aptX ( apt significa tecnología de procesamiento de audio [3] ) es una familia de algoritmos de compresión de códecs de audio patentados propiedad de Qualcomm , con un gran énfasis en las aplicaciones de audio inalámbricas .
Desarrollado por | Qualcomm [1] [2] |
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Tipo de formato | Códec de audio |
Historia
El algoritmo aptX original fue desarrollado en la década de 1980 por el Dr. Stephen Smyth como parte de su doctorado. investigación en la Escuela de Electrónica, Ingeniería Eléctrica e Informática de la Queen's University Belfast ; [4] su diseño se basa en los principios de ADPCM en el dominio del tiempo sin técnicas psicoacústicas de enmascaramiento auditivo .
La codificación de audio aptX se introdujo por primera vez en el mercado comercial como un producto semiconductor, un circuito integrado DSP programado personalizado con el nombre de pieza APTX100ED, que fue adoptado inicialmente por los fabricantes de equipos de automatización de transmisión que necesitaban un medio para almacenar audio con calidad de CD en el disco duro de una computadora. unidad para la reproducción automática durante un programa de radio, por ejemplo, reemplazando así la tarea del disc jockey .
La empresa fue comprada por Solid State Logic ca. 1988 y pasó a formar parte de Carlton Communications plc. [5] en 1989. A principios de la década de 1990, empresas como Disney utilizaban los códecs de APT para transferir audio a través de líneas ISDN [6] [7] para comprobar el doblaje realizado en Europa. El 23 de diciembre de 1999, [8] Carlton Communications vendió Solid State Logic a 3i . [9] [10] Luego, en 2005, Solid State Logic vendió APT en una compra por parte de la gerencia. [4] [3] El 1 de marzo de 2005, APT Licensing Ltd. se constituyó en Belfast (hasta el 18 de diciembre de 2008 denominada Audio Processing Technology Holdings Limited ). [11]
La gama de algoritmos aptX para la compresión de datos de audio en tiempo real se expandió con la propiedad intelectual disponible en forma de software, firmware y hardware programable para audio profesional , transmisión de radio y televisión , y electrónica de consumo , especialmente aplicaciones en audio inalámbrico, inalámbrico de baja latencia. audio para juegos y video, y audio sobre IP . [12] Además, el códec aptX se introdujo como una alternativa a SBC , el esquema de codificación de subbanda para la transmisión de audio estéreo / mono con pérdida exigido por Bluetooth SIG para el Perfil de distribución de audio avanzado ( A2DP ) de Bluetooth , la abreviatura rango estándar de red de área personal inalámbrica . aptX es compatible con periféricos Bluetooth de alto rendimiento. [13] [14]
Hoy en día, aptX estándar y aptX mejorado (E-aptX) se utilizan en hardware de códec de audio ISDN e IP de numerosos fabricantes de equipos de transmisión, incluidos APT WorldCast Systems , [15] Tieline Technology, AVT, Harris Corporation , BW Broadcast, Digigram, MAYAH , Prodys y Qbit. En 2007 se introdujo una adición a la familia aptX en forma de aptX Live, que ofrece una compresión de hasta 8: 1; [16] y aptX HD, un códec de audio de calidad "casi sin pérdidas" con pérdidas, pero escalable, adaptable se anunció en abril de 2009. [17]
La empresa se dividió en 2009; el negocio de hardware de transmisión fue adquirido por Audemat y se convirtió en parte de lo que ahora es WorldCast Systems , y el negocio de licencias se convirtió en APT Licensing y fue adquirido por CSR plc en 2010. [18] aptX anteriormente se llamaba apt-X hasta que lo adquirió CSR en 2010 Posteriormente, CSR fue adquirida por Qualcomm en agosto de 2015. [19]
A partir de Android Oreo y Android 10 respectivamente, se agregaron aptX / aptX HD y aptX adaptive al proyecto de código abierto de Android , lo que permitió a cada OEM integrar esos estándares en sus propios dispositivos Android libremente. [20] [21]
Variantes
Descripción general
@ 279 kbit / s | @ 420 kbit / s | (para referencia) | ||||||
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misc. | Lanzamiento | ? | <2009 [22] | 2012 [23] | 2016 [22] | 2018 [22] | Decenio de 1980 | |
Marca comercial | - | Qualcomm (hasta agosto de 2015: CSR , hasta julio de 2010: APT Licensing Ltd. , hasta marzo de 2005: Solid State Logic ) | - | |||||
Patentes relacionadas | EP 0400755B1[24] (vencido) | EP 0398973B1[25] (vencido) | aptX, EE . UU. 9398620B1[26] (vencido) | aptX | ? | - | ||
Implementaciones gratuitas | BlueZ libsbc PulseAudio , PipeWire | libopenaptx PulseAudio , PipeWire | libopenaptx N / A | libopenaptx PulseAudio , PipeWire | N / A | - | ||
Implementaciones inmobiliarias | Múltiple | Qualcomm libaptX [27] | Ninguno | Qualcomm libaptXHD [27] | ? | - | ||
Chip | - | CSR8635 | CSR8670 | CSR8675 | QCC5100 | - | ||
Codificación de audio | Profundidad de la palabra | ? | 16 bits | 16 bits | 16 bits 24 bits | 24 bits | 16 bits | |
Tasa de muestreo | 44,1 kHz 48 kHz | 44,1 kHz 48 kHz | 44,1 kHz 48 kHz | 44,1 kHz 48 kHz | 44,1 kHz 48 kHz 96 kHz | 44,1 kHz | ||
Tasa de bits | 345 kbit / s (a 48 kHz) | 325 kbit / s (@ 44,1 kHz) 384 kbit / s (@ 48 kHz) | 352 kbit / s (a 48 kHz) | 576 kbit / s (24 bits a 48 kHz) | 279 kbit / s | 420 kbit / s | 1411 kbit / s (a 44,1 kHz) | |
Constante | Constante | Constante | Constante | Variable | Constante | |||
Latencia del códec | ? | 1,8 - 2,0 ms | ? | 1,8 - 2,0 ms | 1,4 - 2,0 ms | - | ||
Latencia del transmisor de hardware | ? | ? | ≈ 40 ms [28] (usando una antena dedicada) | ? | ≈ 80 ms [29] | - | ||
Latencia del transmisor de software (la mayoría de los teléfonos) | 200 - 500 ms [30] dependiendo del dispositivo de transmisión | - | ||||||
Compatible con versiones anteriores | - | SBC | SBC, aptX | SBC, aptX | SBC, aptX, aptX HD | ? | ||
Calidad de sonido | THD + N a 1 kHz | -67 dB [31] o -85 dB? [32] | -85 dB | -80 dB [33] o -90 dB? [32] | -90 dB | -100 dB | ||
Multitono a 1 kHz | -100 dB | ? | -100 dB | -90 dB | -100 dB | |||
Multitono a 10 kHz | -65 dB | ? | -90 dB | -85 dB | -95 dB | |||
Diafonía | -120 dB | ? | -155 dB | -90 dB | -200 dB | |||
SNR a 1 kHz | 93 dB | 93 dB | 129 dB | 130 dB | 135 dB | |||
PEAQ | -0,18 [31] o -0,08? [32] | ? | 0.05 [33] o 0.04? [32] | -0,06 | 0,045 | |||
Respuesta de frecuencia sobre BT | 20 Hz - 22,7 kHz | 20 Hz - 22,7 kHz | 20 Hz - 22,7 kHz | 20 Hz - 22,7 kHz |
fuente principal [32]
aptX
El códec de audio aptX se utiliza para aplicaciones de audio inalámbricas de consumo y automotrices, en particular, la transmisión en tiempo real de audio estéreo con pérdida a través de la conexión / emparejamiento Bluetooth A2DP entre un dispositivo "fuente" (como un teléfono inteligente, tableta o computadora portátil) y un " fregadero "(por ejemplo, un altavoz estéreo Bluetooth, unos auriculares o unos auriculares). La tecnología debe incorporarse tanto en el transmisor como en el receptor para obtener los beneficios sónicos de la codificación de audio aptX sobre la codificación de subbanda predeterminada (SBC) exigida por el estándar Bluetooth. Los productos que llevan el logotipo CSR aptX están certificados para su interoperabilidad entre sí. [34]
AptX mejorado
El aptX mejorado proporciona codificación con relaciones de compresión de 4: 1 para aplicaciones de transmisión de audio profesional y es adecuado para AM, FM, DAB, HD Radio y 5.1. El aptX mejorado puede manejar hasta 4 pares estéreo de audio AES3 y comprimir a 1 flujo AES3 para transmitir. El aptX mejorado admite profundidades de bits de 16, 20 o 24 bits. Para audio muestreado a 48 kHz, la tasa de bits para E-aptX es 384 kbit / s (canal dual), 768 kbit / s (canal cuádruple), 1024 kbit / s (5.1 canales) y 1280 kbit / s ( 5.1 canales más estéreo). Su tasa de bits más baja es de 60 (?) Kbit / s para audio mono muestreado a 16 kHz, lo que ofrece una respuesta de frecuencia de aproximadamente 7,5 kHz justo por debajo de la de los códecs de telefonía de banda ancha (que generalmente operan a una frecuencia de muestreo de 16 kHz). [35]
aptX Live
aptX Live es un códec de audio de baja complejidad que está diseñado específicamente para maximizar la densidad del canal de micrófono inalámbrico digital en escenarios con limitaciones de ancho de banda, como presentaciones en vivo (también conocidas como Creación de programas y Eventos especiales), donde la eficiencia del espectro de los dispositivos basados en radio ( micrófonos inalámbricos, monitoreo en la oreja, sistemas de intercomunicación) se está convirtiendo en una consideración operativa primordial. aptX Live ofrece una compresión de hasta 8: 1 de transmisiones de audio digital con resolución de 24 bits al tiempo que mantiene la integridad acústica (rango dinámico de 120 dB aprox.) y garantiza una latencia de alrededor de 1,8 ms a frecuencias de muestreo de 48 kHz. Además, aptX Live también presenta técnicas que ayudan a la conexión en situaciones en las que la tasa de error de bits (BER) es excesivamente alta.
aptX LL
aptX LL o aptX Low Latency está diseñado para aplicaciones de video y juegos que requieren una sincronización de audio y video cómoda siempre que el audio estéreo se transmita por radio de corto alcance a los oyentes utilizando el estándar de perfil de audio Bluetooth A2DP . La tecnología ofrece una latencia de extremo a extremo de 32 ms a través de Bluetooth. En comparación, la latencia del estéreo Bluetooth estándar varía mucho según la implementación del sistema y el almacenamiento en búfer. Hay soluciones disponibles que utilizan codificación / decodificación SBC estándar que logran una latencia de un extremo a otro de menos de 40 ms. La latencia recomendada para la sincronización de audio a video en la televisión abierta es de +40 ms y −60 ms (audio antes / después del video, respectivamente). [36] Sin embargo, AptX Low Latency requiere una antena inalámbrica dedicada, por lo que no logró mucha adopción en los teléfonos inteligentes y fue retirado por Qualcomm a favor de aptX Adaptive. [37] Su principal competidor es LLAC .
aptX HD
aptX HD o aptX High Definition tienen una tasa de bits de 576 kbit / s. Admite audio de alta definición con frecuencias de muestreo de hasta 48 kHz y resoluciones de muestra de hasta 24 bits. A diferencia de lo que sugiere el nombre, el códec todavía se considera con pérdida; [38] sin embargo, permite un esquema de codificación "híbrido" para aplicaciones donde las velocidades de datos comprimidas promedio o pico deben tener un límite máximo. Esto implica la aplicación dinámica de codificación "casi sin pérdidas" para aquellas secciones de audio donde la codificación completamente sin pérdidas es imposible debido a limitaciones de ancho de banda. La codificación "casi sin pérdidas" mantiene una calidad de audio de alta definición, conservando frecuencias de audio de hasta 20 kHz y un rango dinámico de al menos 120 dB. Sus principales competidores son el códec LDAC desarrollado por Sony y LHDC .
Otro parámetro escalable dentro de aptX HD es la latencia de codificación. Puede negociarse dinámicamente con otros parámetros, como niveles de compresión y complejidad computacional. La latencia del códec aptX HD se puede escalar hasta un mínimo de 1 ms para audio muestreado de 48 kHz, dependiendo de la configuración de otros parámetros configurables. aptX HD funciona particularmente bien frente a otros códecs sin pérdida cuando la latencia de codificación se limita a ser pequeña, como 5 ms o menos, lo que lo hace particularmente apropiado para aplicaciones de audio interactivas sensibles al retardo.
Muchos códecs sin pérdida poseen el beneficio de una baja sobrecarga computacional en comparación con los códecs con pérdida conocidos, como MP3 y AAC . Esto es particularmente importante para aplicaciones de audio profundamente integradas que se ejecutan en dispositivos móviles de bajo consumo. aptX HD promueve una sobrecarga computacional baja al seleccionar dinámicamente las funciones de codificación más simples para cada segmento corto de audio mientras cumple con otras restricciones operativas, como los niveles de compresión y retardo de codificación. Dependiendo de la configuración de otros parámetros escalables, aptX HD puede codificar un flujo de audio estéreo de 16 bits a 48 kHz usando solo 10 MIPS en un procesador RISC moderno con extensiones de procesamiento de señal . El decodificador correspondiente representa solo 6 MIPS en la misma plataforma.
Se pueden incorporar metadatos de usuario y datos de sincronización especiales en el formato comprimido a velocidades configurables. Este último permite una resincronización rápida del decodificador en caso de corrupción o pérdida de datos en los enlaces de comunicaciones donde la calidad del servicio (QoS) puede variar rápidamente. Dependiendo de la configuración de los parámetros, la resincronización del decodificador puede ocurrir en 1–2 ms. [39] [40]
aptX adaptable
aptX Adaptive es un códec de audio ajustable dinámicamente de próxima generación diseñado para una calidad de audio superior y baja latencia. La tasa de bits de aptX Adaptive se escala dinámicamente entre 279 kbps y 420 kbps. También funciona con una antena inalámbrica compartida, en lugar de dedicada. [37] Qualcomm afirma que su nuevo algoritmo de compresión proporciona una relación de compresión entre 5: 1 y 10: 1. Esto permite que aptX Adaptive a 279 kbps y 420 kbps produzca la misma calidad de sonido que aptX a 352 kbps y aptX HD a 576 kbps. aptX Adaptive admite profundidades de bits de 16 y 24 a frecuencias de muestreo de 44,1, 48 y 96 kHz. Hardware aptX Adaptive tiene una latencia de extremo a extremo de 80 ms, [29] pero la mayoría de los teléfonos utilizan un transmisor de software, que no tiene ninguna ventaja de latencia sobre otros códecs. [41] aptX Adaptive también es compatible con los códecs aptX más antiguos. [37] [42] [43] [44]
aptX Voice
aptX Voice es una nueva característica de aptX Adaptive y está diseñada para mejorar significativamente la calidad de voz de quienes usan accesorios Bluetooth para realizar llamadas de voz. Para ello, ofrece una calidad de llamada de voz de 32 kHz dentro del perfil de manos libres de Bluetooth . [45]
Modo de operación
El ejemplo de flujo de 16 bits 44 kHz (hasta 22 kHz de ancho de banda de señal) con calidad de CD se divide por dos capas de QMF ( filtro de espejo en cuadratura ) de 64 tomas en cuatro subbandas de 16 bits de 11 kHz (hasta 5,5 kHz de ancho de banda de señal). cada). El primer QMF de 64 derivaciones se divide en dos bandas (de 0 a 11 kHz y de 11 a 22 kHz), y luego cada una se alimenta a otro QMF de 64 derivaciones que se divide en cuatro bandas: 0 a 5,5 kHz, 5,5 a 11 kHz, 11–16,5 kHz y 16,5–22 kHz. En general, se espera que se encuentre una variación reducida en las bandas más altas en comparación con las bandas más bajas, por lo que se emplea ADPCM para asignar bits de manera óptima.
Cada banda se codifica con MICDA utilizando una asignación de bits de 8 bits para la banda 1 (espectro de 0-5,5 kHz), 4 bits para la banda 2 (5,5-11 kHz), 2 bits cada uno para las bandas 3 y 4 (11-16,5 kHz y 16,5 kHz). –22 kHz). Se considera una modificación futura con reasignación de bits adaptativa basada en el análisis de varianza de cada subbanda, por ejemplo, 9, 2, 3, 2, etc.
Como resultado, para el canal mono, la entrada de 16 bits a 44,1 kHz = 705,6 kbit / s se convierte en (4 × 16) 64 bits a 11,025 kHz = 705,6 kbit / sy luego a (8 + 4 + 2 + 2) 16 bits a 11,025 kHz = 176,4 kbit / s.
Opcionalmente (agrega un pequeño retraso) se usa un analizador RMSE de corto plazo para reducir el rango dinámico y así asignar bits de manera más efectiva durante pasajes silenciosos (es decir, formato con pérdida).
Para una señal estéreo, un flujo PCM estándar de 1.4 Mbit se convierte en un flujo aptX de 352 Kbit / seg.
Se pueden encontrar detalles en la patente EP0398973B1 [46] . El razonamiento principal es que la variación de la señal se reduce a frecuencias más altas, lo que la hace susceptible de codificación con códecs como ADPCM.
Ver también
- Lista de códecs
- LDAC (códec) (códec de la competencia)
- LHDC y LLAC (códec de la competencia)
- Compresión de datos con pérdida
Referencias
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enlaces externos
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