AAC, aptX आणि LDAC कोडेक्सशिवाय हेडफोन्सवर आवाज सुधारण्यासाठी ब्लूटूथ स्टॅकमध्ये बदल करणे

हा लेख वाचण्यापूर्वी, आपण मागील लेख वाचण्याची शिफारस केली जाते: ब्लूटूथद्वारे ऑडिओ: प्रोफाइल, कोडेक्स आणि डिव्हाइसेसबद्दल शक्य तितके तपशील

वायरलेस हेडफोन्सचे काही वापरकर्ते सर्व ऑडिओ उपकरणांद्वारे समर्थित असलेले मानक ब्लूटूथ SBC कोडेक वापरताना खराब आवाज गुणवत्ता आणि उच्च फ्रिक्वेन्सी नसल्याची तक्रार करतात. AptX आणि LDAC कोडेक्सला समर्थन देणारी उपकरणे आणि हेडफोन्स खरेदी करणे ही ध्वनी सुधारण्यासाठी एक सामान्य शिफारस आहे. या कोडेक्सला रॉयल्टी आवश्यक असते, म्हणून त्यांना समर्थन देणारी उपकरणे अधिक महाग असतात.

असे दिसून आले की SBC ची कमी गुणवत्ता ब्लूटूथ स्टॅक आणि हेडफोन सेटिंग्जच्या कृत्रिम मर्यादांमुळे आहे आणि ही मर्यादा स्मार्टफोन किंवा संगणकावरील सॉफ्टवेअर बदलांद्वारे कोणत्याही विद्यमान डिव्हाइसेसवर टाळता येऊ शकते.

SBC कोडेक

SBC कोडेकमध्ये अनेक भिन्न पॅरामीटर्स आहेत जे कनेक्शन सेटअप टप्प्यादरम्यान वाटाघाटी करतात. त्यापैकी:

• चॅनेलची संख्या आणि प्रकार: संयुक्त स्टिरिओ, स्टिरिओ, ड्युअल चॅनेल, मोनो;
• वारंवारता बँडची संख्या: 4 किंवा 8;
• पॅकेजमधील ब्लॉक्सची संख्या: 4, 8, 12, 16;
• क्वांटायझेशन बिट ऍलोकेशन अल्गोरिदम: लाउडनेस, एसएनआर;
• परिमाणीकरण (बिटपूल) मध्ये वापरल्या जाणार्‍या बिट्सच्या पूलचे कमाल आणि किमान मूल्य: सहसा, 2 ते 53 पर्यंत.

डीकोडरने या पर्यायांच्या कोणत्याही संयोजनास समर्थन देणे आवश्यक आहे. एन्कोडर सर्वकाही लागू करू शकत नाही.
विद्यमान ब्लूटूथ स्टॅक सामान्यत: खालील प्रोफाइलवर सहमत आहेत: संयुक्त स्टिरिओ, 8 बँड, 16 ब्लॉक, लाउडनेस, बिटपूल 2..53. हे प्रोफाइल 44.1 kbps च्या बिट दराने 328 kHz ऑडिओ एन्कोड करते.
बिटपूल पॅरामीटर एका प्रोफाइलमधील बिटरेटवर थेट परिणाम करते: ते जितके जास्त असेल तितके जास्त बिटरेट आणि म्हणून गुणवत्ता.
तथापि, बिटपूल सेटिंग विशिष्ट प्रोफाइलशी जोडलेली नाही; इतर पॅरामीटर्स देखील बिटरेटवर लक्षणीय परिणाम करतात: चॅनेलचा प्रकार, वारंवारता बँडची संख्या, ब्लॉक्सची संख्या. तुम्ही बिटपूल न बदलता, नॉन-स्टँडर्ड प्रोफाइलवर वाटाघाटी करून अप्रत्यक्षपणे बिटरेट वाढवू शकता.

SBC बिटरेट फॉर्म्युला

उदाहरणार्थ, ड्युअल चॅनल मोड प्रत्येक चॅनेलसाठी संपूर्ण बिटपूल वापरून चॅनेल स्वतंत्रपणे एन्कोड करतो. डिव्हाइसला जॉइंट स्टिरिओऐवजी ड्युअल चॅनल वापरण्यास भाग पाडून, आम्हाला 617 kbps समान कमाल बिटपूल मूल्यासह जवळजवळ दुप्पट बिटरेट मिळतो.
माझ्या मते, वाटाघाटीच्या टप्प्यावर नॉन-प्रोफाइल बिटपूल मूल्याचा वापर करणे ही A2DP मानकातील एक त्रुटी आहे, ज्यामुळे SBC च्या गुणवत्तेत कृत्रिम मर्यादा आली. बिटरेटवर वाटाघाटी करणे अधिक शहाणपणाचे ठरेल, बिटपूल नाही.

ही निश्चित बिटपूल आणि बिटरेट मूल्ये उच्च गुणवत्तेच्या ऑडिओसाठी शिफारस केलेल्या मूल्यांच्या सारणीमधून उद्भवतात. परंतु शिफारस हे स्वतःला या मूल्यांपुरते मर्यादित ठेवण्याचे कारण नाही.

A2DP v1.2 तपशील, जे 2007 ते 2015 पर्यंत सक्रिय होते, सर्व डीकोडरना 512 kbps पर्यंतच्या बिट दरांसह योग्यरित्या कार्य करणे आवश्यक आहे:

SNK चा डीकोडर सर्व संभाव्य बिटपूल मूल्यांना समर्थन देईल ज्याचा परिणाम कमाल बिट दरापेक्षा जास्त होत नाही. हे प्रोफाइल मोनोसाठी उपलब्ध कमाल बिट दर 320kb/s आणि दोन-चॅनेल मोडसाठी 512kb/s पर्यंत मर्यादित करते.

स्पेसिफिकेशनच्या नवीन आवृत्तीमध्ये बिटरेट मर्यादा नाही. असे गृहीत धरले जाते की 2015 नंतर रिलीझ केलेले आधुनिक हेडफोन आणि EDR चे समर्थन करणारे बिट दर ≈730 kbps पर्यंत समर्थित करू शकतात.

काही कारणास्तव, मी चाचणी केलेल्या Linux (PulseAudio), Android, Blackberry आणि macOS Bluetooth स्टॅकवर बिटपूल पॅरामीटरच्या कमाल मूल्यावर कृत्रिम मर्यादा आहेत, जे थेट कमाल बिटरेटवर परिणाम करतात. परंतु ही सर्वात मोठी समस्या नाही, जवळजवळ सर्व हेडफोन देखील कमाल बिटपूल मूल्य 53 पर्यंत मर्यादित करतात.
मी आधीच पाहिल्याप्रमाणे, बहुतेक उपकरणे सुधारित ब्लूटूथ स्टॅकवर 551 kbps बिट रेटसह, व्यत्यय आणि कॉडशिवाय चांगले कार्य करतात. परंतु अशा बिटरेटची सामान्य परिस्थितीत, सामान्य ब्लूटूथ स्टॅकवर कधीही वाटाघाटी केली जाणार नाही.

ब्लूटूथ स्टॅक सुधारित करणे

A2DP मानकाशी सुसंगत असलेल्या कोणत्याही ब्लूटूथ स्टॅकमध्ये, ड्युअल चॅनल मोडसाठी समर्थन आहे, परंतु ते इंटरफेसमधून सक्रिय करणे शक्य नाही.

चला इंटरफेसमध्ये एक स्विच जोडूया! मी Android 8.1 आणि Android 9 साठी पॅचेस बनवले आहेत जे स्टॅकमध्ये पूर्ण ड्युअल चॅनल समर्थन जोडतात, विकसक टूल्समधील मोड स्विच मेनूमध्ये एक मोड जोडतात आणि ड्युअल चॅनल सक्षम SBC ला ते aptX, AAC सारखे अतिरिक्त कोडेक असल्यासारखे वागतात. किंवा डिव्हाइसच्या ब्लूटूथ सेटिंग्जमध्ये चेकमार्क जोडून LDAC (Android त्याला HD ऑडिओ म्हणतात). ते कसे दिसते ते येथे आहे:

Android 9 साठी पॅच
Android 8.1 साठी पॅच

चेकबॉक्स सक्रिय झाल्यावर, ब्लूटूथ ऑडिओ थोड्या दराने प्रसारित करणे सुरू होते ५५१ केबीपीएस, हेडफोन 3 Mbps कनेक्शनला समर्थन देत असल्यास, किंवा ५५१ केबीपीएसजर हेडफोन फक्त 2 Mbps चे समर्थन करत असतील.

हा पॅच खालील पर्यायी फर्मवेअरमध्ये समाविष्ट केला आहे:

• लाइनेजओएस
• पुनरुत्थान रीमिक्स
• crDroid

551 आणि 452 kbps कुठून आले?

ब्लूटूथमधील एअर स्प्लिटिंग तंत्रज्ञान मोठ्या, निश्चित-आकाराचे पॅकेट कार्यक्षमतेने प्रसारित करण्यासाठी डिझाइन केलेले आहे. डेटा ट्रान्सफर स्लॉटमध्ये होतो, एका ट्रान्सफरमध्ये पाठवलेल्या स्लॉट्सची सर्वात मोठी संख्या 5 असते. ट्रान्सफर मोड देखील आहेत जे 1 किंवा 3 स्लॉट वापरतात, परंतु 2 किंवा 4 नाही. 5 स्लॉटमध्ये 679 बाइट्सपर्यंत कनेक्शन वेगाने हस्तांतरित केले जाऊ शकते 2 Mbps आणि 1021 बाइट्स पर्यंत 3 Mbps च्या वेगाने, आणि अनुक्रमे 3 - 367 आणि 552 बाइट्समध्ये.

जर आम्हाला 679 किंवा 1021 बाइट्सपेक्षा कमी डेटा हस्तांतरित करायचा असेल, परंतु 367 किंवा 552 बाइट्सपेक्षा जास्त असेल, तर हस्तांतरणास अद्याप 5 स्लॉट लागतील आणि डेटा त्याच वेळी हस्तांतरित केला जाईल, ज्यामुळे हस्तांतरण कार्यक्षमता कमी होते.

SBC ड्युअल चॅनल मोडमध्ये, बिटपूल 44100 पॅरामीटर्ससह 38 Hz ऑडिओवर, प्रति फ्रेम 16 ब्लॉक्स, 8 वारंवारता बँड, 164 kbps बिट रेटसह, 452 बाइट फ्रेम्समध्ये ऑडिओ एन्कोड करते.
ऑडिओ L2CAP आणि AVDTP ट्रान्सफर प्रोटोकॉलमध्ये एन्कॅप्स्युलेट केलेला असणे आवश्यक आहे, जे ऑडिओ पेलोडमधून 16 बाइट्स घेतात.

अशा प्रकारे, 5 स्लॉटसह एका ब्लूटूथ ट्रांसमिशनमध्ये, 4 ऑडिओ फ्रेम्स बसवणे शक्य आहे:

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

आम्ही पाठवलेल्या पॅकेटमध्ये 11.7 ms ऑडिओ डेटा फिट करतो जो 3.75 ms मध्ये प्रसारित केला जाईल आणि आमच्याकडे पॅकेजमध्ये 6 न वापरलेले बाइट्स शिल्लक आहेत.
तुम्ही बिटपूल किंचित वाढवल्यास, 4 ऑडिओ फ्रेम यापुढे एका पॅकेजमध्ये पॅक करता येणार नाहीत. तुम्हाला एका वेळी 3 फ्रेम पाठवाव्या लागतील, ज्यामुळे ट्रान्समिशन कार्यक्षमता कमी होते, प्रति फ्रेम प्रसारित होणार्‍या ऑडिओचे प्रमाण कमी होते आणि खराब रेडिओ परिस्थितीत ऑडिओ जलद गतीने तोतरे होतील.

त्याच प्रकारे, EDR 551 Mbps साठी 3 kbps चा बिटरेट निवडला गेला: बिटपूल 47 सह, प्रति फ्रेम 16 ब्लॉक्स, 8 फ्रिक्वेन्सी बँड, 200 kbps बिट रेटसह 551 बाइट्सचा फ्रेम आकार प्राप्त होतो. एका पॅकेजमध्ये 5 फ्रेम्स किंवा 14.6 ms संगीत असते.

सर्व SBC पॅरामीटर्सची गणना करण्यासाठी अल्गोरिदम खूप क्लिष्ट आहे, आपण हाताने मोजल्यास आपण सहजपणे गोंधळात पडू शकता, म्हणून मी स्वारस्य असलेल्यांना मदत करण्यासाठी एक परस्पर कॅल्क्युलेटर बनवले आहे: btcodecs.valdikss.org.ru/sbc-bitrate-calculator

हे सर्व का आवश्यक आहे?

AptX कोडेकच्या ध्वनी गुणवत्तेबद्दलच्या लोकप्रिय समजुतीच्या विरुद्ध, काही फाइल्सवर ते 328 kbps च्या मानक बिटरेटसह SBC पेक्षा वाईट परिणाम देऊ शकतात.

SBC डायनॅमिकली फ्रिक्वेन्सी बँड्सना क्वांटायझेशन बिट्सचे वाटप तळापासून वरच्या फॅशनमध्ये करते. जर संपूर्ण बिटरेट खालच्या आणि मध्यम फ्रिक्वेन्सीसाठी वापरला असेल, तर वरच्या फ्रिक्वेन्सी "कट ऑफ" केल्या जातील (त्याऐवजी शांतता असेल).
aptX सर्व वेळ समान संख्येच्या बिट्ससह फ्रिक्वेन्सी बँडचे परिमाण करते, म्हणूनच त्याचा बिट दर स्थिर असतो: 352 kHz साठी 44.1 kbps, 384 ​​kHz साठी 48 kbps, आणि ते ज्या फ्रिक्वेन्सीजची आवश्यकता असते त्यांना "बिट्स ट्रान्सफर" करू शकत नाही. सर्वाधिक SBC च्या विपरीत, aptX फ्रिक्वेन्सी "कट" करणार नाही, परंतु त्यामध्ये क्वांटायझेशन आवाज जोडेल, ऑडिओची डायनॅमिक श्रेणी कमी करेल आणि काहीवेळा वैशिष्ट्यपूर्ण क्रॅकल्स सादर करेल. SBC, दुसरीकडे, "तपशील खातात" - सर्वात शांत क्षेत्र टाकून देते.
सरासरी, SBC 328k च्या तुलनेत, aptX वाइड-रेंज संगीतावर कमी विकृती आणते, परंतु अरुंद-श्रेणी, उच्च-डायनॅमिक-श्रेणी संगीतावर, SBC 328k कधीकधी जिंकते.

चला एका विशेष प्रकरणाचा विचार करूया. पियानो रेकॉर्डिंगचा स्पेक्ट्रोग्राम:

मुख्य ऊर्जा 0 ते 4 kHz पर्यंत फ्रिक्वेन्सीमध्ये असते आणि 10 kHz पर्यंत चालू राहते.
aptX सह संकुचित केलेल्या फाइलचा स्पेक्ट्रोग्राम असे दिसते:

आणि SBC 328k असे दिसते.

हे पाहिले जाऊ शकते की SBC 328k ने कालांतराने 16 kHz वरील श्रेणी पूर्णपणे बंद केली आणि या मूल्यापेक्षा कमी श्रेणींवर सर्व उपलब्ध बिटरेट खर्च केले. तथापि, aptX ने मानवी कानाला ऐकू येणार्‍या फ्रिक्वेंसी स्पेक्ट्रममध्ये अधिक विकृती आणली, जी aptX स्पेक्ट्रोग्राम (जेवढी उजळ, अधिक विकृती) मधून वजा केलेल्या मूळ स्पेक्ट्रोग्राममध्ये दिसून येते:

SBC 328k ने 0 ते 10 kHz मधील सिग्नल कमी केला आणि बाकीचे कापले:

485k SBC चा बिटरेट बँड कापल्याशिवाय संपूर्ण फ्रिक्वेंसी रेंज जतन करण्यासाठी पुरेसा होता.

या रचनावरील SBC 485k 0-15 kHz च्या श्रेणीमध्ये aptX च्या पुढे आहे आणि एक लहान, परंतु तरीही लक्षात येण्याजोगा फरक आहे - 15-22 kHz मध्ये (अधिक गडद, ​​कमी विकृती):

मूळ ऑडिओ, एसबीसी आणि एपीटीएक्सचे संग्रहण.

उच्च-बिटरेट SBC वर स्विच केल्याने, तुम्हाला ऑडिओ मिळेल जो सहसा कोणत्याही हेडफोनवर aptX पेक्षा जास्त कामगिरी करतो. 3 Mbps EDR कनेक्‍शनला सपोर्ट करणार्‍या हेडफोनवर, 551 kbps aptX HD शी तुलनेने ध्वनी निर्माण करते.

आणि कदाचित आणखी?

Android पॅचमध्ये 2Mbps EDR उपकरणांसाठी बिटरेट आणखी वाढवण्याचा पर्याय देखील आहे. कठीण रेडिओ परिस्थितीत ट्रान्समिशन स्थिरतेच्या कमी खर्चावर बिट रेट 452 kbps वरून 595 kbps पर्यंत वाढवणे शक्य आहे.
व्हेरिएबल persist.bluetooth.sbc_hd_higher_bitrate 1 वर सेट करणे पुरेसे आहे:

# setprop persist.bluetooth.sbc_hd_higher_bitrate 1

अत्यंत बिटरेटसाठी पॅच फक्त LineageOS 15.1 मध्ये स्वीकारले जाते, परंतु 16.0 मध्ये नाही.

डिव्हाइस सुसंगतता

SBC ड्युअल चॅनल जवळजवळ सर्व हेडफोन्स, स्पीकर आणि कार हेड युनिट्सद्वारे समर्थित आहे. हे आश्चर्यकारक नाही - मानक कोणत्याही डीकोडिंग डिव्हाइसेसमध्ये त्याचे समर्थन निर्धारित करते. अशी काही उपकरणे आहेत ज्यावर या मोडमुळे समस्या उद्भवतात, परंतु ही एकल उदाहरणे आहेत.
सुसंगत उपकरणांबद्दल अधिक माहितीसाठी, पहा w4bsitXNUMX-dns.com किंवा xda- विकासक.

आवाजातील फरकांची तुलना

मी एक वेब सेवा बनवली जी SBC मध्ये ऑडिओ एन्कोड करते (तसेच aptX आणि aptX HD) रिअल टाइममध्ये, अगदी ब्राउझरमध्ये. याच्या सहाय्याने, तुम्ही ब्लूटूथ द्वारे ऑडिओ प्रसारित न करता, कोणत्याही वायर्ड हेडफोन्स, स्पीकर आणि तुमच्या आवडत्या संगीतावर, तसेच ऑडिओ प्लेबॅक दरम्यान एन्कोडिंग पॅरामीटर्स बदलता, वेगवेगळ्या SBC प्रोफाइल आणि इतर कोडेक्सच्या आवाजाची तुलना करू शकता.
btcodecs.valdikss.org.ru/sbc-encoder

Android विकसकांशी संपर्क साधा

मी Google वर अनेक ब्लूटूथ स्टॅक डेव्हलपरना लिहिले आहे, त्यांना Android मुख्य शाखा - AOSP मध्ये पॅच समाविष्ट करण्याचा विचार करण्यास सांगितले आहे, परंतु एकही प्रतिसाद मिळालेला नाही. माझे पॅचेस आत आहेत Android साठी Gerrit पॅचिंग सिस्टम तसेच सहभागी कोणाकडूनही टिप्पणी न करता राहिले.
मला गुगलच्या डेव्हलपरशी आणि Android मध्ये SBC HD च्या अंमलबजावणीसाठी मदत मिळाली तर मला आनंद होईल. गेरिटमधील पॅच कालबाह्य झाला आहे (तो सुरुवातीच्या आवर्तनांपैकी एक आहे), आणि विकासकांना माझ्या बदलांमध्ये स्वारस्य असल्यास मी ते अपडेट करेन (ते अपडेट करणे माझ्यासाठी सोपे नाही, माझ्याकडे Android शी सुसंगत साधने नाहीत. प्रश्न).

निष्कर्ष

LineageOS, पुनरुत्थान रीमिक्स आणि crDroid फर्मवेअरसह स्मार्टफोनचे वापरकर्ते आत्ता सुधारित आवाज गुणवत्तेचा आनंद घेऊ शकतात, फक्त ब्लूटूथ डिव्हाइस सेटिंग्जमधील पर्याय सक्रिय करा. लिनक्स वापरकर्ते स्थापित करून वाढीव SBC बिटरेट देखील मिळवू शकतात पाली रोहर पासून पॅच, जे इतर गोष्टींबरोबरच aptX, aptX HD आणि FastStream कोडेक्ससाठी समर्थन जोडते.

स्त्रोत: www.habr.com