(wù) - GTBS 和 TBS）：外設能夠執行電話(huà)可以執行的任何操作：接聽(tīng)、拒絕、保持、終止呼叫，并且還可以查看一些諸如呼叫者姓名、訊號、提供者等資訊。
協(xié)調集識別設定檔(CSIP) Coordinated set identification profile及其服務(wù)（協(xié)調集識別服務(wù) - CSIS）：它使多個(gè)裝置能夠識別為協(xié)調集（例如耳塞或音響系統）。有了這種訊息，中央設備就能夠連接到該組的所有設備并將它們配置在一起，以進(jìn)行音訊串流和控制。[10]
麥克風(fēng)控制設定檔（MICP）Microphone control profile 及其服務(wù)（麥克風(fēng)控制服務(wù) - MICS）：它允許使用者控制音訊輸入選擇及其屬性，例如音量偏移、靜音和取消靜音等[11]
音量控制設定檔(VCP)Volume control profile 及其服務(wù)（音量控制服務(wù) - VCS、音量偏移控制服務(wù) - VOCS、音訊輸入控制服務(wù) - AICS）：它允許使用者控制音訊串流的音量、偏移量、目前音量音量位置、靜音和取消靜音等。[12]
通用音訊設定檔( CAP)Common audio profile 能夠透過(guò)以下所有設定檔控制 BAP，從而建立處理音訊串流的完整框架。它可以將呼叫或媒體的某些命令與音訊串流的開(kāi)始/停止連結起來(lái)，或讀取其資訊（音樂(lè )標題、呼叫者姓名...）。也可以將指令連結在一起放在一組協(xié)調的耳機中（如兩個(gè)耳塞）。[13]
有關(guān)配置文件及其參數/可能性的更多詳細資訊在架構和整合中列出。
8.用例簡(jiǎn)介
CAP 上方是使用案例設定檔。他們定義了一些功能和程序，以便能夠與盡可能多的設備進(jìn)行互動(dòng)。
公共廣播設定檔(PBP)Public broadcast profile：為公共廣播（例如公告）和接收者（任何使用者）而制作。它僅使用廣播串流。[14]
2 個(gè)使用 PBP 制作的應用程式已經(jīng)可用：STM32WBA 公共廣播設定檔
電話(huà)和媒體音訊設定檔(TMAP)Telephony and media audio profile：專(zhuān)為呼叫和媒體用例而設計，它可以使用廣播和單播。[15]
2 個(gè)使用 TMAP 制作的應用程式已經(jīng)可用：STM32WBA 電話(huà)和媒體音訊設定文件
助聽(tīng)器設定檔(HAP)Hearing aid profile：專(zhuān)為助聽(tīng)器用例而設計。[16]
游戲音訊設定檔(GMAP)Gaming audio profile：專(zhuān)為游戲用例而設計。[17]
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