Čo je to kodek Bluetooth LC3? Je to lepšie ako SBC?

Na podujatí CES 2020 viceprezident marketingu pre Bluetooth Special Interest Group, Ken Kolderup, oznámil zrod Bluetooth Low Energy – nový typ technológie prenosu zvuku Bluetooth, ktorý využíval nižší výkon a zároveň ponúkal lepší výkon kvalitu.

Srdcom tejto technológie bol nový zvukový kodek s názvom Low Complexity Communication Codec (LC3). To prináša otázku: je tento kodek lepší ako SBC, základ pre prenos zvuku cez Bluetooth? Nuž, poďme to zistiť.

Pochopenie typov Bluetooth

Pred porovnaním kodekov je dôležité pochopiť rozdiel medzi týmito dvoma technológiami Bluetooth. Vo všeobecnosti existujú dve hlavné kategórie Bluetooth. Tu je stručný prehľad oboch.

Bluetooth Classic

Bluetooth Classic, známy aj ako Bluetooth Basic Rate/Enhanced Data Rate (BR/EDR), používa súpravu rádií navrhnutých na prenos dát pri vyšších bitových rýchlostiach. Táto bitová rýchlosť sa vo väčšine prípadov pohybuje od 1 do 3 Mb/s. Vďaka tejto vysokej bitovej rýchlosti sa Bluetooth Classic používa na prenos zvuku v bezdrôtových slúchadlách, reproduktoroch a automobilových zábavných systémoch.

Bluetooth Low Energy (BLE)

V porovnaní s klasickým Bluetooth využíva nízkoenergetický Bluetooth špeciálne nízkoenergetické rádiá. z tohto dôvodu Bluetooth Low Energy prenáša dáta pri nižšej spotrebe energie. Táto energetická účinnosť však znižuje bitovú rýchlosť na maximálne 2 Mb/s. Okrem toho ponúka BLE dva prenosy s nižším bitrate pri 125 a 500 kbps.

Z dôvodu nižšej šírky pásma a spotreby energie sa nízkoenergetický Bluetooth používa na prenos dát do inteligentných hodiniek a iných inteligentných zariadení, ktoré nie sú až tak závislé na dátach.

Vzhľadom na obmedzenie šírky pásma BLE je Bluetooth Classic primárnym prostriedkom na bezdrôtový prenos zvuku. Všetko sa však zmenilo v roku 2020, keď skupina Bluetooth Special Interest Group vydala LC3. Ale ako mohol jediný kodek zmeniť všetko? Predtým, ako na to odpovieme, musíme určiť, ako sa zvuk odosiela cez Bluetooth.

Ako sa zvuk odosiela cez Bluetooth?

Ako už bolo vysvetlené, Bluetooth Classic sa často používa na bezdrôtový prenos zvuku. Na tento účel sa hudba uložená vo vašom zariadení odošle do vašich bezdrôtových slúchadiel pomocou rádiových vĺn.

Tieto vlny sú generované pomocou vysokoenergetických Bluetooth rádií a jednotky a nuly sú prenášané do bezdrôtového zariadenia zmenou frekvencie vysielaných vĺn. Bluetooth Classic má však obmedzenú šírku pásma a nedá sa na ňom odoslať kvalitný zvuk. Práve tu prichádzajú na scénu kodeky.

Väčšina audio súborov, ktoré streamujete cez Bluetooth, používa kodeky, ako sú SBC, AAC, Aptx, LDAC a LHDC. Hlavným cieľom týchto kodekov je komprimovať zvukové súbory, čo umožňuje ich prenos cez Bluetooth. Tieto komprimované súbory sú potom odoslané do prijímača, dekomprimované a prehrané.

Ako fungujú zvukové kodeky

Keď je zvuk nekomprimovaný, zaberá veľa miesta. Aby sme to uviedli na pravú mieru, nekomprimovaný zvukový súbor má bitovú rýchlosť 1,4 Mb/s. To znamená, že streamovať jednu sekundu nekomprimovaného zvuku; váš smartfón musí odoslať 1,4 x 10^6 bitov informácií do vašich slúchadiel pomocou Bluetooth.

Ak sa pozriete na šírku pásma Bluetooth Classic, zistíte, že dokáže odosielať dáta s bitovou rýchlosťou 3 Mb/s. Môžete preto dospieť k záveru, že kodeky nie sú potrebné – má to však háčik. 3 Mb/s je teoretické maximum.

V najlepšom prípade v reálnych podmienkach je maximálna bitová rýchlosť pre klasický kanál Bluetooth približne 900 Kbp/s. Tieto rýchlosti sa dosahujú iba vtedy, keď sú splnené špecifické podmienky a používané zariadenia Bluetooth kodeky s vysokým rozlíšením. Vo väčšine prípadov ponúka prenos Bluetooth prenosovú rýchlosť iba 320 Kb/s. Kvôli tomuto obmedzeniu šírky pásma sú na kompresiu veľkosti zvukového súboru odosielaného do slúchadiel potrebné kodeky.

Vysielač aj prijímač musia na prenos zvuku používať rovnaké kodeky. Ak niektoré zo zariadení nepodporuje konkrétny kodek, pri používaní Bluetooth Classic sa prenos presunie na predvolený kodek SBC. Pre zariadenia používajúce zvuk BLE je predvolený kodek LC3.

čo je LC3?

Prenos zvuku cez BLE bol nemožný, pretože kodeky Bluetooth Classic nedokážu poskytnúť vysokokvalitný zvuk pri tak nízkych bitových rýchlostiach. Bluetooth Special Interest Group vyvinula kodek LC3 na vyriešenie tohto problému. Ponuka kvalitnejšieho zvuku pri nižších bitových rýchlostiach umožnila vysokokvalitný prenos zvuku cez BLE.

Pokiaľ ide o čísla, kodek LC3 môže poskytnúť rovnakú kvalitu zvuku ako SBC pri polovičnej bitovej rýchlosti. Vďaka tejto vyššej kompresii kodek LC3 znižuje latenciu a spotrebu energie, čo umožňuje bezdrôtovým slúchadlám ponúkať lepšiu výdrž batérie pri nižších latenciách. Táto nižšia latencia zlepšuje používateľskú skúsenosť s aplikáciami v reálnom čase, ako je hranie hier, a umožňuje použitie kodeku pre aplikácie hands-free volania.

Pred LC3 sa v slúchadlách používali dva rôzne kodeky, a to Advanced Audio Distribution Profile (A2DP) a Hands-Free Profile (HFP). Zatiaľ čo A2DP bol navrhnutý pre vysokú kvalitu, HFP sa používal na prenos hlasových dát cez Bluetooth.

Vzhľadom na požiadavky na nízku latenciu aplikácií na telefonovanie bez použitia rúk má profil handsfree zlú kvalitu zvuku. Ale s pokrokmi v telekomunikáciách, ako je VoIP, teraz dosahujeme vysokú kvalitu, dokonca aj cez bezdrôtové telefónne hovory. Obmedzenia HFP však znamenajú, že kvalita zvuku klesá, ak používame náhlavnú súpravu Bluetooth na telefonovanie bez použitia rúk.

Tu prichádza do úvahy LC3, pretože dokáže prenášať vysokokvalitný zvuk z mikrofónu slúchadiel do telefónu a naopak pri nízkych latenciách.

SBC vs. LC3? Ktorý je lepší?

Pri porovnávaní kodekov je hlavným parametrom, ktorý treba zvážiť, ich bitová rýchlosť. Kodek s vyššou bitovou rýchlosťou ponúka lepšiu kvalitu, pretože prenáša viac zvukových informácií, čo umožňuje zariadeniam lepšie vytvoriť nahraný zvuk.

Bitová rýchlosť kodeku závisí od vzorkovacej frekvencie a bitovej hĺbky. Vzorkovacia frekvencia je rýchlosť, pri ktorej sa vzorky zo zvukového signálu odoberajú na kompresiu. Bitová hĺbka, naopak, definuje počet bitov potrebných na určenie amplitúdy signálu pri každej vzorke.

Bitová rýchlosť kodeku môže byť definovaná vynásobením vzorkovacej rýchlosti a bitovej hĺbky. Okrem týchto parametrov je pri definovaní bitovej rýchlosti potrebné zvážiť počet kanálov zvukového signálu. Pre mono zvuk je počet kanálov jeden, zatiaľ čo pre stereo zvuk sú to dva.

Preto môžeme použiť tento vzorec na nájdenie bitovej rýchlosti kodeku:

bitrate = vzorkovacia frekvencia x bitová hĺbka x počet kanálov

Vzhľadom na tieto informácie porovnajme oba kodeky a pozrime si ich bitové rýchlosti.

Keď sa pozrieme na čísla, je zrejmé, že kodek LC3 môže ponúknuť lepšiu kvalitu zvuku v porovnaní s SBC kvôli vyšším bitovým rýchlostiam. Okrem toho dokáže LC3 poskytnúť dvojnásobnú kvalitu zvuku pri rovnakej bitovej rýchlosti v porovnaní s SBC. Je to preto, že používa lepšie kompresné algoritmy a krytie straty paketov, čím ponúka oveľa lepší zvukový zážitok.

Okrem vysokej kvality ponúka LC3 nižšiu latenciu v porovnaní s SBC a ponúka lepšiu používateľskú skúsenosť pre aplikácie v reálnom čase.

Vzorkovanie a bitové hĺbky používané párom bezdrôtových slúchadiel konfigurujú výrobcovia. Keďže môžu byť nakonfigurované tak, aby bežali pri nižšej bitovej rýchlosti, aby sa zlepšila životnosť batérie a znížili sa chyby prenosu, schopnosť kodeku sa môže líšiť od skutočnej kvality poskytovanej slúchadlami.

Zmení LC3 navždy zvuk Bluetooth?

Kodek LC3 je srdcom zvuku BLE, najvýznamnejšou revíziou špecifikácie Bluetooth za viac ako desať rokov. Kodek sa nezameriava len na poskytovanie vysokokvalitného zvuku, ale zároveň ponúka nižšiu latenciu a spotrebu energie.

Vzhľadom na tieto zmeny ponúknu produkty Bluetooth poháňané LC3 používateľom lepšiu kvalitu hovorov a zvuku pri nižšej spotrebe energie. Vďaka tejto menšej spotrebe energie budú mať bezdrôtové slúchadlá lepšiu výdrž batérie a vývojári mohli využiť túto energiu na poskytovanie lepších výpočtových funkcií, ako sú ekvalizéry a aktívny šum zrušenie.