藍(lán)牙車載音頻流播放器的設(shè)計與實現(xiàn)

 現(xiàn)在的車載信息娛樂系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)配置有帶CD播放功能的收音機(jī)、液晶屏，其他可選配置有GPS和藍(lán)牙免提裝置等設(shè)備。隨著藍(lán)牙技術(shù)在音視頻傳輸中的應(yīng)用，一種可以增強(qiáng)用戶娛樂體驗的藍(lán)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(yīng)用。藍(lán)牙音頻流播放功能是指將藍(lán)牙MP3或藍(lán)牙手機(jī)上的音樂通過藍(lán)牙以流媒體的方式傳輸?shù)竭h(yuǎn)端設(shè)備上進(jìn)行解碼后通過遠(yuǎn)端設(shè)備的功放系統(tǒng)播放，同時遠(yuǎn)端設(shè)備還帶有遠(yuǎn)程控制功能，使得用戶可以在遠(yuǎn)端設(shè)備上操作音樂，使其暫停、播放、快進(jìn)快退或進(jìn)行上下首切換。筆者設(shè)計實現(xiàn)了一款藍(lán)牙車載音頻流播放器，該播放器和收音機(jī)及液晶屏之間通過CAN總線進(jìn)行連接，控制操作在收音機(jī)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(jìn)行傳輸。從用戶的使用角度來說，該藍(lán)牙音頻流播放器是和收音機(jī)、液晶屏組成一套系統(tǒng)的。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。音頻流播放器、液晶屏和收音機(jī)組成一個車載娛樂系統(tǒng)的CAN網(wǎng)絡(luò)，控制命令及狀態(tài)信息均通過CAN總線傳輸，其中收音機(jī)帶有功放，直接驅(qū)動汽車?yán)?，并統(tǒng)一管理包括FM、CD和音頻流播放器的音頻輸出在內(nèi)的音源。音頻流播放器和藍(lán)牙手機(jī)通過藍(lán)牙進(jìn)行交互，采用A2DP(Advanced Audio Distribution Profile)完成音樂音頻流數(shù)據(jù)及相關(guān)格式信息的傳輸，通過AVRCP(Audio/Video Remote Control Profile)完成對音樂的遠(yuǎn)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(lán)牙手機(jī)稱為SRC，數(shù)字音頻流的接收端藍(lán)牙音頻流播放器稱為SNK。

2 硬件設(shè)計
    藍(lán)牙音頻流播放器的硬件設(shè)計中，包括CAN通訊、藍(lán)牙子系統(tǒng)和音頻系統(tǒng)3個部分，其中藍(lán)牙子系統(tǒng)和音頻系統(tǒng)部分采用CSR的藍(lán)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(lán)牙協(xié)議棧及應(yīng)用，集成了性能高達(dá)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(shè)計。
    由圖2可見，BC5內(nèi)部集成了藍(lán)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(shè)計。

3 播放控制狀態(tài)機(jī)的設(shè)計
    藍(lán)牙音頻流的遠(yuǎn)程播放控制使得用戶可以使用車載收音機(jī)上控制CD音樂的按鍵來控制藍(lán)牙手機(jī)上的音樂，控制操作包括播放、暫停、上一首、下一首、快進(jìn)和快退，通過AVRCP(音視頻遠(yuǎn)程控制剖面)命令實現(xiàn)?？紤]到用戶操作隨機(jī)性很強(qiáng)及藍(lán)牙手機(jī)的音頻流支持特性不同的問題，需要設(shè)計一個完善的遠(yuǎn)程播放控制狀態(tài)機(jī)來保證良好的操作體驗。
    遠(yuǎn)程播放控制狀態(tài)機(jī)是個組合式狀態(tài)機(jī)，包括2個小的狀態(tài)機(jī)：(1)狀態(tài)為藍(lán)牙手機(jī)音樂狀態(tài)，輸入為人機(jī)接口操作，在人機(jī)接口操作的處理中判斷當(dāng)前音樂狀態(tài)，決定輸出的AVRCP命令；(2)狀態(tài)為人機(jī)接口操作或者說“期望狀態(tài)”，輸入為藍(lán)牙手機(jī)音樂當(dāng)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(jī)接口操作稱為“期望狀態(tài)”，把當(dāng)前音樂狀態(tài)稱為“實際狀態(tài)”，這兩個狀態(tài)機(jī)的原理便是當(dāng)期望狀態(tài)和實際狀態(tài)不一致時，發(fā)送可以達(dá)到期望狀態(tài)的AVRCP命令。下面詳細(xì)介紹下狀態(tài)機(jī)的設(shè)計要點。
    首先每個人機(jī)操作的控制命令在AVRCP上都對應(yīng)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(jìn)命令，則是先執(zhí)行FF_PRESS命令，在快進(jìn)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(jìn)狀態(tài)FF和快退狀態(tài)FB)。對于PLAY和PAUSE狀態(tài)，由于藍(lán)牙手機(jī)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(jī)上進(jìn)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(jìn)快退，首先在快進(jìn)快退中不要判斷當(dāng)前音樂是暫停還是播放，其次因為部分手機(jī)在快進(jìn)快退結(jié)束后會先把音樂暫停一下再播放，所以不要在快進(jìn)快退剛結(jié)束時便調(diào)用播放控制狀態(tài)機(jī)，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(shè)置、音樂播放狀態(tài)、當(dāng)前播放時間、TagID3信息等。首先藍(lán)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(yīng)的解碼器，其次還需要在本地音頻輸出端設(shè)置同樣的采樣頻率。
    播放狀態(tài)對應(yīng)于播放模式，包括播放、暫停、快進(jìn)、快退4種狀態(tài)，其中播放和暫停是對播放控制狀態(tài)機(jī)非常關(guān)鍵的狀態(tài)。對無法把播放和暫停狀態(tài)發(fā)送上來的藍(lán)牙手機(jī)，需要設(shè)計一種方法來判斷當(dāng)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(lán)牙從SRC端傳輸?shù)絊NK端，SNK端將該藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸?shù)紹C5的DSP中進(jìn)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(dāng)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(dāng)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(jìn)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(biāo)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(biāo)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(biāo)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(shè)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]=‘