Die verlustfreie Audioübertragung über drahtlose Verbindungen war lange Zeit durch die verfügbare Bandbreite begrenzt. In diesem Interview erklärt Alexander Tschekalinskij, Senior Engineer in der Abteilung Low Delay Audio Coding am Fraunhofer IIS, wie sich LC3plus Lossless an sich verändernde Bandbreiten anpasst.Außerdem beschreibt er, was die Aufnahme in einen ETSI-Standard für die Weiterentwicklung drahtloser Audiotechnologien bedeutet.
Warum ist die verlustfreie Audioübertragung über eine drahtlose Verbindung so viel anspruchsvoller als über eine kabelgebundene Verbindung?
Der einfache Grund ist die Datenrate. Verlustfreies Audio benötigt deutlich mehr Bandbreite, da das ursprüngliche Signal exakt, Bit für Bit, rekonstruiert werden muss.
In der Praxis ist das Kompressionsverhältnis eines verlustfreien Codecs grundsätzlich begrenzt. Typischerweise liegt es bei etwa 2:1. Je nach Audioinhalt kann es kleinere Abweichungen geben, doch es gibt mathematische Grenzen dafür, wie stark sich die Datenrate weiter reduzieren lässt.
Für die drahtlose Übertragung ist das eine Herausforderung, da Funkverbindungen in der Regel weniger Bandbreite bereitstellen, als für einen verlustfreien Audiostream idealerweise erforderlich wäre.
Das ist auch der Grund, warum viele bestehende Lossless-Musikdienste ein verlustfreies Signal nur bis zum Smartphone oder Computer übertragen. Die drahtlose Verbindung zu den Kopfhörern wird häufig zum Engpass. In vielen Fällen reicht die verfügbare Bandbreite schlicht nicht aus, um eine durchgehend verlustfreie Übertragung zu gewährleisten.
Wie ermöglicht LC3plus Lossless verlustfreies Audio trotz der begrenzten Bandbreite bei drahtlosen Verbindungen?
LC3plus Lossless wurde vor dem Hintergrund entwickelt, dass drahtlose Bandbreiten ständigen Schwankungen unterliegen. Ob zu Hause, im Auto oder in öffentlichen Verkehrsmitteln: Die verfügbare Bandbreite verändert sich kontinuierlich. Zu erwarten, dass eine drahtlose Verbindung jederzeit unbegrenzte und stabile Bandbreite bereitstellt, ist schlicht unrealistisch.
Deshalb haben wir LC3plus Lossless so entwickelt, dass sich der Codec an die verfügbare Bandbreite anpasst. Er unterstützt eine bitgenaue Rekonstruktion bei Abtastraten von 44,1, 48, 96 und 192 kHz. Allerdings ist er im Gegensatz zu herkömmlichen verlustfreien Codecs nicht auf eine fest vorgegebene Bandbreite angewiesen. Wenn die drahtlose Verbindung es zulässt, wird das Audiosignal verlustfrei übertragen. Wird die Bandbreite knapp, wechselt LC3plus Lossless nahtlos zu hochauflösendem Audio und kehrt automatisch zur verlustfreien Codierung zurück, sobald sich die Übertragungsbedingungen verbessern.
Dadurch können Hersteller Audioqualität mit bis zu 192 kHz anbieten ohne Kompromisse bei der Zuverlässigkeit der drahtlosen Übertragung im realen Einsatz eingehen zu müssen.
Wie wird sichergestellt, dass der Wechsel zwischen verlustfreier und verlustbehafteter Übertragung für die Hörerinnen und Hörer nicht wahrnehmbar ist?
Das ist einer der Vorteile der LC3plus-Architektur. Diese Funktionalität ist im Wesentlichen bereits im Aufbau des Codecs verankert.
Eine zentrale Unterscheidung zwischen verlustfreier und verlustbehafteter Audiokodierung ist die Transformation des Audiosignals zwischen Zeit- und Frequenzbereich. Aufgrund der Struktur von LC3plus kann dieses Verhalten für jeden Frame einzeln angepasst werden. Beide Modi verwenden weiterhin dieselbe Frame-Struktur und weisen dieselbe Latenz auf. Bei eingeschränkter Bandbreite wird auf den hochauflösenden Modus mit der vollständig verfügbaren Bitrate zurückgegriffen, der bereits eine Audioqualität bietet, die für die meisten Hörerinnen und Hörer in der Regel nicht vom Originalsignal zu unterscheiden ist.
Dadurch können die Übergänge sehr fließend erfolgen, ohne hörbare Unterbrechungen oder Artefakte zu verursachen.
Wie viel Kontrolle haben Gerätehersteller darüber, wann zwischen verlustfreier und verlustbehafteter Übertragung gewechselt wird?
Ein weiterer wichtiger Aspekt von LC3plus Lossless ist die Flexibilität. Wir geben nicht vor, wann ein Gerät zwischen verlustfreiem und verlustbehaftetem Betrieb wechseln soll. Diese Entscheidung liegt beim Hersteller.
Ein Hersteller kann beispielsweise eine sehr vorsichtige Strategie verfolgen und die Bitrate bereits reduzieren, sobald sich die Übertragungsqualität zu verschlechtern beginnt. Ein anderer Hersteller kann dagegen entscheiden, den verlustfreien Modus auch unter schwierigen Bedingungen so lange wie möglich beizubehalten.
LC3plus stellt den entsprechenden Mechanismus bereit. Die konkrete Implementierungsstrategie bleibt dem Gerätehersteller überlassen.
LC3plus Lossless wurde kürzlich in einen ETSI-Standard aufgenommen. Warum ist das ein wichtiger Meilenstein?
Einer der wichtigsten Aspekte ist die Offenheit: LC3plus Lossless ist der erste verlustfreie Audiocodec für die drahtlose Übertragung, der als offener Standard verfügbar ist. Viele der derzeit auf dem Markt erhältlichen verlustfreien Audiolösungen sind proprietäre Technologien, die von einzelnen Anbietern kontrolliert werden.
Mit der Aufnahme in den ETSI-Standard TS 103 634 wird LC3plus Lossless Teil eines offenen und standardisierten Ökosystems, das Gerätehersteller in eine Vielzahl unterschiedlicher Produkte implementieren können.
Ein weiterer wichtiger Erfolg ist die Zertifizierung durch die Japan Audio Society, die in der High-Fidelity-Audio-Community als anerkannte Referenz gilt.
Wichtig ist außerdem, dass LC3plus Lossless keine vollständig eigenständige Technologie ist. Die Funktionalität wurde so entwickelt, dass sie sich in das umfassendere LC3plus-Ökosystem einfügt.
LC3plus umfasst verschiedene Funktionen, darunter Modi mit geringer Latenz sowie Mechanismen zur Kompensation von Paketverlusten. Wir haben darauf geachtet, dass die Lossless-Funktionalität mit diesen bestehenden Funktionen kompatibel bleibt.
Mit anderen Worten: Die verlustfreie Übertragung ist eine zusätzliche Funktion, die mit anderen LC3plus-Technologien kombiniert werden kann, und kein eigenständiger Modus.
Effizienz und Akkulaufzeit sind bei drahtlosen Geräten wichtige Faktoren. Welche Rolle spielt dabei verlustfreies Audio?
Die Akkulaufzeit hängt eng mit der übertragenen Datenmenge zusammen. Höhere Bitraten erhöhen meist die zu übertragende Datenmenge und können dadurch zu einer höheren Funkaktivität und letztendlich zu höherem Energieverbrauch führen. LC3plus Lossless wurde deshalb flexibel konzipiert. Die Technologie ermöglicht es Herstellern, den für sie optimalen Kompromiss zwischen verlustfreier Audioqualität, Übertragungssicherheit und Akkulaufzeit zu wählen. Dadurch können Geräte dynamisch auf veränderte Bedingungen und verfügbare Energiereserven reagieren.
Das eröffnet Möglichkeiten für intelligentes Energiemanagement. Geräte könnten automatisch zwischen verschiedenen Betriebsmodi wechseln, abhängig vom Akkustand, den Übertragungsbedingungen und den individuellen Nutzeranforderungen.
Welche Kernbotschaft sollten Leserinnen und Leser zu LC3plus Lossless mitnehmen?
Drahtlose Audioübertragung wird unter realen Bedingungen immer mit wechselnden Voraussetzungen arbeiten müssen. Die Herausforderung besteht nicht darin, diese Einschränkungen zu ignorieren, sondern intelligent mit ihnen umzugehen.
Mit LC3plus Lossless haben wir eine Lösung geschaffen, die sich an die verfügbare Bandbreite anpasst und eine hohe Audioqualität unterstützt. Durch die Kompatibilität zum LC3plus-Ökosystem haben Hersteller die Flexibilität, ihre Produkte für unterschiedliche Anwendungsfälle zu optimieren.
Letztlich ist das Ziel einfach: das bestmögliche Hörerlebnis zu bieten – unabhängig von den Bedingungen der drahtlosen Verbindung.
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