蓝牙AAC音频编解码是缺陷还是偷懒?
Soomal 于 2018.10.25 19:30:49 | 源自:www.soomal.com | 版权:原创 | 平均/总评分:09.45/1219

在我们使用蓝牙耳机或者蓝牙音箱时,常常会听到关于apt-X、SBC、AAC等规格的说明,对于发烧友来说它们的意思不用多说。但对于普通用户来说,可能还不太清楚。我们今天要讨论的是蓝牙音频传输中的AAC编码相关测试。而在开篇,我们为入门用户做一点点小小科普,这个科普会相当入门,可能技术上不那么具体和严谨。

蓝牙音频的发射端如手机和接收端如耳机之间通讯时,音频信号需要经过相关的编码,受限于这套技术规格相当老以及蓝牙带宽一直以来1Mbps最大带宽[实际吞吐量更小],所以最基础的SBC编码、AAC编码、apt-X等编码考虑的最重要的是压缩数据。例如手机对音频数据编码压缩,然后蓝牙耳机接收到后解码,然后再做D/A转换等输出工作。

  • SBC、apt-X甚至现在的LDAC、HWA都是蓝牙应用特有。但AAC是个例外。AAC是像MP3、APE、FLAC等一样我们平时就可以见到的音乐文件,它基于MPEG4的音频规范压缩,比MP3、Atrac3等有损音频算法在低码率时有明显更好的表现,例如128kbps以下AAC表现明显更好,在十多年前互联网和蓝牙一样慢的时代肯定更受欢迎些。苹果公司的音乐服务无论是以往的iTunes Store还是现在Apple Music一直使用AAC规格压缩音乐,目前几乎所有Apple Music都为256kbps等级压缩质量。而苹果和Beats家的耳机产品也一直都支持AAC,甚至不支持apt-X。

    在蓝牙音频应用中AAC即然和SBC、apt-X、LDAC、HWA都不一样,相信有不少人和我们的想法:如果手机端播放的音乐本身就是AAC格式的,而蓝牙耳机也接收的是AAC,这是不是就省去了发射端编码的工作?而如今的AAC 256kbps编码的音乐已经如此普遍,256kbps的AAC质量其实已经相当不错。256kbps的码率也和apt-X的接近,AAC的表现为什么要比apt-X差一点呢?尤其是高频。我们最近的测试,发现了其中的部分原因。

    测试方法:我们在电脑上直接将无损测试信号,包括频率扫描和RMAA信号都进行256kbps和160kbps CBR质量Apple AAC规格的压缩,然后恢复为WAV[有损压缩,恢复以后损失部分仍然存在],进行数据分析得到一组数据。这些数据代表了AAC压缩本身的品质。另外,我们使用iPhone输出AAC到BTR3[分两组WAV原文件和AAC本身原文件],得到AAC输出的数据,这些数据代表了蓝牙传输AAC的品质。当然,除此之外,我们也用矩声iMiniPro2s进行了验证以保证BTR3测试没问题。同时,还验证了三星S9手机手动切换到AAC的表现,具体什么用?下文再说。下来看RMAA测试成绩。

    测试 AAC160本身 AAC256本身 iPhoneWAVtoAAC iPhoneAACtoAAC
    噪声水平, dB (A): -94.8 -94.7 -95.3 -95.9
    动态范围, dB (A): 94.5 94.7 95.8 96.1
    总谐波失真, %: 0.0094 0.0006 0.010 0.0095
    互调失真, %: 0.057 0.010 0.045 0.323
    立体声分离度, dB: -95.2 -95.2 -96.2 -96.1

    只从RMAA的客观测试数据来看,我们发现256kbps质量的AAC本身水平明显高于蓝牙传输的AAC,哪怕是发射源本身是并没有压缩过的无损信号发出的AAC也不如256kbps效果。而比较意外的是,即便使用高品质的AAC数据源作为信号,蓝牙AAC编解码并不是直接传输AAC,原数据流,而还要对AAC解码后再做一次AAC的压缩再传输。

    通过频率扫描我们可以看到,蓝牙传输的AAC信号很多特征和本地压缩的AAC文件类似,但是细节上可以看出RMAA测试中看不到的内容,蓝牙AAC传输的品质要比AAC本身信号更差,肯定和256kbps的AAC差距很大。而在18kHz以上高频部分,蓝牙AAC也会切掉,这个切掉的幅度位置与160kbps的AAC本身接近。

    我们可以看到LDAC上有自适应选项可以根据网络环境不同调整编码质量,在测试中我们发现,AAC蓝牙本身也有类似功能,而且极为敏感,每个手机的设定不同。例如三星S9即便手机和BTR3都摆在桌上不到1米距离,它也会进入到一个比较差的状态。而iPhone X同样位置下就要好不少,但只要稍微挪动到椅子背后晃一晃,就会进入到更差的模式。这个主要表现在高频18kHz左右开始完全切掉信号的损失程度不同。

    从这套测试可以看出,目前蓝牙AAC的设计还是相当古老,包含三个问题。

    第一,带宽利用率很低,大概只有160kbps-200kbps左右,更好的算法并没有带来更好的品质。

    第二,重复压缩缺陷。对手机端播放的AAC文件还要进行AAC压缩,且品质会明显下降。而如果我们在音频编辑软件里对一个AAC文件再做N次AAC压缩,如果标准不变质量不会下降。蓝牙AAC的压缩算法质量弱于AAC标准算法应有质量。

    第三,过于敏感的牺牲品质。AAC本身码率品质已经不足200kbps,但蓝牙AAC仍然非常敏感下调声音品质,粗暴切割高频。

    总结:蓝牙AAC虽然表面上看使用的是MPEG4 AAC压缩算法,但目前来看老的标准设计过于保守,实际使用的质量大概只有160kbps AAC的水平,甚至还要更差一些。蓝牙AAC并没有利用本身大量的AAC规格的音乐文件的优势,反而简陋粗暴的对AAC音乐解码后进行再次压缩,而压缩质量更低,效果更差。保守、简陋老设计造成了MPEG4在音频方面的技术优势被蓝牙AAC糟蹋。但也可以看到,AAC的算法优势如果稍加合理使用,就可以比现在的水准有很大幅度的进步。

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    AAC文件的扫频图非常不干净!mp3文件甚至10年前有SRC问题的高通QSD芯片手机,艾利和T1播放器利用wAV文件测试的扫频图都比AAC与蓝芽AAC强!
    与之同时,AAC160kbps/AAC 256kbps的失真度表现都比mp3 320kbps的较差,mp3 320kbps几乎在所有低失真率的播放器中(包括b152f,iPhone iPad上)都是0.013%互调失真,总谐波失真甚至都与wav 文件完全一样!
    所以我始终喜欢用B152F(包括手机)利用有线耳塞去听一些mp3或者WMA格式音乐的原因!呵呵😄

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