突破藍(lán)牙編碼

如今，許多手機(jī)制造商在其產(chǎn)品說(shuō)明中將藍(lán)牙列為最突出的特點(diǎn)之一。全球越來(lái)越多的國(guó)家和地區(qū)通過(guò)立法，強(qiáng)制用戶在駕駛中撥打或接聽(tīng)電話時(shí)使用免提設(shè)備或耳機(jī);在這個(gè)方面，藍(lán)牙是一種理想的無(wú)線解決方案，因此越來(lái)越多的手機(jī)都采用了藍(lán)牙技術(shù)，這已成為一種趨勢(shì)。佩帶著藍(lán)牙耳機(jī)漫步街頭也越來(lái)越被社會(huì)所接受，并提高了藍(lán)牙在電話上的配售率。配售率逐年不斷提高，耳機(jī)與移動(dòng)電話搭配(“捆綁”)提供的情況越來(lái)越多，這也有助于運(yùn)營(yíng)商和手機(jī)廠商將其產(chǎn)品差異化。所有這些趨勢(shì)均說(shuō)明了一點(diǎn)：語(yǔ)音通話越來(lái)越依賴于藍(lán)牙。

隨著藍(lán)牙耳機(jī)使用率的提高，用戶也開(kāi)始要求其語(yǔ)音信號(hào)的質(zhì)量達(dá)到固定電話的通話質(zhì)量。所以，面對(duì)不斷提高語(yǔ)音信號(hào)質(zhì)量以及降低功耗等壓力，本文旨在探討解決這些問(wèn)題的一種藍(lán)牙技術(shù)方法。

藍(lán)牙語(yǔ)音面臨的難題

在藍(lán)牙無(wú)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(yǔ)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(dá)到目的地，并重新組合成原來(lái)的形式即可(例如對(duì)傳輸不敏感的圖像)，當(dāng)圖像數(shù)據(jù)被細(xì)分為數(shù)據(jù)塊并在藍(lán)牙鏈路處于安靜模式時(shí)傳輸。至于語(yǔ)音流量，用戶則不能容忍他們的各個(gè)部分通話內(nèi)容在不同的時(shí)間抵達(dá)對(duì)方，或者通話內(nèi)容被拆解。流暢而實(shí)時(shí)的信息(音頻流)對(duì)于可用的語(yǔ)音連接非常重要。

為此，藍(lán)牙技術(shù)設(shè)計(jì)支持兩種類型的空中接口：藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范包含支持?jǐn)?shù)據(jù)流量的ACL(異步無(wú)連接)數(shù)據(jù)包和支持語(yǔ)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(shù)，它提供對(duì)稱同步業(yè)務(wù)，并在固定的時(shí)間間隔內(nèi)預(yù)留時(shí)隙，因此適合對(duì)時(shí)間要求較高的數(shù)據(jù)，如語(yǔ)音。藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范還支持每個(gè)主設(shè)備擁有三個(gè)同步語(yǔ)音信道(SCO鏈路)。

標(biāo)簽：語(yǔ)音信道 可變斜率

語(yǔ)音信道采用連續(xù)可變斜率增量調(diào)制(CVSD)語(yǔ)音編碼方案，并且SCO規(guī)定數(shù)據(jù)包不得重傳。藍(lán)牙技術(shù)中選用CVSD CODEC，是因?yàn)樗谔幚韥G失或損壞的語(yǔ)音樣本時(shí)非常可靠。背景噪音越高，干擾水平就越高，而CVSD編碼語(yǔ)音卻可以接受誤碼率達(dá)4%的語(yǔ)音。

當(dāng)輸出位顯示預(yù)測(cè)值比輸入波形大或小時(shí)(二進(jìn)位制中，用1或0來(lái)表示值的變化)，這種增量調(diào)制方案就會(huì)遵循波形。為了降低這種基本二進(jìn)位方法的斜率過(guò)載效應(yīng)，可以進(jìn)行音節(jié)壓擴(kuò)：按照平均信號(hào)斜率調(diào)整步長(zhǎng)。輸入CVSD編碼器的是每秒64k樣本的線性PCM信號(hào)。

藍(lán)牙技術(shù)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(lán)牙v1.2推出擴(kuò)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(duì)于傳輸質(zhì)量不一定是“二進(jìn)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(lán)牙目前支持重傳功能，藍(lán)牙語(yǔ)音數(shù)據(jù)包仍然通過(guò)默認(rèn)的CVSD編碼系統(tǒng)進(jìn)行編碼。這就給語(yǔ)音流量處理方式的改善留下了余地。

舉例來(lái)說(shuō)，在第六代藍(lán)牙技術(shù)中，CSR公司解決了CVSD作為語(yǔ)音流量編碼方法的局限，引入了射頻(特別是掃描技術(shù))的各項(xiàng)改進(jìn)內(nèi)容，提高了靈敏度和傳輸功率。對(duì)手機(jī)制造商而言還有另外一個(gè)好處，即這些無(wú)線電改進(jìn)項(xiàng)目極大地節(jié)省了功耗。

在藍(lán)牙上增加基于PCM的編碼技術(shù)后，就能夠降低語(yǔ)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(lán)牙系統(tǒng)所需的功耗。藍(lán)牙芯片市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者CSR公司在其BlueCore6產(chǎn)品系列中實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)，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(shù)，它是CVSD的理想補(bǔ)充。后者能夠處理誤碼，因此克服了藍(lán)牙沒(méi)有重傳功能，只能依賴于SCO數(shù)據(jù)包來(lái)傳輸語(yǔ)音的不足。但是，eSCO能夠探測(cè)誤碼并對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行重傳，所以沒(méi)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(hào)，因此藍(lán)牙傳輸器和接收器只需大約一半的運(yùn)行時(shí)間。CSR公司的試驗(yàn)證明，該方法與所有其它藍(lán)牙系統(tǒng)采用的CVSD編碼技術(shù)相比，能夠?yàn)樗{(lán)牙系統(tǒng)節(jié)省40%的功耗。

在評(píng)估音頻質(zhì)量水平方面，平均意見(jiàn)得分(MOS)是一種普遍接受的ITU-T音頻質(zhì)量衡量標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)，得5分幾乎是不可能的)。64Kbps的CVSD編碼語(yǔ)音信號(hào)(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(shuō)，如果采用ADPCM，可使藍(lán)牙連接的語(yǔ)音通話達(dá)到更高的通話質(zhì)量(就是說(shuō)達(dá)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(diǎn)。在嘈雜的環(huán)境中，通過(guò)采用CSR公司BlueCore6采用了AuriStream技術(shù)的耳機(jī)與同樣采用了AuriStream的手機(jī)相連接，可以使語(yǔ)音撥號(hào)變得更為精確，操作也更簡(jiǎn)單。

因?yàn)镃SR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(yǔ)音信道。CVSD傳統(tǒng)上支持三個(gè)同步SCO語(yǔ)音信道。雖然現(xiàn)在的藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范規(guī)定僅支持三個(gè)信道，但采用藍(lán)牙增強(qiáng)型數(shù)據(jù)速率(藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范v2.0或v2.1，數(shù)據(jù)速率高達(dá)3Mbps)的32Kbps鏈路ADPCM，將有可能支持多達(dá)七個(gè)更高質(zhì)量的eSCO信道。。

當(dāng)藍(lán)牙設(shè)備需要與沒(méi)有采用CSR公司AuriStream技術(shù)的藍(lán)牙產(chǎn)品連接時(shí)，CVSD仍可提供支持。藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范中仍然批準(zhǔn)CVSD。目前，只有采用BlueCore6技術(shù)的產(chǎn)品才能獲益于CSR公司采用ADPCM的AuriStream技術(shù)。在與非AuriStream的藍(lán)牙設(shè)備連接時(shí)，BlueCore6將退回到CVSD編碼。

藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范為語(yǔ)音通訊提供了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但是，想要使其產(chǎn)品獲得最佳語(yǔ)音質(zhì)量的設(shè)計(jì)者需要考慮的是：CSR公司采用ADPCM編碼的AuriStream等其它技術(shù)的應(yīng)用，能否使他們離自己的目標(biāo)更近。