Некоторая неудобная правда об LDAC
Эта статья – продолжение обсуждения, зарождённого в предыдущей статье.
Как показала практика, работа команды маркетологов Sony дала свои плоды – и кодек LDAC в своей Bluetooth-реализации набирает популярность и даже завоевал некоторое количество фанатов.
Разберём, действительно ли всё так великолепно?
Именно такая картинка является основным козырем Sony в продвижении LDAC. Компания заявляет, что с помощью этого кодека удалось превзойти качество передачи звука в три раза лучше, чем SBC и даже aptX, при этом всё ещё используя Bluetooth как передающую технологию, и при этом передавать звук высокой чёткости.
В начале давайте сосредоточимся на основах Bluetooth. Я знаю, что об этом уже писал, но не вспомнив это — невозможно сосредоточиться на том, что хотелось бы обсудить.
Введение и краткий ликбез
Есть версии, профили и кодеки. Так, Ваше устройство может иметь Bluetooth версии 3.0. Музыкальный профиль в нем — A2DP, как и во всех версиях Bluetooth в течение многих лет. А внутри профиля A2DP можно использовать разные музыкальные кодеки (MP3, AAC, SBC, aptX, LDAC и т.д.), чтобы сжимать музыкальные файлы в битрейты, которые могут быть переданы посредством Bluetooth.
В системе Bluetooth отправляющее устройство часто называют SRC (source), а принимающее – SNK (sink).
Усовершенствованный Профиль Распространения Звука (Advanced Audio Distribution Profile) или A2DP был разработан более десяти лет назад. До этого профиля существовала так называемая «голосовая передача» («voice layer»), разработанная для гарнитур и имеющая пропускную способность всего 64 кбит/с. Остальная часть Bluetooth была «передачей данных» («data layer»). Поэтому для улучшения качества звука (и особенно для передачи стереосигнала) и был разработан A2DP, суть которого была в захвате некоторой части битрейта, предназначенного для «передачи данных», и приспособлении его для музыки.
Существует также Профиль Дистанционного Управления Аудио/Видео (Audio/Video Remote Control Profile) — AVRCP, который работает параллельно, чтобы обеспечить передачу управляющих данных: команд изменения громкости, переключения треков и так далее.
Какую скорость передачи данных может получить A2DP из общего пула? На самом деле, в текущей версии A2DP нет ограничений, однако есть рекомендации, и в отношение кодека SBC выглядят они следующим образом:
Таким образом, при частоте дискретизации 48 кГц максимально доступное значение составляет 345 кбит/с, а в случае 44,1 кГц – 328 кбит/с. Поскольку качество несжатого CD требует потока на уровне 1411 кбит/с, указанные выше рекомендованные битрейты явно ниже, чем требуется для передачи музыки без сжатия.
Lossy vs Lossless
Чтобы рассуждать далее, важно различать два типа сжатия — без потерь (lossless) и с потерями (lossy). Оба уменьшают размер файла и, следовательно, снижают «нагрузку» на битрейт. Имена говорят сами за себя — при сжатии без потерь информация не теряется, а восстановленный файл в приёмнике файл идентичен файлу в источнике. Сжатие без потерь уменьшает размер файла путем определения шаблонов, которые можно описать и передать быстрее, чем путем отправки самих сырых данных. Говоря грубо, быстрее сказать «в файле 1000 слов «привет» подряд», чем говорить «привет» 1000 раз. Информация будет той же, передача произойдёт без потерь, но со сжатием.
Существует ограничение на степень сжатия без потерь, и практически все из существующих lossless-кодеков (Apple Lossless, FLAC, Ogg Vorbis) позволяют добиться сжатия приблизительно в два раза – и не более. Это значение зависит от типа контента и используемого метода.
Сжатие с потерями уменьшает размер файла, отбрасывая биты. Кодеки с потерями производят поиск информации, которую, по их мнению, Вы не слышите, после чего удаляют её в надежде, что Вы не почувствуете разницу. При таком подходе нет предела тому, какой степени сжатия возможно достигнуть – просто больше информации будет выброшено. МР3 128k сжимает CD приблизительно в 13 раз. Часть сжатия обеспечивается без потерь, как уже упоминалось выше. Всё остальное – это выброшенные данные. И неважно, какие программные или аппаратные нововведения заявит производитель – Вы никогда не восстановите то, что было выброшено, это как перекрасить назад чёрно-белую фотографию.
Ну это во всяком случае в теории и по логике вещей.
В профиле Bluetooth A2DP допускается использовать различные кодеки. По сути, Вы можете использовать даже MP2, MP3, WMA, AAC и ATRAC – однако поддержка одного кодека является обязательной: SBC (Поддиапазонный Кодек, Sub-Band Codec). Этот кодек поддерживает моно- и стереопотоки на различных определенных частотах дискретизации до 48 кГц.
Все остальные кодеки являются опциональными (включая семейство Sony ATRAC), а компании могут даже определять свои собственные кодеки. НО: для успешной работы необходимо, чтобы на устройствах SRC и SNK была предварительно установлена поддержка этих кодеков.
Следовательно, aptX, который заявляется «широко распространенным кодеком Bluetooth самого высокого качества», будет работать, только если оба устройства совместимы с aptX – например, Ваш смартфон и Ваша колонка Bluetooth.
Совместимость с aptX требует, чтобы производитель заплатил лицензионный сбор, который будет выплачен владельцу aptX (CSR / Qualcomm). Ну об этом уже писалось в предыдущей статье, но отметим, что до недавнего времени Apple включала aptX только в небольшие серии MacBook, а устройства Android получили поддержку aptX только начиная с седьмой версии операционной системы (aptX HD – с восьмой) – более того, даже в этой версии для некоторых устройств поддержка была отключена на уровне софта. Понятно, что большое количество производителей устройств SNK — беспроводных колонок, звуковых панелей и так далее – об этой поддержке и не помышляют, особенно когда речь идёт о бюджетной технике.
Регулярно aptX заявляется как «качество CD», но это не так, поскольку он ограничен 328 кбит/с по профилю A2DP, хотя часто указывается, что он достигает 384 кбит/с. Как мы помним, сжатие без потерь обеспечивает максимум двукратный выигрыш, следовательно, 384 кбит/с превращаются в самом лучшем случае в 768 кбит/с, и очевидно, что aptX не дотягивает до необходимого для «качества CD» потока в 1411 кбит/с, а потому его корректнее назвать «качеством, близким к CD» — по факту, сопоставимым с файлами AAC или MP3 320 кбит/с.
Отдельного внимания заслуживает уже упомянутый вскользь кодек aptX HD. По сути это – тот же aptX, но с иным профилем кодирования и возможностью битрейта до 576 кбит/с. И опять простая математика показывает, что до «качества CD» этой цифры недостаточно, хотя уже и существенно близко (1152 кбит/с).
S+I: Вы можете подтвердить, является ли кодек aptX HD сжатием без потерь или с потерями?
JM: Технически, aptX HD – это кодек со сжатием с потерями. Тем не мене, aptX HD использует сравнительно мягкое сжатие в соотношении 4:1, оно по своей природе не деструктивно. Поскольку он основан на адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляции, а не на принципах психоакустического восприятия, aptX HD использует прогнозирующий анализ, а не пытается воспроизвести характеристики человеческого слуха через синтетическое ухо.
S + I: Работает ли он в профиле A2DP или использует дополнительные данные?
JM: Алгоритм aptX HD использует A2DP для Bluetooth.
S + I: Какой максимальной скорости передачи данных возможно достичь?
JM: Для достижения 24-битной глубины и поддержки частоты дискретизации 48 кГц требуется 576 кбит/с.
Таким образом, кодек aptX не позволяет достичь «качества CD».
LDAC от Sony
Часть первая. История
Справедливости ради следует сказать, что у Sony раньше уже были и есть Bluetooth-решения с нестандартными кодеками – это наушники Sony DR-BT50, поддерживающие MP3. Был и кодек Sony ATRAC, так знакомый всем по давно канувшим в лету минидискам.
Но вот Sony Australia представляет новинку в стремлении компании выйти на рынок беспроводных аудиорешений — кодек LDAC. Своё решение компания назвала просто — система «Sony Multi-Room».
Эта система включает в себя достаточно много: три беспроводных динамика, включая один портативный, плюс одну звуковую панель и одну звуковую базу, а также micro-Hi-Fi-систему SX7. Также рекомендуется дополнение в виде одного из поддерживаемых AV-ресиверов Sony — модели STR-DN860 или 1060.
Возможности полученного «мультирума» включают потоковую передачу DLNA с высокой чёткостью от 24 бит / 96 кГц до 24 бит / 192 кГц. Кроме того, есть Bluetooth, использующий собственную технологию кодирования звука LDAC от Sony, которая, как утверждает компания, при запуске проигрывания звука высокой чёткости по Bluetooth, обеспечивает скорость передачи данных 990 кбит/с.
На самом деле существует три уровня LDAC, работающих на 330, 660 и 990 кбит/с — для самой высокой скорости передачи данных Вы должны выбрать режим с приоритетом качества.
Как и в случае с aptX, LDAC можно использовать только в том случае, если источник и устройство-приемник оснащены LDAC. В настоящее время это список совсем невелик, более того – достаточно дорог.
Но вернёмся к главному вопросу: как же это достигается с помощью Bluetooth? Как мы видели, скорость передачи данных 990 кбит/с намного выше, чем спецификация всего стереофонического профиля A2DP Bluetooth, не говоря уже о стандартных кодеках в нем.
Даже если оставить это в стороне, непонятно, как складываются цифры. Поток качества CD на несжатом 16-бит / 44,1 кГц имеет скорость передачи данных 1411 кбит/с. Таким образом, указанные в LDAC 990 кбит/с могут легко использовать сжатие без потерь для достижения полного качества CD через LDAC. С этим понятно.
Но как насчет этого заявления о звуке высокой чёткости? Даже если говорить о нижней заявленной границе 24-бит / 96 кГц — поток 24/96 должен иметь скорость передачи выше 4,5 Мбит/с. Чтобы получить без потерь такое качество при битрейте в 990 кбит/с, потребуется коэффициент сжатия примерно 5:1, что более чем в два раза больше, чем у всех известных lossless-кодеков. То есть всё-таки кодек сжимает данные с потерями? Но какой же тогда это «звук высокой чёткости»?
Часть вторая. Страсти вокруг Hi-Res Audio
Sound+Image связались по электронной почте с Sony Australia и получили подтверждение, что LDAC действительно является кодеком с потерями, использующим сжатие данных примерно в 4,5 раза — примерно половина из которых может быть без потерь (тот самый коэффициент 2!), остальные — с потерями. При этом достижение более высоких значений потока возможно только посредством DLNA, но не Bluetooth.
Но довольно быстро за этим последовало еще одно электронное письмо с информацией из Японии, после чего разгорелась переписка:
Предоставленная Вам ранее информация о том, что LDAC — это кодек с потерями, использующий сжатие данных примерно в 4,5 раза, не является действительной.
Правильный ответ: LDAC — это кодек Bluetooth, который использует более эффективное сжатие данных, чем обычные кодеки, используемые в Bluetooth, такие как SBC или aptX. Выигрыш в сжатии может достигать до 3 раз.
Тем не менее, хотя LDAC превосходит другие кодеки Bluetooth, он всё равно подвергает контент сжатию. Следует также отметить, что передача звука высокой чёткости возможна посредством Wi-Fi. Наша система MultiRoon поддержтивает двухдиапазонное решение и в этом случае полностью обеспечивает действительно высококачественное беспроводное аудио.
Мы приносим свои извинения за противоречивую информацию.
Просим прощения, но мы понимаем, что передача звука высокой чёткости возможна по Wi-Fi. Однако материалы Sony касательно LDAC четко показывают передачу звука высокой чёткости качества 24/96, требующего скорость передачи 4,5 Мбит/с через канал Bluetooth 990 кбит/с. Не Wi-Fi, Bluetooth! Прилагаем скриншот:
Просим ответить на вопрос: при передаче звука 24/96 через Bluetooth используется сжатие с потерями или без потерь?
Сжатие без потерь означает, что исходные данные могут быть полностью и идеально восстановлены. Сокращение потока со скоростью 4,6 Мбит/с до 990 кбит/с без потерь было бы огромным достижением — ни один другой известный кодек не может достичь такого значения в реальном времени.
Таким образом, нам кажется три возможных варианта:
а) у компании Sony чудесная система сжатия без потерь с коэффициентом 4,5х;
б) LDAC — кодек сжатия с потерями при отправке 24-96 через Bluetooth;
c) веб-сайт и опубликованные материалы ошибочны, и LDAC вообще не может отправлять звук высокой чёткости по Bluetooth, только по Wi-Fi.
Снова просим прощения за противоречивые ответы. На самом деле Ваш вопрос достаточно сложен, а поэтому наши специалисты разделяются во мнениях.
Для того, чтобы прояснить ситуацию, мы пригласили Эндрю Хьюза, и он сказал, что ситуация наиболее близка к тому, что Вы изложили в варианте а), хотя мы бы не хотели использовать слово «чудесный».
Чтобы помочь проиллюстрировать.
Рассмотрим сценарий, в котором вы отправляете звук высокой чёткости с LDAC Walkman на наушники LDAC:
— Для передачи по радиоканалу через Bluetooth файл сжимается для передачи, а затем на другом конце наушники реконструируют / распаковывают файл, чтобы получить в результате музыку, эквивалентную 96/24.
— Это делает сигнал без потерь, при этом качество музыки не теряется. Сжатие с потерями, с другой стороны, сжимает файл для передачи, но не восстанавливает его на другом конце, поэтому качество больше похоже на MP3.
— Передача файла в таком сценарии возможна для звука высокой чёткости с характеристиками 96/24. Следующий уровень детализации — 192/24 — в случае нашего сценария приведет к потере качества до уровня, эквивалентного 96/24. LDAC не может передавать качество выше 96/24.
Таким образом, Sony заявляет о своей системе сжатия без потерь, способной достичь коэффицента более 4:1.
Переписка состоялась в 2015 году, и нужно отдать должное въедливым ребятам из S+A –через год они встретились с Sony во время IFA 2016 в Берлине.
«Это не звук высокой чёткости, — сообщил инженер Sony из Азиатско-Тихоокеанского региона. —Мы не утверждаем, что это звук высокой чёткости, но он близок к звуку высокой чёткости».
Инженер не смог однозначно сообщить, относится ли всё-таки кодек к lossless или lossy, но особо отметил, что Sony всегда осторожна в своих претензионных высказываниях: в последних материалах «LDAC эффективно поддерживает исходную битовую глубину и частоту 24 бит / 96 кГц, обеспечивая более полное и насыщенное звучание уровня Hi-Res Audio». Очень ловко, не правда ли?
Что касается того, как Sony сократила скорость 990 кбит/с LDAC до гораздо более ограниченного канала A2DP, инженер ответил, что LDAC увеличивает битрейт, а не работает по рекомендованной спецификации A2DP.
S+I: Нам нравится, что Sony с 2013 года уделяет такое внимание звуку высокой чёткости во всех своих продуктах, вплоть до наушников, это действительно замечательно! Но нам кажется, что термин «звук высокой чёткости» зачастую используется не в том понимании. Например, наушники MDR-1000X — в брошюрах написано «hi-res audio», есть логотип Hi-Res Audio, но если прочесть внимательно, то оказывается, что на самом деле звук «почти» высокой чёткости. Можете ли Вы объяснить, как, к примеру, эти наушники Bluetooth могут воспроизводить звук высокой чёткости?
KN: Что касается Bluetooth, то он ограничен скоростью передачи, это 1 Мбит/с, поэтому невозможно передать сигнал без некоторого сжатия с потерями. Но LDAC – это кодек, очень близкий к передаче звука высокой чёткости. Но мы избегаем говорить «это — Hi-Res Audio», да, мы избегаем.
S+I: Но как объяснить логотип Hi-Res Audio и спецификацию?
KN: При проводном соединении с аналоговым входом, MDR-1000X может работать в режиме «NC on» со звуком высокой чёткости. Но мы же не говорим, что это достижимо при беспроводной передаче, верно?
S+I: Таким образом, скорость LDAC, как Вы говорите, составляет 1 Мбит/с, 990 кбит/с, но для 24/96 требуется 4,5 Мбит/с, что в четыре с половиной раза выше. При сжатии без потерь Вы можете получить, возможно, 2 Мбит/с для работы на скорости 990 Кбит/с, но Вы всё ещё более, чем на полпути от звука высокой чёткости. Как это «очень близко к передаче звука высокой чёткости»?
KN: Возможно, это действительно на 100% недостижимо с текущим битрейтом. Необходимо искать пути увеличения битрейта или повышать степень сжатия без потерь в кодеке. Но да, на данный момент это недостижимо.
S+I: То есть, оно не «близко» к звуку высокой чёткости, оно на 50% ниже звука высокой чёткости?
KN: Само качество звука проверяется главным образом… ну можно оценивать качество музыки, прослушивая её, можно также оценивать спектральную форму волн. Это разные вещи, но мы проверяем качество звука – и не видим никакой разницы. Если использовать полный битрейт, максимальную частоту дискретизации и максимальную битовую глубину – мы получим огромный объём информации, но всё равно не достигнем идеала. Когда мы слушаем музыку на вечеринках – разве там нет потерь? Хотя для высокочастотных звуков спекуляции с битовой глубиной действительно могут привести к снижению качества. В любом случае – я не могу сказать, на сколько процентов мы близки к звуку высокой чёткости. Качество звука хорошее, тесты с прослушиванием и спектральными формами волн проходят – разницы нет.
[Другие журналисты задают вопросы.]
S+I: Как инженеры, вы много говорите о чистоте звука и в частности о чистоте звука высокой чёткости. Итак, как Вы можете прокомментировать заявление, что любой музыкальный файл может быть улучшен до уровня практически звука высокой чёткости? Вы верите в такое? (Это утверждение было сделано в отношении Sony DSEE (Digital Sound Enhancement Engine) HX, используемом в наушниках Sony HDR-1000).
KN: Как я уже объяснил, наш опыт, наши методы испытаний, форма волны и прослушивание музыкального образа не выявляют различий. Но если мы уберём высокие частоты и сравним звук – разница будет очевидна. Таким образом, мы считаем, что это близко к звуку высокой чёткости.
S+I: Значит, если мы можем повысить качество любого файла до звука высокой чёткости, нам не нужен вообще источник звука высокой чёткости?
KN: Эээ. [Пауза.]
S+I: Очевидно же, что Вы можете. Имеется в виду, что Вы можете повысить качество MP3 до звука высокой чёткости – и не услышать разницу. Тогда нам вообще не нужен звук высокой чёткости на источнике.
KN: Это зависит от оригинального качества звука. Конечно, если исходный битрейт MP3 слишком низкий, качество невозможно повысить. Но мы можем улучшить это в некоторой степени.
S+I: Итак, какой файл Вы можете увеличить до почти высокой чёткости? Какой уровень — 256, 320, качество CD? В каком файле Вы не слышите разницу? Ваше заявление по сути хоронит необходимость в хранении звука высокой чёткости.
[Длинная групповая дискуссия.]
KN: Извините. DSEE HX улучшает звук, но исходный битрейт должен составлять 248 кбит/с. Тогда его можно улучшить до почти высокой чёткости. Так что, если исходный источник звука ниже, он не может быть улучшен до этого уровня.
S+I: Ого! Значит Sony считает, что 256k может звучать как звук высокой чёткости?
KN: Да, практически как звук высокой чёткости.
Занавес. И мои аплодисменты Sound+Image. Дожали.
Часть третья. О великодушии
В 2017 году стало известно о великодушной «жертве» компании Sony, которая сделала использование технологии LDAC бесплатной в Android O, дабы «принести большую пользу в расширении списка доступных интеллектуальных устройств, которые смогут отправлять данные с использованием LDAC». Тем не менее, как правильно отмечает Trusted Reviews, крайне маловероятно, что другие производители акустики, кроме самой Sony, будут так заинтересованы в лицензировании LDAC в своих наушниках – в приципе мы это видим на примере aptX / aptX HD.
Поэтому многие телефоны могут быть готовы к использованию LDAC, но для его проигрывания в «почти высокой чёткости» придётся покупать только наушники Sony – в таком случае «жертва» весьма оправдана!
И в заключение
Глядя на искусственное ограничение битрейта SBC, лицензионные схемы aptX и страсти вокруг LDAC, задумываешься о многом…
Источник