Τι είναι ο κωδικοποιητής Bluetooth LC3; Είναι καλύτερο από το SBC;

Στην εκδήλωση CES 2020, ο αντιπρόεδρος μάρκετινγκ για το Bluetooth Special Interest Group, Ken Kolderup, ανακοίνωσε την γέννηση του Bluetooth Low Energy—ένας νέος τύπος τεχνολογίας μετάδοσης ήχου Bluetooth που κατανάλωνε χαμηλότερη ισχύ, ενώ παράλληλα προσέφερε καλύτερα ποιότητα.

Στην καρδιά αυτής της τεχνολογίας ήταν ένας νέος κωδικοποιητής ήχου που ονομάζεται Κωδικοποιητής Επικοινωνίας Χαμηλής Πολυπλοκότητας (LC3). Αυτό θέτει το ερώτημα: είναι αυτός ο κωδικοποιητής καλύτερος από το SBC, το βασικό στοιχείο για τη μετάδοση ήχου μέσω Bluetooth; Λοιπόν, ας μάθουμε.

Κατανόηση των τύπων Bluetooth

Πριν συγκρίνετε κωδικοποιητές, είναι σημαντικό να κατανοήσετε τη διαφορά μεταξύ των δύο τεχνολογιών Bluetooth σήμερα. Σε γενικές γραμμές, υπάρχουν δύο κύριες κατηγορίες Bluetooth. Ακολουθεί μια σύντομη επισκόπηση και των δύο.

Κλασικό Bluetooth

Γνωστό και ως Βασικός Ρυθμός/Βελτιωμένος Ρυθμός Δεδομένων Bluetooth (BR/EDR), το Bluetooth Classic χρησιμοποιεί ένα σύνολο ραδιόφωνων που έχουν σχεδιαστεί για να μεταδίδουν δεδομένα σε υψηλότερους ρυθμούς bit. Αυτό το bitrate, στις περισσότερες περιπτώσεις, κυμαίνεται από 1 έως 3 Mb/s. Λόγω αυτού του υψηλού bitrate, το Bluetooth Classic χρησιμοποιείται για μεταδόσεις ήχου σε ασύρματα ακουστικά, ηχεία και συστήματα ψυχαγωγίας αυτοκινήτου.

Bluetooth χαμηλής ενέργειας (BLE)

Σε σύγκριση με το κλασικό Bluetooth, το Bluetooth χαμηλής κατανάλωσης χρησιμοποιεί ειδικά ραδιόφωνα χαμηλής κατανάλωσης. Εξαιτίας αυτού, Bluetooth χαμηλής ενέργειας μεταφέρει δεδομένα ενώ καταναλώνει λιγότερη ενέργεια. Τούτου λεχθέντος, αυτή η απόδοση ισχύος μειώνει τον ρυθμό μετάδοσης bit στο μέγιστο 2 Mb/s. Επιπλέον, το BLE προσφέρει δύο μεταδόσεις χαμηλότερου bitrate στα 125 και 500 kbps.

Λόγω του χαμηλότερου εύρους ζώνης και της κατανάλωσης ενέργειας, το Bluetooth χαμηλής ενέργειας χρησιμοποιείται για τη μετάδοση δεδομένων σε έξυπνα ρολόγια και άλλες έξυπνες συσκευές που δεν βασίζονται τόσο σε δεδομένα.

Δεδομένου του περιορισμού εύρους ζώνης του BLE, το Bluetooth Classic είναι το κύριο μέσο για την ασύρματη μετάδοση ήχου. Ωστόσο, όλα άλλαξαν το 2020 όταν η Ομάδα Ειδικού Ενδιαφέροντος Bluetooth κυκλοφόρησε το LC3. Αλλά πώς θα μπορούσε ένας μόνο κωδικοποιητής να αλλάξει τα πάντα; Πριν απαντήσουμε σε αυτό, πρέπει να καθορίσουμε πώς αποστέλλεται ο ήχος μέσω Bluetooth.

Πώς αποστέλλεται ο ήχος μέσω Bluetooth;

Όπως εξηγήθηκε προηγουμένως, το Bluetooth Classic χρησιμοποιείται συχνά για ασύρματη μετάδοση ήχου. Για να γίνει αυτό, η μουσική που είναι αποθηκευμένη στη συσκευή σας αποστέλλεται στα ασύρματα ακουστικά σας χρησιμοποιώντας ραδιοκύματα.

Αυτά τα κύματα παράγονται χρησιμοποιώντας ραδιόφωνα Bluetooth υψηλής ενέργειας και τα μονά και μηδενικά μεταδίδονται στην ασύρματη συσκευή αλλάζοντας τη συχνότητα των μεταδιδόμενων κυμάτων. Ωστόσο, το Bluetooth Classic έχει περιορισμένο εύρος ζώνης και δεν μπορεί να σταλεί ήχος υψηλής ποιότητας σε αυτό. Εδώ είναι που οι κωδικοποιητές εμφανίζονται στην εικόνα.

Τα περισσότερα αρχεία ήχου που μεταδίδετε μέσω Bluetooth χρησιμοποιούν κωδικοποιητές όπως SBC, AAC, Aptx, LDAC και LHDC. Ο κύριος στόχος αυτών των κωδικοποιητών είναι η συμπίεση αρχείων ήχου, επιτρέποντάς τους να μεταδοθούν μέσω Bluetooth. Αυτά τα συμπιεσμένα αρχεία αποστέλλονται στη συνέχεια στον δέκτη, αποσυμπιέζονται και αναπαράγονται.

Πώς λειτουργούν οι κωδικοποιητές ήχου

Όταν ο ήχος δεν είναι συμπιεσμένος, καταλαμβάνει πολύ χώρο αποθήκευσης. Για να βάλουμε τα πράγματα στη θέση τους, ένα ασυμπίεστο αρχείο ήχου έχει ρυθμό μετάδοσης bit 1,4 Mb/s. Αυτό σημαίνει ότι για τη ροή ενός δευτερολέπτου ασυμπίεστου ήχου. Το smartphone σας πρέπει να στέλνει 1,4x10^6 bit πληροφοριών στα ακουστικά σας μέσω Bluetooth.

Αν κοιτάξετε το εύρος ζώνης του Bluetooth Classic, θα διαπιστώσετε ότι μπορεί να στείλει δεδομένα με ρυθμό bit 3 Mb/s. Ως εκ τούτου, μπορείτε να συμπεράνετε ότι δεν απαιτούνται κωδικοποιητές — αλλά υπάρχει ένα πρόβλημα. Τα 3 Mb/s είναι ένα θεωρητικό μέγιστο.

Στην καλύτερη περίπτωση του πραγματικού κόσμου, το μέγιστο bitrate για ένα κλασικό κανάλι Bluetooth είναι περίπου 900 Kbp/s. Αυτά τα ποσοστά επιτυγχάνονται μόνο όταν πληρούνται συγκεκριμένες προϋποθέσεις και χρησιμοποιούνται οι εμπλεκόμενες συσκευές κωδικοποιητές Bluetooth υψηλής ανάλυσης. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η μετάδοση Bluetooth προσφέρει ρυθμό μετάδοσης bit μόλις 320 Kb/s. Λόγω αυτού του περιορισμού εύρους ζώνης, απαιτούνται κωδικοποιητές για τη συμπίεση του μεγέθους του αρχείου ήχου που αποστέλλεται στα ακουστικά σας.

Τόσο ο πομπός όσο και ο δέκτης πρέπει να χρησιμοποιούν τους ίδιους κωδικοποιητές για μετάδοση ήχου. Εάν κάποια από τις συσκευές δεν υποστηρίζει συγκεκριμένο κωδικοποιητή, η μετάδοση μεταβαίνει στον προεπιλεγμένο κωδικοποιητή, SBC, ενώ χρησιμοποιείται το Bluetooth Classic. Για συσκευές που χρησιμοποιούν ήχο BLE, ο προεπιλεγμένος κωδικοποιητής είναι LC3.

Τι είναι το LC3;

Η μετάδοση ήχου μέσω BLE ήταν αδύνατη, καθώς οι κωδικοποιητές Bluetooth Classic δεν μπορούν να προσφέρουν ήχο υψηλής ποιότητας σε τόσο χαμηλούς ρυθμούς bit. Η Ομάδα Ειδικού Ενδιαφέροντος Bluetooth ανέπτυξε τον κωδικοποιητή LC3 για να λύσει αυτό το πρόβλημα. Η προσφορά ήχου καλύτερης ποιότητας σε χαμηλότερους ρυθμούς bit επέτρεψε τη μετάδοση ήχου υψηλής ποιότητας μέσω BLE.

Όσον αφορά τους αριθμούς, ο κωδικοποιητής LC3 μπορεί να προσφέρει την ίδια ποιότητα ήχου με το SBC στο μισό του bitrate. Λόγω αυτής της υψηλότερης συμπίεσης, ο κωδικοποιητής LC3 μειώνει την καθυστέρηση και την κατανάλωση ενέργειας, επιτρέποντας στα ασύρματα ακουστικά να προσφέρουν καλύτερη διάρκεια ζωής της μπαταρίας σε χαμηλότερες καθυστερήσεις. Αυτή η χαμηλότερη καθυστέρηση βελτιώνει την εμπειρία χρήστη για εφαρμογές σε πραγματικό χρόνο όπως τα παιχνίδια και επιτρέπει στον κωδικοποιητή να χρησιμοποιείται για εφαρμογές κλήσεων hands-free.

Πριν από το LC3, δύο διαφορετικοί κωδικοποιητές, δηλαδή το Advanced Audio Distribution Profile (A2DP) και το Hands-Free Profile (HFP), χρησιμοποιήθηκαν στα ακουστικά. Ενώ το A2DP σχεδιάστηκε για υψηλή ποιότητα, το HFP χρησιμοποιήθηκε για τη μετάδοση φωνητικών δεδομένων μέσω Bluetooth.

Λόγω των χαμηλών απαιτήσεων καθυστέρησης των εφαρμογών κλήσεων hands-free, το προφίλ hands-free έχει κακή ποιότητα ήχου. Αλλά με τις εξελίξεις στις τηλεπικοινωνίες, όπως το VoIP, έχουμε πλέον υψηλή ποιότητα, ακόμη και μέσω ασύρματων τηλεφωνικών κλήσεων. Ωστόσο, οι περιορισμοί του HFP σημαίνουν ότι η ποιότητα του ήχου πέφτει εάν χρησιμοποιούμε ακουστικά Bluetooth για κλήσεις hands-free.

Εδώ εμφανίζεται το LC3, καθώς μπορεί να μεταδώσει ήχο υψηλής ποιότητας από το μικρόφωνο του ακουστικού στο τηλέφωνο και αντίστροφα σε χαμηλές καθυστερήσεις.

SBC vs. LC3; Ποιό είναι καλύτερο?

Όταν συγκρίνετε κωδικοποιητές, η κύρια παράμετρος που πρέπει να λάβετε υπόψη είναι το bitrate τους. Ένας κωδικοποιητής με υψηλότερο ρυθμό μετάδοσης bit προσφέρει καλύτερη ποιότητα καθώς μεταδίδει περισσότερες πληροφορίες ήχου, επιτρέποντας στις συσκευές να αναπαράγουν καλύτερα τον εγγεγραμμένο ήχο.

Ο ρυθμός bit ενός κωδικοποιητή εξαρτάται από τη συχνότητα δειγματοληψίας και το βάθος bit. Η συχνότητα δειγματοληψίας είναι ο ρυθμός με τον οποίο λαμβάνονται δείγματα από το ηχητικό σήμα για συμπίεση. Το βάθος bit, αντίθετα, ορίζει τον αριθμό των bit που απαιτούνται για τον προσδιορισμό του πλάτους του σήματος σε κάθε δείγμα.

Ο ρυθμός bit ενός κωδικοποιητή μπορεί να οριστεί πολλαπλασιάζοντας τόσο τον ρυθμό δειγματοληψίας όσο και το βάθος bit. Εκτός από αυτές τις παραμέτρους, ο αριθμός των καναλιών ενός σήματος ήχου πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τον καθορισμό του bitrate του. Για μονοφωνικό ήχο, ο αριθμός των καναλιών είναι ένα, ενώ για στερεοφωνικό ήχος, είναι δύο.

Επομένως, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτόν τον τύπο για να βρούμε το bitrate ενός κωδικοποιητή:

bitrate = ρυθμός δειγματοληψίας x βάθος bit x αριθμός καναλιών

Δεδομένων αυτών των πληροφοριών, ας συγκρίνουμε τους δύο κωδικοποιητές και ας δούμε τους bitrates τους.

Όταν εξετάζουμε τους αριθμούς, είναι προφανές ότι ο κωδικοποιητής LC3 μπορεί να προσφέρει καλύτερη ποιότητα ήχου σε σύγκριση με το SBC λόγω των υψηλότερων ρυθμών μετάδοσης bit. Επιπλέον, το LC3 μπορεί να προσφέρει διπλάσια ποιότητα ήχου στο ίδιο bitrate σε σύγκριση με το SBC. Αυτό συμβαίνει γιατί χρησιμοποιεί καλύτερους αλγόριθμους συμπίεσης και Απόκρυψη Απωλειών Πακέτων, προσφέροντας έτσι μια πολύ καλύτερη εμπειρία ήχου.

Εκτός από την υψηλή ποιότητα, το LC3 προσφέρει χαμηλότερη καθυστέρηση σε σύγκριση με το SBC, προσφέροντας καλύτερη εμπειρία χρήστη για εφαρμογές σε πραγματικό χρόνο.

Η δειγματοληψία και τα βάθη bit που χρησιμοποιούνται από ένα ζευγάρι ασύρματων ακουστικών διαμορφώνονται από τους κατασκευαστές. Δεδομένου ότι μπορούν να ρυθμιστούν ώστε να λειτουργούν σε χαμηλότερους ρυθμούς bit για τη βελτίωση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας και τη μείωση των σφαλμάτων μετάδοσης, η ικανότητα ενός κωδικοποιητή ενδέχεται να διαφέρει από την πραγματική ποιότητα που παρέχεται από τα ακουστικά.

Το LC3 πρόκειται να αλλάξει για πάντα τον ήχο Bluetooth;

Ο κωδικοποιητής LC3 βρίσκεται στην καρδιά του ήχου BLE, της πιο σημαντικής αναθεώρησης των προδιαγραφών Bluetooth εδώ και πάνω από μια δεκαετία. Ο κωδικοποιητής όχι μόνο εστιάζει στην παροχή ήχου υψηλής ποιότητας, αλλά το κάνει επίσης ενώ προσφέρει χαμηλότερη καθυστέρηση και κατανάλωση ενέργειας.

Δεδομένων αυτών των αλλαγών, τα προϊόντα Bluetooth που τροφοδοτούνται από το LC3 θα προσφέρουν στους χρήστες καλύτερη ποιότητα κλήσεων και ήχου ενώ θα χρησιμοποιούν μικρότερη ισχύ. Λόγω αυτής της μικρότερης κατανάλωσης ενέργειας, τα ασύρματα ακουστικά θα έχουν καλύτερη διάρκεια ζωής της μπαταρίας και τους προγραμματιστές θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει αυτή την ενέργεια για να προσφέρει καλύτερες υπολογιστικές λειτουργίες όπως ισοσταθμιστές και ενεργός θόρυβος ακύρωση.