¿Qué es el códec Bluetooth LC3? ¿Es mejor que SBC?

En el evento CES 2020, el vicepresidente de marketing de Bluetooth Special Interest Group, Ken Kolderup, anunció el nacimiento de Bluetooth Low Energy: un nuevo tipo de tecnología de transmisión de audio Bluetooth que usaba menos energía y ofrecía mejor calidad.

En el corazón de esta tecnología se encontraba un nuevo códec de audio llamado Códec de comunicación de baja complejidad (LC3). Esto trae la pregunta: ¿es este códec mejor que SBC, el elemento básico para la transmisión de audio a través de Bluetooth? Bueno, averigüémoslo.

Comprender los tipos de Bluetooth

Antes de comparar códecs, es esencial comprender la diferencia entre las dos tecnologías Bluetooth actuales. En términos generales, hay dos categorías principales de Bluetooth. Aquí hay una breve descripción de ambos.

Bluetooth clásico

También conocido como Bluetooth Basic Rate/Enhanced Data Rate (BR/EDR), Bluetooth Classic utiliza un conjunto de radios diseñados para transmitir datos a tasas de bits más altas. Esta tasa de bits, en la mayoría de los casos, oscila entre 1 y 3 Mb/s. Debido a esta alta tasa de bits, Bluetooth Classic se usa para transmisiones de audio en auriculares inalámbricos, parlantes y sistemas de entretenimiento para automóviles.

Bluetooth de baja energía (BLE)

En comparación con el Bluetooth clásico, el Bluetooth de bajo consumo utiliza radios especiales de bajo consumo. Debido a esto, Bluetooth de baja energía transfiere datos mientras consume menos energía. Dicho esto, esta eficiencia energética reduce la tasa de bits a un máximo de 2 Mb/s. Además, BLE ofrece dos transmisiones de menor tasa de bits a 125 y 500 kbps.

Debido al menor ancho de banda y consumo de energía, el Bluetooth de bajo consumo se usa para transmitir datos a relojes inteligentes y otros dispositivos inteligentes que no dependen tanto de los datos.

Dada la limitación de ancho de banda de BLE, Bluetooth Classic es el medio principal para transmitir audio de forma inalámbrica. Sin embargo, todo cambió en 2020 cuando el Grupo de interés especial de Bluetooth lanzó LC3. Pero, ¿cómo podría un solo códec cambiarlo todo? Antes de responder eso, debemos determinar cómo se envía el audio a través de Bluetooth.

¿Cómo se envía el audio a través de Bluetooth?

Como se explicó anteriormente, Bluetooth Classic se usa a menudo para transmitir audio de forma inalámbrica. Para ello, la música almacenada en su dispositivo se envía a sus auriculares inalámbricos mediante ondas de radio.

Estas ondas se generan utilizando radios Bluetooth de alta energía, y los unos y ceros se transmiten al dispositivo inalámbrico cambiando la frecuencia de las ondas transmitidas. Sin embargo, Bluetooth Classic tiene un ancho de banda limitado y no se puede enviar audio de alta calidad. Es aquí donde los códecs entran en escena.

La mayoría de los archivos de audio que transmite por Bluetooth usan códecs como SBC, AAC, Aptx, LDAC y LHDC. El objetivo principal de estos códecs es comprimir archivos de audio, lo que les permite transmitirse a través de Bluetooth. Estos archivos comprimidos luego se envían al receptor, se descomprimen y se reproducen.

Cómo funcionan los códecs de audio

Cuando el audio no está comprimido, ocupa mucho espacio de almacenamiento. Para poner las cosas en perspectiva, un archivo de audio sin comprimir tiene una tasa de bits de 1,4 Mb/s. Esto significa que transmitir un segundo de audio sin comprimir; su teléfono inteligente debe enviar 1.4x10^6 bits de información a sus auriculares mediante Bluetooth.

Si observa el ancho de banda de Bluetooth Classic, encontrará que puede enviar datos a una tasa de bits de 3 Mb/s. Por lo tanto, puede concluir que los códecs no son necesarios, pero hay una trampa. Los 3Mb/s es un máximo teórico.

En las mejores condiciones del mundo real, la tasa de bits máxima para un canal clásico de Bluetooth es de aproximadamente 900 Kbp/s. Estas tasas solo se logran cuando se cumplen condiciones específicas y los dispositivos involucrados usan códecs Bluetooth de alta resolución. En la mayoría de los casos, la transmisión Bluetooth ofrece una tasa de bits de solo 320 Kb/s. Debido a esta restricción de ancho de banda, se requieren códecs para comprimir el tamaño del archivo de audio que se envía a los auriculares.

Tanto el transmisor como el receptor deben usar los mismos códecs para la transmisión de audio. Si alguno de los dispositivos no es compatible con un códec en particular, la transmisión cambia al códec predeterminado, SBC, mientras usa Bluetooth Classic. Para dispositivos que usan audio BLE, el códec predeterminado es LC3.

¿Qué es LC3?

La transmisión de audio a través de BLE era imposible, ya que los códecs de Bluetooth Classic no pueden ofrecer audio de alta calidad a tasas de bits tan bajas. El Grupo de interés especial de Bluetooth desarrolló el códec LC3 para resolver este problema. Ofrecer audio de mejor calidad a tasas de bits más bajas permitió la transmisión de audio de alta calidad a través de BLE.

En términos de números, el códec LC3 puede ofrecer la misma calidad de audio que SBC a la mitad de la tasa de bits. Debido a esta mayor compresión, el códec LC3 reduce la latencia y el consumo de energía, lo que permite que los auriculares inalámbricos ofrezcan una mejor duración de la batería con latencias más bajas. Esta latencia más baja mejora la experiencia del usuario para aplicaciones en tiempo real como juegos y permite que el códec se use para aplicaciones de llamadas manos libres.

Antes de LC3, se usaban en los auriculares dos códecs diferentes, a saber, el perfil de distribución de audio avanzado (A2DP) y el perfil de manos libres (HFP). Mientras que A2DP fue diseñado para alta calidad, HFP se utilizó para transmitir datos de voz a través de Bluetooth.

Debido a los requisitos de baja latencia de las aplicaciones de llamadas con manos libres, el perfil de manos libres tiene una calidad de audio deficiente. Pero con los avances en las telecomunicaciones, como VoIP, ahora obtenemos llamadas de alta calidad, incluso a través de teléfonos inalámbricos. Sin embargo, las limitaciones de HFP hacen que la calidad del audio baje si usamos un auricular Bluetooth para llamadas con manos libres.

Aquí es donde LC3 entra en escena, ya que puede transmitir audio de alta calidad desde el micrófono del auricular al teléfono y viceversa a bajas latencias.

SBC vs. ¿LC3? ¿Cuál es mejor?

Al comparar códecs, el parámetro principal a considerar es su tasa de bits. Un códec con una tasa de bits más alta ofrece una mejor calidad ya que transmite más información de audio, lo que permite que los dispositivos reproduzcan mejor el audio grabado.

La velocidad de bits de un códec depende de la frecuencia de muestreo y la profundidad de bits. La frecuencia de muestreo es la velocidad a la que se toman las muestras de la señal de audio para su compresión. La profundidad de bits, por el contrario, define el número de bits necesarios para determinar la amplitud de la señal en cada muestra.

La tasa de bits de un códec se puede definir multiplicando la tasa de muestreo y la profundidad de bits. Además de estos parámetros, se debe considerar la cantidad de canales de una señal de audio al definir su tasa de bits. Para audio mono, el número de canales es uno, mientras que para audio estéreo es dos.

Por lo tanto, podemos usar esta fórmula para encontrar la tasa de bits de un códec:

tasa de bits = tasa de muestreo x profundidad de bits x número de canales

Dada esta información, comparemos los dos códecs y veamos sus tasas de bits.

Cuando miramos los números, es evidente que el códec LC3 puede ofrecer una mejor calidad de audio en comparación con SBC debido a sus tasas de bits más altas. Además, LC3 puede ofrecer el doble de calidad de audio con la misma tasa de bits en comparación con SBC. Esto se debe a que utiliza mejores algoritmos de compresión y ocultación de pérdida de paquetes, lo que ofrece una experiencia de audio mucho mejor.

Además de la alta calidad, LC3 ofrece una latencia más baja en comparación con SBC, lo que ofrece una mejor experiencia de usuario para aplicaciones en tiempo real.

Los fabricantes configuran el muestreo y las profundidades de bits utilizadas por un par de auriculares inalámbricos. Dado que se pueden configurar para que funcionen a tasas de bits más bajas para mejorar la duración de la batería y reducir los errores de transmisión, la capacidad de un códec puede diferir de la calidad real que ofrecen los auriculares.

¿LC3 va a cambiar el audio Bluetooth para siempre?

El códec LC3 está en el corazón del audio BLE, la revisión más importante de la especificación Bluetooth en más de una década. El códec no solo se enfoca en brindar audio de alta calidad, sino que también lo hace al tiempo que ofrece una latencia y un consumo de energía más bajos.

Dados estos cambios, los productos Bluetooth con tecnología LC3 ofrecerán a los usuarios una mejor calidad de llamadas y audio con menos energía. Debido a este menor consumo de energía, los auriculares inalámbricos tendrán una mejor duración de la batería y los desarrolladores podría usar esta energía para ofrecer mejores funciones de cálculo como ecualizadores y ruido activo cancelación.