基于A2DP框架的近距離無線音頻通信研究

隨著藍牙技術在電子產品中的日益普及，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關的應用是最典型的例子。但免提單元與音頻網關進行音頻傳輸建立起來的SCO連接，僅能支持64Kb/s電信級語音質量的音頻流，這也就限制了藍牙音頻質量的提高，同時也影響了藍牙的娛樂消費市場。為了滿足人們對高質量音頻的需求，進一步擴大藍牙產品市場，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框架（Advanced Audio Distribution Profile，A2DP）。該框架利用了在L2CAP層建立起來的ACL異步無連接鏈路來傳輸高質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
在娛樂消費市場中，A2DP實例化應用就是用音樂播放器把音頻數據通過ACL連接發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對多點的廣播式音頻分發，而對于點對點音頻的分發，又存在著兩種不同的角色，一個是信源設備（SRC），這種設備作為發起者將數字音頻流發送到Piconet網中；另一個是信宿設備，是接收信源發出的音頻流的設備。如果藍牙音樂播放器是信源設備，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，它是發起者還是接收者。下面對該框架所涉及的具體協議和其依賴框架進行分析。

1 A2DP應用框架
在典型的藍牙音頻相關框架的整體結構中，A2DP框架所處的位置如圖1所示。
服務發現應用框架（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，并且能夠使用遠程設備所提供的服務和功能。在實際應用中，幾乎所有框架都支持服務發現協議（SDP）。藍牙音頻視頻遙控應用框架（AVRCP）實現了藍牙設備之間的遙控功能，例如，音樂播放器的前進、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現了藍牙耳機的免提功能和某些藍牙設備的音頻網關功能。

高級音頻分發框架（A2DP）依賴于通用音頻視頻分發框架（GAVDP），GAVDP定義了設置音頻和視頻流傳輸的步驟，而A2DP則進一步定義了音頻流傳輸的參數和步驟細節。

在實際應用中，邏輯鏈路控制適配層協議（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傳輸信道，這也就是A2DP框架不支持多點廣播式音頻分發的主要原因之一。而對于面向高層協議的開發和應用者，L2CAP層協議是透明的，因此這里對A2DP輕型框架具體實現的相關描述，也僅限于L2CAP層以上，A2DP相關的協議及框架如AVDTP、GAVDP等協議模塊的設計。

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

2 A2DP框架協議棧
A2DP是音頻傳輸框架，它通過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）進行分發，因此該框架所包含的協議棧也分為兩個部分，具體表現如圖2所示。

圖2 A2DP框架協議棧

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

輕型A2DP框架協議實現
這里所提出的A2DP框架協議的實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A2DP規范1.0基礎之上，實現了此規范所規定的強制性功能，即在信源端僅僅實現了高級音頻分發的基本功能，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A2DP模塊的實現中并未包括任何的編解碼能力，這是在用戶層上實現的，是上層應用程序在設置階段，通過配置協商來做相應的編碼，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 協議模塊劃分
A2DP框架協議劃分了3個模塊：A2DP模塊、GAVDP模塊和AVDTP模塊，另外還包括測試協議棧所需要的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，但是由于這里側重對音頻流進行討論，所以視頻流相關模塊（VDP）并未實現。圖3是具體實現模塊劃分圖。