来源 | HaaS技术社区
1、LE Audio介绍
1.1、LE Audio传输协议
2019年底，蓝牙官方组织SIG发布了蓝牙5.2版本的核心协议，其中增加了一个重要的特性---LE Audio。
蓝牙的应用协议都是从应用层到物理层完整包含的协议，LE Audio也不例外。但蓝牙5.2核心协议仅仅定义了蓝牙LE的链路层传输Audio的方式，上层协议以及完整的LE Audio规范迟迟未出，近日，蓝牙官方组织释放了LE Audio较为完整的规范文档。
1.2、LE Audio完整应用
本次Sig组织定义了如下规范和协议，这些规范协议连同核心协议组成了LE Audio的完整应用
- Basic Audio Profile(BAP)
基础音频规范，LE Audio的关键规范，定义了各类角色以及每个角色需要支持的能力，以及如何使用如下各服务完成音频应用的传输。LE Audio支持点对点音频模式和广播音频模式，2种模式下，会使用不同的服务。
- Published Audio Capabilities Service(PACS)
已发布音频能力服务，此服务定义了本设备支持的音频能力，包括但不限于支持的编解码器个数以及各编解码能力，通过此项服务，可获取设备的音频能力。
- Audio Stream Control Service(ASCS)
音频流控制服务，此服务定义了一套操作指令，用于建立配置以及关闭音频流。
- Broadcast Audio Scan Service(BASS)
广播音频扫描服务，此服务用于广播音频发布者告知周边接收器广播音频参数，这个服务仅在广播音频类
- Low Complexity Comunication Codec(LC3)
用于LE Audio的音频编解码器，顾名思义，此编码器属于低复杂度的音频编码器。LC3编码器可选参数范围很大，应用范围从8KHz单声道语音到48KHZ多声道音乐均支持，同时相比经典蓝牙音频规范使用的编码器SBC，同码率下音质有很大的提升。
2、LE Audio详解
2.1、BAP规范
BAP规范作为LE Audio的基础音频规范，其位于如下蓝牙协议层。
BAP规范根据支持的点对点音频和广播音频，定义了如下角色
| Unicast Role |
Unicast Server |
点对点音频从设备 |
| Unicast Client |
点对点音频主设备 |
|
| Broadcast Role |
Broadcast Source |
广播音频发射设备 |
| Broadcast Sink |
广播音频接收设备 |
|
| Broadcast Assistant |
广播音频协助设备 |
|
| Scan Delegator |
广播音频扫描设备 |
每类角色支持的服务如下（注： X代表不支持，M代表必须支持，O代码可选支持）
| BAP Role Service Role |
Unicast Server |
Unicast Client |
Broadcast Source |
Broadcast Sink |
Scan Delegator |
Broadcast Assistant |
| ASCS Client |
X |
M |
X |
X |
X |
X |
| ASCS Server |
M |
X |
X |
X |
X |
X |
| PACS Client |
X |
M |
X |
X |
X |
O |
| PACS Server |
M |
X |
X |
M |
X |
X |
| BASS Client |
X |
X |
X |
X |
X |
M |
| BASS Server |
X |
X |
X |
X |
M |
X |
当2个设备处于对应角色时，即可通过BAP定义的操作步骤完成服务的连接以及音频传输服务。
以Unicast Server和Unicast Client为例，其步骤如下
- Unicast Client通过GATT服务发现操作发现Unicast Server的PACS服务并得知音频参数。
- Unicast Client通过GATT服务发现操作发现Unicast Server的ASCS服务并得知当前状态。
- Unicast Client如发现其音频参数匹配且Server的状态处于IDLE状态，即可连接音频服务。
- Unicast Client通过ASCS定义的操作码，配置音频编解码参数和音频传输参数，然后开启音频。
- Unicast Client通过核心协议5.2定义的方式，根据配置参数，在链路层开启CIS音频传输流。
- Unicast Sink通过ASCS操作码，通知Unicast Source已可接收音频。
- Unicast Source开启LC3编解码器，并将编码后的音频流通过CIS传输到Unicast Sink。
- Unicast Sink接收音频流，解码并播放。
2.2、PACS服务
PACS服务用于点对点音频，定义了设备的音频能力，其服务定义如下。
| Characteristic Name |
Requirement |
Mandatory Properties |
Optional Properties |
Security Permissions |
| Sink PAC |
C.1 |
Read |
Notify |
Encryption required |
| Sink Audio Locations |
C.2 |
Read |
Notify, Write |
Encryption required |
| Source PAC |
C.1 |
Read |
Notify |
Encryption required |
| Source Audio Locations |
C.3 |
Read |
Notify, Write |
Encryption required |
| Available Audio Contexts |
M |
Read, Notify |
None |
Encryption required |
| Supported Audio Contexts |
M |
Read |
Notify |
Encryption required |
其中，Source PAC为音频发送能力属性，当设备支持音频发送时才需要定义，其格式如下：
| Parameter |
Size (Octets) |
Description |
| Number_of_PAC_records |
1 |
Number of PAC records, [i], for this characteristic |
| Codec_ID[i] |
5 |
Octet 0: Coding_Format value of the [ith] PAC record. Coding_Format values are defined in Bluetooth Assigned Numbers. Octet 1–2: Company _ID value of the [ith] PAC record. Shall be 0x0000 if octet 0 is not 0xFF. Company_ID values are defined in Bluetooth Assigned Numbers. Octet 3–4: Vendor-specific codec_ID value of the [ith] PAC record. Shall be 0x0000 if octet 0 is not 0xFF. |
| Codec_Specific_Capabilities_Length[i] |
1 |
Length of the Codec_Specific_Capabilities value of the [ith] PAC record. Shall be 0x00 if the Codec_Specific_Capabilities value of the [ith] PAC record is empty. |
| Codec_Specific_Capabilities[i] |
Varies |
Codec_Specific_Capabilities value of the [ith] PAC record. |
| Metadata_Length[i] |
1 |
Length of the Metadata field of the [ith] PAC record. Shall be 0x00 if the Metadata value of the [ith] PAC record value is empty. |
| Metadata[i] |
Varies |
LTV-formatted Metadata applicable to the [ith] PAC record. Shall exist only if the value of the Metadata_Length field is not 0x00. |
Sink PAC为音频接收能力属性，当设备支持音频接收时才需要定义，其格式如下：
| Parameter |
Size (Octets) |
Description |
| Number_of_PAC_records |
1 |
Number of PAC records, [i], in this characteristic. |
| Codec_ID[i] |
5 |
Octet 0: Coding Format of the [ith] PAC record. Coding_Format values are defined in Bluetooth Assigned Numbers Octet 1–2: Company_ID value of the [ith] PAC record. Company_ID values are defined in Bluetooth Assigned Numbers Shall be 0x0000 if octet 0 is not 0xFF. Octet 3–4: Vendor-specific codec_ID value of the [ith] PAC record. Shall be 0x0000 if octet 0 is not 0xFF. |
| Codec_Specific_Capabilities_Length[i] |
1 |
Length, in octets, of the Codec_Specific_Capabilities value of the [ith] PAC record. Shall be 0x00 if the Codec_Specific_Capabilities value of the [ith] PAC record is empty. |
| Codec_Specific_Capabilities[i] |
Varies |
Codec_Specific_Capabilities value of the [ith] PAC record. |
| Metadata_Length[i] |
1 |
Length of the Metadata field of the [ith] PAC record. Shall be 0x00 if the Metadata value of the [ith] PAC record value is empty. |
| Metadata[i] |
Varies |
Length-type-value (LTV)-formatted Metadata applicable to the [ith] PAC record. Shall exist only if the value of the Metadata_Length field is not 0x00. |
2.3、ASCS服务
ASCS服务用于音频控制，通过定义的一套操作码作交互，从而达到控制音频状态转移的目的。
ASCS的服务定义如下
| Characteristic Name |
Requirement |
Mandatory Properties |
Optional Properties |
Security Permissions |
| Sink ASE |
C.1 |
Read, Notify |
None |
Encryption required |
| Source ASE |
C.1 |
Read, Notify |
None |
Encryption required |
| ASE Control Point |
M |
Write, WriteWithoutResponse, Notify |
None |
Encryption required |
2.4、BASS服务
BASS为广播音频扫描服务，用于告知广播音频的一些参数，属于辅助服务，其定义如下。
| Characteristic Name |
Requirement |
Mandatory Properties |
Optional Properties |
Security Permissions |
| Broadcast Audio Scan Control Point |
M |
Write, Write Without Response |
None |
Encryption required |
| Broadcast Receive State |
M |
Read, Notify |
None |
Encryption required |
2.5、LC3编解码器
LC3编解码器用于LE Audio的音频编解码，与MP3，AAC类似，属于频域编码，编码效率远高于SBC子带编码，而10毫秒和7.5毫秒的短帧结构，对于音频延迟有较大改善。
LC3在频域上引入了SNS频域噪声整形，TNS时域噪声整形以及熵编码等技术，其中TNS等技术已用于AAC，这些技术对于音质有提升，整个编码过程如下：
解码是编码的逆过程，如下：
3、LE Audio支持展望
LE Audio作为一个非常重要的特性，发布至今除少量demo仍未见应用。大规模普及仍依赖于操作系统厂商是否支持，诸如苹果的IOS以及谷歌的Android，从目前的进展(IOS14以及Android11)来看，仍未看到有支持LE Audio。
但翻看AOSP的代码，在Android12(android-s-beta版)上，已能发现LE Audio的痕迹，如下
从目前的代码完整度来看，仍不算完整功能支持，预计在Android12上会完善并开始应用，等手机支持后，相信会有厂商推出支持LE Audio的耳机。
但音频应用属于一个通用应用，苹果以及其他操作系统诸如微软的windows的支持也极其重要，从这个角度讲，LE Audio要大规模普及可能仍需要时间。
