aptX技术：如何突破蓝牙壁垒，解决无线音频的延时问题

作者：CSR公司

欢迎访问e展厅 展厅 2 音响/数码产品展厅 数码相框, 音频播放器, 音响,... aptX音频压缩编解码技术彻底颠覆了蓝牙立体声音响的聆听体验，可为蓝牙立体声耳机、各类音箱等消费电子应用设备提供高品质无线音频。aptX技术起初应用于无线电广播当中，直至4年前才被引入蓝牙应用领域。它的应用使支持立体声蓝牙A2DP 连接的设备能够输出CD般品质音频。 尽管aptX技术克服了蓝牙音频的较低音质问题，但开发人员仍需解决蓝牙音频的延时问题，以便为使用移动设备观看电影或玩游戏的消费者开发出高品质的无线耳机与音箱产品。延时是指音频流从音频源（智能手机、媒体播放器、计算机或控制台）传输至无线接收设备（音箱或耳机）播放所花费的时间。 佩戴无线耳机使用平板电脑观看电影时，用户不希望遇到声音与画面不同步的现象；而在无线设备上操作涉及射击、爆炸及其它间歇性意外事故的激烈动作游戏时，游戏玩家也都希望获得直觉的音频响应。为了实现声音与动作之间的同步，延时必须控制在40ms以内。由于传统蓝牙技术的延迟时间超过100ms，其性能无法实现对白及游戏实时同步。因此，各种基于专利的射频解决方案（大部分都需要适配器）便应运而生以便填补这个领域的巨大空白，但成功案例却少之又少。 CSR近期推出的低延时aptX音频压缩编解码技术使开发人员无需使用繁杂的适配器便可轻松地解决延时问题。全新低延时aptX音频压缩编解码技术通过蓝牙不仅提供无损的高品质音频，同时还提供低达40ms的低延时输出性能。aptX突破性技术具备诸多优点，其中包括： ●使用基于标准的射频技术并兼容蓝牙 ●由于蓝牙百分百兼容智能手机、平板电脑及笔记本，因此无需搭配使用适配器 ●通过简单的软件更新便可在现有芯片设计系统中运行 低延时音频压缩编解码技术问题 这个问题的关键在于音频与视频信号的超前或滞后。据欧洲广播建议标准R37-2007规定，电视信号的声音与图像组件传输之间的时隙范围为：“声音比图像信号超前不应高于40ms且滞后不应高于 60ms。” 在立体音频传输中，蓝牙传输层采用了支持标准SBC编解码器的A2DP协议以及基于心理声学感知技术的编码算法。然而，基于SBC与感知的压缩技术则使用帧压缩，其整体延迟时间最高甚至可达100ms至500ms，这主要归于以下三个因素： 1. 编解码器延迟：每个音频编解码器在将数据进行编码并发送出去之前会造成一定的内部延迟。传统的编解码器已检测到高达50ms的编解码器延迟。 2. 传输延迟：A2DP传输层采用数据包结构。工程师在使用基于SBC或感知的帧填充数据包时，有两个方案选择：其一是将一个帧放入大型蓝牙数据包；其二是将一个帧分解成两个蓝牙数据包。采用第一个方案会降低数据传输的稳健性，而在第二个方案中，解码器只有在接收到两个蓝牙数据包以后才能对分解帧进行解码，因此将显著增加传输延迟时间。 3. 编解码器接收到整个数据包或帧以后才会开始进行解码。 此外，由于其比特率设置特点，基于SBC与感知的编解码器提供的音频质量高度易变。也就是说，即使采用的是多个同样的编解码器，也无法提供稳定的音频效果。 A2DP传输无法两全其美。若要获得低延时性能，那么音频的稳健性及音质则会降低。因此，市面上曾推出许多专有RF解决方案以便满足消费者对无线传输的需求。 aptX低延时技术 基于采样模式的aptX编解码器较A2DP编解码器具备两大优势： 它可提供1.9ms超低编解码延时，更为重要的是，无需采用帧格式。因此，在解码过程中，aptX编解码器无需等待便可高效地对蓝牙数据包进行填充，也就是说，一旦它接收到数据包便即刻启动解码过程。此外，aptX采用固定压缩率算法，可在传输过程中始终提供相同的比特率，从而保证每个配备aptX的产品输出相同的音质。 aptX具备的一系列独特特性在提供专业的音频性能及稳健性的同时，还可保证40ms的端到端延迟。40ms符合欧洲广播联盟（EBU）制定的实现对话与动作同步的标准要求。 电视机与游戏 自平板电视诞生以来，工程师一直致力于窄化电视机边框，主要目的是为了更好地将电视机安装于卧室墙面。然而， 电视机的轻薄化设计与其音质成反比，其扬声器的音响效果与其容积成正比，也就是说，电视机越薄，其音质越差。针对当前市面上的5mm厚度平板电视，我们提供两种基于低延时蓝牙连接的方案选择： 1. 厂商可制造独立扬声器，在电视机外壳中内置aptX低延时技术并在扬声器中嵌入解码器 2. 电视机采购商可使用接收器从线性输出端口将信号传输至现有的兼容aptX技术的立体声音响系统当中 游戏也是日渐增长的一个应用领域。当传统的室内游戏机市场依然强劲之时，移动游戏市场获得了蓬勃发展。现代操作系统使市面上的所有智能手机及平板电脑均可运行3D游戏，这将为游戏市场创造数以亿计的潜在用户。 在路上佩戴蓝牙耳机操控游戏的玩家绝对不希望碰到延时问题，他们希望通过耳机听到的声音能够与游戏画面和操控动作保持同步。若扣下扳机与听见枪响的时间间隔超过50ms，造成的延时会比较明显，这个游戏也就变得没什么趣味了。 aptX低延时技术及其40ms的低延时性能可确保游戏玩家获得所需的音频同步效果。另外，aptX还可开通一个双通道音频流以便将耳机中的信号回传至游戏机，从而为游戏团队提供无线语音聊天功能，增强游戏体验。 内置aptX的耳机可用于玩游戏、聆听高品质音乐、免提通话等应用当中，为用户创造各种美好体验。 如何使用aptX低延时技术 aptX低延时技术连接的两端分别为：压缩/编码器/信源与解压缩/解码器/信宿。它适于采用市面上基于Linux、安卓Jelly Bean及Kit Kat等系统的各种编码器，并可兼容BlueZ及Bluedroid蓝牙协议栈。一旦确认输出信号准确无误，那么便可在两个工作日内完成数据集成。 在解码端，用户可采用CSR芯片如BC05MM及SR8670，这两款基于闪存的芯片元件均兼容Kalimba板载 DSP。用户然后可将aptX低延时技术集成到Kalimba DSP这个平台。除了aptX，CSR芯片还可提供其他各种丰富功能，包括高性能DAC与ADC、电容式触控、输入/输出功能（SPDIF、I2S、I2C与 GPIO等）等；若使用的是CSR8670 ，还可提供Bluetooth Smart连接功能。 你的选择是什么？ 本文开头就已说明：由于基于SBC及其他帧的编解码器在蓝牙连接时具备一定的制约性，因此A/V行业才无奈选择其他的私有方案。鉴于CSR技术成功解决了延迟问题，制造商现可考虑在其生态系统设计中采用蓝牙连接，不仅易于使用、节约成本（芯片及系统），还可确保其产品永不过时。 放弃私有方案而选择基于标准的方案有利于制造商享受各蓝牙半导体公司的研发成果，其好处包括： ●加快设计流程 ●形成规模经济从而确保优势价位 ●除了蓝牙射频，还可享受研发出的其他各种丰富功能，包括板载DSP、ADC、DAC及采样率转换器等 蓝牙标准已被广大消费电子厂商采用，蓝牙芯片的销量在过去十年间已超过30亿。市面上所有智能手机、平板电脑及大多数功能手机与便携式媒体播放器都已搭载蓝牙功能并兼容A2DP协议以提供宽带立体声音频。使用户在观看智能手机存储视频时，无需使用电子狗便可通过无线耳机与扬声器聆听高品质音频，这将是一个万千瞩目的事业。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (9/17/2014)