Kaj je kodek Bluetooth LC3? Ali je boljši od SBC?

Na dogodku CES 2020 je podpredsednik marketinga Bluetooth Special Interest Group, Ken Kolderup, napovedal, rojstvo Bluetooth Low Energy – nove vrste tehnologije prenosa zvoka Bluetooth, ki je porabila manj energije, hkrati pa je ponudila boljše kakovosti.

Srce te tehnologije je bil nov zvočni kodek, imenovan Low Complexity Communication Codec (LC3). To postavlja vprašanje: ali je ta kodek boljši od SBC, osnovnega za prenos zvoka prek Bluetooth? No, poglejmo.

Razumevanje vrst Bluetooth

Preden primerjate kodeke, je bistveno razumeti razliko med obema današnjima tehnologijama Bluetooth. Na splošno obstajata dve glavni kategoriji Bluetooth. Tukaj je kratek pregled obeh.

Bluetooth Classic

Bluetooth Classic, znan tudi kot Bluetooth Basic Rate/Enhanced Data Rate (BR/EDR), uporablja nabor radijskih postaj, zasnovanih za prenos podatkov pri višjih bitnih hitrostih. Ta bitna hitrost se v večini primerov giblje od 1 do 3 Mb/s. Zaradi te visoke bitne hitrosti se Bluetooth Classic uporablja za prenos zvoka v brezžičnih slušalkah, zvočnikih in avtomobilskih sistemih za zabavo.

Bluetooth Low Energy (BLE)

V primerjavi s klasičnim Bluetoothom nizkoenergijski Bluetooth uporablja posebne nizkoenergijske radijske postaje. Zaradi tega, Bluetooth Low Energy prenaša podatke ob manjši porabi energije. Kljub temu ta energetska učinkovitost zmanjša bitno hitrost na največ 2 Mb/s. Poleg tega BLE ponuja dva prenosa z nižjo bitno hitrostjo pri 125 in 500 kbps.

Zaradi manjše pasovne širine in porabe energije se nizkoenergijski Bluetooth uporablja za prenos podatkov na pametne ure in druge pametne naprave, ki niso toliko odvisne od podatkov.

Glede na omejitev pasovne širine BLE je Bluetooth Classic primarno sredstvo za brezžično prenašanje zvoka. Vse pa se je spremenilo leta 2020, ko je skupina Bluetooth Special Interest Group izdala LC3. Toda kako bi lahko en sam kodek spremenil vse? Preden odgovorimo na to, moramo ugotoviti, kako se zvok pošilja prek Bluetootha.

Kako se zvok pošilja prek povezave Bluetooth?

Kot je bilo že pojasnjeno, se Bluetooth Classic pogosto uporablja za brezžično prenašanje zvoka. V ta namen se glasba, shranjena v vaši napravi, prek radijskih valov pošlje v vaše brezžične slušalke.

Ti valovi se ustvarijo z uporabo visokoenergijskih radijskih postaj Bluetooth, enice in ničle pa se prenašajo v brezžično napravo s spreminjanjem frekvence oddanih valov. Vendar ima Bluetooth Classic omejeno pasovno širino in po njem ni mogoče poslati visokokakovostnega zvoka. Tu pridejo na podobo kodeki.

Večina zvočnih datotek, ki jih pretakate prek povezave Bluetooth, uporablja kodeke, kot so SBC, AAC, Aptx, LDAC in LHDC. Glavni cilj teh kodekov je stiskanje zvočnih datotek, kar omogoča njihov prenos prek povezave Bluetooth. Te stisnjene datoteke se nato pošljejo sprejemniku, razpakirajo in predvajajo.

Kako delujejo zvočni kodeki

Ko zvok ni stisnjen, zavzame veliko prostora za shranjevanje. Če pogledamo stvari v perspektivo, ima nestisnjena zvočna datoteka bitno hitrost 1,4 Mb/s. To pomeni, da za pretakanje ene sekunde nestisnjenega zvoka; vaš pametni telefon mora poslati 1,4x10^6 bitov informacij v vaše slušalke prek povezave Bluetooth.

Če pogledate pasovno širino Bluetooth Classic, boste ugotovili, da lahko pošilja podatke z bitno hitrostjo 3 Mb/s. Morda boste torej sklepali, da kodeki niso potrebni, vendar obstaja ulov. 3Mb/s je teoretični maksimum.

V najboljših pogojih v resničnem svetu je največja bitna hitrost za klasični kanal Bluetooth približno 900 Kbp/s. Te stopnje so dosežene le, če so izpolnjeni posebni pogoji in če se naprave uporabljajo kodeki Bluetooth visoke ločljivosti. V večini primerov prenos Bluetooth ponuja bitno hitrost le 320 Kb/s. Zaradi te omejitve pasovne širine so potrebni kodeki za stiskanje velikosti zvočne datoteke, poslane v vaše slušalke.

Tako oddajnik kot sprejemnik morata za prenos zvoka uporabljati iste kodeke. Če katera od naprav ne podpira določenega kodeka, se med uporabo Bluetooth Classic prenos premakne na privzeti kodek SBC. Za naprave, ki uporabljajo zvok BLE, je privzeti kodek LC3.

Kaj je LC3?

Prenos zvoka prek BLE je bil nemogoč, saj kodeki Bluetooth Classic ne morejo zagotoviti visokokakovostnega zvoka pri tako nizkih bitnih hitrostih. Bluetooth Special Interest Group je razvil kodek LC3 za rešitev te težave. Ponudba zvoka boljše kakovosti pri nižjih bitnih hitrostih je omogočila visokokakovosten prenos zvoka prek BLE.

Kar zadeva številke, lahko kodek LC3 zagotavlja enako kakovost zvoka kot SBC pri polovični bitni hitrosti. Zaradi te višje kompresije kodek LC3 zmanjša zakasnitev in porabo energije, kar omogoča, da brezžične slušalke nudijo boljšo življenjsko dobo baterije pri nižjih zakasnitvah. Ta nižja zakasnitev izboljša uporabniško izkušnjo za aplikacije v realnem času, kot je igranje iger, in omogoča uporabo kodeka za aplikacije za prostoročno telefoniranje.

Pred LC3 sta bila v slušalkah uporabljena dva različna kodeka, in sicer Advanced Audio Distribution Profile (A2DP) in Hands-Free Profile (HFP). Medtem ko je bil A2DP zasnovan za visoko kakovost, je bil HFP uporabljen za prenos glasovnih podatkov prek Bluetooth.

Zaradi nizkih zakasnitev aplikacij za prostoročno telefoniranje ima profil za prostoročno telefoniranje slabo kakovost zvoka. Toda z napredkom v telekomunikacijah, kot je VoIP, zdaj dosegamo visoko kakovost, tudi prek brezžičnih telefonskih klicev. Vendar pa omejitve HFP pomenijo, da kakovost zvoka pade, če za prostoročno telefoniranje uporabljamo slušalke Bluetooth.

Tukaj nastopi LC3, saj lahko prenaša visokokakovosten zvok iz mikrofona slušalk v telefon in obratno pri nizkih zakasnitvah.

SBC vs. LC3? Kateri je boljši?

Pri primerjavi kodekov je glavni parameter, ki ga je treba upoštevati, njihova bitna hitrost. Kodek z višjo bitno hitrostjo ponuja boljšo kakovost, saj prenaša več zvočnih informacij, kar napravam omogoča, da bolje poustvarijo posneti zvok.

Bitna hitrost kodeka je odvisna od frekvence vzorčenja in bitne globine. Frekvenca vzorčenja je hitrost, pri kateri se vzorci iz zvočnega signala poberejo za stiskanje. Nasprotno bitna globina določa število bitov, potrebnih za določitev amplitude signala pri vsakem vzorcu.

Bitno hitrost kodeka lahko določite tako, da pomnožite hitrost vzorčenja in bitno globino. Poleg teh parametrov je treba pri določanju bitne hitrosti upoštevati tudi število kanalov zvočnega signala. Pri mono zvoku je število kanalov en, pri stereo zvoku pa dva.

Zato lahko za iskanje bitne hitrosti kodeka uporabimo to formulo:

bitna hitrost = hitrost vzorčenja x bitna globina x število kanalov

Glede na te podatke primerjajmo oba kodeka in poglejmo njuni bitni hitrosti.

Ko pogledamo številke, je očitno, da lahko kodek LC3 ponudi boljšo kakovost zvoka v primerjavi s SBC zaradi višjih bitnih hitrosti. Poleg tega lahko LC3 zagotavlja dvakrat višjo kakovost zvoka pri isti bitni hitrosti v primerjavi s SBC. To je zato, ker uporablja boljše algoritme stiskanja in prikrivanje izgube paketov, s čimer ponuja veliko boljšo zvočno izkušnjo.

Poleg visoke kakovosti ponuja LC3 nižjo zakasnitev v primerjavi s SBC, kar ponuja boljšo uporabniško izkušnjo za aplikacije v realnem času.

Vzorčenje in bitne globine, ki jih uporablja par brezžičnih slušalk, konfigurirajo proizvajalci. Ker jih je mogoče konfigurirati za delovanje pri nižjih bitnih hitrostih, da podaljšajo življenjsko dobo baterije in zmanjšajo napake pri prenosu, se lahko zmogljivost kodeka razlikuje od dejanske kakovosti, ki jo zagotavljajo slušalke.

Ali bo LC3 za vedno spremenil zvok Bluetooth?

Kodek LC3 je v središču zvoka BLE, najpomembnejša revizija specifikacije Bluetooth v več kot desetletju. Kodek se ne osredotoča le na zagotavljanje visokokakovostnega zvoka, ampak to počne tudi ob nižji zakasnitvi in ​​porabi energije.

Glede na te spremembe bodo izdelki Bluetooth, ki jih poganja LC3, uporabnikom ponudili boljšo kakovost klicev in zvoka ob manjši porabi energije. Zaradi te manjše porabe energije bodo imele brezžične slušalke boljšo življenjsko dobo baterije in razvijalci bi lahko uporabili to energijo za zagotavljanje boljših računalniških funkcij, kot so izenačevalniki in aktivni šum odpoved.