O que é o codec Bluetooth LC3? É melhor que SBC?

No evento CES 2020, o vice-presidente de marketing do Bluetooth Special Interest Group, Ken Kolderup, anunciou a nascimento do Bluetooth Low Energy—um novo tipo de tecnologia de transmissão de áudio Bluetooth que usava menos energia enquanto oferecia melhor qualidade.

No centro dessa tecnologia estava um novo codec de áudio chamado Low Complexity Communication Codec (LC3). Isso traz a pergunta: esse codec é melhor que o SBC, o grampo para transmissão de áudio por Bluetooth? Bem, vamos descobrir.

Compreendendo os tipos de Bluetooth

Antes de comparar codecs, é essencial entender a diferença entre as duas tecnologias Bluetooth atualmente. Em termos gerais, existem duas categorias principais de Bluetooth. Aqui está uma breve visão geral de ambos.

Bluetooth Clássico

Também conhecido como Bluetooth Basic Rate/Enhanced Data Rate (BR/EDR), o Bluetooth Classic usa um conjunto de rádios projetados para transmitir dados em taxas de bits mais altas. Essa taxa de bits, na maioria dos casos, varia de 1 a 3 Mb/s. Devido a essa alta taxa de bits, o Bluetooth Classic é usado para transmissões de áudio em fones de ouvido sem fio, alto-falantes e sistemas de entretenimento automotivo.

Bluetooth de baixa energia (BLE)

Em comparação com o Bluetooth clássico, o Bluetooth de baixo consumo de energia usa rádios especiais de baixo consumo de energia. Devido a isso, Bluetooth de baixa energia transfere dados enquanto consome menos energia. Dito isso, essa eficiência de energia reduz a taxa de bits para um máximo de 2 Mb/s. Além disso, o BLE oferece duas transmissões de taxa de bits mais baixa em 125 e 500 kbps.

Devido à menor largura de banda e consumo de energia, o Bluetooth de baixa energia é usado para transmitir dados para smartwatches e outros dispositivos inteligentes que não dependem tanto de dados.

Dada a limitação de largura de banda do BLE, o Bluetooth Classic é o principal meio de transmissão de áudio sem fio. No entanto, tudo mudou em 2020, quando o Bluetooth Special Interest Group lançou o LC3. Mas como um único codec pode mudar tudo? Antes de responder, devemos determinar como o áudio é enviado por Bluetooth.

Como o áudio é enviado por Bluetooth?

Conforme explicado anteriormente, o Bluetooth Classic é frequentemente usado para transmitir áudio sem fio. Para fazer isso, a música armazenada em seu dispositivo é enviada para seus fones de ouvido sem fio por meio de ondas de rádio.

Essas ondas são geradas usando rádios Bluetooth de alta energia, e uns e zeros são transmitidos ao dispositivo sem fio alterando a frequência das ondas transmitidas. No entanto, o Bluetooth Classic tem largura de banda limitada e não é possível enviar áudio de alta qualidade. É aqui que os codecs entram em cena.

A maioria dos arquivos de áudio transmitidos por Bluetooth usa codecs como SBC, AAC, Aptx, LDAC e LHDC. O principal objetivo desses codecs é compactar arquivos de áudio, permitindo que sejam transmitidos por Bluetooth. Esses arquivos compactados são enviados ao receptor, descompactados e reproduzidos.

Como funcionam os codecs de áudio

Quando o áudio é descompactado, ele ocupa muito espaço de armazenamento. Para colocar as coisas em perspectiva, um arquivo de áudio não compactado tem uma taxa de bits de 1,4 Mb/s. Isso significa que, para transmitir um segundo de áudio não compactado; seu smartphone deve enviar 1,4x10^6 bits de informação para seus fones de ouvido usando Bluetooth.

Se você observar a largura de banda do Bluetooth Classic, verá que ele pode enviar dados a uma taxa de bits de 3 Mb/s. Portanto, você pode concluir que os codecs não são necessários - mas há um problema. O 3Mb/s é um máximo teórico.

Nas melhores condições do mundo real, a taxa de bits máxima para um canal clássico do Bluetooth é de cerca de 900 Kbp/s. Essas taxas só são alcançadas quando condições específicas são atendidas e os dispositivos envolvidos usam codecs Bluetooth de alta resolução. Na maioria dos casos, a transmissão Bluetooth oferece uma taxa de bits de apenas 320 Kb/s. Devido a essa restrição de largura de banda, codecs são necessários para compactar o tamanho do arquivo de áudio enviado para seus fones de ouvido.

Tanto o transmissor quanto o receptor devem usar os mesmos codecs para transmissão de áudio. Se algum dos dispositivos não for compatível com um codec específico, a transmissão mudará para o codec padrão, SBC, durante o uso do Bluetooth Classic. Para dispositivos que usam áudio BLE, o codec padrão é LC3.

O que é LC3?

A transmissão de áudio por BLE era impossível, pois os codecs Bluetooth Classic não podem fornecer áudio de alta qualidade com taxas de bits tão baixas. O Bluetooth Special Interest Group desenvolveu o codec LC3 para resolver esse problema. Oferecer áudio de melhor qualidade em taxas de bits mais baixas permitiu a transmissão de áudio de alta qualidade por BLE.

Em termos de números, o codec LC3 pode fornecer a mesma qualidade de áudio que o SBC com metade da taxa de bits. Devido a essa maior compressão, o codec LC3 diminui a latência e o consumo de energia, permitindo que fones de ouvido sem fio ofereçam melhor duração da bateria em latências mais baixas. Essa latência mais baixa melhora a experiência do usuário para aplicativos em tempo real, como jogos, e permite que o codec seja usado para aplicativos de chamada viva-voz.

Antes do LC3, dois codecs diferentes, a saber, Advanced Audio Distribution Profile (A2DP) e Hands-Free Profile (HFP), eram usados ​​em fones de ouvido. Enquanto o A2DP foi projetado para alta qualidade, o HFP foi usado para transmitir dados de voz por Bluetooth.

Devido aos requisitos de baixa latência dos aplicativos de chamada viva-voz, o perfil viva-voz tem baixa qualidade de áudio. Mas com os avanços nas telecomunicações, como VoIP, agora temos alta qualidade, mesmo em chamadas telefônicas sem fio. No entanto, as limitações do HFP significam que a qualidade do áudio cai se usarmos um fone de ouvido Bluetooth para chamadas em viva-voz.

É aqui que o LC3 entra em cena, pois pode transmitir áudio de alta qualidade do microfone do fone de ouvido para o telefone e vice-versa em baixas latências.

SBC vs. LC3? Qual é o melhor?

Ao comparar codecs, o principal parâmetro a ser considerado é a taxa de bits. Um codec com uma taxa de bits maior oferece melhor qualidade, pois transmite mais informações de áudio, permitindo que os dispositivos recriem melhor o áudio gravado.

A taxa de bits de um codec depende da frequência de amostragem e da profundidade de bits. A frequência de amostragem é a taxa na qual as amostras do sinal de áudio são captadas para compressão. A profundidade de bits, ao contrário, define o número de bits necessários para determinar a amplitude do sinal em cada amostra.

A taxa de bits de um codec pode ser definida multiplicando a taxa de amostragem e a profundidade de bits. Além desses parâmetros, o número de canais de um sinal de áudio precisa ser considerado na definição de sua taxa de bits. Para áudio mono, o número de canais é um, enquanto para áudio estéreo, são dois.

Portanto, podemos usar esta fórmula para encontrar a taxa de bits de um codec:

taxa de bits = taxa de amostragem x profundidade de bits x número de canais

Dadas essas informações, vamos comparar os dois codecs e ver suas taxas de bits.

Quando olhamos para os números, fica evidente que o codec LC3 pode oferecer melhor qualidade de áudio quando comparado ao SBC por causa de suas taxas de bits mais altas. Além disso, o LC3 pode fornecer o dobro da qualidade de áudio na mesma taxa de bits em comparação com o SBC. Isso ocorre porque ele usa melhores algoritmos de compactação e ocultação de perda de pacotes, oferecendo assim uma experiência de áudio muito melhor.

Além da alta qualidade, o LC3 oferece menor latência quando comparado ao SBC, oferecendo uma melhor experiência do usuário para aplicações em tempo real.

A amostragem e as profundidades de bits usadas por um par de fones de ouvido sem fio são configuradas pelos fabricantes. Como eles podem ser configurados para operar em taxas de bits mais baixas para melhorar a duração da bateria e reduzir os erros de transmissão, a capacidade de um codec pode diferir da qualidade real fornecida pelos fones de ouvido.

O LC3 vai mudar o áudio Bluetooth para sempre?

O codec LC3 está no centro do áudio BLE, a revisão mais significativa da especificação Bluetooth em mais de uma década. O codec não se concentra apenas em fornecer áudio de alta qualidade, mas também oferece menor latência e consumo de energia.

Dadas essas mudanças, os produtos Bluetooth alimentados por LC3 oferecerão aos usuários melhor qualidade de chamada e áudio enquanto consomem menos energia. Devido a esse menor consumo de energia, os fones de ouvido sem fio terão maior duração da bateria e os desenvolvedores poderia usar essa energia para oferecer melhores recursos de computação, como equalizadores e ruído ativo cancelamento.