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解决音频传输速率和延迟问题,aptX技术来了
janesun6 | 2014-12-08 16:12:56    阅读:60720   发布文章

       开发蓝牙的初衷,是为传输数据提供低功耗、低带宽解决方案。尽管在理论上蓝牙传输速度可以达到
2178kbps,但在正常环境和现实条件下,数据大小始终限制在500kbps以下。

  现在CSR的aptX来了,并在蓝牙传输中开始普及。音乐爱好者们也能享受到只有aptX才能呈现的丰富聆听体验:无损音质的纯正无线音效。

 

  当前蓝牙传输水平

  Jonny McClintock,毕业于阿尔斯特大学电子学专业,现任CSR公司aptX市场营销总监。在他从事音频行业超过25年的生涯中,他把aptX技术销售给了各行各业很多很多的人。他说,现在蓝牙技术已经发展到了第四代,在国外蓝牙技术已经很成熟后,aptX也在中国找到了更大的发展空间。因为你看,从前蓝牙技术只是用于高端手机或者其他智能设备,如今,它已经向下延伸到中低端消费的人群了。而aptX技术,就是可以让蓝牙音频传输数据更加完整(从而保证音频质量)且低延迟。

  解决问题的原理  

      说起来,aptX技术提升蓝牙音频音质的原理也不是很复杂,但是效果却不一般。

  拿现在很多蓝牙中使用的SBC音频传输方案来比较一下。SBC方案是基于帧的传输方式,在每个帧后是蓝牙压缩数据包。这种方式,比较浪费数据帧空间,且只有在接收到完整的数据包时,SBC才会开始对压缩数据进行解码。后来,为了提升数据传输效率,SBC方案又进一步改进,对数据帧进行分割及重组,但分割和重组也仍然需耗费不少的时间,且仍然只有在接收到完整的数据包后,SBC才会开始解码。这使得SBC方式下的蓝牙音频传输的时间延迟通常都会在50ms以上,且这种延迟并不固定,而是忽高忽低,非常麻烦。

  这里要补充一下。关于延迟,你是否有感觉呢?在很多高清电影中,如果画面和唇形对不上,我们的感觉多少会有些不爽。如果到了感觉声音很卡的时候,那么延迟就非常严重了。而40ms,意味着你不会有上述的不爽感受。

  aptX很好地解决了这个问题。它采用了ADPCM(ADPCM Adaptive Differential Pulse Code
Modulation)原理,是一种针对16bit或者更高位数声音波形数据的一种有损压缩算法,它将声音流中每次采样的16bit数据以4bit存储,所以压缩比为1:4。而压缩/解压缩算法非常的简单,所以是一种低空间消耗、高质量声音获得的好途径。它的核心想法是:利用自适应的思想改变量化阶的大小,即使用小的量化阶(step-size)去编码小的差值,使用大的量化阶去编码大的差值;使用过去的样本值估算下一个输入样本的预测值,使实际样本值和预测值之间的差值总是最小。

  在该原理下,aptX蓝牙传输数据包变成了这个样子:aptX指令词+蓝牙数据包。这种方式下,不仅数据包的填充效率更高,而且解码工作是从一开始接收到aptX指令词就开始了。在这种方式下,不仅声音质量得到最大程度的还原,而且延迟时间小于40ms。

  我们可以想象一个四车道的高速公路经过一座只有单车道的桥。使用aptX技术相当于桥头上的收费站将四车道上的车流处理(或编码)成单车道队列,使其能够穿桥而过。然后,在桥尾有另一个收费站将单车道车流又处理(或解码)回四车道。

  SBC、AAC 和MP3技术的这些收费站,会限制通过车辆所允许携带的汽油量,这样每辆车都必须将超出限量的汽油放掉。当他们通过桥另一端的收费站后,虽然汽油也许不会全部用完,但肯定比来时要少很多。此外,一旦您过了桥,之前放掉的汽油不会再还给您。换句话说,您永远失去了这些汽油。对重现音频这一事件来说,相当于上述几种解码方法使用更具破坏性的压缩技术来处理音频数据,使其能通过蓝牙传输。这些编解码技术使用心理声学编码流程,这意味着它们将扔掉自认为不重要的音频元素,仅重现有限的音频带宽。同时,由于收费前后桥头两端等待的时间,上述几种方式的延迟时间通常在100ms~500ms之间。

  对比之下,aptX使用先进的ADPCM原理编码音频的所有频率,因此当音频通过蓝牙传输并在音箱、头戴式耳机或条形音箱中解码后,可重现CD级品质的音效。换句话说,aptX无需在桥头放掉一滴汽油。

  市场很大,aptX应用在扩展

  Jonny McClintock介绍,自从6年前森海塞尔(Sennheiser)首先采用aptX技术,HTC、摩托罗拉以及苹果都纷至沓来,并成为华纳兄弟、迪斯尼、皮克斯等公司后期制作的技术标准,有超过2.4万家DTS影院使用该技术支持5.1声道播放。

  近期,英特尔、飞利浦、索尼以及Vertu也把aptX技术用于他们的或是笔记本、或是平板电脑或是手机产品。微软在其Microsoft Phone 8.1的GDR1版本中采用了aptX编码器。

       2014年,aptX还突破扬声器和耳机领域,冲向可穿戴产品市场。现在,aptX是三星Gear 4智能手表的一部分。Jonny McClintock相信,到2015年,aptX将成为高品质无线音频的实际行业标准。

  目前aptX的采用者中还没有中国厂商。不过Jonny McClintock认为,也许明年就会看到有采用者,这也正意味着市场很大。

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