「LC3編碼」開創藍牙音訊新時代

2023-05-19

百佳泰

2020年1月藍牙5.2正式發布，推出全新LE音訊(LE Audio)，採用LC3編碼技術改善壓縮效率及音訊品質，未來隨著藍牙音訊朝LE遷移，LE Audio將成為藍牙音訊的主流發展方向。

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2023年藍牙技術聯盟的報告指出，預計2027年全世界將有約70億個藍牙裝置，其中，音訊類就占了約15億。由圖1調查中可看出，在未來5年LE-only的音訊裝置會漸漸取代原來的傳統藍牙音訊(A2DP)應用，走向更省電音質更好、壓縮率更高，更符合個人使用的產品。

Bluetooth LE Audio是基於藍牙規格5.2以上的新技術，可以提供更高質量的音訊傳輸。其中的LC3編碼是一種新的音訊編碼技術，可以實現更高效的音訊壓縮和更好的音質。

LC3編碼是一種低延遲音訊編碼技術，通常用於視訊會議、音訊通話等低延遲應用場景，可以實現高效的壓縮，並提供更好的音質，同時保持極低的延遲。與傳統的音訊編碼技術相比，LC3編碼具有更高的壓縮效率。這意味著在相同的資料傳輸速率下，可以傳輸更高質量的音訊。同時，LC3編碼還具有更好的容錯性，能夠在較差的網路環境中保持較好的音質。

另外，LC3編碼還支持可變比特率(VBR)編碼。這意味著編碼器可以在傳輸過程中根據音訊訊號的複雜度自動調整編碼率，實現更高效的壓縮。這種技術對於音訊傳輸和儲存都非常有用，可以實現更高質量的音訊壓縮和更好的音質，讓用戶享受更高質量的音訊體驗。

新的藍牙LC3編碼能夠在相同甚至更低的傳輸速率上，提供比過往SBC編碼更高品質的聲音。這將帶給開發者更大的彈性，在產品設計上，針對聲音品質和功耗可以做出更好的取捨。LC3編碼與SBC編碼比較如圖2所示。

有幾種方式能夠決定聲音編碼品質的優劣。最常用的方法是實際聆聽比較壓縮與解壓縮過後的聲音。其他方法包含使用標準量化方法去量測聲音編碼性能，如圖3所示。

圖3　測量聲音編碼性能(STEP=Send Electrical Test Point、MRP=Mouth Reference Point、HATS=head and torso simulator)　(資料來源：IEEE 269標準)

藍牙LC3編碼規格定義了一種用於音訊檔案、有效率的藍牙聲音編碼(Codec)方式，如圖4所示。該編碼能壓縮語音及音樂變化中(Varying)的位元傳輸率。LC3適用於任何藍牙聲音資訊檔，能夠在任何通道狀況下傳遞滿足聲音品質要求的音訊。LC3為基於區塊的音訊轉換編碼方式，具有低演算延遲、低壓縮特性，並提供範圍相當廣的可用位元傳輸率。壓縮與解壓縮可同時在10毫秒及7.5毫秒串流區間工作，支援8kHz、16kHz、24kHz、32kHz及48kHz的取樣頻率。

圖4　藍牙LC3編碼規格　(圖片來源：LE Audio Specification, Bluetooth SIG Inc.)

LC3有以下兩項優點。

輕巧設計適用於低資源應用

．隨機存取記憶體(RAM)和唯讀記憶體(ROM)的記憶體需求低

．低運算需求及低耗電需求

彈性編碼參數

．支援8、16、24、32、44.1及48kHz取樣率

．支援每一通道16~320kbps位元傳輸率

．高解析聲音支援(最高96kHz)

．額外低延遲模式(2.5毫秒與5毫秒)

藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG)目前提供LC3編碼工具，可以依據不同的取樣率及串流長度進行編解碼，提供自動執行的LC3編碼工具，依序產生不同的取樣率及串流長度對檔案進行編碼及解碼，如表1所示，另可錄取測試WAVE檔案格式，避免部分WAVE檔案格式不符合藍牙技術聯盟LC3編碼工具所需的WAVE檔案格式，編解碼檔案生成整體流程示意如圖5。