Kas ir Bluetooth LC3 kodeks? Vai tas ir labāks par SBC?

CES 2020 pasākumā Bluetooth īpašo interešu grupas mārketinga viceprezidents Kens Kolderups paziņoja Bluetooth Low Energy — jauna veida Bluetooth audio pārraides tehnoloģija, kas izmantoja mazāku jaudu, vienlaikus piedāvājot labāku kvalitāti.

Šīs tehnoloģijas pamatā bija jauns audio kodeks ar nosaukumu Low Complexity Communication Codec (LC3). Tas rada jautājumu: vai šis kodeks ir labāks par SBC, kas ir galvenais audio pārraides līdzeklis, izmantojot Bluetooth? Nu, noskaidrosim.

Izpratne par Bluetooth veidiem

Pirms kodeku salīdzināšanas ir svarīgi saprast atšķirību starp abām Bluetooth tehnoloģijām mūsdienās. Kopumā ir divas galvenās Bluetooth kategorijas. Šeit ir īss pārskats par abiem.

Bluetooth Classic

Pazīstams arī kā Bluetooth pamata ātrums/uzlabotais datu pārraides ātrums (BR/EDR), Bluetooth Classic izmanto radioaparātu komplektu, kas paredzēts datu pārsūtīšanai ar lielāku bitu pārraides ātrumu. Šis bitu pārraides ātrums vairumā gadījumu svārstās no 1 līdz 3 Mb/s. Pateicoties šim augstajam bitu pārraides ātrumam, Bluetooth Classic tiek izmantots audio pārraidei bezvadu austiņās, skaļruņos un automašīnu izklaides sistēmās.

Bluetooth zemas enerģijas patēriņš (BLE)

Salīdzinājumā ar Bluetooth klasisko, zema enerģijas patēriņa Bluetooth izmanto īpašus zema enerģijas patēriņa radio. Sakarā ar šo, Bluetooth zems enerģijas patēriņš pārsūta datus, vienlaikus patērējot mazāk enerģijas. Tas nozīmē, ka šī jaudas efektivitāte samazina bitu pārraides ātrumu līdz maksimāli 2 Mb/s. Turklāt BLE piedāvā divus mazāku bitu pārraides ātrumu ar 125 un 500 kbps.

Zemāka joslas platuma un enerģijas patēriņa dēļ zema enerģijas patēriņa Bluetooth tiek izmantots datu pārsūtīšanai uz viedpulksteņiem un citām viedierīcēm, kas nav tik daudz atkarīgas no datiem.

Ņemot vērā BLE joslas platuma ierobežojumu, Bluetooth Classic ir galvenais līdzeklis audio bezvadu pārraidīšanai. Tomēr viss mainījās 2020. gadā, kad Bluetooth īpašo interešu grupa izlaida LC3. Bet kā viens kodeks varētu mainīt visu? Pirms atbildēt uz to, mums ir jānosaka, kā audio tiek nosūtīts, izmantojot Bluetooth.

Kā audio tiek nosūtīts, izmantojot Bluetooth?

Kā paskaidrots iepriekš, Bluetooth Classic bieži izmanto audio pārraidīšanai bezvadu režīmā. Lai to izdarītu, ierīcē saglabātā mūzika tiek nosūtīta uz bezvadu austiņām, izmantojot radioviļņus.

Šie viļņi tiek ģenerēti, izmantojot augstas enerģijas Bluetooth radio, un vieninieki un nulles tiek pārraidīti uz bezvadu ierīci, mainot pārraidīto viļņu frekvenci. Tomēr Bluetooth Classic ir ierobežots joslas platums, un ar to nevar nosūtīt augstas kvalitātes audio. Tieši šeit kodeki parādās attēlā.

Lielākajā daļā audio failu, ko straumējat, izmantojot Bluetooth, tiek izmantoti kodeki, piemēram, SBC, AAC, Aptx, LDAC un LHDC. Šo kodeku galvenais mērķis ir saspiest audio failus, ļaujot tos pārsūtīt, izmantojot Bluetooth. Šie saspiestie faili pēc tam tiek nosūtīti uz uztvērēju, atspiesti un atskaņoti.

Kā darbojas audio kodeki

Kad audio nav saspiests, tas aizņem daudz vietas. Lai aplūkotu lietas perspektīvā, nesaspiesta audio faila bitu pārraides ātrums ir 1,4 Mb/s. Tas nozīmē, ka straumēt vienu sekundi nesaspiesta audio; viedtālrunim ir jānosūta 1,4 x 10^6 biti informācijas uz austiņām, izmantojot Bluetooth.

Ja paskatās uz Bluetooth Classic joslas platumu, jūs redzēsit, ka tas var nosūtīt datus ar bitu pārraides ātrumu 3 Mb/s. Tāpēc jūs varētu secināt, ka kodeki nav nepieciešami, taču ir kāda problēma. 3Mb/s ir teorētiskais maksimums.

Labākajos reālos apstākļos klasiskā Bluetooth kanāla maksimālais bitu pārraides ātrums ir aptuveni 900 Kbp/s. Šie rādītāji tiek sasniegti tikai tad, ja ir izpildīti īpaši nosacījumi un tiek izmantotas iesaistītās ierīces augstas izšķirtspējas Bluetooth kodeki. Vairumā gadījumu Bluetooth pārraide piedāvā tikai 320 Kb/s bitu pārraides ātrumu. Šī joslas platuma ierobežojuma dēļ ir nepieciešami kodeki, lai saspiestu uz austiņām nosūtītā audio faila lielumu.

Gan raidītājam, gan uztvērējam audio pārraidei jāizmanto tie paši kodeki. Ja kāda no ierīcēm neatbalsta noteiktu kodeku, Bluetooth Classic izmantošanas laikā pārraide tiek pārslēgta uz noklusējuma kodeku SBC. Ierīcēm, kas izmanto BLE audio, noklusējuma kodeks ir LC3.

Kas ir LC3?

Audio pārraide, izmantojot BLE, nebija iespējama, jo Bluetooth Classic kodeki nevar nodrošināt augstas kvalitātes audio ar tik zemu bitu pārraides ātrumu. Bluetooth īpašo interešu grupa izstrādāja LC3 kodeku, lai atrisinātu šo problēmu. Piedāvājot labākas kvalitātes audio ar mazāku bitu pārraides ātrumu, ir iespējota augstas kvalitātes audio pārraide, izmantojot BLE.

Runājot par skaitļiem, LC3 kodeks var nodrošināt tādu pašu audio kvalitāti kā SBC ar pusi mazāku bitu pārraides ātrumu. Pateicoties šai augstākajai saspiešanai, LC3 kodeks samazina latentumu un enerģijas patēriņu, ļaujot bezvadu austiņām nodrošināt labāku akumulatora darbības laiku ar mazāku latentumu. Šis mazāks latentums uzlabo lietotāja pieredzi reāllaika lietojumprogrammām, piemēram, spēlēm, un ļauj izmantot kodeku brīvroku zvanu programmām.

Pirms LC3 austiņās tika izmantoti divi dažādi kodeki, proti, Advanced Audio Distribution Profile (A2DP) un Hands-Free Profile (HFP). Lai gan A2DP tika izstrādāts augstas kvalitātes nodrošināšanai, HFP tika izmantots balss datu pārsūtīšanai, izmantojot Bluetooth.

Tā kā brīvroku zvanu lietojumprogrammām ir zemas latentuma prasības, brīvroku profilam ir slikta audio kvalitāte. Taču ar sasniegumiem telekomunikācijās, piemēram, VoIP, mēs tagad iegūstam augstas kvalitātes pat bezvadu tālruņa zvanus. Tomēr HFP ierobežojumi nozīmē, ka audio kvalitāte samazinās, ja mēs izmantojam Bluetooth austiņas brīvroku zvanīšanai.

Šeit parādās LC3, jo tas var pārraidīt augstas kvalitātes audio no austiņu mikrofona uz tālruni un otrādi ar zemu latentumu.

SBC vs. LC3? Kurš ir labāks?

Salīdzinot kodekus, galvenais parametrs, kas jāņem vērā, ir to bitu pārraides ātrums. Kodekss ar lielāku bitu pārraides ātrumu nodrošina labāku kvalitāti, jo tas pārraida vairāk audio informācijas, ļaujot ierīcēm labāk atjaunot ierakstīto audio.

Kodeka bitu pārraides ātrums ir atkarīgs no iztveršanas frekvences un bitu dziļuma. Iztveršanas frekvence ir ātrums, ar kādu audio signāla paraugi tiek uztverti saspiešanai. Bitu dziļums, gluži pretēji, nosaka bitu skaitu, kas nepieciešams, lai noteiktu signāla amplitūdu katrā paraugā.

Kodeka bitu pārraides ātrumu var definēt, reizinot gan paraugu ņemšanas ātrumu, gan bitu dziļumu. Papildus šiem parametriem, nosakot tā bitu pārraides ātrumu, ir jāņem vērā audio signāla kanālu skaits. Mono audio kanālu skaits ir viens, savukārt stereo audio — divi.

Tāpēc mēs varam izmantot šo formulu, lai atrastu kodeka bitu pārraides ātrumu:

bitu pārraides ātrums = iztveršanas ātrums x bitu dziļums x kanālu skaits

Ņemot vērā šo informāciju, salīdzināsim abus kodekus un redzēsim to bitu pārraides ātrumu.

Kad mēs skatāmies uz skaitļiem, ir skaidrs, ka LC3 kodeks var piedāvāt labāku audio kvalitāti, salīdzinot ar SBC, jo tā ir lielāka bitu pārraides ātruma dēļ. Turklāt LC3 var nodrošināt divreiz augstāku audio kvalitāti ar tādu pašu bitu pārraides ātrumu, salīdzinot ar SBC. Tas ir tāpēc, ka tas izmanto labākus saspiešanas algoritmus un pakešu zudumu slēpšanu, tādējādi piedāvājot daudz labāku audio pieredzi.

Papildus augstajai kvalitātei LC3 piedāvā mazāku latentumu salīdzinājumā ar SBC, piedāvājot labāku lietotāja pieredzi reāllaika lietojumprogrammām.

Iztveršanas un bitu dziļumu, ko izmanto bezvadu austiņu pāri, konfigurē ražotāji. Tā kā tos var konfigurēt, lai tie darbotos ar mazāku bitu pārraides ātrumu, lai uzlabotu akumulatora darbības laiku un samazinātu pārraides kļūdas, kodeku iespējas var atšķirties no austiņu faktiskās kvalitātes.

Vai LC3 uz visiem laikiem mainīs Bluetooth audio?

LC3 kodeks ir BLE audio pamatā, kas ir nozīmīgākais Bluetooth specifikācijas uzlabojums vairāk nekā desmit gadu laikā. Kodekss ne tikai koncentrējas uz augstas kvalitātes audio nodrošināšanu, bet arī to dara, vienlaikus piedāvājot mazāku latentumu un enerģijas patēriņu.

Ņemot vērā šīs izmaiņas, Bluetooth produkti, kurus darbina LC3, lietotājiem piedāvās labāku zvanu un audio kvalitāti, vienlaikus izmantojot mazāku jaudu. Šī mazākā enerģijas patēriņa dēļ bezvadu austiņām būs labāks akumulatora darbības laiks un izstrādātāji varētu izmantot šo enerģiju, lai piedāvātu labākas skaitļošanas funkcijas, piemēram, ekvalaizerus un aktīvo troksni atcelšana.