aptX - aptX
Rodzaj mediów internetowych | dźwięk/aptx |
---|---|
Opracowany przez | Qualcomm |
Rodzaj formatu | Kodeki dźwięku |
aptX ( apt oznacza technologię przetwarzania dźwięku ) to rodzina zastrzeżonych algorytmów kompresji kodeków audio należących do Qualcomm , z dużym naciskiem na bezprzewodowe aplikacje audio .
Historia
Oryginalny algorytm aptX został opracowany w latach 80. przez dr Stephena Smytha w ramach jego pracy doktorskiej. badania na Queen's University Belfast School of Electronics, Electrical Engineering and Computer Science; jego konstrukcja opiera się na zasadach ADPCM w dziedzinie czasu bez psychoakustycznych technik maskowania słuchu .
Kodowanie dźwięku aptX zostało po raz pierwszy wprowadzone na rynek komercyjny jako produkt półprzewodnikowy, specjalnie zaprogramowany układ scalony DSP o nazwie części APTX100ED, który został początkowo przyjęty przez producentów sprzętu do automatyzacji transmisji, którzy potrzebowali środków do przechowywania dźwięku o jakości CD na dysku twardym komputera napęd do automatycznego odtwarzania np. podczas audycji radiowych, zastępując w ten sposób zadanie disc jockeya .
Firma została kupiona przez Solid State Logic ca. 1988 i stał się częścią Carlton Communications plc. w 1989 roku. Na początku lat 90. kodeki APT były używane do przesyłania dźwięku przez linie ISDN przez firmy takie jak Disney, aby sprawdzić dubbing wykonany w Europie. 23 grudnia 1999 roku firma Carlton Communications sprzedała Solid State Logic firmie 3i . Następnie w 2005 roku firma Solid State Logic sprzedała APT w ramach wykupu menedżerskiego. 1 marca 2005 r. firma APT Licensing Ltd. została zarejestrowana w Belfaście (do 18 grudnia 2008 r. pod nazwą Audio Processing Technology Holdings Limited ).
Zakres algorytmów aptX do kompresji danych audio w czasie rzeczywistym rozszerzona o własności intelektualnej staje się dostępny w postaci oprogramowania, oprogramowania sprzętowego i programowalnego sprzętu dla profesjonalnego dźwięku , telewizyjnych i radiowych audycji i elektroniki użytkowej , zwłaszcza aplikacji Wireless Audio, niski bezprzewodowego latency audio do gier i wideo oraz audio przez IP . Ponadto kodek aptX został wprowadzony jako alternatywa dla SBC , schemat kodowania podzakresów dla stratnego strumieniowego przesyłania dźwięku stereo/mono, nakazany przez Bluetooth SIG dla profilu Advanced Audio Distribution Profile ( A2DP ) Bluetooth , bezprzewodowej komunikacji osobistej krótkiego zasięgu. standard sieci obszarowej . aptX jest obsługiwany w wysokowydajnych urządzeniach peryferyjnych Bluetooth.
Obecnie standardowe aptX i Enhanced aptX (E-aptX) są używane w sprzęcie z kodekami audio ISDN i IP od wielu producentów sprzętu nadawczego, w tym APT WorldCast Systems , Tieline Technology, AVT, Harris Corporation , BW Broadcast, Digigram, MAYAH, Prodys, i Qbit. Dodatek do rodziny aptX w postaci aptX Live, oferujący kompresję do 8:1, został wprowadzony w 2007 roku; oraz aptX HD, stratny, ale skalowalny, adaptacyjny kodek audio o „prawie bezstratnej” jakości został ogłoszony w kwietniu 2009 roku.
Firma podzieliła się w 2009 roku; biznes sprzętu do transmisji został przejęty przez Audemat i stał się częścią tego, co jest teraz WorldCast Systems , a biznes licencjonowania stał się APT Licensing i został przejęty przez CSR plc w 2010 roku. aptX był wcześniej nazywany apt-X do czasu przejęcia przez CSR w 2010 roku. następnie przejęty przez Qualcomm w sierpniu 2015 r.
Począwszy od Androida Oreo i Androida 10 , aptX/aptX HD i aptX adaptive zostały dodane do Android Open Source Project , umożliwiając każdemu producentowi OEM swobodną integrację tych standardów z własnymi urządzeniami z Androidem.
Warianty
@ 279kbit/s | @ 420kbit/s | (na przykład) | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
różne | Początek | ? | <2009 | 2012 | 2016 | 2018 | lata 80. | |
Znak towarowy | – |
Qualcomm (do sierpnia 2015: CSR , do lipca 2010: APT Licensing Ltd. , do marca 2005: Solid State Logic ) |
– | |||||
Powiązane patenty | EP 0400755B1 (wygasł) | EP 0398973B1 (unieważniony) | aptX, US 9398620B1 (wygasły) |
aptX | ? | – | ||
Bezpłatne wdrożenia |
BlueZ libsbc PulseAudio , PipeWire |
FFmpeg , libopenaptx, PulseAudio , PipeWire | FFmpeg , libopenaptx, PipeWire | FFmpeg , libopenaptx, PulseAudio , PipeWire | Nie dotyczy | – | ||
Własne wdrożenia | Wiele | Qualcomm libaptX | Nic | Qualcomm libaptXHD | ? | – | ||
Żeton | – | CSR8635 | CSR8670 | CSR8675 | QCC5100 | – | ||
Kodowanie dźwięku |
Głębia słowa | ? | 16-bitowy | 16-bitowy |
16-bitowy 24-bitowy |
24-bitowy | 16-bitowy | |
Częstotliwość próbkowania | 44,1 kHz 48 kHz |
44,1 kHz 48 kHz |
44,1 kHz 48 kHz |
44,1 kHz 48 kHz |
44,1 kHz 48 kHz 96 kHz |
44,1 kHz |
||
Szybkość transmisji | 345 kb/s (@48kHz) |
325 kb/s (@ 44,1 kHz) 384 kb/s (@ 48 kHz) |
352 kb/s (@48kHz) | 576 kb/s (24 bity przy 48 kHz) | 279 kb/s | 420 kb/s | 1411 kb/s (przy 44,1 kHz) | |
Stały | Stały | Stały | Stały | Zmienny | Stały | |||
Opóźnienie kodeka | ? | 1,8 – 2,0 ms | ? | 1,8 – 2,0 ms | 1,4 – 2,0 ms | – | ||
Opóźnienie sprzętowe nadajnika | ? | ? |
≈ 40 ms (przy użyciu dedykowanej anteny) |
? | ≈ 80 ms | – | ||
Opóźnienie nadajnika oprogramowania (większość telefonów) |
200 – 500 ms w zależności od urządzenia nadawczego |
– | ||||||
Wstecznie kompatybilny z | – | SBC | SBC, aptX | SBC, aptX | SBC, aptX, aptX HD | ? | ||
Jakość dźwięku |
THD+N @ 1 kHz | -67 dB czy -85 dB? | -85 dB | -80 dB czy -90 dB? | -90 dB | -100 dB | ||
Wielotonowy @ 1 kHz | -100 dB | ? | -100 dB | -90 dB | -100 dB | |||
Wielotonowy @ 10 kHz | -65 dB | ? | -90 dB | -85 dB | -95 dB | |||
Przesłuch | −120 dB | ? | -155 dB | -90 dB | −200 dB | |||
SNR przy 1 kHz | 93 dB | 93 dB | 129 dB | 130 dB | 135 dB | |||
PEAQ | -0,18 czy -0,08? | ? | 0,05 czy 0,04? | -0,06 | 0,045 | |||
Pasmo przenoszenia przez BT | 20 Hz – 22,7 kHz | 20 Hz – 22,7 kHz | 20 Hz – 22,7 kHz | 20 Hz – 22,7 kHz |
aptX
Kodek audio aptX jest używany do bezprzewodowych aplikacji konsumenckich i samochodowych, w szczególności do strumieniowego przesyłania w czasie rzeczywistym stratnego dźwięku stereo przez połączenie/parowanie Bluetooth A2DP między urządzeniem „źródłowym” (takim jak smartfon, tablet lub laptop) a „ akcesorium do zlewu (np. głośnik stereo Bluetooth, zestaw słuchawkowy lub słuchawki). Technologia musi być włączona zarówno w nadajnik, jak i odbiornik, aby czerpać korzyści dźwiękowe z kodowania audio aptX w porównaniu z domyślnym kodowaniem podpasmowym (SBC) wymaganym przez standard Bluetooth. Produkty opatrzone logo CSR aptX są certyfikowane pod kątem współdziałania ze sobą.
Ulepszony aptX
Ulepszony aptX zapewnia kodowanie przy współczynniku kompresji 4:1 dla profesjonalnych aplikacji transmisji audio i jest odpowiedni dla AM, FM, DAB, HD Radio i 5.1. Ulepszony aptX może obsłużyć do 4 par stereo audio AES3 i skompresować do 1 strumienia AES3 do transmisji. Ulepszony aptX obsługuje głębię bitową 16, 20 lub 24 bitów. Dla dźwięku próbkowanego z częstotliwością 48 kHz, przepływność dla E-aptX wynosi 384 kb/s (kanał dwukanałowy), 768 kb/s (kanał czterokanałowy), 1024 kb/s (kanał 5.1) i 1280 kb/s ( 5.1 kanałów plus stereo). Jego najniższa przepływność wynosi 60 (?) kbit / s dla dźwięku mono próbkowanego z częstotliwością 16 kHz, oferując pasmo przenoszenia około 7,5 kHz tuż poniżej pasma szerokopasmowych kodeków telefonicznych (które zwykle działają z częstotliwością próbkowania 16 kHz).
aptX na żywo
aptX Live to kodek audio o niskiej złożoności, który został specjalnie zaprojektowany w celu maksymalizacji gęstości kanałów cyfrowego mikrofonu bezprzewodowego w sytuacjach o ograniczonej przepustowości, takich jak występy na żywo (tzw. tworzenie programów i wydarzenia specjalne), w których wydajność widmowa urządzeń radiowych ( mikrofony bezprzewodowe, odsłuch douszny, systemy talk-back) stają się pierwszorzędną kwestią operacyjną. aptX Live oferuje kompresję do 8:1 cyfrowych strumieni audio o rozdzielczości 24-bitowej przy zachowaniu integralności akustycznej (zakres dynamiki około 120 dB) i zapewnia opóźnienie około 1,8 ms przy częstotliwości próbkowania 48 kHz. Ponadto aptX Live oferuje również techniki ułatwiające połączenie w sytuacjach, w których bitowa stopa błędów (BER) jest nadmiernie wysoka.
aptX LL
aptX LL lub aptX Low Latency są przeznaczone do zastosowań wideo i gier wymagających wygodnej synchronizacji audio-wideo, gdy dźwięk stereo jest przesyłany przez radio o krótkim zasięgu do słuchacza (słuchaczy) przy użyciu standardu profilu audio Bluetooth A2DP . Technologia ta oferuje opóźnienie od końca do końca wynoszące 32 ms przez Bluetooth. Dla porównania, opóźnienie standardowego stereo Bluetooth różni się znacznie w zależności od implementacji systemu i buforowania. Dostępne są rozwiązania wykorzystujące standardowe kodowanie/dekodowanie SBC, które osiągają opóźnienie poniżej 40 ms. Zalecane opóźnienie synchronizacji audio-wideo w telewizji nadawczej wynosi od +40 ms do -60 ms (odpowiednio audio przed/po wideo). Jednak AptX Low Latency wymaga dedykowanej, bezprzewodowej anteny, więc nie osiągnął dużej popularności w smartfonach i został wycofany przez Qualcomm na rzecz aptX Adaptive. Jej głównym konkurentem jest LLAC .
aptX HD
aptX HD lub aptX High Definition ma przepływność 576 kbit/s. Obsługuje dźwięk wysokiej rozdzielczości do częstotliwości próbkowania 48 kHz i rozdzielczości próbek do 24 bitów. W przeciwieństwie do nazwy, kodek jest nadal uważany za stratny; pozwala jednak na „hybrydowy” schemat kodowania dla aplikacji, w których średnie lub szczytowe szybkości skompresowanych danych muszą być ograniczone na ograniczonym poziomie. Wiąże się to z dynamicznym zastosowaniem kodowania „prawie bezstratnego” dla tych odcinków dźwięku, w których całkowicie bezstratne kodowanie jest niemożliwe ze względu na ograniczenia szerokości pasma. Kodowanie „prawie bezstratne” zapewnia wysoką jakość dźwięku, zachowując częstotliwości dźwięku do 20 kHz i zakres dynamiki co najmniej 120 dB. Jego głównymi konkurentami są kodek LDAC opracowany przez Sony i LHDC .
Kolejnym skalowalnym parametrem w aptX HD jest opóźnienie kodowania. Można go dynamicznie wymieniać z innymi parametrami, takimi jak poziomy kompresji i złożoność obliczeniowa. Opóźnienie kodeka aptX HD można skalować do zaledwie 1 ms dla próbkowanego dźwięku 48 kHz, w zależności od ustawień innych konfigurowalnych parametrów. aptX HD sprawdza się szczególnie dobrze w przypadku innych bezstratnych kodeków, gdy opóźnienie kodowania jest ograniczone do małych, takich jak 5 ms lub mniej, co czyni go szczególnie odpowiednim dla interaktywnych aplikacji audio wrażliwych na opóźnienia.
Wiele bezstratnych kodeków ma zaletę niskiego narzutu obliczeniowego w porównaniu do dobrze znanych stratnych kodeków, takich jak MP3 i AAC . Jest to szczególnie ważne w przypadku głęboko osadzonych aplikacji audio działających na urządzeniach mobilnych o niskim poborze mocy. aptX HD zapewnia niski narzut obliczeniowy dzięki dynamicznemu wybieraniu najprostszych funkcji kodowania dla każdego krótkiego segmentu dźwięku, przy jednoczesnym przestrzeganiu innych ograniczeń operacyjnych, takich jak poziomy kompresji i opóźnienie kodowania. W zależności od ustawień innych skalowalnych parametrów, aptX HD może kodować 16-bitowy strumień audio stereo 48 kHz przy użyciu tylko 10 MIPS na nowoczesnym procesorze RISC z rozszerzeniami przetwarzania sygnału . Odpowiedni dekoder reprezentuje tylko 6 MIPS na tej samej platformie.
Metadane użytkownika i specjalne dane synchronizacji można włączyć do skompresowanego formatu z konfigurowalną szybkością. Ta ostatnia umożliwia szybką resynchronizację dekodera w przypadku uszkodzenia lub utraty danych na łączach komunikacyjnych, gdzie jakość usług (QoS) może się szybko zmieniać. W zależności od ustawień parametrów resynchronizacja dekodera może nastąpić w ciągu 1-2 ms.
aptX Adaptacyjny
aptX Adaptive to dynamicznie regulowany kodek audio nowej generacji, przeznaczony do najwyższej jakości dźwięku i niskich opóźnień. Szybkość transmisji bitów aptX Adaptive skaluje się dynamicznie od 279 kb/s do 420 kb/s. Działa również ze współdzieloną, a nie dedykowaną anteną bezprzewodową. Qualcomm twierdzi, że ich nowy algorytm kompresji zapewnia współczynnik kompresji od 5:1 do 10:1. Dzięki temu aptX Adaptive przy 279 kb/s i 420 kb/s zapewnia taką samą jakość dźwięku jak aptX przy 352 kb/s i aptX HD przy 576 kb/s. aptX Adaptive obsługuje 16 i 24 głębię bitową przy częstotliwościach próbkowania 44,1, 48 i 96 kHz. Sprzętowy aptX Adaptive ma opóźnienie od końca do końca wynoszące 80 ms, ale większość telefonów korzysta z nadajnika programowego - który nie ma żadnych zalet opóźnień w porównaniu z innymi kodekami. aptX Adaptive jest również wstecznie kompatybilny ze starszymi kodekami aptX i aptX HD, ale nie z aptX LL.
aptX głos
aptX Voice to nowa funkcja aptX Adaptive, zaprojektowana w celu znacznej poprawy jakości głosu dla osób korzystających z akcesoriów Bluetooth do wykonywania połączeń głosowych. Czyni to, zapewniając jakość połączeń głosowych 32 kHz w ramach profilu zestawu głośnomówiącego Bluetooth .
Tryb działania
Przykładowy strumień 16-bitowy 44 kHz (pasmo sygnału do 22 kHz) o jakości CD jest podzielony przez dwie warstwy 64-odczepowego filtra QMF ( filtr kwadraturowy ) na cztery 16-bitowe podpasma 11 kHz (pasmo sygnału do 5,5 kHz każdy). Pierwsze 64-odczepowe QMF dzieli się na dwa pasma (0–11 kHz i 11–22 kHz), a następnie każde z nich jest podawane na kolejne 64-odczepowe QMF dzielące się na cztery pasma: 0–5,5 kHz, 5,5–11 kHz, 11–16,5 kHz i 16,5–22 kHz. Ogólnie oczekuje się, że zmniejszona wariancja zostanie znaleziona w wyższych pasmach w porównaniu z niższymi pasmami, dlatego ADPCM jest wykorzystywany do optymalnego przydzielania bitów.
Każde pasmo jest kodowane za pomocą ADPCM przy użyciu przydziału 8 bitów dla pasma 1 (widmo 0-5,5 kHz), 4 bity dla pasma 2 (5,5–11 kHz), 2 bity dla pasm 3 i 4 (11–16,5 kHz i 16,5) –22 kHz). Przyszła modyfikacja jest rozważana z adaptacyjną realokacją bitów w oparciu o analizę wariancji każdego podpasma, na przykład 9, 2, 3, 2 itd.
W rezultacie dla kanału mono 16 bitów @ 44,1 kHz=705,6 kbit/s jest konwertowane na (4×16) 64 bity@11,025 kHz=705,6 kbit/s, a następnie na (8+4+2+2) 16 bity przy 11,025 kHz=176,4 kbit/s.
Opcjonalnie (dodaje niewielkie opóźnienie) krótkoterminowy analizator RMSE jest używany do zmniejszenia zakresu dynamicznego, a tym samym efektywniejszego przydzielania bitów podczas cichych pasaży (tj. stratny format).
W przypadku sygnału stereo, standardowy strumień PCM 1,4 Mbit jest konwertowany na strumień aptX 352 Kb/s.
Szczegóły można znaleźć w patencie EP0398973B1. Głównym argumentem jest to, że zmienność sygnału jest zmniejszona przy wyższych częstotliwościach, co sprawia, że można go kodować za pomocą kodeków, takich jak ADPCM.
Zobacz też
- Lista kodeków
- LDAC (kodek) (kodek konkurencji)
- LHDC i LLAC (kodek konkurencji)
- Stratna kompresja danych
Bibliografia
Zewnętrzne linki
- Oficjalna strona internetowa
- Artykuł pomija drugą rodzinę kodującą , Radio World 09.12.2007
- „Inżynieria rozrywki, tom 6, wydanie 6: Własność intelektualna podlegająca licencjonowaniu dla cyfrowego dźwięku HD” (PDF) . Zarchiwizowane z oryginału w dniu 16 lutego 2012 roku . Źródło 29 czerwca 2009 .CS1 maint: bot: nieznany status oryginalnego adresu URL ( link )