Поради масовното производство на паметни телефони без аудио приклучок од 3.5 мм, безжичните Bluetooth слушалки станаа главен начин за многумина да слушаат музика и да комуницираат во режим на слушалки.
Производителите на безжични уреди не секогаш пишуваат детални спецификации на производот, а написите за аудио Bluetooth на Интернет се контрадикторни, понекогаш неточни, не зборуваат за сите карактеристики и често ги копираат истите информации што не одговараат на реалноста.
Ајде да се обидеме да го разбереме протоколот, можностите на купиштата Bluetooth OS, слушалки и звучници, Bluetooth кодеци за музика и говор, да дознаеме што влијае на квалитетот на пренесениот звук и латентноста, да научиме како да собираме и дешифрираме информации за поддржаните кодеци и други уреди способности.

TL; ДР:

• SBC - нормален кодек
• Слушалките имаат свој еквилајзер и пост-обработка за секој кодек посебно
• aptX не е толку добар како што се рекламира
• LDAC е маркетинг срање
• Квалитетот на повикот е сè уште слаб
• Можете да вметнете C аудио енкодери во вашиот прелистувач така што ќе ги компајлирате во WebAssembly преку emscripten, и тие нема да успорат многу.

Музика преку Bluetooth

Функционалната компонента на Bluetooth се одредува со профили - спецификации на специфични функции. Преносот на музика со Bluetooth користи висококвалитетен профил за еднонасочен аудио пренос A2DP. Стандардот A2DP беше усвоен во 2003 година и оттогаш не е значително променет.
Во рамките на профилот стандардизиран е 1 задолжителен кодек со мала компјутерска сложеност SBC, создаден специјално за Bluetooth и 3 дополнителни. Исто така, можно е да користите недокументирани кодеци на вашата сопствена имплементација.

Од јуни 2019 година сме во xkcd стрипот со 14 A2DP кодеци:

• SBC ← стандардизиран во A2DP, поддржан од сите уреди
• MPEG-1/2 Layer 1/2/3 ← стандардизирано во A2DP: добро познато MP3, се користи во дигитална телевизија MP2, и непознато MP1
• MPEG-2/4 AAC ← стандардизиран во A2DP
• АТРАК ← стар кодек од Sony, стандардизиран во A2DP
• LDAC ← нов кодек од Sony
• aptX ← кодек од 1988 година
• aptXHD ← исто како aptX, само со различни опции за кодирање
• aptX Ниска латентност ← сосема различен кодек, без имплементација на софтвер
• aptX адаптивен ← уште еден кодек од Qualcomm
• FastStream ← псевдо-кодек, двонасочна модификација на SBC
• HWA LHDC ← нов кодек од Huawei
• Samsung HD ← поддржано од 2 уреди
• Samsung Scalable ← поддржано од 2 уреди
• Samsung UHQ-BT ← поддржано од 3 уреди

Зошто воопшто ни се потребни кодеци, прашувате, кога Bluetooth има EDR, кој овозможува пренос на податоци со брзина од 2 и 3 Mbit/s, а за некомпресиран двоканален 16-битен PCM, доволно е 1.4 Mbit/s?

Пренос на податоци преку Bluetooth

Постојат два типа на пренос на податоци во Bluetooth: Асинхроно поврзување помалку (ACL) за асинхрон пренос без воспоставување конекција и Синхроно ориентирано конекција (SCO), за синхроно пренос со прелиминарни преговори за поврзување.
Преносот се врши со помош на шема за временска поделба и избирање на канал за пренос за секој пакет посебно (Frequency-Hop/Time-Division-Duplex, FH/TDD), за што времето е поделено на интервали од 625 микросекунди наречени слотови. Еден од уредите се пренесува во слотови со парни броеви, а другиот во слотови со непарни броеви. Пренесениот пакет може да зафаќа 1, 3 или 5 слотови, во зависност од големината на податоците и поставениот тип на пренос, во овој случај, преносот од еден уред се врши во парни и непарни слотови до крајот на преносот. Севкупно, може да се примат и испратат до 1600 пакети во секунда, ако секој од нив зафаќа 1 слот, и двата уреди пренесуваат и примаат нешто без запирање.

2 и 3 Mbit/s за EDR, што може да се најдат во објавите и на веб-локацијата Bluetooth, се максималната стапка на пренос на канал на сите податоци вкупно (вклучувајќи ги техничките заглавија на сите протоколи во кои податоците мора да бидат инкапсулирани), во две насоки истовремено. Вистинската брзина на пренос на податоци ќе се разликува многу.

За пренос на музика, се користи асинхрон метод, речиси секогаш се користат пакети како 2-DH5 и 3-DH5, кои носат максимална количина на податоци во EDR режим од 2 Mbit/s и 3 Mbit/s, соодветно, и зафаќаат 5 време - споделување слотови.

Шематски приказ на пренос користејќи 5 слотови од еден уред и 1 слот од друг (DH5/DH1):


Поради принципот на временска поделба на воздушните бранови, принудени сме да чекаме временско растојание од 625 микросекунди по преносот на пакетот ако вториот уред не ни пренесе ништо или пренесе мал пакет, и повеќе време ако вториот уред пренесува во големи пакувања. Ако повеќе од еден уред е поврзан со телефонот (на пример, слушалки, часовници и фитнес нараквица), тогаш времето на пренос се дели помеѓу сите нив.

Потребата да се инкапсулира звукот во специјалните транспортни протоколи L2CAP и AVDTP одземаат 16 бајти од можниот максимален износ на пренесена аудио носивост.

Тип на пакет
Број на слотови
Макс. број на бајти во пакетот
Макс. број на бајти на A2DP носивост
Макс. Брзина на битови на носивост A2DP

2-DH3
3
367
351
936 kbps

3-DH3
3
552
536
1429 kbps

2-DH5
5
679
663
1414 kbps

3-DH5
5
1021
1005
2143 kbps

1414 и 1429 kbps дефинитивно не се доволни за пренос на некомпресиран звук во реални услови, со бучен опсег од 2.4 GHz и потреба за пренос на сервисни податоци. EDR 3 Mbit/s бара моќ на пренос и бучава во воздухот, затоа, дури и во режимот 3-DH5, комфорниот пренос на PCM е невозможен, секогаш ќе има краткорочни прекини и сè ќе работи само на растојание од неколку метри.
Во пракса, дури и аудио поток од 990 kbit/s (LDAC 990 kbit/s) е тешко да се пренесе.

Да се ​​вратиме на кодеците.

SBC

Потребен е кодек за сите уреди што го поддржуваат стандардот A2DP. Најдобриот и најлошиот кодек во исто време.

Фреквенција на земање примероци
Капацитет
Брзина на битови
Поддршка за кодирање
Поддршка за декодирање

16, 32, 44.1, 48 kHz
16 бита
10-1500 kbps
Сите уреди
Сите уреди

SBC е едноставен и пресметковно брз кодек, со примитивен психоакустичен модел (се применува само маскирање на тивки звуци), користејќи адаптивна пулсна модулација (APCM).
Спецификацијата A2DP препорачува два профила за употреба: среден квалитет и висок квалитет.


Кодекот има многу поставки кои ви дозволуваат да го контролирате алгоритамското доцнење, бројот на примероци во блокот, алгоритмот за дистрибуција на битови, но скоро секаде се користат истите параметри препорачани во спецификацијата: Заеднички стерео, 8 фреквенциски опсези, 16 блокови во аудио рамка, метод на дистрибуција на битови на гласност.
SBC поддржува динамична промена на параметарот Bitpool, што директно влијае на бит-стапката. Ако воздушните бранови се затнати, пакетите се изгубат или уредите се наоѓаат на големи растојанија, аудио изворот може да го намали Bitpool додека комуникацијата не се врати во нормала.

Повеќето производители на слушалки ја поставуваат максималната вредност на Bitpool на 53, што ја ограничува брзината на битови на 328 килобити во секунда при користење на препорачаниот профил.
Дури и ако производителот на слушалки ја поставил максималната вредност на Bitpool над 53 (такви модели се наоѓаат, на пример: Beats Solo³, JBL Everest Elite 750NC, Apple AirPods, исто така се наоѓаат на некои приемници и главни единици за автомобили), тогаш повеќето оперативни системи нема да дозволат употребата на зголемени брзини на битови поради поставената внатрешна граница на вредности во куповите Bluetooth.
Дополнително, некои производители ја поставуваат максималната вредност на Bitpool на ниска за некои уреди. На пример, за Bluedio T е 39, за Samsung Gear IconX е 37, што дава слаб квалитет на звукот.

Вештачките ограничувања од страна на развивачите на стекови Bluetooth најверојатно се појавија поради некомпатибилноста на некои уреди со големи вредности на Bitpool или нетипични профили, дури и ако пријавиле поддршка за нив, и недоволно тестирање за време на сертификацијата. На авторите на стековите Bluetooth им беше полесно да се ограничат да се согласат за препорачаниот профил, наместо да создаваат бази на податоци за погрешни уреди (иако сега тоа го прават за други неправилно работни функции).

SBC динамично доделува битови за квантизација на фреквенциските опсези на ниско-висока основа, со различни тежини. Ако целата бит-стапка се користела за ниските и средните фреквенции, високите фреквенции ќе бидат „отсечени“ (наместо тоа ќе има тишина).

Пример SBC 328 kbps. На врвот е оригиналот, на дното е SBC, периодично префрлајќи се помеѓу песните. Аудиото во видео-датотеката користи FLAC кодек за компресија без загуби. Користењето на FLAC во контејнер за mp4 не е официјално стандардизирано, така што не е гарантирано дека вашиот прелистувач ќе го репродуцира, но треба да работи во најновите верзии на десктоп Chrome и Firefox. Ако немате звук, можете да ја преземете датотеката и да ја отворите во полноправно видео плеер.
ZZ Top - Остро облечен човек

Спектрограмот го покажува моментот на префрлување: SBC периодично ги намалува тивките звуци над 17.5 kHz и воопшто не доделува никакви битови за опсегот над 20 kHz. Целосниот спектрограм е достапен со кликнување (1.7 MB).

Не слушам никаква разлика помеѓу оригиналот и SBC на оваа песна.

Ајде да земеме нешто поново и да го симулираме звукот што ќе се добие со помош на слушалките Samsung Gear IconX со Bitpool 37 (горе - оригиналниот сигнал, долу - SBC 239 kbps, аудио во FLAC).
Безумно самоуживање - сведок

Слушам крцкање, помалку стерео ефект и непријатен „чукање“ звук во високите фреквенции на вокалите.

Иако SBC е многу флексибилен кодек, може да се конфигурира за мала латентност, обезбедува одличен аудио квалитет при високи битови (452+ kbps) и е доста добар за повеќето луѓе со стандарден висок квалитет (328 kbps), поради фактот што тоа стандардот A2DP не специфицира фиксни профили (туку дава само препораки), развивачите на стек поставија вештачки ограничувања на Bitpool, параметрите на пренесеното аудио не се прикажуваат во корисничкиот интерфејс, а производителите на слушалки се слободни да поставуваат свои поставки и никогаш означете ја вредноста на Bitpool во техничките спецификации на производот, кодекот стана познат по својот низок квалитет на звук, иако ова не е проблем со кодекот како таков.
Параметарот Bitpool директно влијае на бит-стапката само во еден профил. Истата вредност на Bitpool 53 може да даде и брзина на битови од 328 kbps со препорачаниот профил со висок квалитет и 1212 kbps со двоен канал и 4 фреквенциски опсези, поради што авторите на ОС, покрај ограничувањата за Bitpool, поставуваат ограничување и на Брзина на битови. Како што гледам, оваа ситуација настана поради пропуст во стандардот A2DP: беше неопходно да се преговара за брзината на битови, а не за Bitpool.

Табела за поддршка за способности на SBC во различни оперативни системи:

ОС
Поддржани стапки на земање примероци
Ограничување макс. Битпул
Ограничување макс. Брзина на битови
Типична брзина на битови
Динамичко прилагодување на Bitpool

Windows 10
44.1 кГц
53
512 kbps
328 kbps
✓*

Linux (BlueZ + PulseAudio)
16, 32, 44.1, 48 kHz
64 (за дојдовни врски), 53 (за појдовни врски)
Нема ограничување
328 kbps
✓*

macOS Висока Сиера
44.1 кГц
64, стандардно 53***
Непознато
328 kbps
✗

Андроид 4.4-9
44.1/48 kHz**
53
328 kbps
328 kbps
✗

Андроид 4.1-4.3.1
44.1, 48 kHz**
53
229 kbps
229 kbps
✗

Blackberry OS 10
48 кГц
53
Нема ограничување
328 kbps
✗

* Bitpool само се намалува, но не се зголемува автоматски, доколку се подобрат условите за пренос. За да го вратите Bitpool, треба да ја прекинете репродукцијата, почекајте неколку секунди и повторно стартувајте го аудиото.
** Стандардната вредност зависи од поставките на стекот наведени при составувањето на фирмверот. Во Android 8/8.1 фреквенцијата е само 44.1 kHz или 48 kHz, во зависност од поставките за време на компилацијата, во другите верзии 44.1 kHz и 48 kHz се поддржани истовремено.
*** Вредноста на Bitpool може да се зголеми во програмата Bluetooth Explorer.

aptX и aptX HD

aptX е едноставен и компјутерски брз кодек, без психоакустика, кој користи адаптивна модулација на диференцијален пулсен код (ADPCM). Се појави околу 1988 година (датум на поднесување патент од февруари 1988 година), пред Bluetooth, се користеше првенствено во професионалната безжична аудио опрема. Во моментов е во сопственост на Qualcomm, бара лиценцирање и авторски права. Од 2014 година: 6000 $ еднократно и ≈ $1 по уред, за серии до 10000 уреди (извор, стр 16).
aptX и aptX HD се исти кодек, со различни профили за кодирање.

Кодекот има само еден параметар - избирање на фреквенцијата на земање примероци. Има, сепак, избор на број/режим на канали, но во сите што ми се познати уреди (70+ парчиња) се поддржува само стерео.

Кодек
Фреквенција на земање примероци
Капацитет
Брзина на битови
Поддршка за кодирање
Поддршка за декодирање

aptX
16, 32, 44.1, 48 kHz
16 бита
128 / 256 / 352 / 384 kbps (во зависност од брзината на земање примероци)
Windows 10 (десктоп и мобилен), macOS, Android 4.4+/7*, Blackberry OS 10
Широк опсег на аудио уреди (хардвер)

* Верзиите до 7 бараат измена на стек Bluetooth. Кодекот е поддржан само ако производителот на уредот со Android го лиценцирал кодекот од Qualcomm (ако ОС има библиотеки за кодирање).

aptX го дели звукот на 4 фреквенциски опсези и ги квантизира со ист број на битови постојано: 8 бита за 0-5.5 kHz, 4 бита за 5.5-11 kHz, 2 бита за 11-16.5 kHz, 2 бита за 16.5-22 kHz ( бројки за брзина на земање примероци 44.1 kHz).

Пример за aptX аудио (на врвот - оригиналниот сигнал, на дното - aptX, спектрограми само на левите канали, звук во FLAC):

Високите станаа малку поцрвени, но не можеше да се слушне разликата.

Поради фиксната дистрибуција на битови за квантизација, кодекот не може да ги „префрли битовите“ на фреквенциите на кои им се најпотребни. За разлика од SBC, aptX нема да ги „пресече“ фреквенциите, туку ќе додаде шум на квантизација на нив, намалувајќи го динамичкиот опсег на звукот.

Не треба да се претпоставува дека користењето, на пример, 2 бита по опсег го намалува динамичкиот опсег на 12 dB: ADPCM дозволува до 96 dB динамички опсег дури и кога се користат 2 бита за квантизација, но само за одреден сигнал.
ADPCM ја складира нумеричката разлика помеѓу тековниот примерок и следниот примерок, наместо да ја складира апсолутната вредност како во PCM. Ова ви овозможува да ги намалите барањата за бројот на битови потребни за складирање на истите (без загуба) или речиси исти (со релативно мала грешка во заокружувањето) информации. За да се намалат грешките во заокружувањето, се користат табели со коефициенти.
При креирањето на кодекот, авторите ги пресметале коефициентите на ADPCM на збир на музички аудио датотеки. Колку е поблиску аудио сигналот до множеството музика на кое се изградени табелите, толку помалку се создаваат квантизациски грешки (шум) aptX.

Поради ова, синтетичките тестови секогаш ќе даваат полоши резултати од музиката. Направив посебен синтетички пример во кој aptX покажува лоши резултати - синусен бран со фреквенција од 12.4 kHz (горе - оригиналниот сигнал, долу - aptX. Аудио во FLAC. Намалете ја јачината на звукот!):

График на спектар:


Звуците јасно се слушаат.

Меѓутоа, ако генерирате синусен бран со помала амплитуда за да биде потивок, бучавата исто така ќе стане потивка, што укажува на широк динамички опсег:

За да ја слушнете разликата помеѓу оригиналната музичка песна и компресираната, можете да превртите еден од сигналите и да ги додавате песните канал по канал. Овој пристап е, генерално, неточен и не би дал здрави резултати со посложени кодеци, но конкретно за ADPCM е сосема погоден.
Разлика помеѓу оригиналот и aptX
Коренската средна квадратна разлика на сигналите е на ниво од -37.4 dB, што не е многу за таква компресирана музика.

aptXHD

aptX HD не е самостоен кодек - тоа е подобрен профил за кодирање на кодекот aptX. Промените влијаеја на бројот на битови доделени за фреквентни опсези за кодирање: 10 бита за 0-5.5 kHz, 6 бита за 5.5-11 kHz, 4 бита за 11-16.5 kHz, 4 бита за 16.5-22 kHz (цифри за 44.1 kHz) .

Кодек
Фреквенција на земање примероци
Капацитет
Брзина на битови
Поддршка за кодирање
Поддршка за декодирање

aptXHD
16, 32, 44.1, 48 kHz
24 бита
192 / 384 / 529 / 576 kbps (во зависност од брзината на земање примероци)
Android 8+*
Некои аудио уреди (хардвер)

* Верзиите до 7 бараат измена на стек Bluetooth. Кодекот е поддржан само ако производителот на уредот со Android го лиценцирал кодекот од Qualcomm (ако ОС има библиотеки за кодирање).

Помалку вообичаено од aptX: очигледно бара посебно лиценцирање од Qualcomm и посебни такси за лиценца.

Да го повториме примерот со синусен бран на 12.4 kHz:


Многу подобро од aptX, но сепак малку бучно.

aptX Ниска латентност

Кодек од Qualcomm кој нема ништо заедничко со стандардните aptX и aptX HD, судејќи според ограничените информации од луѓето вклучени во неговиот развој. Дизајниран за интерактивен аудио пренос со мала латентност (филмови, игри), каде што доцнењето на звукот не може да се прилагоди со софтвер. Не постојат познати софтверски имплементации на енкодери и декодери; тие се поддржани исклучиво од предаватели, приемници, слушалки и звучници, но не и од паметни телефони и компјутери.

Фреквенција на земање примероци
Брзина на битови
Поддршка за кодирање
Поддршка за декодирање

44.1 кГц
276/420 kbps
Некои предаватели (хардвер)
Некои аудио уреди (хардвер)

AAC

AAC, или Напредно аудио кодирање, е компјутерски комплексен кодек со сериозен психоакустичен модел. Широко се користи за аудио на Интернет, втор по популарност по MP3. Потребна е лиценцирање и авторски права: 15000 долари еднократно (или 1000 долари за компании со помалку од 15 вработени) + 0.98 долари за првите 500000 уреди (извор).
Кодекот е стандардизиран во спецификациите MPEG-2 и MPEG-4 и спротивно на вообичаената заблуда, тој не припаѓа на Apple.

Фреквенција на земање примероци
Брзина на битови
Поддршка за кодирање
Поддршка за декодирање

8 - 96 kHz
8 - 576 kbps (за стерео), 256 - 320 kbps (типично за Bluetooth)
macOS, Android 7+*, iOS
Широк опсег на аудио уреди (хардвер)

* само на уреди чии производители платиле такси за лиценцирање

iOS и macOS го користат актуелниот најдобар AAC енкодер на Apple за да дадат највисок можен аудио квалитет. Андроид користи вториот најквалитетен енкодер Fraunhofer FDK AAC, но може да користи различен хардвер вграден во платформата (SoC) со непознат квалитет на кодирање. Според неодамнешните тестови на веб-страницата SoundGuys, квалитетот на AAC кодирањето на различни телефони со Android многу варира:

Повеќето безжични аудио уреди имаат максимална брзина на битови од 320 kbps за AAC, некои поддржуваат само 256 kbps. Другите битови се исклучително ретки.
AAC обезбедува одличен квалитет на бит-стапки од 320 и 256 kbps, но подлежи на губење на секвенцијално кодирање на веќе компресирана содржина, сепак, тешко е да се слушне какви било разлики со оригиналот на iOS со брзина на битови од 256 kbps дури и со неколку последователни шифрирања; со единечно кодирање, на пример, MP3 320 kbps до AAC 256 kbps, загубите може да се занемарат.
Како и кај другите Bluetooth кодеци, секоја музика прво се дешифрира, а потоа се шифрира од кодекот. Кога слушате музика во формат AAC, таа прво се дешифрира од оперативниот систем, а потоа повторно се кодира во AAC за пренос преку Bluetooth. Ова е неопходно за мешање на повеќе аудио преноси, како што се музика и известувања за нови пораки. iOS не е исклучок. На интернет можете да најдете многу изјави дека на iOS музиката во AAC формат не се транскодира кога се пренесува преку Bluetooth, што не е точно.

MP1/2/3

Кодеците од семејството MPEG-1/2 Part 3 се состојат од добро познатиот и широко користен MP3, поретко MP2 (кој главно се користи во дигиталната телевизија и радио) и целосно непознатиот MP1.

Старите MP1 и MP2 кодеци воопшто не се поддржани: не можев да најдам слушалки или стек Bluetooth што би ги кодирал или дешифрирал.
Декодирањето MP3 е поддржано од некои слушалки, но кодирањето не е поддржано на ниеден модерен стек оперативен систем. Се чини дека стекот од трета страна BlueSoleil за Windows може да шифрира во MP3 ако рачно ја смените конфигурациската датотека, но за мене, инсталирањето на истата води до BSoD на Windows 10. Заклучок - кодекот всушност не може да се користи за аудио со Bluetooth.
Претходно, во 2006-2008 година, пред ширењето на стандардот A2DP во уредите, луѓето слушаа MP3 музика на слушалките Nokia BH-501 преку програмата MSI BluePlayer, која беше достапна на Symbian и Windows Mobile. Во тоа време, архитектурата на оперативниот систем на паметните телефони дозволуваше пристап до многу функции на ниско ниво, а на Windows Mobile беше можно дури и да се инсталираат купови Bluetooth од трети страни.

Последниот патент на MP3 кодекот е истечен; употребата на кодек не бара такси за лиценцирање од 23 април 2017 година.

Ако најдолготрајниот патент споменат во горенаведените референци се земе како мерка, тогаш технологијата MP3 стана без патент во Соединетите Држави на 16 април 2017 година кога американскиот патент 6,009,399, кој го чуваше и администрира Technicolor, истече.

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

Фреквенција на земање примероци
Брзина на битови
Поддршка за кодирање
Поддршка за декодирање

16 - 48 kHz
8 - 320 kbps
Никаде не е поддржано
Некои аудио уреди (хардвер)

LDAC

Нов и активно промовиран кодек „Hi-Res“ од Sony, кој поддржува стапки на семплирање до 96 kHz и 24-битна брзина на битови, со брзина на битови до 990 kbps. Се рекламира како аудиофилски кодек, како замена за постоечките Bluetooth кодеци. Има функција на адаптивно прилагодување на брзината на битови, во зависност од условите на радио емитување.

LDAC енкодер (либлдац) е вклучен во стандардниот пакет со Android, така што кодирањето е поддржано на кој било паметен телефон со Android, почнувајќи од верзијата 8 на оперативниот систем. Нема слободно достапни софтверски декодери, спецификацијата на кодекот не е достапна за пошироката јавност, меѓутоа, на прв поглед на енкодерот, внатрешната структура на кодекот е слична на ATRAC9 - Кодекот на Sony што се користи во PlayStation 4 и Vita: и двата работат во доменот на фреквенција, користат модифицирана дискретна косинус трансформација (MDCT) и компресија користејќи го алгоритмот Хафман.

Поддршката за LDAC ја обезбедуваат речиси исклучиво слушалките од Sony. Способноста за декодирање на LDAC понекогаш се наоѓа на слушалки и DAC од други производители, но многу ретко.

Фреквенција на земање примероци
Брзина на битови
Поддршка за кодирање
Поддршка за декодирање

44.1 - 96 kHz
303/606/909 kbit/s (за 44.1 и 88.2 kHz), 330/660/990 kbit/s (за 48 и 96 kHz)
Андроид 8 +
Некои слушалки на Sony и некои уреди од други производители (хардвер)

Маркетингот на LDAC како кодек со висока резолуција ѝ штети на неговата техничка компонента: глупаво е да се троши брзината на битови за пренос на фреквенции нечујни за човечкото уво и зголемување на длабочината на битот, додека не е доволно да се пренесе квалитет на ЦД (44.1/16) без загуба . За среќа, кодекот има два режими на работа: аудио пренос на ЦД и аудио пренос со висока резолуција. Во првиот случај, само 44.1 kHz/16 бита се пренесуваат преку воздухот.

Бидејќи софтверскиот LDAC декодер не е слободно достапен, невозможно е да се тестира кодекот без дополнителни уреди што го декодираат LDAC. Според резултатите од тестот LDAC на DAC со негова поддршка, кој инженерите на SoundGuys.com го поврзаа преку дигитален излез и го снимија излезниот звук на тест сигналите, LDAC 660 и 990 kbps во режим на квалитет на ЦД обезбедува сигнал до- соодносот на шум малку подобар од оној на aptX HD.

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

LDAC поддржува и динамични битови надвор од воспоставените профили - од 138 kbps до 990 kbps, но колку што можам да кажам, Android ги користи само стандардизираните профили 303/606/909 и 330/660/990 kbps.

Други кодеци

Другите A2DP кодеци не се широко користени. Нивната поддршка е или речиси целосно отсутна или достапна само на одредени модели на слушалки и паметни телефони.
ATRAC кодек стандардизиран во A2DP никогаш не бил користен како Bluetooth кодек дури и од самите Sony, кодеците Samsung HD, Samsung Scalable и Samsung UHQ-BT имаат многу ограничена поддршка за пренос и примање уреди, а HWA LHDC е премногу нов и поддржува само три (?) уреди.

Поддршка за кодек за аудио уреди

Не сите производители објавуваат точни информации за кодеците што се поддржани од одредени безжични слушалки, звучници, приемници или предаватели. Понекогаш се случува поддршката за одреден кодек да биде само за пренос, но не и за прием (релевантна за комбинирани предаватели-приемници), иако производителот едноставно изјавува „поддршка“, без белешки (претпоставувам дека одделно лиценцирање на енкодери и декодери на некои кодеците се виновни за ова). Во најевтините уреди, можеби воопшто нема да ја најдете декларираната поддршка за aptX.

За жал, интерфејсите на повеќето оперативни системи не го прикажуваат кодекот што се користи никаде. Информациите за ова се достапни само во Android, почнувајќи од верзијата 8 и macOS. Сепак, дури и во овие ОС ќе се прикажуваат само оние кодеци што се поддржани и од телефонот/компјутерот и од слушалките.

Како можете да дознаете кои кодеци ги поддржува вашиот уред? Снимајте и анализирајте ја сообраќајната депонија со A2DP преговарачки параметри!
Ова може да се направи на Linux, macOS и Android. На Linux можете да користите Wireshark или hcidump, на macOS можете да користите Bluetooth Explorer, а на Android можете да ја користите стандардната функција за зачувување на депонијата Bluetooth HCI, која е достапна во алатките за програмери. Ќе добиете депонија во формат btsnoop, кој може да се вчита во анализаторот Wireshark.
Обрни внимание: правилна депонија може да се добие само со поврзување од вашиот телефон/компјутер со слушалки/звучници (без разлика колку смешно може да звучи)! Слушалките можат самостојно да воспостават врска со телефонот и во тој случај ќе бараат листа на кодеци од телефонот, а не обратно. За да се осигурате дека е снимено правилното ѓубре, прво отспарете го уредот, а потоа спарете го телефонот со слушалките додека го снимате депонијата.

Користете го следниов филтер за прикажување за да го филтрирате ирелевантниот сообраќај:

btavdtp.signal_id

Како резултат на тоа, треба да видите нешто слично на ова:

Можете да кликнете на секоја ставка во командата GetCapabilities за да ги видите деталните карактеристики на кодекот.

Wireshark не ги знае сите идентификатори на кодек, така што некои кодеци ќе треба да се дешифрираат рачно, гледајќи ја табелата со идентификатори подолу:

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

За да не ги анализирам депонии рачно, направив услуга што ќе анализира сè автоматски: btcodecs.valdikss.org.ru

Споредба на кодеци. Кој кодек е подобар?

Секој кодек има свои предности и недостатоци.
aptX и aptX HD користат тврдокодирани профили кои не можат да се променат без менување на енкодерот и декодерот. Ниту производителот на телефонот, ниту производителот на слушалките не можат да ги променат факторите на бит-стапка или aptX за кодирање. Сопственикот на кодекот, Qualcomm, обезбедува референтен енкодер во форма на библиотека. Овие факти се силата на aptX - однапред знаете каков квалитет на звук ќе добиете, без никакви „но“.

Спротивно на тоа, SBC има многу параметри што може да се конфигурираат, динамична брзина на битови (енкодерот може да го намали параметарот bitpool ако етерот се зафатени) и нема тврдокодирани профили, само препорачаните „среден квалитет“ и „висок квалитет“ кои беа додадена на спецификацијата A2DP во 2003 година. „Висок квалитет“ повеќе не е толку висок според денешните стандарди, а повеќето стекови Bluetooth не дозволуваат да користите параметри подобро од профилот „висок квалитет“, иако нема технички ограничувања за ова.
Bluetooth SIG нема референтен SBC енкодер како библиотека, а производителите сами го имплементираат.
Ова се слабостите на SBC - никогаш не е однапред јасно каков квалитет на звук да се очекува од одреден уред. SBC може да произведе звук со низок и многу висок квалитет, но вториот е недостижен без оневозможување или заобиколување на вештачките ограничувања на стековите Bluetooth.

Ситуацијата со AAC е двосмислена: од една страна, теоретски кодекот треба да произведува квалитет што не се разликува од оригиналот, но во пракса, судејќи според тестовите на лабораторијата SoundGuys на различни уреди со Android, тоа не е потврдено. Најверојатно, грешката лежи во хардверските аудио енкодери со низок квалитет вградени во различни телефонски чипсети. Има смисла да се користи AAC само на уредите на Apple, а на Android да се ограничи на aptX и LDAC.

Хардверот што поддржува алтернативни кодеци има тенденција да биде со повисок квалитет, едноставно затоа што за многу евтини уреди со низок квалитет, нема смисла да се плаќаат такси за лиценцирање за да се користат тие кодеци. Во моите тестови, SBC звучи многу добро за квалитетна опрема.

Направив веб-услуга што шифрира аудио на SBC, aptX и aptX HD во реално време, директно во прелистувачот. Со него, можете да ги тестирате овие аудио кодеци без всушност да пренесувате аудио преку Bluetooth, на какви било жичени слушалки, звучници и вашата омилена музика, а исто така директно да ги менувате параметрите за кодирање додека репродуцирате аудио:
btcodecs.valdikss.org.ru/sbc-encoder
Услугата ги користи библиотеките за кодирање SBC од проектот BlueZ и libopenaptx од ffmpeg, кои се компајлираат во WebAssembly и JavaScript од C, преку emscripten, за да се извршуваат во прелистувачот. Кој би можел да сонува за таква иднина!

Еве како изгледа:

Забележете како нивото на бучава се менува по 20 kHz за различни кодеци. Оригиналната MP3-датотека не содржи фреквенции над 20 kHz.

Обидете се да ги префрлите кодеците и видете дали ја слушате разликата помеѓу оригиналот, SBC 53 Joint Stereo (стандардниот и најчестиот профил) и aptX/aptX HD.

Можам да ја слушнам разликата помеѓу кодеците во слушалки!

Луѓето кои не ја слушаат разликата помеѓу кодеците за време на тестирањето преку веб сервис, тврдат дека ја слушаат кога слушаат музика на безжични слушалки. За жал, ова не е шега или плацебо ефект: разликата е навистина звучна, но не е предизвикана од разлики кодеци.

Огромното мнозинство на Bluetooth аудио чипсети што се користат во уредите за безжични примања се опремени со процесор за дигитален сигнал (DSP), кој имплементира еквилајзер, компандер, стерео проширувач и други работи дизајнирани да го подобрат (или менуваат) звукот. Производителите на Bluetooth опрема можат да го конфигурираат DSP за секој кодек посебно, а при префрлување помеѓу кодеци, слушателот ќе помисли дека слуша разлика во работата на кодеците, кога во реалноста слуша различни поставки за DSP.

DSP Kalimba цевковод за обработка на аудио во чипови произведени од CSR/Qualcomm

Активирајте различни DSP функции за секој кодек и излез одделно

Некои премиум уреди доаѓаат со софтвер кој ви овозможува да ги приспособите поставките за DSP, но повеќето поевтини слушалки не го прават тоа, а корисниците не можат рачно да го исклучат пост-обработката на аудио.

Функционални карактеристики на уредите

Модерната верзија на стандардот A2DP има Функција „апсолутна контрола на јачината на звукот“. — контрола на јачината на звукот на уредот со помош на специјални команди на протоколот AVRCP, кој го регулира засилувањето на излезната фаза, наместо програмски да ја намалува јачината на звукот на потокот. Ако кога ја менувате јачината на звукот на слушалките, промената не се синхронизира со јачината на звукот на телефонот, тогаш вашите слушалки или телефонот не ја поддржуваат оваа функција. Во овој случај, има смисла секогаш да слушате музика со максимална јачина на телефонот, прилагодувајќи ја вистинската јачина на звук со копчињата за слушалки - во овој случај, односот сигнал-шум ќе биде подобар и квалитетот на звукот треба да биде повисоко.
Во реалноста, постојат тажни ситуации. На моите слушалки RealForce OverDrive D1 за SBC, вклучен е силен компандер, а зголемувањето на јачината доведува до зголемување на нивото на тивки звуци, додека јачината на гласните звуци не се менува (сигналот е компресиран). Поради ова, треба да ја поставите јачината на звукот на компјутерот на околу половина, во тој случај практично нема ефект на компресија.
Според моите согледувања, сите слушалки со дополнителни кодеци ја поддржуваат функцијата за апсолутна контрола на јачината на звукот, очигледно ова е еден од барањата за сертификација на кодек.

Некои слушалки поддржуваат поврзување на два уреди во исто време. Ова ви овозможува, на пример, да слушате музика од вашиот компјутер и да примате повици од вашиот телефон. Сепак, треба да знаете дека во овој режим алтернативните кодеци се оневозможени и се користи само SBC.

AVDTP 1.3 Функција за известување одложено им овозможува на слушалките да го соопштат доцнењето до уредот што предава на кој всушност се репродуцира звук. Ова ви овозможува да ја прилагодите синхронизацијата на аудио со видео додека гледате видео датотеки: ако има проблеми со радио преносот, звукот нема да заостанува зад видеото, туку напротив, видеото ќе го забави видео плеерот додека не аудио и видео повторно се синхронизираат.
Функцијата е поддржана од многу слушалки, Android 9+ и Linux со PulseAudio 12.0+. Не знам за поддршка за оваа функција на други платформи.

Двонасочна комуникација преку Bluetooth. Пренос на глас.

За пренос на глас во Bluetooth, се користи Synchronous Connection Oriented (SCO) - синхрони пренос со прелиминарно договарање на врската. Режимот ви овозможува да пренесувате звук и глас строго по ред, со симетрични брзини на испраќање и примање, без да чекате потврда за пренос и повторно испраќање пакети. Ова го намалува целокупното доцнење на аудио преносот преку радио каналот, но наметнува сериозни ограничувања на количината на податоци што се пренесуваат по единица време и негативно влијае на квалитетот.
Кога се користи овој режим, и гласот и звукот се пренесуваат со ист квалитет.
За жал, од 2019 година, квалитетот на гласот преку Bluetooth е сè уште слаб и не е јасно зошто Bluetooth SIG не прави ништо за тоа.

CVSD

Основниот кодек за говор CVSD беше стандардизиран во 2002 година и е поддржан од сите двонасочни Bluetooth комуникациски уреди. Обезбедува аудио пренос со фреквенција на земање примероци од 8 kHz, што одговара на квалитетот на конвенционалната жична телефонија.

Пример за снимање во овој кодек.

mSBC

Дополнителниот mSBC кодек беше стандардизиран во 2009 година, а во 2010 година веќе се појавија чипови кои го користат за пренос на глас. mSBC е широко поддржан од различни уреди.
Ова не е независен кодек, туку редовен SBC од стандардот A2DP, со фиксен профил за кодирање: 16 kHz, моно, битпул 26.

Пример за снимање во овој кодек.

Не е брилијантно, но многу подобро од CVSD, но сепак е досадно да се користи за онлајн комуникација, особено кога користите слушалки за да комуницирате во играта - аудиото на играта исто така ќе се пренесува со брзина на земање примероци од 16 kHz.

Компанијата FastStreamCSR одлучи да ја развие идејата за повторно користење на SBC. За да се заобиколат ограничувањата на протоколот SCO и да се користат повисоки брзини на битови, ООП тргна по друг пат - тие воведоа поддршка за двонасочно SBC аудио во стандардот за еднонасочен аудио пренос A2DP, стандардизирани профили за кодирање и го нарекоа „FastStream“.

FastStream пренесува стерео аудио на 44.1 или 48 kHz со брзина на битови од 212 kbps до звучниците, а моно, 16 kHz, со брзина од 72 kbps (малку подобра од mSBC) се користи за пренос на звук од микрофонот. Ваквите параметри се многу посоодветни за комуникација во онлајн игрите - звукот на играта и соговорниците ќе бидат со висок квалитет.

Пример за снимање во овој кодек (+ звук од микрофон, ист како mSBC).

Компанијата излезе со интересна патерица, но поради фактот што е во спротивност со стандардот A2DP, таа е поддржана само во некои од предавателите на компанијата (кои работат како USB аудио картичка, а не како Bluetooth уред), но не добиваат поддршка во купишта Bluetooth.иако бројот на слушалки со поддршка FastStream не е толку мал.

Во моментов, поддршката за FastStream во ОС е само како лепенка за Linux PulseAudio од инвеститорот Пали Рохар, кој не е вклучен во главната гранка на програмата.

aptX Ниска латентност

На големо изненадување, aptX Low Latency поддржува и двонасочно аудио, спроведувајќи го истиот принцип како FastStream.
Не е можно никаде да се користи оваа одлика на кодекот - нема поддршка за декодирање со ниска латентност во кој било оперативен систем или во кој било куп Bluetooth што ми е познат.

Bluetooth 5, класичен и нискоенергетски

Имаше многу конфузија околу спецификациите и верзиите на Bluetooth поради присуството на два некомпатибилни стандарди под ист бренд, од кои и двата се широко користени за различни намени.

Постојат два различни, некомпатибилни Bluetooth протоколи: Bluetooth Classic и Bluetooth Low Energy (LE, познат и како Bluetooth Smart). Постои и трет протокол, Bluetooth High Speed, но тој не е широко распространет и не се користи во уредите за домаќинство.

Почнувајќи од Bluetooth 4.0, промените во спецификацијата се однесуваа главно на Bluetooth Low Energy, а верзијата Classic доби само мали подобрувања.

Список на промени помеѓу Bluetooth 4.2 и Bluetooth 5:

9 ПРОМЕНИ ОД v4.2 НА 5.0

9.1 НОВИ КАРАКТЕРИСТИКИ

Неколку нови функции се воведени во изданието на Bluetooth Core Specification 5.0. Главните области на подобрување се:
• Маска за достапност на слот (SAM)
• 2 Msym/s PHY за LE
•LE со долг дострел
• Неповрзливо рекламирање со висок циклус
• LE Advertising Extensions
• LE Алгоритам за избор на канал #2
9.1.1 Додадени карактеристики во CSA5 - Интегрирани во v5.0
•Поголема излезна моќност

Извор: www.bluetooth.org/docman/handlers/DownloadDoc.ashx?doc_id=421043 (страница 291)

Само една промена влијаеше на Класичната верзија во рамките на спецификацијата Bluetooth 5: тие додадоа поддршка за технологијата Slot Availability Mask (SAM), дизајнирана да го подобри одвојувањето на радио емитувањето. Сите други промени влијаат само на Bluetooth LE (и поголема излезна моќ исто така).

сите Аудио уредите користат само Bluetooth Classic. Невозможно е да се поврзат слушалки и звучници преку Bluetooth Low Energy: не постои стандард за пренос на звук со помош на LE. Стандардот A2DP, кој се користи за пренос на висококвалитетен звук, работи само преку Bluetooth Classic, а во LE нема аналог.

Заклучок - купувањето аудио уреди со Bluetooth 5 само поради новата верзија на протоколот е бесмислено. Bluetooth 4.0/4.1/4.2 во контекст на аудио пренос ќе работи токму исто.
Ако најавата за новите слушалки спомнува двојно зголемен опсег на работа и намалена потрошувачка на енергија благодарение на Bluetooth 5, тогаш треба да знаете дека тие или самите не го разбираат тоа или ве заведуваат. Не е ни чудо, бидејќи дури и производителите на Bluetooth чипови во своите најави се збунети за разликите помеѓу новата верзија на стандардот, а некои Bluetooth 5 чипови ја поддржуваат петтата верзија само за LE, а користат 4.2 за Classic.

Доцнење на преносот на аудио

Количината на доцнење (задоцнување) во аудиото зависи од многу фактори: големината на баферот во аудио стекот, во стекот Bluetooth и во самиот уред за безжична репродукција и алгоритамското доцнење на кодекот.

Латентноста на едноставни кодеци како SBC, aptX и aptX HD е многу мала, 3-6 ms, што може да се занемари, но сложените кодеци како AAC и LDAC може да предизвикаат забележително задоцнување. AAC алгоритамската латентност за 44.1 kHz е 60 ms. LDAC - околу 30 ms (врз основа на груба анализа на изворниот код. Може да грешам, но не многу.)

Доцнењето што се добива во голема мера зависи од уредот за репродукција, неговиот чипсет и баферот. За време на тестовите, добив ширење од 150 до 250 ms на различни уреди (со SBC кодек). Ако претпоставиме дека уредите што поддржуваат дополнителни кодеци aptX, AAC и LDAC користат висококвалитетни компоненти и мала големина на баферот, ги добиваме следниве типични латенции:

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

Да ве потсетам: aptX Low Latency не е поддржано во оперативните системи, поради што помала доцнење може да се добие само со комбинација на предавател+приемник или предавател+слушалки/звучник и сите уреди мора да го поддржуваат овој кодек.

Проблеми со Bluetooth уред, сертификација и лого

Како да разликувате висококвалитетен аудио уред од евтин занает? Во изгледот, пред се!

За евтини кинески слушалки, звучници и ресивери:

1. Зборот „Bluetooth“ недостасува на кутијата и уредот, најчесто се користат „Wireless“ и „BT“.
2. Недостасува логото на Bluetooth на кутијата или уредот
3. Нема сино трепкачки LED

Отсуството на овие елементи покажува дека уредот не е сертифициран, што значи дека е потенцијално неквалитетен и проблематичен. На пример, Bluedio слушалките не се сертифицирани со Bluetooth и не се целосно во согласност со спецификацијата A2DP. Тие немаше да поминат сертификат.

Ајде да разгледаме неколку уреди и кутии од нив:

Сите овие се несертифицирани уреди. Упатствата може да содржат лого и името на технологијата Bluetooth, но најважно е тие да се наоѓаат на кутијата и/или на самиот уред.

Ако вашите слушалки или звучник велат „Ze bluetooth dewise е успешно поврзан“, тоа исто така не го означува нивниот квалитет:

Заклучок

Може ли Bluetooth целосно да ги замени жичените слушалки и слушалки? Тој е способен, но по цена на слабиот квалитет на повикот, зголемената доцнење на звукот што може да биде досадно во игрите и мноштво сопственички кодеци кои бараат такси за лиценцирање и ја зголемуваат конечната цена и на паметните телефони и на слушалките.

Маркетингот на алтернативни кодеци е многу силен: aptX и LDAC се претставени како долгоочекувана замена за „застарениот и лош“ SBC, кој не е ни приближно толку лош како што мислат луѓето.

Како што се испостави, вештачките ограничувања на куповите Bluetooth на бит-стапката SBC може да се заобиколат, така што SBC нема да биде инфериорен во однос на aptX HD. Ја презедов иницијативата во свои раце и направив лепенка за фирмверот LineageOS: Го менуваме стек Bluetooth за да го подобриме звукот на слушалките без AAC, aptX и LDAC кодеци

Повеќе информации можете да најдете на веб-страниците Звук момци и SoundExpert.

Бонус: Референтен енкодер на SBC, информации за битстрим A2DP и ​​датотеки за тестирање. Оваа датотека порано се објавуваше јавно на веб-локацијата Bluetooth, но сега е достапна само за членовите на Bluetooth SIG.

Извор: www.habr.com