Bộ giải mã Bluetooth LC3 là gì? Nó có tốt hơn SBC không?

Tại sự kiện CES 2020, phó chủ tịch tiếp thị của Bluetooth Special Interest Group, Ken Kolderup, đã thông báo về sự ra đời của Bluetooth Low Energy—một loại công nghệ truyền âm thanh Bluetooth mới sử dụng điện năng thấp hơn trong khi mang lại chất lượng tốt hơn.

Trọng tâm của công nghệ này là một codec âm thanh mới có tên là Low Complexity Communication Codec (LC3). Điều này đặt ra câu hỏi: codec này có tốt hơn SBC, thiết bị chính để truyền âm thanh qua Bluetooth không? Vâng, chúng ta hãy tìm hiểu.

Hiểu các loại Bluetooth

Trước khi so sánh các codec, điều cần thiết là phải hiểu sự khác biệt giữa hai công nghệ Bluetooth hiện nay. Nhìn chung, có hai loại Bluetooth chính. Dưới đây là tổng quan ngắn gọn về cả hai.

Bluetooth cổ điển

Còn được gọi là Tốc độ cơ bản/Tốc độ dữ liệu nâng cao của Bluetooth (BR/EDR), Bluetooth Classic sử dụng một bộ radio được thiết kế để truyền dữ liệu ở tốc độ bit cao hơn. Tốc độ bit này, trong hầu hết các trường hợp, nằm trong khoảng từ 1 đến 3 Mb/giây. Do tốc độ bit cao này, Bluetooth Classic được sử dụng để truyền âm thanh trong tai nghe không dây, loa và hệ thống giải trí trên xe hơi.

Bluetooth năng lượng thấp (BLE)

So với Bluetooth cổ điển, Bluetooth năng lượng thấp sử dụng radio năng lượng thấp đặc biệt. Do đó, Bluetooth Low Energy truyền dữ liệu trong khi tiêu thụ ít năng lượng hơn. Điều đó nói rằng, hiệu quả sử dụng năng lượng này làm giảm tốc độ bit xuống tối đa là 2 Mb/giây. Ngoài ra, BLE cung cấp hai đường truyền bitrate thấp hơn ở 125 và 500 kbps.

Do băng thông và mức tiêu thụ điện năng thấp hơn, Bluetooth năng lượng thấp được sử dụng để truyền dữ liệu đến đồng hồ thông minh và các thiết bị thông minh khác không phụ thuộc nhiều vào dữ liệu.

Với giới hạn băng thông của BLE, Bluetooth Classic là phương tiện chính để truyền âm thanh không dây. Tuy nhiên, mọi thứ đã thay đổi vào năm 2020 khi Bluetooth Special Interest Group phát hành LC3. Nhưng làm thế nào một codec duy nhất có thể thay đổi mọi thứ? Trước khi trả lời câu hỏi đó, chúng ta phải xác định cách âm thanh được gửi qua Bluetooth.

Âm thanh được gửi qua Bluetooth như thế nào?

Như đã giải thích trước đó, Bluetooth Classic thường được sử dụng để truyền âm thanh không dây. Để thực hiện việc này, nhạc được lưu trữ trên thiết bị của bạn sẽ được gửi đến tai nghe không dây của bạn bằng sóng radio.

Các sóng này được tạo ra bằng radio Bluetooth năng lượng cao, và các số 1 và 0 được truyền đến thiết bị không dây bằng cách thay đổi tần số của sóng được truyền. Tuy nhiên, Bluetooth Classic có băng thông hạn chế và không thể gửi âm thanh chất lượng cao trên đó. Đây là nơi codec xuất hiện.

Hầu hết các tệp âm thanh bạn phát trực tuyến qua Bluetooth đều sử dụng các codec như SBC, AAC, Aptx, LDAC và LHDC. Mục tiêu chính của các codec này là nén các tệp âm thanh, cho phép chúng được truyền qua Bluetooth. Các tệp nén này sau đó được gửi đến bộ thu, giải nén và phát.

Codec âm thanh hoạt động như thế nào

Khi âm thanh không được nén, nó chiếm rất nhiều dung lượng lưu trữ. Để hiểu rõ hơn, một tệp âm thanh không nén có tốc độ bit là 1,4 Mb/giây. Điều này có nghĩa là để phát một giây âm thanh không nén; điện thoại thông minh của bạn phải gửi 1,4×10^6 bit thông tin đến tai nghe của bạn bằng Bluetooth.

Nếu bạn nhìn vào băng thông của Bluetooth Classic, bạn sẽ thấy rằng nó có thể gửi dữ liệu với tốc độ bit là 3 Mb/giây. Do đó, bạn có thể kết luận rằng codec không bắt buộc—nhưng có một nhược điểm. 3Mb/s là mức tối đa trên lý thuyết.

Trong điều kiện thực tế tốt nhất, tốc độ bit tối đa cho kênh cổ điển Bluetooth là khoảng 900 Kbp/giây. Các tốc độ này chỉ đạt được khi đáp ứng các điều kiện cụ thể và các thiết bị liên quan sử dụng codec Bluetooth có độ phân giải cao. Trong hầu hết các trường hợp, truyền Bluetooth cung cấp tốc độ bit chỉ 320 Kb/giây. Do hạn chế về băng thông này, codec được yêu cầu để nén kích thước của tệp âm thanh được gửi đến tai nghe của bạn.

Cả máy phát và máy thu phải sử dụng cùng một codec để truyền âm thanh. Nếu bất kỳ thiết bị nào không hỗ trợ một codec cụ thể, quá trình truyền sẽ chuyển sang codec mặc định, SBC, trong khi sử dụng Bluetooth Classic. Đối với các thiết bị sử dụng âm thanh BLE, codec mặc định là LC3.

LC3 là gì?

Không thể truyền âm thanh qua BLE vì codec Bluetooth Classic không thể cung cấp âm thanh chất lượng cao ở tốc độ bit thấp như vậy. Bluetooth Special Interest Group đã phát triển codec LC3 để giải quyết vấn đề này. Cung cấp âm thanh chất lượng tốt hơn ở tốc độ bit thấp hơn cho phép truyền âm thanh chất lượng cao qua BLE.

Về số lượng, codec LC3 có thể mang lại chất lượng âm thanh tương tự như SBC với tốc độ bit chỉ bằng một nửa. Do độ nén cao hơn này, bộ giải mã LC3 giảm độ trễ và mức tiêu thụ điện năng, cho phép tai nghe không dây cung cấp thời lượng pin tốt hơn ở độ trễ thấp hơn. Độ trễ thấp hơn này cải thiện trải nghiệm người dùng cho các ứng dụng thời gian thực như chơi game và cho phép sử dụng codec cho các ứng dụng gọi rảnh tay.

Trước LC3, hai codec khác nhau, cụ thể là Cấu hình phân phối âm thanh nâng cao (A2DP) và Cấu hình rảnh tay (HFP), đã được sử dụng trong tai nghe. Trong khi A2DP được thiết kế cho chất lượng cao, HFP được sử dụng để truyền dữ liệu thoại qua Bluetooth.

Do yêu cầu về độ trễ thấp của các ứng dụng gọi rảnh tay, cấu hình rảnh tay có chất lượng âm thanh kém. Nhưng với những tiến bộ trong viễn thông, như VoIP, giờ đây chúng ta có được chất lượng cao, thậm chí qua các cuộc gọi điện thoại không dây. Tuy nhiên, những hạn chế của HFP có nghĩa là chất lượng âm thanh giảm xuống nếu chúng ta sử dụng tai nghe Bluetooth để gọi rảnh tay.

Đây là lúc LC3 xuất hiện, vì nó có thể truyền âm thanh chất lượng cao từ micrô của tai nghe đến điện thoại và ngược lại với độ trễ thấp.

SBC so với LC3? Cái nào tốt hơn?

Khi so sánh các codec, tham số chính cần xem xét là tốc độ bit của chúng. Codec có tốc độ bit cao hơn mang lại chất lượng tốt hơn vì nó truyền nhiều thông tin âm thanh hơn, cho phép các thiết bị tái tạo âm thanh đã ghi tốt hơn.

Tốc độ bit của codec phụ thuộc vào tần số lấy mẫu và độ sâu bit. Tần số lấy mẫu là tốc độ lấy mẫu từ tín hiệu âm thanh để nén. Ngược lại, độ sâu bit xác định số lượng bit cần thiết để xác định biên độ tín hiệu tại mỗi mẫu.

Tốc độ bit của codec có thể được xác định bằng cách nhân cả tốc độ lấy mẫu và độ sâu bit. Ngoài các thông số này, số lượng kênh của tín hiệu âm thanh cần được xem xét khi xác định tốc độ bit của nó. Đối với âm thanh đơn âm, số kênh là một, trong khi đối với âm thanh nổi là hai.

Do đó, chúng ta có thể sử dụng công thức này để tìm tốc độ bit của codec:

bitrate = sampling rate x bit depth x number of channels

Với thông tin này, hãy so sánh hai codec và xem tốc độ bit của chúng.

Khi chúng tôi xem xét các con số, rõ ràng là codec LC3 có thể cung cấp chất lượng âm thanh tốt hơn khi so sánh với SBC do tốc độ bit cao hơn. Ngoài ra, LC3 có thể cung cấp chất lượng âm thanh gấp đôi ở cùng tốc độ bit so với SBC. Điều này là do nó sử dụng các thuật toán nén tốt hơn và Che giấu mất gói, do đó mang lại trải nghiệm âm thanh tốt hơn nhiều.

Ngoài chất lượng cao, LC3 còn cung cấp độ trễ thấp hơn khi so sánh với SBC, mang lại trải nghiệm người dùng tốt hơn cho các ứng dụng thời gian thực.

Việc lấy mẫu và độ sâu bit được sử dụng bởi một cặp tai nghe không dây được định cấu hình bởi các nhà sản xuất. Vì chúng có thể được định cấu hình để chạy ở tốc độ bit thấp hơn nhằm cải thiện thời lượng pin và giảm lỗi đường truyền nên khả năng của codec có thể khác với chất lượng thực tế do tai nghe mang lại.

LC3 sẽ thay đổi âm thanh Bluetooth mãi mãi?

Bộ giải mã LC3 là trung tâm của âm thanh BLE, bản sửa đổi quan trọng nhất đối với thông số kỹ thuật Bluetooth trong hơn một thập kỷ. Bộ giải mã không chỉ tập trung vào việc cung cấp âm thanh chất lượng cao mà còn làm điều đó trong khi cung cấp độ trễ và mức tiêu thụ điện năng thấp hơn.

Với những thay đổi này, các sản phẩm Bluetooth được cung cấp bởi LC3 sẽ cung cấp cho người dùng chất lượng âm thanh và cuộc gọi tốt hơn trong khi sử dụng ít năng lượng hơn. Do mức tiêu thụ điện năng ít hơn này, tai nghe không dây sẽ có thời lượng pin tốt hơn và các nhà phát triển có thể sử dụng năng lượng này để cung cấp các tính năng tính toán tốt hơn như bộ chỉnh âm và khử tiếng ồn chủ động.