Документация

Коммуникационный кодек низкой сложности (LC3)

LE аудио включает в себя новый высококачественный кодек с низким энергопотреблением, известный как LC3. Он поддерживает широкий диапазон частот дискретизации, битовых скоростей и частоты кадров, что дает разработчикам продуктов максимальную гибкость для оптимизации своих продуктов, обеспечивая наилучшее качество звука для конечных пользователей. По сравнению с кодеком поддиапазона (SBC), реализованным классическим звуком, LC3 намного эффективнее в обработке и доставке звука. Сравнение LC3 и SBC, относящееся к стандартному тесту прослушивания стерео [1], подтверждает, что LC3 обеспечивает высокое качество звука при низких скоростях передачи данных. Результаты, показанные на [1], показывают, что даже на половине скорости передачи битов LC3 обеспечивает гораздо более высокое качество звука, чем SBC.

Внутренние недостатки SBC привели к тому, что производители аудиооборудования, такого как Bluetooth наушники, обратились к запатентованным решениям, таким как аудиокодек 3 (AC3) и AptX. Такие запатентованные решения нуждаются в специальной аппаратной поддержке и дополнительных затратах по сравнению со стандартными внедрениями. Внедрение LC3 устраняет зависимость от запатентованных решений, что приводит к снижению затрат на устройства. LC3 позволяет разработчикам изделий иметь эффективный компромисс между качеством звука и энергопотреблением. Высокое качество и низкое энергопотребление LC3 позволяют разработчикам оптимизировать срок службы аккумулятора устройства.

Многопоточное аудио

Многопотоковый звук позволяет передавать несколько независимых и синхронизированных аудиопотоков между устройством источника звука, таким как смартфон, и одним или несколькими устройствами приема звука, такими как наушники или наушники. Для поддержки многопоточного аудио в спецификации ядра Bluetooth 5.2 [2] представлены подключенный изохронный поток (CIS) и подключенная изохронная группа (CIG). Для получения дополнительной информации о СНГ и КГИ см. CIS и КГИ. На этом рисунке показано, как LE audio позволяет отправлять несколько аудиопотоков между источником и приемником.

Классический звук Bluetooth поддерживает только один двухточечный аудиопоток по расширенному профилю распространения звука (A2DP). Однако LE audio позволяет обрабатывать несколько изохронных аудиопотоков с синхронизацией между ними. Многопотоковая поддержка звука LE может улучшить производительность действительно беспроводных наушников, обеспечивая лучшее качество стереоизображения, делая использование услуг голосового помощника более плавным и делая переключение между несколькими устройствами источника звука более плавным [1].

Поддержка слуховых аппаратов

LE аудио обеспечивает эксклюзивную поддержку слуховых аппаратов. Обычно слуховые аппараты требуют низкого и эффективного энергопотребления. LE аудио поддерживает высокое качество, низкую мощность LC3 и эффективное энергопотребление, характерное для стандарта BLE. Звуковые слуховые аппараты LE совместимы, позволяя подключаться к большинству смартфонов, телевизоров и ноутбуков и делая эти устройства гораздо более доступными для людей с потерей слуха.

Общий доступ к широковещательному аудио

LE audio теперь поддерживает возможность широковещательной передачи одного или нескольких аудиопотоков на неограниченное количество аудиоприемных устройств. Широковещательное аудио открывает значительные новые возможности для инноваций, такие как новый сценарий использования Bluetooth, совместное использование аудио. Широковещательный общий доступ к аудио может быть личным (обмен аудио с окружающими) или основанным на местоположении (обмен аудио в общественных местах, таких как аэропорты).

Изменения конечного автомата канального уровня (LL)

Функционирование LL описывается с точки зрения конечного автомата. На этом рисунке показана схема состояний конечного автомата LL.

Спецификация ядра Bluetooth 5.2 [2] добавила в конечный автомат LL новое состояние - Isochronous Broadcasting. В состоянии Isochronous Broadcasting LL передает пакеты изохронных данных по изохронному физическому каналу. Состояние Isochronous Broadcasting может быть введено из состояния Standby. Если устройство находится в состоянии изохронного вещания, то оно упоминается как изохронный вещатель.

Изохронные каналы LE и архитектура передачи данных Bluetooth

Функция изохронных каналов LE позволяет передавать чувствительные к задержке данные между устройствами. Эта функция обеспечивает механизм для обеспечения синхронизации между несколькими приемными устройствами, принимающими данные из одного источника. Данные с истекшим сроком действия (данные, нарушающие установленный срок действия), которые не передаются, отбрасываются. Следовательно, принимающие устройства принимают данные, которые являются действительными в отношении их возраста и приемлемой задержки.

Архитектура передачи данных Bluetooth теперь поддерживает изохронные каналы LE. Изохронные каналы LE могут быть ориентированы на соединение или без соединения. В обоих случаях изохронная связь реализуется с использованием нового изохронного физического канала LE. Этот физический канал использует скачкообразную перестройку частоты и определяет синхронизацию первого пакета. Эта синхронизация действует как опорная точка для синхронизации последующих пакетов. Изохронный физический канал LE может работать на LE-некодированном (LE1M и LE2M) или LE-кодированном BLE PHY. Изохронный физический канал LE использует логические линии LE-Stream (LE-S) и LE-Frame (LE-F) для передачи аудиоданных и пакетов кадрированных данных соответственно. Ориентированные на соединение изохронные каналы используют логический транспорт LE-CIS и поддерживают двунаправленную связь. На этом рисунке показана процедура передачи данных изохронного канала, ориентированного на соединение.

Один поток LE-CIS обеспечивает одноточечную изохронную связь между двумя подключенными устройствами. Период очистки указывается для логического переноса LE-CIS. Любой пакет, который не был передан в течение периода очистки, отбрасывается. На этом рисунке показана процедура передачи данных изохронного канала без установления соединения.

Безсоединенная изохронная связь использует широковещательные изохронные потоки (BIS) и поддерживает только однонаправленную связь. BIS использует логические линии связи LE-S или LE-F по изохронному физическому каналу LE для пользовательских данных с новой логической линией управления LE-широковещанием (LEB-C), используемой для требований к управлению. Один BIS может передавать идентичные копии данных в множество приемных устройств.

СНГ и КГИ

CIS - это логический транспорт, который позволяет подключенным устройствам передавать изохронные данные однонаправленно и двунаправленно. Изохронные данные могут передаваться либо по логической линии связи LE-S, либо LE-F с использованием логического транспорта CIS. Каждый CIS связан с асинхронным соединением LE (ACL). CIS поддерживает пакеты переменного размера и передачу одного или нескольких пакетов в каждом изохронном событии. Эта возможность позволяет LE аудио поддерживать диапазон скоростей передачи данных. CIG состоит из двух или более CIS, которые имеют одинаковый интервал ISO (время между точками привязки соседних CIS) и которые, как ожидается, будут иметь временную связь на прикладном уровне или одной CIS. На этом рисунке показаны CIS и CIG, обслуживающие левую и правую стереоушные почки.

Максимальное количество CIS в CIG равно 31. КГИ появляется, когда создается его первый СНГ, и он перестает существовать, когда все его составляющие CIS уничтожаются.

На этом рисунке показана концепция событий и событий СНГ.

Каждое событие CIS происходит с регулярным интервалом ISO, который находится в диапазоне от 5 мс до 4 с, кратном 1,25 мс. Каждое событие CIS разделяется на одно или несколько субсвободов. В CIS во время субвыполнения ведущий (M) передает один раз, и подчиненный (S) отвечает, как показано на предыдущем рисунке. Событие CIS - это возможность для M и S обмениваться блоками данных протокола CIS (PDU). Подчиненное событие заканчивается в конце пакета S, если таковой имеется, и в конце пакета M. Изохронный канал изменяется в конце каждого субсвобода. LL закрывает событие CIS в конце последнего события.

Все CIS в CIG имеют одинаковые M, но могут иметь разные S. Событие CIG состоит из соответствующих событий CIS CIS, которые в настоящее время составляют этот CIG. Каждое событие CIG начинается в точке привязки самого раннего (в порядке передачи) CIS CIG и заканчивается в конце последнего подсвечения последнего события CIS того же события CIG. Любые два события CIG на одном и том же CIG не перекрываются, поскольку последнее событие CIS данного события CIG заканчивается перед первой точкой привязки CIS следующего события CIG.

Рассмотрим случай использования, когда аудиопоток со смартфона (источника) должен воспроизводиться в левом и правом бутонах (двух раковинах) наушников LE. Левый и правый бутоны устанавливают поток CIS с устройством-источником. Оба потока CIS являются частью одного CIG. Фрагмент звука, полученный источником, кодируют в пакет и передают копию в каждое приемное устройство по его потоку, по одному в течение ряда последовательных CIS-событий. Воспроизведение звука не должно начинаться до тех пор, пока все устройства в CIG не примут пакет.

BIS и вещательная изохронная группа (BIG)

BIS - это логический транспорт, который позволяет устройству передавать изохронные данные (famed или unframed). BIS поддерживает пакеты переменного размера и передачу одного или более пакетов в каждом изохронном событии, позволяя LE аудио поддерживать диапазон скоростей передачи данных. Трафик данных однонаправлен от вещательного устройства. Следовательно, не существует протокола подтверждения, что делает широковещательный изохронный трафик ненадежным. Для повышения надежности доставки пакетов BIS поддерживает несколько повторных передач.

BIG содержит два или более BIS, которые имеют одинаковый интервал ISO и которые, как ожидается, будут иметь временную связь на прикладном уровне или одной BIS. Максимальное число BIS в BIG равно 31. На этом рисунке показаны BIS и BIG, обслуживающие пару левого и правого стереоушных бутонов.

Для каждого BIS в пределах BIG существует расписание временных интервалов передачи (известных как события и подсвечения). На этом рисунке показана концепция BIS и BIG-событий и субобытий.

Каждое событие BIS начинается в точке привязки BIS и заканчивается после последнего события. Каждое событие BIG начинается в точке привязки BIG и заканчивается после управляющего подсвечения, если оно существует. Если подвида управления не существует, событие BIG заканчивается в конце последнего события BIS. Подчиненное событие BIS позволяет изохронному вещателю передавать BIS PDU и дает возможность синхронизированному приемнику принимать его. LL должен передавать один PDU данных BIS в начале каждого подсвечения события изохронной широковещательной передачи. Для каждого события BIS источник данных должен посылать пакет данных, состоящий из полезной нагрузки номера пакета (BN). Подсвечения каждого события BIS разбиты на группы подсвестов BN. Каждое событие BIG содержит необязательный элемент управления. Если присутствует управляющее подсвечение, то LL передает один блок PDU управления BIG в начале управляющего подсвечения, чтобы послать управляющую информацию о BIG. LL не передает BIG Control PDU в любое другое время.

Блок данных протокола изохронного физического канала (PDU)

Блок PDU изохронного физического канала содержит 16-битный заголовок, полезную нагрузку переменного размера и необязательное поле проверки целостности сообщения (MIC). На этом рисунке показана структура пакетов блока PDU изохронного физического канала.

Формат полей Header и Payload зависит от типа используемого блока PDU изохронного физического канала. Изохронный физический канал PDU является CIS PDU или BIS PDU при использовании на CIS или BIS соответственно. Поле MIC включено во все PDU, которые содержат ненулевую полезную нагрузку, передаваемую по зашифрованному CIS или BIS. Если PDU посылается по незашифрованному CIS или BIS или имеет полезную нагрузку нулевой длины, то поле MIC отсутствует.

На этом рисунке показана структура пакетов заголовка PDU изохронного физического канала для CIS PDU.

CIS PDU может быть CIS PDU данных или CIS null PDU. CIS Data PDU несет изохронные данные, в то время как CIS null PDU используется, когда данные не существуют, чтобы быть sent. В этой таблице объясняется содержимое поля Header.

На этом рисунке показана структура пакетов заголовка PDU изохронного физического канала для PDU BIS.

BIS PDU может быть BIS PDU данных или BIG PDU управления. Блок PDU данных BIS несет изохронные данные. PDU управления BIG посылает управляющую информацию для BIG. В этой таблице объясняется содержимое поля Заголовок.

На этом рисунке показана структура пакетов поля полезной нагрузки в PDU управления BIG.

Поле Opcode указывает различные типы PDU управления BIG. Поле Opcode указывает поле CtrData в полезной нагрузке блока управления PDU BIG. Для данного кода операции длина поля CtrData фиксирована.

Изохронный адаптационный слой (ISOAL)

Для поддержки звука LE спецификация ядра Bluetooth 5.2 [2] представила ISOAL в стеке Bluetooth, который присутствует в контроллере над LL. ISOAL обеспечивает совместную работу нижнего и верхнего слоев пакета. Эта гибкость позволяет размеру изохронных пакетов данных, созданных и используемых верхними уровнями, отличаться от размера, используемого логическим транспортом CIS или BIS в LL. ISOAL предоставляет услуги сегментации, фрагментации, повторной сборки и рекомбинации для преобразования SDU с верхнего уровня в PDU менеджера ресурсов основной полосы частот и наоборот. ISOAL позволяет верхнему уровню использовать временные интервалы, которые отличаются от интервалов, используемых LL, так что скорость SDU, обмениваемых с верхними уровнями, не совпадает со скоростью, с которой они обмениваются с LL. Изохронный механизм связи использует интерфейс контроллера хоста (HCI) в качестве интерфейса от верхнего уровня к ISOAL. Блоки SDU передаются в верхний уровень и из верхнего уровня либо с использованием пакетов данных ISO HCI, либо через транспорт, специфичный для реализации.