Co je kodek Bluetooth LC3? Je to lepší než SBC?

Na akci CES 2020 viceprezident marketingu Bluetooth Special Interest Group, Ken Kolderup, oznámil zrození Bluetooth Low Energy – nového typu technologie přenosu zvuku Bluetooth, která využívala nižší spotřebu a zároveň nabízela lepší kvalitní.

Srdcem této technologie byl nový zvukový kodek nazvaný Low Complexity Communication Codec (LC3). To přináší otázku: je tento kodek lepší než SBC, základ pro přenos zvuku přes Bluetooth? No, pojďme to zjistit.

Pochopení typů Bluetooth

Před porovnáváním kodeků je nezbytné pochopit rozdíl mezi těmito dvěma technologiemi Bluetooth. Obecně existují dvě hlavní kategorie Bluetooth. Zde je stručný přehled obou.

Bluetooth Classic

Bluetooth Classic, známý také jako Bluetooth Basic Rate/Enhanced Data Rate (BR/EDR), používá sadu rádií navržených pro přenos dat při vyšších přenosových rychlostech. Tato přenosová rychlost se ve většině případů pohybuje od 1 do 3 Mb/s. Díky tomuto vysokému datovému toku se Bluetooth Classic používá pro přenos zvuku v bezdrátových sluchátkách, reproduktorech a automobilových zábavních systémech.

Bluetooth Low Energy (BLE)

Oproti klasickému Bluetooth využívá nízkoenergetický Bluetooth speciální nízkoenergetická rádia. kvůli tomu Bluetooth Low Energy přenáší data při nižší spotřebě energie. Tato energetická účinnost však snižuje přenosovou rychlost na maximálně 2 Mb/s. Kromě toho nabízí BLE dva přenosy s nižším bitrate při 125 a 500 kbps.

Kvůli nižší šířce pásma a spotřebě energie se nízkoenergetický Bluetooth používá pro přenos dat do chytrých hodinek a dalších chytrých zařízení, která na datech tolik nespoléhají.

Vzhledem k omezení šířky pásma BLE je Bluetooth Classic primárním prostředkem pro bezdrátový přenos zvuku. Vše se však změnilo v roce 2020, kdy Bluetooth Special Interest Group vydala LC3. Ale jak mohl jediný kodek změnit vše? Než na to odpovíme, musíme určit, jak se zvuk odesílá přes Bluetooth.

Jak se zvuk odesílá přes Bluetooth?

Jak bylo vysvětleno dříve, Bluetooth Classic se často používá pro bezdrátový přenos zvuku. Za tímto účelem je hudba uložená ve vašem zařízení odeslána do vašich bezdrátových sluchátek pomocí rádiových vln.

Tyto vlny jsou generovány pomocí vysokoenergetických Bluetooth rádií a jedničky a nuly jsou přenášeny do bezdrátového zařízení změnou frekvence vysílaných vln. Bluetooth Classic má však omezenou šířku pásma a nelze na něm odesílat vysoce kvalitní zvuk. Zde přicházejí na scénu kodeky.

Většina audio souborů, které streamujete přes Bluetooth, používá kodeky, jako jsou SBC, AAC, Aptx, LDAC a LHDC. Hlavním cílem těchto kodeků je komprimovat zvukové soubory a umožnit jejich přenos přes Bluetooth. Tyto komprimované soubory jsou poté odeslány do přijímače, dekomprimovány a přehrány.

Jak fungují zvukové kodeky

Když je zvuk nekomprimovaný, zabírá hodně místa. Abychom uvedli věci na pravou míru, nekomprimovaný zvukový soubor má přenosovou rychlost 1,4 Mb/s. To znamená, že streamovat jednu sekundu nekomprimovaného zvuku; váš smartphone musí odeslat 1,4 x 10^6 bitů informací do vašich sluchátek pomocí Bluetooth.

Pokud se podíváte na šířku pásma Bluetooth Classic, zjistíte, že dokáže odesílat data s datovým tokem 3 Mb/s. Můžete proto dojít k závěru, že kodeky nejsou nutné – ale má to háček. 3Mb/s je teoretické maximum.

V nejlepších případech v podmínkách reálného světa je maximální přenosová rychlost pro klasický kanál Bluetooth asi 900 kb/s. Těchto rychlostí je dosaženo pouze tehdy, jsou-li splněny specifické podmínky a použitá zařízení Bluetooth kodeky s vysokým rozlišením. Ve většině případů nabízí přenos Bluetooth přenosovou rychlost pouhých 320 Kb/s. Kvůli tomuto omezení šířky pásma jsou ke kompresi velikosti zvukového souboru odesílaného do vašich sluchátek vyžadovány kodeky.

Vysílač i přijímač musí pro přenos zvuku používat stejné kodeky. Pokud některé ze zařízení nepodporuje konkrétní kodek, přenos se při použití Bluetooth Classic přesune na výchozí kodek SBC. Pro zařízení používající zvuk BLE je výchozí kodek LC3.

Co je LC3?

Přenos zvuku přes BLE byl nemožný, protože kodeky Bluetooth Classic nedokážou poskytnout vysoce kvalitní zvuk při tak nízkém datovém toku. Bluetooth Special Interest Group vyvinula kodek LC3 k vyřešení tohoto problému. Nabídka kvalitnějšího zvuku při nižších přenosových rychlostech umožnila vysoce kvalitní přenos zvuku přes BLE.

Pokud jde o čísla, kodek LC3 může poskytnout stejnou kvalitu zvuku jako SBC při polovičním datovém toku. Díky této vyšší kompresi kodek LC3 snižuje latenci a spotřebu energie, což umožňuje bezdrátovým sluchátkům nabídnout lepší výdrž baterie při nižších latencích. Tato nižší latence zlepšuje uživatelský zážitek pro aplikace v reálném čase, jako je hraní her, a umožňuje použití kodeku pro aplikace hands-free volání.

Před LC3 se ve sluchátkách používaly dva různé kodeky, konkrétně Advanced Audio Distribution Profile (A2DP) a Hands-Free Profile (HFP). Zatímco A2DP byl navržen pro vysokou kvalitu, HFP byl použit pro přenos hlasových dat přes Bluetooth.

Vzhledem k požadavkům na nízkou latenci aplikací pro volání handsfree má profil handsfree špatnou kvalitu zvuku. Ale s pokroky v telekomunikacích, jako je VoIP, nyní dosahujeme vysoké kvality, a to i přes bezdrátové telefonní hovory. Omezení HFP však znamenají, že kvalita zvuku klesá, pokud používáme náhlavní soupravu Bluetooth pro telefonování bez použití rukou.

Zde přichází na scénu LC3, protože dokáže přenášet vysoce kvalitní zvuk z mikrofonu sluchátek do telefonu a naopak při nízkých latencích.

SBC vs. LC3? Který je lepší?

Při porovnávání kodeků je hlavním parametrem, který je třeba vzít v úvahu, jejich datový tok. Kodek s vyšší bitovou rychlostí nabízí lepší kvalitu, protože přenáší více zvukových informací, což umožňuje zařízením lépe znovu vytvořit nahraný zvuk.

Přenosová rychlost kodeku závisí na vzorkovací frekvenci a bitové hloubce. Vzorkovací frekvence je rychlost, s jakou jsou vzorky z audio signálu sbírány pro kompresi. Bitová hloubka naopak definuje počet bitů potřebných k určení amplitudy signálu u každého vzorku.

Bitová rychlost kodeku může být definována vynásobením jak vzorkovací frekvence, tak bitové hloubky. Kromě těchto parametrů je třeba při definování bitové rychlosti vzít v úvahu počet kanálů zvukového signálu. Pro mono zvuk je počet kanálů jeden, zatímco pro stereo zvuk jsou to dva.

Proto můžeme použít tento vzorec k nalezení datového toku kodeku:

bitrate = vzorkovací frekvence x bitová hloubka x počet kanálů

Vzhledem k těmto informacím porovnejme oba kodeky a podívejme se na jejich bitrate.

Když se podíváme na čísla, je zřejmé, že kodek LC3 může nabídnout lepší kvalitu zvuku ve srovnání s SBC kvůli vyšším datovým tokům. Kromě toho může LC3 poskytnout dvojnásobnou kvalitu zvuku při stejném datovém toku ve srovnání s SBC. Je to proto, že používá lepší kompresní algoritmy a Packet Loss Concealment, čímž nabízí mnohem lepší zvukový zážitek.

Kromě vysoké kvality nabízí LC3 nižší latenci ve srovnání s SBC a nabízí lepší uživatelskou zkušenost pro aplikace v reálném čase.

Vzorkování a bitové hloubky používané dvojicí bezdrátových sluchátek konfigurují výrobci. Vzhledem k tomu, že je lze nakonfigurovat tak, aby běžely při nižších přenosových rychlostech, aby se zlepšila životnost baterie a snížily se chyby přenosu, může se schopnost kodeku lišit od skutečné kvality dodávané sluchátky.

Změní LC3 navždy zvuk Bluetooth?

Kodek LC3 je srdcem zvuku BLE, nejvýznamnější revize specifikace Bluetooth za více než deset let. Kodek se nezaměřuje pouze na poskytování vysoce kvalitního zvuku, ale zároveň nabízí nižší latenci a spotřebu energie.

Vzhledem k těmto změnám nabídnou produkty Bluetooth poháněné LC3 uživatelům lepší kvalitu hovorů a zvuku při nižší spotřebě energie. Díky této menší spotřebě energie budou mít bezdrátová sluchátka lepší výdrž baterie a vývojáři by tuto energii mohl využít k nabídnutí lepších výpočtových funkcí, jako jsou ekvalizéry a aktivní šum zrušení.