Ce este codecul Bluetooth LC3? Este mai bine decât SBC?

La evenimentul CES 2020, vicepreședintele de marketing pentru Bluetooth Special Interest Group, Ken Kolderup, a anunțat nașterea Bluetooth Low Energy—un nou tip de tehnologie de transmisie audio Bluetooth care folosea o putere mai mică, oferind în același timp mai bune calitate.

În centrul acestei tehnologii a fost un nou codec audio numit Low Complexity Communication Codec (LC3). Aceasta aduce întrebarea: este acest codec mai bun decât SBC, elementul de bază pentru transmisia audio prin Bluetooth? Ei bine, hai să aflăm.

Înțelegerea tipurilor de Bluetooth

Înainte de a compara codecuri, este esențial să înțelegem diferența dintre cele două tehnologii Bluetooth astăzi. În linii mari, există două categorii principale de Bluetooth. Iată o scurtă prezentare generală a ambelor.

Bluetooth clasic

Cunoscut și ca Bluetooth Basic Rate/Enhanced Data Rate (BR/EDR), Bluetooth Classic folosește un set de radiouri concepute pentru a transmite date la rate de biți mai mari. Acest bitrate, în cele mai multe cazuri, variază de la 1 la 3 Mb/s. Datorită acestei rate de biți ridicate, Bluetooth Classic este utilizat pentru transmisii audio în căști fără fir, difuzoare și sisteme de divertisment auto.

Bluetooth Low Energy (BLE)

În comparație cu Bluetooth clasic, Bluetooth cu consum redus de energie utilizează radiouri speciale cu consum redus de energie. Din cauza asta, Bluetooth Low Energy transferă date în timp ce consumă mai puțină energie. Acestea fiind spuse, această eficiență energetică reduce bitrate-ul la maximum 2 Mb/s. În plus, BLE oferă două transmisii cu rate de biți mai mici la 125 și 500 kbps.

Datorită lățimii de bandă și a consumului de energie mai redus, Bluetooth-ul cu consum redus de energie este utilizat pentru transmiterea datelor către ceasurile inteligente și alte dispozitive inteligente care nu se bazează atât de mult pe date.

Având în vedere limitarea lățimii de bandă a BLE, Bluetooth Classic este mijlocul principal pentru transmiterea audio fără fir. Cu toate acestea, totul s-a schimbat în 2020, când Grupul de interes special Bluetooth a lansat LC3. Dar cum ar putea un singur codec să schimbe totul? Înainte de a răspunde la asta, trebuie să stabilim cum este trimis audio prin Bluetooth.

Cum se trimite audio prin Bluetooth?

După cum sa explicat mai devreme, Bluetooth Classic este adesea folosit pentru transmiterea audio fără fir. Pentru a face acest lucru, muzica stocată pe dispozitivul dvs. este trimisă la căștile dvs. fără fir folosind unde radio.

Aceste unde sunt generate folosind radiouri Bluetooth de mare energie, iar unii și zerourile sunt transmise dispozitivului fără fir prin schimbarea frecvenței undelor transmise. Cu toate acestea, Bluetooth Classic are o lățime de bandă limitată și audio de înaltă calitate nu poate fi trimis pe el. Aici intră codecurile în imagine.

Majoritatea fișierelor audio pe care le transmiteți prin Bluetooth folosesc codecuri precum SBC, AAC, Aptx, LDAC și LHDC. Scopul principal al acestor codecuri este comprimarea fișierelor audio, permițându-le să fie transmise prin Bluetooth. Aceste fișiere comprimate sunt apoi trimise la receptor, decomprimate și redate.

Cum funcționează codecurile audio

Când sunetul este necomprimat, ocupă mult spațiu de stocare. Pentru a pune lucrurile în perspectivă, un fișier audio necomprimat are o rată de biți de 1,4 Mb/s. Aceasta înseamnă că pentru a transmite o secundă de sunet necomprimat; smartphone-ul dvs. trebuie să trimită 1,4x10^6 biți de informații la căști folosind Bluetooth.

Dacă te uiți la lățimea de bandă a Bluetooth Classic, vei descoperi că poate trimite date la un bitrate de 3 Mb/s. Prin urmare, ați putea concluziona că codecurile nu sunt necesare, dar există o problemă. 3Mb/s este un maxim teoretic.

În cele mai bune cazuri din lumea reală, rata maximă de biți pentru un canal Bluetooth clasic este de aproximativ 900 Kbp/s. Aceste rate sunt atinse numai atunci când sunt îndeplinite anumite condiții și când dispozitivele implicate sunt utilizate codecuri Bluetooth de înaltă rezoluție. În majoritatea cazurilor, transmisia prin Bluetooth oferă o rată de biți de doar 320 Kb/s. Din cauza acestei constrângeri de lățime de bandă, codecurile sunt necesare pentru a comprima dimensiunea fișierului audio care este trimis în căști.

Atât transmițătorul, cât și receptorul trebuie să utilizeze aceleași codecuri pentru transmisia audio. Dacă oricare dintre dispozitive nu acceptă un anumit codec, transmisia se trece la codecul implicit, SBC, în timp ce se utilizează Bluetooth Classic. Pentru dispozitivele care utilizează audio BLE, codecul implicit este LC3.

Ce este LC3?

Transmisia audio prin BLE a fost imposibilă, deoarece codecurile Bluetooth Classic nu pot oferi sunet de înaltă calitate la rate de biți atât de mici. Grupul de interes special Bluetooth a dezvoltat codecul LC3 pentru a rezolva această problemă. Oferirea audio de calitate mai bună la rate de biți mai mici a permis transmisia audio de înaltă calitate prin BLE.

În ceea ce privește cifrele, codecul LC3 poate oferi aceeași calitate audio ca SBC la jumătate din rata de biți. Datorită acestei compresii mai mari, codecul LC3 scade latența și consumul de energie, permițând căștilor wireless să ofere o viață mai bună a bateriei la latențe mai mici. Această latență mai mică îmbunătățește experiența utilizatorului pentru aplicațiile în timp real, cum ar fi jocurile, și permite utilizarea codecului pentru aplicații de apelare hands-free.

Înainte de LC3, două codecuri diferite, și anume Advanced Audio Distribution Profile (A2DP) și Hands-Free Profile (HFP), erau folosite în căști. În timp ce A2DP a fost proiectat pentru o calitate înaltă, HFP a fost folosit pentru a transmite date vocale prin Bluetooth.

Datorită cerințelor de latență scăzută ale aplicațiilor de apelare hands-free, profilul hands-free are o calitate audio slabă. Dar, odată cu progresele în telecomunicații, cum ar fi VoIP, acum obținem calitate înaltă, chiar și prin apeluri telefonice fără fir. Cu toate acestea, limitările HFP înseamnă că calitatea audio scade dacă folosim o cască Bluetooth pentru apeluri hands-free.

Aici intervine LC3, deoarece poate transmite sunet de înaltă calitate de la microfonul căștilor la telefon și invers, la latențe scăzute.

SBC vs. LC3? Care este mai bun?

Atunci când comparăm codec-urile, principalul parametru de luat în considerare este rata lor de biți. Un codec cu o rată de biți mai mare oferă o calitate mai bună, deoarece transmite mai multe informații audio, permițând dispozitivelor să recreeze mai bine sunetul înregistrat.

Rata de biți a unui codec depinde de frecvența de eșantionare și de adâncimea de biți. Frecvența de eșantionare este rata la care probele din semnalul audio sunt preluate pentru compresie. Adâncimea de biți, dimpotrivă, definește numărul de biți necesar pentru a determina amplitudinea semnalului la fiecare probă.

Rata de biți a unui codec poate fi definită prin înmulțirea atât a ratei de eșantionare, cât și a adâncimii de biți. În plus față de acești parametri, numărul de canale ale unui semnal audio trebuie luat în considerare atunci când se definește rata de biți a acestuia. Pentru audio mono, numărul de canale este unul, în timp ce pentru audio stereo este două.

Prin urmare, putem folosi această formulă pentru a găsi rata de biți a unui codec:

bitrate = rata de eșantionare x adâncimea de biți x numărul de canale

Având în vedere aceste informații, să comparăm cele două codecuri și să le vedem ratele de biți.

Când ne uităm la numere, este evident că codecul LC3 poate oferi o calitate audio mai bună în comparație cu SBC, datorită ratelor de biți mai mari. În plus, LC3 poate oferi o calitate audio de două ori mai mare la aceeași rată de biți în comparație cu SBC. Acest lucru se datorează faptului că folosește algoritmi de compresie mai buni și Packet Loss Concealment, oferind astfel o experiență audio mult mai bună.

Pe lângă calitatea înaltă, LC3 oferă o latență mai mică în comparație cu SBC, oferind o experiență de utilizator mai bună pentru aplicațiile în timp real.

Eșantionarea și adâncimea de biți utilizate de o pereche de căști fără fir sunt configurate de producători. Deoarece pot fi configurate să ruleze la rate de biți mai mici pentru a îmbunătăți durata de viață a bateriei și pentru a reduce erorile de transmisie, capacitatea unui codec poate diferi de calitatea reală furnizată de căști.

LC3 va schimba pentru totdeauna audio Bluetooth?

Codecul LC3 se află în centrul audio BLE, cea mai semnificativă revizuire a specificației Bluetooth din peste un deceniu. Codecul nu se concentrează numai pe furnizarea de sunet de înaltă calitate, dar o face și în același timp oferind o latență și un consum de energie mai scăzut.

Având în vedere aceste modificări, produsele Bluetooth alimentate de LC3 vor oferi utilizatorilor o calitate mai bună a apelurilor și a sunetului, folosind o putere mai mică. Datorită acestui consum mai mic de energie, căștile wireless vor avea o durată de viață mai bună a bateriei și dezvoltatorilor ar putea folosi această energie pentru a oferi funcții de calcul mai bune, cum ar fi egalizatoarele și zgomotul activ anulare.