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标题: APT-X蓝牙音频技术介绍 [打印本页]

作者: 合肥亮少 时间: 2015-8-21 12:35 标题: APT-X蓝牙音频技术介绍

操作步骤:

什么是apt-X？

apt-X是一种基于子带ADPCM（SB-ADPCM）技术的数字音频压缩算法。原始算法由Stephen Smyth 博士于20世纪80年代提出。由Audio Processing Technology（现已被csr合并）公司发展并命名为apt-X。最初研发apt-X是为了用于专业音频与广播领域，近几年，在 Bluetooth无线音频传输领域apt-x由于其低延时，容错性好，高音质等优点大有取代SBC（Sub-band Coding）之势。apt-X家族中实用的有aptX Bluetooth, aptX Enhanced, aptX Live（2007年推出）,aptX Lossless（2009年推出）。
为何采用apt-X？
我们先从蓝牙最基本的规范说起，最广泛的蓝牙 2.0/2.1 + EDR 连接速率为 3Mbit/s，实际可用数据传输速率为 2.1Mbps。蓝牙 3.0 引入了高速数据传输新特性，最高数据传输速率为24Mbps，但是数据传输实际是通过 WiFi 进行的，支持该特性的设备会标记为“蓝牙 3.0+ HS”。而蓝牙 4.0 是一个混合体，包括传统蓝牙、高速蓝牙与低功耗蓝牙三个子集，相当于 2.1 加上 3.0+HS 与低功耗蓝牙。

音频传输蓝牙各个版本协议都是相同的
从带宽而言，蓝牙2.0+EDR的可用数据传输速率都达到了2.1Mbps，而一般的CD音质只需1.4Mbps即可，那为什么说蓝牙不支持无损音频呢？这其中的原因就是音频传输协议。蓝牙的音频传输一直都是采用A2DP协议（蓝牙音频传输模型协议），这一从蓝牙1.0规范就存在的协议自然不会允许当时的蓝牙音频传输带宽达到CD音质，所以A2DP规定经过蓝牙传输的音频数据都要经过压缩，最高码率也不过512Kbps。现在包括蓝牙4.0的音频传输依然采用的是A2DP这一协议，所以，使用蓝牙4.0其实和使用蓝牙2.0在音频传输上是没有区别的。
那么A2DP协议是如何规定蓝牙音频的呢？A2DP要求必须支持SBC（Sub-band coding）编码，MP3、AAC、ATRAC 为可选编码，也可以使用其他专有编码格式（APT-X就是专有编码格式）。使用任一编码格式，那么必须播放端和接收端都要支持这种蓝牙音频格式才行，当然SBC格式是每一个蓝牙耳机和播放设备都肯定支持的。事实上整个蓝牙音频传输过程要经历两次解码和一次编码，如果我们播放的原本是一个APE无损音频文件，那么整个默认过程就是播放设备将APE解码为PCM，再将PCM编码为SBC，SBC文件传输到接收端，接收端最后再把SBC解码为PCM输出。换句话说，我们听到的早就不是我们播放的那个原生音频文件了。更为恼火的是，因为当时蓝牙传输带宽有限，所以A2DP在规定音频编码格式的时候，同时也限制了每个音频格式最大的码率。以最常见的SBC为例，A2DP规定单声道SBC最大码率为320Kbps、双声道最大码率为512Kbps，在44.1KHz采样频率下，A2DP的双声道最大码率也不过328Kbps（市面上蓝牙播放产品将会严格按照A2DP的推荐编码，因为即使超过上限码率的编码也没意义，接收端不支持就没法发声了）。一般来说，最常见的SBC编码在相同码率下要比其他格式的音频音质稍弱一些，最高 328Kbps 的 SBC 音质大约介于 224 Kbps 到 256 Kbps 的 MP3 之间，不过由于需要接收端和播放器端的统一，所以SBC依然是最常见的蓝牙音频编码格式。此外像AAC和MP3这两种格式在A2DP协议下最高码率只有320Kbps，这也是为什么蓝牙音频音质不佳的原因。
A2DP允许专有的格式，而APT-X就是这种专用的编码格式。APT-X提升蓝牙音质的方式其实并不复杂，它只是在编解码原理上对原有的SBC等格式进行了优化。

APT-X的延迟非常低
原有的SBC等方案是基于帧的传输方式，这种传输方式最大的问题在于浪费数据帧空间，而且只有在获得完整的数据包之后，才可以进行编解码工作。这使得SBC、MP3以及AAC等方案在进行蓝牙传输的时候，延迟往往会比较高，通常在100ms至500ms之间，而且这种延迟并不固定，比较麻烦。这也是为什么我们用蓝牙听歌的时候，往往会发现播放的时间和听到的时间略有不同的原因（当然往往会忽略）。
此外，在编解码过程中，像SBC这几种解码方法会使用相当具破坏性的压缩技术来处理音频数据，使其能通过蓝牙传输。在编解码过程中，它们将扔掉自认为不重要的音频元素，仅重现有限的音频带宽，这就使得我们听到的音乐细节和原有音乐在素质上差距很大（尤其是在音箱/耳机素质较高，且你耳朵灵敏的情况下）。而APT-X是一种针对16bit或者更高位数声音波形数据的一种有损压缩算法，它将声音流中每次采样的16bit数据以4bit存储，算法非常的简单，是一种低空间消耗、高质量声音获得的好途径。其最大的好处就是可以最大可能保留原有的音频元素，使得最终压缩的音频文件尽量还原原有的细节。
此外，APT-X编码方式的优势还在于工作流程，和SBC要收到完整数据包才开始编解码（不要理解为收完整首歌曲才解码）不同，APT-X从收到指令开始就开始编解码工作，这样在整个音频传输过程中，也大大减少了延迟，基本上使用APT-X编码播放蓝牙音乐，延迟大概在40ms左右。
就是因为优化过的编解码方式，在码率大小变化不大的情况下，APT-X蓝牙音频在音质和延迟上都要强于AAC、MP3以及SBC，虽说它还无法完全达到CD音质的水准，但是已经非常接近了。
apt-X特点：
① 缩率：4：1(aptX Live 为8：1，SBC为3：1到6：1之间)；
② Word Depth：支持16bit,24bit音频(aptX Enhanced还支持20bit音频)；
③ 解码延时：采样频率48kHZ时<2ms；(SBC为2.5ms 缓冲时间)；
④ dynamic range(响度) ：16bit时>92dB,24bit时>120dB(aptX Enhanced 20bit时>112dB，SBC 16bit时为70dB至75dB);
⑤ data rates：352kbps(SBC为320kbps)；
⑥ 频率响应范围：20Hz-22kHz(aptX Enhanced为10Hz-24kHz,SBC为20Hz-17kHz)；
⑦ 高达48kHz的采样频率(8,16,24,32,44.1,48kHz)；
⑧ 容错性好（BER<1：10,000时完美再生）；
⑨ 完整的AUTOSYNC 编解码同步方案，再同步时间<3ms；
⑩ 硬件低复杂度，由单芯片实现；单声道或立体声编解码；
⑪ 单声道或立体声编解码；
⑫ 低功率消耗；
优点：
高品质的音频，硬件复杂度低，设备要求低只需单设备即可实现22.5kHz的双通道立体声。
缺点：
不是Free(版税方式：一次性付费)

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