การสนับสนุนเครื่องช่วยฟังเสียงโดยใช้ Bluetooth LE

อุปกรณ์ช่วยฟัง (HA) สามารถปรับปรุงการเข้าถึงบนอุปกรณ์พกพาที่ใช้ระบบ Android โดยใช้ช่องสัญญาณ L2CAP (CoC) ที่มุ่งเน้นการเชื่อมต่อผ่าน Bluetooth Low Energy (BLE) CoC ใช้บัฟเฟอร์แบบยืดหยุ่นของแพ็กเก็ตเสียงหลายแพ็กเก็ตเพื่อรักษาการไหลของเสียงให้คงที่ แม้ในกรณีที่แพ็กเก็ตสูญหาย บัฟเฟอร์นี้ให้คุณภาพเสียงสำหรับอุปกรณ์ช่วยฟังโดยมีค่าใช้จ่ายแฝง

การออกแบบ CoC อ้างอิง Bluetooth Core Specification Version 5 (BT) เพื่อให้สอดคล้องกับข้อกำหนดหลัก ค่าหลายไบต์ทั้งหมดในหน้านี้จะอ่านเป็น little-endian

คำศัพท์

• Central - อุปกรณ์ Android ที่สแกนหาโฆษณาผ่าน Bluetooth
• อุปกรณ์ต่อพ่วง - เครื่องช่วยฟังที่ส่งแพ็กเก็ตโฆษณาผ่านบลูทูธ

โทโพโลยีเครือข่ายและสถาปัตยกรรมระบบ

เมื่อใช้ CoC สำหรับเครื่องช่วยฟัง โทโพโลยีของเครือข่ายจะถือว่าอุปกรณ์ต่อพ่วงส่วนกลางหนึ่งชิ้นและสองชิ้น ซ้ายหนึ่งชิ้นและขวาหนึ่งชิ้น ดังที่แสดงใน รูปที่ 1 ระบบเสียง Bluetooth มองอุปกรณ์ต่อพ่วงด้านซ้ายและขวาเป็นอ่างรับเสียงเดียว หากไม่มีอุปกรณ์ต่อพ่วง เนื่องจากใส่ได้พอดีแบบโมโนหรือขาดการเชื่อมต่อ จากนั้นส่วนกลางจะผสมช่องสัญญาณเสียงซ้ายและขวาและส่งสัญญาณเสียงไปยังอุปกรณ์ต่อพ่วงที่เหลือ หากส่วนกลางสูญเสียการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ต่อพ่วงทั้งสอง จากนั้นส่วนกลางจะพิจารณาว่าลิงก์ไปยังตัวซิงก์เสียงหายไป ในกรณีดังกล่าว ศูนย์กลางจะส่งสัญญาณเสียงไปยังเอาต์พุตอื่น

รูปที่ 1 โทโพโลยีสำหรับจับคู่เครื่องช่วยฟังกับอุปกรณ์มือถือ Android โดยใช้ CoC บน BLE

เมื่อศูนย์กลางไม่สตรีมข้อมูลเสียงไปยังอุปกรณ์ต่อพ่วงและสามารถรักษาการเชื่อมต่อ BLE ได้ ศูนย์กลางไม่ควรตัดการเชื่อมต่อจากอุปกรณ์ต่อพ่วง การรักษาการเชื่อมต่อช่วยให้สามารถสื่อสารข้อมูลไปยังเซิร์ฟเวอร์ GATT ที่อยู่บนอุปกรณ์ต่อพ่วงได้

เมื่อจับคู่และเชื่อมต่ออุปกรณ์ช่วยฟัง ศูนย์กลางจะต้อง:

• ติดตามการจับคู่อุปกรณ์ต่อพ่วงซ้ายและขวาล่าสุด
• สมมติว่ามีการใช้งานอุปกรณ์ต่อพ่วงหากมีการจับคู่ที่ถูกต้อง ศูนย์จะพยายามเชื่อมต่อหรือเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ที่จับคู่อีกครั้งเมื่อการเชื่อมต่อขาดหาย
• สมมติว่าไม่มีการใช้งานอุปกรณ์ต่อพ่วงอีกต่อไปหากการจับคู่ถูกลบ

ในกรณีข้างต้น การจับคู่ หมายถึงการดำเนินการลงทะเบียนชุดเครื่องช่วยฟังด้วย UUID ที่กำหนดและตัวกำหนดซ้าย/ขวาในระบบปฏิบัติการ ไม่ใช่กระบวนการจับคู่บลูทูธ

ความต้องการของระบบ

ในการปรับใช้ CoC อย่างเหมาะสมเพื่อประสบการณ์ผู้ใช้ที่ดี ระบบ Bluetooth ในอุปกรณ์ส่วนกลางและอุปกรณ์ต่อพ่วงจะต้อง:

• ใช้คอนโทรลเลอร์ BT 4.2 หรือสูงกว่าที่เป็นไปตามมาตรฐาน ขอแนะนำให้ใช้ LE Secure Connections
• มีศูนย์กลางรองรับลิงก์ LE พร้อมกันอย่างน้อย 2 ลิงก์พร้อมพารามิเตอร์ตามที่อธิบายไว้ใน รูปแบบแพ็กเก็ตเสียงและจังหวะ
• มีการสนับสนุนอุปกรณ์ต่อพ่วงอย่างน้อย 1 ลิงก์ LE พร้อมพารามิเตอร์ที่อธิบายไว้ใน รูปแบบและจังหวะของแพ็กเก็ตเสียง
• มีการควบคุมโฟลว์ตามเครดิต LE [BT Vol 3, Part A, Sec 10.1] อุปกรณ์ต้องรองรับขนาด MTU และ MPS อย่างน้อย 167 ไบต์บน CoC และสามารถบัฟเฟอร์ได้สูงสุด 8 แพ็กเก็ต
• มีส่วนขยายความยาวข้อมูล LE [BT Vol 6, Part B, Sec 5.1.9] โดยมีเพย์โหลดอย่างน้อย 167 ไบต์
• ให้อุปกรณ์ส่วนกลางสนับสนุนคำสั่งอัปเดตการเชื่อมต่อ HCI LE และปฏิบัติตามพารามิเตอร์ maximum_CE_Length และ minimum_CE_Length ที่ไม่เป็นศูนย์
• ให้ส่วนกลางรักษาทรูพุตข้อมูลสำหรับการเชื่อมต่อ LE CoC สองตัวไปยังอุปกรณ์ต่อพ่วงสองตัวที่แตกต่างกันโดยมีช่วงเวลาการเชื่อมต่อและขนาดเพย์โหลดใน รูปแบบแพ็กเก็ตเสียงและจังหวะเวลา
• ให้อุปกรณ์ต่อพ่วงตั้งค่าพารามิเตอร์ MaxRxOctets และ MaxRxTime ในเฟรม LL_LENGTH_REQ หรือ LL_LENGTH_RSP เป็นค่าที่ต้องการน้อยที่สุดซึ่งจำเป็นสำหรับข้อกำหนดเฉพาะเหล่านี้ ซึ่งช่วยให้ศูนย์กลางเพิ่มประสิทธิภาพตัวกำหนดเวลาเมื่อคำนวณระยะเวลาที่จำเป็นในการรับเฟรม

ขอแนะนำอย่างยิ่งให้ส่วนกลางและอุปกรณ์ต่อพ่วงรองรับ 2MB PHY ตามที่ระบุไว้ในข้อมูลจำเพาะของ BT 5.0 ศูนย์กลางต้องรองรับการเชื่อมโยงเสียงอย่างน้อย 64 kbit/s ทั้ง 1M และ 2M PHYs ห้ามใช้ PHY ระยะไกล BLE

CoC ใช้กลไก Bluetooth มาตรฐานสำหรับการเข้ารหัสเลเยอร์ลิงก์และการกระโดดความถี่

บริการของ ASHA GATT

อุปกรณ์ต่อพ่วงจะต้องใช้บริการเซิร์ฟเวอร์ Audio Streaming for Hearing Aid (ASHA) GATT ที่อธิบายไว้ด้านล่าง อุปกรณ์ต่อพ่วงจะโฆษณาบริการนี้เมื่ออยู่ในโหมดค้นพบได้ทั่วไป เพื่อให้ส่วนกลางรับรู้ถึงอ่างเสียง การดำเนินการสตรีมเสียง LE ใด ๆ จะต้องมีการเข้ารหัส การสตรีมเสียง BLE ประกอบด้วยลักษณะดังต่อไปนี้:

UUID ที่กำหนดให้กับบริการและคุณลักษณะ:

บริการ UUID : {0xFDF0}

นอกจากบริการ ASHA GATT แล้ว อุปกรณ์ต่อพ่วงจะต้องติดตั้งบริการข้อมูลอุปกรณ์เพื่อให้ศูนย์กลางตรวจสอบชื่อผู้ผลิตและชื่ออุปกรณ์ของอุปกรณ์ต่อพ่วง

คุณสมบัติแบบอ่านอย่างเดียว

ReadOnlyProperties มีค่าต่อไปนี้:

ความสามารถของอุปกรณ์

ไฮซิงค์ไอดี

ฟิลด์นี้ต้องไม่ซ้ำกันสำหรับอุปกรณ์ binaural ทั้งหมด แต่จะต้องเหมือนกันสำหรับชุดซ้ายและขวา

FeatureMap

รหัสตัวแปลงสัญญาณ

หากมีการตั้งค่าบิต แสดงว่าตัวแปลงสัญญาณนั้นรองรับ

AudioControlPoint

ไม่สามารถใช้จุดควบคุมนี้ได้เมื่อปิด LE CoC ดู การเริ่มและการหยุดสตรีมเสียง สำหรับคำอธิบายขั้นตอน

AudioStatusPoint

ฟิลด์รายงานสถานะสำหรับจุดควบคุมเสียง

โฆษณาสำหรับบริการ ASHA GATT

UUID ของบริการ ต้องอยู่ในแพ็คเก็ตโฆษณา ในโฆษณาหรือกรอบตอบรับการสแกน อุปกรณ์ต่อพ่วงต้องมีข้อมูลบริการ:

อุปกรณ์ต่อพ่วงต้องมีชนิดข้อมูล Complete Local Name ที่ระบุชื่อเครื่องช่วยฟัง ชื่อนี้จะใช้ในส่วนติดต่อผู้ใช้ของอุปกรณ์เคลื่อนที่ ดังนั้นผู้ใช้จึงสามารถเลือกอุปกรณ์ที่เหมาะสมได้ ชื่อจะไม่ระบุช่องทางซ้ายหรือขวา เนื่องจากข้อมูลนี้มีให้ใน DeviceCapabilities

หากอุปกรณ์ต่อพ่วงใส่ชื่อและประเภทข้อมูลบริการ ASHA ในประเภทเฟรมเดียวกัน (ADV หรือ SCAN RESP) ข้อมูลทั้งสองประเภท ("Complete Local Name" และ "Service Data for ASHA service") จะปรากฏในเฟรมเดียวกัน ซึ่งช่วยให้เครื่องสแกนอุปกรณ์เคลื่อนที่ได้รับข้อมูลทั้งสองในผลการสแกนเดียวกัน

ในระหว่างการจับคู่ครั้งแรก สิ่งสำคัญคืออุปกรณ์ต่อพ่วงจะโฆษณาในอัตราที่เร็วพอที่จะทำให้อุปกรณ์เคลื่อนที่ค้นพบอุปกรณ์ต่อพ่วงได้อย่างรวดเร็วและเชื่อมต่อกับอุปกรณ์เหล่านั้น

การซิงโครไนซ์อุปกรณ์ต่อพ่วงซ้ายและขวา

ในการทำงานกับ Bluetooth บนอุปกรณ์มือถือ Android อุปกรณ์ต่อพ่วงมีหน้าที่ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการซิงโครไนซ์ การเล่นบนอุปกรณ์ต่อพ่วงด้านซ้ายและขวาจำเป็นต้องซิงโครไนซ์ให้ตรงเวลา อุปกรณ์ต่อพ่วงทั้งสองต้องเล่นตัวอย่างเสียงจากแหล่งที่มาพร้อมกัน

อุปกรณ์ต่อพ่วงสามารถซิงโครไนซ์เวลาได้โดยใช้หมายเลขลำดับที่อยู่ต่อท้ายแต่ละแพ็กเก็ตของเพย์โหลดเสียง ศูนย์กลางรับประกันว่าแพ็คเก็ตเสียงที่จะเล่นพร้อมกันบนอุปกรณ์ต่อพ่วงแต่ละตัวมีหมายเลขลำดับเดียวกัน หมายเลขลำดับจะเพิ่มขึ้นทีละหนึ่งหลังจากแต่ละแพ็กเก็ตเสียง หมายเลขลำดับแต่ละตัวมีความยาว 8 บิต ดังนั้นหมายเลขลำดับจะทำซ้ำหลังจาก 256 แพ็กเก็ตเสียง เนื่องจากขนาดแพ็กเก็ตเสียงและอัตราตัวอย่างแต่ละรายการได้รับการแก้ไขสำหรับการเชื่อมต่อแต่ละครั้ง อุปกรณ์ต่อพ่วงทั้งสองจึงสามารถอนุมานเวลาเล่นที่สัมพันธ์กันได้ สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับแพ็กเก็ตเสียง โปรดดูที่ รูปแบบและเวลา ของแพ็กเก็ตเสียง

ส่วนกลางช่วยโดยส่งทริกเกอร์ไปยังอุปกรณ์ binaural เมื่อจำเป็นต้องซิงโครไนซ์ ทริกเกอร์เหล่านี้แจ้งให้อุปกรณ์ต่อพ่วงแต่ละเครื่องทราบถึงสถานะของอุปกรณ์ต่อพ่วงที่จับคู่ไว้ เมื่อใดก็ตามที่มีการดำเนินการที่อาจส่งผลต่อการซิงโครไนซ์ ทริกเกอร์คือ:

• ในส่วนของคำสั่ง «Start» ของ AudioControlPoint สถานะการเชื่อมต่อปัจจุบันของอีกด้านหนึ่งของอุปกรณ์ binaural จะได้รับ
• เมื่อใดก็ตามที่มีการเชื่อมต่อ การตัดการเชื่อมต่อ หรือการดำเนินการอัปเดตพารามิเตอร์การเชื่อมต่อบนอุปกรณ์ต่อพ่วงหนึ่ง คำสั่ง «Status» ของ AudioControlPoint จะถูกส่งไปยังอีกด้านหนึ่งของอุปกรณ์ binaural

รูปแบบแพ็กเก็ตเสียงและเวลา

การบรรจุเฟรมเสียง (บล็อกของตัวอย่าง) ลงในแพ็กเก็ตช่วยให้เครื่องช่วยฟังรับจังหวะเวลาจากตัวยึดจังหวะเวลาของเลเยอร์ลิงก์ เพื่อให้การใช้งานง่ายขึ้น:

• เฟรมเสียงควรตรงกับช่วงเวลาการเชื่อมต่อเสมอ ตัวอย่างเช่น หากช่วงเวลาการเชื่อมต่อคือ 20ms และอัตราตัวอย่างคือ 16 kHz ดังนั้นเฟรมเสียงจะต้องมี 320 ตัวอย่าง
• อัตราตัวอย่างในระบบถูกจำกัดไว้ที่ทวีคูณของ 8kHz เพื่อให้มีจำนวนตัวอย่างเป็นจำนวนเต็มในเฟรมเสมอ โดยไม่คำนึงถึงเวลาเฟรมหรือช่วงเวลาการเชื่อมต่อ
• ไบต์ลำดับจะต้องอยู่ข้างหน้าเฟรมเสียง ไบต์ลำดับจะถูกนับด้วยการล้อมรอบและอนุญาตให้อุปกรณ์ต่อพ่วงตรวจพบบัฟเฟอร์ที่ไม่ตรงกันหรือน้อยเกินไป
• เฟรมเสียงจะพอดีกับแพ็กเก็ต LE เดียวเสมอ เฟรมเสียงจะถูกส่งเป็นแพ็คเก็ต L2CAP แยกต่างหาก ขนาดของ LE LL PDU จะเป็น:
  ขนาดเพย์โหลดเสียง + 1 (ตัวนับลำดับ) + 6 (4 สำหรับส่วนหัว L2CAP, 2 สำหรับ SDU)
• เหตุการณ์การเชื่อมต่อควรมีขนาดใหญ่พอที่จะมี 2 แพ็กเก็ตเสียงและ 2 แพ็กเก็ตเปล่า 2 แพ็กเก็ตสำหรับ ACK เพื่อสำรองแบนด์วิธสำหรับการส่งสัญญาณซ้ำ โปรดทราบว่าแพ็กเก็ตเสียงอาจถูกแยกส่วนโดยตัวควบคุม Bluetooth ของส่วนกลาง อุปกรณ์ต่อพ่วงต้องสามารถรับแพ็กเก็ตเสียงที่แยกส่วนได้มากกว่า 2 แพ็กเก็ตต่อเหตุการณ์การเชื่อมต่อ

เพื่อให้ศูนย์กลางมีความยืดหยุ่น จึงไม่มีการระบุความยาวของแพ็กเก็ต G.722 ความยาวของแพ็กเก็ต G.722 สามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามช่วงเวลาการเชื่อมต่อที่ส่วนกลางกำหนด

รูปแบบออคเต็ตเอาต์พุต G.722 อ้างอิงถึง Rec. ITU-T G.722 (09/2012) ส่วนที่ 1.4.4 "มัลติเพล็กเซอร์"

สำหรับตัวแปลงสัญญาณทั้งหมดที่อุปกรณ์ต่อพ่วงรองรับ อุปกรณ์ต่อพ่วงต้องรองรับพารามิเตอร์การเชื่อมต่อด้านล่าง นี่คือรายการการกำหนดค่าโดยสังเขปที่ส่วนกลางสามารถนำไปใช้ได้

การเริ่มและหยุดการสตรีมเสียง

ก่อนเริ่มการสตรีมเสียง ส่วนกลางจะสอบถามอุปกรณ์ต่อพ่วงและสร้างตัวแปลงรหัสส่วนร่วม การตั้งค่าสตรีมจะดำเนินการตามลำดับต่อไปนี้:

1. PSM และเลือกอ่าน RenderDelay ค่าเหล่านี้อาจถูกแคชไว้โดยส่วนกลาง
2. เปิดช่องทาง CoC L2CAP – อุปกรณ์ต่อพ่วงจะให้ 8 เครดิตในขั้นต้น
3. มีการออกการปรับปรุงการเชื่อมต่อเพื่อสลับลิงก์ไปยังพารามิเตอร์ที่จำเป็นสำหรับตัวแปลงสัญญาณที่เลือก ส่วนกลางอาจทำการอัปเดตการเชื่อมต่อนี้ก่อนการเชื่อมต่อ CoC ในขั้นตอนก่อนหน้า
4. ทั้งโฮสต์ส่วนกลางและอุปกรณ์ต่อพ่วงรอการอัปเดตให้เสร็จสมบูรณ์
5. รีสตาร์ทตัวเข้ารหัสเสียง และรีเซ็ตจำนวนลำดับแพ็กเก็ตเป็น 0 คำสั่ง «Start» พร้อมพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องจะออกใน AudioControlPoint ศูนย์กลางจะรอการแจ้งเตือนสถานะที่สำเร็จของคำสั่ง «Start» ก่อนหน้าจากอุปกรณ์ต่อพ่วงก่อนการสตรีม การรอนี้ทำให้อุปกรณ์ต่อพ่วงมีเวลาเตรียมไปป์ไลน์การเล่นเสียง ในระหว่างการสตรีมเสียง แบบจำลองควรพร้อมใช้งานในทุกกิจกรรมการเชื่อมต่อ แม้ว่าเวลาแฝงของแบบจำลองปัจจุบันอาจไม่ใช่ศูนย์
6. อุปกรณ์ต่อพ่วงรับแพ็กเก็ตเสียงแรกจากคิวภายใน (หมายเลขลำดับ 0) และเล่น

ศูนย์กลางออกคำสั่ง «หยุด» เพื่อปิดสตรีมเสียง หลังจากคำสั่งนี้ อุปกรณ์ต่อพ่วงไม่จำเป็นต้องพร้อมใช้งานในทุกกิจกรรมการเชื่อมต่อ หากต้องการเริ่มการสตรีมเสียงใหม่ ให้ทำตามขั้นตอนข้างต้นโดยเริ่มจากขั้นตอนที่ 5 เมื่อศูนย์กลางไม่ได้สตรีมเสียง ควรยังคงรักษาการเชื่อมต่อ LE สำหรับบริการ GATT

อุปกรณ์ต่อพ่วงจะไม่ออกการอัปเดตการเชื่อมต่อไปยังส่วนกลาง เพื่อประหยัดพลังงาน ส่วนกลางอาจออกการอัปเดตการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ต่อพ่วงเมื่อไม่ได้สตรีมเสียง