Документация

Кодек связи низкой сложности (LC3)

LE аудио включает в себя новый кодек высокого качества с низкой степенью, известный как LC3. Он поддерживает широкую область значений частот дискретизации, битрейтов и систем координат, предоставляя разработчикам продуктов максимальную гибкость для оптимизации их продуктов, чтобы обеспечить наилучшие возможности для использования аудио конечными пользователями. По сравнению с субдиапазонным кодеком (SBC), реализованным классическим аудио, LC3 намного эффективнее в обработке и передаче аудио. Сравнение между LC3 и SBC, относящееся к стандартному тесту прослушивания стерео [1], проверяет, что LC3 обеспечивает высокое качество звука при низкой скорости передачи данных. Результаты, показанные на [1], показывают, что даже на половине скорости передачи битов LC3 обеспечивает намного более высокий уровень звука, чем SBC.

Присущие SBC недостатки привели к тому, что производители аудиооборудования, такого как Bluetooth-наушники, обращались к фирменным решениям, таким как аудиокодек 3 (AC3) и AptX. Такие фирменные решения нуждаются в конкретной аппаратной поддержке и увеличивают затраты по сравнению со стандартными реализациями. Внедрение LC3 устраняет зависимость от фирменных решений, что приводит к снижению затрат на устройство. LC3 позволяет разработчикам продуктов иметь эффективный компромисс между качеством звука и потреблением степени. Высокое качество, низкая характеристика степени LC3 позволяет разработчикам продукта оптимизировать долговечность батареи устройства.

Многопоточное аудио

Многопоточный звук позволяет вам передавать несколько, независимых и синхронизированных аудиопотоков между устройством-источником аудио, таким как смартфон, и одним или несколькими устройствами-приемниками аудио, такими как наушники или наушники. Для поддержки многопоточного аудио в спецификации Bluetooth Core 5.2 [2] был представлен подключенный изохронный поток (CIS) и подключенная изохронная группа (CIG). Для получения дополнительной информации о СНГ и CIG см. CIS и CIG. Этот рисунок показывает, как аудио LE позволяет вам отправлять несколько аудиопотоков между источником и приемником.

Классический аудио Bluetooth поддерживает только один аудиопоток «точка-точка» по расширенному профилю распределения аудио (A2DP). Однако LE-аудио позволяет вам обрабатывать несколько изохронных аудиопотоков с синхронизацией между ними. Многопоточная поддержка LE-аудио может улучшить эффективность действительно беспроводных наушников, обеспечивая лучший опыт стереовизуализации, делая использование услуг голосового ассистента более плавным и улучшая переключение между несколькими устройствами источника звука [1].

Поддержка слуховых аппаратов

LE audio обеспечивает эксклюзивную поддержку слуховых аппаратов. Обычно слуховые аппараты требуют низкого и эффективного потребления степени. LE-аудио поддержек высоким качеством, низкой степенью способностью LC3 и эффективной характеристикой потребления степени стандарта BLE. Звуковые аппараты с поддержкой LE совместимы, что позволяет подключаться к большинству смартфонов, телевизоров и ноутбуков и делает эти устройства намного более доступными для людей с потерей слуха.

Широковещательное совместное использование аудио

Теперь LE audio поддерживает возможность широковещательной передачи одного или нескольких аудиопотоков на неограниченное количество аудиоотводов. Широковещательная передача аудио открывает значительные новые возможности для инноваций, такие как новый пример использования Bluetooth, совместное использование аудио. Широковещательное совместное использование аудио может быть личным (обмениваться аудио с людьми вокруг вас) или локальным (обмениваться аудио в общественных местах, таких как аэропорты).

Изменения на конечный автомат слоя (LL)

Функционирование LL описано в терминах конечного автомата. Этот рисунок показывает диаграмму состояний конечного автомата LL.

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

LE Isochronous Channels и архитектура переноса данных Bluetooth

Функция LE-изохронных каналов позволяет вам передавать чувствительные к задержкам данные между устройствами. Эта функция предоставляет механизм для обеспечения синхронизации между несколькими приемными устройствами, принимающими данные от одного и того же источника. Просроченные данные (данные, которые нарушают срок действия), которые не передаются, отбрасываются. Следовательно, приемные устройства принимают данные, которые действительны относительно их возраста и приемлемой задержки.

Архитектура передачи данных Bluetooth теперь поддерживает изохронные каналы LE. Изохронные каналы LE могут быть ориентированы на соединение или не иметь соединения. В обоих случаях изохронная связь реализуется с использованием нового изохронного физического канала LE. Этот физический канал использует скачкообразное изменение частоты и определяет время первого пакета. Эта синхронизация действует как ссылка точка для синхронизации последующих пакетов. Изохронный физический канал LE может работать с LE Uncoded (LE1M и LE2M) или LE Coded BLE PHY. Изохронный физический канал LE использует логические ссылки LE-Stream (LE-S) и LE-Frame (LE-F) для передачи аудиоданных и пакетов данных с кадрами, соответственно. Ориентированные на соединение изохронные каналы используют логический транспорт LE-CIS и поддерживают двунаправленную связь. Этот рисунок показывает процедуру ориентированной на соединение передачи данных изохронного канала.

Один поток LE-CIS обеспечивает изохронную связь между двумя подключенными устройствами. Период промывки задан для логического транспорта LE-CIS. Любой пакет, который не был передан в течение периода промывки, отбрасывается. Этот рисунок показывает процедуру передачи данных без соединения изохронного канала.

Бессоединительная изохронная связь использует широковещательные изохронные потоки (BIS) и поддерживает только однонаправленную связь. BIS использует логические ссылки LE-S или LE-F по изохронному физическому каналу LE для пользовательских данных с новой логической ссылкой управления LE-broadcast (LEB-C), используемым для требований управления. Одна BIS может транслировать идентичные копии данных на несколько приемных устройств.

СНГ и CIG

CIS является логическим транспортом, который позволяет подключенным устройствам передавать изохронные данные однонаправленно и двунаправленно. Изохронные данные могут быть переданы либо в логическом канале LE-S, либо в логической ссылке LE-F с помощью логического транспорта CIS. Каждая CIS связана с LE-асинхронным соединением (ACL). CIS поддерживает пакеты переменного размера и передачу одного или нескольких пакетов в каждом изохронном событии. Эта возможность позволяет LE-аудио поддерживать область значений скоростей передачи данных. CIG состоит из двух или более CIS, которые имеют один и тот же интервал ISO (время между точками привязки смежных CIS) и которые, как ожидается, будут иметь временные отношения на прикладном слое или одной CIS. Этот рисунок показывает CIS и CIG обслуживания левого и правого стерео почек уха.

Максимальное количество CIS в CIG составляет 31. CIG появляется, когда создается его первый СНГ, и он перестает существовать, когда все входящие в него СНГ уничтожаются.

Этот рисунок иллюстрирует концепцию событий и подзаписей СНГ.

Каждое событие CIS происходит на регулярном интервале ISO, который находится в области значений от 5 мс до 4 с кратно 1,25 мс. Каждое событие CIS разбито на одно или несколько подэтапов. В CIS во время subevent Master (M) передает один раз, и Slave (S) отвечает, как показано на предыдущем рисунке. Событие CIS является возможностью для M и S обмениваться модулями данных протокола CIS (PDU). Subevent заканчивается в конце пакета S, если таковой имеется, и в конце пакета M. Изохронный канал изменяется в конце каждого подметки. LL закрывает событие CIS в конце своего последнего подменю.

Все CIS в CIG имеют один и тот же M, но могут иметь различные S. Событие CIG состоит из соответствующих событий СНГ, составляющих в настоящее время этот CIG. Каждое событие CIG начинается в точке якоря самой ранней (в порядке передачи) CIS CIG и заканчивается в конце последней подзаписи последнего CIS того же события CIG. Любые два события CIG на том же CIG не перекрываются, поскольку последнее событие CIS данного события CIG заканчивается перед первой точкой привязки CIS следующего события CIG.

Рассмотрим пример использования, когда аудиопоток со смартфона (источник) должен воспроизводиться в левой и правой почках (двух раковинах) наушников LE. Каждый из левого и правого буферов устанавливает поток CIS с исходным устройством. Оба потока CIS являются частью одного и того же CIG. Фрагмент звука, создаваемый источником, кодируется в пакет и копия передается каждому приемному устройству по его потоку по одному за раз в течение ряда последовательных событий CIS. Воспроизведение аудио не должно начинаться, пока все устройства в CIG не получат пакет.

BIS и широковещательная изохронная группа (BIG)

BIS является логическим транспортом, который позволяет устройству передавать изохронные данные (известные или нефреймовые). BIS поддерживает пакеты переменного размера и передачу одного или нескольких пакетов в каждом изохронном событии, что позволяет LE-аудио поддерживать область значений скоростей передачи данных. Трафик данных является однонаправленным от широковещательного устройства. Поэтому протокол подтверждения не существует, что делает широковещательный изохронный трафик ненадежным. Для повышения надежности доставки пакетов BIS поддерживает несколько повторных передач.

BIG содержит две или более BIS, которые имеют один и тот же интервал ISO и которые, как ожидается, будут иметь временные отношения в слой приложения или одной BIS. Максимальное количество BIS в BIG составляет 31. Этот рисунок показывает BIS и BIG, обслуживающие пару стерео-почек левого и правого стерео-уха.

Для каждой BIS в пределах BIG существует расписание временных пазов передачи (известных как events и subevents). Этот рисунок показывает концепцию событий и подзаписей BIS и BIG.

Каждое событие BIS начинается в точке привязки BIS и заканчивается после его последнего подменю. Каждое событие BIG начинается в точке привязки BIG и заканчивается после подевентного элемента управления, если он существует. Если control subevent не существует, событие BIG заканчивается в конце последнего события BIS. Subevent BIS позволяет изохронному вещателю передавать БИС PDU и позволяет синхронизированному приемнику принимать его. LL должен передать один PDU данных BIS в начале каждого подменю события изохронного вещания. Для каждого события BIS источник данных должен послать пакет данных, состоящий из полезных нагрузок с номером пакета (BN). Каждый из подэвентов каждого события BIS разделяется на группы подэвентов BN. Каждое событие BIG содержит необязательный подевентный элемент управления. Если имеется подэвент управления, LL передает один PDU БОЛЬШОГО управления в начале подэвента управления, чтобы передать управляющую информацию о BIG. LL не передает BIG Control PDU в любое другое время.

Модуль данных протокола изохронного физического канала (PDU)

Блок PDU изохронного физического канала содержит 16-битный заголовок, полезную нагрузку переменного размера и необязательное поле проверки целостности сообщений (MIC). Этот рисунок показывает структуру пакета изохронного физического канала PDU.

Формат полей Header и Payload зависит от типа используемого изохронного физического канала PDU. Изохронный физический канал PDU является PDU CIS или BIS PDU, когда используется в CIS или BIS, соответственно. Поле MIC включено во все PDU, которые содержат ненулевую полезную нагрузку, переданную в зашифрованных CIS или BIS. Если PDU передается в незашифрованных CIS или BIS или имеет полезную нагрузку нулевой длины, то поле MIC отсутствует.

Этот рисунок показывает структуру пакета заголовка PDU изохронного физического канала для PDU CIS.

PDU CIS может быть PDU данных CIS или пустым PDU CIS. Блок PDU данных CIS содержит изохронные данные, в то время как блок PDU null CIS используется в тех случаях, когда нет данных, подлежащих представлению. Эта таблица объясняет содержимое поля Header.

Этот рисунок показывает структуру пакета заголовка PDU изохронного физического канала для PDU BIS.

PDU BIS может быть PDU данных BIS или PDU управления BIG. PDU данных BIS содержит изохронные данные. BIG control PDU отправляет управляющую информацию для BIG. В этой таблице описывается содержимое поля Header.

Этот рисунок показывает структуру пакета поля Payload в блоке BIG control PDU.

Поле Opcode задает различные типы BIG Control PDU. Поле Opcode задает поле CtrData в Payload of BIG control PDU. Для данного Opcode фиксированная длина поля CtrData.

Слой изохронной адаптации (ISOAL)

Для поддержки LE-аудио спецификация Bluetooth Core 5.2 [2] представила ISOAL в стеке Bluetooth, который присутствует в контроллере над LL. ISOAL позволяет нижнему и верхнему слоям стека работать вместе. Эта гибкость позволяет, чтобы размер изохронных пакетов данных, созданных и используемых верхними слоями, отличался от размера, используемого логическим транспортом CIS или BIS в LL. ISOAL предоставляет услуги сегментации, фрагментации, повторной сборки и рекомбинации для преобразования SDU с верхнего слоя в PDU менеджера ресурсов основной полосы частот и наоборот. ISOAL позволяет верхнему уровню использовать интервалы синхронизации, которые отличаются от используемых LL, так что скорость SDU, обмениваемых с верхними слоями, не совпадает со скоростью, с которой они обмениваются с LL. Изохронный механизм связи использует интерфейс главного контроллера (HCI) в качестве интерфейса от верхнего слоя к ISOAL. Блоки SDU передаются на верхний слой и из него либо с помощью пакетов данных ISO HCI, либо по транспорту, специфичному для реализации.