藍芽的迷霧追魂(上)

本文作者:admin       點擊: 2011-03-15 00:00
前言:
於1994年發明的藍芽技術,歷經了十餘年的養兵征戰,規格版本也進化到4.0;然而,藍芽真的征服世界了嗎?手機用的耳機不談,藍芽在其他領域的戰功好不好,眾人寸心知。試問您有在用藍芽的滑鼠與鍵盤嗎?再試問閣下有在用藍芽遙控器在PS3上看藍光片嗎?就這兩個問題的答案,也許會激發您心中的迷團。究竟消費者還需要更快速的藍芽技術嗎?
 

2011年剛來到,CES登場;不是平板電腦就是3D。可是有個小小的傳統技術衍生出令人讚嘆的進化版,這就是Bluetooth® Low Energy Wireless Technology(簡稱為Bluetooth® Low Energy)。日商Casio就展示了能夠Smart phone互通的腕錶,若是晶片方案成熟,對於平板電腦、智慧型手機或滑鼠鍵盤,該是一個新年度的好消息才對。
 
 
<<< 圖1及2 含Bluetooth® Low Energy的電子錶。取自CES 2011。>>>

有人說視窗是為了工程師使用而開發的作業系統,而蘋果的MacOS則是針對消費者來設計的。或許這個說法有一點點失真,卻也說出了蘋果電腦的粉斯會為何如此死忠,忠誠到不行。人性化的設計,向來就是蘋果的設計中心思想。

 
<<< 圖3 Mac OS總是讓視窗使用者恨得牙癢癢的。>>>

亞洲人似乎是技術狂熱的份子,喜愛追逐新技術。技術是用來做產品的工具,而不是要丟給消費者去消化的東西。Wireless USB如同殭屍規格,OTG不知是否還在喘;Wireless HD要怎麼來玩,無線網路也要走向毫米波;當技術過度取向又太貪心時,終究要去品嚐其惡魔果實。藍芽也許也算是資訊史上的一個好案例。

史上最為成功的有線介面是USB,座上無敵介面王;而最為成功的無線式介面,或許該說是Wi-Fi無線網路。前者是超級容易使用,後者在軟硬體業者的努力之下,進入的技術門檻少了許多。總之一句話,隨插即用(Plug & Play)乃是技術成功背後很重要的要素。

而藍芽技術易利信(Erricson)於1994所開發的技術。1998年,Ericcson、IBM、英特爾(Intel)、諾基亞(Nokia)與東芝(Toshiba) ,成立了Bluetooth SIG,出版與推廣藍芽規範。當時加入的廠商數量相當踴躍,無論是搞工程的還是消費者,也習慣將藍芽視為普通名詞了。

 
<<< 圖4 這就是藍芽的圖騰。>>>

 
<<< 圖5 手機用藍芽耳機。>>>
 
<<< 圖6 藍芽立體耳機依然是小眾市場。>>>


 
<<< 圖7 藍芽喇叭。>>>


 
<<< 圖8 BT 3.0滑鼠。>>>

 
<<< 圖9 藍芽鍵盤價格不斐。>>>

蘋果向來是1394的擁護者,到頭來也得低頭轉靠USB;而無線網路與藍芽則是蘋果特別熱愛的無線技術。打開iPad與iPhone 4的技術規格略微查看,所支援的藍芽版本是『Bluetooth 2.1 + EDR 無線技術』。

 
<<<圖10  iPhone 4的無線網路與藍芽方案。>>>
 
 
<<圖11, 12  iPad的無線網路與藍芽方案相同。>>>

 
<<< 圖13 PS3的遙控器採用藍芽。>>>
 
<<<圖14  Wii的遙控器也是使用藍芽。>>>

藍芽的發展組織Bluetooth SIG,於2009/4發表了3.0+HS版本;可是這個新版本的定位在何處?為何沒有受到蘋果產品的青睞?無妨從技術分析與市場的解析,來逐步了解藍芽內部的迷宮。

當然,不入虎穴焉得虎子,寶刀出鞘的第一招式,當然就是先從技術部份來個大特寫。很明顯地可以看出,顯性的差異之處就在於速度的飆升。可是從消費者的立場與觀點來說,這種速度範圍乃是無線網路的領土疆域,藍芽有必要來扯這一淌混水嗎? 技術的過度重疊,不是好事情。

藍芽依照電波強度,也就是輸出功率,有幾個分類,與傳輸距離息息相關:

Class 電波輸出 到達距離
Class 1 100mW 100m
Class 2 2.5mW 10m
Class 3 1mW 1m
表1

若是從技術的論點單刀直入,其實,藍芽並不是一門簡易的技術,硬體面與軟體面必須分工協力,才能夠將事情完成。數位世紀有一個超討厭的現象,那就是規格亂立、各種技術專業名詞滿天飛楊,把消費者當笨蛋來耍。

蘋果為什麼會成功,根本原因很簡單,『Think for Customer』做的很合宜、很貼切,不是把消費者當成工程師來耍。認識任合規格的第一個門檻,就是技術專用名詞的先行認知。USB為何好用,成為人類生活中的無敵介面王,簡單易用罷了,消費者不用去學習任何艱奧難懂的技術名詞與涵義,使用隨身碟或是外接硬碟,除了專業的工程師,有誰會知道『Mass Storage』這玩意兒呢?遺憾地,消費者要用藍芽,也許手機配耳機還不會太困難,在PC上的使用,有時候要費上一點力氣呢?

俯瞰藍芽的架構:

若是從系統的眼光,直接俯瞰藍芽,它可不是一門簡單的技術學問,結合軟硬體的技術於一身。光是規格書的研讀,就足以耗盡您的寶貴人生,看的又霧煞煞,等您融會貫通時,就算不死也剩下半條命。

 
<<< 圖15 俯瞰藍芽的技術層面。>>>

由於藍芽係一門無線技術,必然會扯到射頻(Radio)。而射頻就會涉及到頻率、調變、分工、功率等的一堆細節。


功率 Class 最大輸出功率 (Pmax) 正常輸出功率 最小輸出功率 功率控制(Power Control)
1 100 mW (20 dBm) N/A  1 mW (0 dBm) Pmin<+4 dBm to Pmax選項:Pmin ~ Pmax
2 2.5 mW (4 dBm) 1 mW (0 dBm) 0.25 mW(-6 dBm) 選項:Pmin ~ Pmax
3 1 mW (0 dBm)  N/A  N/A 選項:Pmin ~ Pmax
表2 


認識藍芽的Profile:

由於半導體製程的飛躍性發展,系統晶片SoC技術成熟,硬體的實踐就越來越簡化,甚至可以與無線網路整合單晶片化;蘋果的iPad與iPhone 4就是採用這種方案。

無論如何的方案變化,一個藍芽控制器肯定會存在最基本的RF射頻與之上的基頻(Baseband),再加上連結控制。比較麻煩的問題卻在於上層軟體,對於消費者來說,可說是相當痛苦的一環。當初的藍芽規格,野心太大也過於天真,想學USB那一套裝置類別(device class)的區分規範,藍芽稱之為『裝置輪廓(Profile)』,若是要活用藍芽,不認識這些Profile,必然會變成為三腳貓般,難以靈活運用。

底下,來將這些Profile來一個尋根的豐富之旅。

². A2DP (Advanced Audio Distribution Profile):想用無線立體耳機或是無線立體聲喇叭來聆聽MP3或是其他來源的音樂,就必須支援這個Profile。此Profile僅集中於音頻串流。因此,市面上的音樂用耳機或是藍芽喇叭,都會支援這個A2DP。

 
<<< 圖16 A2DP的使用範例。>>>

有幾件小事情還是要多留意:
其一,A2DP並不涵蓋環繞(surround)音源。還好,耳機天生本來就是用來聆賞立體聲,這點並不構成困擾。

其二,A2DP並不包含遙控機能。若是需要納入遙控功能,就得再支援另一份「 Audio/Video Remote Control Profile」。

其三,A2DP僅集中於音頻串流。若是要看到視訊串流,必須支援另一份「Video Distribution Profile」。

若是從上層往下層看,底端乃是基頻,其上的LMP、L2CAP、SDP是藍芽核心規格中所定義的協定。

 
<<<圖17 從Profile堆疊來觀看。>>>

². AVRCP (Audio/Video Remote Control Profile),顧名思義這就是藍芽用來提供遙控的標準介面。可以與A2DP與VDP配合使用。

 
<<< 圖18 遙控方式的運用舉例。>>>

若是從上層往下層看,該協定指定了AV/C數位介面命令集的範疇(AV/C命令集係由1394 TA所定義);由Audio/Video Control Transport Protocol (AVCTP)傳載。
 
<<< 圖19 從Profile堆疊來觀看。>>>

². BIP(Basic Imaging Profile):譬如影像裝置如何被遙控,影像裝置可以列印或是傳送到儲存裝置。

 
<<< 圖20 BIP的應用舉例。>>>

若是從上層往下層看,需要OBEX與RFCOMM層。
 
<<<圖21 從Profile堆疊來觀看。>>>

在裝置之間傳送圖像,可再細分成下列的組成:
- Image Push :使用者控制裝置影像送出。
- Image Pull :從遠端裝置瀏覽或是拿取影像。
- Advanced Image Printing :列印影像,DPOF格式列為選項。
- Automatic Archive :允許目標裝置的影像自動備份。
- Remote Camera :讓Initiator遙控數位相機。
- Remote Display :讓Initiator將影像顯示在其他裝置。

². BPP(Basic Printing Profile):文字、影像、電郵的列印。

 
<<< 圖22 BPP的應用。>>>

若是從上層往下層看,需要OBEX與RFCOMM層。
 
<<< 圖23 從Profile堆疊來觀看。>>>

². CIP(Common ISDN Access Profile):ISDN已經不紅了。這個的用途相當有限。

². CTP(Cordless Telephony Profile):無線話機,實際上的產品也很稀少。即使網路電話興起,真正用藍芽話機的人,少的可憐。

 
<<<圖24  CTP的應用。>>>

². DUN (Dial-Up Network Profile) :這個有點不合時宜了吧。手機透過PC來上網,不是好笑嗎?
 
<<<圖25 DUN的應用。>>>

². FAX(Fax profile):一樣的道理,過時的思維。

². FTP(File Transfer Profile):這個用法乍看之餘,似乎合情理;但是藍芽的載送速度根本完全不對,尤其是Video視訊檔案,影像直逼千萬畫素,還不如用隨身碟來的輕鬆又快又方便。
 
<<< 圖26 FTP的應用。>>>

². GAVDP(General Audio/Video Distribution Profile):這個profile係A2DP與VDP的根本,建立連結。
 
<<< 圖27 GAVDP的使用。>>>

². GOEP (Generic Object Exchange Profile): 物件交換使用的profile。而物件可以是檔案、圖片、vCards、vCalendars等。
 
<<< 圖28 GOEP的應用。>>>

². HFP(Hands Free Profile):當然就是免持聽筒的應用。所以說,手機可以採用藍芽專用耳機來與對方談話,就是依賴這個。
 
<<< 圖29 WHFP的應用。>>>

². HCRP (Hardcopy Cable Replacement Profile) :主要該是印表機的列印。

 
<<< 圖30 HCRP的應用。>>>

². HSP (Headset Profile):當然就是藍芽耳機如何與裝置通信。

 
<<<圖31  HSP的應用。>>>

². HID(Human Interface Device Profile):正如同HID在USB中的腳色一般,藍芽的鍵盤、滑鼠等,就需要這個Profile。很遺憾地,藍芽的滑鼠與鍵盤真的太高貴了,口袋不深的人實在是玩不起呀。不過,隨著越來越多平板裝置的興起,投入藍芽輸入裝置的廠商似乎也有增加的傾向,期望未來藍芽的鍵盤滑鼠的價格,能夠平易近人,不要像蘋果那樣,只為了有錢人來著想。

 
<<< 圖32 HID的應用。>>>

 
<<< 圖33 支援HID與SPP Profile的藍芽鍵盤。>>>

². ICP (Intercom Profile):說白了就是手機與手機之間透過藍芽的通信,非常懷疑究竟有多少人在利用這個機能。
2010年的iPhone 4有一個Facetime的功能,不過它是透過無線網路而非藍芽。
 
<<<圖34  ICP的應用。>>>

². OPP (Object Push Profile):須與GOEP定義的裝置互用,基本上還是物件的傳遞推進。

 
<<< 圖35 OPP的應用。>>>

². PAN (Personal Area Network Profile):當初藍芽的雄心也時在過度貪心,想通吃一大堆應用,幾乎完全是工程師的思維下產物;消費者需要簡單易用又實用的技術,過度高深的應用情境,僅是微乎其微幾個技術狂熱份子的把玩遊戲罷了。

 
<<< 圖36 PAN的應用之一。>>>

 
<<< 圖37 PAN的應用之二。>>>

². SDAP (Service Discovery Application Profile):描述應用如何發現遠端裝置的服務。這大概是玩藍芽產品的人一定要遵守的規定,否則PC怎麼找到您呢?還好現在的多數主機包含PC,使用的方法變成簡單多了,雖然不是隨插即用,兩三個步驟就可以使用藍芽裝置了。
 
<<< 圖38 SDAP的使用情境。>>>

². SPP (Service Port Profile):定義如何設定虛擬串列埠連接兩台藍芽裝置。
 
<<< 圖39 SPP的應用。>>>

². SYNC (Synchronization Profile):與GOEP協力來達成裝置之間PIM資訊的同步。

 
<<<圖40  SYNC的應用。>>>

². VDP (Video Distribution Profile):視訊串流之用,不過以藍芽這種速度,吸引力不足。USB 3.0都已經爬到5Gbps的地步,WirelessHD可以傳送Full HD的能力,這才是玩無訊視訊的本錢。

 
<<< 圖41 VDP的應用。>>>

Profile如此多,產品上該是如何來敘述呢?以Apple的iPhone 3GS來說,根本不發表詳細。網路上記載的總整理,約略發現iPhone OS 3.0支援了AVRCP/A2DP/HFP/PBAP(電話帳傳送機能)/PAN/SPP/BNEP。
 

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