如何降低智能家居中的蓝牙延迟

电子发烧友网报道（文/黄山明）蓝牙是智能家居中常用的通信技术之一，可以让许多设备摆脱电线的束缚。但使用蓝牙时，却经常会碰到一个问题，比如用蓝牙耳机或蓝牙音箱观看电影或者聆听音乐时，经常会发现声音效果与屏幕中所发生的事情不一致，体验就会非常糟糕。
 
比如在观看电影时，发现蓝牙音箱中的声音比看到的画面慢了许多时，对用户的观影体验将带来极大的负面感。有数据显示，蓝牙的延迟可以达到0.1-0.5秒，这主要取决于蓝牙版本、编码格式以及系统优化等因素。
 
尽管声音在25℃的空气中，传播速度可以达到346m/s，但远不及光的速度，这就导致即便扬声器与耳朵的距离并不远，但这一点点的延迟仍然会被我们轻易察觉。
 
通常将数字音频转换为人耳可以听到的模拟波形仅需要几毫秒的时间，但将音频从一个地方传输到另一个地方则需要更多时间。想要减少时间就需要使用aptX LL等低延迟编解码器，延迟在40-50mm左右，或使用蓝牙5.0及以上的版本，能够自动调节延迟，但需要在发送/传输端设备都具备这些技术才行。
 
除了音频数据文件在转换成兼容蓝牙传输的格式，再被接受设备解码需要一定时间外。还有许多因素也在阻碍着蓝牙的传输，比如当前的电磁环境干扰，原设备与蓝牙接收器之间的距离过大，或者在两个设备中间有物理实体的遮挡，都会导致信号的衰减，从而加大延迟。
 
为了解决蓝牙的延迟问题，不少厂商在智能家居设备中都配备了一定的蓝牙补偿方案，比如智能电视、蓝牙音箱等，甚至许多手机中的视频软件也采用了蓝牙延迟补偿方案，来弥补用户在使用蓝牙耳机时所听到的音画不同步的问题。
 
技术上其实并没有太复杂，不少厂商在智能电视加入了连接蓝牙耳机或蓝牙音箱后，引入视频延迟功能，以配对音频延迟。也就是使用蓝牙设备所观看的画面，要比设备直接外放的画面更慢一些。或者将音频提前，让声音比画面来的更早，再通过蓝牙延迟实现声音与画面的配对。这样一来，就能够完美解决使用蓝牙设备音画不同步的问题。
 
如果设备没有这项功能，还可以通过添加外部的蓝牙收发器来降低延迟。但需要注意，这个方式有个前提，需要蓝牙耳机、蓝牙音箱等设备支持其中一种低延迟编解码器，如aptX LL或AptX Adaptive才能体验到延迟的改进。
 
此外，还有一些其他方法能够尽可能的降低蓝牙延迟，比如将蓝牙设备保持在接收范围内，避免在发射与接收端中间放置阻碍物，使用蓝牙5.0及以上的设备等。
 
但是由于音频数据在传输过程中需要经历编解码、无线传输、数模转换等步骤，导致蓝牙设备的音频无法做到零延迟，只能尽量降低延迟，让我们感受不到音频与视频的时间差异。
 
除了直接进行音频数据的传输外，蓝牙Mesh也开始广泛应用在智能家居的控制上，使用泛洪方法来路由网状数据包，这种广播模式也被称为网络泛洪。最大的特点在于每个设备都可以作为中继节点，增加网络覆盖范围和信号强度，但这样也不可避免的增加了一定的延迟。
 
相比ZigBee等传统通讯技术，过去的蓝牙Mesh在连接多个设备时，其延迟表现都不佳，无线操控时候大约会有0.5-0.7秒的延迟，如果设备过多，甚至延迟时间还会上升。
 
原因主要在于Mesh网络在控制设备时，需要经历分包、重组、中继等步骤，每次都需要一定的时间，因此，蓝牙Mesh的延迟难以彻底消失。
 
现在的厂商大多通过优化协议和算法来降低延迟，有数据显示，目前的方案已经可以支持最大近300个设备连接到蓝牙Mesh。
 
此外，选择合适的网络规模和拓扑结构，避免过多的中继节点和跳数；传输恰当的数据包大小和传输速率，避免过多的分包和重组；选择合适的扫描窗口和间隔，避免信息丢失和冲突，都能有效降低蓝牙Mesh的延迟。