蓝牙LE Audio的关键

​​LE Audio简介

在过去的二十年中，自成立以来，蓝牙技术已成为去到解决方案对于绝大多数的无线音频流应用。如果您曾经通过头戴式耳机或汽车的信息娱乐系统无线听音乐，那么您很可能已经使用了蓝牙技术。

蓝牙经典（BR / EDR）已成为当前无线音频应用程序中使用的主要无线电，并且对大多数应用程序都令人满意。最初，BR / EDR音频配置文件仅支持语音呼叫（单声道音频）。随着时间的推移，随着个人收听的普及，蓝牙联盟（SIG）围绕高级音频分发配置文件（A2DP）发布了一套新的标准，该标准增加了对立体声流和更高质量音频编解码器的支持。

蓝牙开发人员已将当前的蓝牙音频标准扩展到其极限。当前，开发人员有时会诉诸于对该技术添加专有扩展，以提供引人注目的用户体验。此外，随着诸如助听器和真正的无线（TWS）耳塞之类的个人音频设备的需求不断增长，以及对流式传输高质量音频/视频的需求不断增加，新的蓝牙音频标准变得必要。这些新要求包括：

  • 降低功耗
  • 较小的设备需要较小的电池
  • 真正的无线操作，将各个流发送到每个耳塞
  • 一种新的标准化蓝牙实施方案，解决了当前BR / EDR标准和低复杂度子带编解码器（SBC）的局限性
  • 对广播功能的需求以及对音频共享用例的支持
  • 助听器和消费类音频的统一标准
  • 更低的延迟要求

引进下一代蓝牙音频，LE音频，这是在2020年年初宣布，阐明定义一个新的方法或架构来满足这些要求，使未来20年无线音频的创新。

LE Audio允许开发人员构建与Classic Audio（使用BR / EDR）相同类型的产品，但引入了四个关键的新功能，这些功能侧重于提高性能并支持新的创新。四个主要功能是：

引入了一种称为“低复杂度通信编解码器”（LC3）的新型更高效，更高质量的音频编解码器，它取代了SBC（子带编解码器）。

通过支持独立的左右音频流，这些流也高度同步，从而支持多流和真正的无线（TWS）耳塞应用程序。

支持标准蓝牙助听器的开发，实现真正的全球互操作性。

支持广播音频。LE Audio将继续支持点对点通信，并增加新的广播音频功能（支持无限数量的同步音频接收器）。这包括对公共或私人广播的支持，引入了蓝牙音频的全新用例。

音频编解码器

音频编解码器的作用是在源处压缩音频流以准备传输，然后在接收端将其解压缩以进行回放。

编解码器确定三个重要参数：

  • 采样率（Hz）：这是指每单位时间获取的采样数。它捕获特定时间点的信号幅度。它也称为采样频率。采样率越高，压缩流越接近原始流，但最终产生的音频文件大小越大。请记住，根据奈奎斯特采样定理，产生精确原始波形的采样频率应为信号原始频率的两倍。
  • 位深度（位）：指每个样本中信息的位数。常见的位深度值包括16位，24位和32位。
  • 比特率（kbps）：这是指每秒编码的位数，并且与流的音频质量相关。单位为千比特/秒。比特率越高，流的质量越高。高质量音乐的比特率达到96 kbps或更高。

通过将采样率乘以比特深度乘以已编码的通道数（例如，左和右音频通道），可以计算出未压缩音频流的比特率：

比特率（未压缩的流）=采样率×比特深度×编号 频道数

低复杂度通信编解码器（LC3）

LC3是一种高效的蓝牙®在LE音频配置文件使用音频编解码器。它能够以各种比特率编码语音和音乐，并且可以合并到任何蓝牙音频配置文件中。为了提高音频质量，强烈建议在音频连接的接收端实施PLC（数据包丢失隐藏）。PLC的作用是隐藏不可用或损坏的帧数据以进行解码的效果（LC3编解码器规范中提供了PLC的示例）。

LC3的一些技术特性包括：

  • 它是基于块的变换音频编解码器
  • 它提供了广泛的可用比特率
  • 它支持10 ms和7.5 ms的帧间隔
  • 它支持以下位深度：每个音频样本16、24和32位
  • 它支持无限数量的音频通道
  • 它支持以下采样率：8 kHz，16 kHz，24 kHz，32 kHz，44.1 kHz和48 kHz

新型LC3以与SBC相同的速率提供更高的质量，或者以更低的数据速率提供更高的质量。

LC3即使在低数据速率下也能提供高质量，它将为开发人员带来极大的灵活性，使他们能够在关键产品属性（例如音频质量和功耗）之间进行更好的设计折衷。

判断编解码器质量的方法有多种。最常见的方法是实时聆听比较，人们可以在压缩和解压缩音频后收听和比较音频。其他方法包括用于测量音频编解码器性能的标准定量方法，例如下图所示的方法，用于比较LC3和SBC的性能。

关于上图的一些注意事项：

  • X轴代表每个SBC和LC3的各种比特率
  • Y轴代表ITU-R BS.1116-3（PDF）中定义的等级标度（0 – 5 ），提出了用于主观评估音频系统中小损伤的方法
  • 根据文档，等级定义在下表中定义：
  • 例如，如果您查看345 kbps的比特率，您会发现SBC的得分刚好高于4.0，而LC3的得分甚至更高，而比特率却不到一半（160 kbps）。

新的LE音频标准，包括LC3，标志着已经学会了在蓝牙发展的一个非常令人兴奋和重要的里程碑技术标准，一个将启用多年的发展和无线音频的创新来！

（文章内容来源于：蓝牙联盟，转载请注明）

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