突破蓝牙编码

如今，许多手机制造商在其产品说明中将蓝牙列为最突出的特点之一。全球越来越多的国家和地区通过立法，强制用户在驾驶中拨打或接听电话时使用免提设备或耳机;在这个方面，蓝牙是一种理想的无线解决方案，因此越来越多的手机都采用了蓝牙技术，这已成为一种趋势。佩带着蓝牙耳机漫步街头也越来越被社会所接受，并提高了蓝牙在电话上的配售率。配售率逐年不断提高，耳机与移动电话搭配(“捆绑”)提供的情况越来越多，这也有助于运营商和手机厂商将其产品差异化。所有这些趋势均说明了一点：语音通话越来越依赖于蓝牙。

随着蓝牙耳机使用率的提高，用户也开始要求其语音信号的质量达到固定电话的通话质量。所以，面对不断提高语音信号质量以及降低功耗等压力，本文旨在探讨解决这些问题的一种蓝牙技术方法。

蓝牙语音面临的难题

在蓝牙无线链路上传输的信息“数据”有两种基本形式：异步数据和同步语音。异步意味着信息不需要以连续数据流的方式传输——只要所有数据能够达到目的地，并重新组合成原来的形式即可(例如对传输不敏感的图像)，当图像数据被细分为数据块并在蓝牙链路处于安静模式时传输。至于语音流量，用户则不能容忍他们的各个部分通话内容在不同的时间抵达对方，或者通话内容被拆解。流畅而实时的信息(音频流)对于可用的语音连接非常重要。

为此，蓝牙技术设计支持两种类型的空中接口：蓝牙技术规范包含支持数据流量的ACL(异步无连接)数据包和支持语音流量的SCO(同步面向连接)数据包。SCO属于电路交换技术，它提供对称同步业务，并在固定的时间间隔内预留时隙，因此适合对时间要求较高的数据，如语音。蓝牙技术规范还支持每个主设备拥有三个同步语音信道(SCO链路)。

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语音信道采用连续可变斜率增量调制(CVSD)语音编码方案，并且SCO规定数据包不得重传。蓝牙技术中选用CVSD CODEC，是因为它在处理丢失或损坏的语音样本时非常可靠。背景噪音越高，干扰水平就越高，而CVSD编码语音却可以接受误码率达4%的语音。

当输出位显示预测值比输入波形大或小时(二进位制中，用1或0来表示值的变化)，这种增量调制方案就会遵循波形。为了降低这种基本二进位方法的斜率过载效应，可以进行音节压扩：按照平均信号斜率调整步长。输入CVSD编码器的是每秒64k样本的线性PCM信号。

蓝牙技术规范v1.2版寻求解决SCO连接的一些局限性：SCO的上下行码率为固定的64Kbps，并且不允许数据包重传。蓝牙v1.2推出扩展型SCO(eSCO)传输，允许损坏数据包的重传;这样可以提高SCO的传输质量，而SCO传输质量对于传输质量不一定是“二进位”的连接非常重要，例如音频或视频数据的传输。但是，尽管蓝牙目前支持重传功能，蓝牙语音数据包仍然通过默认的CVSD编码系统进行编码。这就给语音流量处理方式的改善留下了余地。

举例来说，在第六代蓝牙技术中，CSR公司解决了CVSD作为语音流量编码方法的局限，引入了射频(特别是扫描技术)的各项改进内容，提高了灵敏度和传输功率。对手机制造商而言还有另外一个好处，即这些无线电改进项目极大地节省了功耗。

在蓝牙上增加基于PCM的编码技术后，就能够降低语音和音频流量所需的数据速率，并提高潜在容量，或极大地降低蓝牙系统所需的功耗。蓝牙芯片市场的领导者CSR公司在其BlueCore6产品系列中实现了这一点，该系列产品于2007年9月上市。

ADPCM是一种众所周知并已被广泛接受的CODEC技术，它是CVSD的理想补充。后者能够处理误码，因此克服了蓝牙没有重传功能，只能依赖于SCO数据包来传输语音的不足。但是，eSCO能够探测误码并对数据包进行重传，所以没有必要再依赖CVSD了。

ADPCM与CVSD的不同之处在于：它的取样速度慢，并能够发现样本之间的不同。ADPCM以32Kbps的较低速率(CVSD的速率为64Kbps)传输固定电话质量的信号，因此蓝牙传输器和接收器只需大约一半的运行时间。CSR公司的试验证明，该方法与所有其它蓝牙系统采用的CVSD编码技术相比，能够为蓝牙系统节省40%的功耗。

在评估音频质量水平方面，平均意见得分(MOS)是一种普遍接受的ITU-T音频质量衡量标准，其中1代表最低质量而5代表最高质量(根据ITU的标准，得5分几乎是不可能的)。64Kbps的CVSD编码语音信号(不允许重试)的MOS得分为2.46;32Kbps码率的ADPCM CODEC(允许2次重试)的MOS得分为4.14。更为确切地说，如果采用ADPCM，可使蓝牙连接的语音通话达到更高的通话质量(就是说达到固定电话的通话质量)。

ADPCM编码在质量方面还有其它的优点。在嘈杂的环境中，通过采用CSR公司BlueCore6采用了AuriStream技术的耳机与同样采用了AuriStream的手机相连接，可以使语音拨号变得更为精确，操作也更简单。

因为CSR公司BlueCore6上采用的AuriStream可支持32Kbps速率的ADPCM(为CVSD的数据速率64Kbps的一半)，所以还有潜力支持更多的语音信道。CVSD传统上支持三个同步SCO语音信道。虽然现在的蓝牙技术规范规定仅支持三个信道，但采用蓝牙增强型数据速率(蓝牙技术规范v2.0或v2.1，数据速率高达3Mbps)的32Kbps链路ADPCM，将有可能支持多达七个更高质量的eSCO信道。。

当蓝牙设备需要与没有采用CSR公司AuriStream技术的蓝牙产品连接时，CVSD仍可提供支持。蓝牙技术规范中仍然批准CVSD。目前，只有采用BlueCore6技术的产品才能获益于CSR公司采用ADPCM的AuriStream技术。在与非AuriStream的蓝牙设备连接时，BlueCore6将退回到CVSD编码。

蓝牙技术规范为语音通讯提供了一个坚实的基础。但是，想要使其产品获得最佳语音质量的设计者需要考虑的是：CSR公司采用ADPCM编码的AuriStream等其它技术的应用，能否使他们离自己的目标更近。