ჩვენ ვცვლით Bluetooth დასტას, რათა გავაუმჯობესოთ ხმა ყურსასმენებზე AAC, aptX და LDAC კოდეკების გარეშე

ამ სტატიის წაკითხვამდე რეკომენდებულია წინა სტატიის წაკითხვა: აუდიო Bluetooth-ით: მაქსიმალური დეტალები პროფილების, კოდეკებისა და მოწყობილობების შესახებ

უკაბელო ყურსასმენების ზოგიერთი მომხმარებელი აღნიშნავს ხმის ცუდი ხარისხისა და მაღალი სიხშირის ნაკლებობას სტანდარტული SBC Bluetooth კოდეკის გამოყენებისას, რომელსაც მხარს უჭერს ყველა აუდიო მოწყობილობა. ხმის გაუმჯობესების საერთო რეკომენდაცია არის მოწყობილობებისა და ყურსასმენების შეძენა, რომლებიც მხარს უჭერენ aptX და LDAC კოდეკებს. ეს კოდეკები მოითხოვს ლიცენზირების საფასურს, ამიტომ მოწყობილობები, რომლებიც მხარს უჭერენ მათ, უფრო ძვირია.

გამოდის, რომ SBC-ის დაბალი ხარისხი განპირობებულია Bluetooth სტეკების და ყურსასმენის პარამეტრების ხელოვნური შეზღუდვით და ამ შეზღუდვის გვერდის ავლა შესაძლებელია ნებისმიერ არსებულ მოწყობილობაზე სმარტფონში ან კომპიუტერში პროგრამული ცვლილებების გზით.

კოდეკი SBC

SBC კოდეკს აქვს მრავალი განსხვავებული პარამეტრი, რომელთა მოლაპარაკებაც ხდება კავშირის დაყენების ფაზაში. Მათ შორის:

• არხების რაოდენობა და ტიპი: Joint Stereo, Stereo, Dual Channel, Mono;
• სიხშირის ზოლების რაოდენობა: 4 ან 8;
• ბლოკების რაოდენობა შეფუთვაში: 4, 8, 12, 16;
• კვანტიზაციის დროს ბიტების განაწილების ალგორითმი: Loudness, SNR;
• კვანტიზაციის დროს გამოყენებული ბიტების ჯგუფის მაქსიმალური და მინიმალური მნიშვნელობა (ბიტპული): ჩვეულებრივ 2-დან 53-მდე.

დეკოდირების მოწყობილობამ უნდა უზრუნველყოს ამ პარამეტრების ნებისმიერი კომბინაცია. კოდირმა შეიძლება არ განახორციელოს ყველაფერი.
არსებული Bluetooth სტეკები, როგორც წესი, თანხმდებიან შემდეგ პროფილზე: ერთობლივი სტერეო, 8 ზოლი, 16 ბლოკი, ხმამაღლა, ბიტპული 2..53. ეს პროფილი დაშიფვრავს 44.1 kHz აუდიოს 328 კბიტ/წმ სიჩქარით.
ბიტპულის პარამეტრი პირდაპირ გავლენას ახდენს ბიტტრეიტზე ერთი პროფილის ფარგლებში: რაც უფრო მაღალია ის, მით უფრო მაღალია ბიტრეიტი და, შესაბამისად, ხარისხი.
თუმცა, bitpool პარამეტრი არ არის მიბმული კონკრეტულ პროფილთან; ბიტრეიტი ასევე დიდ გავლენას ახდენს სხვა პარამეტრებზე: არხების ტიპი, სიხშირის ზოლების რაოდენობა, ბლოკების რაოდენობა. თქვენ შეგიძლიათ გაზარდოთ ბიტრეიტი ირიბად, არასტანდარტულ პროფილებზე შეთანხმებით, ბიტპულის შეცვლის გარეშე.

SBC ბიტის სიჩქარის გამოთვლის ფორმულა

მაგალითად, ორმაგი არხის რეჟიმი დაშიფვრავს არხებს ცალკე, თითოეული არხისთვის მთელი ბიტპულის გამოყენებით. მოწყობილობის იძულებით გამოიყენოს ორმაგი არხი Joint Stereo-ის ნაცვლად, ჩვენ ვიღებთ თითქმის ორმაგ ბიტირეტს იგივე მაქსიმალური ბიტპულის მნიშვნელობით: 617 kbps.
ჩემი აზრით, ბიტპულის მნიშვნელობის გამოყენება, რომელიც არ არის დაკავშირებული პროფილთან მოლაპარაკების ეტაპზე, არის A2DP სტანდარტის ხარვეზი, რამაც გამოიწვია SBC ხარისხის ხელოვნური შეზღუდვა. უფრო ლოგიკური იქნებოდა ბიტრეიტის მოლაპარაკება, ვიდრე ბიტპულის შესახებ.

ეს ფიქსირებული Bitpool და Bitrate მნიშვნელობები მომდინარეობს ცხრილიდან, რეკომენდებული მნიშვნელობებით მაღალი ხარისხის აუდიოსთვის გამოსაყენებლად. მაგრამ რეკომენდაცია არ არის მიზეზი, რომ შემოიფარგლოთ ამ ღირებულებებით.

A2DP v1.2 სპეციფიკაცია, რომელიც აქტიური იყო 2007 წლიდან 2015 წლამდე, მოითხოვს ყველა დეკოდირების მოწყობილობას სწორად იმუშაოს 512 კბიტ/წმ-მდე ბიტის სიჩქარით:

SNK-ის დეკოდერმა უნდა დაუჭიროს მხარი ყველა შესაძლო ბიტპულის მნიშვნელობას, რომელიც არ აჭარბებს მაქსიმალურ ბიტის სიჩქარეს. ეს პროფილი ზღუდავს ხელმისაწვდომ მაქსიმალურ ბიტის სიჩქარეს 320 კბ/წმ-მდე მონო და 512 კბ/წმ-მდე ორარხიანი რეჟიმისთვის.

სპეციფიკაციის ახალ ვერსიაში არ არის შეზღუდვა ბიტის სიჩქარეზე. დადგენილია, რომ 2015 წლის შემდეგ გამოშვებულ თანამედროვე ყურსასმენებს, რომლებიც მხარს უჭერენ EDR-ს, შეუძლიათ ბიტის სიჩქარის მხარდაჭერა ≈730 kbps-მდე.

რატომღაც, Linux (PulseAudio), Android, Blackberry და macOS Bluetooth სტეკებს, რომლებიც მე გამოვცადე, აქვთ ხელოვნური შეზღუდვები bitpool პარამეტრის მაქსიმალურ მნიშვნელობაზე, რაც პირდაპირ გავლენას ახდენს ბიტების მაქსიმალურ სიჩქარეზე. მაგრამ ეს არ არის ყველაზე დიდი პრობლემა; თითქმის ყველა ყურსასმენი ასევე ზღუდავს ბიტპულის მაქსიმალურ მნიშვნელობას 53-მდე.
როგორც უკვე დავინახე, მოწყობილობების უმეტესობა მშვენივრად მუშაობს შეცვლილ Bluetooth სტეკზე 551 კბიტ/წმ ბიტის სიჩქარით, შეფერხებებისა და ხრაშუნის გარეშე. მაგრამ ასეთი ბიტრეიტი არასოდეს იქნება თანმიმდევრული ნორმალურ პირობებში, ჩვეულებრივ Bluetooth სტეკებზე.

Bluetooth სტეკის შეცვლა

ნებისმიერ Bluetooth დასტას, რომელიც თავსებადია A2DP სტანდარტთან, აქვს Dual Channel რეჟიმის მხარდაჭერა, მაგრამ მისი გააქტიურება ინტერფეისიდან შეუძლებელია.

მოდით დავამატოთ გადართვა ინტერფეისში! მე შევქმენი პატჩები Android 8.1-ისთვის და Android 9-ისთვის, რომლებიც ამატებენ Dual Channel-ის სრულ მხარდაჭერას დასტას, ვამატებ რეჟიმს რეჟიმის გადართვის მენიუში დეველოპმენტის ხელსაწყოებში და ვექცევი Dual Channel-ზე ჩართული SBC-ებს ისე, თითქოს ისინი იყვნენ დამატებითი კოდეკი, როგორიცაა aptX. , AAC ან LDAC (Android უწოდებს ამას HD აუდიოს) Bluetooth მოწყობილობის პარამეტრებზე მონიშვნის დამატებით. ასე გამოიყურება:

პატჩი Android 9-ისთვის
პატჩი Android 8.1-ისთვის

როდესაც ჩამრთველი გააქტიურებულია, Bluetooth აუდიო იწყებს გადაცემას ბიტის სიჩქარით 551 კბიტი / წმ, თუ ყურსასმენები მხარს უჭერენ კავშირის სიჩქარეს 3 მბიტ/წმ, ან 452 კბიტი / წმ, თუ ყურსასმენები მხარს უჭერენ მხოლოდ 2 მბიტ/წმ.

ეს პატჩი შედის შემდეგ ალტერნატიულ firmware-ში:

• LineageOS
• აღდგომის რემიქსი
• crDroid

საიდან გაჩნდა 551 და 452 კბიტ/წმ?

Bluetooth ჰაერის გაზიარების ტექნოლოგია შექმნილია დიდი ფიქსირებული ზომის პაკეტების ეფექტურად გადასაცემად. მონაცემთა გადაცემა ხდება სლოტებში, ერთ გადარიცხვაში გაგზავნილი სლოტების უდიდესი რაოდენობა არის 5. ასევე არის გადაცემის რეჟიმი, რომელიც იყენებს 1 ან 3 სლოტს, მაგრამ არა 2 ან 4-ს. 5 სლოტში შეგიძლიათ გადაიტანოთ 679 ბაიტი კავშირის სიჩქარით. 2 მბიტ/წმ და 1021 ბაიტამდე 3 მბიტ/წმ სიჩქარით და 3 - 367 და 552 ბაიტი შესაბამისად.

თუ გვინდა გადავიტანოთ 679 ან 1021 ბაიტზე ნაკლები, მაგრამ 367 ან 552 ბაიტზე მეტი, გადაცემას მაინც დასჭირდება 5 სლოტი და მონაცემები ერთდროულად გადაიცემა, რაც ამცირებს გადაცემის ეფექტურობას.

SBC ორმაგი არხის რეჟიმში, 44100 ჰც აუდიო Bitpool 38 პარამეტრით, 16 ბლოკი თითო ჩარჩოზე, 8 სიხშირის დიაპაზონი, დაშიფვრავს აუდიოს 164 ბაიტიან ჩარჩოებში, ბიტის სიჩქარით 452 kbps.
აუდიო უნდა იყოს ჩასმული L2CAP და AVDTP გადაცემის პროტოკოლებში, რომლებიც იღებენ 16 ბაიტს აუდიო დატვირთვიდან.

ამრიგად, ერთი Bluetooth ტრანსმისია 5 სლოტით შეიძლება მოთავსდეს 4 აუდიო ჩარჩოს:

679 (EDR 2 mbit/s DH5) - 4 (L2CAP) - 12 (AVDTP/RTP) - 1 (заголовок SBC) - (164*4) = 6

გაგზავნილ პაკეტში ვათავსებთ 11.7 ms აუდიო მონაცემს, რომელიც გადაიცემა 3.75 ms-ში და პაკეტში გვაქვს დარჩენილი 6 გამოუყენებელი ბაიტი.
თუ ბიტპულს ოდნავ აწევთ, 4 აუდიო ჩარჩოს ერთ პაკეტში შეფუთვა აღარ იქნება შესაძლებელი. თქვენ მოგიწევთ ერთდროულად 3 კადრის გაგზავნა, რაც ამცირებს გადაცემის ეფექტურობას, ამცირებს თითო კადრზე გადაცემულ აუდიოს რაოდენობას და უფრო სწრაფად გამოიწვევს აუდიო ჭუჭყს ცუდ პირობებში.

ანალოგიურად, შეირჩა 551 კბიტ/წმ EDR 3 მბიტ/წმ-ისთვის: Bitpool 47-ით, 16 ბლოკი თითო ფრეიმზე, 8 სიხშირის დიაპაზონი, კადრის ზომა არის 200 ბაიტი, ბიტრეიტი 551 კბიტ/წმ. ერთი პაკეტი შეიცავს 5 ფრეიმს ან 14.6 ms მუსიკას.

SBC-ის ყველა პარამეტრის გამოთვლის ალგორითმი საკმაოდ რთულია, თუ ხელით ითვლით, ადვილად დაიბნევით, ამიტომ მე გავაკეთე ინტერაქტიული კალკულატორი დაინტერესებულთა დასახმარებლად: btcodecs.valdikss.org.ru/sbc-bitrate-calculator

რატომ არის ეს ყველაფერი საჭირო?

AptX კოდეკის ხმის ხარისხის შესახებ პოპულარული რწმენის საწინააღმდეგოდ, ზოგიერთ ფაილზე მას შეუძლია SBC-ზე უარესი შედეგების მიღება, სტანდარტული ბიტის სიჩქარით 328 kbps.

SBC დინამიურად ანაწილებს კვანტიზაციის ბიტებს სიხშირის ზოლებზე დაბალიდან მაღალ დონეზე. თუ მთელი ბიტრეიტი გამოყენებული იყო დაბალი და საშუალო სიხშირეებისთვის, მაღალი სიხშირეები "გაიწყდება" (სანაცვლოდ იქნება დუმილი).
aptX კვანტირებს სიხშირის დიაპაზონებს ერთნაირი რაოდენობის ბიტით მუდმივად, რის გამოც მას აქვს მუდმივი ბიტური სიხშირე: 352 kbps 44.1 kHz-სთვის, 384 kbps 48 kHz-ზე და მას არ შეუძლია "ბიტი გადაინაცვლოს" იმ სიხშირეებზე, რომლებსაც ისინი ყველაზე მეტად სჭირდებათ. . SBC-ისგან განსხვავებით, aptX არ „მოჭრის“ სიხშირეებს, არამედ დაამატებს მათ კვანტიზაციის ხმაურს, ამცირებს აუდიოს დინამიურ დიაპაზონს და ზოგჯერ ახორციელებს დამახასიათებელ ხრაშუნას. SBC "ჭამს დეტალებს" - უგულებელყოფს ყველაზე წყნარ ადგილებს.
საშუალოდ, SBC 328k-თან შედარებით, aptX შემოაქვს ნაკლებ დამახინჯებას ფართო სიხშირის დიაპაზონის მუსიკაში, მაგრამ ვიწრო სიხშირის დიაპაზონის და ფართო დინამიური დიაპაზონის მქონე მუსიკაში SBC 328k ზოგჯერ იმარჯვებს.

განვიხილოთ განსაკუთრებული შემთხვევა. ფორტეპიანოს დაკვრის ჩანაწერის სპექტროგრამა:

ძირითადი ენერგია მდგომარეობს სიხშირეებში 0-დან 4 kHz-მდე და გრძელდება 10 kHz-მდე.
aptX-ში შეკუმშული ფაილის სპექტროგრამა ასე გამოიყურება:

და ასე გამოიყურება SBC 328k.

ჩანს, რომ SBC 328k პერიოდულად მთლიანად თიშავდა დიაპაზონს 16 kHz-ზე ზემოთ და ხარჯავდა ყველა არსებულ ბიტირეტს ამ მნიშვნელობის ქვემოთ დიაპაზონში. თუმცა, aptX-მა შემოიტანა მეტი დამახინჯება ადამიანის ყურისთვის მოსასმენი სიხშირის სპექტრში, როგორც ეს ჩანს aptX სპექტროგრამას გამოკლებულ ორიგინალურ სპექტროგრამაში (რაც უფრო კაშკაშა, მით მეტია დამახინჯება):

მაშინ, როდესაც SBC 328k-მ სიგნალი ნაკლებად გააფუჭა 0-დან 10 kHz-მდე დიაპაზონში და გათიშა დანარჩენი:

SBC-ის 485k ბიტირიტი საკმარისი იყო სიხშირის მთელი დიაპაზონის შესანარჩუნებლად, ზოლების გამორთვის გარეშე.

SBC 485k მნიშვნელოვნად უსწრებს aptX-ს ამ ტრეკზე 0-15 kHz დიაპაზონში და უფრო მცირე, მაგრამ მაინც შესამჩნევი სხვაობით - 15-22 kHz-ში (რაც უფრო მუქი, მით ნაკლები დამახინჯება):

ორიგინალური აუდიო, SBC და aptX არქივი.

მაღალბიტირებულ SBC-ზე გადართვით, თქვენ მიიღებთ აუდიოს, რომელიც ხშირად აჯობა aptX-ს ნებისმიერ ყურსასმენზე. ყურსასმენებზე, რომლებიც მხარს უჭერენ 3 Mbps EDR დაკავშირებას, 551 კბიტი/წმ სიჩქარით გამოიმუშავებს aptX HD-ის შესადარებელ ხმას.

შეგიძლია კიდევ უფრო მეტი?

Android პატჩი ასევე მოიცავს 2 Mbps EDR მოწყობილობებისთვის ბიტის სიჩქარის შემდგომ გაზრდის ვარიანტს. თქვენ შეგიძლიათ გაზარდოთ ბიტის სიჩქარე 452 კბიტ/წმ-დან 595 კბიტ/წმ-მდე, რთულ რადიო პირობებში გადაცემის სტაბილურობის შემცირების ფასად.
საკმარისია დააყენოთ persist.bluetooth.sbc_hd_higher_bitrate ცვლადი 1-ზე:

# setprop persist.bluetooth.sbc_hd_higher_bitrate 1

ექსტრემალური ბიტური სიჩქარის პატჩი ჯერჯერობით მხოლოდ LineageOS 15.1-შია მიღებული, მაგრამ არა 16.0-ში.

მოწყობილობის თავსებადობა

SBC Dual Channel მხარს უჭერს თითქმის ყველა ყურსასმენს, დინამიკს და მანქანის სათავე ერთეულს. ეს გასაკვირი არ არის - სტანდარტი მოითხოვს მის მხარდაჭერას ნებისმიერ დეკოდირების მოწყობილობაში. არის მოწყობილობების მცირე რაოდენობა, რომლებზეც ეს რეჟიმი იწვევს პრობლემებს, მაგრამ ეს არის იზოლირებული შემთხვევები.
დამატებითი დეტალები თავსებადი მოწყობილობების შესახებ შეგიძლიათ იხილოთ აქ 4pda ან xda- დეველოპერები.

ხმის განსხვავებების შედარება

მე შევქმენი ვებ სერვისი, რომელიც შიფრავს აუდიოს SBC-ზე (ასევე aptX და aptX HD) რეალურ დროში, პირდაპირ ბრაუზერში. მასთან ერთად შეგიძლიათ შეადაროთ სხვადასხვა SBC პროფილებისა და სხვა კოდეკების ხმა, Bluetooth-ით აუდიოს გადაცემის გარეშე, ნებისმიერ სადენიანი ყურსასმენებზე, დინამიკებზე და თქვენს საყვარელ მუსიკაზე, ასევე პირდაპირ შეცვალოთ კოდირების პარამეტრები აუდიოს დაკვრის დროს.
btcodecs.valdikss.org.ru/sbc-encoder

დაუკავშირდით Android-ის დეველოპერებს

მე მივწერე Bluetooth სტეკის ბევრ დეველოპერს Google-ში, ვთხოვე განეხილათ პატჩების ჩართვა Android-ის მთავარ ფილიალში - AOSP, მაგრამ არც ერთი პასუხი არ მიმიღია. ჩემი პატჩები შევიდა გერიტის პატჩი სისტემა Android-ისთვის ასევე კომენტარის გარეშე დარჩა ვინმესგან.
მოხარული ვიქნები, თუ რაიმე დახმარებას მივიღებ Google-ის დეველოპერებთან დაკავშირებაში და SBC HD-ის Android-ზე გადატანაში. პატჩი გერიტში უკვე მოძველებულია (ეს არის ერთ-ერთი ადრეული რევიზია) და მე განვაახლებ მას, თუ დეველოპერები დაინტერესდებიან ჩემი ცვლილებებით (ჩემთვის ადვილი არ არის მისი განახლება, არ მაქვს Android Q-თან თავსებადი მოწყობილობები ).

დასკვნა

LineageOS, Resurrection Remix და crDroid პროგრამული უზრუნველყოფის მქონე სმარტფონების მომხმარებლებს შეუძლიათ ახლავე ისარგებლონ ხმის გაუმჯობესებული ხარისხით, უბრალოდ გაააქტიურეთ ეს ვარიანტი Bluetooth მოწყობილობის პარამეტრებში. Linux მომხმარებლებს ასევე შეუძლიათ მიიღონ გაზრდილი SBC ბიტრეიტი ინსტალაციით პატჩი პალი როჰარისგან, რომელიც, სხვა საკითხებთან ერთად, ამატებს მხარდაჭერას aptX, aptX HD და FastStream კოდეკებისთვის.

წყარო: www.habr.com