Это — обзор технологии аудиокодека aptX и моего личного пути, раз уж спустя 28 лет я решил, что мне пора двигаться дальше. Но прежде чем углубляться в детали, я должен объяснить тесную связь aptX с моей профессиональной карьерой.

После окончания Университета Ольстера в Джорданстауне, Белфаст, в 1986 году я работал в Dolby Laboratories в Лондоне над форматом шумоподавления Dolby SR (Spectral Recording) и продуктами для кино. Я дважды сотрудничал с Dolby между 1987 и 1992 годами, это перемежалось периодами жизни в Австралии и работой с Ericsson над аналоговыми базовыми станциями сотовой связи. 

В 1993 году, до заключения мирного соглашения в Северной Ирландии, я хотел вернуться в Ирландию. Это замечательная страна, а мир дал диаспоре надежду на возвращение домой. Audio Processing Technology Ltd. (APT) со штаб-квартирой в Белфасте предложила мне работу в службе поддержки клиентов — так и началась моя работа с aptX. Я занялся продажами в 1994 году и переехал в офис в Лос-Анджелесе, штат Калифорния, затем получил пост коммерческого директора в 2000 году, а позже, в 2005, вместе с Ноэлем Маккеной (Noel McKenna) стал совладельцем через выкуп акций (MBO).

Технология aptX была представлена на рынке в 1990 году в качестве APTX100ED — микросхемы DSP с программируемым ПЗУ. Она использовалась компаниями по автоматизации радио, а затем и DTS для воспроизведения объемного звука 5.1 в широкоэкранных кинотеатрах.

Сжатие данных

История сжатия цифровых аудиоданных началась в середине 80-х. В то время цифровые технологии вытесняли более традиционные варианты аналоговой записи, воспроизведения и передачи. Как только цифровая музыка стала доступной, возникла явная потребность в сокращении объема памяти и скорости передачи данных — это было связано с затратами на объемы памяти.

В то время лишь немногие технические пионеры могли разрабатывать алгоритмы сжатия звука: это были Джеймс Д. Джонстон (James D. Johnston) из Bell Labs, AT&T и Microsoft, и Стивен Смит (Stephen Smyth), а также такие структуры, как Институт Фраунгофера в Германии и японская корпорация Sony. Свое значительное влияние оказали Питер Крейвен (Peter Craven) и Малкольм Лоу (Malcolm Law) из Algol Applications, Ltd. По сути, все оригинальные и новаторские идеи в методах сжатия/декомпрессии звука (кодеках) восходят к этим именам.

Технология APT быстро развивалась в 1990-х годах — продукты продавались по всему миру студиям постпродакшн и вещательным компаниям для спутникового и ISDN-вещания.

Архитектура кодека развивалась в трех направлениях: адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (ADPCM), перцепционном и фрактально/вейвлетном. Кодек можно оценить по пяти ключевым показателям: коэффициенту сжатия, скорости передачи данных или объему памяти, качеству звука, задержке, мощности (MIP/память) и надежности (этот параметр можно улучшить с помощью дополнительных методов прямой коррекции ошибок — FEC).

Большинство коммерчески успешных кодеков, как правило, отвечают минимум трем из этих требований. В исходном кодеке aptX, в котором использовался ADPCM, учитывались задержки, качество звука и надежность. Несмотря на то, что он в небольшой степени требователен к MIP, он не требователен к объемам оперативной памяти.

Чрезмерная зависимость от скорости передачи данных была компромиссом между задержкой и использованием в реальном времени. И наоборот, MP2 (MPEG-1 Audio Layer II с использованием методов перцепционного кодирования), который в то время был новым кодеком Fraunhofer (еще до MP3 или MPEG-1 Audio Layer III), предлагал исключительную скорость передачи данных и эффективность MIP, но за счет сниженных задержки и качества звука.

Правда, возможность втиснуть больше музыки в меньшее пространство привлекала независимо от последствий. В свою очередь, Sony и Meridian Lossless продвигались вперед с ATRAC и Algol, которые в конечном счете превратились в Dolby Lossless/TrueHD.

В 2005 году с участием Crescent Capital в Белфасте, Trinity Venture Capital в Дублине и Квинсского университета, APT прошла процедуру MBO и стала принадлежать Ноэлю Маккенне (Noel McKenna) в должности управляющего директора и коммерческому директору Джону МакКлинтоку (Jon McClintock)

Как я уже сказал, мое сотрудничество с APT началось в Белфасте в мае 1993 года — почти через неделю после того, как Стивен Смит ушел в DTS, где он впоследствии разработал алгоритм Coherent Acoustics. Стивен вместе со своим братом Майком и коллегой Полом Смитом (Paul Smith) создали APT, Ltd. в 1988 году, используя стартовый капитал от QUBIS (подразделение коммерциализации Королевского университета в Белфасте) и Solid State Logic (SSL).

Стивен защитил докторскую по сжатию цифровых аудиоданных, где G.722 (широкополосный голосовой кодек — прим перев.) частично рассматривался как 14-битный голосовой алгоритм с двумя поддиапазонами и был преобразован в 16-битный музыкальный кодек с четырьмя поддиапазонами (aptX100). Эти инвестиции в APT позволили команде сооснователей создать чип, известный как APTX100ED, использовавший масочное ПЗУ от AT&T.

Стивен перевез свою команду в Калифорнию и оказался в эпицентре продвижения DTS на рынок бытовой электроники. Результатом стало то, что DTS продолжала использовать чип APTX100ED в своих продуктах для кинотеатров, в первую очередь из-за низкой задержки доступа к сохраненному контенту, обеспечивавшей синхронизацию между звуком и фильмом. Мощный толчок развитию DTS и aptX100ED дал Стивен Спилберг, использовав этот формат для своих фильмов — в том числе для франшизы «Парк Юрского периода» и «Спасти рядового Райана».

Первые наушники Bluetooth Stereo с поддержкой aptX от Sennheiser были представлены на Международной выставке потребительской электроники IFA 2009 в Берлине, Германия

Тем временем в APT в Белфасте разрабатывался ряд продуктов для радио и голосовой связи, ADR (озвучивания фильмов — прим перев.) и стереомиксов. Продажи чипов APTX100ED OEM-производителям индустрии радиовещания продвигались очень хорошо. Чип также встраивался в звуковые карты ПК, которые продавались поставщикам систем воспроизведения для автоматизации радио. В то время в компании работало около 30 сотрудников, годовой оборот составлял около 3 млн фунтов стерлингов, и она только что получила Королевскую награду за достижения в экспорте. Наследие Стивена Смита и его соратников держало APT на плаву еще пять лет, прежде чем начало сказываться отсутствие инноваций.

Оригинальный или стандартный aptX — 16-битный алгоритм ADPCM — был чрезвычайно популярным с момента запуска. В 1999 году APT разработала обновленную версию алгоритма для новых высокоэффективных профессиональных аудиоприложений, таких как DAB, DVB и 5.1-канальный объемный звук. Этот алгоритм, получивший название «Enhanced aptX», работал с 16-, 20- или 24-битным разрешением и имел множество других преимуществ. Стандартный aptX и расширенный aptX по-прежнему ежедневно используются радиостанциями, вещательными компаниями, кинотеатрами с объемным звуком и профессиональными музыкальными студиями по всему миру, и на них полагаются производители

К концу 1990-х годов давление усилилось еще больше, когда AT&T/Lucent объявила об «окончании срока эксплуатации» чипа APTX100ED наряду с уменьшением стоимости дискового пространства, поскольку закон Мура делал свое дело. Отсутствие жизнеспособной альтернативы чипу в сочетании с насыщенным рынком VO (Voiceover, наложение голоса — прим перев.)/ADR и переходом систем радиоавтоматики на Linear PCM рисовало не самые приятные перспективы.

Корпоративная деятельность с SSL и отсутствие возможности постоянно производить стабильные и рентабельные продукты для радиоиндустрии также стали факторами сокращения компании. Все это достигло апогея в 2004 году, когда SSL перешла под внешнее управление. Контрольный пакет акций APT был выкуплен с использование венчурного капитала Crescent Capital в Белфасте и Trinity Venture Capital в Дублине. Мы начали переговоры с SSL о выкупе в январе 2005 года. В марте 2005 года была зарегистрирована компания APT Licensing, Ltd. 

Один из оригинальных аппаратных кодеков Worldnet для использования в сфере вещания с Enhanced aptX

От вещания к Bluetooth

APT всегда была прибыльной, и при новом руководстве тремя ключевыми задачами стали создание аппаратных устройств, отвечающих потребностям рынка вещания, развитие лицензирования и создание новых аудиокодеков. Учитывая то, что эти технологии использовались в радиоиндустрии для критически важных приложений (например, связи между студией и передатчиком, между сетью станций и удаленными устройствами, а также для внешнего вещания), особенно важно было построить сверхнадежный ассортимент продуктов с взаимозаменяемыми устройствами и гарантировать, что «мертвого эфира» не будет никогда.

В 2009 году, дополняя существующие кодеки Standard aptX, Enhanced aptX и aptX Live (с малой задержкой), APT представила на выставке NAB Show 2009 свою первую версию аудиокодека aptX Lossless с поддержкой разрешения аудио до 24 бит/96 кГц для вещания, цифровых беспроводных микрофонов, а также хранения и архивирования музыки. В то время это было «серьезным делом», потому что предлагалась «гибридная» схема кодирования для приложений, где средняя и/или пиковая скорость сжатия данных должна быть ограничена на определенном уровне

Правильное выполнение этого условия при одновременном переходе от синхронных к IP-сетям позволило APT стать на путь восстановления. Победа в тендере Европейского вещательного союза (EBU) на объединение в сеть всех государственных вещательных компаний ЕС для стереоконтента и контента 5.1 открыла новые возможности — и компания вернулась в игру, к конкурентной борьбе.

Лицензионный бизнес также развивался, но был полностью сосредоточен на профессиональном использовании. Компания Sennheiser (которая работала с aptX в области цифровых беспроводных микрофонов) предложила интересную задачу от своего подразделения бытовой электроники: попросила APT изучить развивающийся рынок Bluetooth, поскольку существующий кодек поддиапазона низкой сложности (например, SBC) не удовлетворял их требованиям. В 2008 году Sennheiser представила свое первое Bluetooth-устройство на выставке CES, и APT получила награду «Лучшее из устройств Bluetooth» от комитета CES.

После продажи в 2009 году компании Audemat бизнеса по производству вещательного оборудования, компанию APT Licensing и ее набор алгоритмов сжатия звука в 2010 году CSR, компания с обширным портфелем платформ связи и определения местоположения, включая Bluetooth, GPS, FM, Wi-Fi, UWB, NFC и другие технологии, используемые в мобильных потребительских устройствах

Для APT, имевшей к 2009 году примерно 60 сотрудников, оборот 6 миллионов фунтов стерлингов и многочисленные награды за инновации и рост, необходимость расширения и развития была очевидна. APT была разделена на две компании — APT Hardware Limited и APT Licensing, Ltd. В 2009 году APT Hardware была продана французской Audemat (сегодня часть WorldCast Group), а вырученные средства были возвращены первоначальным инвесторам.

Компания APT Licensing, Ltd. продолжала заключать сделки с Apple, Motorola, Nokia и Microsoft, а в 2010 году ее приобрела Cambridge Silicon Radio (CSR PLC). CSR была пионером интегрированных платформ Bluetooth и процессинга. Ее подход ускорил развитие Bluetooth сначала для голосовой связи, а затем и для передачи музыки.

Концепция aptX оставалось неизменной в годы CSR, она была описана на веб-сайт www.aptX.com со справочной информацией и данными о продукте, а для помощи в продвижении бренда наняли PR-компанию.

В течение следующих нескольких лет команда CSR aptX добилась успеха в области Bluetooth, завоевав рынок мобильных телефонов Android и OEM-производителей гарнитур — те с готовностью воспользовались кодеком, в первую очередь из-за его точного воспроизведения качества звука и низкой задержки. Оригинальный классический aptX был дополнен кодеком aptX HD, в котором качество звука было выросло с 16 бит/44,1 кГц до 24 бит/48 кГц. Кроме того, была введена программа функциональной совместимости, согласно которой каждый OEM-производитель, следуя рекомендациям, гарантирует потребителям стабильную работу устройств.

В 2015 году CSR была приобретена компанией Qualcomm, выдвинувшей стратегию объединения гарнитур и наушников для оптимального качества воспроизведения музыки, видео и игр с помощью интеграции, известной как Q2Q (от Qualcomm к Qualcomm). Это способствовало развитию aptX с запуском в 2018 году aptX Adaptive, поддерживающего 24-бит/96 кГц, а также aptX Voice для сверхширокополосной передачи голоса в дополнение к VoLTE для сетей 4G и 5G.

Кодек aptX Adaptive предусматривал динамическую подстройку битрейта, сочетая в себе функции aptX с малой задержкой, классического aptX или aptX HD, в зависимости от контента и подключения.

После приобретения компании CSR в 2018 году, Qualcomm выпустила Qualcomm aptX Adaptive — аудиокодек нового поколения, динамически настраиваемый и обеспечивающий единое гибкое решение практически для всех ключевых беспроводных вариантов воспроизведения звука. По сути, он сочетает в себе функции aptX LL, aptX или aptX HD в зависимости от контента и подключения

Кульминацией этого технического путешествия стала возможность передачи звука в CD-качестве без потерь с кодеком aptX Lossless благодаря улучшенной пропускной способности передачи данных, результата сочетания Qualcomm High Speed (QHS) и масштабируемости aptX Adaptive. Представленная в 2021 году технология aptX CD Lossless обеспечивает побитовую точность в сравнении с исходным Linear PCM, расширяя возможности, доступные для беспроводного аудио Bluetooth, сочетая кодек, беспроводную связь и оптимизацию радиочастот. Bluetooth теперь подходит для музыки.

Когда музыкальные стриминговые сервисы начали предлагать передачу без потерь (lossless), Qualcomm представила вариант передачи lossless CD-качества через Bluetooth. В сентябре 2021 года было объявлено, что aptX Lossless Bluetooth дополняет набор технологий aptX Adaptive, поддерживаемых новейшими звуковыми процессорами Snapdragon, сочетая в себе кодек, беспроводную связь и оптимизацию радиочастот

«Никто за столом не остался голодным»

Кульминацией моего профессионального пути стало включение aptX в состав Snapdragon Sound, который решает вопросы качества звука, задержки и стабильности связи за счет объединения кодека aptX с модуляцией QHS Link. Между aptX и Snapdragon Sound было подписано более 1 000 лицензионных соглашений, и aptX используется более чем в 12 миллиардах устройств — мобильных телефонах, ПК (как Microsoft, так и Mac), гарнитурах, наушниках, колонках, саундбарах, телевизорах, автомобилях и даже в проигрывателях винила.

Есть даже детекторы утечки металла и воды, использующие aptX через Bluetooth. Если учитывать профессиональное использование в сфере радио и озвучивания, цифровые беспроводные микрофоны и успешный выход в сектор безопасности, распространение aptX выглядит очень масштабным.

Вслед за первоначальным анонсом Snapdragon Sound в 2022 году Qualcomm анонсировала новые платформы, оптимизированные для Snapdragon Sound. Они предлагают двухрежимную работу, сочетающую традиционное беспроводное аудио Bluetooth и новейший стандарт технологии LE Audio, включая поддержку совместного использования и передачи аудио. Для производителей смартфонов эти технологии полностью интегрированы с мобильными процессорами Qualcomm

После всего вышесказанного баланса ради стоит отметить, что не все так сладко. Bluetooth SIG работает медленно, но существует большая вероятность того, что решение Bluetooth Low Energy (BLE) с LC3 подойдет для решения задач, связанных с малой задержкой, и с точки зрения воспроизведения звука он должен стать намного лучшей заменой классическому Bluetooth SBC.

Fraunhofer дополнит передачу звука с помощью LC3+, чтобы снова повысить ее качество. Если учесть LDAC и LHDC, то этот период можно считать золотой эрой кодирования звука с точки зрения разнообразия. И чем нужно заняться (и чем Qualcomm занялся), так это тестированием совместимости этого разнообразия по трем основным компонентам: качество звука, задержка и стабильность соединения. На это потребуются время и инвестиции, но усилия будут того стоить с точки зрения обеспечения ценности бренда.

Я надеюсь, что мой личный путь в будущем будет столь же интересным, разнообразным и успешным, как и в прошедшие 28 лет. Работая над аудиосетями для радио прежде чем заняться Bluetooth, я понимаю, что последней частью головоломки станет создание и получение контента. Учитывая проблему, связанную с радиосвязью — диапазон 2,4 ГГц заполнен просто огромным количеством устройств, — возможно, стоит задуматься над улучшением конструкции антенны, особенно с учетом уменьшения габаритов наушников, что в итоге приведет к проблемам с блокированием волн и радиусом действия. Объединение знаний о кодеках и радиочастотах может помочь в создании некоего цифрового беспроводного микрофона для новостей, музыки и голоса.

28-летний личный путь от APT до CSR и Qualcomm

Об авторе

Джонни МакКлинток (Jonny McClintock) проработал в аудиоиндустрии более 30 лет, большую часть этого времени он занимался маркетингом и продажей aptX. Недавно он покинул Qualcomm и в настоящее время является коммерческим директором AntennaWare (nехнология переносных антенн) Made To Wear и работает консультантом в Sonical.ai. Его страсть — запуск стартапов.

Оригинал: The Story of aptX: An Epic Journey