Bluetooth кодирането: ето какво предлагат съвременните кодеци

Не всички кодеци са еднакво добри. Все пак навярно и сами си знаете: когато видите само три букви SBC в характеристиките на безжичните слушалки, много хора веднага вдигат раменен и отказват да ги купят. Но ако там е посочен LDAC или поне AptX Adaptive, тогава можете да сметнете този модел за достоен за внимание. И така, какви са тези кодеци и наистина ли SBC е лош? Нека да разберем!

Какво е кодекът и защо е необходим?

В случай на нормална кабелна връзка всичко е много просто: има файл в някакъв формат, има декодер на този формат, има DAC с усилвател и изход за слушалки. И всичко това се побира съвсем нормално в един смартфон. Е, или „благодарение“ на маркетинга, който лиши повечето мобилни телефони от 3,5 мм изход, присъства под формата на пакет „смартфон плюс външен USB-запис“. Няма никакви ограничения, нищо не пречи на никого – просто зареждайте музика с максимално качество и я слушайте със същото качество.

Но веднага щом поискате да се отървете от кабела за слушалки и си купите модел с Bluetooth, всичко се усложнява: сигналът вече се предава по радиоканал и трябва да направите така, че, първо, да стигне до слушалките цял и навреме, второ, да запазите максимално качеството и, трето, да успеете да се промъкнете през техническите ограничения на същия този Bluetooth за стрийминг (невъзможно е да се прехвърли увредената част от информацията повторно, както в случая с файла). А и пространството наоколо е силно замърсено: много други устройства излъчват своите сигнали, които по някакъв начин си пречат.

Именно за това служи кодекът: той опакова (компресира) звука по точно определен начин и го излъчва към слушалките, където той се разопакова обратно и с помощта на ЦАП и усилвател се превръща в аналогов сигнал, отиващ към говорителите на слушалките.

Психоакустика и загуби

За да предадете звук с качество на CD, ви е необходима скорост на стрийминг от 1411 kbps, което по принцип не е много. Но щом се стигне до практическото изпълнение, се оказва, че е невъзможно да се получи стабилен пренос с такава скорост чрез Bluetooth и трябва да се измисли нещо. Но какво?

Можете да компресирате аудиото от страна на предавателя, да го вкарате в радио канала и след това да го декомпресирате обратно до първоначалното му състояние. Проблемът с компресирането е, че не може да се прави до безкрай – трябва да се намери баланс между размера и количеството грешки след декомпресирането. А как да се намали количеството на предаваната информация, без слушателят да забележи влошаване на качеството?

Може да се използва компресия без загуби, когато възстановяването на данните е напълно завършено. Такива са например добре познатите на много хора FLAC и ALAC и по-рядко APE (MonkeyAudio). Но, уви, в Bluetooth не се използва – в действителност такива потоци не могат да се предадат безпроблемно и затова се налага звукът да се компресира и опакова много по-плътно.

За да може да се направи това, трябва да се използва компресия със загуби, която не трябва да се забелязва особено много след декомпресията. Тук на помощ идва психоакустиката. Става въпрос за това, че човек не е в състояние да чуе тих звук едновременно със силен или веднага след него, шумът може да маскира някой тон и т.н., включително появата на нова честота поради разликата между два сигнала с по-висока честота. Подобно маскиране може да бъде едностепенно (когато маскираният и маскиращият звук звучат едновременно) или разностепенно (между тях има малка разлика във времето на поява във фонограмата). Така че, ако премахнете маскиращия звук, той няма да бъде много забележим по време на слушане, а и ще спестите доста място.

Междинно заключение: от техническа гледна точка не съществуват опции за „слушане без загуби“ в Bluetooth слушалките.

SBC

Това е и Subband Codec, най-нежеланият (съвсем напразно!) вариант сред хората. Това е стандартният кодек за профила A2DP, който отговаря за преноса на звук към устройствата за възпроизвеждане, свързани към слушалките, високоговорителите и т.н, т.е. всички устройства, поддържащи профила, автоматично знаят как да работят със SBC.

Освен това SBC е съвсем опростен от гледна точка на обработката и консумира минимални изчислителни ресурси в сравнение с другите кодеци, използва 4 или 8 честотни поддиапазона – нарязва всички честоти на фрагменти и кодира всеки фрагмент поотделно, като започва с басите и завършва с високите честоти, динамично разпределяйки битовете за максимално запазване на „материала“ (т.е. максималните икономии са винаги във високите честоти). Битрейтът му достига 510 kbps и дори 1500 kbps (според някои източници). Изглежда, че скоростта е достатъчна, а и другите параметри на кодека могат да се регулират (семпли, разпределение на битовете и т.н.), но…

Но производителите в най-добрия случай използват препоръчителния профил SBC High Quality, който ограничава потока до 328 kbps (при честота на дискретизация 44,1 kHz), а разработчиците на Bluetooth стека от своя страна не са си направили труда да поддържат други профили и настройки. Това хем е технически по-лесно, хем, отново, най-високият битрейт така или иначе не се прехвърля безпроблемно до слушалките. А ако някой ще използва по-прост профил (същото средно качество) и настройки, ще получим доста лош звук, който често се среща в евтините слушалки от Aliexpress, а понякога и при сериозни производители. А закъснението от 170-270 ms едва ли е приемливо. Така че SBC има добър потенциал, но производителите да кажем, незнайно защо не желаят да го реализират, с изключение на това, че има няколко неофициални ъпдейти (например SBC XQ), които отключват потока до цели 600 kbps.

AAC

Известен още като Advanced Audio Coding, той използва психоакустичен модел за постигане на по-добър резултат при ограничената скорост на обмена на данни. Много хора вярват, че е разработен от Apple, дори има слухове за версия на декодиране на AAC като Apple Audio Codec, но това не е вярно. Само че твърдението, че най-добрите резултати с този кодек са при продуктите на Apple, е чиста истина. Виновник за това е използването на по-различни реализации на кодирането в едни и същи устройства: Apple AAC в iOS, Fraunhofer AAC в някои по-нормални Android устройства, както и реализацията Don’t-Know-What-I’m-Doing на AAC в други нормални, както и по-опростени устройства, което включва множество треторазредни производители на смартфони.

От гледна точка на производителността AAC изисква значително повече изчислителни ресурси от SBC и aptX, освен това Android има гъвкава система за управление на захранването, която може да сметне, че кодирането в AAC е по-трудоемко, отколкото е необходимо в момента, и да намали качеството.

Максималният битрейт на кодека е 320 kbps, но 256 kbps е често срещан. Да, при този поток той дава по-добро качество от SBC, но поради неясната имплементация във всеки конкретен смартфон и по-високата консумация на енергия то може да се окаже не най-добрият избор. Средната латентност е между 90 и 150 мс.

Различните версии на aptX

Може да се изненадате да научите, че кодекът не е разработен от Qualcomm (те наскоро го закупиха), а от Стивън Смит през 80-те години на миналия век като част от докторантското му изследване в университета Куинс в Белфаст. Намаляването на обема на информацията в този кодек се постига не чрез психоакустика, а чрез адаптивна диференциална импулсно-кодова модулация (адаптивна, защото стъпката на квантуване може да варира). Но Qualcomm продължи да развива този кодек и след покупката от стандартния aptX се появиха aptX HD, aptX Adaptive, aptX Loseless и aptX Low Latency. Съществуват и E-aptX, aptX Live и aptX Voice, но те не се използват за обичайните задачи: първият е създаден за предаване на звук по електронен път, включително цифров, вторият е предназначен за работа с безжични микрофони и подобно оборудване за запис и изпълнения на живо, а третият е ориентиран към по-добрия пренос на глас по време на разговори.

Стандартният вариант на кодека aptX произвежда максимум 325 kbps при честота на дискретизация 44,1 kHz (или 384 kbps при честота на дискретизация 48 kHz), което е сравнимо със SBC, но има по-нисък праг на шума (и той започва да нараства забележимо за SBC още при 2,5 kHz, а за aptX – при около 5 kHz), както и по-малко изкривявания на високите честоти, което е много важно. И да, поради липсата на възможност за свободна промяна на настройките от страна на производителите на смартфони той осигурява много по-голяма предсказуемост на резултата. В стандартната версия дава закъснение (латентност) при различни измервания от 80 до 170 ms и в зависимост от конкретния „хардуер“, на слух може да се сравни със SBC-варианта.

По-усъвършенстваният aptX HD е вариант на обичайния aptX, но с по-висок битрейт – до 576 kbps, поради използването на хибридна схема за кодиране и повече данни за честотните диапазони. Високите честоти се запазват по-добре и имат по-малко изкривявания, динамичният обхват е по-голям (120 dB) и поради по-ниските изисквания за изчислителна мощност може съвсем лесно да работи на по-слаби устройства, като осигурява сравнително високо качество на звука.

Следващата стъпка е aptX Adaptive, чиято хитрост е променливата скорост на потока от 276 до 420 kbps. Коефициентът на компресия също е променлив, което води до качество на звука, сравнимо с това на aptX HD.

Още по-добро качество обещава aptX Loseless, най-новият вариант с битрейт до 1200 kbps и адаптивна промяна на битрейта. Въведен през 2019 г., той все още не е набрал популярност, изисква съвременни процесори с поддръжка на платформата Qualcomm Snapdragon Sound. Сред слушалките засега не мога да се посочим лично нито един модел от по-известните. Така че ще чакаме.

Последният от серията е aptX Low Latency, който по същество е разновидност на aptX с минимална латентност. Скоростта на потока е 352 kbps, но латентността е около 30-40 ms, което е напълно приемливо за кино и особено за компютърни игри. Няма смисъл да го използвате за слушане на музика.

LDAC

Активно рекламиран от създателите си от Sony, кодекът осигурява наистина високо качество на звука със скорост на потока до 990 kbps и поддръжка на 96 kHz/24-битов звук. А качеството на CD се прехвърля без никакви промени и влошаване. И присъства на всички устройства с Android 8 и нагоре. Изглежда, че е намерено идеалното решение! Но не всичко е толкова просто.

На първо място, кодекът може да работи в режими Hi-Res и CD, като вторият режим пренася 44,1 kHz/16 bit аудио, използвайки избрания битрейт. Второ, кодекът има три опции за качество: най-добра възможност за връзка (330 kbit/s), балансирана (660 kbit/s) и максимално качество (990 kbit/s), като няма гаранция, че смартфонът ви може да работи с последната. Но при 330 kbit/s LDAC няма да звучи по-добре от SBC или AAC, като очевидно не осигурява CD-качество.

Друга трудност при този кодек е необходимостта от стабилна връзка: 660 и особено 990 kbps изискват малко разстояние между смартфона и слушалките в реални условия на използване. А при 330 kbps той се справя по-зле от AAC с SBC. Плюс това „качеството“ все пак трябва да се избира принудително в настройките, ако това е възможно в случая на конкретен смартфон и фърмуер. Закъснението е до 200 ms, което не е подходящо за игри и други подобни. Така че LDAC е наистина добър само при максималното си качество и при достатъчно добри условия на радиопредаване.

HWA: LDHC, LLAC, LDHC-V

Известен още като „кодека на Huawei„, всъщност разработен от Savitech. Той означава Low-latency High-Definition audio Codec (а HWA – Hi-Res Wireless Audio) и е пряк конкурент на LDAC и aptX HD with Adaptive, активно популяризирани от Huawei. Битрейт от 400, 560 и 900 kbps, максимално качество на звука от 96 kHz/24 бита – всичко това прави LDHC доста сериозно решение.

Стандартната версия има същото закъснение като LDAC – до 200 ms, но има и LLAC (Low-latency Audio Codec или LDHC LL) със закъснение до 30 ms. В същото време максималният битрейт е намален до само 600 kbps, което осигурява съвсем приличен звук за игри.

Най-новият вариант на кодека LDHC-V е ориентиран към „пълноценен Hi-Res“ и има битрейт от 128 до 1000 kbps и е своеобразен „анонс“ на LDHC Loseless, който теоретично може да има битрейт до 1400 kbps.

Ако сравним LDAC и LDHC, първият има малко по-висок максимален битрейт (990 срещу 900 kbps), но при лоши условия на трансфер минималният битрейт ще бъде по-висок за втория (330 срещу 400 kbps). Освен това има опция за ниска латентност, за която Sony не дава отговор.

SSC

Ето го и кодекът от корейците – Samsung Scalable Codec. Адаптивен, с променлив битрейт от 88 до 512 kbps, той е проектиран за максимална стабилност на предаването на сигнала при всякакви условия, дори в ущърб на качеството на звука. Най-важното – без накъсване или прекъсване!

За този кодек няма много информация в Глобалната мрежа, с изключение на споменаването на неговото актуализирано продължение SSC Hi-Fi, предназначено за по-добро качество на звука. Максималният му битрейт достига до 584 kbps, което все още е по-ниско от този на конкурентите му. Времето за закъснение не е посочено, уви.

Е, най-важното за този кодек е, че работи само с продуктите на Samsung. Това означава, че както смартфонът или таблетът, така и слушалките трябва да са на Samsung и да поддържат SSC, в противен случай чудото няма да се случи.

LC3 и LC3plus

Един от най-новите кодеци, Low Complexity Communication Codec, е разработен от Fraunhofer IIS и Ericsson като заместител на SBC. Битрейтът е от 160 до 345 kbit/s, но качеството е значително по-високо. Кодекът е част от стандарта Bluetooth 5.2 LE и поради това все още не се използва широко, но можем да кажем със сигурност, че слушалките с него ще издържат по-дълго поради по-ниската консумация на енергия.

Версията LC3plus е проектирана за по-високо качество на звука и дори е призната от Японското аудио общество (JAS) заедно с MQair, LDAC и LHDC. Той обаче не е съвместим с обикновения LC3. Битрейтът достига до 600 kbps, а латентността е неизвестна.

Други

Има и други кодеци, като UAT или MQAir, но те обикновено изискват нещо повече от слушалки и смартфон. Например, същият UAT на китайската компания HiBy, въпреки че може да произвежда 1200 kbps, работи с продукти само на HiBy – например някакъв плейър или DAC с приемник, към който ще бъдат свързани слушалки. А MQAir (или SCL6), патентован кодек от създателите на спорния стандарт MQA, обещава поток от 200 kbps до 20 mbps, но за високите скорости ще използва Wi-Fi. Което също не ни позволява да го наречем пълноценен Bluetooth кодек. И отново стои въпросът за поддръжката обикновените безжични слушалки.

Каква е равносметката?

И в крайна сметка ситуацията се оказва доста забавна: SBC изглежда лош кодек, но всъщност е добър, AAC е различен за iOS и Android, aptX е много по-различен, LDAC трябва да се избере ръчно за максимално качество и това качество все още се поддържа (и ние се радваме), LDHC и LLAC все още се разширяват, SSC е влязъл някак в себе си, а LC3 току-що започва своя път.

Какво да изберете. Ясно е – това, което смартфонът ви може да изведе най-добре, и това, което поддържат слушалките, от които се интересувате. Собствениците на Apple са улеснени в това отношение – само AAC, само хардкор. И не забравяйте, че колкото и да е страхотен кодекът, незамърсеното с радиоизлъчване околно пространство и висококачественият източник, безжичните слушалки си имат собствен DAC и усилвател, които заедно могат да направят нещо твърде неприятно със звука, за което и най-добрият кодек с най-правилните настройки няма да помогне.

Съветът е прост и стандартен: изслушайте устройството, преди да го купите. По-късно ще го имате в ушите си и само вие можете да решите дали ви харесва звукът на любимата ви музика или не. Или пък се доверете на отзивите на „правилните“ и знаещите хора в случай на нужда. А ако все още имате съмнения и не искате да страдате, прекрасният и удивителен свят на True Hi-Res по кабел с отделни DAC-усилватели ви очаква! Готови ли сте?