关于蓝牙 LE 音频技术解析

　　蓝牙特殊兴趣组 （SIG） 社区支持创新功能，包括各种网状网络、512 字节的扩展广播、使用特殊编码 PHY 以实现约 1 公里远距离的传输、定位服务（室内定位服务）、同步通道和 LE 音频（蓝牙 5.2规格）。每个蓝牙的最新版本都带有新功能，并提供多种应用优势。

　　关于蓝牙 LE 音频技术

　　蓝牙音频已经成为了市场上主流的解决方案，并且大多数耳塞和耳机都使用现有的经典蓝牙技术。然而，LE 音频将通过下一代蓝牙音频技术改变游戏规则。与经典蓝牙相比，LE 音频通过蓝牙低功耗无线电传输，并提供高音频质量和更低的功耗。LE 音频具有更多吸引人的新功能，例如多音频流、广播音频流，以及蓝牙音频用例的增强功能。

　　LE 音频的特点

　　LC3 编解码器音频：

　　通常，音频编解码器用于在发送方压缩音频流并在接收方解压缩以播放音频。LE音频推出了一种新的编解码器，即“低复杂度通信编解码器”（LC3），可实现高质量和低功耗特性。LC3 以较低的数据速率提供更好的质量，并可以提供灵活性，权衡音频质量和功耗之间的选择。在相同质量音频下，比特率比 SBC 编解码器低约 50%。

　　当前的经典蓝牙音频使用的是默认的 SBC 编解码器，该编解码器对高达 48khz 和 16 位深度的采样率具有很高的灵活性，并且可以传输高达 345kbps 的数据。但它的压缩算法会丢失高数据。而LC3 音频编解码器将支持 8khz 到 48khz 采样率的各种组合，每个音频样本的位深度为 16、24 和 32 位。LC3 是 LE 音频的强制编解码器，支持多个音频通道，可为用户提供高质量音频、更强大的音频、更长的电池寿命或更小的产品外形尺寸。

 

 

　　图 1：蓝牙编解码器比较

　　低功耗音频：LE音频的名字（Low Energy 低功耗）是不言自明的。它的音频功能支持蓝牙低功耗射频。显然，它为设计低功耗音频应用提供了各种机会。在这里，大多数用例将是使用电池供电的可穿戴设备。

　　在功耗和音频数据速率之间进行权衡，其中 LC3 编解码器有助于以降低 50% 的比特率实现相同的音频质量，这意味着 LE 无线电不需要更长时间保持活动状态，因此可降低功耗消耗。产品设计可以以更小的外形尺寸和更小的电池尺寸实现相同的音频质量。

　　多流音频：多流音频在源设备和一个或多个音频接收设备之间提供独立、同步的多个音频流。例如，智能手机作为源设备，一个或两个或多个耳塞作为接收设备。LE 音频充分利用了同步通道功能，提供了各种应用，如真正的TWS。此功能允许源设备和接收设备之间的多个音频流，并且这些流同步精度的误差大约为10-15 微秒。此功能可以在不同音源设备之间提供更流畅的切换，并有助于实现经典蓝牙的 A2DP 和 HFP 配置文件的功能。

 

 

　　图 2：多流音频

　　LE 音频多流可以通过 Connected Isochronous Streams （CIS） 实现，它使连接设备之间的逻辑传输能够在 ACL（异步连接链路）的任一侧传输数据。每个 CIS 可以在每个 CIS 事件上使用固定或可变数据大小以及成帧或未成帧的数据，带有单个或多个数据包。CIS 数据流量在设备之间可单向或双向，它使用协议来提高 CIS 中数据包传递的可靠性。

 

 

　　图 3：经典蓝牙和 LE 音频

　　广播音频：一项创新功能，可增强蓝牙音频领域的用例。它允许一个音频源设备向众多音频接收设备广播音频流。

　　可以使用“Broadcast Isochronous Stream”（BIS）启用广播音频功能。它用于向范围内的所有接收设备广播一个或多个同步数据流。它支持固定或可变大小，在每个 BIS 事件上使用带帧或不带帧的数据或多个数据包。它使用从源设备到接收设备的单向数据流，无需确认。BIS数据包可以通过增加每个BIS事件中子事件的数量来重传，以提高传递的可靠性。

 

 

　　图 4：广播音频

　　广播音频允许范围内的接收设备使用 两种广播方法加入正在广播的音频流：

　　开放广播：任何范围内的接收设备都可以开始接收广播音频。

　　封闭广播：任何范围内的接收设备都需要输入密钥才能参与任何源设备的音频流。

　　音频共享主要可以分为以下几类：

　　个人音频分享：用户可以与朋友和家人分享个人移动音乐。

　　基于位置的音频共享：特定位置可以使音频源设备能够为音频接收设备广播其周围的音频流。

　　例如，机场当局可以设置具有普通公告广播音频流的音频源设备，范围内的音频接收设备（乘客耳塞）就可以同时接收相同的音频流。

 

 

　　图 5：个人和基于位置的音频共享

　　蓝牙 LE 音频用例

　　LE音频将以不同的能力改变蓝牙音频领域的体验，增强各种蓝牙音频应用。让我们讨论一些特定于行业的应用程序：

　　医疗行业：

　　助听器：蓝牙音频为他们的音频产品带来了越来越多的消费者。对具有电话、低功耗和低延迟的单助听器或双助听器对设备的要求迅速增加。带有 LE 音频的助听器可提供从手机输入和输出的多流音频流量，并为每个音频流提供单独的控制。总体而言，LE 音频为用户提供了“无线通话、无线音乐、无线观看和无线通话”。

 

 

　　图 6：LE Audio 助听器

　　消费类电子产品：

　　音频源设备（电话/媒体音频）：LE 音频源设备可以将音频数据流发送到一个或多个接收设备，因为它支持多流功能。

　　手机、平板电脑、笔记本电脑、电视、投影仪、机顶盒、流媒体播放器等是 LE 音频源设备的几个应用场景。

　　音频接收设备（电话/媒体音频）：音频接收器将从一个或不同的源设备接收音频数据。在这里，多链接功能允许根据用户需求进行不同流控制。

　　耳塞、耳机和扬声器是 LE 音频接收设备的一些示例。

 

 

　　图 7：LE 音频源和接收器设备

　　汽车和工业行业：

　　音频源/接收器设备（电话/媒体音频）：汽车行业正在迅速向电动汽车 （EV） 发展。当前的信息娱乐系统将经典蓝牙用于音乐和电话配置文件，而信息娱乐中的 LE 音频将提供更多功能，例如用于音乐流和电话的音频共享，并具有优化的功耗。

　　基于位置的音频：广播音频是 LE 音频中的一个非常好的功能，可以为更多的观众提供许多不同的应用程序。让我们通过一些示例来了解基于位置的音频：

　　公共电视：图书馆、候诊室、健身房、机场、火车站、餐厅、宗教场所等的公共电视需要公共广播或指示音频传输，其中具有多个流的 LE 广播音频可以帮助实现这一要求。

　　多语言支持：研讨会/会议需要为不同地区的参与者提供不同的语言翻译，其中 LE 音频广播多流媒体将为不同的参与者提供各种语言翻译。

　　电影院需要对各种母语音频广播的多语言支持，用户可以同步他们的耳塞/耳机和助听器以选择语言音频流。