【android bluetooth 协议分析 12】【A2DP详解 2】【开启ble扫描-蓝牙音乐卡顿分析】

1. 背景

实车报 蓝牙音乐卡顿的问题。 找到对应时刻，发现 在播放音乐的同时，在 ble 扫描。今天来分析一下，打开ble 扫描时，播放蓝牙音乐为何会出现蓝牙音乐卡顿现象。

这是一个非常典型的 蓝牙资源冲突问题：当同时进行 BLE 扫描 和 A2DP 音乐播放 时，会出现音频卡顿。这种现象可以从 蓝牙协议栈的架构层次 来进行系统性分析，找到其根源。

车机是 A2DP Sink，即：

• 负责接收手机的音频流（A2DP 音频）；

2. 车机作为 A2DP Sink 的 BLE 并发卡顿根因：

我们从底层开始剖析：

1. BLE 与 A2DP 控制器资源竞争（物理层无法真正并发）

1. 现象：

A2DP Sink 模式下，车机通过 BR/EDR ACL 连接接收手机音频数据 → 使用 L2CAP → AVDTP → SBC/AAC 解码 → AudioTrack 播放。

BLE 使用的是 独立的广播监听机制（advertising channel 37/38/39），但 控制器收发调度只能在 BLE 与 BR/EDR 之间切换。

2.根因：

• 绝大多数蓝牙控制器（尤其是 MTK/Qualcomm/瑞昱）不支持 BLE + BR/EDR 物理并发收发；
• BLE 扫描会强占控制器调度周期；
• 车机在 BLE 扫描期间，接收 ACL 音频数据（来自手机）变得断续；
• 导致 SBC/AAC 音频帧断裂 → 卡顿。

2. ACL 数据接收窗口缩小 → L2CAP 报文丢失或乱序

1.背景：

车机在作为 A2DP Sink 时通过 ACL 逻辑通道接收音频数据。

BLE 扫描时：

• 控制器调度窗口会周期性让位于 BLE；

• 导致 ACL 数据接收延迟，甚至 SCO/Sniff 模式下无法维持正常带宽；

• 某些控制器或固件（如 Realtek）直接在 BLE 窗口丢弃 ACL 数据。

3. 解码端（sink）缓冲不足 → AudioTrack underrun

1. 机制：

车机端对手机音频解码通常流程如下：

[ACL 收音频包] → [AVDTP 解封装] → [SBC/AAC 解码] → [AudioTrack 播放]

BLE 干扰导致音频包接收出现短时中断，解码层 buffer 耗尽 → AudioTrack 播放缓冲区 underrun → 卡顿或断音。

4. 主线程/任务抢占问题（特别是在低端车载 SoC）

1. 情况：

• BLE 扫描结果在 JNI 层通过 ScanCallback 回调；

• 如果处理过慢（如 UI 层处理、广播事件）阻塞了主线程；

• 影响音频链路中的 JNI/native 层数据流转（例如 Audio HAL、AudioTrack 写入）；

• 低端 SoC（A53 @ 1.0GHz）尤为明显 → 系统调度抖动影响播放流程。

5. 音频 HAL 或蓝牙堆栈中 pipeline 堵塞

• 一些车机厂商定制音频 HAL 时采用同步阻塞 I/O；

• 若上层蓝牙数据接收因 BLE 干扰而延迟，会导致 HAL 层音频流暂停；

• Android 中的 AudioFlinger 检测到 underrun → 短暂静音。

3.卡顿重现流程图（A2DP Sink + BLE Scan）

[BLE 扫描中]
   ↓
[控制器轮询 BLE 信道，暂停 EDR ACL 收包]
   ↓
[ACL 音频包接收中断 → 数据缺失]
   ↓
[AVDTP 音频帧不完整或丢包]
   ↓
[解码器无法持续输出 PCM → buffer 耗尽]
   ↓
[AudioTrack underrun]
   ↓
[播放卡顿/断音]

4.验证方法建议（面向车载调试）

1. 开启 verbose 蓝牙日志：

# 会在 /data/misc/bluedroid/output_sample.pcm 中保存 pcm 数据
setprop vendor.bluetooth.a2dp_sink.dump "true"

setprop log.tag.bt_btif_avrcp_audio_track V

logcat | grep bt_btif_avrcp_audio_track

2. 同时记录音频 underrun：

adb shell dumpsys media.audio_flinger # 检查 AudioTrack 的 grep Underrun 是否飙升

05-22 10:48:47.839746   798  1560 I AudioFlinger: track(103)  sessionid 537 usage 62: underrun, track state ACTIVE  framesReady(1623) < framesDesired(1768)

3. 控制 BLE 扫描策略：

尝试将 scanInterval, scanWindow 降低，看是否缓解卡顿。

5. aosp 源码分析

1. BtifAvrcpAudioTrackCreate 函数分析

作用：
用于创建一个音频播放轨道（Track），接收从 A2DP 传来的解码 PCM 数据，并通过 AAudio 播放到音频设备（如车机扬声器）。

// system/btif/src/btif_avrcp_audio_track.cc
void* BtifAvrcpAudioTrackCreate(int trackFreq, int bitsPerSample,
                                int channelCount) {
  // 打印出调用此函数时传入的音频参数，包括采样率、位深、声道数。
  // btCreateTrack freq 44100 bps 16 channel 2
  LOG_INFO("%s Track.cpp: btCreateTrack freq %d bps %d channel %d ",
              __func__, trackFreq, bitsPerSample, channelCount);

  AAudioStreamBuilder* builder; // builder 是构造流用的构建器（Builder）
  AAudioStream* stream; // stream 是最终的音频流对象。

  //default is USAGE_MEDIA
  int32_t custom_usage  = osi_property_get_int32("persist.bluetooth.avrcp_play_usage",1);

  /* 
	  初始化 AAudio 构建器，用于设置播放流的参数。
	  
			SampleRate: 设置采样率（如 44100 Hz）

			Format: 使用 PCM_FLOAT 格式，32bit float

			ChannelCount: 设置声道数（如 2 表示立体声）

			SessionId: 让系统自动分配音频 session id

			Usage: 设置音频用途，决定 AudioFocus、输出设备等策略
  */
  aaudio_result_t result = AAudio_createStreamBuilder(&builder);
  AAudioStreamBuilder_setSampleRate(builder, trackFreq);
  AAudioStreamBuilder_setFormat(builder, AAUDIO_FORMAT_PCM_FLOAT);
  AAudioStreamBuilder_setChannelCount(builder, channelCount);
  AAudioStreamBuilder_setSessionId(builder, AAUDIO_SESSION_ID_ALLOCATE);
  AAudioStreamBuilder_setUsage(builder, custom_usage);


  /*
	  设置性能模式（关键点）

		根据位深设置性能模式：

			如果是 24bit 及以上，说明可能是高保真音频（如 aptX HD），用 HD_APTX 模式（假设系统自定义了此模式常量）

			否则使用低延迟播放（常用于语音、响应快的场景）
  */
  aaudio_performance_mode_t mode = (bitsPerSample >= 24) ?
      AAUDIO_PERFORMANCE_MODE_HD_APTX : AAUDIO_PERFORMANCE_MODE_LOW_LATENCY;
  LOG_INFO("%s: mode:%d  custom_usage %d", __func__, mode, custom_usage);
  AAudioStreamBuilder_setPerformanceMode(builder, mode);


  /*
	  打开流并验证成功:
  
  */
  result = AAudioStreamBuilder_openStream(builder, &stream); // 尝试打开流
  CHECK(result == AAUDIO_OK); // CHECK() 宏用于强制断言成功，否则崩溃（调试时重要）
  AAudioStreamBuilder_delete(builder);


  /*
	  构建自定义的 Track 封装结构体
		- 这是一个自定义结构，封装了 stream 和其他相关属性（类似 Android 中 AudioTrack 的封装）
		- 这里申请堆内存，最终通过 void* 返回给调用方使用（注意释放时要配对）
  */
  BtifAvrcpAudioTrack* trackHolder = new BtifAvrcpAudioTrack;
  CHECK(trackHolder != NULL);

  /*
	  初始化结构体字段

		stream：保存打开的音频流指针
		bitsPerSample：位深（例如 16/24）
		bufferLength：根据声道数和帧数计算每帧数据量
		buffer：分配一个 float 类型的播放 buffer，用于 PCM 数据中转
  */
  trackHolder->stream = stream;
  trackHolder->bitsPerSample = bitsPerSample;
  trackHolder->channelCount = channelCount;
  trackHolder->bufferLength =
      trackHolder->channelCount * AAudioStream_getBufferSizeInFrames(stream);
  trackHolder->gain = kMaxTrackGain;
  trackHolder->buffer = new float[trackHolder->bufferLength]();

  /*
	PCM 数据调试保存（可选）
	  如果编译时定义了 DUMP_PCM_DATA == TRUE，则打开 PCM 数据输出文件，用于调试（车厂分析音质、丢帧时常用）
  */
#if (DUMP_PCM_DATA == TRUE)
  openPcmSampleFile();
#endif

  // 返回封装好的音频轨对象指针，供后续写入 PCM 数据使用（见 BtifAvrcpAudioTrackWrite 函数）
  return (void*)trackHolder;
}

• 车机作为 A2DP Sink 播放蓝牙音乐，这个函数就是其创建播放通路的核心之一

• 使用 AAudio 是 Android 8.0+ 的高性能音频接口，相比 OpenSL ES 延迟更低、可靠性更高

• 可以通过设置 persist.bluetooth.avrcp_play_usage 动态控制播放通路的行为（媒体 vs 导航）

2. BtifAvrcpAudioTrackWriteData

它是 蓝牙 A2DP Sink 模式下音频播放的核心 PCM 写入函数，负责将解码后的音频数据送入 AAudio 播放通道。

/*

handle：由 BtifAvrcpAudioTrackCreate() 返回的指针，表示当前音频流的封装对象

audioBuffer：音频数据原始缓冲区，类型通常是 uint8_t*

bufferLength：缓冲区大小，单位是字节
*/

int BtifAvrcpAudioTrackWriteData(void* handle, void* audioBuffer,
                                 int bufferLength) {
  // 将 void* 转换为具体类型 BtifAvrcpAudioTrack*
  BtifAvrcpAudioTrack* trackHolder = static_cast<BtifAvrcpAudioTrack*>(handle);
  CHECK(trackHolder != NULL);
  CHECK(trackHolder->stream != NULL);

  // 初始化状态
  aaudio_result_t retval = -1; // 用于保存 AAudioStream_write() 返回值, 默认为失败状态


 /*
	 可选：PCM 数据调试保存
		 如果开启 DUMP_PCM_DATA 编译宏，将原始输入数据写入文件
		 车厂常用于 音质调试、卡顿分析、声音畸变排查
 */
#if (DUMP_PCM_DATA == TRUE)
  writePcmSampleFile(audioBuffer, bufferLength);
#endif

  /*
	  计算单个样本大小（字节）
		  根据 trackHolder->bitsPerSample 返回每个样本的大小（例如 16bit 就是 2 字节）
  */
  size_t sampleSize = sampleSizeFor(trackHolder);


  /*
	  初始化计数变量
		  记录已处理的总字节数（用于追踪写入进度）
  */
  int transcodedCount = 0;
  do {
    /*
	    主循环：写入 PCM 数据到 AAudio
		    transcodeToPcmFloat(...)是什么？

				- 将原始 PCM（int16、int24 等）数据转换为 float 格式（[-1.0, 1.0]）
    
				- 转换后的数据写入 trackHolder->buffer 中
    
				- 返回转换了多少字节
    

				例如：

					- 输入为 int16_t：0x0000 ~ 0x7FFF → 0.0 ~ 1.0f
    
					- 输入为 int24_t：需拼接后做有符号扩展再转 float
    */
    transcodedCount +=
        transcodeToPcmFloat(((uint8_t*)audioBuffer) + transcodedCount,
                            bufferLength - transcodedCount, trackHolder);

	/*
		写入 AAudio 播放器
			- stream：目标音频流
    
			- buffer：float 格式 PCM 数据
    
			- frameCount：
			    - 要写入的帧数 = 字节数 / (每样本大小 × 声道数)
			    - 注意 AAudio 写入单位是“帧”（frame），非字节
        
			- timeout：阻塞写入时的超时（kTimeoutNanos 是一个预定义的纳秒值）
	*/
    retval = AAudioStream_write(
        trackHolder->stream, trackHolder->buffer,
        transcodedCount / (sampleSize * trackHolder->channelCount),
        kTimeoutNanos);
        
    LOG_VERBOSE("%s Track.cpp: btWriteData len = %d ret = %d", __func__,
                bufferLength, retval);
  } while (transcodedCount < bufferLength); // 如果还没处理完，就继续循环转换并写入，确保整个 audioBuffer 被完全写入

  // 返回写入总字节数
  return transcodedCount;
}

audioBuffer (原始PCM)
    ↓ transcodeToPcmFloat()
trackHolder->buffer (float PCM)
    ↓
AAudioStream_write()
    ↓
系统音频播放

在车机 A2DP Sink 中的作用:

• 每次从 AVDTP media 解码出的 PCM 数据，就通过此函数送入硬件播放
• BLE 扫描时造成卡顿，大概率是：
  • 系统调度资源冲突，AAudio 写入阻塞（如 AAudioStream_write() 卡顿）
  • 音频线程调度变慢，或播放 buffer 填充不及时导致断续

6.车机 A2DP Sink 并发 BLE 扫描优化建议

7. 总结：车机作为 A2DP Sink 时卡顿的根因关键词