關于藍牙 LE 音頻技術解析

　　藍牙特殊興趣組 （SIG） 社區支持創新功能，包括各種網狀網絡、512 字節的擴展廣播、使用特殊編碼 PHY 以實現約 1 公里遠距離的傳輸、定位服務（室內定位服務）、同步通道和 LE 音頻（藍牙 5.2規格）。每個藍牙的最新版本都帶有新功能，并提供多種應用優勢。

　　關于藍牙 LE 音頻技術

　　藍牙音頻已經成為了市場上主流的解決方案，并且大多數耳塞和耳機都使用現有的經典藍牙技術。然而，LE 音頻將通過下一代藍牙音頻技術改變游戲規則。與經典藍牙相比，LE 音頻通過藍牙低功耗無線電傳輸，并提供高音頻質量和更低的功耗。LE 音頻具有更多吸引人的新功能，例如多音頻流、廣播音頻流，以及藍牙音頻用例的增強功能。

　　LE 音頻的特點

　　LC3 編解碼器音頻：

　　通常，音頻編解碼器用于在發送方壓縮音頻流并在接收方解壓縮以播放音頻。LE音頻推出了一種新的編解碼器，即“低復雜度通信編解碼器”（LC3），可實現高質量和低功耗特性。LC3 以較低的數據速率提供更好的質量，并可以提供靈活性，權衡音頻質量和功耗之間的選擇。在相同質量音頻下，比特率比 SBC 編解碼器低約 50%。

　　當前的經典藍牙音頻使用的是默認的 SBC 編解碼器，該編解碼器對高達 48khz 和 16 位深度的采樣率具有很高的靈活性，并且可以傳輸高達 345kbps 的數據。但它的壓縮算法會丟失高數據。而LC3 音頻編解碼器將支持 8khz 到 48khz 采樣率的各種組合，每個音頻樣本的位深度為 16、24 和 32 位。LC3 是 LE 音頻的強制編解碼器，支持多個音頻通道，可為用戶提供高質量音頻、更強大的音頻、更長的電池壽命或更小的產品外形尺寸。

　　圖 1：藍牙編解碼器比較

　　低功耗音頻：LE音頻的名字（Low Energy 低功耗）是不言自明的。它的音頻功能支持藍牙低功耗射頻。顯然，它為設計低功耗音頻應用提供了各種機會。在這里，大多數用例將是使用電池供電的可穿戴設備。

　　在功耗和音頻數據速率之間進行權衡，其中 LC3 編解碼器有助于以降低 50% 的比特率實現相同的音頻質量，這意味著 LE 無線電不需要更長時間保持活動狀態，因此可降低功耗消耗。產品設計可以以更小的外形尺寸和更小的電池尺寸實現相同的音頻質量。

　　多流音頻：多流音頻在源設備和一個或多個音頻接收設備之間提供獨立、同步的多個音頻流。例如，智能手機作為源設備，一個或兩個或多個耳塞作為接收設備。LE 音頻充分利用了同步通道功能，提供了各種應用，如真正的TWS。此功能允許源設備和接收設備之間的多個音頻流，并且這些流同步精度的誤差大約為10-15 微秒。此功能可以在不同音源設備之間提供更流暢的切換，并有助于實現經典藍牙的 A2DP 和 HFP 配置文件的功能。

　　圖 2：多流音頻

　　LE 音頻多流可以通過 Connected Isochronous Streams （CIS） 實現，它使連接設備之間的邏輯傳輸能夠在 ACL（異步連接鏈路）的任一側傳輸數據。每個 CIS 可以在每個 CIS 事件上使用固定或可變數據大小以及成幀或未成幀的數據，帶有單個或多個數據包。CIS 數據流量在設備之間可單向或雙向，它使用協議來提高 CIS 中數據包傳遞的可靠性。

　　圖 3：經典藍牙和 LE 音頻

　　廣播音頻：一項創新功能，可增強藍牙音頻領域的用例。它允許一個音頻源設備向眾多音頻接收設備廣播音頻流。

　　可以使用“Broadcast Isochronous Stream”（BIS）啟用廣播音頻功能。它用于向范圍內的所有接收設備廣播一個或多個同步數據流。它支持固定或可變大小，在每個 BIS 事件上使用帶幀或不帶幀的數據或多個數據包。它使用從源設備到接收設備的單向數據流，無需確認。BIS數據包可以通過增加每個BIS事件中子事件的數量來重傳，以提高傳遞的可靠性。

　　圖 4：廣播音頻

　　廣播音頻允許范圍內的接收設備使用 兩種廣播方法加入正在廣播的音頻流：

　　開放廣播：任何范圍內的接收設備都可以開始接收廣播音頻。

　　封閉廣播：任何范圍內的接收設備都需要輸入密鑰才能參與任何源設備的音頻流。

　　音頻共享主要可以分為以下幾類：

　　個人音頻分享：用戶可以與朋友和家人分享個人移動音樂。

　　基于位置的音頻共享：特定位置可以使音頻源設備能夠為音頻接收設備廣播其周圍的音頻流。

　　例如，機場當局可以設置具有普通公告廣播音頻流的音頻源設備，范圍內的音頻接收設備（乘客耳塞）就可以同時接收相同的音頻流。

　　圖 5：個人和基于位置的音頻共享

　　藍牙 LE 音頻用例

　　LE音頻將以不同的能力改變藍牙音頻領域的體驗，增強各種藍牙音頻應用。讓我們討論一些特定于行業的應用程序：

　　醫療行業：

　　助聽器：藍牙音頻為他們的音頻產品帶來了越來越多的消費者。對具有電話、低功耗和低延遲的單助聽器或雙助聽器對設備的要求迅速增加。帶有 LE 音頻的助聽器可提供從手機輸入和輸出的多流音頻流量，并為每個音頻流提供單獨的控制?？傮w而言，LE 音頻為用戶提供了“無線通話、無線音樂、無線觀看和無線通話”。

　　圖 6：LE Audio 助聽器

　　消費類電子產品：

　　音頻源設備（電話/媒體音頻）：LE 音頻源設備可以將音頻數據流發送到一個或多個接收設備，因為它支持多流功能。

　　手機、平板電腦、筆記本電腦、電視、投影儀、機頂盒、流媒體播放器等是 LE 音頻源設備的幾個應用場景。

　　音頻接收設備（電話/媒體音頻）：音頻接收器將從一個或不同的源設備接收音頻數據。在這里，多鏈接功能允許根據用戶需求進行不同流控制。

　　耳塞、耳機和揚聲器是 LE 音頻接收設備的一些示例。

　　圖 7：LE 音頻源和接收器設備

　　汽車和工業行業：

　　音頻源/接收器設備（電話/媒體音頻）：汽車行業正在迅速向電動汽車 （EV） 發展。當前的信息娛樂系統將經典藍牙用于音樂和電話配置文件，而信息娛樂中的 LE 音頻將提供更多功能，例如用于音樂流和電話的音頻共享，并具有優化的功耗。

　　基于位置的音頻：廣播音頻是 LE 音頻中的一個非常好的功能，可以為更多的觀眾提供許多不同的應用程序。讓我們通過一些示例來了解基于位置的音頻：

　　公共電視：圖書館、候診室、健身房、機場、火車站、餐廳、宗教場所等的公共電視需要公共廣播或指示音頻傳輸，其中具有多個流的 LE 廣播音頻可以幫助實現這一要求。

　　多語言支持：研討會/會議需要為不同地區的參與者提供不同的語言翻譯，其中 LE 音頻廣播多流媒體將為不同的參與者提供各種語言翻譯。

　　電影院需要對各種母語音頻廣播的多語言支持，用戶可以同步他們的耳塞/耳機和助聽器以選擇語言音頻流。