CN114650523B - 一种蓝牙通信方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例的主要目的在于提供一种蓝牙通信方法，包括：将采集到的音频PCM数据缓存到内存中，并进行周期性发送；检查当前内存中音频PCM数据的缓存时长；根据所述缓存时长调整下一个蓝牙音频包的时隙档位。本发明实施例还相应的提供一种蓝牙通信设备。采用本发明实施例提供的技术方案，可以动态调整空中蓝牙数据包类型，有效降低延时。

Description

一种蓝牙通信方法及设备

技术领域

本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种蓝牙通信方法及设备。

背景技术

近年来，随着智能手机的普遍化，蓝牙无线通信技术得到了广泛的应用，其中电脑电视周边音频扩展设备，如蓝牙耳机，蓝牙音响等应用更是广受关注。由于蓝牙发射功率较低，且蓝牙使用的波段为无需取得执照的2400–2483.5MHz短距离ISM无线电频段(Industrial Scientific Medical Band)，除了蓝牙外还有wifi、ZigBee等其它无线网络设备均工作在此范围的频段下，存在相互干扰的情况，因此蓝牙的传输成功率会出现较大波动，业界为解决此问题，通常在蓝牙音频设备处缓存较多的音频数据，防止小段时间内因受到干扰导致传输不成功而声音不流畅及卡顿问题的发生，但也因此带来的声音延时较大的问题。

延时大的问题在不需要声音和画面同步的使用场景中表现不明显，比如播放歌曲或是无视频画面的语音通话。但在有画面的使用场景中体验感就会变得很差，比如游戏音效和实时视频通话等场景，较大的延时会导致画面先于声音发生，造成人感观上声音和画面不同步的迟滞感。因此，使用蓝牙技术实现低延时的音频传输设备一直都不是业界最好选择，像是无线游戏耳机和无线游戏外接音箱和麦克风大多是采用2.4G技术或是FM射频技术实现，基于蓝牙技术的电竞设备则很少。如何减少发射端和接收端的声音延时一直是蓝牙音频的一道难题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的主要目的在于提供一种蓝牙通信方法，可以动态调整空中蓝牙数据包类型，有效降低延时。

本发明实施例是这样实现的，一种蓝牙通信方法，包括：

将采集到的音频PCM数据缓存到内存中，并进行周期性发送；

检查当前内存中音频PCM数据的缓存时长；

根据所述缓存时长调整下一个蓝牙音频包的时隙档位。

进一步地，根据所述缓存时长调整下一个蓝牙音频包的时隙档位包括：

当上一个蓝牙音频包为多时隙蓝牙数据时，根据所述缓存时长与预定阈值的关系调整所述时隙档位，所述预定阈值包括第一阈值、第二阈值或第三阈值，其中所述第一阈值大于第二阈值，第三阈值小于等于第二阈值。

进一步地，所述根据所述缓存时长与预定阈值的关系调整所述时隙档位进一步包括：

当所述缓存时长大于第一阈值时，将所述时隙档位降为单时隙蓝牙数据。

进一步地，所述根据所述缓存时长与预定阈值的关系调整所述时隙档位进一步包括：

当所述缓存时长大于第二阈值并小于第一阈值时，将所述时隙档位降低一档。

进一步地，根据所述缓存时长调整下一个蓝牙音频包的时隙档位包括：

当所述缓存时长小于第三阈值时，将所述时隙档位提高一档，若已经是最高档则维持当前时隙档位。

进一步地，根据所述缓存时长调整下一个蓝牙音频包的时隙档位包括：

当上一个蓝牙音频包为单时隙蓝牙数据时，根据所述缓存时长与预定阈值的关系调整所述时隙档位。

进一步地，根据所述缓存时长调整下一个蓝牙音频包的时隙档位包括：

当所述缓存时长大于第三阈值时，维持当前时隙档位。

进一步地，根据所述缓存时长调整下一个蓝牙音频包的时隙档位包括：

当所述缓存时长小于第三阈值时，判断上一个蓝牙音频包的重传次数是否小于第四阈值，

如果上一个蓝牙音频包的重传次数小于等于第四阈值，将所述时隙档位提高一档；

如果上一个蓝牙音频包的重传次数大于第四阈值，维持当前时隙档位。

进一步地，所述方法进一步包括：

根据调整后的时隙档位的蓝牙数据的装载量，对所述音频PCM数据的编码压缩率进行调整，使编码后的数据可以匹配调整后的时隙档位对应的蓝牙数据。

根据本发明实施例的另一方面，本发明实施例的主要目的在于提供一种蓝牙通信设备，可以动态调整空中蓝牙数据包类型，有效降低延时。

本发明实施例是这样实现的，一种蓝牙通信设备，包括：

存储装置，用于将采集到的音频PCM数据缓存到内存中，并进行周期性发送；

计算装置，用于检查当前内存中音频PCM数据的缓存时长；

调整装置，用于根据所述缓存时长调整下一个蓝牙音频包的时隙档位。

根据上述技术方案，本发明实施例具有如下效果：允许蓝牙发射端在受到射频干扰时，动态调整空中蓝牙数据包类型以及适配于蓝牙数据包的音频压缩率，以达到在不明显影响人听感的情况下，将声音数据实时传送给接收设备，这样接收设备就可以减少音频缓存，从而达到减小延时的目的；提升了在射频干扰环境下音频数据传输的实时性，因此极大地降低了发射和接收设备之间的声音延时。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出了本申请提供的一种蓝牙通信方法的流程图；

图2示出了本申请提供的一种蓝牙通信过程中蓝牙数据包空中示意图；

图3示出了本申请提供的另一种蓝牙通信过程中蓝牙数据包空中示意图；

图4示出了本申请提供的另一种蓝牙通信过程中蓝牙数据包空中示意图；

图5示出了本申请提供的另一种蓝牙通信过程中蓝牙数据包空中示意图；

图6示出了本申请提供的蓝牙发射设备的整体通信流程的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请，以下实施例中的步骤顺序仅为列举，在不冲突的情况下可以调整。

在对本发明实施例的技术方案进行说明之前，首先对本发明实施例的蓝牙数据包的技术特点进行描述，普通蓝牙发射和接收流程如下：蓝牙发射设备与蓝牙接收设备建立蓝牙音频连接，通常使用蓝牙A2dp协议(Advanced Audio Distribution Profile，蓝牙音频传输模型协定)进行连接，也可以使用其它数据协议进行传输例如SPP协议(Serial PortProfile，蓝牙串口协议)，蓝牙连接成功后，发射设备将需要发射的音频数据通过某种音频压缩算法进行数据压缩编码，例如SBC算法、AAC算法等，得到编码后的数据后，将编码后的数据传递给蓝牙协议层，蓝牙协议层将其打包成蓝牙数据包后传递给蓝牙硬件，由蓝牙硬件进行无线调频发射给接收设备。接收设备的蓝牙硬件收到无线信号后，将解调后的数据传给蓝牙协议层，蓝牙协议层完成解包后将数据上传给应用层，应用层使用音频解压缩算法将数据解码，得到音频数据，并将音频数据缓存在内存中，待缓存一定时间的音频数据后，即开始播放音频。

蓝牙的空中包根据时间进行划分，可以分为三类，分别是单时隙数据包，三时隙数据包和五时隙数据包。时隙(slot)是蓝牙的时间单位，一个时隙的时间长度为0.625ms。蓝牙数据包所占用的时隙越大，一个包可传输的数据量也越大，例如一个2DH5包，2表示使用2MHz进行调制，5表示最大占用5个时隙，2DH5包最多可以装载679字节，传送一个2DH5空中包需要花费(5+1)*0.625ms＝3.75ms，全部使用2DH5包进行蓝牙传输，理论最高速度为(1000ms/3.75ms)*679Bytes＝181KB/s。而2DH1最多可装载54字节，传送一个2DH1空中包需要(1+1)*0.625ms＝1.25ms，全部使用2DH1包，理论最高速度为(1000ms/1.25ms)*54Bytes＝43KB/s。同理得到2DH3的理论最高速度为(1000ms/2.5ms)*367Bytes＝147KB/s。

蓝牙数据包是一个整体，其末尾有一个16位的CRC进行整包校验，如果接收端收到后CRC校验不通过，就说明蓝牙在空中传输时受到干扰，导致数据错误。蓝牙应对这种错误的方法是整包丢失，然后重传这个数据包，直到接收端检验通过。很显然，蓝牙数据包占用的时隙越多，其在空中传输时受到干扰的机率就越大，反之就越不容易受到干扰。例如使用2DH5包进行传输，若遇到干扰，可能需要多次重传才会传输成功一次。而2DH1包则可能不需要重传，或是重传较少次数。因此蓝牙的不同数据包类型，在干扰环境下的实际传输速度会有不同程度的降低，五时隙数据包的重传率会大于三时隙数据包，同理三时隙数据包重传率也大于单时隙数据包，极端情况下五时隙数据包会完全丧失传输能力，而单时隙数据包仍可保持一定的传输能力。

音频的数据量比较大，比如48KHz的采样率采集双声道音频数据，无压缩传输速度需求为48000个采样点*每个采样点2个字节*双声道＝192KBytes/s。以蓝牙使用的SBC算法为例，较好音质的bitpool为53，其压缩比为512/119＝4.3，压缩后传输速率要求为192/4.3＝44KBytes/s，即蓝牙的最小即时传输速度要高于44KB/s才能保证接收端可以稳定播放，否则就能被人耳听出异常，这也要求蓝牙传输以多时隙数据包传输才能满足较好音质的音频传输。bitpool 32的音质较差且可以被人耳明显查觉，其压缩比为512/77＝6.65，蓝牙最小即时传输速度为192/6.65＝29KBytes/s，bitpool最小值为2时，蓝牙即时速度要求为6.4KBytes/s。

根据上述蓝牙数据包传输的技术特点，提出本发明的各个实施例。如图1所示，是本发明实施例提供的一种蓝牙通信方法，包括：

S101，将采集到的音频PCM数据缓存到内存中，并进行周期性发送；

S102，检查当前内存中音频PCM数据的缓存时长；

S103，根据所述缓存时长调整下一个蓝牙音频包的时隙档位。

具体来说，蓝牙发射设备将采集到的音频PCM数据缓存到内存中，等待内存缓存满一个周期的音频PCM数据，且发射队列为空，取出一个周期的音频数据进行编码处理，一个周期是指发射端定时将采集到音频数据发射给接收端的时间周期，正常无干扰的情况下，每个周期到达时，上一个周期采集的音频数据已经成功发送给接收端，此时蓝牙待发射队列为空。如果不为空，则说明上一个周期的数据还被阻塞在空中，接收端尚未收到上一个周期采集到的数据，此时接收端通过播放自己缓存的音频数据来避免音频停顿。如果接收端在缓存音频数据播放完之前，还没有接收到新的音频数据，就会产生停顿。本发明实施例提出的蓝牙发射设备通过检查当前内存中音频PCM数据的缓存音频的时长，决定下一个蓝牙音频包的时隙档位，并调整到相应的蓝牙音频包的时隙档位。一般来说，时隙档位包括三个，分别是单时隙数据包、三时隙数据包和五时隙数据包，如果当前缓存超过某一预定阈值，则需要将发射包进行时隙降档，如果小于某一预定阈值，则进行时隙升档。

在调整下一个蓝牙数据包的时隙档位时，需要考虑上一个蓝牙数据包的情况，本发明提供一优选实施例，当上一个蓝牙音频包为多时隙蓝牙数据时，根据所述缓存时长与预定阈值的关系调整所述时隙档位，所述预定阈值包括第一阈值、第二阈值或第三阈值，其中所述第一阈值大于第二阈值，第三阈值小于等于第二阈值，每个阈值长度应当大于一个蓝牙包的时长，例如上一个发送周期为五时隙数据包传输，每个包的时长为3.75ms，那么无论是第一阈值还是第二阈值或是第三阈值最少都必须大于3.75ms。

如图6所示，为本发明实施例对蓝牙发射设备的整体通信流程进行描述的示意图，下面结合图6对蓝牙时隙档位调整及本发明实施例的通信方法的各种情况进行详细描述。

第一种情况，若上一个蓝牙数据包是多时隙数据包，此时检查音频PCM缓存音频数据时长，若大于某一阈值，则将发射包的时隙降档，然后使用降档后的蓝牙数据包的装载量为依据，对音频PCM数据的编码压缩率进行调整，使编码后的数据可以装载到降档后的蓝牙数据包中，并提交给蓝牙的待发射队列。

降档阈值由发射端的PCM缓存时长而定：假设接收端有一个20ms的缓冲数据，若发射端的PCM缓存时长有11.25ms，则表明当前有11.25ms的音频数据滞留在发射端的音频PCM缓存中，若在8.75ms内还不能成功发射，接收端就会因为没有音频数据播放而出现停顿。

如图2所示，为本发明实施例提供的当蓝牙处于可发射状态时，根据当前音频缓冲时长降低蓝牙数据档位进行蓝牙发射的空中示意图，可以只设定一个阈值，称为第一阈值，当发射端PCM缓存时长超过此阈值，则将蓝牙数据直接降为最低档的单时隙数据包。也可以设定两个阈值，分别称为第一阈值和第二阈值，第一阈值的时长大于第二阈值。若发现上一个蓝牙数据发射成功后，音频PCM缓存时长若大于第一阈值，则直接降到最低档也就是单时隙数据包，如果PCM缓存时长大于第二阈值但小于第一阈值，则将时隙档位降低一档，例如原本是五时隙数据包，则降档到三时隙数据包，如果原本是三时隙数据包，则降为单时隙数据包。当然也可以直接限定最高档设置为三时隙数据包，此时就只有三时隙数据包和单时隙数据包两个时隙档位。例如，假设上一个周期为五时隙数据包传输，每个包的时长为3.75ms，假如设定一个周期内重传的次数为3次，那么目前的发射周期长度为3.75ms*3＝11.25ms，那么可以设定第一阈值为11.25ms，第二阈值可以根据需求设定小于第一阈值并大于一个包的时长，例如8ms。

第二种情况，如图3所示，为本发明实施例提供的当蓝牙处于可发射状态时，根据当前音频缓冲时长提升蓝牙数据档位进行蓝牙发射的空中示意图。若上一个蓝牙数据包是多时隙数据包，此时需要检查当前音频PCM缓冲时长，若小于第三阈值，则将发射包的时隙档位升档，若已经是最高档就维持当前时隙档位，然后使用升档后的蓝牙数据包的装载量为依据，对音频PCM数据的编码压缩率进行调整，使编码后的数据可以装载到降档后的蓝牙数据包中，并提交给蓝牙的待发射队列。第三阈值应当小于第二阈值，可以设定第三阈值为5ms。本领域技术人员可以理解阈值的设定是由发射端的PCM缓存时长而定，具体设为什么值，可以根据具体开发过程中发射端的设计而定。

第三种情况，如图4所示，为本发明实施例提供的当蓝牙处于可发射状态时，根据当前音频缓冲时长及重传次数保持单时隙数据包发射的空中示意图，若上一个蓝牙数据包是单时隙数据包，此时需要检查当前音频PCM缓冲时长，若小于等于第三阈值，并且从蓝牙协议层中获取的上一个包的重传次数小于第四阈值，则将发射包的时隙升档，否则仍维持单时隙数据包档；如果缓存时长大于第三阈值时，维持当前时隙档位。

第四种情况，如图5所示，为本发明实施例提供的当蓝牙处于可发射状态时，根据当前音频缓冲时长及重传次数提升蓝牙数据档位发射的空中示意图，若上一个蓝牙音频包是单时隙数据包，那么有可能虽然发送成功，但却经历了多次重传才成功，这说明当前的干扰还是比较大，若恢复成多时隙数据包发送，很可能还是无法在短时间内发送成功。因此，对于上一个数据包是单时隙数据包发射成功的情况，除了判断当前音频PCM缓存时长，还需要从蓝牙协议层获取上次重传的次数，若重传次数较少，比如没有重传或上一个蓝牙音频包的重传次数小于等于第四阈值，将所述时隙档位提高一档，才认为当前干扰低，提升一个时隙档位；如果上一个蓝牙音频包的重传次数大于第四阈值，维持当前时隙档位。例如，可以设定第四阈值为5次，单时隙包传输时设定的一个传输周期可以重传的最大次数为9次，那么如果上一周期的重传次数为8次，那么可以认为重传次数较多，当前信道仍干扰高，此时维持单时隙数据包时隙档位，如果上一周期的重传次数小于等于5次，认为当前干扰低，可以提升一个时隙档位。

前述各种情况下如果调整了时隙档位，根据调整后的时隙档位的蓝牙数据的装载量，对所述音频PCM数据的编码压缩率进行调整，使编码后的数据可以匹配调整后的时隙档位对应的蓝牙数据，并将其装载并提交给蓝牙的待发射队列进行发射。

根据本发明实施例的另一方面，本发明实施例还提供一种蓝牙通信设备，包括：

存储装置，用于将采集到的音频PCM数据缓存到内存中，并进行周期性发送；

计算装置，用于检查当前内存中音频PCM数据的缓存时长；

调整装置，用于根据所述缓存时长调整下一个蓝牙音频包的时隙档位。

上述实施例的蓝牙通信设备其技术方案本质上和前述实施例蓝牙通信方法相一致，此处不再赘述。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (2)

1.一种蓝牙通信方法，其特征在于，所述方法包括：

将采集到的音频PCM数据缓存到内存中，并进行周期性发送；

检查当前内存中音频PCM数据的缓存时长；

根据所述缓存时长调整下一个蓝牙音频包的时隙档位；

根据调整后的时隙档位的蓝牙数据的装载量，对所述音频PCM数据的编码压缩率进行调整，使编码后的数据可以匹配调整后的时隙档位对应的蓝牙数据；

当上一个蓝牙音频包为多时隙蓝牙数据时，根据所述缓存时长与预定阈值的关系调整所述时隙档位，所述预定阈值包括第一阈值、第二阈值或第三阈值，其中所述第一阈值大于第二阈值，第三阈值小于等于第二阈值；当所述缓存时长大于第一阈值时，将所述时隙档位降为单时隙蓝牙数据；当所述缓存时长大于第二阈值并小于第一阈值时，将所述时隙档位降低一档；当所述缓存时长小于第三阈值时，将所述时隙档位提高一档，若已经是最高档则维持当前时隙档位；

当上一个蓝牙音频包为单时隙蓝牙数据时，根据所述缓存时长与预定阈值的关系调整所述时隙档位；当所述缓存时长大于第三阈值时，维持当前时隙档位；当所述缓存时长小于第三阈值时，判断上一个蓝牙音频包的重传次数是否小于第四阈值，如果上一个蓝牙音频包的重传次数小于等于第四阈值，将所述时隙档位提高一档，如果上一个蓝牙音频包的重传次数大于第四阈值，维持当前时隙档位。

2.一种蓝牙通信设备，其特征在于，包括：

存储装置，用于将采集到的音频PCM数据缓存到内存中，并进行周期性发送；

计算装置，用于检查当前内存中音频PCM数据的缓存时长；

调整装置，用于根据所述缓存时长调整下一个蓝牙音频包的时隙档位；

根据调整后的时隙档位的蓝牙数据的装载量，对所述音频PCM数据的编码压缩率进行调整，使编码后的数据可以匹配调整后的时隙档位对应的蓝牙数据；

当上一个蓝牙音频包为多时隙蓝牙数据时，根据所述缓存时长与预定阈值的关系调整所述时隙档位，所述预定阈值包括第一阈值、第二阈值或第三阈值，其中所述第一阈值大于第二阈值，第三阈值小于等于第二阈值；当所述缓存时长大于第一阈值时，将所述时隙档位降为单时隙蓝牙数据；当所述缓存时长大于第二阈值并小于第一阈值时，将所述时隙档位降低一档；当所述缓存时长小于第三阈值时，将所述时隙档位提高一档，若已经是最高档则维持当前时隙档位；

当上一个蓝牙音频包为单时隙蓝牙数据时，根据所述缓存时长与预定阈值的关系调整所述时隙档位；当所述缓存时长大于第三阈值时，维持当前时隙档位；当所述缓存时长小于第三阈值时，判断上一个蓝牙音频包的重传次数是否小于第四阈值，如果上一个蓝牙音频包的重传次数小于等于第四阈值，将所述时隙档位提高一档，如果上一个蓝牙音频包的重传次数大于第四阈值，维持当前时隙档位。

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