Alguma verdade desconfortável sobre LDAC

Este artigo é uma continuação da discussão que surgiu no artigo anterior .

Como a prática demonstrou, o trabalho da equipe de marketing da Sony foi recompensado - e o codec LDAC em sua implementação Bluetooth está ganhando popularidade e até conquistou um certo número de fãs.

Vamos ver se tudo é realmente tão magnífico?



Esta imagem é o principal trunfo da Sony na promoção do LDAC. A empresa alega que, com esse codec, foi possível superar a qualidade da transmissão de som três vezes melhor que a SBC e até o aptX, enquanto ainda usava o Bluetooth como tecnologia de transmissão e, ao mesmo tempo, transmitir som de alta definição.

Hmmmm ...

No começo, vamos nos concentrar no básico do Bluetooth. Sei que já escrevi sobre isso, mas sem lembrar disso, é impossível me concentrar no que gostaria de discutir.

Introdução e breve programa educacional

Existem versões, perfis e codecs. Portanto, seu dispositivo pode ter a versão 3.0 do Bluetooth. O perfil musical é A2DP, como em todas as versões do Bluetooth por muitos anos. E dentro do perfil A2DP, você pode usar diferentes codecs de música (MP3, AAC, SBC, aptX, LDAC etc.) para compactar arquivos de música em taxas de bits que podem ser transmitidas via Bluetooth.

No Bluetooth, o dispositivo de envio geralmente é chamado de SRC (fonte) e o dispositivo de recebimento é chamado de SNK (coletor).

O Perfil avançado de distribuição de áudio ou A2DP foi desenvolvido há mais de uma década. Antes desse perfil, havia a chamada "camada de voz", projetada para fones de ouvido e com largura de banda de apenas 64 kbit / s. O restante do Bluetooth era "camada de dados". Portanto, para melhorar a qualidade do som (e especialmente para a transmissão de um sinal estéreo), o A2DP foi desenvolvido, cuja essência era capturar parte da taxa de bits destinada à “transferência de dados” e adaptá-la à música.

Há também um Perfil de controle remoto de áudio / vídeo - AVRCP, que funciona em paralelo para fornecer transmissão de dados de controle: comandos para alterar o volume, alternar faixas etc.

Qual taxa de dados o A2DP pode obter do pool compartilhado? De fato, não há restrições na versão atual do A2DP , no entanto, existem recomendações e elas têm a seguinte aparência para o codec SBC:



Assim, a uma frequência de amostragem de 48 kHz, o valor máximo disponível é 345 kbit / s, e no caso de 44,1 kHz - 328 kbit / s. Como a qualidade dos CDs não compactados requer um fluxo de 1411 kbps, as taxas de bits recomendadas acima são claramente inferiores às necessárias para transferir músicas sem compactação.

Lossy vs Lossless

Para argumentar ainda mais, é importante distinguir entre dois tipos de compressão - sem perdas e com perdas. Ambos reduzem o tamanho do arquivo e, portanto, reduzem a "carga" na taxa de bits. Os nomes falam por si - durante a compactação sem perdas, as informações não são perdidas e, no arquivo restaurado no receptor, o arquivo é idêntico ao arquivo na fonte. A compactação sem perdas reduz o tamanho do arquivo, definindo padrões que podem ser descritos e transmitidos mais rapidamente do que enviando os dados brutos. Grosso modo, é mais rápido dizer "em um arquivo 1000 palavras" olá "seguidas" do que dizer olá 1000 vezes. As informações serão as mesmas, a transferência ocorrerá sem perdas, mas com compactação.

Há uma restrição na taxa de compactação sem perdas e quase todos os codecs sem perdas existentes (Apple Lossless, FLAC, Ogg Vorbis) permitem que a compactação seja alcançada aproximadamente duas vezes - e não mais . Este valor depende do tipo de conteúdo e do método usado.

A compactação com perdas reduz o tamanho do arquivo descartando bits. Os codecs com perdas pesquisam informações que eles acham que você não ouve e as excluem na esperança de que você não sinta a diferença. Com essa abordagem, não há limite para o grau de compactação que pode ser alcançado - apenas mais informações serão descartadas. O MP3 128k comprime o CD cerca de 13 vezes. Parte da compactação é sem perdas, como mencionado acima. Todo o resto são dados descartados. E não importa quais inovações de software ou hardware o fabricante alega - você nunca restaurará o que foi jogado fora, é como repintar uma fotografia em preto e branco.

Bem, isso é em qualquer caso, na teoria e na lógica das coisas.

aptX

Você pode usar vários codecs no perfil Bluetooth A2DP. De fato, você pode até usar MP2, MP3, WMA, AAC e ATRAC - no entanto, o suporte a um codec é obrigatório: SBC (Sub-Band Codec). Este codec suporta fluxos mono e estéreo em várias taxas de amostragem específicas de até 48 kHz.

Todos os outros codecs são opcionais (incluindo a família Sony ATRAC) e as empresas podem até definir seus próprios codecs. MAS: para uma operação bem-sucedida, é necessário que o suporte desses codecs tenha sido pré-instalado nos dispositivos SRC e SNK.

Conseqüentemente, o aptX, que é considerado o “codec Bluetooth generalizado da mais alta qualidade”, funcionará apenas se ambos os dispositivos forem compatíveis com o aptX - por exemplo, seu smartphone e seu alto-falante Bluetooth.

A compatibilidade do AptX exige que o fabricante pague uma taxa de licença que será paga ao proprietário do aptX (CSR / Qualcomm). Bem, isso já foi escrito em um artigo anterior, mas observamos que, até recentemente, a Apple incluía o aptX apenas em pequenas séries do MacBook, e os dispositivos Android recebiam suporte ao aptX apenas na sétima versão do sistema operacional (aptX HD - a partir da oitava) - além disso, até nesta versão, para alguns dispositivos, o suporte foi desativado no nível do software. É claro que um grande número de fabricantes de dispositivos SNK - alto-falantes sem fio, painéis de som e assim por diante - nem sequer pensa nesse suporte, especialmente quando se trata de tecnologia de orçamento.

O AptX é regularmente reivindicado como sendo "qualidade de CD", mas esse não é o caso, pois é limitado a 328 kbps no perfil A2DP, embora seja frequentemente indicado atingir 384 kbps. Como lembramos, a compactação sem perdas fornece um ganho duplo máximo, portanto, 384 kbit / s gira na melhor das hipóteses em 768 kbit / s, e é óbvio que o aptX não atinge o fluxo necessário para a "qualidade do CD" de 1411 kbit / s, e, portanto, é mais correto chamá-lo de "qualidade próxima ao CD" - na verdade, comparável a arquivos AAC ou MP3 320 kbps.

Menção especial merece o codec casual aptX HD já mencionado. De fato, esse é o mesmo aptX, mas com um perfil de codificação diferente e a possibilidade de taxas de bits de até 576 kbit / s. E, novamente, a matemática simples mostra que, até a "qualidade do CD", esse número não é suficiente, embora já esteja significativamente próximo (1152 kbit / s).

Nossas conclusões são confirmadas oficialmente pelo diretor Johnny McClintock (JM) - diretor de marketing e vendas da Qualcomm em entrevista à Sound + Image (S + I) :

S + I: Você pode confirmar se o codec aptX HD está sem perdas ou com perdas?
JM: Tecnicamente, o aptX HD é um codec de compactação com perdas. No entanto, o aptX HD usa uma taxa de compressão relativamente suave de 4: 1; não é de natureza destrutiva. Como é baseado na modulação adaptativa do código de pulso diferencial e não nos princípios da percepção psicoacústica, o aptX HD usa a análise preditiva em vez de tentar reproduzir as características da audição humana através de um ouvido sintético.
S + I: Funciona no perfil A2DP ou usa dados adicionais?
JM: O algoritmo aptX HD usa A2DP para Bluetooth.
S + I: Qual é a taxa máxima de dados possível?
JM: Para obter profundidade de 24 bits e suportar uma frequência de amostragem de 48 kHz, são necessários 576 kbit / s.

Assim, o codec aptX não permite alcançar a "qualidade do CD".

Sony LDAC

Parte I A história

Para ser sincero, deve-se dizer que a Sony já tinha e possui soluções Bluetooth com codecs não padrão - esses são os fones de ouvido Sony DR-BT50 que suportam MP3 . Havia também um codec Sony ATRAC, tão familiar para todos, desde mini-discos que há muito haviam caído no esquecimento.

Mas aqui a Sony Austrália representa uma novidade no desejo da empresa de entrar no mercado de soluções de áudio sem fio - codec LDAC . A empresa simplesmente nomeou sua decisão - o sistema Sony Multi-Room .



Este sistema inclui bastante: três alto-falantes sem fio, incluindo um portátil, mais uma barra de som e uma base de som, além de um sistema micro-Hi-Fi SX7. Também recomendamos a adição de um dos receptores Sony AV suportados, o STR-DN860 ou 1060.

Os recursos da multi-sala resultante incluem streaming DLNA com alta definição de 24 bits / 96 kHz a 24 bits / 192 kHz. Além disso, existe o Bluetooth, usando a tecnologia de codificação de áudio LDAC da Sony, que, de acordo com a empresa, ao iniciar a reprodução de áudio de alta definição via Bluetooth, fornece uma taxa de transferência de dados de 990 kbps .

De fato, existem três níveis de LDAC operando a 330, 660 e 990 kbps - para a maior velocidade de transferência de dados, você deve escolher um modo com prioridade de qualidade.
Como no aptX, o LDAC só pode ser usado se a fonte e o receptor estiverem equipados com LDAC. Atualmente, essa lista é muito pequena, além disso - bastante cara .

Mas voltando à questão principal: como isso é alcançado usando o Bluetooth? Como vimos, a taxa de transferência de dados de 990 kbps é muito maior que a especificação de todo o perfil estéreo A2DP Bluetooth, sem mencionar os codecs padrão nele.

Mesmo se deixarmos isso de lado, não está claro como os números se somam. O fluxo de qualidade do CD em 16 bits / 44,1 kHz não compactado tem uma taxa de dados de 1411 kbit / s. Assim, os 990 kbps especificados no LDAC podem facilmente usar a compactação sem perdas para obter a qualidade total do CD através do LDAC. Isso é compreensível.

Mas e essa declaração sonora de alta definição? Mesmo se falarmos sobre a borda declarada inferior de 24 bits / 96 kHz - o fluxo 24/96 deve ter uma velocidade de transmissão acima de 4,5 Mbit / s. Para obter essa qualidade sem perda com uma taxa de bits de 990 kbps, você precisa de uma taxa de compressão de cerca de 5: 1, que é mais do que o dobro de todos os codecs sem perda conhecidos. Ou seja, mesmo assim, o codec comprime os dados com perdas? Mas o que é então esse "som de alta definição"?

Parte Dois Paixão pelo áudio de alta resolução

O Sound + Image entrou em contato com a Sony Austrália por e-mail e recebeu a confirmação de que o LDAC é realmente um codec com perda, usando compactação de dados de aproximadamente 4,5 vezes - cerca da metade pode ser sem perda (o mesmo fator de 2!). com perdas. Ao mesmo tempo, é possível alcançar valores mais altos do fluxo apenas através do DLNA, mas não do Bluetooth.

Mas rapidamente, outro e-mail seguiu com informações do Japão, após o qual a correspondência começou:

Sony:

As informações fornecidas anteriormente a você que o LDAC é um codec com perda, usando a compactação de dados de aproximadamente 4,5 vezes, não são válidas.

Resposta correta: LDAC é um codec Bluetooth que usa compactação de dados mais eficiente do que os codecs Bluetooth comuns, como SBC ou aptX. O ganho na compressão pode chegar até 3 vezes.

No entanto, embora o LDAC seja superior a outros codecs Bluetooth, ele ainda comprime o conteúdo. Note-se também que a transmissão de áudio de alta definição é possível via Wi-Fi. Nosso sistema MultiRoon suporta uma solução de banda dupla e, nesse caso, fornece totalmente áudio sem fio de alta qualidade.

Pedimos desculpas pelas informações conflitantes.

S + I:

Pedimos desculpas, mas entendemos que o áudio de alta definição pode ser transmitido por Wi-Fi. No entanto, os materiais LDAC da Sony mostram claramente a transmissão de áudio de alta definição 24/96, exigindo 4,5 Mbps através de um canal Bluetooth de 990 kbps. Não é Wi-Fi, Bluetooth! Captura de tela anexada:



Responda à pergunta: ao transmitir áudio 24/96 via Bluetooth, a compactação com ou sem perdas é usada?

A compactação sem perdas significa que os dados originais podem ser completamente e perfeitamente restaurados. Reduzir o fluxo a uma velocidade de 4,6 Mbps para 990 Kbps sem perda seria uma grande conquista - nenhum outro codec conhecido pode atingir esse valor em tempo real.

Assim, pensamos em três opções possíveis:

a) A Sony possui um maravilhoso sistema de compressão sem perdas com um coeficiente de 4,5x;
b) LDAC - codec de compressão com perda ao enviar 24-96 via Bluetooth;
c) o site e os materiais publicados são incorretos e o LDAC não pode enviar som de alta definição via Bluetooth, apenas via Wi-Fi.

Sony:

Mais uma vez, pedimos desculpas pelas respostas conflitantes. De fato, sua pergunta é bastante complicada e, portanto, nossos especialistas estão divididos em opiniões.

Para esclarecer a situação, convidamos Andrew Hughes, e ele disse que a situação é mais próxima do que você expôs na opção a), embora não desejássemos usar a palavra “maravilhoso”.

Para ajudar a ilustrar.

Considere um cenário em que você envia som de alta definição de um LDAC Walkman para um fone de ouvido LDAC:
- Para transmissão pelo ar via Bluetooth, o arquivo é compactado para transmissão e, na outra extremidade, os fones de ouvido reconstroem / descomprimem o arquivo para obter música equivalente a 96/24.
- Isso torna o sinal sem perdas, enquanto a qualidade da música não é perdida. A compactação com perdas, por outro lado, comprime o arquivo para transmissão, mas não o restaura na outra extremidade, portanto a qualidade é mais parecida com o MP3.
- A transferência de arquivos nesse cenário é possível para som de alta definição com características 96/24. O próximo nível de detalhe - 192/24 - no caso de nosso cenário levará a uma perda de qualidade para um nível equivalente a 96/24. O LDAC não pode transmitir qualidade acima de 96/24.

Assim, a Sony anuncia seu sistema de compressão sem perdas, capaz de atingir uma proporção superior a 4: 1.

A correspondência ocorreu em 2015 e você precisa prestar homenagem aos caras corrosivos da S + A - depois de um ano eles se encontraram com a Sony durante a IFA 2016 em Berlim.

"Este não é um som de alta definição " , disse um engenheiro da Sony da região Ásia-Pacífico. " Não estamos dizendo que se trata de um som de alta definição, mas está próximo de um som de alta definição".

O engenheiro não foi capaz de afirmar claramente se o codec é sem perdas ou com perdas, mas enfatizou que a Sony é sempre cuidadosa em suas reivindicações: nos materiais mais recentes, “o LDAC suporta efetivamente a profundidade e a frequência de bits originais de 24 bits / 96 kHz, fornecendo mais Áudio de alta resolução completo e rico. ” Muito esperto, não é?

Sobre como a Sony reduziu a velocidade do LDAC de 990 kbps para um canal A2DP muito mais limitado, o engenheiro respondeu que o LDAC aumenta a taxa de bits e não funciona de acordo com a especificação A2DP recomendada.

E, finalmente, a resposta final à pergunta foi obtida apenas na conferência de imprensa da IFA 2016, em uma conversa entre o Sound + Image e o arquiteto-chefe da Sony Audio Technology (com foco em fones de ouvido) Koji Nageno (KN) . Isso é realmente épico:



S + I: Gostamos que a Sony tenha prestado muita atenção ao som de alta definição em todos os seus produtos, até os fones de ouvido, desde 2013, é realmente ótimo! Mas parece-nos que o termo "som de alta definição" é frequentemente usado no sentido errado. Por exemplo, fones de ouvido MDR-1000X - nas brochuras, ele diz “áudio de alta resolução”, existe um logotipo de alta resolução de áudio, mas se você o ler com atenção, verifica-se que, de fato, o som é “quase” alta definição. Você pode explicar como, por exemplo, esses fones de ouvido Bluetooth podem reproduzir som de alta definição?
KN: Quanto ao Bluetooth, ele é limitado pela velocidade de transmissão, é de 1 Mbps, portanto, é impossível transmitir um sinal sem alguma compressão com perdas. Mas o LDAC é um codec muito próximo da transmissão de áudio de alta definição. Mas evitamos dizer "este é um áudio de alta resolução", sim, evitamos.
S + I: Mas como explicar o logotipo e a especificação do áudio de alta resolução?
KN: Quando conectado a uma entrada analógica, o MDR-1000X pode operar no modo “NC on” com som de alta definição. Mas não dizemos que isso é possível com a transmissão sem fio, certo?
S + I: Assim, a velocidade do LDAC, como você diz, é de 1 Mbit / s, 990 kbit / s, mas para 24/96 ela requer 4,5 Mbit / s, quatro vezes e meia maior. Com a compactação sem perdas, você pode obter 2 Mbps para operação a 990 Kbps, mas ainda está na metade do som de alta definição. Como é "muito perto de transmitir som de alta definição"?
KN: Talvez isso seja realmente 100% inatingível com a taxa de bits atual. É necessário procurar maneiras de aumentar a taxa de bits ou aumentar a taxa de compactação sem perda no codec. Mas sim, no momento isso é inatingível.
S + I: Ou seja, não é "próximo" do som de alta definição, é 50% menor que o som de alta definição?
KN: A qualidade do som em si é verificada principalmente ... bem, você pode avaliar a qualidade da música ouvindo-a, também é possível avaliar a forma espectral das ondas. São coisas diferentes, mas verificamos a qualidade do som - e não vemos diferença. Se você usar a taxa de bits completa, a taxa máxima de amostragem e a profundidade máxima de bits, obteremos uma enorme quantidade de informações, mas ainda não atingiremos o ideal. Quando ouvimos música em festas - não há perdas? Embora para sons de alta frequência, especulações de profundidade de bits possam realmente levar a uma diminuição na qualidade. De qualquer forma, não sei dizer quantos por cento estamos perto do som de alta definição. A qualidade do som é boa, os testes com audição e formas de onda espectrais passam - não há diferença.

[Outros repórteres fazem perguntas.]

S + I: Como engenheiros, você fala muito sobre a pureza do som e, em particular, a pureza do som de alta definição. , , ? ? ( Sony DSEE (Digital Sound Enhancement Engine) HX, Sony HDR-1000).
KN: , , , . – . , , .
S+I: , , ?
KN: . [.]
S+I: , . , MP3 – . .
KN: . , MP3 , . .
S+I: , ? — 256, 320, CD? ? .

[ .]

KN:Desculpe. O DSEE HX melhora o som, mas a taxa de bits original deve ser de 248 kbps. Em seguida, pode ser aprimorado para quase alta definição. Portanto, se a fonte de som original for mais baixa, ela não poderá ser melhorada para este nível.
S + I: Uau! Então a Sony acredita que 256k pode soar como som de alta definição?
KN: Sim, quase como um som de alta definição.

A cortina.E meus aplausos Som + Imagem. Eles fizeram isso.

Parte três. Sobre generosidade

Em 2017, tornou-se conhecido a generosa “vítima” da Sony, que liberou o uso da tecnologia LDAC no Android O, a fim de “trazer grandes benefícios na expansão da lista de dispositivos inteligentes disponíveis que podem enviar dados usando o LDAC”. No entanto, como a Trusted Reviews corretamente indica , é extremamente improvável que outros fabricantes de alto-falantes, exceto a própria Sony, estejam tão interessados ​​em licenciar LDAC em seus fones de ouvido - em princípio, vemos isso com o exemplo do aptX / aptX HD.

Portanto, muitos telefones podem estar prontos para usar o LDAC, mas para reproduzi-lo em "quase alta definição" você só precisa comprar fones de ouvido Sony - nesse caso, a "vítima" é muito justificada!

E em conclusão

A versão 5.0 do Bluetooth, no entanto, não inclui referências ao som com uma taxa de bits mais alta como padrão, apesar de um aumento significativo na taxa de transferência de dados . Portanto, a transmissão de som de alta qualidade ainda dependerá dos codecs.

Olhando para a limitação artificial da taxa de bits SBC, esquemas de licenciamento aptX e paixões em torno do LDAC, você pensa bastante ...