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).
| Факт | Немного странное название Bluetooth (синий зуб) технология беспроводной передачи данных получила от древнего короля викингов Харальда Синезубого (Harald Blåtand). По преданиям именно этот правитель много сделал для объединения разрозненных датских княжеств в единое государство. Так и технология Bluetooth призвана объединять в единый информационный организм самые разнообразные устройства. |
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.