Una descripción técnica de LC3

Una introducción a LE Audio

Durante las últimas dos décadas, desde sus inicios, Bluetooth^® la tecnología se ha convertido en la solución ideal para la mayoría de las aplicaciones de transmisión de audio inalámbrica. Si alguna vez escuchó música de forma inalámbrica a través de un auricular o del sistema de información y entretenimiento de su automóvil, lo más probable es que haya utilizado la tecnología Bluetooth.

Bluetooth Classic (BR / EDR) ha sido la radio principal utilizada en las aplicaciones de audio inalámbricas actuales y ha sido satisfactoria para la mayoría de las aplicaciones. Originalmente, los perfiles de audio BR / EDR solo admitían llamadas de voz (audio mono). Con el tiempo, con la creciente popularidad de la escucha personal, el Grupo de Interés Especial Bluetooth (SIG) ha lanzado un nuevo conjunto de estándares en torno al Perfil de Distribución de Audio Avanzado (A2DP) que ha agregado soporte para el transmisión estéreo y un códec de audio de mayor calidad.

Los desarrolladores de Bluetooth han llevado al límite el estándar de audio Bluetooth actual. Actualmente, los desarrolladores a veces recurren a agregar extensiones propietarias a la tecnología para brindar experiencias de usuario atractivas. Además, con la evolución de los requisitos de los dispositivos de audio personales, como los audífonos y audífonos verdaderamente inalámbricos (TWS), y la creciente demanda de transmisión de audio / video de alta calidad, se ha hecho necesario un nuevo estándar de audio Bluetooth. Algunos de estos nuevos requisitos incluyen:

• Menor consumo de energía
• Dispositivos más pequeños que requieren baterías más pequeñas
• Verdadera operación inalámbrica con transmisiones individuales enviadas a cada auricular
• Una nueva implementación de Bluetooth estandarizada que aborda las limitaciones del estándar BR / EDR actual y el Códec de subbanda de baja complejidad (SBC)
• La necesidad de capacidad de transmisión y soporte para casos de uso de uso compartido de audio
• Un estándar unificado para audífonos y audio de consumo
• Requisitos de latencia más baja

La introducción de la próxima generación de Bluetooth^® audio, LE Audio, anunciado a principios de 2020, se propuso definir un nuevo enfoque o arquitectura para cumplir con estos requisitos y permitir los próximos 20 años de innovación de audio inalámbrico.

LE Audio permite a los desarrolladores crear los mismos tipos de productos que Classic Audio (usando BR / EDR), pero presenta cuatro nuevas características clave que se enfocan en un mejor desempeño y soporte para nuevas innovaciones. Las cuatro características principales son:

1. Introducción de un códec de audio nuevo, más eficiente y de mayor calidad llamado Códec de comunicaciones de baja complejidad (LC3) que reemplaza a SBC (Códec de subbanda).
2. Compatibilidad con aplicaciones de auriculares de transmisión múltiple e inalámbrica verdadera (TWS) que admiten transmisiones de audio independientes de izquierda y derecha que también están altamente sincronizadas.
3. Soporte para el desarrollo de audífonos Bluetooth estandarizados, lo que permite una verdadera interoperabilidad global.
4. Soporte para transmisión de audio. LE Audio continuará admitiendo la comunicación punto a punto y también agregará una nueva capacidad de transmisión de audio (soporte para un número ilimitado de receptores de audio sincronizados). Esto incluye soporte para transmisiones públicas o privadas, presentando un caso de uso completamente nuevo para audio Bluetooth.

Códec de audio

La función de un códec de audio es comprimir el flujo de audio en la fuente en preparación para la transmisión y luego descomprimirlo en el extremo receptor para su reproducción.

Hay tres parámetros importantes determinados por un códec:

• Frecuencia de muestreo (Hz): Se refiere al número de muestras tomadas por unidad de tiempo. Capture la amplitud de la señal en un momento específico. También se denomina frecuencia de muestreo. Cuanto mayor sea la frecuencia de muestreo, más cerca estará la secuencia comprimida de la secuencia original, pero mayor será el tamaño del archivo de audio resultante. Tenga en cuenta que de acuerdo con el teorema de muestreo de Nyquist, la frecuencia de muestreo para producir la forma de onda original exacta debe ser el doble de la frecuencia original de la señal.
• Profundidad de bits (bits): Se refiere al número de bits de información en cada muestra. Los valores de profundidad de bits comunes incluyen 16 bits, 24 bits y 32 bits.
• Tasa de bits (kbps): Se refiere al número de bits codificados por segundo y se correlaciona con la calidad de audio de la transmisión. Se mide en kilobits por segundo. Cuanto mayor sea la tasa de bits, mayor será la calidad de la transmisión. La música de buena calidad tiene una tasa de bits de 96 kbps o superior.

La tasa de bits para un flujo de audio sin comprimir se calcula multiplicando la frecuencia de muestreo por la profundidad de bits por el número de canales codificados (por ejemplo, canales de audio izquierdo y derecho):

velocidad de bits (flujo sin comprimir) = frecuencia de muestreo × profundidad de bits × n. de canales

Códec de comunicación de baja complejidad (LC3)

LC3 es un Bluetooth eficiente^® Códec de audio para usar en perfiles de audio LE. Es capaz de codificar voz y música a varias velocidades de bits y se puede incorporar a cualquier perfil de audio Bluetooth. Para aumentar la calidad del audio, se recomienda encarecidamente implementar PLC (ocultación de pérdida de paquetes) en los extremos de recepción de las conexiones de audio. La función del PLC es ocultar el efecto de los datos del cuadro no disponibles o dañados para la decodificación (se proporciona un ejemplo de PLC en la especificación del códec LC3).

Algunas de las propiedades técnicas de LC3 incluyen:

• Es un códec de audio de transformación basado en bloques.
• Proporciona una amplia gama de velocidades de bits utilizables
• Admite un intervalo de fotogramas de 10 ms y 7,5 ms
• Admite las siguientes profundidades de bits: 16, 24 y 32 bits por muestra de audio
• Admite un número ilimitado de canales de audio
• Admite las siguientes frecuencias de muestreo: 8 kHz, 16 kHz, 24 kHz, 32 kHz, 44,1 kHz y 48 kHz

El nuevo LC3 ofrece mayor calidad a las mismas velocidades que SBC, o incluso mejor calidad a una velocidad de datos mucho menor.

Al ofrecer alta calidad incluso a velocidades de datos bajas, el LC3 ofrecerá una enorme flexibilidad a los desarrolladores, permitiéndoles hacer mejores concesiones de diseño entre los atributos clave del producto, como la calidad de audio y el consumo de energía.

Hay varias formas de juzgar la calidad de un códec. La forma más común es la comparación con la escucha en vivo para permitir que las personas escuchen y comparen el audio después de que se haya comprimido y descomprimido. Otras formas incluyen métodos cuantitativos estándar para medir el rendimiento de los códecs de audio, como el que se muestra en el gráfico a continuación, que compara el rendimiento de LC3 con SBC.

Algunas notas sobre el cuadro anterior:

• El eje X representa varias tasas de bits para cada SBC y LC3
• El eje Y representa una escala de calificación (0-5) como se define en ITU-R BS.1116-3 (PDF), que presenta Métodos para la evaluación subjetiva de pequeñas degradaciones en sistemas de audio
• Para el documento, la escala de calificación se define en la siguiente tabla:

• Por ejemplo, si observa la tasa de bits de 345 kbps, verá que SBC obtiene un valor justo por encima de 4.0, mientras que LC3 obtiene un valor aún mayor con menos de la mitad de la tasa de bits (160 kbps).

Aquí, en Bluetooth SIG, lanzamos recientemente una demostración de escucha interactiva que permite a los oyentes hacerlo realmente sensación la diferencia entre LC3 y SBC, así como tasas de bits específicas para cada uno. La demostración se desarrolló en colaboración con nuestros amigos de T2 Labs.

El lanzamiento de LC3 representa la finalización del segundo de los tres bloques de construcción. La comunidad de miembros de Bluetooth SIG está desarrollando actualmente nuevas especificaciones de perfil que definen el soporte interoperable para productos de audio nuevos y existentes y casos de uso, incluidos audífonos y Audio Sharing.

Como hemos aprendido en este artículo, el nuevo estándar LE Audio, incluido LC3, marca un hito muy importante y emocionante en el desarrollo de Bluetooth.^® estándar tecnológico, que permitirá el progreso y las innovaciones en audio inalámbrico en los próximos años.

La especificación LC3 completa se puede descargar en el siguiente enlace: https://www.bluetooth.com/specifications/le-audio/