突破藍牙編碼

如今，許多手機制造商在其產(chǎn)品說明中將藍牙列為最突出的特點之一。全球越來越多的國家和地區(qū)通過立法，強制用戶在駕駛中撥打或接聽電話時使用免提設備或耳機;在這個方面，藍牙是一種理想的無線解決方案，因此越來越多的手機都采用了藍牙技術，這已成為一種趨勢。佩帶著藍牙耳機漫步街頭也越來越被社會所接受，并提高了藍牙在電話上的配售率。配售率逐年不斷提高，耳機與移動電話搭配(“捆綁”)提供的情況越來越多，這也有助于運營商和手機廠商將其產(chǎn)品差異化。所有這些趨勢均說明了一點：語音通話越來越依賴于藍牙。

隨著藍牙耳機使用率的提高，用戶也開始要求其語音信號的質(zhì)量達到固定電話的通話質(zhì)量。所以，面對不斷提高語音信號質(zhì)量以及降低功耗等壓力，本文旨在探討解決這些問題的一種藍牙技術方法。

藍牙語音面臨的難題

在藍牙無線鏈路上傳輸?shù)男畔?ldquo;數(shù)據(jù)”有兩種基本形式：異步數(shù)據(jù)和同步語音。異步意味著信息不需要以連續(xù)數(shù)據(jù)流的方式傳輸——只要所有數(shù)據(jù)能夠達到目的地，并重新組合成原來的形式即可(例如對傳輸不敏感的圖像)，當圖像數(shù)據(jù)被細分為數(shù)據(jù)塊并在藍牙鏈路處于安靜模式時傳輸。至于語音流量，用戶則不能容忍他們的各個部分通話內(nèi)容在不同的時間抵達對方，或者通話內(nèi)容被拆解。流暢而實時的信息(音頻流)對于可用的語音連接非常重要。

為此，藍牙技術設計支持兩種類型的空中接口：藍牙技術規(guī)范包含支持數(shù)據(jù)流量的ACL(異步無連接)數(shù)據(jù)包和支持語音流量的SCO(同步面向連接)數(shù)據(jù)包。SCO屬于電路交換技術，它提供對稱同步業(yè)務，并在固定的時間間隔內(nèi)預留時隙，因此適合對時間要求較高的數(shù)據(jù)，如語音。藍牙技術規(guī)范還支持每個主設備擁有三個同步語音信道(SCO鏈路)。

標簽：語音信道 可變斜率

語音信道采用連續(xù)可變斜率增量調(diào)制(CVSD)語音編碼方案，并且SCO規(guī)定數(shù)據(jù)包不得重傳。藍牙技術中選用CVSD CODEC，是因為它在處理丟失或損壞的語音樣本時非常可靠。背景噪音越高，干擾水平就越高，而CVSD編碼語音卻可以接受誤碼率達4%的語音。

當輸出位顯示預測值比輸入波形大或小時(二進位制中，用1或0來表示值的變化)，這種增量調(diào)制方案就會遵循波形。為了降低這種基本二進位方法的斜率過載效應，可以進行音節(jié)壓擴：按照平均信號斜率調(diào)整步長。輸入CVSD編碼器的是每秒64k樣本的線性PCM信號。

藍牙技術規(guī)范v1.2版尋求解決SCO連接的一些局限性：SCO的上下行碼率為固定的64Kbps，并且不允許數(shù)據(jù)包重傳。藍牙v1.2推出擴展型SCO(eSCO)傳輸，允許損壞數(shù)據(jù)包的重傳;這樣可以提高SCO的傳輸質(zhì)量，而SCO傳輸質(zhì)量對于傳輸質(zhì)量不一定是“二進位”的連接非常重要，例如音頻或視頻數(shù)據(jù)的傳輸。但是，盡管藍牙目前支持重傳功能，藍牙語音數(shù)據(jù)包仍然通過默認的CVSD編碼系統(tǒng)進行編碼。這就給語音流量處理方式的改善留下了余地。

舉例來說，在第六代藍牙技術中，CSR公司解決了CVSD作為語音流量編碼方法的局限，引入了射頻(特別是掃描技術)的各項改進內(nèi)容，提高了靈敏度和傳輸功率。對手機制造商而言還有另外一個好處，即這些無線電改進項目極大地節(jié)省了功耗。

在藍牙上增加基于PCM的編碼技術后，就能夠降低語音和音頻流量所需的數(shù)據(jù)速率，并提高潛在容量，或極大地降低藍牙系統(tǒng)所需的功耗。藍牙芯片市場的領導者CSR公司在其BlueCore6產(chǎn)品系列中實現(xiàn)了這一點，該系列產(chǎn)品于2007年9月上市。

ADPCM是一種眾所周知并已被廣泛接受的CODEC技術，它是CVSD的理想補充。后者能夠處理誤碼，因此克服了藍牙沒有重傳功能，只能依賴于SCO數(shù)據(jù)包來傳輸語音的不足。但是，eSCO能夠探測誤碼并對數(shù)據(jù)包進行重傳，所以沒有必要再依賴CVSD了。

ADPCM與CVSD的不同之處在于：它的取樣速度慢，并能夠發(fā)現(xiàn)樣本之間的不同。ADPCM以32Kbps的較低速率(CVSD的速率為64Kbps)傳輸固定電話質(zhì)量的信號，因此藍牙傳輸器和接收器只需大約一半的運行時間。CSR公司的試驗證明，該方法與所有其它藍牙系統(tǒng)采用的CVSD編碼技術相比，能夠為藍牙系統(tǒng)節(jié)省40%的功耗。

在評估音頻質(zhì)量水平方面，平均意見得分(MOS)是一種普遍接受的ITU-T音頻質(zhì)量衡量標準，其中1代表最低質(zhì)量而5代表最高質(zhì)量(根據(jù)ITU的標準，得5分幾乎是不可能的)。64Kbps的CVSD編碼語音信號(不允許重試)的MOS得分為2.46;32Kbps碼率的ADPCM CODEC(允許2次重試)的MOS得分為4.14。更為確切地說，如果采用ADPCM，可使藍牙連接的語音通話達到更高的通話質(zhì)量(就是說達到固定電話的通話質(zhì)量)。

ADPCM編碼在質(zhì)量方面還有其它的優(yōu)點。在嘈雜的環(huán)境中，通過采用CSR公司BlueCore6采用了AuriStream技術的耳機與同樣采用了AuriStream的手機相連接，可以使語音撥號變得更為精確，操作也更簡單。

因為CSR公司BlueCore6上采用的AuriStream可支持32Kbps速率的ADPCM(為CVSD的數(shù)據(jù)速率64Kbps的一半)，所以還有潛力支持更多的語音信道。CVSD傳統(tǒng)上支持三個同步SCO語音信道。雖然現(xiàn)在的藍牙技術規(guī)范規(guī)定僅支持三個信道，但采用藍牙增強型數(shù)據(jù)速率(藍牙技術規(guī)范v2.0或v2.1，數(shù)據(jù)速率高達3Mbps)的32Kbps鏈路ADPCM，將有可能支持多達七個更高質(zhì)量的eSCO信道。。

當藍牙設備需要與沒有采用CSR公司AuriStream技術的藍牙產(chǎn)品連接時，CVSD仍可提供支持。藍牙技術規(guī)范中仍然批準CVSD。目前，只有采用BlueCore6技術的產(chǎn)品才能獲益于CSR公司采用ADPCM的AuriStream技術。在與非AuriStream的藍牙設備連接時，BlueCore6將退回到CVSD編碼。

藍牙技術規(guī)范為語音通訊提供了一個堅實的基礎。但是，想要使其產(chǎn)品獲得最佳語音質(zhì)量的設計者需要考慮的是：CSR公司采用ADPCM編碼的AuriStream等其它技術的應用，能否使他們離自己的目標更近。