摘  要： 設計了一款在車載娛樂系統(tǒng)中使用的藍牙音頻流播放器，采用A2DP實現(xiàn)音樂數(shù)字音頻流的傳輸，采用AVRCP實現(xiàn)對音樂的遠程控制和信息讀取，介紹了該播放器的若干設計技術。
關鍵詞： 藍牙；音頻流；A2DP；AVRCP

    現(xiàn)在的車載信息娛樂系統(tǒng)中標準配置有帶CD播放功能的收音機、液晶屏，其他可選配置有GPS和藍牙免提裝置等設備。隨著藍牙技術在音視頻傳輸中的應用，一種可以增強用戶娛樂體驗的藍牙音頻流播放功能正逐步在車載信息娛樂系統(tǒng)中得到應用。藍牙音頻流播放功能是指將藍牙MP3或藍牙手機上的音樂通過藍牙以流媒體的方式傳輸?shù)竭h端設備上進行解碼后通過遠端設備的功放系統(tǒng)播放，同時遠端設備還帶有遠程控制功能，使得用戶可以在遠端設備上操作音樂，使其暫停、播放、快進快退或進行上下首切換。筆者設計實現(xiàn)了一款藍牙車載音頻流播放器，該播放器和收音機及液晶屏之間通過CAN總線進行連接，控制操作在收音機上實現(xiàn)，液晶屏顯示音樂的tagID3、播放時間、音軌、總音軌等信息，控制命令和播放信息都是通過CAN總線進行傳輸。從用戶的使用角度來說，該藍牙音頻流播放器是和收音機、液晶屏組成一套系統(tǒng)的。
1 系統(tǒng)結構
    系統(tǒng)結構如圖1所示。音頻流播放器、液晶屏和收音機組成一個車載娛樂系統(tǒng)的CAN網(wǎng)絡，控制命令及狀態(tài)信息均通過CAN總線傳輸，其中收音機帶有功放，直接驅動汽車喇叭，并統(tǒng)一管理包括FM、CD和音頻流播放器的音頻輸出在內的音源。音頻流播放器和藍牙手機通過藍牙進行交互，采用A2DP(Advanced Audio Distribution Profile)完成音樂音頻流數(shù)據(jù)及相關格式信息的傳輸，通過AVRCP(Audio/Video Remote Control Profile)完成對音樂的遠程播放控制及播放信息及狀態(tài)的讀取。在A2DP中引入了2個終端名：SRC(Source)和SNK(Sink)。在這里，數(shù)字音頻流的數(shù)據(jù)發(fā)送端藍牙手機稱為SRC，數(shù)字音頻流的接收端藍牙音頻流播放器稱為SNK。

2 硬件設計
    藍牙音頻流播放器的硬件設計中，包括CAN通訊、藍牙子系統(tǒng)和音頻系統(tǒng)3個部分，其中藍牙子系統(tǒng)和音頻系統(tǒng)部分采用CSR的藍牙單芯片Bluecore5-MutiMedia(以下簡稱BC5)實現(xiàn)。該芯片集成了MCU實現(xiàn)藍牙協(xié)議棧及應用，集成了性能高達64MIPS的DSP實現(xiàn)音樂文件的編解碼，集成了CODEC、音頻ADC及DAC，實現(xiàn)了音頻輸入輸出功能，圖2描述了基于該芯片的硬件設計。
    由圖2可見，BC5內部集成了藍牙射頻及基帶控制、MCU、DSP和音頻CODEC，只需要很少的外圍元件便能完成電路設計。

3 播放控制狀態(tài)機的設計
    藍牙音頻流的遠程播放控制使得用戶可以使用車載收音機上控制CD音樂的按鍵來控制藍牙手機上的音樂，控制操作包括播放、暫停、上一首、下一首、快進和快退，通過AVRCP(音視頻遠程控制剖面)命令實現(xiàn)。考慮到用戶操作隨機性很強及藍牙手機的音頻流支持特性不同的問題，需要設計一個完善的遠程播放控制狀態(tài)機來保證良好的操作體驗。
    遠程播放控制狀態(tài)機是個組合式狀態(tài)機，包括2個小的狀態(tài)機：(1)狀態(tài)為藍牙手機音樂狀態(tài)，輸入為人機接口操作，在人機接口操作的處理中判斷當前音樂狀態(tài)，決定輸出的AVRCP命令；(2)狀態(tài)為人機接口操作或者說“期望狀態(tài)”，輸入為藍牙手機音樂當前狀態(tài)的更新，在音樂狀態(tài)更新的處理中根據(jù)期望狀態(tài)決定輸出的AVRCP命令。把人機接口操作稱為“期望狀態(tài)”，把當前音樂狀態(tài)稱為“實際狀態(tài)”，這兩個狀態(tài)機的原理便是當期望狀態(tài)和實際狀態(tài)不一致時，發(fā)送可以達到期望狀態(tài)的AVRCP命令。下面詳細介紹下狀態(tài)機的設計要點。
    首先每個人機操作的控制命令在AVRCP上都對應2個命令，對于播放、暫停、上一首、下一首操作，命令是連續(xù)執(zhí)行的，比如暫停操作便是在AVRCP上連續(xù)執(zhí)行PAUSE_PRESS和PAUSE_RELEASE命令；而對于快進命令，則是先執(zhí)行FF_PRESS命令，在快進按鍵松開時再執(zhí)行FF_RELEASE命令。
    音樂狀態(tài)(包括期望狀態(tài)和實際狀態(tài))包括2個穩(wěn)定狀態(tài)(播放狀態(tài)PLAY、暫停狀態(tài)PAUSE)和2個中間狀態(tài)(快進狀態(tài)FF和快退狀態(tài)FB)。對于PLAY和PAUSE狀態(tài)，由于藍牙手機的播放鍵和暫停鍵是一個乒乓按鍵，即暫停狀態(tài)下按下會啟動播放，播放狀態(tài)下按下會引起暫停，所以如果實際狀態(tài)和期望狀態(tài)一致時便不發(fā)送AVRCP命令，而且對于用戶在手機上進行操作引起的實際狀態(tài)和期望狀態(tài)的不一致，也不發(fā)送任何AVRCP命令，否則會造成本該暫停卻播放或本該播放卻暫停的錯誤。對于快進快退，首先在快進快退中不要判斷當前音樂是暫停還是播放，其次因為部分手機在快進快退結束后會先把音樂暫停一下再播放，所以不要在快進快退剛結束時便調用播放控制狀態(tài)機，需要延遲一段時間處理。
4 音頻流狀態(tài)處理及信息解析
    流媒體信息包括編解碼格式及采樣率設置、音樂播放狀態(tài)、當前播放時間、TagID3信息等。首先藍牙傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為編碼后的音樂文件，SRC端實現(xiàn)編碼，SINK端實現(xiàn)解碼，所以首先要按照編碼格式選擇相應的解碼器，其次還需要在本地音頻輸出端設置同樣的采樣頻率。
    播放狀態(tài)對應于播放模式，包括播放、暫停、快進、快退4種狀態(tài)，其中播放和暫停是對播放控制狀態(tài)機非常關鍵的狀態(tài)。對無法把播放和暫停狀態(tài)發(fā)送上來的藍牙手機，需要設計一種方法來判斷當前音樂處于哪種狀態(tài)。音樂在播放狀態(tài)時，流媒體音樂數(shù)據(jù)通過藍牙從SRC端傳輸?shù)絊NK端，SNK端將該藍牙數(shù)據(jù)傳輸?shù)紹C5的DSP中進行解碼，所以可以通過判斷DSP的解碼器緩存中是否有數(shù)據(jù)來判斷當前音樂狀態(tài)，如果沒有數(shù)據(jù)則音樂處于暫停狀態(tài)。
    當前播放時間、TagID3信息需要AVRCP V1.3的支持，AVRCP V1.3定義了一種獨特格式的TagID3信息，下面以邁克杰克遜的Billie Jean這首音樂為實例分析AVRCP中的TagID3格式，其Tag ID3數(shù)據(jù)為十六進制形式的“0 0 0 1 0 6a 0 b 42 69 6c 6c 69 65 20 4a 65 61 6e 0 0 0 2 0 6a 0 f 4d 69 63 68 61 65 6c 20 4a 61 63 6b 73 6f 6e 0 0 0 3 0 6a 0 0 0 0 0 4 0 6a 0 1 32”。TagID3包括標題名、演唱者、專輯名稱、音軌(第幾首)、總音軌(音樂總數(shù))5個屬性，每條屬性采用“4個字節(jié)的屬性ID+2個字節(jié)的字符集信息+2個字節(jié)的屬性長度+屬性數(shù)據(jù)”的格式，其中屬性ID“0 0 0 1”表示標題名，“0 0 0 2”表示演唱者，“0 0 0 3”表示專輯名稱，“0 0 0 4”表示音軌，“0 0 0 5”表示總音軌，常用字符集為avrcp_char_set_ascii=0 3，avrcp_char_set_utf_8=0 6a。按照上述格式，該音樂標題名為長度為11(0 b)的“42 69 6c 6c 69 65 20 4a 65 61 6e”，即Billie Jean，演唱者為長度為15(0 f)的“4d 69 63 68 61 65 6c 20 4a 61 63 6b 73 6f 6e”，即Michael Jachson，沒有專輯名稱和總音軌(長度為0)，音軌為0x32，即第2首歌。
    根據(jù)該格式設計屬性提取器如下：
    While(m<TagID3_length)
    {
        for (k=0；k<4；k++)
        {   av_streaming[n].attri[k]=TagID3[m]；
            m++；
        }                   
       if((av_streaming[n].attri[0]!=0)‖(av_streaming[n].attri[1]!=0)‖(av_streaming[n].attri[2]!=0)‖(av_streaming[n].attri[3]>5))
       {     errorflag=1；
       }
    if(errorflag==0)
    {                                                       for(k=0；k<2；k++)
       {     av_streaming[n].charset[k]=TagID3[m]；    
             m++；    
       }
       for (k=0；k<2；k++)       
       {     av_streaming[n].datalength[k]=TagID3[m]；       
             m++；
       }            
       av_streaming[n].datalen=av_streaming[n].datalength[1]|(av_streaming[n].datalength[0]<<8)；
       for (k=0；k<av_streaming[n].datalen；k++)
       {     av_streaming[n].tagid3data[k]=TagID3[m]；
             m++；
       }
             av_streaming[n].tagid3data[av_streaming[n].datalen]=‘\0’；
             n++；
       }
       else
       {     errorflag=0；
       }
    }
    經(jīng)上述代碼的解析，屬性ID在av_streaming[n].attri中，屬性數(shù)據(jù)在長度為av_streaming[n].datalen的數(shù)據(jù)av_streaming[n].tagid3data中。
    本文設計了一款藍牙車載音頻流播放器。該播放器運行穩(wěn)定可靠，兼容性好，大大方便了用戶的使用，有很好的實用價值。
參考文獻
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