Какво представлява Bluetooth LC3 кодек? По-добър ли е от SBC?

На събитието CES 2020, вицепрезидентът по маркетинга на Bluetooth Special Interest Group, Кен Колдеруп, обяви раждането на Bluetooth с ниска енергия - нов тип технология за Bluetooth аудио предаване, която използва по-ниска мощност, но предлага по-добро качество.

В основата на тази технология беше нов аудио кодек, наречен Low Complexity Communication Codec (LC3). Това води до въпроса: този кодек по-добър ли е от SBC, основният елемент за аудио предаване през Bluetooth? Е, нека разберем.

Разбиране на видовете Bluetooth

Преди да сравните кодеците, важно е да разберете разликата между двете Bluetooth технологии днес. Като цяло има две основни категории Bluetooth. Ето кратък преглед и на двете.

Класически Bluetooth

Известен също като Bluetooth Basic Rate/Enhanced Data Rate (BR/EDR), Bluetooth Classic използва набор от радиостанции, предназначени за предаване на данни при по-високи битрейтове. Този битрейт в повечето случаи варира от 1 до 3 Mb/s. Поради този висок битрейт, Bluetooth Classic се използва за аудио предаване в безжични слушалки, високоговорители и системи за забавление в автомобила.

Bluetooth с ниска енергия (BLE)

В сравнение с класическия Bluetooth, нискоенергийният Bluetooth използва специални нискоенергийни радиостанции. Поради това, Bluetooth с ниска енергия прехвърля данни, като консумира по-малко енергия. Въпреки това тази енергийна ефективност намалява битрейта до максимум 2 Mb/s. Освен това BLE предлага две предавания с по-нисък битрейт при 125 и 500 kbps.

Поради по-ниската честотна лента и консумация на енергия, нискоенергийният Bluetooth се използва за предаване на данни към смарт часовници и други смарт устройства, които не разчитат толкова на данни.

Като се има предвид ограничението на честотната лента на BLE, Bluetooth Classic е основното средство за безжично предаване на аудио. Всичко обаче се промени през 2020 г., когато Bluetooth Special Interest Group пусна LC3. Но как един кодек може да промени всичко? Преди да отговорим на това, трябва да определим как аудиото се изпраща през Bluetooth.

Как се изпраща аудио през Bluetooth?

Както беше обяснено по-рано, Bluetooth Classic често се използва за безжично предаване на аудио. За да направите това, музиката, съхранена на вашето устройство, се изпраща до вашите безжични слушалки с помощта на радиовълни.

Тези вълни се генерират с помощта на високоенергийни Bluetooth радиостанции и единици и нули се предават към безжичното устройство чрез промяна на честотата на предаваните вълни. Bluetooth Classic обаче има ограничена честотна лента и по него не може да се изпраща висококачествено аудио. Именно тук кодеците влизат в картината.

Повечето аудио файлове, които предавате поточно през Bluetooth, използват кодеци като SBC, AAC, Aptx, LDAC и LHDC. Основната цел на тези кодеци е да компресират аудио файлове, позволявайки им да бъдат предавани през Bluetooth. Тези компресирани файлове след това се изпращат до приемника, декомпресират се и се възпроизвеждат.

Как работят аудио кодеците

Когато аудиото е некомпресирано, то заема много място за съхранение. За да поставим нещата в перспектива, некомпресиран аудио файл има битрейт от 1,4 Mb/s. Това означава, че за поточно предаване на една секунда некомпресирано аудио; вашият смартфон трябва да изпраща 1,4x10^6 бита информация към вашите слушалки чрез Bluetooth.

Ако погледнете честотната лента на Bluetooth Classic, ще откриете, че той може да изпраща данни с битрейт от 3 Mb/s. Следователно може да заключите, че кодеците не са необходими, но има една уловка. 3Mb/s е теоретичен максимум.

В най-добрите условия в реалния свят максималната скорост на предаване за класически Bluetooth канал е около 900 Kbp/s. Тези скорости се постигат само когато са изпълнени специфични условия и използваните устройства Bluetooth кодеци с висока разделителна способност. В повечето случаи Bluetooth предаването предлага битрейт от само 320 Kb/s. Поради това ограничение на честотната лента са необходими кодеци за компресиране на размера на аудиофайла, който се изпраща към вашите слушалки.

И предавателят, и приемникът трябва да използват едни и същи кодеци за аудио предаване. Ако някое от устройствата не поддържа определен кодек, предаването се прехвърля към кодека по подразбиране, SBC, докато се използва Bluetooth Classic. За устройства, използващи BLE аудио, кодекът по подразбиране е LC3.

Какво е LC3?

Аудио предаването през BLE беше невъзможно, тъй като Bluetooth Classic кодеците не могат да доставят висококачествен звук при толкова ниски битрейтове. Bluetooth Special Interest Group разработи кодека LC3, за да разреши този проблем. Предлагането на аудио с по-добро качество при по-ниски битрейт позволи висококачествено аудио предаване през BLE.

По отношение на числата, кодекът LC3 може да осигури същото качество на звука като SBC при половината от битрейта. Благодарение на тази по-висока компресия кодекът LC3 намалява латентността и консумацията на енергия, позволявайки на безжичните слушалки да предлагат по-добър живот на батерията при по-ниски латентности. Тази по-ниска латентност подобрява потребителското изживяване за приложения в реално време като игри и позволява кодекът да се използва за приложения за разговори със свободни ръце.

Преди LC3 в слушалките се използваха два различни кодека, а именно усъвършенстван профил за разпространение на аудио (A2DP) и профил за свободни ръце (HFP). Докато A2DP е проектиран за високо качество, HFP се използва за предаване на гласови данни през Bluetooth.

Поради изискванията за ниска латентност на приложенията за разговори със свободни ръце, профилът за свободни ръце има лошо качество на звука. Но с напредъка в телекомуникациите, като VoIP, сега получаваме високо качество дори при безжични телефонни разговори. Ограниченията на HFP обаче означават, че качеството на звука пада, ако използваме Bluetooth слушалки за разговори със свободни ръце.

Тук се появява LC3, тъй като може да предава висококачествен звук от микрофона на слушалката към телефона и обратно при ниски закъснения.

SBC срещу. LC3? Кой е по-добър?

Когато сравнявате кодеци, основният параметър, който трябва да имате предвид, е техният битрейт. Кодек с по-висок битрейт предлага по-добро качество, тъй като предава повече аудио информация, което позволява на устройствата да пресъздадат по-добре записаното аудио.

Побитовата скорост на кодека зависи от честотата на дискретизация и битовата дълбочина. Честотата на семплиране е скоростта, с която семпли от аудио сигнала се вземат за компресиране. Дълбочината на битовете, напротив, определя броя на битовете, необходими за определяне на амплитудата на сигнала при всяка проба.

Побитовата скорост на кодека може да се определи чрез умножаване както на честотата на дискретизация, така и на битовата дълбочина. В допълнение към тези параметри, броят на каналите на аудиосигнала трябва да се вземе предвид при определянето на неговия битрейт. За моно аудио броят на каналите е един, докато за стерео аудио той е два.

Следователно можем да използваме тази формула, за да намерим битрейт на кодек:

битрейт = честота на дискретизация х битова дълбочина х брой канали

Като имаме предвид тази информация, нека сравним двата кодека и да видим техните битрейтове.

Когато погледнем числата, очевидно е, че кодекът LC3 може да предложи по-добро качество на звука в сравнение със SBC поради по-високия си битрейт. В допълнение, LC3 може да осигури два пъти по-добро аудио качество при същия битрейт в сравнение със SBC. Това е така, защото използва по-добри алгоритми за компресиране и прикриване на загуба на пакети, като по този начин предлага много по-добро аудио изживяване.

В допълнение към високото качество, LC3 предлага по-ниска латентност в сравнение със SBC, предлагайки по-добро потребителско изживяване за приложения в реално време.

Семплирането и битовите дълбочини, използвани от чифт безжични слушалки, се конфигурират от производителите. Тъй като те могат да бъдат конфигурирани да работят при по-ниски битрейтове, за да се подобри живота на батерията и да се намалят грешките при предаване, възможностите на кодека може да се различават от действителното качество, предоставено от слушалките.

LC3 ще промени ли Bluetooth аудиото завинаги?

Кодекът LC3 е в основата на BLE аудиото, най-значимата ревизия на Bluetooth спецификацията от повече от десетилетие. Кодекът не само се фокусира върху предоставянето на висококачествен звук, но също така го прави, като същевременно предлага по-ниска латентност и консумация на енергия.

Като се имат предвид тези промени, Bluetooth продуктите, захранвани от LC3, ще предложат на потребителите по-добри разговори и качество на звука, като същевременно използват по-малко енергия. Благодарение на тази по-малка консумация на енергия, безжичните слушалки ще имат по-добър живот на батерията и разработчиците може да използва тази енергия, за да предложи по-добри изчислителни функции като еквалайзери и активен шум анулиране.