Co to jest kodek Bluetooth LC3? Czy to jest lepsze niż SBC?

Na targach CES 2020 wiceprezes ds. marketingu Bluetooth Special Interest Group, Ken Kolderup, ogłosił narodziny technologii Bluetooth Low Energy — nowego rodzaju technologii transmisji dźwięku Bluetooth, która zużywała mniejszą moc, oferując lepszą jakość jakość.

Sercem tej technologii był nowy kodek audio o nazwie Low Complexity Communication Codec (LC3). Rodzi to pytanie: czy ten kodek jest lepszy niż SBC, podstawa transmisji dźwięku przez Bluetooth? Cóż, dowiedzmy się.

Zrozumienie typów Bluetooth

Przed porównaniem kodeków konieczne jest zrozumienie różnicy między tymi dwiema współczesnymi technologiami Bluetooth. Zasadniczo istnieją dwie główne kategorie Bluetooth. Oto krótki przegląd obu.

Klasyczny Bluetooth

Znany również jako Bluetooth Basic Rate/Enhanced Data Rate (BR/EDR), Bluetooth Classic wykorzystuje zestaw radiotelefonów zaprojektowanych do przesyłania danych z większą szybkością transmisji bitów. Ten bitrate w większości przypadków waha się od 1 do 3 Mb/s. Ze względu na tę wysoką przepływność Bluetooth Classic jest używany do transmisji dźwięku w bezprzewodowych słuchawkach, głośnikach i samochodowych systemach rozrywki.

Bluetooth o niskim zużyciu energii (BLE)

W porównaniu do klasycznego Bluetooth, niskoenergetyczny Bluetooth wykorzystuje specjalne niskoenergetyczne radia. z tego powodu Bluetooth o niskim zużyciu energii przesyła dane przy mniejszym zużyciu energii. To powiedziawszy, ta wydajność energetyczna zmniejsza przepływność do maksymalnie 2 Mb/s. Dodatkowo BLE oferuje dwie transmisje o niższym bitrate przy 125 i 500 kbps.

Ze względu na niższą przepustowość i zużycie energii, niskoenergetyczny Bluetooth jest używany do przesyłania danych do smartwatchów i innych inteligentnych urządzeń, które nie polegają tak bardzo na danych.

Biorąc pod uwagę ograniczenia przepustowości BLE, Bluetooth Classic jest podstawowym środkiem bezprzewodowej transmisji dźwięku. Jednak wszystko zmieniło się w 2020 roku, kiedy Bluetooth Special Interest Group wypuściło LC3. Ale w jaki sposób pojedynczy kodek może zmienić wszystko? Zanim odpowiemy na to pytanie, musimy ustalić, w jaki sposób dźwięk jest przesyłany przez Bluetooth.

Jak dźwięk jest przesyłany przez Bluetooth?

Jak wyjaśniono wcześniej, Bluetooth Classic jest często używany do bezprzewodowego przesyłania dźwięku. W tym celu muzyka przechowywana w urządzeniu jest przesyłana do słuchawek bezprzewodowych za pomocą fal radiowych.

Fale te są generowane za pomocą wysokoenergetycznych radiotelefonów Bluetooth, a jedynki i zera są przesyłane do urządzenia bezprzewodowego poprzez zmianę częstotliwości transmitowanych fal. Jednak Bluetooth Classic ma ograniczoną przepustowość i nie można na nim przesyłać dźwięku wysokiej jakości. To tutaj pojawiają się kodeki.

Większość plików audio przesyłanych strumieniowo przez Bluetooth używa kodeków, takich jak SBC, AAC, Aptx, LDAC i LHDC. Głównym celem tych kodeków jest kompresja plików audio, umożliwiająca ich przesyłanie przez Bluetooth. Te skompresowane pliki są następnie wysyłane do odbiornika, dekompresowane i odtwarzane.

Jak działają kodeki audio

Gdy dźwięk jest nieskompresowany, zajmuje dużo miejsca. Aby spojrzeć na to z innej perspektywy, nieskompresowany plik audio ma przepływność 1,4 Mb/s. Oznacza to, że przesyłanie strumieniowe jednej sekundy nieskompresowanego dźwięku; Twój smartfon musi wysłać 1,4x10^6 bitów informacji do Twoich słuchawek przez Bluetooth.

Jeśli spojrzysz na przepustowość Bluetooth Classic, przekonasz się, że może on przesyłać dane z szybkością 3 Mb/s. Można zatem dojść do wniosku, że kodeki nie są wymagane — ale jest pewien haczyk. 3Mb/s to teoretyczne maksimum.

W najlepszym przypadku w rzeczywistych warunkach maksymalna przepływność dla klasycznego kanału Bluetooth wynosi około 900 Kbp/s. Wskaźniki te są osiągane tylko wtedy, gdy spełnione są określone warunki, a stosowane urządzenia są używane kodeki Bluetooth wysokiej rozdzielczości. W większości przypadków transmisja Bluetooth oferuje przepływność zaledwie 320 Kb/s. Ze względu na to ograniczenie przepustowości wymagane są kodeki do kompresji rozmiaru pliku audio wysyłanego do słuchawek.

Zarówno nadajnik, jak i odbiornik muszą używać tych samych kodeków do transmisji audio. Jeśli któreś z urządzeń nie obsługuje określonego kodeka, podczas korzystania z Bluetooth Classic transmisja przełącza się na domyślny kodek SBC. W przypadku urządzeń korzystających z dźwięku BLE domyślnym kodekiem jest LC3.

Co to jest LC3?

Transmisja dźwięku przez BLE była niemożliwa, ponieważ kodeki Bluetooth Classic nie są w stanie zapewnić wysokiej jakości dźwięku przy tak niskich przepływnościach. Grupa Bluetooth Special Interest Group opracowała kodek LC3, aby rozwiązać ten problem. Oferowanie lepszej jakości dźwięku przy niższych przepływnościach umożliwiło transmisję dźwięku wysokiej jakości przez BLE.

Jeśli chodzi o liczby, kodek LC3 może zapewnić taką samą jakość dźwięku jak SBC przy połowie przepływności. Dzięki tej wyższej kompresji kodek LC3 zmniejsza opóźnienia i zużycie energii, dzięki czemu słuchawki bezprzewodowe oferują lepszą żywotność baterii przy niższych opóźnieniach. Niższe opóźnienie poprawia wrażenia użytkownika w aplikacjach działających w czasie rzeczywistym, takich jak gry, i umożliwia korzystanie z kodeka w aplikacjach do połączeń w trybie głośnomówiącym.

Przed LC3 w słuchawkach używano dwóch różnych kodeków, a mianowicie Advanced Audio Distribution Profile (A2DP) i Hands-Free Profile (HFP). Podczas gdy A2DP został zaprojektowany z myślą o wysokiej jakości, HFP był używany do przesyłania danych głosowych przez Bluetooth.

Ze względu na wymagania dotyczące małych opóźnień w aplikacjach do połączeń w trybie głośnomówiącym profil zestawu głośnomówiącego ma słabą jakość dźwięku. Ale dzięki postępowi w telekomunikacji, takiej jak VoIP, uzyskujemy teraz wysoką jakość, nawet w przypadku bezprzewodowych połączeń telefonicznych. Jednak ograniczenia HFP oznaczają, że jakość dźwięku spada, jeśli używamy zestawu słuchawkowego Bluetooth do rozmów w trybie głośnomówiącym.

W tym miejscu pojawia się LC3, ponieważ może przesyłać wysokiej jakości dźwięk z mikrofonu słuchawki do telefonu i odwrotnie przy niskich opóźnieniach.

SBC vs. LC3? Który jest lepszy?

Podczas porównywania kodeków głównym parametrem, który należy wziąć pod uwagę, jest ich szybkość transmisji. Kodek o wyższej przepływności oferuje lepszą jakość, ponieważ przesyła więcej informacji dźwiękowych, umożliwiając urządzeniom lepsze odtworzenie nagranego dźwięku.

Szybkość transmisji kodeka zależy od częstotliwości próbkowania i głębi bitowej. Częstotliwość próbkowania to szybkość, z jaką pobierane są próbki sygnału audio do kompresji. Z kolei głębia bitowa określa liczbę bitów wymaganych do określenia amplitudy sygnału w każdej próbce.

Szybkość transmisji kodeka można określić, mnożąc zarówno częstotliwość próbkowania, jak i głębię bitową. Oprócz tych parametrów, przy określaniu szybkości transmisji należy wziąć pod uwagę liczbę kanałów sygnału audio. W przypadku dźwięku mono liczba kanałów wynosi jeden, a w przypadku dźwięku stereo dwa.

Dlatego możemy użyć tej formuły, aby znaleźć szybkość transmisji kodeka:

bitrate = częstotliwość próbkowania x głębia bitowa x liczba kanałów

Biorąc pod uwagę te informacje, porównajmy oba kodeki i zobaczmy ich przepływności.

Kiedy spojrzymy na liczby, oczywiste jest, że kodek LC3 może oferować lepszą jakość dźwięku w porównaniu do SBC ze względu na wyższą przepływność. Ponadto LC3 może zapewnić dwukrotnie lepszą jakość dźwięku przy tej samej przepływności w porównaniu z SBC. Dzieje się tak, ponieważ wykorzystuje lepsze algorytmy kompresji i ukrywanie utraty pakietów, oferując w ten sposób znacznie lepsze wrażenia dźwiękowe.

Oprócz wysokiej jakości, LC3 oferuje mniejsze opóźnienia w porównaniu do SBC, oferując lepsze wrażenia użytkownika w aplikacjach czasu rzeczywistego.

Próbkowanie i głębia bitowa używana przez parę słuchawek bezprzewodowych są konfigurowane przez producentów. Ponieważ można je skonfigurować tak, aby działały z niższą szybkością transmisji bitów, aby wydłużyć żywotność baterii i zmniejszyć liczbę błędów transmisji, możliwości kodeka mogą różnić się od rzeczywistej jakości zapewnianej przez słuchawki.

Czy LC3 zmieni dźwięk Bluetooth na zawsze?

Kodek LC3 jest sercem BLE audio, najważniejszej zmiany specyfikacji Bluetooth od ponad dekady. Kodek nie tylko koncentruje się na dostarczaniu wysokiej jakości dźwięku, ale robi to również, oferując mniejsze opóźnienia i zużycie energii.

Biorąc pod uwagę te zmiany, produkty Bluetooth zasilane przez LC3 będą oferować użytkownikom lepszą jakość rozmów i dźwięku przy mniejszym zużyciu energii. Dzięki temu mniejszemu zużyciu energii bezprzewodowe słuchawki będą miały lepszą żywotność baterii i programistów mógłby wykorzystać tę energię do oferowania lepszych funkcji obliczeniowych, takich jak korektory i aktywny szum anulowanie.