ब्लूटूथ स्टैक संशोधनों एएसी, aptX या LDAC कोडेक्स के बिना हेडफ़ोन पर ऑडियो गुणवत्ता में सुधार करने के लिए

इस लेख को पढ़ने से पहले, पिछले एक को पढ़ने की सिफारिश की गई है: ब्लूटूथ पर ऑडियो: प्रोफाइल, कोडेक्स और उपकरणों / के बारे में सबसे विस्तृत जानकारी

कुछ वायरलेस हेडफोन उपयोगकर्ता मानक ब्लूटूथ एसबीसी कोडेक का उपयोग करते समय कम ध्वनि की गुणवत्ता और उच्च आवृत्तियों की कमी को नोट करते हैं, जो सभी हेडफ़ोन और अन्य ब्लूटूथ ऑडियो डिवाइस द्वारा समर्थित है। बेहतर साउंड क्वालिटी पाने के लिए एक आम सलाह है कि एपेक्स या एलडीएसी कोडेक्स सपोर्ट वाले डिवाइस और हेडफोन खरीदें। इन कोडेक्स को लाइसेंस फीस की आवश्यकता होती है, यही कारण है कि उनके साथ डिवाइस अधिक महंगे हैं।

यह पता चला है कि एसबीसी की निम्न गुणवत्ता सभी वर्तमान ब्लूटूथ स्टैक और हेडफ़ोन के कॉन्फ़िगरेशन की कृत्रिम सीमाओं के कारण होती है, और इस सीमा को केवल सॉफ्टवेयर संशोधन के साथ किसी भी मौजूदा डिवाइस पर खतना किया जा सकता है।

Sbc कोडेक

SBC में कनेक्शन सेटअप चरण के दौरान बातचीत करने वाले विभिन्न पैरामीटर हैं:

• ऑडियो चैनल प्रकार और संख्या: संयुक्त स्टीरियो, स्टीरियो, दोहरी चैनल, मोनो;
• आवृत्ति बैंड की संख्या: 4 या 8;
• एक पैकेट में ऑडियो ब्लॉक की संख्या: 4, 8, 12, 16;
• परिमाणीकरण बिट आवंटन एल्गोरिथ्म: लाउडनेस, एसएनआर;
• परिमाणीकरण प्रक्रिया में प्रयुक्त अधिकतम और न्यूनतम बिट पूल: आमतौर पर 2-53।

इन मापदंडों के किसी भी संयोजन का समर्थन करने के लिए डिकोडर की आवश्यकता होती है। एनकोडर उनमें से केवल एक भाग को लागू कर सकता है।
मौजूदा ब्लूटूथ स्टैक आमतौर पर विकल्पों के निम्नलिखित सेट पर बातचीत करते हैं जिसे मैं "प्रोफ़ाइल" कहता हूं: संयुक्त स्टीरियो, 8 बैंड, 16 ब्लॉक, लाउडनेस, बिटपूल 2..53। यह प्रोफ़ाइल 328 kbps बिटरेट के साथ 44.1 kHz स्टीरियो ऑडियो को इनकोड करता है।
बिटपूल एक पैरामीटर है जो एन्कोडिंग बिटरेट को बदलता है: उच्च यह बिटरेट जितना अधिक होता है, और इसलिए गुणवत्ता। लेकिन सटीक बिटपूल मान केवल सटीक प्रोफ़ाइल के भीतर सटीक बिटरेट से मेल खाती है।
बिटरेट भी अन्य मापदंडों से काफी प्रभावित होता है: ऑडियो चैनल प्रकार, आवृत्ति बैंड की संख्या, ऑडियो ब्लॉक की संख्या। आप गैर-मानक प्रोफाइल पर बातचीत करके, अप्रत्यक्ष रूप से बिटरेट को बढ़ा सकते हैं, बिटपूल को बदले बिना।

$$

$$बिटरेट = \ frac {8 \ बार फ्रेम \ _length \ times नमूना \ _rate} {उपखंड \ बार ब्लॉक}$$

बिटरेट गणना सूत्र


उदाहरण के लिए, ड्यूल चैनल मोड अलग-अलग चैनलों को एनकोड करता है, प्रत्येक चैनल के लिए अलग-अलग बिटपूल का उपयोग करते हुए, स्टीरियो या जॉइंट स्टीरियो के विपरीत, जो दोनों चैनलों के लिए बिटपूल का उपयोग करते हैं। संयुक्त स्टीरियो के बजाय दोहरी चैनल का उपयोग करने के लिए मजबूर डिवाइस हमें 53 के समान बिटपूल मूल्य के साथ, 617 केबीपीएस के लगभग दोगुनी बिटरेट मिलेगा।
मेरे लिए यह महसूस होता है कि बिटपूल एक आंतरिक चर होना चाहिए। मुझे लगता है कि यह एक A2DP विनिर्देश डिज़ाइन दोष है कि बिटपूल मान अन्य कोडेक मापदंडों के लिए बाध्य नहीं है और केवल एक स्वतंत्र बातचीत चर के रूप में परिभाषित किया गया है।

फिक्स्ड बिटपूल और बिटरेट मान उच्च गुणवत्ता वाले ऑडियो के लिए अनुशंसित प्रोफ़ाइल से उत्पन्न हुए हैं। लेकिन सिफारिश इन मापदंडों पर सीमा निर्धारित करने का कारण नहीं होनी चाहिए।



A2DP विनिर्देशन v1.2, जो 2007 से 2015 तक सक्रिय था, को सभी डिकोडर को 512 kbps तक बिट्रेट्स के साथ सही ढंग से काम करने की आवश्यकता है:

एसएनके के डिकोडर सभी संभावित बिटपूल मानों का समर्थन करेंगे जो अधिकतम बिट दर से अधिक नहीं होते हैं। यह प्रोफ़ाइल मोनो के लिए उपलब्ध अधिकतम बिट दर 320kb / s और दो-चैनल मोड के लिए 512kb / s को सीमित करता है।

विनिर्देश के नए संस्करण में कोई बिटरेट सीमा नहीं बताई गई है। यह माना जाता है कि 2015 के बाद जारी किए गए EDR सपोर्ट वाले आधुनिक हेडफोन 730 kbps तक के बिटरेट का समर्थन कर सकते हैं।

किसी कारण के लिए, वर्तमान में सभी परीक्षण किए गए ब्लूटूथ स्टैक (लिनक्स (पल्सएडियो), एंड्रॉइड, ब्लैकबेरी और मैकओएस) में अधिकतम बिटपूल पैरामीटर के कृत्रिम प्रतिबंध हैं, जो सीधे अधिकतम बिटरेट को प्रभावित करता है। लेकिन यह सबसे बड़ी समस्या नहीं है, लगभग सभी हेडफ़ोन अधिकतम बिटपूल मान को 53 तक सीमित करते हैं।
जैसा कि मैंने पहले ही अपने परीक्षणों में देखा है, अधिकांश डिवाइस बिना किसी रुकावट और खुर के 551 kbps की बिटरेट के साथ संशोधित ब्लूटूथ स्टैक पर ठीक काम करते हैं। लेकिन इस तरह की बिटरेट को सामान्य परिस्थितियों में शेयर ब्लूटूथ स्टैक के साथ बातचीत नहीं की जाएगी।

ब्लूटूथ स्टैक संशोधन

प्रत्येक A2DP- संगत ब्लूटूथ स्टैक को दोहरे चैनल मोड का समर्थन करना चाहिए, लेकिन इस मोड के उपयोग को मजबूर करने का कोई तरीका नहीं है।

चलो उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस में एक स्विच जोड़ते हैं! मैंने एंड्रॉइड 8.1 और एंड्रॉइड 9 के लिए पैच बनाए, जो स्टैक और डेवलपर मेनू में दोहरी चैनल के लिए पूर्ण समर्थन जोड़ते हैं, और एक अतिरिक्त "एचडी ऑडियो" कोडेक जैसे aptX, AAC या LDAC के रूप में एक टिक जोड़कर दोहरी चैनल मोड को संभालते हैं। ब्लूटूथ डिवाइस सेटिंग्स यहाँ है कि यह कैसा दिखता है:



Android 9 पैच
एंड्रॉइड 8.1 पैच

यह चेकबॉक्स दोहरे चैनल मोड को टॉगल करता है जिसे EDR 3 Mb / s उपकरणों के लिए 551 kbps और EDR 2 Mb / s उपकरणों के लिए 452 kbps का उपयोग करने के लिए कॉन्फ़िगर किया गया है।

इस पैचसेट को निम्नलिखित वैकल्पिक फर्मों में मिला दिया गया है:

• वंशावली 15.1 (31 मार्च, 2019 से) और 16.0 (13 मई, 2019 से)
• पुनरुत्थान रीमिक्स (14 मई, 2019 से)
• crDroid (13 मई, 2019 से)

551 और 452 kbps कहां से आए?

ब्लूटूथ टाइम डिवीजन तकनीक को बड़े फिक्स्ड-आकार के पैकेट को कुशलता से प्रसारित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। डेटा ट्रांसफर स्लॉट्स में होता है, एक ट्रांसमिशन में भेजे गए स्लॉट्स की सबसे बड़ी संख्या 5 है। 1 या 3 स्लॉट्स का उपयोग करके ट्रांसफर मोड भी हैं, लेकिन 2 या 4 नहीं। आप एक कनेक्शन की गति पर 5 स्लॉट में 679 बाइट्स तक स्थानांतरित कर सकते हैं। 2 एमबीपीएस की, और 3 एमबीपीएस की गति से 1021 बाइट तक। 3 स्लॉट में डेटा की अधिकतम मात्रा क्रमशः 367 और 552 बाइट्स है।



यदि हम 679 या 1021 बाइट्स से कम डेटा ट्रांसफर करना चाहते हैं, लेकिन 367 या 552 बाइट्स से अधिक है, तो ट्रांसफर में अभी भी 5 स्लॉट होंगे, और ट्रांसमिशन को उतनी ही मात्रा में समय लगेगा, जो ट्रांसमिशन दक्षता को कम करता है।



44100 हर्ट्ज ऑडियो को डब्लूपी चैनल मोड में एसबीसी का उपयोग करके बिटपूल = 38 के साथ एन्कोड किया गया, एक फ्रेम में 8 ब्लॉक, 8 आवृत्ति बैंड, 452 केबी / एस बिटरेट के साथ 164 बाइट्स के ऑडियो फ्रेम का उत्पादन करता है।
ऑडियो पेलोड को L2CAP और AVDTP ट्रांसमिशन प्रोटोकॉल में एनकोड किया जाना चाहिए, जो ऑडियो पेलोड से ओवरहेड के 16 बाइट्स घटाते हैं।

$$

$$\ start {align *} framelength & = 4 + \ frac {subbands \ टाइम्स चैनल} {2} + \\ & \ {शुरू {केसेस} \ frac {ब्लॉक \ टाइम्स चैनल \ बिट बिटपूल} {8} & \ text { यदि मोनो या दोहरे चैनल मोड} \\ \ frac {सबबेंड्स + ब्लॉक बिटपूल} {8} और \ टेक्स्ट {यदि संयुक्त स्टीरियो मोड} \\ \ frac {ब्लॉक बिटपूल} {8} और \ टेक्स्ट {स्टीरियो मोड} \\ \ end {मामलों} \ end {संरेखित करें}}$$

एक 5-स्लॉट ऑडियो ट्रांसमिशन में 4 ऑडियो फ़्रेम हो सकते हैं:

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

एक एकल पैकेट 11.7 एमएस ऑडियो डेटा तक पहुंचाता है, जिसे 3.75 एमएस में प्रसारित किया जाएगा, और हमारे पास 6 अप्रयुक्त बाइट्स पैकेट में बचे हैं।
यदि आप बिटपूल को थोड़ा बढ़ाते हैं, तो 4 ऑडियो फ्रेम अब एक ट्रांसमिशन में पैक नहीं किए जा सकते हैं। आपको एक समय में 3 फ़्रेम भेजने होंगे, जो ट्रांसमिशन दक्षता को कम करता है, एक पैकेट में प्रसारित ऑडियो की मात्रा को कम करता है, और खराब रेडियो स्थितियों के तहत ऑडियो हकलाने की संभावना बढ़ जाएगी।

EDR 3 एमबीपीएस के लिए 551 केबीपीएस बिटरेट को एक ही सिद्धांत का उपयोग करके चुना गया था: बिटपूल 47 के साथ, प्रति फ्रेम 16 ब्लॉक, 8 आवृत्ति बैंड, फ्रेम आकार 200 बाइट्स है, जिसमें बिट दर 551 केबीपीएस है। एकल प्रसारण 5 फ्रेम या 14.6 एमएस संगीत के लिए बंडल कर सकता है।

सभी एसबीसी मापदंडों की गणना के लिए एल्गोरिथ्म काफी जटिल है, आप आसानी से एक गलती कर सकते हैं यदि आप उन सभी को मैन्युअल रूप से गणना करने का प्रयास करते हैं, तो मैंने रुचि रखने वालों की मदद करने के लिए एक इंटरैक्टिव कैलकुलेटर बनाया:
btcodecs.valdikss.org.ru/sbc-bitrate-calculator

वह सब किस लिए है?

AptX साउंड क्वालिटी के लोकप्रिय विश्वास के विपरीत, कुछ मामलों में यह मानक 328k बिटरेट के साथ SBC की तुलना में बदतर ऑडियो गुणवत्ता का उत्पादन कर सकता है।

SBC गतिशील रूप से आवृत्ति बैंड के लिए परिमाणीकरण बिट्स आवंटित करता है, जो "बॉटम-टू-टॉप" आधार पर कार्य करता है। यदि पूरी बिटरेट का उपयोग निचली और मध्यम आवृत्तियों के लिए किया गया था, तो ऊपरी आवृत्तियां "कट ऑफ" (खामोश) हैं।
aptX लगातार बिट्स की एक ही संख्या के साथ आवृत्ति बैंड की मात्रा निर्धारित करता है, जो इसे एक निरंतर बिटरेट कोडेक बनाता है: 44.1 kHz के लिए 352 kbps, 48 ​​kHz के लिए 384 kbps। यह उन आवृत्तियों पर "स्थानांतरण बिट्स" नहीं कर सकता है जिनकी उन्हें सबसे अधिक आवश्यकता है। SBC के विपरीत, aptX आवृत्तियों को "काट" नहीं करेगा, लेकिन ऑडियो के गतिशील रेंज को कम करने, और कभी-कभी दरारों को पेश करने के लिए उन पर परिमाणीकरण शोर जोड़ देगा। एसबीसी, इसके विपरीत, "विवरण खाता है" - सबसे शांत क्षेत्रों को छोड़ देता है।
SBC 328k की तुलना में औसतन, aptX एक विस्तृत आवृत्ति रेंज के साथ संगीत में कम विरूपण करता है, लेकिन एक संकीर्ण आवृत्ति रेंज के साथ संगीत पर और एक व्यापक गतिशील रेंज SBC 328k कभी-कभी जीतता है।

आइए एक विशेष मामले पर विचार करें, एक पियानो रिकॉर्डिंग। यहाँ एक तमाशा है:


अधिकांश ऊर्जा 0-4 kHz आवृत्तियों पर स्थित होती है, और 10 kHz तक रहती है।
फ़ाइल aptX फ़ाइल का स्पेक्ट्रोग्राम इस तरह दिखता है:


यहाँ SBC 328k है:


यह देखा जा सकता है कि SBC 328k समय-समय पर पूरी तरह से 16 kHz से ऊपर की सीमा को काट देता है, और इस मूल्य के नीचे आवृत्ति श्रेणियों के लिए सभी उपलब्ध बिट्रेट का उपयोग करता है। हालाँकि, aptX ने मानव कान द्वारा श्रव्य आवृत्ति वाले श्रव्य स्पेक्ट्रम में अधिक विकृतियाँ पेश कीं, जो कि aptX स्पेक्ट्रोग्राम (भंगुर, अधिक विकृति) से घटाए गए मूल ऑडियो स्पेक्ट्रोग्राम पर देखी जा सकती हैं:


SBC 328k ने 0 से 10 kHz तक की सीमा में सिग्नल के लिए कम विरूपण शुरू किया है, और शेष आवृत्तियों को किया गया है:


एसबीसी के लिए 485k बिट्रेट पर्याप्त था जो बैंड्स को काटे बिना पूरी आवृत्ति रेंज को बचाने के लिए था।


SBC 485k aptX की तुलना में इस नमूने पर 0-15 kHz की सीमा में बहुत बेहतर परिणाम देता है, और 15-22 kHz (कम गहरा, कम विरूपण) पर एक छोटा लेकिन अभी भी ध्यान देने योग्य अंतर है:


मूल ऑडियो और SBC / aptX- एन्कोडेड फ़ाइलों के साथ पुरालेख ।

एक उच्च-बिटरेट SBC पर स्विच करने से आपको ध्वनि मिलेगी जो किसी भी हेडफ़ोन पर अधिकांश समय aptX से बेहतर है। EDR 3 Mb / s सपोर्ट वाले हेडफ़ोन पर, 551 kb / s SBC ध्वनि पैदा करता है जो aptX HD के बहुत करीब है।

क्या हम आगे भी जा सकते हैं?

Android पैचसेट के पास EDR 2 mbps डिवाइस के लिए आगे भी बिटरेट बढ़ाने का एक अतिरिक्त विकल्प है। आप भीड़भाड़ वाले रेडियो स्थितियों के मामले में प्रसारण की स्थिरता को कम करने की कीमत पर 452 केबीपीएस से 595 एमबीपीएस तक बिटरेट को टक्कर दे सकते हैं।
बस persist.bluaxy.sbc_hd_higher_bitrate चर को 1 पर सेट करें।

 # setprop persist.bluetooth.sbc_hd_higher_bitrate 1 

वर्तमान में एक्सट्रीम बिट रेट पैच को केवल वंशावली 15.1 में विलय कर दिया गया है, लेकिन 16.0 में नहीं।

उपकरणों के साथ संगतता

एसबीसी डुअल चैनल लगभग सभी हेडफ़ोन, स्पीकर और कार हेड यूनिट द्वारा समर्थित है। यह कोई आश्चर्य नहीं है - मानक किसी भी डिकोडिंग डिवाइस में अपने समर्थन को अनिवार्य करता है। उपकरणों की एक छोटी संख्या है, जिस पर यह मोड समस्याओं का कारण बनता है, लेकिन ये बहुत दुर्लभ मामले हैं।
संगत उपकरणों पर अधिक जानकारी w3bsit3-dns.com और xda- Developers पर देखी जा सकती है ।

ध्वनि अंतर तुलना

मैंने एक वेब सेवा बनाई है जो वास्तविक समय में एसबीसी (साथ ही aptX और aptX HD) को ऑडियो एन्कोड करती है, सही ब्राउज़र में। आप वास्तव में ब्लूटूथ के माध्यम से ऑडियो को बिना किसी वायर्ड हेडफ़ोन, स्पीकर और अपने पसंदीदा संगीत पर प्रसारित किए बिना विभिन्न एसबीसी प्रोफाइल और अन्य कोडेक्स की ध्वनि की तुलना कर सकते हैं। आप ऑडियो प्लेबैक के दौरान सीधे एन्कोडिंग मापदंडों को भी बदल सकते हैं।
btcodecs.valdikss.org.ru/sbc-encoder

Android डेवलपर्स से संपर्क करना

मैंने Google से कई ब्लूटूथ स्टैक डेवलपर्स से संपर्क करने की कोशिश की, उनसे कहा कि वे मेरे पैच सहित मुख्य एंड्रॉइड शाखा - एओएसपी पर विचार करें, लेकिन एक भी जवाब नहीं मिला। एंड्रॉइड के लिए गेरिट कोड समीक्षा प्रणाली में मेरे पैच विकास में शामिल किसी से भी कोई टिप्पणी नहीं मिली है।
मुझे खुशी होगी अगर कोई Google डेवलपर्स को Android के लिए SBC HD के इस कार्यान्वयन के बारे में बता सके। गेरिट पैचसेट पहले से पुराना है (यह शुरुआती संशोधनों में से एक है), लेकिन मैं इसे अपडेट करूंगा यदि डेवलपर्स मेरे बदलावों में रुचि रखते हैं (इसे अपडेट करना मेरे लिए आसान नहीं है, मेरे पास Android Q संगत डिवाइस नहीं हैं) ।

निष्कर्ष

LineageOS, Resurrection रीमिक्स और crDroid फ़र्मवेयर के उपयोगकर्ता ब्लूटूथ डिवाइस सेटिंग्स में एक चेकबॉक्स पर टिक करके ब्लूटूथ ऑडियो गुणवत्ता को बढ़ा सकते हैं। लिनक्स उपयोगकर्ता पाली रोहर से पैच स्थापित करके एक उच्च एसबीसी बिटरेट भी प्राप्त कर सकते हैं, जो अन्य चीजों में से, aptX, aptX HD और FastStream कोडेक के लिए समर्थन जोड़ता है।