A2DP & AVRCP，蓝牙音频协议的兄弟组合（1）

A2DP和AVRCP是传统蓝牙的两种高层应用协议。一般来讲，在市面的应用产品中，支持A2DP的蓝牙产品都有支持AVRCP。

那么，两者是怎样配合使用？又各自扮演者什么角色呢？又是分别如何实现的呢？

1）A2DP，Advanced Audio Distribution Profile。规定了使用蓝牙非同步传输信道方式，传输高质量音频护具的协议栈软件及使用方法。例如可以使用立体声蓝牙耳机来收听来自音乐播放器的音乐；

2）AVRCP，Audio Video Remote Control Profile。顾名思义，是指遥控功能，定义了控制音频 视频流的特征及协议。一般包括pause，stop，replay，音量控制等远程控制操作。例如，使用蓝牙耳机可以暂停，切换下一曲等操作来控制音乐播放器。

1. A2DP的实现

1）A2DP Profile定义了高质量音频数据传输的协议和过程，包括立体声和单声道数据的传输。这里的高质量音频指的是单声道(Mono)和立体声(Sterco)的音频，主要区别于蓝牙SCO链路上传输的普通语音，当然也不包括环绕声。

也就是说：A2DP的音质与bluetooth audio是有区别的。Bluetooth audio只能提供voice的音质，而A2DP能提供mono或stereo的音质。前者传输于SCO Channel上，而后者则传输于ACL Channel上。

2）A2DP的典型应用是将音乐播放器的音频数据发送到耳机或音箱。由于蓝牙提供的带宽较窄，音频数据可能需要进行有效的压缩才能保证接收端的实时播放。

3） A2DP的实现依赖于GAVDP和GAP,在GAVDP中定义了流连接的建立过程，在A2DP中定义流的参数和编、解码过程。

4）A2DP定义了两个 role： SRC：音频数据流的源；SNK：音频数据流的接收者。

5）A2DP建立在AVDTP传输协议的基础之上，AVDTP规定了链接是如何建立的，连接建立好之后，音频数据经过压缩之后，便可以收发了。音频数据是双向的。

PCM码流，需要很大的带宽，即低效又费电，不适合无线传输。因此需要编码压缩之后，再进行传输。

A2DP要求SRC和SNK至少要支持低于复杂度自带编解码（Low  Complexity  Subband Codec，SBC）标准。

MPEG-1 Audio，Mpeg-2 Audio，MPEG-2，4高级音频编码（Advanced-4 -http://www.paper.edu.cn Audio Coding,ACC）和自适应变换音频编码（Adaptive Transform Acoustic Coding，ATRAC）这几种音频编码标准是可选的。

除此之外的其他编码标准称为“非A2DP编码（Non-A2DP Codec），例如CSR家的APTX，FastStream等，注意：

如果SRC端以非A2DP Codec格式发送流数据到SNK,而SNK不支持非A2DP Codec格式的话，SRC会重新以SBC方式编码再发送。

其中，低复杂度自带编解码（SBC）是专门为蓝牙音视频设计的，它可以在中等传码率下获得较高的音频质量，并且具有较低的计算复杂度。

在信令交互的过程中，需要发现蓝牙设备的SEP并获得其服务能力，如果SEP具有SBC解码能力，那么需要对SBC有关参数进行配置，相关参数如下：

采样频率（48K,44.1K,32K,16K） 

声道模式（Mono,Dual Channel,Stereo）块长度（4,8,12,16）

子带（4,8）

分配方法（SNR、LOUDNES）

BitPool（2~250）

决定传码率的编解码信息包含于SBC数据帧头部，并且和音频数据流一起被不断的发送 到SNK

6）limitation：

     目前A2DP只定义了点对点的音频传输，没有定义广播式的音频传输，可能是由于速率的原因。

     由于射频信号的传输、数据流的编、解码等，在SRC和SNK之间有延迟(例如高通参考设计设置为500ms)。 

     音频数据速率必须小于蓝牙连接的比特率。

2. AVDTP--A2DP的基础协议

1）概念：

（1） AVDTP(AUDIO/VIDEO DISTRIBUTION TRANSPORT PROTOCOL)。是用来描述音频/视频在蓝牙设备间的传输的协议，是A2DP协议的基础协议，其在协议栈中的位置如下：
AVDTP协议建立在connection-oriented L2CAP channel上，只能支持point-to-point signaling。

（2）Stream代表两个A/V设备之间流多媒体数据的端到端的逻辑连接。

（3）Stream End Point (SEP)：应用程序通过这个接口提供Transport Services and AV capabilities来建立Stream。

（4）Stream End Point Identifier (SEID)：标识Stream End Point的。

（5）Stream Context (SC)：两端设备都有的关于Stream的信息。

（6）Stream Handle (SH)：主要是暴露给用于程序使用的。

（7）Media Packets, Recovery Packets, and Reporting Packets：根据三种不同的数据类型，有这三种数据包。其中，Basic Service会用到Basic service，Report service会用到Reporting Packets，Recovery service会用到Recovery Packets，此外Multiplexing service会用到Media Packets和其余一种或两种Packet。

（8）Transport Session：一条stream可以分解为多个transport sessions，每个transport session对应一个AVDTP的packet category ，which means Media, Recovery, or Reporting packets。 

（9）Transport Session Identifier (TSID)：标识Transport Session。

（10）Transport Channel：通常和一个L2CAP Channel对应。不用AVDTP Multiplexing Mode时，一条Transport Channel只传输一个transport session；用transport session的情况下，一条Transport  Channel可以传输多个 transport session（media,report或者recovery）。
（11）Transport Channel Identifier (TCID)：标识Transport Channel，唯一关联一条L2CAP channel。

2）A2DP的连接：

AVDTP连接的建立首先依赖于L2CAP连接的建立，它会在同一条ACL Link上建立两条L2CAP Channel，一条是用来Signaling，另一条用来进行Stream，report和recovery的传输。

（1）Signaling的主要过程为：1.DISCOVER 2.GET_CAPABILITIES 3.SET_CONFIGURATION 4.OPEN 5.START。

         >1. 首先使用Stream_End_Point_Discover命令发现ACP中的流端点，主要工作是要去查询远
               端的蓝牙设备（需要远端蓝牙设备的地址，这个地址是唯一的）可以提供的SEP  ，每个SEP
               可以提供一些服务。 

              远端的蓝牙设备会返回一个respond，respond包含一些信息，最重到是有多少个SEID，媒体服务类型等信                息并不十分重要，服务类型可以通过Get_Capablities来获得。然后从中选择将要建立的流端点。发送                           Stream_End_Point_Discover命令之后，会获得很多个SEID，

          >2. 然后就要发送Get_Capabilites命令来获得每个SEP所能提供的服务。（一个SEID代表一个SEP）具体的服                务类型，以及字段detail 参见AVDTP 的手册。我们感兴趣的是，蓝牙设备（例如蓝牙头戴式设备）是否拥                  有SBC解码的能力，A2DP规定，蓝牙立体声耳机必须支持SBC解码，其他的解码方式是可选的，有关SBC                的内容要参见A2DP协议。
          >3. 再使用Set_Configuration命令对流端点进行配置，通过Get_Capabilites，可以知道 SEP 可
                 以支持的服务，然后根据服务类型再进行一下具体的配置。需要配置音频的声道，采样率等
                信息。当然配置的时候，要给出SEID参数，指明对哪个SEP进行配置。

          >4. 最后就是启动流Stream_Start,如果某个SEP 具有Audio Media的服务，那么打开一个stream，给出SEID参                数，stream 是对应某个SEP。开启stream之后，就可以利用write 系统调用向socket里写音频数据了，写的              时候不需要再指明具体的SEID。

链路建立好之后，就可以进行数据传输，建链的过程，属于AVDTP 协议的内容， 而传输的内容要符合A2DP的规定，当然 A2DP 与AVDTP是密不可分的。

（2）State Machine如下，共有6个状态：IDLE、Configured、OPEN、STREAMING、Closing、Aborting。

其中：
>1. IDLE状态指的是流连接没有建立但L2CAP信道已经打开；
>2. Configured状态指SEP的配置完成； 
>3. OPEN状态指流连接已经建立；
>4. STREAMING状态指参数已经配置完毕，进行流的分发。
>5. Closing状态指关闭SEP的状态
>6. Aborting状态指Abort流连接 

（3）Procedure汇总

Stream End Point Discovery：远端设备提供支持的SEP列表和media Type。
Get All Capabilities：Using the SEID as a reference, the local device can query the service capabilities of the remote SEP。
Stream Configuration：By referencing both the local and the remote SEID, the local device (the INT) configures the SEP of the remote device (the ACP)。
Stream Get Configuration：etrieve the last capabilities settings performed by the remote device on the SEP。
Stream Establishment：The opening of a transport session, while referencing the remote SEID, includes, if necessary, the establishment of a new Transport Channel。
Stream Start：After the Stream Establishment is complete, the Start Streaming procedure causes the streaming to start; i.e., Media (Reporting, Recovery) packets can be exchanged。
Stream Release：initiated by the upper layer within a device; a signal is sent indicating
that a stream end-point be closed.
Stream Suspend：挂起。
Stream Reconfigure：对Stream进行配置。
Stream Reconfigure：再次配置。
Security Control：对AV data transmitted over a Bluetooth 提供protection。
Abort：用于两个设备的同步。
General Reject：对包含invalid Signal Identifier的Command进行的response。
Delay Reporting：provide an initial delay report required for synchronized audio/video playback。

结合（2）和（3）假设两个设备分别为A，B，则状态转移简述：
设备B的AVDTP处于idle状态。
设备A向设备B发送AVDTP_DISCOVER，获取设备B的SEP List。
设备A向设备B发送AVDTP_GET_CAPABILITYS，设备B返回CAPABILITY。
设备A的upper layer选定SEP后，向设备B发送SET CONFIGURATION。如果SEP已被使用，则重新选定SEP并重复此过程。如果此SEP未被使用，则配置成功。此时AVDTP的状态变成configured。
设备A向设备B发送AVDTP_OPEN，设备B进入open状态。
设备A向设备B发送AVDTP_START，设备B进入streaming状态。设备B也可发送同一指令给设备A，也能进入streaming状态。
设备A向设备B发送AVDTP_SUSPEND，设备B进入open状态。
设备A向设备B发送AVDTP_CLOSE，设备B进入closing状态，再转移到idle状态。
设备B处在open状态，设备A向设备B发送AVDTP_RECONFIGURE，重新配置成功后，设备A向设备B发送AVDTP_START，设备B进入streaming状态

（4）Transport Procedures
    分为三种Service：Basic Service，Reporting Service，Recovery Service和Multiplexing Service。
    >1. Basic Service只提供signaling 和media streaming。Media Packet Format如下图：参数定义如下：

>2. Reporting packet格式如下：
注意：如果不使用multiplexing mode ，一个PDU包含一个meida或者reporting或者recovery packet
每个transport session 使用不同的L2CAP Channel。如果使用Multiplexing Service，则一个transport channel上可能有好几种transport transport，需要AL header 来进行区分。

（5）signaling message
一个Signal Fragmentation的实例：

Signal command and response headers：

参数Message Type：

（6）HCI Log包分析：

>1. 在L2CAP层抓取，分别由Maste和Slave建立了两条关于AVDTP的L2CAP连接，并完成了configure的过程，如下：

我们可以看到AVDTP的主要Signaling的过程：
1.DISCOVER 2.GET_CAPABILITIES 3.SET_CONFIGURATION 4.OPEN 5.START

下面分析一下具体的内容：
Frame62：Master->AVDTP_DISCOVER
00000001 00000000 00000110 00000000 00000010 00000000 01000010 00000000 00000000 00000001
前面的是HCI和L2CAP的封装，这里也顺带看一下吧。
首先是HCI的：
Connection Handle:00000001 00000000 = 0x01 = 1
Broadcast Flag: No broadcast, point-to-point
Packet Boundary Flag: First non-automatically-flushable L2CAP packet
Total Length: 0x06 = 6

L2CAP部分：
PDU Length: 0x02 = 2
Channel ID: 0x0042  //注意：这个ID是远端Slave的CID

AVDTP部分：
Transaction Label: 0
Packet Type: Single Packet
Message Type: Command
Signaling Identifier: AVDTP_DISCOVER
注：这就是一个Master发出的Discover command


Frame65：Slave->AVDTP_DISCOVER RESPONSE
00000001 00100000 00001000 00000000 00000100 00000000 01000000 00000000 00000010 00000001 00000100 00000000
HCI和L2CAP简单看下，主要看AVDTP分部分：
Packet Boundary Flag: First automatically-flushable L2CAP packet
Channel ID: 0x0040  //注意：这个ID是本地Master的CID
Message Type: Response Accept
Signaling Identifier: AVDTP_DISCOVER
ACP Stream Endpoint ID: 1
In-use: No
TSEP: SRC
Media Type: Audio  //由bluetooth分配的bumber
注：具体的resposne结构可以参考AVDTP的Spec。这个主要是远端的Slave响应本地的AVDTP_DISCOVER command，本地接收的CID为0x40,发现了远端Slave的一个值为1的SEID，而且没有使用。需要指出的是，packet baoundary flag为 automatically-flushable L2CAP packet，而AVDTP_DISCOVER command中为non-automatically-flushable L2CAP packet。

Frame66 Master->GET_CAPABILITIES
00000001 00000000 00000111 00000000 00000011 00000000 01000010 00000000 00010000 00000010 00000100
看AVDTP的部分：
Transaction Label: 1
Signaling Identifier: AVDTP_GET_CAPABILITIES
ACP Stream Endpoint ID: 1
注：利用DISCOVER中找到的远端SEID=1的端口发送GET_CAPABILITIES来获取对方信息。

>2. 这里先讲一下AVDTP的Service是如何描述的。首先分为几个Service category：

其次，Service是以以下结构来进行描述的：

即第一个字节是所属的Service category，然后是capability的length，最后是Service capability的information element。

然后继续分析：

Frame68：Slave->GET_CAPABILITIES RESPONSE
00000001 00100000 00010000 00000000 00001100 00000000 01000000 00000000 00010010 00000010 00000001 00000000 00000111 00000110 00000000 00000000 00100001 00010101 00000010 00110101
看AVDTP的部分：
Service Category: Media Transport
Length Of Service Capability (LOSC): 0
Service Category: Media Codec
Length Of Service Capability (LOSC): 6
information element部分:参考IETF RFC3550 / RFC1889标准。这里大概的信息是SBC编码，44100采样率等。
注：这里获取的是远端SEID的Media Transport和media codec信息。

Frame69：Master->SET_CONFIGURATION
00000001 00000000 00010010 00000000 00001110 00000000 01000010 00000000 00100000 00000011 00000100 00001000 00000001 00000000 00000111 00000110 00000000 00000000 00100001 00010101 00000010 00110101
ACP Stream Endpoint ID: 1
INT Stream Endpoint ID: 2
Service Category: Media Transport
Length Of Service Capability (LOSC): 0
Service Category: Media Codec
Length Of Service Capability (LOSC): 6
注:主要是对远端的Slave进行configure，貌似没怎么配置，不和get-capability的一样嘛。。。

Frame71：Slave->SET_CONFIGURATION RESPONSE
注:远端Slave接受了configure

Frame72：Master->OPEN
00000001 00000000 00000111 00000000 00000011 00000000 01000010 00000000 00110000 00000110 00000100
ACP Stream Endpoint ID: 1
注:打开远端的SEID=1的端口。

Frame73:Slave->DISCOVER
注：远端的Slave向本地的master发送discover command。Spec上貌似没有写是否需要双向的discover，不过这样貌似也没有什么坏处不是吗

Frame74:Master DISCOVER RESPONSE
00000001 00000000 00001010 00000000 00000110 00000000 01000010 00000000 00000010 00000001 00000100 00000000 00001010 00001000
ACP Stream Endpoint ID: 1 
In-use: No
TSEP: SRC
ACP Stream Endpoint ID: 2
In-use: Yes 
TSEP: SNK 
注：本地的Master有两个SEID，其中SEID1未使用，可作为SRC，SEID2正在使用，可作为SNK。

Frame76 Slave->OPEN RESPONSE
注:对Frame72的回应，接受了本地Master的打开端口的command。

Frame79是远端Slave的GET_CAPABLIYY command，本地Master在Frame89回应。

Frame88:Master-〉START
注：本地Master开始Stream。

Frame92：Slave->START RESPONSE
注：远端Slave接受了START的command，做出resposne。
Frame93：Slave->SUSPEND
注：远端Slave挂起本地SEID=2的端口。

Frame94：Master SUSPEND RESPONSE
注：本地接受SEID=2的端口挂起。

Frame134：Master->CLOSE
注：本地UI上手动断开AVDTP连接，出发本地MASTER的CLOSE command，关闭了本地SEID=1的端口。远端Slave在Frame138接受了这个命令。

3. AVRCP：将在A2DP & AVRCP，蓝牙音频协议的兄弟组合（2）中总结。