基于意法半导体STM32WBA55G-DK1 无线蓝牙LE audio解决方案

低功耗蓝牙 音讯是一项新功能，可透过低功耗蓝牙进行音讯串流。

现在几乎所有蓝牙装置都在使用蓝牙低功耗。需要双模式控制器透过经典蓝牙传输音讯的音讯串流装置除外。蓝牙特别兴趣小组 (Bluetooth® SIG) 提出了一种透过蓝牙低功耗启用和增强音讯串流的解决方案。

经典蓝牙(BR/EDR) 音讯已经是当今世界上最常用的音讯无线系统。下一代蓝牙低功耗音讯即将到来。与传统的蓝牙相比，低功耗蓝牙降低了功耗，并为音讯串流带来了全新的可能性。

其中之一是Auracast™广播音讯。 Auracast™ 是新的蓝牙标准。它使听众能够向多个用户共享音讯。它是根据以下三个基本原理定义的：

• 分享您的音讯：Auracast™ 广播可让您邀请其他人分享您的音讯体验，并拉近我们之间的距离

• 让世界变得安静：Auracast™ 广播音讯让您能够在公共场所充分享受电视节目，解除曾经的静音并创造更完整的观看体验

• 听到最好的声音：Auracast™ 广播让您可以在任何地方听到最好的声音。

有关 Bluetooth® 低功耗音讯和 Auracast™ 的更多资讯： ^{[1] [2] [3] [4]}

STMicroElectronics 推出的 STM32WBA 可透过 STM32 实现蓝牙®低功耗音讯。透过STM32WBA55G-DK开发套件，使用者可以存取嵌入式蓝牙®低功耗音讯软体，从而允许用户对其进行测试和使用。有四个可用的演示，可以在用例设定档中找到。这些应用程式包含在 STM32CubeWBA MCU 套件中。

2. LC3编解码器

蓝牙低功耗音讯基于新的音讯编解码器：LC3，用于低复杂性通讯编解码器。它是由弗劳恩霍夫 (Fraunhofer)设计的。这款编解码器可以在蓝牙低功耗音讯产品中免费使用，这意味着蓝牙低功耗音讯是完全可互通的，而不依赖供应商特定的编解码器。

LC3 带来了新的质量，高于经典蓝牙音讯上使用的强制编解码器。这款编解码器主要是为嵌入式产品设计的，具有较低的复杂性和较低的记忆体占用，但仍具有较高的品质。

LC3：

• 通道独立：可设定/用于单声道或立体声流

• 适用于音乐和语音（从窄带：8kHz 到全带：48kHz）

• 与行动编解码器完美配合（减少音讯损失）。

• 允许非常低的延迟（在音讯设定档中定义）

将 LC3 与经典蓝牙音讯的典型编解码器进行比较：

• LC3 的品质比 SBC 高得多，但复杂性更高

• LC3 的品质比 OPUS 更好，但复杂性更低

• LC3 的品质低于 LDAC 或 aptX（及其无损版本），因为它们的复杂性要高得多。

有关 LC3 及其在我们解决方案中的整合的相关资讯可以在这里找到：LC3 编解码器。

如果您需要更多信息，请参阅以下由蓝牙 SIG 进行的有关 LC3 的一些研究： ^[5] [6]

3.链路层和同步通道Link Layer and isochronous channels

蓝牙低功耗音讯也基于蓝牙 5.2 选择的功能：同步通道。这是链路层功能。此功能允许透过新连接传输：同步流。

有两种类型的同步流：

• 连接同步串流(CIS)：使用户能够透过蓝牙连线获得音讯串流。这是处理蓝牙低功耗音讯的经典方法（一台设备一个连接，例如耳机）。透过两个 CIS，使用者可以将同步音讯串流传输到两个不同的装置（用于耳塞或助听器）

• 广播等时流(BIS)：使用户能够向任何能够接收该音讯串流的接收器广播一个或两个音讯串流。它不需要连接，这意味着可以有无限数量的接收器。

这两种类型的同步流为蓝牙低功耗添加了新功能：

• 它定义了整个串流媒体时间的系统延迟（没有任何漂移）。此延迟低于经典蓝牙音讯。

• 同时它也定义了重传。应用程式可以请求优先考虑尽可能低的延迟的系统（这可能会导致由于最小重传而丢失一些资料包），或者优先考虑更好的品质的系统（这确保接收所有资料包，但可能导致更高的延迟）。

将同步串流与经典蓝牙音讯进行比较，可以注意到一些重要的差异：

它使发送者能够以无线电方式“传输”音讯。为了透过 ACL 连线启动单播音讯串流，单播用户端和服务器交换有关串流品质、重传、音讯通道数量（单声道/立体声）和延迟的资讯。

除了同步频道之外，Bluetooth® 低功耗音讯还需要两个功能：

• 扩展广告：例如，它可以提供公开某些音讯功能所需的更多信息

• 定期广告：此功能启用广告，这是周期性的而不是随机的。观察者可以同步获取一些信息，并查看一段时间内的任何变化。

4.音讯简介

现在，蓝牙低功耗音讯的基础（LC3 和同步通道）已启用，蓝牙SIG 开发了一个全新的框架，能够配置所有类型的音讯串流：

音讯框架的基础是音讯串流管理，由基本音讯设定档 (BAP) ^[7]定义。它是蓝牙®低功耗音讯的强制性设定档。它定义了流类型、配置、功能、品质、延迟等。

BAP 与三种服务一起使用：

• 发布的音讯功能服务(PACS)Published audio capabilities service：用于公开设备的音讯功能。

• 音讯串流控制服务（ASCS）Audio stream control service ：启用设定单播流。

• 广播音讯扫描服务（BASS）Broadcast audio scan service：允许请求客户端代表服务器扫描广播音讯串流。

BAP 定义了两种类型的串流：单播和广播，如下所列。

5.单播Unicast

单播是基于连线的同步串流 (CIS) 的连线音讯串流。这意味着透过单播，您可以透过 CIS 建立连接的音讯串流。要建立单播流，首先需要一个 ACL 连线来透过 GATT 和 LLCP 交换所有有用资讯。单播分为两个角色：

• 单播客户端：建立与单播服务器的连接，发现其功能并配置音讯流。该角色由智能手机、笔记型电脑、电视等使用。

• 单播服务器：通告其角色，公开其功能，接受单播服务器设定音讯串流。耳机、扬声器、某些助听器、某些耳塞甚至麦克风都可以使用此角色。

此外，单播客户端可以同步串流传输到两个单播服务器。

为了透过 ACL 连线启动单播音讯串流，单播用户端和服务器交换有关串流品质、重传、音讯通道数量（单声道/立体声）和延迟的资讯。

流可以是

• 单向（用于音乐）或双向（用于通话）。这称为音频流的拓扑。它们是由单播客户端从单播服务器公开的内容中选择的。 BAP 规格中列出了所有可能的拓朴。^[7]

• 低品质或高品质。单播客户端还根据单播服务器公开的内容选择品质。所有这些可能性也列在 BAP 规格中。^[7]

• 低延迟或高可靠性。这是在单播客户端和单播服务器之间交换的。 BAP 规范中对此进行了描述。^[7]

主要用例是：

• 1 部电话连接到 1 个耳机/扬声器（请参阅图 5.1）

• 1 支手机连接 2 个耳塞/助听器（见图 5.2）

图 5.1 带耳机的单播


图 5.2 使用某些耳塞进行单播

6.播出 Broadcast

广播是一种非连接的音讯串流，基于广播等时流（BIS）。任何能够扫描并同步到该音讯串流的接收器都可以听到它。这是一个新的用例，允许无限数量的用户收听相同的音讯串流。

它可以是手机上与朋友分享的音乐，也可以是直接翻译成另一种语言的会议通知，也可以是直接在耳塞中接收的火车通知。

该流是公开的，但可以加密，并且需要密码才能同步。由于串流是广播的，因此只能是单向的。

BAP 还增加了另一个功能。由于广播没有连接，用户需要一种方法来直接在接收器上同步到串流。但大多数时候，这些设备没有任何萤幕或按钮太少，无法有效地选择音讯串流。这个角色称为广播助理，可以是电话，例如控制听力设备。手机将扫描所选流的资讯并将其发送到听力设备。

广播定义了四种角色：

• 广播来源：建立BIS并透过扩展广告和定期广告来广告所有资讯。

• 广播接收器：扫描广告找到广播来源，并同步接收音讯串流

• 扫描委托者：公开其功能并等待广播助理接收广播源的一些资讯和命令。扫描委托者还具有广播接收器角色，以同步到所选的广播来源。

• 广播助理：扫描广告寻找广播来源，发现扫描委托人功能。它将广播来源的资讯传送给扫描委托者。

主要用例是：

• 1 部电话/笔记型电脑/电视将相同的音讯传送到多个音讯装置。

• 公共场所向任何想要透过蓝牙接收的人发布 1 个公告。

• 1 段为听力损失人士播放的影片或会议，或翻译成其他语言。

以下是火车站向任何人广播的公告范例。扬声器（或任何音讯设备）可以将自身同步到广播来源（请参阅图 6.1）。或得益于具有广播助理角色的智能手机（见图 6.2）。

图6.2 直播助手架构

7.远端控制设定档 Remote control profiles

通用音讯框架也定义了新的设定档来控制一些音讯连结进程：

现在音讯串流已启动，装置需要其他设定档来设定收听部分。我们在听音乐、打电话吗？这就是这些其他配置文件的作用，增加了与任何设备的更多互通性。

• 媒体控制设定档(MCP)Media control profile 及其服务（（通用）媒体控制服务 - GMCS 和 MCS）：外围设备将能够透过任何操作来控制中央设备：启动、暂停、播放、停止媒体以及读取一些资讯如曲目名称、曲目位置、下一首曲目等^。

• 呼叫控制设定档(CCP) Call control profile及其服务（（通用）电话承载服务 - GTBS 和 TBS）：外设能够执行电话可以执行的任何操作：接听、拒绝、保持、终止呼叫，并且还可以查看一些诸如呼叫^者姓名、讯号、提供者等资讯。

• 协调集识别设定档(CSIP) Coordinated set identification profile及其服务（协调集识别服务 - CSIS）：它使多个装置能够识别为协调集（例如耳塞或音响系统）。有了这种讯息，中央设备就能够连接到该组的所有设备并将它们配置在一起，以进行音讯串流和控制。^[10]

• 麦克风控制设定档（MICP）Microphone control profile 及其服务（麦克风控制服务 - MICS）：它允许使用者控制音讯输入选择及其属性，例如音量偏移、静音和取消静音等^[11]

• 音量控制设定档(VCP)Volume control profile 及其服务（音量控制服务 - VCS、音量偏移控制服务 - VOCS、音讯输入控制服务 - AICS）：它允许使用者控制音讯串流的音量、偏移量、目前音量音量位置、静音和取消静音等。^[12]

通用音讯设定档( CAP)Common audio profile 能够透过以下所有设定档控制 BAP，从而建立处理音讯串流的完整框架。它可以将呼叫或媒体的某些命令与音讯串流的开始/停止连结起来，或读取其资讯（音乐标题、呼叫者姓名...）。也可以将指令连结在一起放在一组协调的耳机中（如两个耳塞）。^[13]

有关配置文件及其参数/可能性的更多详细资讯在架构和整合中列出。

8.用例简介

CAP 上方是使用案例设定档。他们定义了一些功能和程序，以便能够与尽可能多的设备进行互动。

• 公共广播设定档(PBP)Public broadcast profile：为公共广播（例如公告）和接收者（任何使用者）而制作。它仅使用广播串流。^[14]

• 2 个使用 PBP 制作的应用程式已经可用：STM32WBA 公共广播设定档

• 电话和媒体音讯设定档(TMAP)Telephony and media audio profile：专为呼叫和媒体用例而设计，它可以使用广播和单播。^[15]

• 2 个使用 TMAP 制作的应用程式已经可用：STM32WBA 电话和媒体音讯设定文件

• 助听器设定档(HAP)Hearing aid profile：专为助听器用例而设计。^[16]

• 游戏音讯设定档(GMAP)Gaming audio profile：专为游戏用例而设计。^[17]