助力真無(wú)線發(fā)展　藍(lán)牙LE Audio解析

張丁山

今年1月，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布了新一代的藍(lán)牙5.2技術(shù)規(guī)范，其中最受用戶關(guān)注的特性就是藍(lán)牙音頻技術(shù)，即LEAudio（Low Engery音頻）o這項(xiàng)技術(shù)解決了目前藍(lán)牙技術(shù)的最大痛點(diǎn)：多點(diǎn)傳輸問(wèn)題，也增加了不少新特性，或?qū)母旧细淖僒WS（真無(wú)線立體聲）耳機(jī)行業(yè)。

從藍(lán)牙說(shuō)起

藍(lán)牙技術(shù)的初衷原本是在小型移動(dòng)設(shè)備及相關(guān)外設(shè)之間進(jìn)行通訊及數(shù)據(jù)傳輸，以取代線纜。因此，藍(lán)牙主要以BR/EDR（基礎(chǔ)速率和增強(qiáng)速率）工作在無(wú)需授權(quán)的2.4GHz ISM頻道，也就是我們常說(shuō)的經(jīng)典藍(lán)牙。這項(xiàng)技術(shù)到現(xiàn)在已經(jīng)過(guò)8個(gè)版本的更新，速度從最初1.1版本的748Kb/s，增加到4.0版本的24M b/s，并逐步改進(jìn)了抗干擾、穩(wěn)定性和能耗表現(xiàn)。

按照創(chuàng)造者們的想法，藍(lán)牙鍵盤(pán)和鼠標(biāo)才算是最接近初衷的產(chǎn)品形態(tài)之一。沒(méi)想到藍(lán)牙在音頻傳輸領(lǐng)域特別吃香，據(jù)悉在2019年里，藍(lán)牙音頻產(chǎn)品的發(fā)貨量超過(guò)10億臺(tái)。

為了解決傳輸音質(zhì)問(wèn)題，基于A2DP（ Advanced Audio DistributionProfile高級(jí)音頻發(fā)送配置協(xié)議）的SBC、AAC、APT-X、LDAC等各種編碼技術(shù)相繼出現(xiàn)，為了遠(yuǎn)程聽(tīng)歌還能控制設(shè)備的AVRCP（ Audio/VideoRemote Control Profile音頻視頻遠(yuǎn)程控制協(xié)議）也應(yīng)用廣泛，人們?cè)谟盟{(lán)牙傳輸音頻這項(xiàng)技能上瘋狂升級(jí)，從而也賦予了藍(lán)牙更多的可能。

當(dāng)然，很多音頻發(fā)燒友們對(duì)藍(lán)牙總是嗤之以鼻。因?yàn)樗{(lán)牙的帶寬遠(yuǎn)不夠傳輸無(wú)損音頻，更不用說(shuō)碼率更高的DSD、DFF音頻，所以必須經(jīng)過(guò)有損編碼降低碼率，實(shí)際上SBC、AAC、apt-X等編碼格式都是一種降低碼率向藍(lán)牙速率妥協(xié)的產(chǎn)物。那這樣一來(lái)，藍(lán)牙傳輸音頻會(huì)經(jīng)過(guò)兩次解碼和一次編碼：源文件→ PCM→AAC/SBC/apt-x→PCM。由于編碼有損，那么源文件是否為無(wú)損Hi-Fi意義并不大，就算索尼的LDAC也只敢宣稱接近Hi-Res，所以藍(lán)牙音頻很難滿足音頻發(fā)燒友的需求。當(dāng)然，這也跟耳機(jī)本身的素質(zhì)有一定的關(guān)系。

除了速度問(wèn)題，對(duì)于廠商們而言還有個(gè)不大不小的問(wèn)題，藍(lán)牙數(shù)據(jù)只能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸。A2DP傳輸立體聲，是由藍(lán)牙接收芯片堆棧數(shù)據(jù)之后解碼得到左右聲道信號(hào)，但沒(méi)法做到讓藍(lán)牙分別同時(shí)傳輸左右聲道，所以我們看到，凡是欣賞音樂(lè)的藍(lán)牙耳機(jī)，左右單元都會(huì)有線纜連接成一個(gè)整體。當(dāng)然，用慣了有線耳機(jī)的我們，對(duì)這種設(shè)計(jì)不會(huì)感到不妥，廠商們對(duì)這種非常成熟的方案也喜聞樂(lè)見(jiàn)。本來(lái)大家相安無(wú)事，但這時(shí)有人出來(lái)攪局——蘋(píng)果公司，它“剪”掉了耳機(jī)上的所有線纜，仿佛在無(wú)線耳機(jī)市場(chǎng)投下了一顆“炸彈”。

蘋(píng)果剪掉了耳機(jī)線

2016年，蘋(píng)果打著“重新發(fā)明了無(wú)線耳機(jī)”的旗號(hào)推出了AirPods，采用二分音符造型，左右單元完全獨(dú)立的耳機(jī)引起了極大爭(zhēng)議。我們知道，蘋(píng)果的產(chǎn)品，如同奔馳生產(chǎn)的汽車(chē)，都逃不過(guò)真香定律。只是這時(shí)候人們才發(fā)現(xiàn)，iPhone取消3.5mm耳機(jī)口原來(lái)是在下一盤(pán)很大的棋。

蘋(píng)果并不只是在AirPods的造型上標(biāo)新立異，而是在兩個(gè)獨(dú)立單元里塞進(jìn)了太多領(lǐng)先的功能，真正實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫體驗(yàn)。所有的這一切，都是基于蘋(píng)果的Apple Wl芯片實(shí)現(xiàn)的。關(guān)于這顆芯片的參數(shù)、內(nèi)在技術(shù)、傳輸協(xié)議，官方一直三緘其口。不過(guò)我們能夠總結(jié)出幾個(gè)特點(diǎn)，Wl首先是極大地簡(jiǎn)化了藍(lán)牙耳機(jī)的連接配對(duì)，只要靠近iPhone或Apple Watch即刻配對(duì)完成。通過(guò)iCloud與Mac與iPad進(jìn)行連接，AirPods可以在不同設(shè)備之間自由切換。同時(shí)，其連接穩(wěn)定性和連接范圍也是友商的藍(lán)牙耳機(jī)望塵莫及的。其次，Wl配合耳機(jī)內(nèi)置的語(yǔ)音加速感應(yīng)器、光學(xué)傳感器等，能夠自動(dòng)感應(yīng)和控制音頻、麥克風(fēng)，戴上之后馬上就能播放音樂(lè)。最后，Wl功耗控制非常出色，一次充電也可以連續(xù)使用5小時(shí)，配合充電盒，總續(xù)航時(shí)間能超過(guò)24小時(shí)。

針對(duì)經(jīng)典藍(lán)牙的三大痛點(diǎn)：連接便利性和穩(wěn)定性、多點(diǎn)協(xié)同傳輸、能耗問(wèn)題，Apple Wl都交出了超出預(yù)期的答卷。至于音質(zhì)方面，Apple Wl談不上有多好的音質(zhì)表現(xiàn)，只能說(shuō)對(duì)于普通消費(fèi)者日常通勤夠用，畢竟普通用戶看重的是：方便、好用，以至于雖然AirPods有各種花樣丟失方式，但銷(xiāo)量依然擋不住。

山頭林立的TWS

其實(shí)，AirPods并不是全球首款TWS耳機(jī)。比如三星在AirPods之前就推出過(guò)Galaxy Gear IconX。但由于經(jīng)典藍(lán)牙的天生缺陷，大多只能采用主副耳方案，手機(jī)端的音頻信號(hào)通過(guò)藍(lán)牙傳輸?shù)街鞫鷻C(jī)中，再通過(guò)主耳機(jī)將信號(hào)傳輸?shù)礁倍鷻C(jī)。這種方案的致命問(wèn)題是主耳機(jī)充當(dāng)信號(hào)中繼，功耗會(huì)比副耳機(jī)高，造成兩個(gè)單元的續(xù)航、使用壽命差異;二是藍(lán)牙信號(hào)需要經(jīng)過(guò)主耳機(jī)處理，很容易出現(xiàn)兩個(gè)單元之間音頻不同步、耳機(jī)和手機(jī)之間音畫(huà)延遲明顯等問(wèn)題。

那么AirPods如何解決這個(gè)問(wèn)題？說(shuō)起來(lái)也不復(fù)雜，Wl芯片與耳機(jī)之間通過(guò)私有協(xié)議，可以分別同時(shí)接收手機(jī)發(fā)出的信號(hào)，還經(jīng)過(guò)私有協(xié)議進(jìn)行信息同步，保證了低延遲與雙耳音頻同步共存。此后，蘋(píng)果推出的Hl耳機(jī)芯片，切換設(shè)備的速度是上一代的2倍，連接速度是之前的1.5倍。至于具體怎么實(shí)現(xiàn)的，沒(méi)人知道，這可是蘋(píng)果的商業(yè)機(jī)密和專利壁壘。

不過(guò)，友商們也沒(méi)有閑著。各大SoC方案廠商紛紛推出了各種TWS主控方案，僅目前能夠數(shù)出來(lái)的已經(jīng)有十多種。例如BES恒玄BES2300支持LBRT低頻轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，改進(jìn)了左右耳機(jī)的同步質(zhì)量;REALTEK瑞昱RTL8763B具有雙耳通話功能和很好的兼容性;高通的QCC5124芯片還整合了藍(lán)牙和主動(dòng)降噪功能，體現(xiàn)整體方案優(yōu)勢(shì);華為麒麟Al芯片配置了全新的雙通道同步傳輸技術(shù)和356MHz高速率音頻處理單元，在提供穩(wěn)定快速的藍(lán)牙連接的同時(shí)，也降低了音頻與視頻同步的延遲。

造成TWS山頭林立這樣的局面，除了安卓生態(tài)圈沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)外，經(jīng)典藍(lán)牙作為最底層協(xié)議是造成這種問(wèn)題的關(guān)鍵所在，廠商們也是被逼無(wú)奈才推出了各種方案。

知錯(cuò)能改的新標(biāo)準(zhǔn)

今年年初，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布了最新的藍(lán)牙5.2技術(shù)規(guī)范，最大的亮點(diǎn)就是加入了LE Audio技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它擁有四個(gè)新特性：支持多重串流音頻、采用全新的LC3音頻編解碼方案、支持廣播音頻，助聽(tīng)支持。翻譯成人話就是，LE Audio不光改善了音質(zhì)，還直接從最底層支持多點(diǎn)傳輸音頻，解決TWS的專利和兼容性的問(wèn)題，同時(shí)開(kāi)啟了新的語(yǔ)音共享模式。

首先我們來(lái)看多重串流音頻，這一技術(shù)的難點(diǎn)在于各條傳輸通道的同步性。LE Audio具有一條LE同步通道叫LE Isochronous Channels可以工作在連接模式和廣播模式。在連接模式下，該同步通道使用LE-CIS（LE連接的同步數(shù)據(jù)流，LE ConnectedIsochronous Stream）傳輸方式，它提供了一種協(xié)議，規(guī)定發(fā)送端的每幀數(shù)據(jù)會(huì)帶有一個(gè)時(shí)間窗口，接收端在該窗口之外接收到的數(shù)據(jù)將被丟棄。這意味著接收端僅接收窗口時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)，從而保證多個(gè)從設(shè)備接收數(shù)據(jù)的同步。LE-CIS仍是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式。另一種是Connected IsochronousGroups （CIG）模式，可以看做是多個(gè)CIS實(shí)例的組合。同一個(gè)CIG內(nèi)的CIS具有相同的時(shí)間期限，所以能夠保證同一個(gè)組內(nèi)的數(shù)據(jù)是同步的。

而廣播模式稱為BIS（ BroadcastIsochronous Stream），單從名字上可以看出與CIS的區(qū)別在于一個(gè)是連接一個(gè)是非連接。多個(gè)BIS就組成了一個(gè)BIG。BIG的一個(gè)周期廣播的協(xié)議數(shù)據(jù)內(nèi)包含有針對(duì)每個(gè)BIS的時(shí)間窗口，便于每個(gè)接收端獨(dú)立同步。

這項(xiàng)特性讓TWS中最令人頭痛的連接和同步問(wèn)題迎刃而解，讓TWS實(shí)現(xiàn)了更短的延遲，語(yǔ)音控制服務(wù)會(huì)更加無(wú)縫。在多音頻源的情況下，設(shè)備間的切換也能更加順暢。順帶著還開(kāi)啟了一頁(yè)新技能：廣播音頻。該技能讓音頻源能夠向不限數(shù)量的接收器廣播一個(gè)或多個(gè)音頻串流。這種廣播有開(kāi)放式的，允許任何范圍內(nèi)的接收器設(shè)備參與;也有封閉式的，僅允許具有正確密鑰的接收器設(shè)備參與。這就類似于Wi-Fi的使用方法，用戶進(jìn)入一個(gè)公共場(chǎng)所之后，可以自行選擇接收哪一個(gè)廣播音頻，就像選擇接入哪個(gè)Wi-Fi熱點(diǎn)一樣，只是有的需要密碼有的不需要而已。

第二大特性是新的LC3編碼格式將取代老掉牙的SBC。LC3是一種低復(fù)雜性通信編解碼器，它以更低的碼率提供同等質(zhì)量的音頻。以碼率為1.5Mbps的音頻為例，通過(guò)LC3可以將其壓縮至192Kbps。由于可以以更低的數(shù)據(jù)傳輸速率實(shí)現(xiàn)不遜于SBC的音質(zhì)，耗電將進(jìn)一步減小，廠商可以根據(jù)情況選擇更小的電池，讓產(chǎn)品更加小巧。官方表示LC3能夠提供最高48KHz、320Kbps的音頻，而且即使碼率降低50%，音質(zhì)也比SBC好。這種說(shuō)法來(lái)自基于ITU-RB S.1116-3規(guī)范的音頻損傷標(biāo)度測(cè)試，結(jié)果表明官方說(shuō)的并不假。這就為制造商帶來(lái)了便利，可更好地優(yōu)化產(chǎn)品，比如對(duì)于不需要太高音質(zhì)的產(chǎn)品，通過(guò)低碼率LC3可以讓產(chǎn)品更加省電。

不過(guò)在音質(zhì)方面，LC3現(xiàn)有的規(guī)格還不足以取代LDAC、aptX-HD等高清編碼格式，至于實(shí)際表現(xiàn)的差別，也有待未來(lái)產(chǎn)品上市后再看。

低功耗、LC3和多重串流功能，帶來(lái)了LE Audio的最后一個(gè)特性就是助聽(tīng)支持。據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）估計(jì)，由于不正確的聽(tīng)力習(xí)慣，全球11億年輕人在35歲之前可能有聽(tīng)力受損的風(fēng)險(xiǎn)。LE Audio可以為助聽(tīng)器提供無(wú)線通話、無(wú)線音頻播放、無(wú)線視頻瀏覽、無(wú)線語(yǔ)音助手等各種功能，并極大地縮小體積，甚至完全做成TWS耳機(jī)的外觀，需要助聽(tīng)器又怕被嘲笑的人也不會(huì)有心理障礙了。當(dāng)然這只是一方面，最重要的好處來(lái)自廣播音頻，比如在機(jī)場(chǎng)、電影院、劇院等公共場(chǎng)所，廣播音頻可以直接傳輸?shù)铰?tīng)力受損人士的助聽(tīng)器，讓他們?cè)谶@些嘈雜的環(huán)境中有更好地聽(tīng)覺(jué)體驗(yàn)。

功耗方面，藍(lán)牙5.2規(guī)定了對(duì)于發(fā)射功率的動(dòng)態(tài)管理，通過(guò)監(jiān)控接收信號(hào)強(qiáng)度RSSI，來(lái)通知發(fā)射端增加或減少發(fā)射功率。這將使接收靈敏度保持在一個(gè)最佳的范圍內(nèi)，從而更好控制功耗。

寫(xiě)在最后

LE Audio給藍(lán)牙音頻帶來(lái)了更多的可能，能夠從基礎(chǔ)架構(gòu)上為所有的開(kāi)發(fā)者提供一個(gè)更好和更靈活的平臺(tái)。同時(shí)，在音頻使用場(chǎng)合，LE Audio除了對(duì)于個(gè)人聽(tīng)音，還能在使用音頻的各個(gè)行業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用，并且也能和經(jīng)典藍(lán)牙設(shè)備兼容。不過(guò)，按照藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟的估計(jì)，消費(fèi)級(jí)LE Audio產(chǎn)品可能會(huì)在2021年才能廣泛上市，消費(fèi)者需要做的就是耐心等待。