Wat is de Bluetooth LC3-codec? Is het beter dan SBC?

Tijdens het CES 2020-evenement kondigde de vice-president marketing van de Bluetooth Special Interest Group, Ken Kolderup, de geboorte van Bluetooth Low Energy - een nieuw type Bluetooth-technologie voor audiotransmissie die minder stroom gebruikte en toch beter bood kwaliteit.

De kern van deze technologie was een nieuwe audiocodec genaamd Low Complexity Communication Codec (LC3). Dit brengt de vraag met zich mee: is deze codec beter dan SBC, de standaard voor audiotransmissie via Bluetooth? Nou, laten we het uitzoeken.

De soorten Bluetooth begrijpen

Voordat u codecs vergelijkt, is het essentieel om het verschil tussen de twee Bluetooth-technologieën van vandaag te begrijpen. Grofweg zijn er twee belangrijke Bluetooth-categorieën. Hier is een kort overzicht van beide.

Bluetooth-klassieker

Bluetooth Classic, ook bekend als Bluetooth Basic Rate/Enhanced Data Rate (BR/EDR), gebruikt een set radio's die zijn ontworpen om gegevens met hogere bitrates te verzenden. Deze bitsnelheid varieert in de meeste gevallen van 1 tot 3 Mb/s. Vanwege deze hoge bitsnelheid wordt Bluetooth Classic gebruikt voor audiotransmissie in draadloze hoofdtelefoons, luidsprekers en auto-entertainmentsystemen.

Bluetooth Lage Energie (BLE)

In vergelijking met Bluetooth classic maakt energiezuinige Bluetooth gebruik van speciale energiezuinige radio's. Hierdoor, Bluetooth Lage Energie brengt gegevens over terwijl het minder stroom verbruikt. Dat gezegd hebbende, verlaagt deze energie-efficiëntie de bitsnelheid tot maximaal 2 Mb/s. Daarnaast biedt BLE twee transmissies met een lagere bitsnelheid van 125 en 500 kbps.

Vanwege de lagere bandbreedte en het stroomverbruik wordt energiezuinige Bluetooth gebruikt voor het verzenden van gegevens naar smartwatches en andere slimme apparaten die minder afhankelijk zijn van gegevens.

Gezien de bandbreedtebeperking van BLE, is Bluetooth Classic het belangrijkste middel voor het draadloos verzenden van audio. Alles veranderde echter in 2020 toen de Bluetooth Special Interest Group LC3 uitbracht. Maar hoe kan een enkele codec alles veranderen? Voordat we daarop kunnen antwoorden, moeten we bepalen hoe audio via Bluetooth wordt verzonden.

Hoe wordt audio verzonden via Bluetooth?

Zoals eerder uitgelegd, wordt Bluetooth Classic vaak gebruikt voor het draadloos verzenden van audio. Om dit te doen, wordt de muziek die op uw apparaat is opgeslagen, met behulp van radiogolven naar uw draadloze oortelefoons gestuurd.

Deze golven worden gegenereerd met behulp van Bluetooth-radio's met hoge energie en enen en nullen worden naar het draadloze apparaat verzonden door de frequentie van de verzonden golven te wijzigen. Bluetooth Classic heeft echter een beperkte bandbreedte en er kan geen hoogwaardige audio op worden verzonden. Hier komen codecs in beeld.

De meeste audiobestanden die u via Bluetooth streamt, gebruiken codecs zoals SBC, AAC, Aptx, LDAC en LHDC. Het belangrijkste doel van deze codecs is het comprimeren van audiobestanden, zodat ze via Bluetooth kunnen worden verzonden. Deze gecomprimeerde bestanden worden vervolgens naar de ontvanger gestuurd, gedecomprimeerd en afgespeeld.

Hoe audiocodecs werken

Wanneer audio niet is gecomprimeerd, neemt het veel opslagruimte in beslag. Ter vergelijking: een ongecomprimeerd audiobestand heeft een bitsnelheid van 1,4 Mb/s. Dit betekent dat om één seconde ongecomprimeerde audio te streamen; uw smartphone moet 1,4x10^6 bits informatie naar uw oortelefoons sturen via Bluetooth.

Als je naar de bandbreedte van Bluetooth Classic kijkt, zul je merken dat hij gegevens kan verzenden met een bitsnelheid van 3 Mb/s. Je zou daarom kunnen concluderen dat codecs niet vereist zijn, maar er zit een addertje onder het gras. De 3Mb/s is een theoretisch maximum.

In de beste praktijkomstandigheden is de maximale bitsnelheid voor een klassiek Bluetooth-kanaal ongeveer 900 Kbp/s. Deze tarieven worden alleen behaald als aan specifieke voorwaarden wordt voldaan en de betrokken apparaten worden gebruikt Bluetooth-codecs met hoge resolutie. In de meeste gevallen biedt Bluetooth-overdracht een bitsnelheid van slechts 320 Kb/s. Vanwege deze bandbreedtebeperking zijn codecs vereist om de grootte van het audiobestand dat naar uw oortelefoons wordt verzonden, te comprimeren.

Zowel de zender als de ontvanger moeten dezelfde codecs gebruiken voor audiotransmissie. Als een van de apparaten een bepaalde codec niet ondersteunt, schakelt de verzending over naar de standaardcodec, SBC, terwijl Bluetooth Classic wordt gebruikt. Voor apparaten die BLE-audio gebruiken, is de standaardcodec LC3.

Wat is LC3?

Audiotransmissie via BLE was onmogelijk, omdat Bluetooth Classic-codecs geen hoogwaardige audio kunnen leveren bij zulke lage bitrates. De Bluetooth Special Interest Group heeft de LC3-codec ontwikkeld om dit probleem op te lossen. Het aanbieden van audio van betere kwaliteit bij lagere bitrates maakte audiotransmissie van hoge kwaliteit via BLE mogelijk.

In termen van aantallen kan de LC3-codec dezelfde audiokwaliteit leveren als SBC met de helft van de bitsnelheid. Vanwege deze hogere compressie vermindert de LC3-codec de latentie en het stroomverbruik, waardoor draadloze oortelefoons een betere batterijduur kunnen bieden bij lagere latenties. Deze lagere latentie verbetert de gebruikerservaring voor real-time toepassingen zoals gaming en maakt het mogelijk de codec te gebruiken voor handsfree bellen.

Vóór LC3 werden twee verschillende codecs, namelijk Advanced Audio Distribution Profile (A2DP) en Hands-Free Profile (HFP), gebruikt in oortelefoons. Hoewel A2DP is ontworpen voor hoge kwaliteit, werd HFP gebruikt om spraakgegevens via Bluetooth te verzenden.

Vanwege de lage latentievereisten van toepassingen voor handsfree bellen, heeft het handsfree profiel een slechte geluidskwaliteit. Maar met de vooruitgang in telecommunicatie, zoals VoIP, krijgen we nu hoge kwaliteit, zelfs via draadloze telefoongesprekken. Door de beperkingen van HFP neemt de audiokwaliteit echter af als we een Bluetooth-headset gebruiken voor handsfree bellen.

Dit is waar LC3 in beeld komt, omdat het hoogwaardige audio van de microfoon van de oortelefoon naar de telefoon kan verzenden en vice versa met lage latenties.

SBC versus LC3? Welke is beter?

Bij het vergelijken van codecs is de belangrijkste parameter waarmee rekening moet worden gehouden hun bitsnelheid. Een codec met een hogere bitsnelheid biedt een betere kwaliteit omdat deze meer audio-informatie verzendt, waardoor apparaten de opgenomen audio beter kunnen reproduceren.

De bitsnelheid van een codec is afhankelijk van de bemonsteringsfrequentie en bitdiepte. De bemonsteringsfrequentie is de snelheid waarmee samples van het audiosignaal worden opgepikt voor compressie. De bitdiepte definieert daarentegen het aantal bits dat nodig is om de signaalamplitude bij elk monster te bepalen.

De bitsnelheid van een codec kan worden gedefinieerd door zowel de bemonsteringssnelheid als de bitdiepte te vermenigvuldigen. Naast deze parameters moet rekening worden gehouden met het aantal kanalen van een audiosignaal bij het definiëren van de bitsnelheid. Voor mono-audio is het aantal kanalen één en voor stereo-audio twee.

Daarom kunnen we deze formule gebruiken om de bitrate van een codec te vinden:

bitrate = sampling rate x bitdiepte x aantal kanalen

Laten we, gezien deze informatie, de twee codecs vergelijken en hun bitrates bekijken.

Als we naar de cijfers kijken, is het duidelijk dat de LC3-codec een betere audiokwaliteit kan bieden in vergelijking met SBC vanwege de hogere bitrates. Bovendien kan LC3 tweemaal de audiokwaliteit leveren bij dezelfde bitsnelheid in vergelijking met SBC. Dit komt omdat het betere compressie-algoritmen en Packet Loss Concealment gebruikt, waardoor een veel betere audio-ervaring wordt geboden.

Naast de hoge kwaliteit biedt LC3 een lagere latentie in vergelijking met SBC, wat een betere gebruikerservaring biedt voor real-time applicaties.

De bemonstering en bitdieptes die door een draadloze hoofdtelefoon worden gebruikt, zijn geconfigureerd door de fabrikanten. Omdat ze kunnen worden geconfigureerd om met lagere bitrates te werken om de levensduur van de batterij te verbeteren en overdrachtsfouten te verminderen, kan de capaciteit van een codec verschillen van de daadwerkelijke kwaliteit die door de hoofdtelefoon wordt geleverd.

Gaat LC3 Bluetooth-audio voor altijd veranderen?

De LC3-codec vormt de kern van BLE-audio, de belangrijkste herziening van de Bluetooth-specificatie in meer dan tien jaar. De codec richt zich niet alleen op het leveren van audio van hoge kwaliteit, maar doet dit ook terwijl het een lagere latentie en stroomverbruik biedt.

Gezien deze veranderingen zullen Bluetooth-producten aangedreven door LC3 gebruikers een betere bel- en audiokwaliteit bieden terwijl ze minder stroom verbruiken. Vanwege dit lagere stroomverbruik hebben draadloze oortelefoons een betere levensduur van de batterij en ontwikkelaars zou deze energie kunnen gebruiken om betere rekenfuncties te bieden, zoals equalizers en actieve ruis annulering.