Hi-Res之音？LDAC技術淺析

最近經歷了人生中的幾件大事，公眾號也因此臨時擱淺，不少後台留言由於過了有效期，無法回復，對這些讀者說聲抱歉。作為重度拖延症患者，這篇文章本是應發佈於去年，卻被我拖拖拉拉了半年多。

近年來，雖然IT技術日新月異，但藍牙音樂領域的亮點屈指可數，藍牙音樂設備通常只是便攜，低質的代名詞。直到15年底，大法推出了一項名為LDAC的音頻編解碼技術，給波瀾不驚的湖面丟下了一塊板磚。

類似於攝影，如果說攝影是光學的藝術，音樂則是聲學的藝術，本質上都是花錢的藝術。

為了避免大量的術語嚇到讀者，本篇嘗試以提問/回答的方式逐步展開，為各位介紹關於聲音和藍牙協議中的一些基礎知識，以及LDAC技術。

Q: 什麼是聲音？

聲音的本質是空氣的振動。

當聲音改變了鼓膜上空氣的壓力時，我們就感覺到了聲音。

Q:在物理學中怎麼表示聲音？

當聲音轉換為電流時，就可以用隨時間振動的波形來表示。振動最自然的形式可以用正弦波表示。

正弦波有兩個參數－振幅和頻率。振幅就是音量，頻率（1/周期）就是音調。

Q:人可以聽到什麼範圍的聲音?

一般來說人耳可感受的正弦波的範圍是從20Hz的低頻聲音到20,000Hz的高頻聲。比如次聲波的頻率就小於20Hz，而Vitas的海豚音就高達2500Hz。

Q:計算機怎麼表示聲音？

計算機處理的是二進位數值，因此要使聲音進入計算機，就必須設計一種能將模擬信號與數字信號相互轉換的機制。目前最常見的方法是脈衝編碼調製（PCM），PCM是一種編碼方式，記錄音頻數據的原始信息。

Q: PCM如何決定音頻質量？

PCM有兩個重要參數：

取樣頻率，即每秒內測量波形振幅的次數

樣本大小，即用於儲存振幅級的位數。

因為數字信號是離散的，因此取樣頻率越高，樣本大小越大，聲音的質量就越好。當然這也是有個上限的，並非無限大。

例如，CD音質的取樣頻率是44100HZ,樣本大小是16bit，表示每秒鐘有44100次採樣，每次採樣值從(-32767, 32767)間取值來表示振幅。

Q: 什麼是音頻文件格式？

我們最常見的MP3格式是一種音頻文件格式：同一首歌，128K MP3的體積約為WAV格式（CD音質）的1/13。需要注意的是MP3是有損壓縮，它對數據進行了處理，犧牲了音頻中12kHz —16kHz段的高音頻部分的質量並且砍掉20KHz以上的部分，來換取音頻文件的尺寸。

而FLAC，APE等格式則屬於無損壓縮的音頻文件格式，在可以做到完全還原音頻數據的前提下，可以達到近50%的壓縮率。

好學的朋友肯定會問，這是怎麼做到的？

其實很簡單，波形文件在計算機軟體中以n維數組的形式存在。

例如，某個數組裡的數據是[1,-1,6,6,6,6,6,6]：

不對數據進行壓縮，那麼數組長度是8

更改為[1,-1] + [6]*6，只用一半的長度去記錄同樣的數據，再通過解碼將數據還原

以上只是簡單舉例，實際的壓縮演算法會更複雜，同時還有糾錯。

Q: 什麼是A2DP？

我們常常看到的A2DP(Advanced Audio Distribution Profile)是藍牙的音頻傳輸協議，協議可以簡單理解為藍牙設備間通信的規範約定，典型應用為藍牙耳機。

Q：什麼是SBC，AAC，aptX？

理想的情況下，由SRC將音頻流直接送到SNK進行播放，可是實際上並非如此，通常需要在SRC端對音頻流進行編碼，然後在SNK端對音頻流進行解碼。

但A2DP協議里的限制之一就是：

音頻數據的速率必須足夠小於藍牙的傳輸速率。

目前，A2DP的最大傳輸速率如下：

樣本頻率48kHz下是345kbps

取樣頻率44.1kHz下是328kbps

然而，播放未壓縮CD音質(44.1kHz)的音頻速率要求達到1411kbps。

因此，就需要一種技術來對音頻流進行數據壓縮，這種技術就必須同時工作在SRC端和SNK端（這裡是重點）。

目前，A2DP藍牙協議規定所有的藍牙設備都必須支持SBC編解碼技術，它是一種有損壓縮，經過SBC編碼之後，原始的PCM數據發生了變化。對於原先就是有損壓縮格式的音樂，再經過SBC的一輪壓縮，結果可想而知。這就是藍牙耳機音質一般的原因之一。

AAC編解碼技術可以理解為SBC的加強版編解碼技術：在同碼率下，AAC的音質好於SBC。當然AAC也是一種有損壓縮。

aptX編解碼技術則是更高質量的編解碼技術，號稱可以接近於CD音質，不少中高端藍牙音樂播放器/耳機等藍牙設備，都會支持aptX技術。

但是要說明的是，所謂「CD音質」是有水分的，從前面的數據，我們可以算出受限於現有的A2DP技術，最大傳輸速率是328kbps，再加上50%的牛逼壓縮演算法，勉強可以達到播放CD音質的音頻比特率的1/2。

但人家的說法是：「near CD quality」。文字功夫玩得溜啊。

avhub給出的評測結果aptX可以支持320kbps AAC/MP3。不過有個蛋疼的問題是，想要使用aptX，就得給高通付license費用，我憑自己本事省下來的錢為什麼要給高通？CPU拿走的錢還不夠嘛？這也是為什麼蘋果，三星，華為等一大堆公司不買單的原因，當然有些公司連CPU都不給高通機會了。

扯遠了，在前面我們提到過，SRC和SNK端必須同時支持，才能使用某種編解碼技術。

也就是說：

你肉痛地花了2k大洋買了一個支持aptX的藍牙耳機，連接上iPhone7之後，正準備陶醉於音樂的世界，發現竟然只能使用SBC，因為Apple只支持SBC/AAC。

如果有人說：哇，感覺音質提高了不少...你可以轉發這篇文章給他...

Q: LDAC能解決什麼問題？

好了，終於到了今天要談到的LDAC技術了。

LDAC是大法獨家的真?黑科技，在使用現有A2DP技術的前提下，竟然可以支持330，660，990kbps三檔傳輸速率。與SBC相比，傳輸速率提高了三倍！

並且大法宣稱LDAC技術將整合到下一代官方Android O版本中，屆時所有安卓用戶都可以享受這一技術，再看看高通和aptX。（高通：怪我咯，我也是從CSR那收購來的）

LDAC技術的出現，終於解決了現有藍牙技術不能播放無損CD音質音頻的痛點了，不用再扭扭捏捏地說：「near CD quality」，而是「Same as CD quality」。

LDAC可以無損播放Hi-Res Audio嗎？

Hi-Res Audio（HRA）通常是指取樣頻率不小於96kHz，樣本大小不低於24bit的音頻文件（當然還有更高規格的），你可以簡單地理解為CD音頻的加強版。

這樣的HRA，其PCM碼率達到了4.5Mbps!

大法的LDAC官方宣傳是這樣的：黃金色的Hi-Res在LDAC邊上閃閃發光，經過LDAC的編解碼之後，波形居然一模一樣，難道可以做到無損壓縮？其實這裡面有貓膩。

LDAC實質上是一種有損壓縮編解碼技術，試想在一根990kbps的小水管里（當然比SBC粗了3倍）傳輸4.5Mbps的數據，若是能夠做到無損編解碼，就要達到1:4.5的壓縮率，目前最好的無損壓縮演算法也只能達到50%的水平（還是理想情況）

在LDAC的主頁上是這麼介紹LDAC和Hi-Res Audio的關係的：

LDAC is an audio coding technology developed by Sony thatenablesthe transmission of High-Resolution (Hi-Res) Audio content, even over a Bluetooth connection.

作為一種宣傳手段，文字遊戲玩得溜得飛起，類似於aptX暗示可以達到近CD音質，但是人家一個字都沒有提到底是不是Hi-Res Audio。

關於LDAC能否達到HRA級傳輸要求的疑問，國外媒體站點avhub也問了同樣的問題，前兩次官方打太極拳，繞來繞去，最後avhub直接殺到了柏林的IFA 2016現場，還是SONY工程師實在，他是這麼回答的：

「we are not claiming it is high-res audio, but that it is close to high-res audio」

時代變了，現在變成了「near Hi-Res audio quality」。

結論

LDAC技術的出現使得藍牙播放CD音質成為現實，使得追求便攜和高音質的用戶有了更好的選擇，更重要的是SONY將LDAC技術貢獻出來，使得非索尼用戶在未來也可以享受到這一技術。

不過在能提高8倍傳輸速率的藍牙5.0版本發布之前，我們暫時看不到能達到Hi-Res級的藍牙播放技術。

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