Передача музыки по Bluetooth

Стандарт беспроводной связи Bluetooth, который сегодня прочно ассоциируется прежде всего с беспроводными наушниками и аудиосистемами, изначально не был предназначен для трансляции аудио. О метаморфозах, произошедших с этой технологией за многие годы её развития, мы и поговорим.

С чего всё началось

Разработка стандарта Bluetooth была начата известным производителем телекоммуникационного оборудования, шведской компанией Ericsson, в далеком 1994 году, когда о смартфонах и беспроводных наушниках можно было прочесть лишь в фантастических романах. Как и появившийся позже стандарт USB, Bluetooth был призван заменить интерфейс последовательной передачи данных RS-232, но не использовать при этом проводов. Как и все перечисленные интерфейсы, Bluetooth был универсальным – то есть, не специализировался на трансляции данных какого-то определенного типа (например, аудио).

Первые спецификации стандарта появились в 1998 году, после чего была создана ассоциация Bluetooth SIG, где к Ericsson присоединились IBM, Intel, Toshiba и Nokia. Сегодня в эту организацию входит более 18 тысяч фирм различной специализации, а Bluetooth практически стал стандартом де-факто беспроводной передачи данных между мобильными устройствами на небольших (до 10 метров) дистанциях. В 2002 году Bluetooth стал частью телекоммуникационного стандарта IEEE 802.15.1.

Как это работает

Как и многие бытовые беспроводные интерфейсы, Bluetooth использует диапазон ISM (Industrial- Scientific-Medical) – от 2,4 до 2,4835 ГГц. Это так называемый “свободный” диапазон для взаимодействия устройств самого различного назначения. Он же используется в стандарте Wi-Fi, в беспроводных телефонах DECT и в разнообразной беспроводной компьютерной периферии. То есть, на этом участке радиочастотного спектра довольно тесно. Основную проблему для Bluetooth представляют сети Wi-Fi. Во-первых, из-за распространенности – откройте на своем смартфоне список доступных сетей Wi-Fi – если вы живете в многоквартирном доме, то скорее всего в этом списке будет не один десяток позиций.

Кроме того, Wi-Fi для связи использует достаточно широкие каналы – 13 каналов по 22 МГц. Технология Bluetooth работает с 79 каналами, которые довольно узкие – 1 МГц. При этом, передатчик и приёмник меняют рабочий канал по специальному алгоритму 1 600 раз в секунду, что позволяет минимизировать вероятность наложения сигналов. Для исключения пересечения с широкими каналами Wi-Fi применяется технология AFH (Adaptive Frequency Hopping) – при выборе очередного варианта для переключения каналы, попадающие на широкий канал Wi-Fi, игнорируются, чем достигается довольно высокая помехоустойчивость связи.

Транслируем звук

Идея использования Bluetooth в том числе и для беспроводной трансляции аудио возникла практически сразу с появлением этого интерфейса. Но на первых порах речь не шла о работе с музыкальным материалом – стандарт применяли для связи мобильных телефонов с гарнитурами, что не требовало обеспечения высокого качества звучания. Для передачи по каналу Bluetooth аудиоинформации в стандарт была добавлена поддержка так называемых профилей. Первым таким профилем стал HSP (Headset Profile) – он позволял транслировать монофонический аудиосигнал с битрейтом до 64 кб/с. Понятно, что ни о каком прослушивании музыки с использованием этого профиля речь не шла.

Вторым профилем для передачи аудио стал HFP (Hands Free Profile). Как и предшественник, он был ориентирован на обеспечение связи с телефонными гарнитурами, а усовершенствования касались только расширения функционала и сервисных функций.

Первым профилем, который без оговорок можно было использовать для трансляции музыки, стал A2DP (Advanced Audio Distribution Profile). Главным новшеством этого профиля стала возможность синхронизации использования и управления сжатием аудио. Сравнительно невысокая пропускная способность канала Bluetooth вынуждает использовать сжатие цифрового потока, однако, насколько эффективно это делается определяется используемым кодеком.

Сжимаем звук

Самым старым и наименее эффективным кодеком, используемым в профиле A2DP, стал SBC (Subband Coding). По сути это вариант кодека MP3, оптимизированный для снижения нагрузки на процессор, что очень важно, поскольку при трансляции аудио сжатие/распаковка материала должны проводится в реальном времени. Именно поэтому, несмотря на то, что SBC поддерживает битрейт до 345 кб/с, аудио в формате MP3, закодированное с битрейтом 320 кб/с, звучит заметно лучше.

Существенно более высокое качество звучания предлагает кодек AAC (Advanced Audio Coding). Этот кодек хорошо известен приверженцам техники Apple – в мобильных гаджетах и наушниках “яблочной” компании именно AAC обеспечивает наилучшее качество звучания. Соответственно, он реализован в программе iTunes и сервисе Apple Music. Важный момент – для его использования оба связывающихся устройства – и смартфон, и наушники, должны поддерживать AAC. В ином случае придется довольствоваться качеством, обеспечиваемым стандартным для A2DP кодеком SBC.

Настоящим прорывом для любителей качественного воспроизведения музыки стал кодек aptX. Стереофонический сигнал здесь транслируется с битрейтом до 352 кб/с, поддерживая частотный диапазон от 10 Гц до 22 кГц. Но главное – кодек aptX позволяет транслировать аудио в форматах MP3 и AAC без повторной обработки. Меньше преобразований – выше качество звучания. В 2009 году была представлена усовершенствованная версия кодека – aptX HD, которая поддерживала передачу данных с битрейтом до 576 кб/с. Как и в случае AAC, для использования aptX этот кодек должны поддерживать оба устройства.

Ещё дальше пошла компания Sony, предложив кодек LDAC с рекордным на сегодня для Bluetooth битрейтом 990 кб/с, что позволяет транслировать аудио с параметрами 24 бит/96 кГц. На первых порах этот кодек был реализован только в смартфонах и наушниках Sony, но начиная с Android 8.0 LDAC реализован в базовой версии Android – то есть, для использования этого продвинутого кодека достаточно выбрать наушники, которые его поддерживают.

А что завтра?

В прошлом году компания Qualcomm представила программно-аппаратную платформу Snapdragon Sound, в рамках которой будут выпущены чипсеты как для смартфонов, планшетов и ноутбуков, так и для наушников и беспроводных аудиосистем. Разработчики технологии заявляют о том, что им удалось максимально приблизить качество звучания при беспроводной трансляции аудио к варианту проводного подключения.

Декларируется возможность передачи аудио-контента по Bluetooth с разрешением вплоть до 24 бит/96 кГц и задержкой менее 89 мкс, что оценят геймеры и любители кино. Кроме того, чипы с технологией Snapdragon Sound будут способны обеспечить более надежную связь даже в местах с загруженным радиочастотным диапазоном. В Qualcomm подчеркнули, что речь идет не только о более качественной передаче музыки, но и более чистой и разборчивой трансляции голоса при телефонных звонках.

Редакция Hi-Fi.ru