背景
树莓派4B自带蓝牙和Wifi, 无需外接 USB dongle；
蓝牙最常见的应用是近距离传输数据，比如蓝牙传文件，蓝牙音箱等。正好家里有个普通的usb供电的便携音箱；
本文用树莓派蓝牙+普通音箱，实现简单的蓝牙音箱。
首先需要了解Linux音频系统的整体框架：
大致分为三个部分：
- kernel/driver层的ALSA驱动框架
- 蓝牙音频协议栈：A2DP, 这是使蓝牙具有传输音频流能力的基石; Linux官方的bluez包实现了A2DP
- 音频应用层, Linux最常用的音频服务器是Pulse Audio
怎样理解这三层：可以类比Linux网络层：
ALSA 类似网络驱动框架
A2DP 类似TCP/UDP层
PulseAudio 类似HTTP层的服务器，类比Apache
而蓝牙连接类似http连接和会话；
声卡(输入、输出)类似网卡(Ethernet和wifi)，音频设备(音箱，麦克风)类似具体的网口设备
深入了解 ALSA 音频驱动和 A2DP 蓝牙音频协议，参考：
Advanced Linux Sound Architecture (ALSA) project homepage
A2DP Spec
本文的环境
树莓派4B, 系统: ubuntu-server raspberry pi版本
音箱：usb供电，音频线
安卓手机：用于配对树莓派的蓝牙音频服务
连接示意图
Audio source (i.e. smartphone)
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v
((( Wireless Bluetooth Channel )))
|
v
Raspberry PI (with A2DP service)
|
v
Audio Interface
|
v
Speakers
使用alsa-utils测试音频设备
首先测试Linux上如何使用普通音箱
将音箱USB连到树莓派USB, 音频线连到音频接口
查看音频设备
ALSA在应用层提供了alsa-utils包，其含有arecord、aplay等工具来查看和使用音频设备。
apt-get install alsa-utils
查看声卡列表：
cat /proc/asound/cards
可以看到当前有两张声卡
card 0是树莓派的bcm2835集成声卡，card 1 是另外接的USB麦克风
注意区分声卡和音频设备，一个声卡可以管理多个音频设备，类似于”总线”和”设备”的关系。
音频设备可以细分为输入和输出两种：例如音箱是播放音频，属于输出；麦克风是录入音频，属于输入。下面分别查看这两类设备。
查看音频输入设备：
arecord -l
查看音频输出设备：
aplay -l
使用音频设备
(1)测试音频输出：
aplay test.wav -D plughw:CARD=0,DEV=0
音频设备用 CARD 和 DEV 指定，来自于前文aplay -l查看音频设备的输出
测试音频(wav格式)可以在此下载：ape8.cn
(2)测试音频输入：
使用arecord录制音频输入
-f 录制音频格式。例如 cd 表示 (16 bit little endian, 44100, stereo)
-d 录制时间，单位秒
-c 输入通道的个数，如果是麦克风阵列可能有多通道
-D 使用的设备：-D hw:1,0 表示使用 card 1 下的device 0设备
测试如下：
arecord -f cd -d 5 -c 1 -D hw:1,0 > test.pcm
然后播放此音频：
aplay test.pcm
蓝牙服务相关配置
蓝牙协议栈和服务的安装
首先确保系统软件是最新：
sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade
安装 bluez，pulseaudio 等蓝牙基础组件，对于树莓派还要安装pi-bluetooth
sudo apt-get install pi-bluetooth bluez bluez-tools pulseaudio pulseaudio-module-bluetooth
bluez 是Linux官方的蓝牙协议栈，其内部实现 A2DP 蓝牙音频协议，参考bluez.org
PulseAudio 是Linux音频服务器, 其最主要的作用是：
PulseAudio clients can send audio to “sinks” and receive audio from “sources”
简单说明下蓝牙的发送、接收的概念：
蓝牙的Source端为发送码流的端，Sink端为接收码流的端；可类比生产者和消费者模型
启动音频服务
PulseAudio服务需要创建用户名和用户组，示例如下：
sudo usermod -G bluetooth -a ubuntu
启动服务器
pulseaudio --start
启动蓝牙配对
蓝牙首次连接需要配对，使用 bluez 的 bluetoothctl工具
参考：How to Manage Bluetooth Devices on Linux Using bluetoothctl
bluetoothctl //进入蓝牙配置模式，会显示用户为[bluetooth]#
[bluetooth]# list //列出树莓派的蓝牙控制器列表
[bluetooth]# agent on //注册蓝牙代理
[bluetooth]# default-agent //使用默认代理
[bluetooth]# discoverable on //树莓派的蓝牙可被其他设备发现
[bluetooth]# scan on //开始扫描可连接蓝牙设备
此后选择要连接的蓝牙设备，手机蓝牙打开，scan on列表找到手机的 MAC地址 进行连接配对。
手机的MAC可在设置->系统信息查看
[bluetooth]# pair <dev> //配对设备，首次需要密码
[bluetooth]# trust <dev> //信任该设备，此后可以自动配对无需密码
[bluetooth]# connect <dev> //建立连接
现在可以退出 bluetoothctl模式，然后测试蓝牙音频播放：
[bluetooth]# quit
aplay test.wav
关于蓝牙的agent，参考bluetoothctl - What is a bluetooth agent?
设置自动配对连接
为了避免每次pair都要指定设备，可以配置蓝牙打开时，自动pair上次的设备。
编辑PulseAudio配置文件 /etc/pulse/default.pa
# automatically switch to newly-connected devices
load-module module-switch-on-connect
编辑bluez配置文件 /etc/bluetooth/main.conf
[Policy]
AutoEnable=true
系统重启后只需要重启PulseAudio服务：
pulseaudio --start
调试过程
找不到蓝牙controller
最开始bluetoothctl list显示的蓝牙控制器列表是空的，我一度怀疑买了假的raspi-4B
原因是树莓派需要安装专门的蓝牙包 pi-bluetooth，参考rpi-4b-bluetooth-unavailable-on-ubuntu
树莓派很多功能都要求系统有定制包，大多数硬件失效都是定制包未安装。
蓝牙连接正常，播放没声音
首先确认音频设备物理连接是否正常；
然后确认PulseAudio音频服务是否正常，检查服务状态和配置文件；
pacmd info
pactl info
问题仍没有解决，仔细听似乎有很小的声音，检测音量配置：
pacmd list-sinks //找到sink设备，即音箱
pacmd set-sink-volume <sink> <value> //设置音量，value取值 [0, 65536] 代表标准音量 0~100%
参考：adjust max possible volume in pulseaudio
此时播放音乐可以听到但声音极小；
检查音箱的线控音量调节，调到最大；
此时蓝牙音乐只有正常音箱大概 30% 的播放音量。
原因是树莓派的USB供电驱动能力有限，同一音箱，在PC-USB供电下30%的音量大小等同于树莓派上100%的音量大小。
自此蓝牙播放音量可以达到正常水平，需要更高音量和音质建议220V供电的音箱。
参考内容
Ubuntu音频设备检测
Make-RPi-bluetooth-speaker-part-1
actuino/bt_speaker-raspberry_pi-zero_w
A2DP audio streaming using Raspberry PI