BAP 深度解析：单播与广播的基石

目录

1. BAP 概述
2. 核心概念
3. Unicast（单播）详解
4. Broadcast（广播）详解
5. PACS：能力发现机制
6. ASE：音频流端点
7. 状态机详解
8. 配置流程实战
9. 代码示例

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BAP 概述

什么是 BAP？

BAP (Basic Audio Profile)是 LE Audio 的基础 Profile，定义了：

• 音频流的配置和建立
• 单播（Unicast）和广播（Broadcast）两种模式
• 音频能力的发现和协商

角色定义

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐ │ BAP 角色定义 │ ├─────────────────────────────────────────────────────────┤ │ 单播 (Unicast) │ │ ├─ Unicast Client - 单播客户端（如手机） │ │ ├─ Unicast Server - 单播服务器（如耳机） │ │ │ │ 广播 (Broadcast) │ │ ├─ Broadcast Source - 广播源（如公共广播发射器） │ │ └─ Broadcast Sink - 广播接收器（如耳机接收广播） │ └─────────────────────────────────────────────────────────┘

BAP 在协议栈中的位置

应用层 │ ├─ CAP (Common Audio Profile) ← 统一配置接口 │ ├─ BAP (Basic Audio Profile) ← 本文主角 │ ├─ ASCS (Audio Stream Control Service) │ ├─ PACS (Published Audio Capabilities) │ └─ BASS (Broadcast Audio Scan Service) │ └─ ISO (Isochronous Channels) ← 传输层 ├─ CIS (单播) └─ BIS (广播)

核心概念

1. Direction（方向）

typedef enum { BAP_DIR_SINK = 0x01, // 接收端（如耳机） BAP_DIR_SOURCE = 0x02, // 发送端（如手机麦克风） } bap_direction_t;

• Sink: 接收音频数据（播放）
• Source: 发送音频数据（录音/通话上行）

2. Target Latency（目标延迟）

3. PHY（物理层）

typedef enum { BAP_PHY_1M = 0x01, // 1 Mbps BAP_PHY_2M = 0x02, // 2 Mbps（推荐） BAP_PHY_CODED = 0x04, // Coded PHY（远距离） } bap_phy_t;

Unicast（单播）详解

单播特点

• 点对点连接: 一对一传输
• 双向通信: 支持同时 Sink + Source（如通话）
• 可靠传输: CIS 支持重传机制

CIS（Connected Isochronous Stream）

CIS 架构: ┌─────────┐ CIG ┌─────────┐ │ Source │ ←──────────→ │ Sink │ │ (手机) │ CIS x N │ (耳机) │ └─────────┘ └─────────┘ CIG: Connected Isochronous Group CIS: Connected Isochronous Stream 一个 CIG 可以包含多个 CIS: - CIS_0: 左耳音频 - CIS_1: 右耳音频 - CIS_2: 麦克风上行

单播配置参数

typedef struct { // 基本信息 uint8_t direction; // SINK or SOURCE uint8_t target_latency; // LOW/BALANCED/HIGH uint8_t phy; // 1M/2M/CODED // Codec 配置 bap_codec_cfg_t codec; // QoS 配置 bap_qos_cfg_t qos; } bap_unicast_config_t;

Broadcast（广播）详解

广播特点

• 一对多: 一个发射器，无限接收器
• 单向传输: 仅 Source → Sink
• 无连接: 接收器无需配对即可收听
• 支持加密: 需要 Broadcast Code 解密

BIS（Broadcast Isochronous Stream）

BIS 架构: ┌───────────────┐ │ Broadcast │ │ Source │ │ (公共广播) │ └───────┬───────┘ │ BIS 广播 ↓ ┌────┼────┐ ↓ ↓ ↓ ┌───┐┌───┐┌───┐ │耳机││耳机││助听器│ └───┘└───┘└───┘ BIG: Broadcast Isochronous Group BIS: Broadcast Isochronous Stream

Auracast™

Auracast是 LE Audio 广播音频的商标名称，应用场景：

• 机场登机广播
• 剧院/电影院音频
• 教堂/清真寺宗教仪式
• 健身房电视音频

Auracast 标识: 📢 发射器: "请使用支持 Auracast 的设备收听" 🎧 接收器: 扫描 → 发现广播 → 加入收听

PACS：能力发现机制

什么是 PACS？

PACS (Published Audio Capabilities Service)用于设备发布自己的音频能力：

• 支持的编解码器
• 采样率
• 帧时长
• 通道数

PAC（Published Audio Capability）

typedef struct { uint8_t codec_id; // 0x06 = LC3 uint16_t company_id; // Vendor ID (0xFFFF for standard) // 能力位图 uint16_t sampling_freqs; // 8/16/24/32/44.1/48 kHz uint8_t frame_durations; // 7.5ms / 10ms uint8_t channel_counts; // 1/2/3... channels // 码率范围 uint16_t min_octets_per_frame; uint16_t max_octets_per_frame; } bap_pac_t;

发现流程

1. Client 连接 Server ↓ 2. Client 发现 PACS Service ↓ 3. Client 读取 Sink/Source PAC ↓ 4. Client 根据能力选择合适的配置 ↓ 5. Client 通过 ASCS 配置 ASE

LC3 典型能力

采样率: 8, 16, 24, 32, 44.1, 48 kHz 帧时长: 7.5ms, 10ms 码率: 16-320 kbps 常见配置: - 音乐: 48kHz, 10ms, 160kbps - 通话: 32kHz, 10ms, 64kbps - 游戏: 48kHz, 7.5ms, 240kbps (低延迟)

ASE：音频流端点

ASE 定义

ASE (Audio Stream Endpoint)是 LE Audio 中音频流的抽象端点：

• 每个 ASE 代表一个音频流配置
• ASE 有明确的状态机
• Client 通过 Control Point 操作 ASE

ASE Characteristics

ASE 数量

典型设备配置: - TWS 耳机: 2 Sink ASE (左右耳) + 1 Source ASE (麦克风) - 单耳耳机: 1 Sink ASE + 1 Source ASE - 手机: 多个 Sink/Source ASE，支持多设备

状态机详解

ASE 状态机

┌─────────────┐ ┌─────────│ IDLE │◄────────────────┐ │ └──────┬──────┘ │ │ │ Config Codec │ │ ↓ │ │ ┌─────────────┐ │ │ │ CODEC_CFG │ │ │ └──────┬──────┘ │ │ │ Config QoS │ │ ↓ │ │ ┌─────────────┐ │ │ │ QOS_CFG │ │ │ └──────┬──────┘ │ │ │ Enable │ │ ↓ │ │ ┌─────────────┐ Start Ready │ └────────►│ ENABLING │◄───────────────│ └──────┬──────┘ │ │ Receiver Start Ready │ ↓ │ ┌─────────────┐ Disable │ ┌────────►│ STREAMING │─────────────────┘ │ └─────────────┘ │ │ │ ↓ Receiver Stop Ready │ ┌─────────────┐ └─────────│ DISABLING │ └─────────────┘

状态说明

配置流程实战

单播配置完整流程

【场景】手机连接 TWS 耳机，播放音乐 Step 1: 发现 PACS ┌──────┐ ┌──────┐ │ 手机 │ ←─Discover PACS──→ │ 耳机 │ └──────┘ └──────┘ Step 2: 读取 Sink PAC ┌──────┐ ┌──────┐ │ 手机 │ ←─Read Sink PAC──→ │ 耳机 │ └──────┘ └──────┘ 获取: 支持 48kHz, 10ms, LC3 Step 3: 配置 ASE (Sink) ┌──────┐ ┌──────┐ │ 手机 │ ──Config Codec──→ │ 耳机 │ │ │ │ │ │ │ ◄────Success─────── │ │ └──────┘ └──────┘ State: Idle → Codec Configured Step 4: 配置 QoS ┌──────┐ ┌──────┐ │ 手机 │ ──Config QoS────→ │ 耳机 │ │ │ ◄────Success─────── │ │ └──────┘ └──────┘ State: Codec Configured → QoS Configured Step 5: 启用 ASE ┌──────┐ ┌──────┐ │ 手机 │ ────Enable──────→ │ 耳机 │ │ │ ◄────Success─────── │ │ └──────┘ └──────┘ State: QoS Configured → Enabling Step 6: Receiver Start Ready ┌──────┐ ┌──────┐ │ 手机 │ ──Start Ready───→ │ 耳机 │ │ │ ◄────Success─────── │ │ └──────┘ └──────┘ State: Enabling → Streaming Step 7: 创建 CIS ┌──────┐ ┌──────┐ │ 手机 │ ←──CIS Created──→ │ 耳机 │ └──────┘ └──────┘ Step 8: 开始传输音频 ┌──────┐ ┌──────┐ │ 手机 │ ═══LC3 Data════► │ 耳机 │ └──────┘ └──────┘

广播配置完整流程

【场景】机场广播 Step 1: 创建 Broadcast Source ┌──────────────┐ │ 广播源 │ │ (机场系统) │ └──────┬───────┘ │ ↓ BIG Created Step 2: 配置 BIS - Codec: LC3, 48kHz, 10ms - QoS: 10000us interval, 160kbps Step 3: 启动广播 ┌──────────────┐ │ 广播源 │═══BIS Broadcast═══► └──────────────┘ Step 4: 接收端发现广播 ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────┐ │ 耳机 │ │ 助听器 │ │ 手机 │ │ (Synced) │ │ (Synced) │ │ (Synced) │ └──────────┘ └──────────┘ └──────────┘ Step 5: 接收音频 所有接收器同步接收相同音频流

代码示例

初始化 BAP

#include "bap.h" static bap_callbacks_t bap_cbs = { .pacs_discover_complete = on_pacs_discovered, .ase_state_changed = on_ase_state_changed, .cis_connected = on_cis_connected, }; void bap_init(void) { int err = bap_init(&bap_cbs); if (err) { printf("BAP init failed: %d\n", err); return; } printf("BAP initialized\n"); }

发现 PACS

void discover_pacs(bap_conn_handle_t conn) { int err = bap_discover_pacs(conn, on_pacs_discovered, NULL); if (err) { printf("Discover PACS failed: %d\n", err); return; } } void on_pacs_discovered(bap_conn_handle_t conn, int err, void *user_data) { if (err) { printf("PACS discovery failed\n"); return; } // 获取 Sink PAC uint8_t count; const bap_pac_t *sink_pacs = bap_get_sink_pacs(conn, &count); for (int i = 0; i < count; i++) { printf("Sink PAC %d: codec=%d, freq=%d\n", i, sink_pacs[i].codec_id, sink_pacs[i].sampling_freqs); } }

配置 ASE

void configure_ase(bap_conn_handle_t conn) { bap_ase_config_t config = { .direction = BAP_DIR_SINK, .target_latency = BAP_LATENCY_BALANCED, .phy = BAP_PHY_2M, .codec = { .codec_id = BAP_CODEC_LC3, .sampling_freq = BAP_SAMPLING_FREQ_48000, .frame_duration = BAP_FRAME_DURATION_10MS, .channel_count = 2, .octets_per_frame = 120, // 96kbps }, .qos = { .framing = 0, // Unframed .phy = BAP_PHY_2M, .sdu_interval_us = 10000, // 10ms .max_sdu_size = 120, .retransmission_number = 2, .max_latency_ms = 20, }, }; int err = bap_ase_config(conn, &config, on_ase_configured, NULL); if (err) { printf("ASE config failed: %d\n", err); } } void on_ase_state_changed(bap_conn_handle_t conn, bap_ase_handle_t ase, bap_ase_state_t state, void *user_data) { switch (state) { case BAP_ASE_STATE_QOS_CONFIGURED: printf("ASE configured, enabling...\n"); bap_ase_enable(conn, ase, on_ase_enabled, NULL); break; case BAP_ASE_STATE_STREAMING: printf("ASE streaming!\n"); break; default: break; } }

创建广播

void create_broadcast(void) { bap_broadcast_config_t config = { .num_bis = 1, .codec = { .codec_id = BAP_CODEC_LC3, .sampling_freq = BAP_SAMPLING_FREQ_48000, .frame_duration = BAP_FRAME_DURATION_10MS, .octets_per_frame = 120, }, .qos = { .sdu_interval_us = 10000, .max_sdu_size = 120, }, }; bap_big_handle_t big; int err = bap_broadcast_create(&config, &big, on_broadcast_created, NULL); if (err) { printf("Broadcast create failed: %d\n", err); } } void on_broadcast_created(bap_big_handle_t big, int err, void *user_data) { if (err) { printf("Broadcast creation failed\n"); return; } // 启动广播 bap_broadcast_start(big, on_broadcast_started, NULL); }

常见问题

Q1: ASE 配置失败怎么办？

检查点:

1. PACS 发现是否成功？
2. 选择的 Codec 参数是否在 PAC 支持范围内？
3. QoS 参数是否满足 PHY 和延迟要求？

Q2: CIS 连接失败？

检查点:

1. ASE 是否已进入 Streaming 状态？
2. CIG/CIS 参数是否正确？
3. 设备是否支持相应的 PHY？

Q3: 广播接收不到？

检查点:

1. 广播是否已启动？
2. 接收端是否扫描到广播？
3. 是否需要 Broadcast Code？

总结

BAP 核心要点

1. 两种模式: Unicast（单播）和 Broadcast（广播）
2. 三个关键: PACS（能力）、ASE（端点）、CIS/BIS（传输）
3. 状态机驱动: ASE 有明确的状态流转
4. 配置先行: 必须先配置 Codec 和 QoS，才能启用传输