aptX ( apt significa tecnología de procesamiento de audio [3] ) es una familia de algoritmos de compresión de códecs de audio propietarios de Qualcomm , con un gran énfasis en aplicaciones de audio inalámbricas .
El algoritmo de compresión original fue desarrollado en la década de 1980 por el Dr. Stephen Smyth como parte de su investigación de doctorado en la Escuela de Electrónica, Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación de la Queen's University de Belfast [4] su diseño se basa en principios ADPCM de dominio temporal sin técnicas de enmascaramiento auditivo psicoacústico .
El algoritmo se comercializó luego con el nombre de aptX y se introdujo por primera vez en el mercado comercial como un producto semiconductor, un circuito integrado DSP programado a medida con el nombre de pieza APTX100ED, que inicialmente fue adoptado por fabricantes de equipos de automatización de transmisión que necesitaban un medio para almacenar audio con calidad de CD en el disco duro de una computadora para su reproducción automática durante un programa de radio, por ejemplo, reemplazando así la tarea del disc jockey .
La compañía fue comprada por Solid State Logic alrededor de 1988, y pasó a formar parte de Carlton Communications plc. [5] en 1989. A principios de los años 1990, los códecs de APT se utilizaron para transferir audio a través de líneas ISDN [6] [7] por empresas como Disney para comprobar el doblaje realizado en Europa. El 23 de diciembre de 1999, [8] Carlton Communications vendió Solid State Logic a 3i . [9] [10] Luego, en 2005, Solid State Logic vendió APT en una compra por parte de la gerencia. [4] [3] El 1 de marzo de 2005, APT Licensing Ltd. se constituyó en Belfast (hasta el 18 de diciembre de 2008 se llamó Audio Processing Technology Holdings Limited ). [11]
La gama de algoritmos aptX para la compresión de datos de audio en tiempo real se amplió con la disponibilidad de propiedad intelectual en forma de software, firmware y hardware programable para audio profesional , transmisión de televisión y radio y electrónica de consumo , especialmente aplicaciones en audio inalámbrico, audio inalámbrico de baja latencia para juegos y video, y audio sobre IP . [12] Además, el códec aptX se introdujo como una alternativa a SBC , el esquema de codificación de subbanda para transmisión de audio estéreo/mono con pérdida exigido por Bluetooth SIG para el Perfil de distribución de audio avanzado ( A2DP ) de Bluetooth , el estándar de red de área personal inalámbrica de corto alcance . aptX es compatible con periféricos Bluetooth de alto rendimiento. [13] [14]
En la actualidad, tanto el aptX estándar como el aptX mejorado (E-aptX) se utilizan en el hardware de códecs de audio ISDN e IP de numerosos fabricantes de equipos de transmisión. En 2007 se presentó una nueva incorporación a la familia aptX, aptX Live, que ofrece una compresión de hasta 8:1; [15] y en abril de 2009 se anunció aptX HD, un códec de audio con pérdida, pero escalable, adaptable y de calidad "casi sin pérdida". [16]
La empresa se dividió en 2009; el negocio de hardware de transmisión fue adquirido por Audemat y se convirtió en parte de lo que ahora es WorldCast Systems, y el negocio de licencias se convirtió en APT Licensing y fue adquirido por CSR plc en 2010. [17] aptX anteriormente se llamaba apt-X hasta que fue adquirido por CSR en 2010. CSR fue posteriormente adquirido por Qualcomm en agosto de 2015. [18]
El códec de audio aptX se utiliza para aplicaciones de audio inalámbricas para consumidores y automóviles, en particular la transmisión en tiempo real de audio estéreo con pérdida a través de la conexión/emparejamiento A2DP Bluetooth entre un dispositivo "fuente" (como un teléfono inteligente, una tableta o un portátil) y un accesorio "receptor" (por ejemplo, un altavoz estéreo Bluetooth, unos auriculares o unos cascos). La tecnología debe incorporarse tanto en el transmisor como en el receptor para obtener los beneficios sonoros de la codificación de audio aptX en comparación con la codificación de subbanda (SBC) predeterminada que exige el estándar Bluetooth. Los productos que llevan el logotipo CSR aptX están certificados para la interoperabilidad entre ellos. [33]
Enhanced aptX proporciona codificación con relaciones de compresión de 4:1 para aplicaciones de transmisión de audio profesional y es adecuado para AM, FM, DAB, HD Radio y 5.1. Enhanced aptX puede manejar hasta 4 pares estéreo de audio AES3 y comprimir a 1 flujo AES3 para transmisión. Enhanced aptX admite profundidades de bits de 16, 20 o 24 bits. Para audio muestreado a 48 kHz, la tasa de bits para E-aptX es 384 kbit/s (canal dual), 768 kbit/s (canal cuádruple), 1024 kbit/s (canal 5.1) y 1280 kbit/s (canales 5.1 más estéreo). Su tasa de bits más baja es 60(?) kbit/s para audio mono muestreado a 16 kHz, lo que ofrece una respuesta de frecuencia de aproximadamente 7,5 kHz, justo por debajo de la de los códecs de telefonía de banda ancha (que generalmente funcionan a una tasa de muestreo de 16 kHz). [34]
aptX Live es un códec de audio de baja complejidad diseñado específicamente para maximizar la densidad de canales de micrófonos inalámbricos digitales en escenarios con restricciones de ancho de banda, como presentaciones en vivo (también conocidas como realización de programas y eventos especiales), donde la eficiencia espectral de los dispositivos basados en radio (micrófonos inalámbricos, monitoreo en oído, sistemas de intercomunicación) se está convirtiendo en una consideración operativa primordial. aptX Live ofrece una compresión de hasta 8:1 de transmisiones de audio digital con una resolución de 24 bits al mismo tiempo que mantiene la integridad acústica (rango dinámico de aproximadamente 120 dB) y garantiza una latencia de alrededor de 1,8 ms a frecuencias de muestreo de 48 kHz. Además, aptX Live también cuenta con técnicas que facilitan la conexión en situaciones donde la tasa de error de bit (BER) es excesivamente alta.
aptX LL o aptX Low Latency está pensado para aplicaciones de vídeo y juegos que requieren una sincronización audio-video cómoda siempre que el audio estéreo se transmita por radio de corto alcance al oyente(s) utilizando el estándar de perfil de audio Bluetooth A2DP . La tecnología ofrece una latencia de extremo a extremo de 32 ms por Bluetooth. En comparación, la latencia del estéreo Bluetooth estándar varía mucho dependiendo de la implementación del sistema y el almacenamiento en búfer. Hay soluciones disponibles que utilizan codificación/decodificación SBC estándar que logran una latencia de extremo a extremo de menos de 40 ms. La latencia recomendada para la sincronización audio-video en la televisión abierta está dentro de +40 ms y −60 ms (audio antes/después del vídeo, respectivamente). [35] Sin embargo, AptX Low Latency requiere una antena inalámbrica dedicada, por lo que no logró mucha adopción en teléfonos inteligentes y fue retirado por Qualcomm a favor de aptX Adaptive. [36] [37] Su principal competidor es el LLAC .
El códec aptX HD o aptX High Definition tiene una tasa de bits de 576 kbit/s. Admite audio de alta definición con frecuencias de muestreo de hasta 48 kHz y resoluciones de muestreo de hasta 24 bits. A diferencia de lo que sugiere el nombre, el códec aún se considera con pérdida; [38] sin embargo, permite un esquema de codificación "híbrido" para aplicaciones donde las tasas de datos comprimidos promedio o pico deben limitarse a un nivel restringido. Esto implica la aplicación dinámica de una codificación "casi sin pérdida" para aquellas secciones de audio donde la codificación completamente sin pérdida es imposible debido a las limitaciones de ancho de banda. La codificación "casi sin pérdida" mantiene una calidad de audio de alta definición, reteniendo frecuencias de audio de hasta 20 kHz y un rango dinámico de al menos 120 dB. Sus principales competidores son el códec LDAC desarrollado por Sony y LHDC .
Otro parámetro escalable dentro de aptX HD es la latencia de codificación. Se puede intercambiar dinámicamente con otros parámetros como los niveles de compresión y la complejidad computacional. La latencia del códec aptX HD se puede escalar hasta 1 ms para audio muestreado a 48 kHz, dependiendo de la configuración de otros parámetros configurables. aptX HD funciona particularmente bien en comparación con otros códecs sin pérdida cuando la latencia de codificación se limita a ser pequeña, como 5 ms o menos, lo que lo hace particularmente apropiado para aplicaciones de audio interactivas sensibles al retardo.
Muchos códecs sin pérdida tienen la ventaja de tener un consumo computacional bajo en comparación con los códecs con pérdida más conocidos, como MP3 y AAC . Esto es particularmente importante para aplicaciones de audio profundamente integradas que se ejecutan en dispositivos móviles de bajo consumo. aptX HD promueve un consumo computacional bajo al seleccionar dinámicamente las funciones de codificación más simples para cada segmento corto de audio, al mismo tiempo que cumple con otras restricciones operativas, como los niveles de compresión y el retraso de codificación. Dependiendo de la configuración de otros parámetros escalables, aptX HD puede codificar una transmisión de audio estéreo de 16 bits a 48 kHz utilizando solo 10 MIPS en un procesador RISC moderno con extensiones de procesamiento de señales . El decodificador correspondiente representa solo 6 MIPS en la misma plataforma.
Los metadatos de usuario y los datos de sincronización especiales se pueden incorporar al formato comprimido a velocidades configurables. Esto último permite una rápida resincronización del decodificador en caso de corrupción o pérdida de datos en enlaces de comunicaciones donde la calidad del servicio (QoS) puede variar rápidamente. Dependiendo de la configuración de los parámetros, la resincronización del decodificador puede ocurrir en 1-2 ms. [39] [40]
aptX Adaptive es un códec de audio de última generación ajustable dinámicamente diseñado para una calidad de audio superior y baja latencia. La tasa de bits de aptX Adaptive se escala dinámicamente entre 279 kbit/s y 420 kbit/s. También funciona con una antena inalámbrica compartida, en lugar de dedicada. [36] Qualcomm afirma que su nuevo algoritmo de compresión proporciona una relación de compresión entre 5:1 y 10:1. Esto permite que aptX Adaptive a 279 kbit/s y 420 kbit/s produzca la misma calidad de sonido que aptX a 352 kbit/s y aptX HD a 576 kbit/s. aptX Adaptive admite profundidades de 16 y 24 bits a frecuencias de muestreo de 44,1, 48 y 96 kHz. Sin embargo, la compatibilidad real con 96 kHz depende de la implementación del hardware del producto real. Por ejemplo, B&O H95 solo admite 48 kHz como máximo incluso con compatibilidad con AptX Adaptive. El hardware aptX Adaptive tiene una latencia de extremo a extremo de 80 ms, [29] pero la mayoría de los teléfonos utilizan un transmisor de software, que no tiene ninguna ventaja de latencia sobre otros códecs. [41] aptX Adaptive también es compatible con versiones anteriores de los códecs aptX y aptX HD, pero no con aptX LL. [36] [42] [43] [44]
aptX Voice es una nueva función de aptX Adaptive y está diseñada para mejorar significativamente la calidad de voz de quienes usan accesorios Bluetooth para hacer llamadas de voz. Lo hace al ofrecer una calidad de llamada de voz de 32 kHz dentro del perfil de manos libres Bluetooth . [45]
En 2021, Qualcomm anunció aptX Lossless, descrito como una nueva capacidad del códec aptX Adaptive destinada a ofrecer audio sin pérdida de calidad de CD, de 16 bits y 44,1 kHz a través de Bluetooth. aptX Lossless utiliza la tecnología Qualcomm Bluetooth High Speed Link para escalar hasta aproximadamente 1,2 mbit/s en entornos de RF favorables. [22]
El ejemplo de flujo de 16 bits de 44 kHz (hasta 22 kHz de ancho de banda de señal) con calidad de CD se divide mediante dos capas de QMF ( filtro de espejo en cuadratura ) de 64 tomas en cuatro subbandas de 16 bits de 11 kHz (cada una con un ancho de banda de señal de hasta 5,5 kHz). La primera QMF de 64 tomas se divide en dos bandas (bandas de 0 a 11 kHz y de 11 a 22 kHz) y, a continuación, cada una de ellas se introduce en otra QMF de 64 tomas que se divide en cuatro bandas: 0 a 5,5 kHz, 5,5 a 11 kHz, 11 a 16,5 kHz y 16,5 a 22 kHz. En general, se espera que se encuentre una varianza reducida en las bandas superiores en comparación con las inferiores, por lo que se emplea ADPCM para asignar bits de forma óptima.
Cada banda se codifica con ADPCM utilizando una asignación de bits de 8 bits para la banda 1 (espectro de 0 a 5,5 kHz), 4 bits para la banda 2 (5,5 a 11 kHz) y 2 bits para cada una de las bandas 3 y 4 (11 a 16,5 kHz y 16,5 a 22 kHz). Se considera una modificación futura con una reasignación de bits adaptativa basada en el análisis de varianza de cada subbanda, por ejemplo 9, 2, 3, 2, etc.
Como resultado, para el canal mono, la entrada de 16 bits a 44,1 kHz = 705,6 kbit/s se convierte en (4 × 16) 64 bits a 11,025 kHz = 705,6 kbit/s y luego en (8 + 4 + 2 + 2) 16 bits a 11,025 kHz = 176,4 kbit/s.
Opcionalmente (agrega un pequeño retraso) se utiliza un analizador RMSE de corto plazo para reducir el rango dinámico y así asignar bits de manera más efectiva durante pasajes silenciosos (es decir, formato con pérdida).
Para una señal estéreo, una secuencia PCM estándar de 1,4 Mbit se convierte en una secuencia aptX de 352 Kbit/seg.
Los detalles se pueden encontrar en la patente EP0398973B1 [46] . El razonamiento principal es que la variación de la señal se reduce a frecuencias más altas, lo que la hace apta para la codificación con códecs como ADPCM.
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