#apt-x

bluetoothとは (A2DPとは)

いまさら説明するような内容ではないとは思いますが、

言葉を知ってる人は仕組みまで理解してる人は少ないと思います。

無線通信規格は数多くありますが、

bluetoothがどんな通信をしているのか簡単に知っておきましょう。

数mから数十m程度の距離の情報機器間で、電波を使い簡易な情報のやりとりを行うのに使用される。

当初、エリクソン、インテル、IBM、ノキア、東芝の5社（プロモーター企業）によって策定された。その後マイクロソフト、モトローラ、3COM、ルーセント・テクノロジーの4社がプロモーター企業として加わった。現在は3COM、ルーセント・テクノロジーの2社が脱退し、アップル、およびNordic Semiconductorが加わり、9社がプロモーター企業となっている。IEEEでの規格名は、IEEE 802.15.1である。

2.4GHz帯を使用してPC（主にノートパソコン）等のマウス、キーボードをはじめ、携帯電話、PHS、スマートフォン、タブレットでの文字情報や音声情報といった比較的低速度のデジタル情報の無線通信を行う用途に採用されている。

Wikipediaより

いきなりウィキペディアをコピペして申し訳ありませんが、

結局この説明に尽きます。

じゃあbluetooth対応なら何でも通信できるのかというと、そういうわけではありません。

データの取り扱い方を定義するプロファイルが通信機器の送受信側に無ければ無線通信できません。

プロファイルは目的に応じて多種多様なものが用意されていますが、無線イヤホンなんかでは一般的にA2DPというプロファイルを用いています。

A2DP (Advanced Audio Distribution Profile)

音声をレシーバー付きヘッドフォン（またはイヤホン）に伝送するためのプロファイル。HSP/HFPと異なり、ステレオ音声・高音質となる。

例えば、無線マウスは音楽を送受信する必要が無いのでA2DP非対応です。

同じbluetoothでもイヤホンとマウスでは通信することができないということですね。

(もしかしたらA2DP対応のマウスがあるかもしれませんが・・・・)

A2DPでは圧縮を行うコーデックの規定については定めておらず、SBCの実装を必須としている以外は別のコーデック方式を実装使用することが可能となっています。

そこで、近年多く使われ始めたコーデックとしてAACとapt-Xが登場するわけですね。

コーデックとは

唐突にコーデックという言葉が出てきましたが、コーデックとはデータを符号化するエンコードと復号化するデコードの双方を行うソフトウェアのことです。

よくデータの圧縮解凍という言葉が用いられていますが、

エンコード＝圧縮

デコード＝解凍

だと思ってもらっていいです。

このとき、圧縮解凍後のデータが元のデータになるような圧縮を可逆圧縮。

元のデータに戻らない圧縮を不可逆圧縮といいます。

｢え、元に戻らないことなんてあるの？｣

あまりこのジャンルに精通してない人にとってこの様に感じるかもしれないですが、一番多く扱われている画像のjpegや音楽のmp3も不可逆圧縮によって作られたデータです。

よく見ないとよく聞かないとわからない、普段使いでは必要無い。

そういったデータを捨ててしまって要領を小さくすることが不可逆圧縮の目的になっています。

よくハイレゾ音源に使われているflacは可逆圧縮を用いているので、

理論上は完全に元の音声データを再現して再生できるということになります。

これから紹介するSBC/AAC/apt-Xのコーデックはすべて不可逆圧縮です。

無線かつリアルタイムで音楽を再生するためには扱うデータをできるだけ小さくし、高速通信に特化させる必要があるのです。

無線イヤホンが音質が残念といわれるのはこの通信方式による風評被害が大きく影響しています。

ですが、近年は技術の進歩により比較的高音質を維持したままの圧縮が可能になったので、無線イヤホンが市場に占める割合が増えてきましたね。

今回は紹介しませんがLDACというソニーが開発したコーデックはハイレゾ再生に対応しているそうです。

無線イヤホンでも可逆圧縮で音楽を楽しめる時代は近いかもしれません。

SBCとは

記事の情報集めてるときに同じようなまとめ方をしてる先人ブログを見つけたので貼っておきます。

もはやこのサイトを見て私の残りの文は読み飛ばしてもらって結構なんですが、

備忘録として記録に残すためにも書き続けております。

紹介したブログ内にあるように、

SBCは伝送量が

モノラル198kbps

ステレオ345kbps 

と定められているため、これよりデータ量が大きいと削ぎ落とす必要があります。

削ぎ落としのアルゴリズムですが、詳しくはwikiで見てください(投げやり)。

最近私が購入したハイレゾ音源ですが、

2931kbpsとあります。

毎秒2931×1000ビットもの情報量のある音声データということになります。

これはSBCのスペックの10倍近くの大きさになってしまうので、

単純計算だと情報量をオリジナルの1/10にする必要があります。

また適当に情報をカットしているのではなく、

周波数変換を行い人間に不要なデータを選んでカットしているので音質が悪く遅延も大きくなってしまうというわけですね。

裏を返してみれば、もともと圧縮によってデータをカットされてしまったMP3の音声はどうでしょうか。

192kbpsなのでSBCの伝送量で事足りてしまいます。

アルゴリズム上はコーディングされてしまいますが、

削ぎ落とすはずのデータがMP3化によってすでにカットされているので、

元のMP3のデータと非常に近い状態で復号されると思います。

(とはいってもSBCフォーマットに変換する時点で多少のデータロスはあると思います。)

普段からMP3音源で音楽を聴いている人で遅延が気にならない人は、高いお金を払ってapt-X対応の無線イヤホンを買う必要はなさそうですね。

ちなみにCD音源をロスレスで取り込んだものは次のようになります。

ハイレゾは聞かないけどCDからロスレスで音楽を取り込んでる人は、

SBCによる音質の劣化が気になってしまうかもしれませんね。

もっと技術的に寄った情報が知りたい人は、

このブログが非常に参考になるのでオススメです。

AACとは

AACという文字列を見てbluetoothのコーデックより先に音声ファイルのAACが頭をよぎる人も多いと思います。

実際圧縮アルゴリズムなんかは音声ファイルのAACと同様の方法で行われるらしく、AACの音声データを圧縮せずそのままの形で伝送させることが可能といわれています。

伝送用のコーディングを行わないことでロスレス・低遅延を目指したわけです。

実際にはほとんどの機器でAACは伝送用のAACにコーディングされるためデータロスが発生してしまっています。

理由としてはこの記事で紹介されているように、音楽再生中の通話や通知に対応するべく、

音声AAC→PCM化→ミキシング→伝送AAC

という変遷を経て伝送用AACに変換されています。

当初の目的ではスマホを含むトレンド機器の機能を満たすことができなかったので、結局変換が必要になってしまったという感じですかね。

SBCとの圧縮アルゴリズムの違いは、

SBCがサブバンドを周波数変換していたのに対して、AACは入力データをそのまま周波数変換することで低ビットレートでも高音質を実現しているのだとか。

さらに、サブバンド化しないことで低遅延も実現しているようですね。

wiki見ただけだとSBCより音質は気持ちましな程度、遅延はかなりましになってる。

そんなイメージだけ受け取れます。

遅延が気になる人はAAC対応機器を買うのがよさそうです。

AACは主にapple製品に搭載されているので、耳うどんがライバルになりそうですね。

もしかしたらiPodといった音声再生専用端末ならAACを直接伝送してるかもと思って調べてみましたが、よくわかりませんでした。

iPod touchはアプリが入れられたりするのでiPhoneと同じでAAC→AAC圧縮してそうですが。。。

apt-Xとは

Qualcommが提供するビットレート効率化技術です。

提供は Qualcommですが、開発元は イギリスのAudio Processing Technology(2010年CSRにより買収、2015年にはCSRがクアルコムにより買収)社だそうです。(参考:https://av.watch.impress.co.jp/docs/topic/1033162.html)

Qualcommのページにもあるように伝送データは48kHz / 16bit LPCM オーディオデータに対応しているので、ハイレゾ音源は非対応ですがCD音源は完全に網羅していることになります。

さらに、apt-Xは非破壊圧縮アルゴリズムなのでSBCやAACのように高域音をカットしていないことが特徴です。

具体的なコーディングのアルゴリズムに触れてるサイトが見当たらなかったのですが、この記事にあるように、SBCやAACが人間の耳には聞こえない周波数帯をカットする｢音響心理モデル｣を採用しているのに対し、apt-Xは一定間隔でデータを間引く圧縮方法を用いているそうです。

当然一定間隔でデータをカットしているわけですから、非可逆圧縮ということになります。

間引かれた部分のデータ保管をどのように行っているのかはわかりませんが、高域の周波数がカットされたAACやSBCの周波数分布と異なりapt-Xは高域もしっかり出力されています。

その代わり、分布グラフ全体がオリジナルと少し異なっているようにも見えますね。(ページ中段のグラフ)

音響心理モデルに合わせて全データから周波数を取り除くわけではなく、一定間隔でデータを間引いているというのが低遅延のポイントになっているのでしょうか。

まとめ

ということでザックリまとめると下記のようになります。

音質:SBC＜AAC＜apt-X

遅延:SBC＞AAC＞apt-X

基本的には対応コーデックと金額の関係は、

金額:SBCのみ＜AAC対応＜apt-X対応

となっていますが、一部では対応コーデックをあえて公表していない製品を売っている大手メーカーもいます。

逆にapt-X対応なのにそんなにアピールしていないメーカーもいます。