蓝牙信息传输原理和方式讲解

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由于手机耳机孔的取消，蓝牙耳机比以往更加普遍。不论是戴着蓝牙耳机运动、打手游还是上网追剧，都不能忽略蓝牙音频转码器对使用体验的影响：除了音讯质量变化之外，不同的转码器会产生不同的延迟，具有不同程度的性能和不同程度的稳定性。因此，我们将尝试以一种对初学者友好的方式，来分析蓝牙音讯转码器的奥秘和术语，让大家在短短几分钟内快速上手。

　　无线连接类型

　　在讨论蓝牙音讯的旅程之前，必须先讨论蓝牙连线的类型。假设您要从A点到达B点，选择连线类型相似于选择要完成旅程的交通工具，如汽车、火车等。

　　通常，蓝牙耳机有三种无线连接类型：

　　红外线（IR）

　　无线电（RF）

　　蓝牙（BT）

　　由于我们的主题是蓝牙音讯转码器，因此我们将重点摆在介绍蓝牙连接。但总体来说，其基本机制是相同的。

　　蓝牙音讯的传输旅程

　　首先，有一个蓝牙音讯发送器，称为音讯源，通常是手机或电脑。接下来，需要一个蓝牙音讯接收器，如耳机或扬声器。

　　发送器的工作并不只是将音乐档案发送到接收器那样简单，根据录制音档的质量，会影响音讯的档案大小。高品质的录音代表档案很大，档案的大小直接影响将音讯传输到接收器所需的带宽。我们可以将带宽视为交通高速公路的宽度，将档案大小视为车流量。当车流量超过高速公路的负荷范围，就会发生交通堵塞，行驶变得缓慢而不稳定。

　　蓝牙连接具有可容纳的最大带宽，WAV和AIFF等无压缩格式的档案很大，通过蓝牙简单地传送这些原始档案，带宽将被消耗掉，超出了蓝牙连接的处理能力。音讯将开始停顿，影响整体连线品质。

　　这时候就是编码和解码派上用场的地方。

　　编码和解码

　　为了缩小音讯档案的大小，蓝牙发射器使用特殊的算法，将原始档案编码为压缩格式，然后将其发送到接收器。这些压缩格式本身不是可以播放的音讯档案，必须通过接收端将压缩后的格式解码为可播放的音讯档案，然后才可以播放。

　　音讯转码器

　　转码器是一套软件或算法，可以接收您的数据（音乐），将其压缩以缩小档案大小，然后将其编码为可以传输的格式。同时，还需要相同的转码器来解码、编码的数据，以便我们可以听音乐。

　　在保持音讯数据还原度的同时缩小档案大小并非易事，通过心理声学研究和分析，转码器省略了音乐中掩盖的信息，这些信息可以在不引起质量明显损失的情况下被删除。

　　每个蓝牙音讯转码器都有其自己独特的压缩算法以及传输数据的速度。就延迟和还原度而言，这会影响蓝牙音讯的质量。

　　常见转码器如下：

　　SBC

　　AAC

　　aptX

　　aptX HD

　　aptX LL

　　LDAC

　　LC3

　　Samsung Scalable Codec

　　在深入探讨转码器及其特性之前，我们需要认识并理解一些基本的音频术语。

　　基本音讯术语

　　阅读有关蓝牙转码器的文章和规格时，会有一些术语会反复出现，让我们先讨论这些。

　　如果您对数码音讯有一些基本的了解，可能以前曾经接触过这些知识。

　　采样率（Sample Rate）

　　使用脉冲编码调制（PCM）存储音讯信号。为了准确地撷取、存储和再现信号，以特定速率（以赫兹（Hz）为单位的采样速率）对输入信号进行快照或采样。

　　为了再现音乐信号的全部频谱，使用的最小采样率为44,100Hz或44.1kHz。每秒将采集44,100个样本。有些甚至使用48kHz、96kHz或是192kHz等更高的采样率。对于大多数消费者来说，44.1kHz是可以接受的，这是音乐中最常用的速率。使用此采样率可以准确再现高达22050Hz的频率，刚好超过人类的听力极限。当不讲求音质的时候，例如语音，可以使用较低的速率。

　　位元深度（Bit Depth）

　　常见跟音乐有关的位深度为16位元和24位元，虽然采样率与准确捕获频率有关，但位深度与动态范围有关。动态范围是一段音乐中最安静和最响亮的声音之间的距离，以及该范围内的质量。

　　多年来，16位元是在CD上使用的深度标准。尽管16位元仍然很普遍，但现在越来越广泛地在高分辨率（HD）音频使用24位元。消费者现在可以购买无损格式的音乐，以支持更高的采样率和位元深度。

　　位元率（Bitrate）

　　位元率是数据从一个点传输到另一点的速度，以每秒位元数（bps）、每秒千位元（kbps）或每秒兆位元（Mbps）进行度量。同时，我们还使用位元率来描述音频档案的还原度。以320kbps压缩的MP3文件比以128kbps压缩的MP3文件具有更好的动态范围和音质。使用更高的位元率，可以无线发送具有更高位元深度和采样率的音频档案，从而提高了音频质量。但是，这意味着用于传输的带宽必须增加。

　　位元率公式 = 采样率 x 位元深度 x 通道数

　　编解码器具有更改数据发送速率的能力，直接影响质量。

　　高清音频（HD Audio）

　　随着网络速度的提高和技术发展，无损格式越来越流行，成为传输和购买音乐的一种方式，像是Qobuz和Tidal等音乐串流平台已经在使用无损音讯，而FLAC、ALAC、WAV和AIFF等高清格式都是发烧友和音乐收藏家的选择。

　　要使用哪种编解码器与所使用的设备有关，想要进入蓝牙音乐世界或进行升级，那么了解不同编解码器的质量非常重要。

　　除了转码器，什么会影响蓝牙音讯的质量？

　　除了转码器本身，还有一些因素可以直接影响蓝牙音讯的质量：

　　发射器和接收器之间的距离：两个设备之间的距离越远，连线的稳定性就越差。这将降低了传输速度，从而导致音乐卡顿。

　　发射器和接收器之间的障碍数量：蓝牙可以穿过墙壁，但须注意，一旦信号穿过墙壁，强度就会衰减，范围也会缩小，因此至少将发射器和接受器放在同一房间内。

　　其他设备的电子干扰：蓝牙信号是电磁波，可能会受到无线电、手机等干扰电磁波发射设备的影响。

　　蓝牙音讯转码器的类型

　　SBC

　　对计算能力的需求低

　　低功耗

　　支持48kHz / 16位元的音频档案

　　支持最高345kbps的位元率（实际为256kbps）

　　SBC或称“低复杂度子带编码”是第一个用于传输音频的蓝牙转码器，是蓝牙传输规范（A2DP）规定所有蓝牙设备都必须具备的转码器。因此，您拥有的每个蓝牙设备都将与此转码器兼容，并且彼此通信而没有任何问题。当接受器和发射器的转码器不匹配时，例如发射器是aptX，接受器是AAC时，将会通过SBC转码器来传输。此外，与其他转码器不同，SBC是公共领域的，因此设备制造商可以免费使用。

　　SBC在蓝牙音讯转码器中因其高损耗压缩算法而享有盛誉，因此体音讯质量较低。但实际上，SBC是一种非常灵活的转码器，能够在16位元深度下维持高达48 kHz的采样率，还能够以高达345kbps的速率传输数据。但是，为了改善设备性能，制造商通常使用更为实际的位元率为256kbps，大致等于MP3录制的质量。

　　使用此转码器进行游戏和观看影片时，很常遇到延迟问题，不过问题不是此转码器独有的。如果您不在意高清音频和无损格式，则SBC非常可以，其工作效率很高，还可以减少耗电量。

　　在体育馆或大众运输等吵杂环境，或者仅使用质量较低的耳机时，根本不会注意到与其它转码器之间的区别。

　　AAC

　　比SBC好的有损压缩算法

　　支持44.1kHz / 24位元的音频档案

　　支持高达320kbps的位元率

　　与SBC相比，高级音频编码（AAC）是一种复杂的转码器，使用更多的计算能力，导致更高的功耗。为MP3的后继产品，在使用类似的压缩设置（kbps）时可提供更好的音质，但这种改进是以成本和更大的功耗为代价的。此外，AAC不在公共领域，因此制造商必须向专利持有人付费才能在其技术中使用。

　　尽管AAC是iOS设备上的默认转码器，但不是苹果公司所有，所以每个制造商的使用方式有很大的不同。在iOS上，其表现和音频质量通常要比Android设备好得多。

　　aptX

　　比SBC更好的有损压缩算法

　　支持48kHz / 16位元的音频档案

　　支持高达384kbps的位元率

　　aptX转码器为高通公司拥有的技术，作为SBC的替代产品，解决有关SBC传输和音质的问题。使用与SBC和AAC不同的数据压缩类型，称为“自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）”。与使用心理声学分析和掩蔽来不必要内容的SBC相比，其以另一种方式对档案进行编码以减少数据带宽。

　　高通也不是公共领域，会向制造商收取使用费用，但或提供使用其转码器产品的清单。想要使用aptX转码器的制造商必须一次性支付6000美元的费用，每台设备的费用约为1美元。

　　aptX HD

　　aptX的改良版

　　支持48kHz / 24位元的音频档案

　　支持高达576kbps的位元率

　　aptX HD不是独立的音频转码器，而是经过改进的aptX编码档案。其支持更高的位元深度和位元率，可以听到更好的声音重现、较少的噪音以及更大的动态范围。尽管有这些改善，但并未像标准aptX那样广泛受制造商使用。

　　aptX LL

　　低延迟（32ms）

　　支持高达352kbps的位元率

　　支持44.1kHz / 16位元的音频档案

　　就像aptX HD一样，aptX LL也不是独立的转码器，其中LL代表低延迟。与其他转码器相比，此转码器解决了延迟问题，或者至少有很大改善。

　　延迟是由于音频处理引起，也就是编码、传输和接收数据之间的延迟，会导致明显的游戏延迟和影片的影音不同步。

　　除了aptX LL转码器外，延迟是其他转码器的常见问题。对于纯粹的音乐聆听，延迟并不是一个大问题。但是对于游戏或观看电影，延迟变得非常明显，因为您可以直观地看到异步问题。如果要将蓝牙耳机用于游戏或观看电影，则应要求支持此aptX-LL转码器。

　　但是，请确保您的音频源支持相同的音频转码器。否则，将默认返回共享的通用转码器（很可能是SBC）。当前，没有支持aptX LL的手机，但Windows桌电上就有支持。

　　LDAC

　　支持96kHz / 24位元的音频档案

　　支持高达990kbps的位元率

　　LDAC转码器由Sony独家开发，具有提供接近无损音频质量的潜力。发送和接收设备都需要能够支持此转码器，随后还必须具有能够处理正在发送和接收的大数据带宽。由于许可问题，支持LDAC转码器的蓝牙耳机只有Sony耳机。

　　使用LDAC转码器时，信号强度非常重要。由于此转码器需要更多数据，因此任何对信号的干扰都会导致带宽缩小，使信号质量下降，LDAC高清功能的优势将因此丧失。

　　LC3

　　LC3或称LE（低耗能）音讯，也称为低复杂度通信转码器，是在CES 2020贸易展上推出的新默认蓝牙转码器。以过去20年的创新为基础，被称为“下一代蓝牙音讯”。目前公开的相关信息声称在以下方面已经取得了巨大的进步：

　　音质

　　延迟

　　功耗

　　音频共享（新功能）

　　蓝牙技术联盟表示，LC3能够以SBC一半的位元率传输音讯，且不会造成音质大幅下降。效率提高让真无线蓝牙耳机可以使用较小的电池，减少耳机的体积，或者在相同尺寸下提供更长的电量续航。

　　三星可扩展转码器（Samsung Scalable Codec）

　　该转码器是三星为其Galaxy Buds真无线蓝牙耳机所开发的专有转码器，不出所料，只有Samsung设备支持此转码器。

　　三星可扩展转码器的独特之处在于能够支持多种位元率，可以根据蓝牙连接的稳定性自动切换位元率，以保持稳定的连接并减少断断续续的音频。

　　随着蓝牙连接的强度减弱，音频转码器将智能地提高压缩率，同时降低位元率。这可能会降低总体音频质量，但至少不会断开连接。

　　LHDC

　　这种低延迟高清音讯转码器是高分辨率无线音讯联盟（HWA）和中国中国台湾厂商 SAVITECH 盛微先进科技双重开发的结晶，与LDAC一样，以高达900kbps的速度来传输24bit/96kHz的音讯。此外，LHDC的延迟也很低，甚至击败了令人印象深刻的aptx LL。

　　另一方面，LHDC也成为继Sony的LDAC之后，第二个被日本认证达Hi-Res Audio Wireless标准的蓝牙高音质标准。目前使用LHDC的真无线蓝牙耳机还不多，最广为人知的就是小米蓝牙耳机Air 2。

　　转码器的比较

　　在下方表格中，我们可以轻松比较本文中提到的转码器。

　　转码器 最大位元率 位深度 最大频率 出现时间

　　SBC 320 kbps 16 48.0 kHz 2003年

　　AAC 264 kbps 16 44.1 kHz 2015年

　　aptX 352 kbps 16 48.0 kHz 2009年

　　aptX HD 576 kbps 24 48.0 kHz 2016年

　　aptX LL 352 kbps 16 44.1 kHz 2016年

　　LDAC 990 kbps 24 96.0 kHz 2015年

　　LC3 N/A N/A N/A 2020年

　　LHDC 900 kbps 24 96.0 kHz 2018年

　　哪个是最好的蓝牙音讯转码器？

　　音质是非常主观的，我们都希望获得高清音讯和超低延迟，但是这两者都需要权衡取舍，包括功耗和连接稳定性。事实是，这取决于个人喜好。高通公司的aptx HD已成为Android上高清音讯的标准，但对果粉来说，AAC才是唯一信仰。 当考虑到音讯源和播放设备（例如耳机）都需要支持相同的蓝牙音讯编解码器时，选择合适的产品更像是配对游戏，追逐最受欢迎的音讯转码器支持。

　　虽然品质越好的转码器可以提供更好的音质，但是要实现还是有点问题。部分原因是制造商并不会给出有关如何实现所使用转码器的方式，所以即使音讯源和接受设备都支持aptX这类较好的转码器，我们也无法确认两个设备就是通过aptX在传输档案。另一个是测试制造商和转码器声称的强大能力，由于发射器和接收器之间的配置多种多样，因此很难达成共识。

　　不过从以下条件考虑，某些转码器相对于其他转码器具有优势：

　　带宽：直接影响音频质量

　　采样率/位元深度支持：有损、无损、高清音频

　　聆听习惯：耳机类型、延迟、环境

　　耳机类型/样式与发烧友要求