group-telegram.com/cxx95/127
Last Update:
#story
Психоакустика и Bluetooth
(Вступление)
Heute treff ich einen Herrn,
Сегодня встречаюсь с одним господином,
Der hat mich zum Fressen gern.
Который охотно меня съест.
Weiche Teile und auch Harte,
Нежное филе, да и твердые куски
Stehen auf der Speisekarte.
Входят в меню!
На фото господин, чей голос я почти каждый день слушаю уже давно.
Особенно круто было в 12-13 лет. Представьте - на улице среди панелек мрак и холод, в дворовой школе безвкусно одетые учителя талдонят про деепричастия, на перемене порамсил с иностранным специалистом (и его 100500 братьев хотят с тобой поговорить), на обед вчерашние макароны.
Но вот ты за компьютером, включаешь эту музыку, и все проблемы тают как майский снег, ты становишься "Богом, входящим в Вальгаллу". Всегда есть что посмотреть - например клип из 1995 (вдохновленный романом "Парфюмер"), клип из 1998 (нарезанный из фильма "Олимпия" 1938 года), запись концерта 1998 года Live Aus Berlin (море огня)
Самый базовый формат цифрового звука это PCM, он представляет собой просто значения амплитуд (это громкость звука).
Например, формат WAV это заголовок из 44 байт, после которого идут байты PCM.
Несжатый звук длительностью в 1 секунду, с частотой 48kHz, стерео (то есть два канала), с двумя байтами на каждое значение амплитуды занимает примерно 1.5 Мбит.
Звук передается мне через Bluetooth
Рекламируется, что пропускная способность Bluetooth составляет 3 Мбит/с, но по факту доступно в разы меньше и вышеуказанный звук нельзя передать несжатым.
Например, под "3 Мбит/с" подразумевается, что идут две одновременные передачи битов от девайса A к девайсу Б, и наоборот от девайса Б к девайсу А, обе 1.5 Мбит/c (направление меняется каждые 625 микросекунд). Кроме этого, много места занимают служебные заголовки, и бывает снижение битрейта из-за расстояния и интерференции
Звук можно сжимать без потерь (lossless кодеки), там применяется много приколов и есть много кодеков (например FLAC), но толку мало - сжатие получается примерно в два раза. Этого недостаточно, чтобы нормально передавать звук по Bluetooth. Еще такие алгоритмы обычно вычислительно сложные
Звук можно сжимать с потерями (lossy кодеки). Всего кодеков в Bluetooth с десяток, но единственный, который должен поддерживаться каждым девайсом это SBC (sub-band coding)
Этот кодек сжимает по отдельности небольшие куски стрима. Например, для 16-битного стерео это 512 байт, то есть 128 значений амплитуд, что при частоте 44.1kHz соответствует 2.9мс. В кодеке можно поставить разные настройки (о них "договариваются" девайсы при коннекте через специальные пакеты), при High Quality на такой кусок выходит пакет в 119 байт, что соответствует битрейту 328 Кбит/с.
Чтобы так сильно сжать звук, используются познания психоакустики
В SBC используется примитивная психоакустическая модель. Частоты разделяется на несколько равных диапазонов (называются "band", в SBC их максимум 8 штук, а в MP3 аж 32), и чем "громче" диапазон, тем больше битов выделяется на его кодировку, а информацию о "тихих" диапазонах можно и вовсе выбросить.
Информация упаковывается в фрейм, получателю остается вычислительно куда менее трудоемкая задача - распаковать фрейм, восстановить подпорченный сжатием звук и воспроизвести его
За мощность сжатия в SBC отвечает параметр bitpool. Чем он больше, тем меньше сжимается аудио. К сожалению, абсолютное большинство производителей девайсов и софта (даже Windows и Linux) ограничили его сверху значением 53, что дает этот самый битрейт 328 кбит/с.
ПРОДОЛЖЕНИЕ В КОММЕНТАРИИ