HFP（Hands-Free Profile，蓝牙免提协议）

HFP（Hands-Free Profile，蓝牙免提协议）

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/aningxiaoxixi/article/details/133054356

蓝牙免提协议（HFP）是蓝牙技术中用于实现免提通话的核心协议，主要支持在蓝牙设备（如耳机、车载系统）与手机之间建立语音和控制通道，使设备能够作为手机的远程扬声器和麦克风，并提供通话控制功能（如接听/挂断、音量调节等）。

角色

1. 角色定义

2. 核心职责对比

2.1 AG（Audio Gateway）

• 通话管理

• 接听/挂断电话、拒接来电、切换通话（多方通话）。

• 生成并发送通话状态（如振铃、通话中、空闲）。

• 音频路由

• 将音频流（如通话语音）通过SCO/eSCO链路传输到HF设备。

• 切换音频路径（如从手机扬声器切换到蓝牙耳机）。

• 响应控制指令

• 处理HF发送的命令（如拨号、重拨、音量调节）。

• 信息推送

• 发送来电号码、联系人姓名（CLIP）、信号强度、电池状态等。

2.2 HF（Hands-Free）

• 用户交互

• 通过物理按键或语音指令触发操作（如接听、挂断）。

• 显示通话状态、来电信息（依赖AG推送的数据）。

• 音频播放

• 接收并播放来自AG的通话语音（通过SCO链路）。

• 支持麦克风输入，采集用户语音并发送给AG。

• 控制指令发起

• 向AG发送命令（如拨号、静音、音量调节）。

3. 角色交互流程示例（以接听电话为例）

1. 来电触发

• AG检测到来电，通过 RING 通知HF。
• HF显示来电信息（需支持 +CLIP 功能）。

2. 用户操作

• 用户按下HF的接听键，HF发送 AT+ATA 指令给AG。

3. 通话建立

• AG接听电话，通过 SCO 链路 传输语音数据到HF。
• HF播放对方语音，并通过麦克风采集本端语音回传AG。

4. 挂断控制

• 用户按下HF挂断键，HF发送 AT+CHUP 指令，AG终止通话。

4. 关键协议支持

不同角色需实现以下HFP子功能（取决于协议版本）：

5. 开发注意事项

1. 角色初始化

• 设备需在蓝牙配对阶段声明自身角色（AG或HF），例如：

  // 蓝牙协议栈配置（以BlueZ为例）
  hfp_profile_set_role(HFP_ROLE_AG);  // 设为音频网关
  

• 双角色设备：部分设备（如智能手表）可能同时支持AG和HF角色，需动态切换。

2. SCO链路管理

• AG负责启动SCO链路，需协商编码格式（CVSD、mSBC等）和参数（如eSCO重传窗口）。
• HF需实现PCM接口或编解码器以处理音频流。

3. 功能兼容性

• 部分低端HF设备仅支持基础功能（如接听/挂断），需处理功能缺失场景（如隐藏电量显示）。

4. 错误处理

• AG需响应HF的无效指令（如发送 ERROR 或 +CME ERROR 代码）。

6. 典型问题与解决

• 通话无声音

• 检查SCO链路是否建立成功（如 HCI_SCO_Connection_Complete 事件）。

• 确认音频路由已切换到HF设备（AG侧调用 AudioManager.setBluetoothSCOOn(true)）。

• 来电信息不显示

• 确认AG支持 +CLIP 功能且已启用（需运营商支持）。

• HF需解析 RING 消息中的附加号码信息。

• 语音指令失效

• 检查HF是否支持 +BVRA（语音识别激活）指令。

• 确保AG侧语音识别服务（如Google Voice）已启用。

总结

HFP通过 AG 和 HF 角色的明确分工，实现了蓝牙设备间的通话控制与语音传输。开发中需注意：

1. 角色配置：设备需正确声明角色（AG/HF），避免指令无法响应。
2. 协议版本适配：根据设备支持的功能集（如HFP 1.6+的宽频语音）调整交互逻辑。
3. 音频链路管理：确保SCO/eSCO链路参数兼容，避免通话质量下降。

主要应用场景

• 车载系统：通过车载蓝牙实现免提通话。
• 蓝牙耳机/耳麦：无线接听电话。
• 智能手表/手环：显示来电信息并控制通话。
• 智能家居设备：通过语音助手接打电话。

HFP 的核心功能

3.1 电话控制

• 接听/挂断电话：通过蓝牙设备物理按键或语音指令控制。
• 拒绝来电：发送拒绝指令（如忙时自动拒接）。
• 多方通话管理：支持切换或合并通话。
• 重拨/静音：通过设备控制手机功能。

3.2 音频传输

• 语音通道：传输双向音频（下行：手机到设备；上行：设备到手机）。
• 音频编解码：支持CVSD（默认）、mSBC（宽带语音）等编码格式。

3.3 状态同步

• 来电显示：同步联系人姓名、号码到蓝牙设备。
• 信号强度/电量显示：部分设备支持显示手机信号和耳机电量。
• 通话状态同步：显示通话时长、通话中等状态。

3.4 附加功能

• 语音助手激活：通过蓝牙设备唤醒手机语音助手（如Siri、Google Assistant）。
• 号码拨号：部分设备支持通过语音指令拨号。

HFP 协议版本演变

HFP 的工作流程

5.1 设备配对与连接

1. 配对：蓝牙设备与手机交换安全密钥。
2. 服务发现：手机识别设备支持的HFP功能。
3. 建立连接：

• 控制通道（RFCOMM）：传输AT命令（如接听、挂断）。
• 音频通道（SCO/eSCO）：传输语音数据。

5.2 通话流程示例

1. 来电时：手机通过控制通道发送 RING 通知。
2. 接听：蓝牙设备发送 ATA 命令，手机接通并切换音频到蓝牙设备。
3. 挂断：设备发送 ATH 命令或手机主动结束通话。
4. 音频切换：通话结束后，音频切回手机听筒或扬声器。

技术细节

6.1 音频编码与传输

• CVSD（Continuous Variable Slope Delta Modulation）

• 默认编码，8 kHz采样率，适用于窄带语音（300-3400 Hz）。

• 抗干扰强，但音质一般。

• mSBC（Modified Subband Coding）

• 支持宽带语音（50-7000 Hz），16 kHz采样率，音质更清晰。

• 需设备双方支持HFP 1.6+。

6.2 关键协议层

• RFCOMM：模拟串口，传输AT命令（控制通话）。
• SCO（Synchronous Connection-Oriented）：同步音频链路，低延迟但易受干扰。
• eSCO（Enhanced SCO）：支持重传，提高稳定性。

6.3 AT 命令集

HFP 使用AT命令控制通话，例如：

• AT+CLCC：查询当前通话列表。
• AT+CHUP：挂断电话。
• AT+VGS：调节通话音量。

HFP 与其他蓝牙协议的协同

• 与A2DP（音频传输）：HFP负责通话，A2DP负责音乐播放，两者可共存但音频通道需切换。
• 与PBAP（电话簿访问）：同步联系人至车载系统。
• 与MAP（消息访问）：同步短信/即时消息（部分车载系统支持）。

安卓策略

在蓝牙电话应用中，音频链路（SCO/eSCO）建立后，系统需要通过多层次的协调机制来管理音频焦点、避免多音源冲突，并通过底层硬件接口控制语音数据流。以下是详细的技术实现逻辑：

1. 音频焦点管理与多音源控制

1.1 音频焦点机制

• 申请音频焦点
  蓝牙电话在收到 AUDIO_STATE_CHANGED 广播（如 AudioManager.ACTION_SCO_AUDIO_STATE_UPDATED）后，通过 AudioManager.requestAudioFocus() 申请音频焦点。

AudioManager am = (AudioManager) context.getSystemService(Context.AUDIO_SERVICE);
int result = am.requestAudioFocus(
    focusChangeListener, 
    AudioManager.STREAM_VOICE_CALL,  // 流类型为通话
    AudioManager.AUDIOFOCUS_GAIN      // 独占焦点
);

• 流类型优先级：STREAM_VOICE_CALL 的优先级高于 STREAM_MUSIC，通话会暂停音乐播放（通过 OnAudioFocusChangeListener 回调通知音乐APP暂停）。
• 音频焦点抢占规则
• 高优先级流（如通话）可抢占低优先级流（如音乐）。
• 若音乐APP未正确处理焦点丢失（如未暂停），系统可能强制静音低优先级流。

1.2 通话模式切换

• 设置音频模式
  蓝牙电话需调用 AudioManager.setMode(AudioManager.MODE_IN_COMMUNICATION)，通知Audio HAL（硬件抽象层）切换到通话模式：

am.setMode(AudioManager.MODE_IN_COMMUNICATION);  // 启用通话音频路径

• 底层行为
• Audio HAL会关闭非通话相关的音频输出（如媒体播放）。
• 蓝牙芯片的PCM接口被路由到通话通道，取代扬声器或耳机输出。

2. 静音功能的实现

2.1 静音本地麦克风

• 静音操作
  通过 AudioManager.setMicrophoneMute(true) 静音本地麦克风：

am.setMicrophoneMute(true);  // 本地Mic静音，对方无法听到本端语音

• 底层行为
• 若蓝牙耳机作为输入设备，系统会静音蓝牙的PCM输入通道（而非手机内置Mic）。
• 语音数据在基带层直接被丢弃，不会传输到对方设备。

2.2 静音与硬件协作

• 蓝牙芯片控制
  部分蓝牙芯片支持硬件级静音（如通过HCI指令直接关闭麦克风输入），避免数据进入传输链路：

// 示例：发送HCI指令静音HF设备（基带层）
hci_send_cmd(HCI_Write_SCO_PCM_Parameters, 0x01);  // 0x01表示静音

3. 语音数据传输与开发难点

3.1 语音数据路径

• 传输链路
• 上行（本端→对方）：
  手机Mic → Audio HAL → 蓝牙AG基带 → eSCO链路 → 蓝牙HF基带 → 对方设备Audio输出。
• 下行（对方→本端）：
  对方Mic → 蓝牙HF基带 → eSCO链路 → 蓝牙AG基带 → Audio HAL → 手机扬声器/蓝牙耳机。
• 数据隔离性
  语音数据在基带层和PCM接口直接传输，绕过Android AudioFlinger，上层应用无法直接捕获。

3.2 获取通话语音的方法
尽管语音数据在底层传输，仍可通过以下方式获取：

1. AudioRecord捕获

• 在通话模式下，尝试通过 AudioRecord 读取原始PCM数据：

AudioRecord record = new AudioRecord(
    MediaRecorder.AudioSource.VOICE_COMMUNICATION,  // 通话音源
    sampleRate, 
    AudioFormat.CHANNEL_IN_MONO,
    AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT,
    bufferSize
);

• 限制：需要 CAPTURE_AUDIO_OUTPUT 权限（仅系统级APP可用）。

2. 蓝牙芯片调试接口

• 通过厂商私有协议（如Qualcomm的QMI、Broadcom的HCI扩展指令）从基带层dump语音数据。
• 示例（伪代码）：

// 启用基带语音数据回环（仅调试模式）
hci_send_cmd(HCI_Enable_Debug_SCO_Loopback, 0x01);

3. 修改Audio HAL

• 在Audio HAL层插入自定义模块，复制PCM数据到上层（需系统源码权限）。

4. 开发注意事项

1. 音频焦点释放

• 通话结束后需释放焦点并恢复音频模式：

am.abandonAudioFocus(focusChangeListener);  // 释放焦点
am.setMode(AudioManager.MODE_NORMAL);      // 恢复默认模式

2. 兼容性处理

• 不同厂商可能对音频焦点和SCO链路有定制行为（如某些设备静音后仍发送噪声），需实测验证。

3. 低延迟优化

• 调整eSCO参数（如重传窗口、编码方式）以降低通话延迟：

// 配置eSCO链路参数（Air Coding格式为CVSD，HV3分组）
esco_params = BTM_ESCO_SETTINGS(BTM_ESCO_LINK_TYPE_CVSD, 0x000A, 0x0080);

总结

蓝牙电话通过 音频焦点抢占、通话模式切换和硬件静音控制实现多音源管理，语音数据在底层基带和PCM接口传输以避免冲突。开发者可通过以下方式扩展功能：

• 利用系统级权限捕获语音（需定制ROM或权限）。
• 与蓝牙芯片厂商合作，通过调试接口获取数据。
• 修改Audio HAL层插入自定义处理逻辑（适用于深度定制系统）。