浅谈蓝牙音频

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蓝牙设备在日常生活中随处可见，用蓝牙耳机或音箱听音乐已经成为蓝牙最主流的应用之一。在享受蓝牙带来的便利同时，我们仍时不时能听到蓝牙音质差，延迟高的抱怨。


造成这些问题的原因到底是什么呢？今天就带大家不那么深入的了解下蓝牙尤其是蓝牙音频相关的内容。
0x01 历史

蓝牙是一种无线通讯技术标准，用来让设备之间在短距离内交换资料，最早由瑞典的爱立信公司在 1994 年发布。提出蓝牙标准的目的很简单，就是简化电子设备之间的数据交互过程。那个时候手机刚刚开始流行，用手机跟耳机或电脑进行无线连接成了一个很强劲的需求，蓝牙协议很大程度上也是服务于这类需求。


Harald Bluetooth
很多人可能早就听过蓝牙这个词的由来，就是这位丹麦和挪威的国王哈拉尔蓝牙，他统一了丹麦的多个部落，所以蓝牙协议的命名也有统一不同标准的寓意在里面。蓝牙的 logo 就是 h 和 b 的组合。

蓝牙技术一直在迭代，发布于 2003 年的蓝牙 1.2 是蓝牙真正走向安全可用的标志。

蓝牙 2.0（2004 年）则着重提高多任务处理能力，同时支持双工模式，可以一边语音通讯，一边传输文件；

蓝牙 3.0（2009 年）一度走了弯路，它试图引入高速传输，加大带宽，客观上挤占 WiFi 的位置，但主流蓝牙应用如听歌，没有强烈的高速传输需要，反而徒增功耗和成本，有悖蓝牙初衷；




蓝牙 4.0（2010 年）重新找准定位，引入 BLE 概念，即 Bluetooth Low Energy 低功耗蓝牙；

蓝牙 5.0（2016 年）让蓝牙在低功耗下具备更强大的传输能力，提高了安全性和可达性，逐渐成为目前主流。

最新的蓝牙 5.2 则着力于多设备间低功耗音频串流，为 TWS 真无线立体声提供更多可能。

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0x02 规范
组成蓝牙协议的基石是一个个规范（Profile），蓝牙标准里目前有二十多个规范，一个规范其实就是一种通讯的类型或者协议，不同规范覆盖不同的应用。
其中有三个规范聚焦于音频数据的传输。
A2DP，蓝牙立体声音频传输规范，它是一个单向数据传输规范，比如从电视到音箱，这类应用对音质的要求比较高，这可以说是应用最多的规范（之一？），后面我们详细介绍；

另外两个音频相关的规范分别是 HSP 蓝牙耳机规范，主要涉及语音数据传输；HFP 免手持设备规范，经常用在车载娱乐系统的应用中，这个时候我们不仅要听音乐，还需要传输手机里的通讯录等数据。
根据各自的应用，它们的编码和采样率各不相同。

* 勘误：图中 ADP 应为 A2DP
采样率是音频的核心指标之一。所谓采样，就是把模拟信号转换为数字信号的过程，采样率越大，细节越丰富。采样后每秒的数据量就是码率，为了给大家更直观的理解，一般公认的无损数字音频来自 CD，它的码率一般是 1400 kbps，而 A2DP 规定的码率上限是 768 kbps（私有协议除外）。
0x03 延迟和音质

是时候讲讲蓝牙耳机的音质和延迟问题了。
延迟很好理解，相比于有线耳机，蓝牙音频传输时，首先要根据相应蓝牙协议编码，再进行传输，接收端收到后，又要进行一次解码，这能带来多则几百毫秒的延迟，几十毫秒的延迟人耳就能明显感觉出来了，几百毫秒根本不能忍。
很多人可能会疑惑，平时自己看电影并没有觉得“音画不同步”啊？这是因为现在的播放器都有画面延迟补偿，抵消了音频延迟的影响，如果你是游戏党，就知道蓝牙延迟多么明显了。

至于音质，就涉及到编码了。用蓝牙听音乐走的都是 A2DP 规范，遵从这个规范，各家公司又采用了各式各样的编码，正是这些编码决定了音质。
SBC 编码是最基本的 A2DP 编码，所有使用 A2DP 规范的设备都支持该编码（相当于 A2DP 的默认编码）。这个“古老”编码方式码率约为 CD 的 1/5，音质表现一般，追求音质的各个厂商都在发力各自的编码方式。
主流的有 AAC 和 aptX。

AAC（Advanced Audio Coding）高级音频编码采用了更先进的算法，可以做到“更低码率，更好音质”。苹果是目前 AAC 的主要支持者，它的所有设备均采用 AAC 编码，结合自家的芯片等技术，苹果蓝牙耳机等设备的延迟等指标均有不俗表现。

aptX 目前属于高通的技术，它在音质和延迟等方面都有针对性的改进，可以做到最大 576 kbps 码率（aptX HD）或约 40 毫秒的延迟（aptX LL）。
而真正的蓝牙音质王者当属华为 HWA 和索尼的 LDAC，这两种编码能实现超过 900 kbps 的码率，离真正的 HiFi 仅一步之遥。

上图可以直观看出各种编码的主流码率区别（图片来源：Sound Guys）
了解了编码的概念，挑选蓝牙耳机等产品时，就可以根据自己的播放器合理选择了，最新的安卓手机一般支持众多编码，我们还可以根据需要进行设置。如果设备支持的编码不同或设置错误，就会按 SBC 默认编码传输音频。

不过归根结底，蓝牙解决的始终是从有线到无线的问题，如果想用来听 HiFi，就有点强人所难了。
很多人曾表示，用蓝牙耳机听歌时接打电话，在挂断的瞬间音乐的音质会很差，然后突然变好。这是因为，听音乐的 A2DP 规范和打电话的 HSP 规范有切换过程，HSP 规范仅仅用来语音通话，采样率只有 8 kHz，在切换到 A2DP 前音质自然是“有损”的。

fengzisuda

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