نظرًا للإنتاج الضخم للهواتف الذكية بدون مقبس صوت 3.5 ملم ، أصبحت سماعات البلوتوث اللاسلكية هي الطريقة الرئيسية للكثيرين للاستماع إلى الموسيقى والتواصل في وضع سماعة الرأس.
لا يكتب مصنعو الأجهزة اللاسلكية دائمًا مواصفات المنتج التفصيلية ، والمقالات حول صوت Bluetooth على الإنترنت متناقضة ، وأحيانًا غير صحيحة ، ولا تغطي جميع الميزات ، وغالبًا ما تنسخ نفس المعلومات غير الصحيحة.
دعنا نحاول فهم البروتوكول ، وإمكانيات مكدسات نظام تشغيل Bluetooth ، وسماعات الرأس ومكبرات الصوت ، وبرامج ترميز Bluetooth للموسيقى والكلام ، ومعرفة ما يؤثر على جودة الصوت المرسل والتأخير ، وتعلم كيفية جمع وفك تشفير المعلومات حول برامج الترميز المدعومة وغيرها قدرات الجهاز.

TL؛ DR:

• SBC هو برنامج ترميز عادي
• سماعات الرأس لها المعادل الخاص بها والمعالجة اللاحقة لكل ترميز على حدة
• aptX ليست جيدة كما هو معلن
• تقوم LDAC بتسويق الهراء
• جودة صوت الكلام لا تزال رديئة
• يمكنك تضمين برامج ترميز الصوت في لغة C في المستعرض عن طريق التحويل البرمجي إلى WebAssembly عبر emscripten ، ولن تتباطأ كثيرًا.

الموسيقى عبر البلوتوث

يتم تعيين المكون الوظيفي للبلوتوث من خلال ملفات التعريف - مواصفات وظائف محددة. يتم نقل الموسيقى في Bluetooth باستخدام ملف تعريف نقل الصوت أحادي الاتجاه عالي الجودة A2DP. تم اعتماد معيار A2DP في عام 2003 ولم يتغير بشكل كبير منذ ذلك الحين.
يوحّد الملف الشخصي ترميزًا إلزاميًا واحدًا ذو تعقيد حسابي منخفض ، تم إنشاؤه خصيصًا للبلوتوث ، و 1 برامج ترميز إضافية. يُسمح أيضًا باستخدام برامج الترميز غير الموثقة للتنفيذ الخاص بك.

اعتبارًا من يونيو 2019 نحن في xkcd فكاهي مع 14 برنامج ترميز A2DP:

• SBC ← موحد في A2DP ، مدعوم بجميع الأجهزة
• MPEG-1/2 Layer 1/2/3 ← قياسي في A2DP: مشهور MP3المستخدمة في التلفزيون الرقمي MP2و و غير معروف MP1
• مبيغ-2/4 آك ← موحد في A2DP
• أتراك ← برنامج ترميز قديم من سوني موحد في A2DP
• LDAC ← ترميز جديد من سوني
• aptX ← برنامج الترميز من عام 1988
• aptX HD ← مثل aptX لكن مع خيارات ترميز مختلفة
• زمن انتقال منخفض aptX ← برنامج ترميز مختلف تمامًا ، لا يوجد تنفيذ للبرنامج
• aptX Adaptive ← ترميز آخر من كوالكوم
• فاست ستريم ← الترميز الزائف ، تعديل ثنائي الاتجاه لـ SBC
• هوا LHDC ← ترميز جديد من هواوي
• سامسونج HD ← مدعوم بجهازين
• سامسونج قابلة للتطوير ← مدعوم بجهازين
• سامسونج UHQ-BT ← مدعوم بجهازين

لماذا تحتاج إلى برامج الترميز على الإطلاق ، كما تسأل ، عندما يكون لدى Bluetooth EDR ، والذي يسمح لك بنقل البيانات بسرعات 2 و 3 ميجابت في الثانية ، و 16 ميجابت في الثانية تكفي لـ PCM غير مضغوط ثنائي القناة 1.4 بت؟

نقل البيانات عبر البلوتوث

يوجد نوعان من نقل البيانات في Bluetooth: اتصال غير متزامن أقل (ACL) للنقل غير المتزامن بدون إنشاء اتصال ، وموجه اتصال متزامن (SCO) ، للنقل المتزامن مع اتصال متفاوض عليه مسبقًا.
يتم الإرسال باستخدام مخطط تقسيم الوقت واختيار قناة الإرسال لكل حزمة على حدة (قفز التردد / تقسيم الوقت - الازدواج ، FH / TDD) ، حيث يتم تقسيم الوقت إلى فترات 625 ميكروثانية ، تسمى الفتحات (الفتحة). يرسل أحد الأجهزة بأرقام الفتحات الزوجية والآخر بأرقام فردية. يمكن أن تشغل الحزمة المرسلة 1 أو 3 أو 5 فترات زمنية ، اعتمادًا على حجم البيانات ونوع مجموعة الإرسال ، وفي هذه الحالة ، يتم الإرسال بواسطة جهاز واحد في فترات زوجية وفردية حتى نهاية الإرسال. في المجموع ، يمكن استلام ما يصل إلى 1600 حزمة وإرسالها في الثانية ، إذا كان كل منها يشغل فتحة واحدة ، ويقوم كلا الجهازين بإرسال واستقبال شيء ما دون توقف.

2 و 3 ميجابت / ثانية لـ EDR ، والتي يمكن العثور عليها في الإعلانات وعلى موقع Bluetooth على الويب ، هي الحد الأقصى لمعدل نقل القنوات لجميع البيانات في المجموع (بما في ذلك الرؤوس التقنية لجميع البروتوكولات التي يجب تغليف البيانات بها) ، في اتجاهين في نفس الوقت. سوف يختلف معدل نقل البيانات الفعلي بشكل كبير.

لنقل الموسيقى ، يتم استخدام طريقة غير متزامنة ، تستخدم دائمًا حزمًا مثل 2-DH5 و 3-DH5 ، والتي تحمل أقصى قدر من البيانات في وضع EDR يبلغ 2 ميجابت في الثانية و 3 ميجابت في الثانية ، على التوالي ، وتحتل 5 فتحات تقسيم الوقت من الهواء.

تمثيل تخطيطي للإرسال باستخدام 5 فتحات بواسطة جهاز وفتحة واحدة بواسطة آخر (DH1 / DH5):


نظرًا لمبدأ تقسيم الوقت للهواء ، فنحن مضطرون إلى الانتظار لفترة زمنية تبلغ 625 ميكروثانية بعد إرسال الحزمة إذا كان الجهاز الثاني لا يرسل أي شيء إلينا أو يرسل حزمة صغيرة ، والمزيد من الوقت إذا أرسل الجهاز الثاني عبوات كبيرة. إذا تم توصيل أكثر من جهاز واحد بالهاتف (على سبيل المثال ، سماعات الرأس والساعة وسوار اللياقة البدنية) ، فسيتم تقسيم وقت النقل بينها جميعًا.

تحتاج الحاجة إلى تغليف الصوت في بروتوكولات النقل الخاصة L2CAP و AVDTP إلى 16 بايت من أقصى قدر ممكن من حمولة الصوت المرسلة.

نوع الحزمة
عدد الفتحات
الأعلى. عدد البايتات في الحزمة
الأعلى. بايت من حمولة A2DP
الأعلى. معدل نقل بيانات حمولة A2DP

2-DH3
3
367
351
936 كيلو بايت في الثانية

3-DH3
3
552
536
1429 كيلو بايت في الثانية

2-DH5
5
679
663
1414 كيلو بايت في الثانية

3-DH5
5
1021
1005
2143 كيلو بايت في الثانية

من المؤكد أن 1414 و 1429 كيلوبت في الثانية ليست كافية لنقل الصوت غير المضغوط في ظروف حقيقية ، مع نطاق صاخب 2.4 جيجا هرتز والحاجة إلى نقل بيانات الخدمة. يتطلب EDR 3 ميغابت في الثانية قوة الإرسال والضوضاء على الهواء ، لذلك ، حتى في وضع 3-DH5 ، يكون النقل المريح لـ PCM مستحيلًا ، وستكون هناك دائمًا انقطاعات قصيرة المدى ، وسيعمل كل شيء فقط على مسافة بضع أمتار.
من الناحية العملية ، يصعب نقل دفق الصوت حتى 990 كيلوبت / ثانية (LDAC 990 كيلوبت / ثانية).

دعنا نعود إلى برامج الترميز.

SBC

برنامج ترميز مطلوب لجميع الأجهزة التي تدعم معيار A2DP. أفضل وأسوأ برنامج ترميز في نفس الوقت.

معدل أخذ العينات
عمق البت
معدل البت
دعم الترميز
دعم فك

16 ، 32 ، 44.1 ، 48 كيلوهرتز
بت 16
10-1500 كيلوبت في الثانية
جميع الاجهزة
جميع الاجهزة

SBC عبارة عن برنامج ترميز بسيط وسريع حسابيًا ، مع نموذج صوتي نفسي بدائي (يتم تطبيق إخفاء الأصوات الهادئة فقط) ، باستخدام تعديل رمز النبض التكيفي (APCM).
توصي مواصفات A2DP باستخدام ملفي تعريف: جودة متوسطة وجودة عالية.


يحتوي برنامج الترميز على العديد من الإعدادات التي تسمح لك بالتحكم في تأخير الخوارزمية ، وعدد العينات في كتلة ، وخوارزمية توزيع البت ، ولكن يتم استخدام نفس المعلمات الموصى بها في المواصفات عالميًا تقريبًا: استريو مشترك ، 8 نطاقات تردد ، 16 كتلة في رتل سمعي ، طريقة توزيع بتات الجهارة.
يدعم SBC التغيير الديناميكي لمعامل Bitpool ، والذي يؤثر بشكل مباشر على معدل البت. إذا كان الراديو مسدودًا ، أو فقدت الحزم ، أو كانت الأجهزة بعيدة ، فقد يقلل مصدر الصوت من Bitpool حتى يعود الارتباط إلى طبيعته.

تقوم معظم الشركات المصنعة لسماعات الرأس بتعيين الحد الأقصى لقيمة Bitpool على 53 ، مما يحد من معدل البت إلى 328 كيلو بت في الثانية عند استخدام ملف التعريف الموصى به.
حتى إذا حددت الشركة المصنعة لسماعات الرأس الحد الأقصى لقيمة Bitpool أعلى من 53 (تم العثور على هذه الطرز ، على سبيل المثال: Beats Solo³ و JBL Everest Elite 750NC و Apple AirPods ، تحدث أيضًا في بعض أجهزة الاستقبال ووحدات رأس السيارة) ، فإن معظم أنظمة التشغيل لن تسمح لك باستخدام معدلات بت متزايدة بسبب تعيين حد القيمة الداخلية في مكدسات Bluetooth.
بالإضافة إلى ذلك ، تقوم بعض الشركات المصنعة بتعيين حد أقصى منخفض لقيمة Bitpool لبعض الأجهزة. على سبيل المثال ، بالنسبة إلى Bluedio T هو 39 ، أما بالنسبة إلى Samsung Gear IconX فهو 37 ، مما يعطي جودة صوت رديئة.

من المحتمل أن تكون القيود الاصطناعية من جانب مطوري مكدس Bluetooth قد نشأت بسبب عدم توافق بعض الأجهزة مع قيم Bitpool الكبيرة أو ملفات التعريف غير النمطية ، حتى لو أبلغوا عن دعمهم ، وعدم كفاية اختبارات الشهادات. كان من السهل على مؤلفي مكدسات البلوتوث أن يقتصروا على الموافقة على ملف التعريف الموصى به ، وليس إنشاء قواعد للأجهزة غير الصحيحة (على الرغم من أنهم يفعلون ذلك الآن لوظائف أخرى تعمل بشكل غير صحيح).

يخصص SBC ديناميكيًا بتات التكميم لنطاقات التردد بطريقة من أسفل إلى أعلى بأوزان مختلفة. إذا تم استخدام معدل البت بالكامل للترددات المنخفضة والمتوسطة ، فسيتم "قطع" الترددات العليا (سيكون هناك صمت بدلاً من ذلك).

مثال SBC 328 كيلوبت في الثانية. أعلاه - الأصل ، أدناه - SBC ، التبديل بشكل دوري بين المسارات. يستخدم الصوت في ملف الفيديو برنامج ترميز ضغط FLAC بدون فقدان البيانات. استخدام FLAC في حاوية mp4 ليس موحدًا رسميًا ، لذلك ليس مضمونًا أن يقوم المتصفح بتشغيله ، ولكن يجب أن يعمل في أحدث إصدارات سطح المكتب من Chrome و Firefox. إذا لم يكن لديك صوت ، فيمكنك تنزيل الملف وفتحه في مشغل فيديو كامل.
ZZ Top - رجل حاد يرتدي ملابس

يُظهر المخطط الطيفي لحظة التبديل: يقطع SBC الأصوات الهادئة بشكل دوري فوق 17.5 كيلو هرتز ، ولا يخصص بتات للنطاق فوق 20 كيلو هرتز على الإطلاق. يتوفر المخطط الطيفي الكامل بالنقر فوق (1.7 ميجا بايت).

لا أستطيع سماع أي فرق بين الأصلي و SBC على هذا المسار.

لنأخذ شيئًا أحدث ونحاكي الصوت الذي يمكن الحصول عليه باستخدام سماعات Samsung Gear IconX مع Bitpool 37 (أعلى - الإشارة الأصلية ، أسفل - SBC 239 كيلو بت في الثانية ، الصوت في FLAC).
الانغماس الذاتي الطائش - شاهد

أسمع طقطقة ، وتأثير استريو أقل ، و "قعقعة" غناء غير سارة في الترددات العالية.

على الرغم من أن SBC عبارة عن برنامج ترميز مرن للغاية ، إلا أنه يمكن ضبطه من أجل زمن انتقال منخفض ، ويوفر جودة صوت ممتازة بمعدلات بت عالية (452+ كيلو بت في الثانية) وهو جيد جدًا لمعظم الأشخاص بجودة عالية قياسية (328 كيلو بايت في الثانية) ، نظرًا لحقيقة ذلك لا يحدد معيار A2DP ملفات تعريف ثابتة (ولكنه يعطي توصيات فقط) ، وقد وضع مطورو المكدس قيودًا اصطناعية على Bitpool ، ولا يتم عرض معلمات الصوت المنقولة في واجهة المستخدم ، ومصنعي سماعات الرأس أحرار في تعيين الإعدادات الخاصة بهم وعدم الإشارة إلى Bitpool أبدًا في مواصفات المنتج ، اشتهر برنامج الترميز بجودة صوته الرديئة ، على الرغم من أن هذه ليست مشكلة في برنامج الترميز على هذا النحو.
تؤثر معلمة Bitpool بشكل مباشر على معدل البت فقط داخل ملف تعريف واحد. يمكن أن تعطي نفس قيمة Bitpool 53 معدل بت يبلغ 328 كيلوبت في الثانية مع ملف التعريف عالي الجودة الموصى به ، و 1212 كيلوبت في الثانية مع نطاقات تردد ثنائية القناة و 4 نطاقات تردد ، وهذا هو سبب تعيين مؤلفي نظام التشغيل ، بالإضافة إلى القيود المفروضة على Bitpool حد وعلى معدل البت. كما أراها ، نشأ هذا الموقف بسبب عيب في معيار A2DP: كان من الضروري التفاوض على معدل البت ، وليس Bitpool.

جدول دعم ميزات SBC في أنظمة تشغيل مختلفة:

GA
معدلات العينة المدعومة
الأعلى. بيتبول
الأعلى. معدل البت
معدل البت النموذجي
تعديل Bitpool الديناميكي

نوافذ 10
شنومك кГц
53
512 كيلو بايت في الثانية
328 كيلو بايت في الثانية
✓ *

لينكس (بلو زي + بولس أوديو)
16 ، 32 ، 44.1 ، 48 كيلوهرتز
64 (للاتصال الوارد) ، 53 (للاتصال الصادر)
لا حدود
328 كيلو بايت في الثانية
✓ *

ماك ارتفاع سييرا
شنومك кГц
64 ، الافتراضي 53 ***
غير معروف
328 كيلو بايت في الثانية
✗

Android 4.4-9
44.1 / 48 كيلوهرتز **
53
328 كيلو بايت في الثانية
328 كيلو بايت في الثانية
✗

Android 4.1-4.3.1
44.1 ، 48 كيلوهرتز **
53
229 كيلو بايت في الثانية
229 كيلو بايت في الثانية
✗

نظام التشغيل بلاك بيري 10
شنومك кГц
53
لا حدود
328 كيلو بايت في الثانية
✗

* ينخفض ​​Bitpool فقط ، ولكنه لا يزيد تلقائيًا ، في حالة تحسين ظروف النقل. لاستعادة Bitpool ، تحتاج إلى إيقاف التشغيل ، والانتظار لبضع ثوان ، وإعادة تشغيل الصوت.
** تعتمد القيمة الافتراضية على إعدادات المكدس المحددة عند تجميع البرامج الثابتة. في Android 8 / 8.1 ، يكون التردد إما 44.1 كيلو هرتز أو 48 كيلو هرتز ، اعتمادًا على الإعدادات أثناء التجميع ، في الإصدارات الأخرى ، يتم دعم 44.1 كيلو هرتز و 48 كيلو هرتز في وقت واحد.
*** يمكن رفع قيمة Bitpool في برنامج Bluetooth Explorer.

aptX و aptX HD

aptX هو برنامج ترميز بسيط وسريع حسابيًا ، بدون صوتيات نفسية ، باستخدام PCM التفاضلي التكيفي (ADPCM). ظهر حوالي عام 1988 (تاريخ الإيداع براءة الإختراع بتاريخ فبراير 1988) ، قبل استخدام Bluetooth بشكل أساسي في معدات الصوت اللاسلكية الاحترافية. المملوكة حاليًا لشركة Qualcomm ، تتطلب ترخيصًا وعائدات. اعتبارًا من عام 2014: 6000 دولارًا أمريكيًا (أو ما يعادله بالعملة المحلية) مبلغًا مقطوعًا و 1 دولارًا أمريكيًا لكل جهاز ، للدفعات التي تصل إلى 10000 جهاز (مصدر، ص 16).
aptX و aptX HD هما نفس برنامج الترميز ، مع ملفات تعريف ترميز مختلفة.

يحتوي برنامج الترميز على معلمة واحدة فقط - اختيار معدل أخذ العينات. ومع ذلك ، هناك اختيار لعدد / وضع القنوات ، ولكن في جميع الأجهزة التي أعرفها (أكثر من 70 قطعة) يتم دعم الاستريو فقط.

الترميز
معدل أخذ العينات
عمق البت
معدل البت
دعم الترميز
دعم فك

aptX
16 ، 32 ، 44.1 ، 48 كيلوهرتز
بت 16
128/256/352/384 كيلو بت في الثانية (حسب معدل العينة)
Windows 10 (سطح المكتب والجوال) ، macOS ، Android 4.4 + / 7 * ، Blackberry OS 10
مجموعة واسعة من أجهزة الصوت (الأجهزة)

* تتطلب الإصدارات السابقة لـ 7 تعديل مكدس Bluetooth. يتم دعم برنامج الترميز فقط إذا قامت الشركة المصنعة لجهاز Android بترخيص برنامج الترميز من Qualcomm (إذا كان نظام التشغيل يحتوي على مكتبات تشفير).

تقسم aptX الصوت إلى 4 نطاقات تردد وتقيسها بنفس عدد البتات طوال الوقت: 8 بت لـ 0-5.5 كيلوهرتز ، 4 بت لـ5.5-11-2 كيلوهرتز ، 11 بت لـ16.5-2 كيلوهرتز ، 16.5 بت لـ22-44.1 كيلو هرتز (أرقام لمعدل عينة XNUMX كيلو هرتز).

مثال على صوت aptX (أعلى - إشارة أصلية ، أسفل - aptX ، مخططات طيفية للقنوات اليسرى فقط ، صوت بتنسيق FLAC):

أصبحت الترددات العلوية أكثر احمرارًا قليلاً ، لكن الفرق غير مسموع.

بسبب التوزيع الثابت لبتات التكميم ، لا يستطيع برنامج الترميز "نقل البتات" إلى الترددات التي هي في أمس الحاجة إليها. على عكس SBC ، لن تقوم aptX "بقطع" الترددات ، ولكنها ستضيف ضوضاء تكميم لها ، مما يقلل النطاق الديناميكي للصوت.

لا ينبغي الافتراض أن استخدام بتتين للنطاق ، على سبيل المثال ، يقلل النطاق الديناميكي إلى 2 ديسيبل: يسمح ADPCM باستخدام ما يصل إلى 12 ديسيبل من النطاق الديناميكي حتى عند استخدام بتتين من التكميم ، ولكن فقط مع إشارة معينة .
يخزن ADPCM الفرق في التمثيل الرقمي بين القراءة الحالية والقراءة التالية ، بدلاً من كتابة قيمة مطلقة كما في PCM. هذا يقلل من متطلبات عدد البتات المطلوبة لتخزين نفس المعلومات (بدون فقدان) أو نفس المعلومات تقريبًا (مع خطأ تقريب صغير نسبيًا). تُستخدم جداول العوامل لتقليل أخطاء التقريب.
عند إنشاء برنامج الترميز ، قام المؤلفون بحساب معاملات ADPCM على مجموعة من ملفات الصوت الموسيقية. كلما اقتربت الإشارة الصوتية من مجموعة الموسيقى التي بنيت عليها الطاولات ، قلت أخطاء التكميم (الضوضاء) التي تحدثها aptX.

لهذا السبب ، ستعطي الاختبارات التركيبية دائمًا نتائج أسوأ من الموسيقى. لقد صنعت مثالًا اصطناعيًا خاصًا يظهر فيه aptX نتائج سيئة - موجة جيبية 12.4 كيلو هرتز (أعلى - إشارة أصلية ، أسفل - aptX. صوت في FLAC. قم بخفض مستوى الصوت!):

مؤامرة الطيف:


من الواضح أن الأصوات مسموعة.

ومع ذلك ، إذا قمنا بتوليد موجة جيبية ذات سعة أصغر بحيث تكون أكثر هدوءًا ، فإن الضوضاء تصبح أيضًا أكثر هدوءًا ، مما يشير إلى نطاق ديناميكي واسع:

لسماع الفرق بين مسار الموسيقى الأصلي والمقطوع المضغوط ، يمكنك عكس إحدى الإشارات وإضافة المسارات قناة تلو الأخرى. هذا النهج ، بشكل عام ، غير صحيح ، ولن يعطي نتيجة عقلانية مع برامج الترميز الأكثر تعقيدًا ، ولكنه مناسب تمامًا لـ ADPCM على وجه التحديد.
الفرق بين الأصل و aptX
الفرق بين الإشارات RMS هو -37.4 ديسيبل ، وهو ليس كثيرًا لمثل هذه الموسيقى المضغوطة.

aptX HD

aptX HD ليس برنامج ترميز مستقل ، إنه ملف تعريف ترميز محسّن لبرنامج ترميز aptX. أثرت التغييرات على عدد البتات المخصصة لنطاقات تردد التشفير: 10 بت لـ 0-5.5 كيلوهرتز ، 6 بت لـ 5.5-11 كيلوهرتز ، 4 بت لـ11-16.5 كيلوهرتز ، 4 بت لـ 16.5-22 كيلوهرتز (أرقام لـ 44.1 كيلوهرتز) .

الترميز
معدل أخذ العينات
عمق البت
معدل البت
دعم الترميز
دعم فك

aptX HD
16 ، 32 ، 44.1 ، 48 كيلوهرتز
بت 24
192/384/529/576 كيلو بت في الثانية (حسب معدل العينة)
أندرويد 8+*
بعض أجهزة الصوت (الأجهزة)

* تتطلب الإصدارات السابقة لـ 7 تعديل مكدس Bluetooth. يتم دعم برنامج الترميز فقط إذا قامت الشركة المصنعة لجهاز Android بترخيص برنامج الترميز من Qualcomm (إذا كان نظام التشغيل يحتوي على مكتبات تشفير).

أقل شيوعًا من aptX: يتطلب على ما يبدو ترخيصًا منفصلاً من Qualcomm ورسوم ترخيص منفصلة.

دعنا نكرر المثال بموجة جيبية عند 12.4 كيلو هرتز:


أفضل بكثير من استخدام aptX ، لكنه لا يزال صاخبًا.

زمن انتقال منخفض aptX

Codec من شركة Qualcomm ، والتي لا تشترك في أي شيء مع aptX القياسي و aptX HD ، بناءً على المعلومات القليلة من الأشخاص المشاركين في تطويرها. مصمم للنقل التفاعلي للصوت مع زمن انتقال منخفض (أفلام ، ألعاب) ، حيث لا يمكن تعديل تأخير الصوت بواسطة البرنامج. لا توجد تطبيقات برامج معروفة لأجهزة التشفير وأجهزة فك التشفير ، فهي مدعومة حصريًا من خلال أجهزة الإرسال والاستقبال وسماعات الرأس ومكبرات الصوت ، ولكن ليس من خلال الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر.

معدل أخذ العينات
معدل البت
دعم الترميز
دعم فك

شنومك кГц
276/420 كيلوبت في الثانية
بعض أجهزة الإرسال (الأجهزة)
بعض أجهزة الصوت (الأجهزة)

الجميح للسيارات

AAC ، أو الترميز الصوتي المتقدم ، هو برنامج ترميز معقد حسابيًا مع نموذج صوتي نفسي خطير. لقد أصبح منتشرًا للصوت على الإنترنت ، وهو ثاني أكثر الأصوات شيوعًا بعد MP3. يتطلب الترخيص والإتاوات: 15000 دولار أمريكي (أو 1000 دولار أمريكي للشركات التي يقل عدد موظفيها عن 15 موظفًا) + 0.98 دولار أمريكي لأول 500000 جهاز (مصدر).
تم توحيد برنامج الترميز ضمن مواصفات MPEG-2 و MPEG-4 ، وعلى عكس المفهوم الخاطئ الشائع ، فإنه لا ينتمي إلى Apple.

معدل أخذ العينات
معدل البت
دعم الترميز
دعم فك

8 - 96 كيلوهرتز
8-576 كيلوبت في الثانية (للستيريو) ، 256-320 كيلوبت في الثانية (نموذجي للبلوتوث)
macOS ، Android 7 + * ، iOS
مجموعة واسعة من أجهزة الصوت (الأجهزة)

* فقط على الأجهزة التي دفع مصنعوها إتاوات

يستخدم iOS و macOS أفضل برنامج تشفير AAC من Apple حتى الآن ، مما يوفر أعلى جودة صوت ممكنة. يستخدم Android ثاني أفضل تشفير Fraunhofer FDK AAC ، ولكنه قد يستخدم أجهزة متنوعة مدمجة في النظام الأساسي (SoC) بجودة تشفير غير معروفة. وفقًا للاختبارات الأخيرة التي أجراها SoundGuys، جودة ترميز AAC بواسطة هواتف Android المختلفة مختلفة تمامًا:

تتمتع معظم أجهزة الصوت اللاسلكية الخاصة بـ AAC بمعدل بت بحد أقصى 320 كيلو بت في الثانية ، وبعضها يدعم فقط 256 كيلو بت في الثانية. معدلات البت الأخرى نادرة للغاية.
يوفر AAC جودة ممتازة عند 320 و 256 كيلوبت في الثانية ، ولكنه عرضة لذلك فقدان التشفير المتسلسل للمحتوى المضغوط بالفعلومع ذلك ، من الصعب سماع أي اختلافات عن النسخة الأصلية على نظام التشغيل iOS بسرعة 256 كيلوبت في الثانية حتى مع العديد من الترميزات المتتالية ، مع ترميز واحد ، على سبيل المثال ، MP3 320 كيلوبت في الثانية إلى AAC 256 كيلوبت في الثانية ، يمكن إهمال الخسائر.
كما هو الحال مع برامج ترميز Bluetooth الأخرى ، يتم أولاً فك تشفير أي موسيقى ، ثم تشفيرها بواسطة برنامج الترميز. عند الاستماع إلى الموسيقى بتنسيق AAC ، يتم فك تشفيرها أولاً عن طريق نظام التشغيل ، ثم يتم ترميزها في AAC مرة أخرى ، لنقلها عبر البلوتوث. يعد هذا ضروريًا لخلط تدفقات صوتية متعددة مثل الموسيقى وإشعارات الرسائل الجديدة. iOS ليس استثناء. هناك العديد من الادعاءات على الإنترنت بأنه على نظام iOS ، لا يتم تحويل ترميز موسيقى AAC عند نقلها عبر البلوتوث ، وهذا ليس صحيحًا.

MP1/2/3

تتكون عائلة MPEG-1/2 Part 3 من برامج الترميز MP3 المعروفة والمستخدمة على نطاق واسع ، و MP2 الأقل شيوعًا (المستخدم بشكل أساسي في التلفزيون والراديو الرقمي) ، و MP1 غير المعروف تمامًا.

لا يتم دعم برامج الترميز الأقدم MP1 و MP2 على الإطلاق: لم أتمكن من العثور على أي سماعات رأس أو أي مكدس Bluetooth يقوم بترميزها أو فك تشفيرها.
تدعم بعض سماعات الرأس فك ترميز MP3 ، لكن الترميز غير مدعوم في أي مجموعة من أنظمة التشغيل الحديثة. يبدو أن مكدس BlueSoleil التابع لجهة خارجية لنظام التشغيل Windows يمكنه الترميز إلى MP3 إذا قمت بتغيير ملف التكوين يدويًا ، ولكن تثبيته يؤدي إلى BSoD على نظام التشغيل Windows 10. الاستنتاج هو أنه لا يمكن استخدام برنامج الترميز فعليًا لصوت Bluetooth.
في السابق ، في 2006-2008 ، قبل أن ينتشر معيار A2DP في الأجهزة ، كان الناس يستمعون إلى موسيقى MP3 على سماعة Nokia BH-501 من خلال برنامج MSI BluePlayer ، الذي كان متاحًا على Symbian و Windows Mobile. في ذلك الوقت ، سمحت بنية نظام تشغيل الهاتف الذكي بالوصول إلى العديد من الوظائف منخفضة المستوى ، ويمكن تثبيت حزم Bluetooth التابعة لجهات خارجية على Windows Mobile على الإطلاق.

انتهت صلاحية أحدث براءة اختراع لبرنامج ترميز MP3 ، واستخدام برنامج الترميز بدون حقوق ملكية منذ 23 أبريل 2017.

إذا تم اتخاذ أقدم براءة اختراع مذكورة في المراجع المذكورة أعلاه كتدبير ، فإن تقنية MP3 أصبحت خالية من براءات الاختراع في الولايات المتحدة في 16 أبريل 2017 عندما انتهت صلاحية براءة الاختراع الأمريكية 6,009,399،XNUMX،XNUMX ، التي تملكها وتديرها Technicolor.

المصدر: www.iis.fraunhofer.de/en/ff/amm/prod/audiocodec/audiocodecs/mp3.html

معدل أخذ العينات
معدل البت
دعم الترميز
دعم فك

16 - 48 كيلوهرتز
8 - 320 كيلوبت في الثانية
غير مدعوم في أي مكان
بعض أجهزة الصوت (الأجهزة)

LDAC

برنامج ترميز "Hi-Res" جديد ومروج له بشكل فعال من Sony يدعم معدلات عينة تصل إلى 96 كيلو هرتز و 24 بت ، مع معدلات بت تصل إلى 990 كيلو بايت في الثانية. تم الإعلان عنه كبرنامج ترميز لعشاق الصوت ، كبديل لبرامج ترميز Bluetooth الحالية. لديها وظيفة التعديل التكيفي لمعدل البت ، اعتمادًا على ظروف الراديو.

جهاز التشفير LDAC (ليبلداك) في التسليم القياسي لنظام Android ، لذلك يتم دعم التشفير على أي هاتف ذكي يعمل بنظام Android بدءًا من الإصدار 8 من نظام التشغيل. لا توجد أجهزة فك تشفير برامج متاحة مجانًا ، مواصفات برنامج الترميز غير متاحة لعامة الناس ، ومع ذلك ، للوهلة الأولى على المشفر ، يشبه الهيكل الداخلي لبرنامج الترميز ATRAC9 - برنامج ترميز من Sony مستخدم في PlayStation 4 و Vita: يعمل كلاهما في نطاق التردد ، ويستخدمان تحويل جيب التمام المنفصل المعدل (MDCT) والضغط باستخدام خوارزمية Huffman.

يتم تمثيل دعم LDAC بشكل حصري تقريبًا بواسطة سماعات الرأس Sony. توجد القدرة على فك تشفير LDAC أحيانًا في سماعات الرأس و DACs من الشركات المصنعة الأخرى ، ولكن نادرًا جدًا.

معدل أخذ العينات
معدل البت
دعم الترميز
دعم فك

44.1 - 96 كيلوهرتز
303/606/909 كيلوبت في الثانية (لـ 44.1 و 88.2 كيلوهرتز) ، 330/660/990 كيلوبت في الثانية (48 و 96 كيلوهرتز)
الروبوت 8 +
بعض سماعات الرأس Sony والأجهزة الفردية من الشركات المصنعة الأخرى (الأجهزة)

يؤدي تسويق LDAC باعتباره برنامج ترميز عالي الدقة إلى الإضرار بالمكون الفني الخاص به: من الغباء إنفاق معدل البت على ترددات الإرسال غير المسموعة للأذن البشرية وزيادة عمق البت ، طالما أنه لا يكفي لنقل جودة القرص المضغوط (44.1 / 16) ) بدون خسارة. لحسن الحظ ، يحتوي برنامج الترميز على وضعين للتشغيل: نقل الصوت على القرص المضغوط ونقل الصوت عالي الدقة. في الحالة الأولى ، يتم إرسال 44.1 كيلو هرتز / 16 بت فقط عبر الهواء.

نظرًا لأن برنامج فك تشفير LDAC غير متاح مجانًا ، فمن المستحيل اختبار برنامج الترميز بدون أجهزة إضافية تقوم بفك تشفير LDAC. وفقًا لنتائج اختبار LDAC على DAC مع دعمه ، والذي قام مهندسو موقع SoundGuys.com بتوصيله عبر مخرج رقمي وسجل الصوت الناتج على إشارات الاختبار ، فإن LDAC 660 و 990 kbps في وضع جودة الأقراص المضغوطة يوفران نسبة الإشارة إلى الضوضاء أفضل قليلاً من نسبة aptX HD.

المصدر: www.soundguys.com/ldac-ultimate-bluetooth-guide-20026

يدعم LDAC أيضًا معدل البت الديناميكي خارج الملفات الشخصية المحددة - من 138 كيلوبت في الثانية إلى 990 كيلوبت في الثانية ، ولكن بقدر ما أستطيع أن أقول ، يستخدم Android فقط ملفات تعريف قياسية 303/606/909 و 330/660/990 كيلوبت في الثانية.

برامج الترميز الأخرى

لا يتم استخدام برامج ترميز A2DP الأخرى على نطاق واسع. دعمهم إما غائب تمامًا تقريبًا ، أو متاحًا فقط على طرز معينة من سماعات الرأس والهواتف الذكية.
لم يتم استخدام برنامج ترميز ATRAC القياسي في A2DP أبدًا كبرنامج ترميز Bluetooth حتى من قِبل Sony نفسها ، تتمتع برامج ترميز Samsung HD و Samsung Scalable و Samsung UHQ-BT بدعم محدود للغاية من أجهزة الإرسال والاستقبال ، و HWA LHDC جديد جدًا ومدعوم بثلاثة أجهزة فقط (؟).

دعم برامج الترميز بواسطة أجهزة الصوت

لا تنشر جميع الشركات المصنعة معلومات دقيقة حول برامج الترميز التي تدعمها بعض سماعات الرأس اللاسلكية أو مكبرات الصوت أو أجهزة الاستقبال أو أجهزة الإرسال. يحدث أحيانًا أن يكون دعم برنامج ترميز معين للإرسال فقط ، ولكن ليس للاستقبال (يتعلق بمستقبلات الإرسال والاستقبال المدمجة) ، على الرغم من أن الشركة المصنعة تعلن ببساطة "الدعم" ، بدون ملاحظات (أفترض أن الترخيص المنفصل لأجهزة التشفير وفك التشفير لبعض برامج الترميز هي المسؤولة عن هذا). في أرخص الأجهزة ، قد لا تجد الدعم المعلن لـ aptX على الإطلاق.

لسوء الحظ ، في واجهات معظم أنظمة التشغيل ، لا يتم عرض برنامج الترميز المستخدم في أي مكان. المعلومات حول هذا متاحة فقط في Android ، بدءًا من الإصدار 8 و macOS. ومع ذلك ، حتى في أنظمة التشغيل هذه ، لن يتم عرض سوى برامج الترميز التي يدعمها كل من الهاتف / الكمبيوتر وسماعات الرأس.

كيف تعرف أي برامج الترميز التي يدعمها الجهاز؟ التقاط وتحليل ملف تفريغ مروري مع خيارات تفاوض A2DP!
يمكنك القيام بذلك على Linux و macOS و Android. في نظام Linux ، يمكنك استخدام Wireshark أو hcidump ، وفي نظام macOS يمكنك استخدام Bluetooth Explorer ، وعلى نظام Android ، يمكنك استخدام وظيفة حفظ تفريغ Bluetooth HCI الأصلية المتوفرة في أدوات المطور. ستحصل على تفريغ btsnoop يمكن تحميله في محلل Wireshark.
لاحظ: لا يمكن الحصول على التفريغ الصحيح إلا من خلال الاتصال من الهاتف / الكمبيوتر بسماعات الرأس / مكبر الصوت (بغض النظر عن مدى فضول ذلك)! يمكن لسماعات الرأس إنشاء اتصال مع الهاتف بشكل مستقل ، وفي هذه الحالة سيطلبون قائمة من برامج الترميز من الهاتف ، وليس العكس. للتأكد من كتابة ملف التفريغ الصحيح ، قم أولاً بإلغاء إقران الجهاز ثم قم بإقران الهاتف بسماعات الرأس أثناء كتابة التفريغ.

استخدم مرشح العرض التالي لاستبعاد حركة المرور غير ذات الصلة:

btavdtp.signal_id

نتيجة لذلك ، من المفترض أن ترى شيئًا مشابهًا لـ:

يمكنك النقر فوق كل عنصر في الأمر GetCapabilities ورؤية الخصائص التفصيلية لبرنامج الترميز.

لا يعرف Wireshark جميع معرفات برامج الترميز ، لذلك يجب فك تشفير بعض برامج الترميز يدويًا ، بالنظر إلى جدول المعرفات أدناه:

Mandatory:
0x00 - SBC

Optional:
0x01 - MPEG-1,2 (aka MP3)
0x02 - MPEG-2,4 (aka AAC)
0x04 - ATRAC

Vendor specific:
0xFF 0x004F 0x01   - aptX
0xFF 0x00D7 0x24   - aptX HD
0xFF 0x000A 0x02   - aptX Low Latency
0xFF 0x00D7 0x02   - aptX Low Latency
0xFF 0x000A 0x01   - FastStream
0xFF 0x012D 0xAA   - LDAC
0xFF 0x0075 0x0102 - Samsung HD
0xFF 0x0075 0x0103 - Samsung Scalable Codec
0xFF 0x053A 0x484C - Savitech LHDC

0xFF 0x000A 0x0104 - The CSR True Wireless Stereo v3 Codec ID for AAC
0xFF 0x000A 0x0105 - The CSR True Wireless Stereo v3 Codec ID for MP3
0xFF 0x000A 0x0106 - The CSR True Wireless Stereo v3 Codec ID for aptX

من أجل عدم تحليل مقالب النفايات يدويًا ، قمت بعمل خدمة تقوم بتحليل كل شيء تلقائيًا: btcodecs.valdikss.org.ru

مقارنة برامج الترميز. أي برنامج ترميز أفضل؟

كل برنامج ترميز له مزاياه وعيوبه.
تستخدم aptX و aptX HD ملفات تعريف مضمنة لا يمكن تغييرها بدون تعديل المشفر ووحدة فك التشفير. لا تمتلك الشركة المصنعة للهاتف ولا الشركة المصنعة لسماعات الرأس القدرة على تغيير معدل البت أو عوامل ترميز aptX. يوفر مالك برنامج الترميز ، Qualcomm ، مشفرًا مرجعيًا كمكتبة. هذه الحقائق هي قوة aptX - أنت تعرف مقدمًا جودة الصوت التي ستحصل عليها ، دون أي "تحفظات".

على العكس من ذلك ، يحتوي SBC على الكثير من المعلمات القابلة للتكوين ، ومعدل البت الديناميكي (يمكن لجهاز التشفير تقليل معلمة bitpool إذا تم تحميل الراديو) ، ولا يحتوي على ملفات تعريف مشفرة ، ولكن فقط "جودة متوسطة" و "عالية" الموصى بها الجودة "التي تمت إضافتها إلى مواصفات A2DP في عام 2003. لم تعد "الجودة العالية" ذات جودة عالية بالمعايير الحديثة ، ومعظم حزم البلوتوث لا تسمح لك باستخدام إعدادات أفضل من ملف التعريف "عالي الجودة" ، على الرغم من عدم وجود قيود فنية على ذلك.
لا يحتوي Bluetooth SIG على مشفر SBC مرجعي في شكل مكتبة ، ويقوم المصنعون بتطبيقه بأنفسهم.
هذه هي نقاط الضعف في SBC - فليس من الواضح مسبقًا جودة الصوت المتوقعة من جهاز معين. يمكن أن ينتج SBC جودة صوت منخفضة وعالية جدًا ، لكن الأخير لا يمكن الوصول إليه دون تعطيل أو تجاوز القيود الاصطناعية لمكدسات البلوتوث.

الوضع مع AAC غامض: فمن ناحية ، من الناحية النظرية ، يجب أن ينتج برنامج الترميز جودة لا يمكن تمييزها عن الأصل ، ولكن في الممارسة العملية ، وفقًا لاختبارات مختبر SoundGuys على أجهزة Android المختلفة ، لم يتم تأكيد ذلك. على الأرجح ، يكمن الخطأ في أجهزة تشفير الصوت منخفضة الجودة المضمنة في شرائح الهاتف المختلفة. من المنطقي استخدام AAC على أجهزة Apple فقط ، وعلى نظام Android ، حدد نفسك بـ aptX و LDAC.

عادةً ما تكون الأجهزة التي تدعم برامج الترميز البديلة ذات جودة أعلى ، وذلك ببساطة لأنه ليس من المنطقي أن تدفع الأجهزة الرخيصة للغاية منخفضة الجودة إتاوات لاستخدام برامج الترميز هذه. في الاختبارات التي أجريتها ، تبدو SBC جيدة جدًا من حيث جودة الأجهزة.

لقد أنشأت خدمة ويب تقوم بترميز الصوت في SBC و aptX و aptX HD في الوقت الفعلي ، في المتصفح مباشرة. باستخدامه ، يمكنك اختبار برامج ترميز الصوت هذه دون نقل الصوت فعليًا عبر Bluetooth ، على أي سماعات رأس سلكية ، ومكبرات صوت ، والموسيقى المفضلة لديك ، بالإضافة إلى تغيير معلمات التشفير مباشرةً أثناء تشغيل الصوت:
btcodecs.valdikss.org.ru/sbc-encoder
تستخدم الخدمة مكتبات ترميز SBC من مشروع BlueZ و libopenaptx من ffmpeg ، والتي يتم تجميعها إلى WebAssembly و JavaScript من C ، عبر emscripten ، للتشغيل في المتصفح. من يستطيع أن يحلم بمستقبل كهذا!

إليك ما يبدو عليه:

لاحظ كيف يتغير مستوى الضوضاء بعد 20 كيلو هرتز لبرامج الترميز المختلفة. لا توجد ترددات أعلى من 3 كيلوهرتز في ملف MP20 الأصلي.

حاول تبديل برامج الترميز ومعرفة ما إذا كان بإمكانك سماع الفرق بين الأصلي ، SBC 53 Joint Stereo (الملف الشخصي الافتراضي والأكثر شيوعًا) ، و aptX / aptX HD.

أسمع الفرق بين برامج الترميز في سماعات الرأس!

يزعم الأشخاص الذين لا يسمعون الفرق بين برامج الترميز أثناء الاختبار من خلال خدمة ويب أنهم يسمعونها عند الاستماع إلى الموسيقى في سماعات الرأس اللاسلكية. للأسف ، هذه ليست مزحة أو تأثير وهمي: الفرق مسموع حقًا ، لكن ليس بسبب الاختلافات. برامج الترميز.

تم تجهيز الغالبية العظمى من شرائح صوت Bluetooth المستخدمة في أجهزة الاستقبال اللاسلكية بمعالج الإشارة الرقمية (DSP) الذي يقوم بتنفيذ المعادل ، والمجمع ، وموسع الاستريو ، وأشياء أخرى مصممة لتحسين (أو تغيير) الصوت. يمكن لمصنعي البلوتوث تخصيص DSP لكل برنامج ترميز على حدة، وعند التبديل بين برامج الترميز ، يبدو للمستمع أنه يسمع الفرق في كيفية عمل برامج الترميز ، في حين أنه في الواقع يستمع إلى إعدادات DSP مختلفة.

خط أنابيب معالجة الصوت Kalimba DSP في رقائق CSR / Qualcomm

تنشيط وظائف DSP المختلفة لكل برنامج ترميز ومخرج على حدة

تأتي بعض الأجهزة المتميزة مع برنامج يسمح لك بضبط إعدادات DSP ، لكن معظم سماعات الرأس الأرخص ليس لديها هذا الخيار ، ولا يمكن للمستخدمين إيقاف تشغيل الصوت بعد المعالجة باستخدام السراويل.

الميزات الوظيفية للأجهزة

الإصدار الحالي من معيار A2DP له وظيفة "التحكم المطلق في مستوى الصوت" - التحكم في مستوى صوت الجهاز بأوامر خاصة من بروتوكول AVRCP الذي ينظم اكتساب مرحلة الإخراج ، بدلاً من تقليل حجم دفق الصوت برمجيًا. إذا قمت بتغيير مستوى الصوت في سماعات الرأس ، فإن التغيير لا يتزامن مع مستوى الصوت في الهاتف ، فهذا يعني أن سماعات الرأس أو الهاتف لا يدعمان هذه الوظيفة. في هذه الحالة ، من المنطقي الاستماع إلى الموسيقى دائمًا بأقصى مستوى صوت على الهاتف ، وضبط مستوى الصوت الفعلي باستخدام أزرار سماعة الرأس - في هذه الحالة ، ستكون نسبة الإشارة إلى الضوضاء أفضل وجودة الصوت يجب أن يكون أعلاه.
في الواقع ، هناك مواقف حزينة. لديّ رفيق قوي في سماعات الرأس RealForce OverDrive D1 الخاصة بي لـ SBC ، وزيادة مستوى الصوت يؤدي إلى زيادة مستوى الأصوات الهادئة ، بينما لا يتغير حجم الأصوات العالية (يتم ضغط الإشارة). لهذا السبب ، يجب عليك ضبط مستوى الصوت على الكمبيوتر على النصف تقريبًا ، وفي هذه الحالة لا يوجد تأثير ضغط عمليًا.
وفقًا لملاحظاتي ، تدعم جميع سماعات الرأس المزودة ببرامج ترميز إضافية وظيفة التحكم في مستوى الصوت المطلق ، ويبدو أن هذا أحد متطلبات شهادة الترميز.

تدعم بعض سماعات الرأس قم بتوصيل جهازين في نفس الوقت. يتيح لك هذا ، على سبيل المثال ، الاستماع إلى الموسيقى من جهاز الكمبيوتر الخاص بك وتلقي المكالمات من هاتفك. ومع ذلك ، يجب أن تدرك أنه في هذا الوضع ، يتم تعطيل برامج الترميز البديلة ، ويتم استخدام SBC فقط.

AVDTP 1.3 ميزة الإبلاغ عن التأخير يسمح لسماعات الرأس بإيصال التأخير إلى جهاز الإرسال الذي يتم تشغيل الصوت عليه بالفعل. يتيح لك هذا ضبط مزامنة الصوت مع الفيديو أثناء مشاهدة ملفات الفيديو: إذا كانت هناك مشاكل في الإرسال عبر الهواء ، فلن يتأخر الصوت عن الفيديو ، ولكن على العكس من ذلك ، سيتم إبطاء الفيديو بواسطة مشغل الفيديو حتى تتم مزامنة الصوت والفيديو مرة أخرى.
الميزة مدعومة من قبل العديد من سماعات الرأس ، Android 9+ و Linux مع PulseAudio 12.0+. لست على علم بدعم الميزة على الأنظمة الأساسية الأخرى.

اتصال ثنائي الاتجاه عبر البلوتوث. نقل الصوت.

بالنسبة للإرسال الصوتي في Bluetooth ، يتم استخدام Synchronous Connection Oriented (SCO) - إرسال متزامن مع مفاوضات اتصال أولية. يسمح لك الوضع بنقل الصوت والصوت بدقة بالترتيب ، مع سرعة إرسال واستقبال متناظرة ، دون انتظار تأكيد الإرسال وإعادة إرسال الحزم. يقلل هذا من التأخير الإجمالي لإرسال الصوت عبر قناة الراديو ، ولكنه يفرض قيودًا شديدة على كمية البيانات المرسلة لكل وحدة زمنية ، ويؤثر سلبًا على الجودة.
عند استخدام هذا الوضع ، يتم إرسال الصوت والصوت بنفس الجودة.
لسوء الحظ ، اعتبارًا من عام 2019 ، لا تزال جودة صوت Bluetooth ضعيفة ، ومن غير الواضح سبب عدم قيام Bluetooth SIG بأي شيء حيال ذلك.

CVSD

تم توحيد برنامج ترميز الكلام CVSD الأساسي في عام 2002 وهو مدعوم من قبل جميع أجهزة Bluetooth ثنائية الاتجاه. يوفر إرسالًا صوتيًا بمعدل عينات يبلغ 8 كيلو هرتز ، وهو ما يتوافق مع جودة الاتصالات الهاتفية السلكية التقليدية.

مثال على التسجيل في هذا الترميز.

ام اس بي سي

تم توحيد ترميز mSBC إضافي في عام 2009 ، وفي عام 2010 كانت هناك بالفعل شرائح تستخدمه لنقل الصوت. يتم دعم mSBC على نطاق واسع بواسطة العديد من الأجهزة.
هذا ليس برنامج ترميز مستقل ، ولكنه SBC عادي من معيار A2DP ، مع ملف تعريف ترميز ثابت: 16 كيلو هرتز ، أحادي ، bitpool 26.

مثال على التسجيل في هذا الترميز.

ليست رائعة ، ولكنها أفضل بكثير من CVSD ، ولكن لا يزال من المزعج استخدامها للدردشة عبر الإنترنت ، خاصة عند استخدام سماعات الرأس للدردشة في لعبة - كما سيتم إرسال صوت اللعبة بمعدل عينة يبلغ 16 كيلو هرتز.

قررت FastStreamCSR تطوير فكرة إعادة استخدام SBC. للتغلب على قيود بروتوكول SCO واستخدام معدلات بت أعلى ، ذهب CSR في الاتجاه الآخر - فقد قدموا دعمًا لصوت SBC ثنائي الاتجاه في معيار نقل الصوت أحادي الاتجاه A2DP ، وملفات تعريف التشفير الموحدة ، وأطلقوا عليه اسم "FastStream".

ينقل FastStream صوت استريو 44.1 أو 48 كيلوهرتز بسرعة 212 كيلوبت في الثانية إلى مكبرات الصوت ، ويستخدم أحادي ، 16 كيلوهرتز ، بسرعة 72 كيلوبت في الثانية لنقل الصوت من الميكروفون (أفضل قليلاً من mSBC). هذه المعلمات مناسبة بشكل أفضل للتواصل في الألعاب عبر الإنترنت - سيكون صوت اللعبة والمحاورين بجودة عالية.

مثال على التسجيل في هذا الترميز (+ صوت الميكروفون ، مثل mSBC).

ابتكرت الشركة عكازًا مثيرًا للاهتمام ، ولكن نظرًا لحقيقة أنه يتعارض مع معيار A2DP ، فإن بعض أجهزة إرسال الشركة فقط (التي تعمل كبطاقة صوت USB ، وليست جهاز Bluetooth) تدعمه ، لكنها لم تتلق الدعم. في مكدسات البلوتوث ، على الرغم من أن عدد سماعات الرأس التي تدعم FastStream ليس صغيراً.

في الوقت الحالي ، دعم FastStream في نظام التشغيل هو فقط كتصحيح لبرنامج PulseAudio من Linux من المطور Pali Rohár ، الذي لم يتم تضمينه في الفرع الرئيسي للبرنامج.

زمن انتقال منخفض aptX

من المثير للدهشة أن aptX Low Latency يدعم أيضًا الصوت ثنائي الاتجاه ، مع تطبيق نفس مبدأ FastStream.
لن تتمكن من استخدام هذه الميزة في برنامج الترميز في أي مكان - لا يوجد دعم لفك ترميز Low Latency في أي نظام تشغيل وفي أي مكدس Bluetooth أعرفه.

بلوتوث 5 ، كلاسيكي ومنخفض الطاقة

نشأ الكثير من الالتباس حول مواصفات وإصدارات Bluetooth بسبب وجود معيارين غير متوافقين تحت نفس العلامة التجارية ، وكلاهما يستخدم على نطاق واسع لأغراض مختلفة.

يوجد بروتوكولا Bluetooth مختلفان غير متوافقين: Bluetooth Classic و Bluetooth Low Energy (LE ، ويعرف أيضًا باسم Bluetooth Smart). يوجد أيضًا بروتوكول ثالث ، Bluetooth High Speed ​​، لكنه ليس شائعًا ولا يُستخدم في الأجهزة الاستهلاكية.

بدءًا من Bluetooth 4.0 ، كانت تغييرات المواصفات في الغالب Bluetooth Low Energy ، مع تلقي الإصدار الكلاسيكي تحسينات طفيفة فقط.

قائمة التغييرات بين Bluetooth 4.2 و Bluetooth 5:

9 تغييرات من الإصدار 4.2 إلى 5.0

9.1 ميزات جديدة

تم تقديم العديد من الميزات الجديدة في الإصدار 5.0 من مواصفات Bluetooth الأساسية. المجالات الرئيسية للتحسين هي:
• قناع توفر الفتحات (SAM)
• 2 Msym / s PHY مقابل جنيه مصري
• جنيه طويل المدى
• إعلان غير قابل للربط بدورة عمل عالية
• ملحقات اعلانية LE
• LE قناة اختيار الخوارزمية # 2
9.1.1 الميزات المضافة في CSA5 - مدمجة في الإصدار 5.0
• ارتفاع انتاج الطاقة

المصدر: www.bluetooth.org/docman/handlers/DownloadDoc.ashx؟doc_id=421043 (صفحة 291)

لقد أثر تغيير واحد فقط على الإصدار الكلاسيكي ضمن مواصفات Bluetooth 5: لقد أضافوا دعمًا لتقنية Slot Availability Mask (SAM) ، المصممة لتحسين فصل الراديو. تؤثر جميع التغييرات الأخرى على Bluetooth LE فقط (وطاقة الإخراج الأعلى أيضًا).

جميع أجهزة الصوت تستخدم فقط Bluetooth Classic. لا يمكن توصيل سماعات الرأس ومكبرات الصوت عبر Bluetooth Low Energy: لا يوجد معيار لنقل الصوت باستخدام LE. معيار A2DP ، الذي يستخدم لنقل صوت عالي الجودة ، يعمل فقط من خلال Bluetooth Classic ، ولا يوجد تناظرية في LE.

الخلاصة - ليس من المنطقي شراء أجهزة صوتية مزودة بتقنية Bluetooth 5 فقط بسبب الإصدار الجديد من البروتوكول. سيعمل Bluetooth 4.0 / 4.1 / 4.2 بنفس الطريقة في سياق نقل الصوت.
إذا ذكر الإعلان عن سماعات رأس جديدة نطاقًا مضاعفًا واستهلاكًا منخفضًا للطاقة بفضل Bluetooth 5 ، فيجب أن تعلم أنهم إما لا يفهمون أنفسهم أو يخدعونك. لا عجب ، لأنه حتى مصنعي شرائح البلوتوث يرتبكون في إعلاناتهم حول الاختلافات بين الإصدار الجديد من المعيار ، وبعض شرائح البلوتوث 5 تدعم الإصدار الخامس فقط مقابل جنيه ، بينما تستخدم في كلاسيك 4.2.

تأخير نقل الصوت

يعتمد مقدار التأخير (التأخير) للصوت على العديد من العوامل: حجم المخزن المؤقت في مكدس الصوت ، وفي مكدس Bluetooth وفي إعادة إنتاج الجهاز اللاسلكي نفسه ، التأخير الحسابي لبرنامج الترميز.

تتميز برامج الترميز البسيطة مثل SBC و aptX و aptX HD بزمن انتقال منخفض جدًا يتراوح من 3 إلى 6 مللي ثانية ، وهو أمر لا يُذكر ، لكن برامج الترميز المعقدة مثل AAC و LDAC يمكن أن تواجه زمن انتقال ملحوظًا. التأخير الحسابي لـ AAC لـ 44.1 كيلو هرتز هو 60 مللي ثانية. LDAC - حوالي 30 مللي ثانية (وفقًا لتحليل تقريبي لشفرة المصدر. قد أكون مخطئًا ، لكن ليس كثيرًا.)

يعتمد التأخير الناتج بشكل كبير على جهاز التشغيل ومجموعة الشرائح والمخزن المؤقت. أثناء الاختبارات ، حصلت على انتشار من 150 إلى 250 مللي ثانية على أجهزة مختلفة (باستخدام برنامج ترميز SBC). بافتراض أن الأجهزة التي تدعم برامج ترميز aptX و AAC و LDAC الإضافية تستخدم مكونات عالية الجودة وحجمًا صغيرًا للمخزن المؤقت ، فإننا نحصل على التأخيرات النموذجية التالية:

SBC: 150-250 مللي ثانية
aptX: 130-180 مللي ثانية
AAC: 190-240 مللي ثانية
LDAC: 160-210 مللي ثانية

أذكرك: aptX Low Latency غير مدعوم في أنظمة التشغيل ، ولهذا السبب لا يمكن الحصول على تأخير أقل إلا من خلال مجموعة من جهاز الإرسال + جهاز الاستقبال أو جهاز الإرسال + سماعات الرأس / مكبر الصوت ، ويجب أن تدعم جميع الأجهزة برنامج الترميز هذا.

مشكلات جهاز Bluetooth والشهادة والشعار

كيف تميز جهاز صوت عالي الجودة من حرفة رخيصة؟ في المظهر ، أولا وقبل كل شيء!

لسماعات الرأس ومكبرات الصوت وأجهزة الاستقبال الصينية الرخيصة:

1. عدم وجود كلمة "Bluetooth" في العلبة والجهاز ، والأكثر استخدامًا "Wireless" و "BT"
2. شعار البلوتوث مفقود على العلبة أو الجهاز
3. لا يوجد مؤشر LED وامض باللون الأزرق

يشير عدم وجود هذه العناصر إلى أن الجهاز لم يتم اعتماده ، مما يعني أنه يحتمل أن يكون ذا جودة منخفضة ومشكلة. على سبيل المثال ، سماعات الرأس Bluedio غير معتمدة من Bluetooth ولا تتوافق تمامًا مع مواصفات A2DP. لن يتم اعتمادهم.

ضع في اعتبارك عدة أجهزة وصناديق منها:

هذه كلها أجهزة غير معتمدة. قد تحتوي التعليمات على شعار واسم تقنية Bluetooth ، ولكن الأهم هو أن تكون على العلبة و / أو على الجهاز نفسه.

إذا كانت سماعات الرأس أو السماعة تقول "تم توصيل ندى البلوتوث بطريقة ناجحة" ، فهذا لا يعني جودتها أيضًا:

اختتام

هل يمكن أن تحل البلوتوث محل سماعات الرأس وسماعات الرأس السلكية تمامًا؟ قادرة ، ولكن على حساب جودة المكالمات الرديئة ، وزيادة زمن انتقال الصوت الذي يمكن أن يكون مزعجًا في الألعاب ، وعددًا كبيرًا من برامج الترميز الخاصة التي تتطلب إتاوات وتزيد من التكلفة النهائية لكل من الهواتف الذكية وسماعات الرأس.

يعتبر تسويق برامج الترميز البديلة قويًا للغاية: يتم تقديم aptX و LDAC كبديل طال انتظاره لـ SBC "القديمة والسيئة" ، وهو ليس بالسوء الذي يعتقده الناس تقريبًا.

كما اتضح فيما بعد ، يمكن تجاوز القيود الاصطناعية لمكدسات البلوتوث على معدل بت SBC ، بحيث لا تكون SBC أدنى من aptX HD. أخذت زمام المبادرة بين يدي وقمت بعمل تصحيح للبرامج الثابتة LineageOS: تعديل مكدس Bluetooth لتحسين الصوت على سماعات الرأس بدون برامج ترميز AAC و aptX و LDAC

يمكن العثور على مزيد من المعلومات على مواقع الويب رفاق الصوت и خبير الصوت.

المكافأة: جهاز التشفير المرجعي SBC ومعلومات تدفق البتات A2DP وملفات الاختبار. تم نشر هذا الملف مسبقًا علنًا على موقع Bluetooth على الويب ، ولكنه متاح الآن فقط لأعضاء Bluetooth SIG.

المصدر: www.habr.com