Fraunhofer LC3plus Lossless

LC3plus Lossless: The First Open Standard for Wireless Lossless Audio

长期以来,无线链路上的无损音频传输一直受限于带宽。在本次采访中,Fraunhofer IIS 低延迟音频编码部门的高级工程师 Alexander Tschekalinskij 阐述了 LC3plus Lossless 如何适应波动的带宽,并解析了该技术被纳入 ETSI 标准对音频行业意味着什么。

为什么通过无线连接传输无损音频要比通过有线连接困难得多?

Alexander Tschekalinskij, Senior Engineer in the Low Delay Audio Coding department at Fraunhofer IIS.
Fraunhofer IIS 低延迟音频编码部门,高级工程师 ,Alexander Tschekalinskij

原因很简单:数据速率。无损音频需要占用更多的带宽,因为原始信号必须逐位(bit-for-bit)精确还原。

实际上,无损编解码器的压缩比存在根本性的限制。通常,压缩比约为 2:1。虽然具体数值会随音频内容略有波动,但进一步降低数据速率存在数学上的极限。

这对无线传输构成了挑战,因为无线链路通常无法提供无损音频流理想状态下所需的带宽。

这也是许多现有的无损音乐服务仅将无损信号传输至智能手机或电脑的原因。通往耳机的无线连接往往成了瓶颈;在许多情况下,可用带宽根本不足以保证无损音频的持续传输。

LC3plus Lossless 如何解决无线带宽方面的这些局限性?

在开发 LC3plus Lossless 时,我们的出发点在于:无线带宽绝非恒定不变。无论身处家中、车内还是乘坐公共交通工具,可用带宽都在不断变化。指望无线连接能时刻提供无限且稳定的带宽,显然是不切实际的。

正因如此,我们设计了 LC3plus Lossless,使其能够适应可用的比特率。该编解码器支持在 44.1、48、96 和 192 kHz 采样率下进行位精确(bit-exact)重建;但与传统的无损编解码器不同,它并不依赖固定的带宽预算。当无线链路条件允许时,音频以无损方式传输;当带宽受限时,LC3plus Lossless 会无缝切换至高清音频模式,并在链路条件改善后自动恢复为无损编码。

这使得制造商能够在实际使用环境下保持可靠无线性能的同时,提供高达 192 kHz 的音频质量。

如何确保在无损传输和有损传输之间切换时,听者察觉不到差异?

这是 LC3plus 架构的优势之一。该功能本质上是直接内置于编解码器设计之中的。

无损与有损运行模式之间的一个区别在于时域与频域之间的转换过程。得益于 LC3plus 的架构设计,这种转换方式可以逐帧进行调整。这两种模式共用相同的帧结构与延迟特性;当发生回退时,系统会切换至全可用码率下的高清模式——该模式所提供的音频质量,对于大多数听众而言,通常已与原始信号无异。

因此,转换可以非常平滑地进行,而不会产生可听见的停顿或伪影。

设备制造商对“无损转有损”切换行为有多大的控制权?

LC3plus Lossless 的另一个重要特性是灵活性。我们并未规定设备应在何时于无损和有损模式之间进行切换,这一决定权由制造商掌握。

某制造商可能会采取较为保守的策略,一旦传输质量开始下降便降低比特率;而另一家制造商则可能优先考虑尽可能长时间地保持无损模式,即便在信号环境不佳的情况下也是如此。LC3plus 提供了相应的技术机制,而具体的实施策略则由设备制造商自行决定。

LC3plus Lossless 最近被纳入了 ETSI 标准。为什么这是一个如此重要的里程碑?

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其最显著的特点之一在于公开性:LC3plus Lossless 是首款以公开标准形式提供的无线无损音频编解码器。相比之下,市场上现有的许多无损音频解决方案往往是受单一厂商控制的专有技术。

随着被纳入 ETSI 标准(TS 103 634),LC3plus Lossless 成为开放且标准化生态系统的一部分,设备制造商可在广泛的产品线中对其进行部署。

另一项重要成就是获得了日本音频协会(Japan Audio Society)的认证,该协会在高保真音频领域被公认为权威的标杆机构。

值得注意的是,LC3plus Lossless 并非一项完全独立的技术;它的设计初衷是融入更广泛的 LC3plus 生态系统之中。LC3plus 包含多种特性,其中包括低延迟模式和丢包隐藏机制。我们确保了无损功能能够与这些现有特性保持兼容。

换言之,无损功能是一项可与其他 LC3plus 技术相结合的附加能力,而非一种独立的模式。

能效和电池续航是无线设备关注的重点。它们与无损音频之间有何关联?

电池续航时间与数据传输量密切相关。较高的比特率通常意味着需要传输更多数据,从而可能增加无线通信活动并导致能耗上升。LC3plus Lossless 采用了灵活的设计,允许制造商在无损音频质量、传输稳健性和电池续航之间进行权衡,使设备能够适应不断变化的使用环境与功耗限制。

这为实现智能电源管理策略创造了条件。设备可以根据电池状态、传输条件或用户偏好,自动调整其运行参数。

如果要总结 LC3plus Lossless 的核心要义,那会是什么呢?

无线音频始终需要在不断变化的实际使用环境中运行。关键不在于无视这些局限性,而在于如何明智地应对它们。

我们推出 LC3plus Lossless,旨在打造一种能够适应可用带宽、支持高音质、兼容更广泛 LC3plus 生态系统,并赋予制造商灵活性的解决方案,以满足不同使用场景的需求。

归根结底,目标很简单:无论无线环境如何,都要提供最佳的聆听体验。

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