基于A2DP框架的近距离无线音频通信研究

随着蓝牙技术在电子产品中的日益普及，蓝牙音频设备也层出不穷，其中具有免提功能的蓝牙耳机和蓝牙音频网关的应用是最典型的例子。但免提单元与音频网关进行音频传输建立起来的SCO连接，仅能支持64Kb/s电信级语音质量的音频流，这也就限制了蓝牙音频质量的提高，同时也影响了蓝牙的娱乐消费市场。为了满足人们对高质量音频的需求，进一步扩大蓝牙产品市场，蓝牙特殊兴趣小组SIG组织，在蓝牙 1.1规范的应用框架基础上又单独提出了高级音频分发框架（Advanced Audio Distribution Profile，A2DP）。该框架利用了在L2CAP层建立起来的ACL异步无连接链路来传输高质量的单声道或者立体声音频数据，有效负载的传输速率可以达到300～400Kb/s。

A2DP框架概述
在娱乐消费市场中，A2DP实例化应用就是用音乐播放器把音频数据通过ACL连接发送到耳机或者音箱上。目前的框架规范中，并不支持同步的一点对多点的广播式音频分发，而对于点对点音频的分发，又存在着两种不同的角色，一个是信源设备（SRC），这种设备作为发起者将数字音频流发送到Piconet网中；另一个是信宿设备，是接收信源发出的音频流的设备。如果蓝牙音乐播放器是信源设备，那么与之交互的蓝牙耳机就是信宿设备，信源和信宿的区别就在于，它是发起者还是接收者。下面对该框架所涉及的具体协议和其依赖框架进行分析。

1 A2DP应用框架
在典型的蓝牙音频相关框架的整体结构中，A2DP框架所处的位置如图1所示。
服务发现应用框架（SDAP）所提供的功能，是向其他蓝牙设备提供自身所具备的服务，并且能够使用远程设备所提供的服务和功能。在实际应用中，几乎所有框架都支持服务发现协议（SDP）。蓝牙音频视频遥控应用框架（AVRCP）实现了蓝牙设备之间的遥控功能，例如，音乐播放器的前进、后退、停止、播放等控制信令的传输。免提功能头戴式设备应用框架（HFP/HSP），最主要的应用就是实现了蓝牙耳机的免提功能和某些蓝牙设备的音频网关功能。

高级音频分发框架（A2DP）依赖于通用音频视频分发框架（GAVDP），GAVDP定义了设置音频和视频流传输的步骤，而A2DP则进一步定义了音频流传输的参数和步骤细节。

在实际应用中，逻辑链路控制适配层协议（L2CAP）要求比较高的可靠性，基带的广播数据分组将被禁止使用，因此，L2CAP层并不支持可靠的多点传输信道，这也就是A2DP框架不支持多点广播式音频分发的主要原因之一。而对于面向高层协议的开发和应用者，L2CAP层协议是透明的，因此这里对A2DP轻型框架具体实现的相关描述，也仅限于L2CAP层以上，A2DP相关的协议及框架如AVDTP、GAVDP等协议模块的设计。

图1 蓝牙音频框架整体结构

图1中的蓝牙主机控制接口HCI层，是协议栈中软硬件的接口。这里所涉及的硬件环境是主机与主机控制器连接模型，HCI层以上的协议（如SDP）在主机上运行，而以下的协议（如传输层的蓝牙基带协议等）由蓝牙主机控制器硬件来完成，这样既保证了底层协议传输的稳定性，又支持了上层应用协议的可扩展性。一旦在市场条件成熟，蓝牙技术的硬件部分就可以被更快的硬件射频技术所取代，高层传输协议经过移植仍然可以沿袭使用，大大缩短蓝牙产品的研发周期。

2 A2DP框架协议栈
A2DP是音频传输框架，它通过蓝牙传输层和对等设备，把音频数据流从音频信源（SRC）到音频信宿（SNK）进行分发，因此该框架所包含的协议栈也分为两个部分，具体表现如图2所示。

图2 A2DP框架协议栈

基带协议（Baseband Protocol）、链路管理协议（LMP）、逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）及服务发现协议（SDP），在蓝牙核心协议规范中都有定义。而蓝牙音频视频分发传输协议AVDTP则定义了蓝牙设备之间数据流句柄的参数协商、建立和传输过程以及相互交换的信令实体形式，该协议是A2DP框架的基础协议。

轻型A2DP框架协议实现
这里所提出的A2DP框架协议的实现集中在音频信源端，并未设计信宿端。之所以定义为轻型的，是因为在A2DP规范1.0基础之上，实现了此规范所规定的强制性功能，即在信源端仅仅实现了高级音频分发的基本功能，如立体声音频的传输，只支持低复杂度子带编解码（SBC）标准，而对其他编解码标准并未涉及；在A2DP模块的实现中并未包括任何的编解码能力，这是在用户层上实现的，是上层应用程序在设置阶段，通过配置协商来做相应的编码，解码和音频内容的转换工作；AVDTP模块的功能不包括校验和报告，也不包括媒体多路复用，校验和报告通道的建立。

1 协议模块划分
A2DP框架协议划分了3个模块：A2DP模块、GAVDP模块和AVDTP模块，另外还包括测试协议栈所需要的Audio应用程序测试模块。对于GAVDP，虽然该功能模块包括音频/视频两种数据流的传输与分发，但是由于这里侧重对音频流进行讨论，所以视频流相关模块（VDP）并未实现。图3是具体实现模块划分图。