Ladda ner artikeln här (länk, pdf). Fler tekniska rapporter finns på etn.se/expert

Det finns missuppfattningar både kring definitionen av BLE Audio och om vilka delar som är färdiga att ta i bruk. Tanken med den här artikeln är att förklara var vi ligger i utvecklingen av tekniken och vad som krävs för en bra implementering.

Ljud i klassisk Bluetooth vs BLE
Första frågan är egentligen vad BLE Audio väntat på. Varför har det dröjt så länge innan BLE fått strömmande ljud? Svaret är att det är en tillämpning som inte riktigt matchar vad BLE är skapat för, vilket är strömsnåla IoT-tilllämpningar med sporadisk dataöverföring.

Klassisk Bluetooth klarar inte strömsnålhet eftersom dess förbindelser alltid är aktiva och en ansluten radioenhet alltid är aktiv.

BLE är strömsnål genom att den kan gå i viloläge och spara ström. Därmed matchar strömmande ljud egentligen inte BLE. Det krävs en kontinuerlig ganska hög datatakt för att strömma ljud. Att kompromissa fram en lösning mellan dessa i grunden olika typer av Bluetooth var inte helt lätt och krävde en ny teknik i flera steg, som vi ska beskriva här.

För det första krävdes stöd för streaming. Detta introducerades i Bluetooth 5.2. En missuppfattning är att BT 5.2 är detsamma som BLE Audio. Men faktum är att 5.2 inte bara stöder audio utan också teknik av annat slag, så 5.2 är i sig inte BLE Audio.

Protokoll för dataöverföring brukar be om omsändning om det uppstår paketfel tills paketet kommit fram. När det gäller streaming används istället paket som är tidsstämplade och tappade paket kasseras.

Det betyder att lyssnaren kommer att uppleva ett och annat glapp i ljudströmmen. Däremot uppstår inga fel med tajming eller med att ljudfragment repeteras.

Det strömningsprotkoll som BT 5.2 använder har det något otympliga namnet Isochronous Channels, isokrona kanaler.

Flerkanalsströmning
BT 5.2 tar strömning steget längre än klassisk Bluetooth  genom att introducera möjligheten att strömma kanaler synkroniserat. Dagens generation Bluetooth-stereoheadset tvingas strömma stereosignalen till den ena hörsnäckan som sedan får skicka en av kanalerna till den andra snäckan. Det är ineffektivt och begränsar möjligheterna.

Under 5.2 kan en och samma enhet streama flera kanaler, till exempel för att leverera  fem kanalers surroundljud för hemmabio.

Ett problem som behövde hanteras var BLE:s begränsade datatakt. Klassisk Bluetooth EDR (Enhanced Data Rate) har teoretiskt en datatakt på upp till 3 Mbit/s. Bluetooth Low Energy är begränsad till 2 Mbit/s. Som nämndes ovan är vi dessutom kanske ute efter att införliva ännu fler kanaler.

Glöm heller inte bort att en teoretisk hastighet är just det – teoretisk. I en verklig miljö med 2,4 Ghz RF-signaler runt kroppen kommer de faktiska hastigheterna sannolikt att vara mycket lägre.

Ny kodek
För att lösa problemet har en ny kodek utvecklats – LC3 (Low Complexity Communication). En kodek komprimerar ljuddata för att göra det mindre och därmed lättare att överföra. Ljudkodekar för trådlösa tillämpningar är normalt inexakta, ”lossy” . Det innebär att de sänker ljudkvaliteten men på ett sådant sätt att de gör största möjliga datakomprimering med minsta möjliga förlust av hörbar ljudkvalitet. Det är lika mycket en konst som en vetenskap, eftersom det som räknas är upplevd lyssnarupplevelse snarare än hårda siffror från någon sorts mätning.

Blindtester ska ha visat att LC3 ger högre upplevd ljudkvalitet än befintliga kodekar som SBC (Sub Band Coding) vid halva datatakten. Så även vid 192 kBit/s är det möjligt att överföra ljud av hög kvalitet – i alla fall ­högre än 384 kBit/s SBC.

Detta är en betydande fördel, för då går det att strömma högkvalitativt ljud trots BLE:s mer begränsade datagenomströmning.

Notera att LC3-kodeken i sig inte är en del av BLE Audio. Den utformades med BLE Audio i åtanke men kan användas på alla typer av ljudöverföring.

Tillgängliga produkter
Detta om tekniken. Hur ligger det till vad det gäller hårdvara? Det finns ju BLE 5.2-kompatibel hårdvara redan nu, så betyder det att det finns att köpa produkter som kan pluggas in och börja strömma ljud?

Nja, sakta i backarna! För det första: att vara Bluetooth ”5.2-kompatibel” innebär INTE att samtliga Bluetooth 5.2-funktioner är implementerade. Så du vill först kontrollera att hela uppsättningen funktioner är implementerade och tillgängliga, i första hand Isochronous Channels.

För det andra måste det finnas en implementering av en LC3-kodek. Observera att en sådan inte är en del av BLE Audio i sig. Och du måste se till att hårdvaran har tillräcklig beräkningskraft för att köra koden, som brukar vara minnes- och processorhungrig. Så endast den mest kraftfulla hårdvaran har kapacitet att köra dem.

Du kan till och med behöva ta en extra processor eller DSP till hjälp. Du behöver kunna köra en oberoende kodek samtidigt per kanal, två för stereo, till exempel.

Slutligen är det osannolikt att vanlig BLE-hårdvara har en analog till digital-omvandlare av tillräcklig kvalitet för att kunna konvertera en analog signal med den kvalitet som högkvalitativt ljud kräver, eller än mindre att den ensam kan hantera brusreducering och andra avancerade funktioner. Så i de flesta fall krävs en högkvalitativ DSP och ADC för att generera och bearbeta den digitala signal som ska skickas över Bluetooth-länken.

Rent praktiskt är den senaste generationens Bluetoothkretsar inriktade på denna typ av tillämpning. De har ofta kraftfulla dubbelkärnor (exempelvis ARM Cortex M33), med mycket flash och RAM-kapacitet.

Var försiktig med äldre generationers hårdvara som uppgraderats till ”Bluetooth 5.2-kompatibilitet”. Många av dem kommer inte att ha tillräckligt kapacitet.

Läget idag – reality check
Så tillbaka till kärnfrågan – hur är nuläget när det gäller BLE Audio? Standarderna är klara. Lösningen för flerkanalsljud innebär en klar förbättring jämfört med dagens Bluetooth-ljud. Och så finns en ny kodek som ger högre ljudkvalitet i lägre, BLE-vänliga, datatakter.

Det finns en ny generation ytterst kapabla kretsar med kapacitet att implementera kärnfunktionerna i BLE Audio. Ytterligare komponenter kommer dock sannolikt fortfarande att krävas. Som alltid är mjukvaruimplementeringarna den sista pusselbiten som kommer att falla på plats – exakt när det sker kommer att variera beroende på leverantör.