蓝牙高级音频应用系统软件的设计研究

【中心议题】

•        *提出了一个新的系统应用框架模型———蓝牙高级音频应用模型
•        *给出了软件设计

【解决方案】

•        *免提应用模式下HP和AG之间的免提通话
•        *立体声音频流传输模式下SRC和SNK之间的立体声音频流传输
•        *音视频遥控模式下CT和TG之间的无线遥控

0引言

蓝牙技术是一种无线数据与数字通信的开放性全球规范，属于短距离无线通信技术。它以低成本的近距离无线连接为基础，用于替代数字设备和计算机外设间的电缆连线以及实现

数字设备之间的无线组网。蓝牙技术产品体积小、功耗低，可以方便地集成到数字设备中，具有广阔的应用前景。音视频传输技术作为蓝牙应用的一大方向，SIG发布了一系列的应用协议和框架为其提供规范与保证。本文提出了蓝牙高级音频系统的应用模型和解决方案，设计并实现符合应用框架规范要求的蓝牙高级音频系统应用软件，主要包括音频流传输、免提以及音视频遥控3方面的应用设计。

1蓝牙高级音频技术应用系统模型

蓝牙高级音频技术的应用模型是以蓝牙免提应用框架（Hand Free Profile，HFP）、蓝牙头戴式设备应用框架（Head SetProfile，HSP）、高级音频分发框架（Advanced Audio Distribution

Profile，A2DP）、音频视频遥控应用框架（Audio Vedio RemoteControl Profile，AVRCP）为基础发展而来，组成模型的各蓝牙实体部分在各种不同应用模式下的角色定义如下：

在免提应用的模式下，蓝牙手机作为音频网关AG，立体声蓝牙耳机（包括麦克风）作为免提设备HF。AG负责与HF建立音频连接，并把手机通话通过蓝牙语音链路转接至HF；在立体声音频流传输的模式下，蓝牙适配器作为信源端SRC，立体声蓝牙耳机作为信宿端SNK。SRC负责查找并连接SNK的流端点，并将编码后的立体声音频流通过蓝牙数据信道传送给SNK；在音视频遥控的模式下，立体声蓝牙耳机（包括遥控）作为控制器CT，蓝牙适配器作为目标机TG。CT作为遥控指令的发送端，负责遥控会话的建立并发送控制指令至TG；TG作为指令的接收端，根据控制指令的内容和自身的当前状态执行相应的控制操作，并回复响应消息。

2音频流传输应用软件设计

音频流传输应用软件部分是基于高级音频分发框架（A2DP）的。该部分软件提供一些比较低层的服务，以允许设备对一个音频流进行建立、配置、开始传输以及挂起。音频流被导

入BC3－MM芯片的DSP中进行编码、解码操作，然后再通过低层蓝牙协议堆栈固件传输至相连的设备。为利用蓝牙的异步无连接（ACL）传输高质量的单声道（Mono）和立体声（Stereo）音频（Audio）数据，我们根据高级音频分发框架（A2DP）中所描述的通信流程构造该部分应用层软件实体，其中蓝牙适配器作为信源端，蓝牙立体声耳机作为信宿端。

该部分应用层软件核心部分是一个有限状态机，它通过控制AVDTP层中信令的交换并根据响应信息进行状态的跃迁，从而实现音频流的配置、建立、传输、暂停和释放过程。信令交

换采用命令／响应事务模式。音频流传输的通信流程整体上定义为初始化、流连接建立、数据流传输、流暂停和流释放5个阶段。

（1）初始化阶段：信源端（SRC）和信宿端（SNK）均处于Ini-tiating状态，应用程序在AVDTP层注册流端点（Stream EndPoint，SEP）为其分配流端点标识符（SEID），并配置SEP所能提供的服务能力信息。

（2）流建立阶段：先由SRC查找并收集SNK的流端点的服务能力信息，选定音频参数对SEP进行应用服务能力和传输服务能力的配置；然后，SRC发起音频流连接建立过程，建立L2CAP信道连接并打开相应的传输会话，后续的操作可由SRC和SNK两端中的任何一方发起，软件中相应的设备角色也转换为发起方（INT）和接受方（ACP）。

（3）数据流传输阶段：INT先调用库函数对便携式播放器输出的模拟音频数据进行ADC转换工作，之后对音频数据进行编码操作并传输到ACP；ACP将收到的分组进行解码，形成模拟音频信号驱动扬声器输出。

（4）流暂停阶段：该阶段可选，当双方正在进行数据流传输时，由于INT方的某些特殊需要，需进行流暂停。该过程必须首先由INT方发起流暂停请求，在ACP方收到请求后，双方进入流暂停状态。

（5）音频流释放阶段：由任一端作为INT来关闭本地SEP，释放相关资源，断开相应的传输信道。

3免提应用软件设计

免提应用软件部分是基于免提应用框架（HFP）的。在具体实现过程中，蓝牙立体声耳机作为免提设备（HF），蓝牙手机作为音频网关（AG）。免提应用软件的通信流程可分为初始化、匹配并建立服务级连接、AT指令／响应和连接释放4个阶段。

（1）初始化阶段。该过程由耳机端发起，应用程序进行初始化工作，主要包括生成HFP实例，配置本地SDP参数等工作。

（2）匹配并建立服务级连接阶段。首先HF免提应用程序接受外部按键命令信息进入匹配（Pair）模式，并处于Discover-able状态，相应的AG要进行查询HFP服务以及PIN码验证操作以完成匹配过程；匹配成功之后，建立服务级连接的过程由HF发起，HF先依据初始化阶段配置的SDP数据获取建立服务级连接必需的参数，初始化与AG的RFCOMM层信道，然后向AG发送建立服务级连接请求，并在限定时间内得到AG端返回的确认信息后，完成与远端AG建立服务级连接的工作。

（3）AT命令／响应阶段。在服务级连接成功建立完成后，可以进行蓝牙免提通话了，蓝牙免提通话的全部功能是HF和AG通过RFCOMM层传输蓝牙耳机应用框架中的AT指令来实现的。

（4）连接释放阶段。HF与AG均可以在需要时断开现有的服务级连接，同时与之对应的RFCOMM连接也会断开。免提软件实体一旦收到“HFP＿SLC＿DISCONNECT＿CFM”消息，则认为自己与AG的服务级连接已经断开。

4音视频遥控软件设计

音视频遥控软件部分是基于音视频遥控应用框架（AVR-CP）的，而AVRCP又基于音视频控制传输协议（AVCTP）。在该部分软件实体的实现过程中按照AVRCP的规定，将立体声耳机作为遥控器CT，蓝牙适配器作为目标机TG，信令的交换采用命令／响应事务模式。遥控应用的软件核心部分被构造成一个有限状态机，它通过AVCTP层进行信令的交换，并根据响应信息进行状态的跃迁，从而实现控制信道的初始化配置、连接建立、基于AV／C指令集的数据分组收发处理和信道的释放。

（1）控制信道的初始化配置阶段。CT和TG初始化本地AVRCP实体，应用程序根据收到的响应信息确认初始化完成。

（2）控制连接建立阶段。建立过程可由CT发起，也可由TG发起。在信源端通过查找得知信宿端支持AVRCP服务的情况下，CT应用程序即可发起对指定TG的AVRCP连接请求，TG对收到的连接请求予以确认，CT端应用程序根据响应信息认为控制连接已经建立。

（3）基于AV／C指令集的数据分组收发处理阶段。对应“典型的命令／响应流程”部分。控制连接一旦建立完成，CT和TG间就可以进行AV／C指令的收发。

（4）控制信道释放阶段。CT向本地应用程序和TG发送释放请求，CT和TG断开并向低层归还占用的L2CAP信道等资源，完成整个控制信道的释放。

5结束语

本文在研究多个蓝牙应用框架基础上，提出了一个新的系统应用框架模型———蓝牙高级音频应用模型，设计并实现了符合应用框架规范要求的蓝牙高级音频系统应用软件，实现了3

大主要功能：免提应用模式下HP和AG之间的免提通话、立体声音频流传输模式下SRC和SNK之间的立体声音频流传输、音视频遥控模式下CT和TG之间的无线遥控。