蓝牙AAC音频编解码是缺陷还是偷懒？

Mariafax

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。

蓝牙AAC音频编解码是缺陷还是偷懒？「Soomal」
飞傲 FiiO BTR3 便携式蓝牙声卡

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。

iPhone X@WAVE to BTR3@AAC-频响曲线


iPhone X@AAC to BTR3@AAC-频响曲线

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iPhone X@WAVE to BTR3@AAC-噪声分布

iPhone X@AAC to BTR3@AAC-噪声分布

iPhone X@WAVE to BTR3@AAC-动态范围

iPhone X@AAC to BTR3@AAC-动态范围

iPhone X@WAVE to BTR3@AAC-总谐波失真

iPhone X@AAC to BTR3@AAC-总谐波失真


iPhone X@WAVE to BTR3@AAC-互调失真


iPhone X@AAC to BTR3@AAC-互调失真


iPhone X@WAVE to BTR3@AAC-分离度曲线

iPhone X@AAC to BTR3@AAC-分离度曲线

AAC-256kbps-CBR信号本身RMAA测试-频响曲线

AAC-160kbps-CBR信号本身vs.iPhoneAACtoAAC-频响曲线

AAC-256kbps-CBR信号本身RMAA测试-噪声分布

AAC-160kbps-CBR信号本身vs.iPhoneAACtoAAC-噪声分布

AAC-256kbps-CBR信号本身RMAA测试-动态范围

AAC-160kbps-CBR信号本身vs.iPhoneAACtoAAC-动态范围


AAC-256kbps-CBR信号本身RMAA测试-总谐波失真

AAC-160kbps-CBR信号本身vs.iPhoneAACtoAAC-总谐波失真

AAC-256kbps-CBR信号本身RMAA测试-互调失真

AAC-160kbps-CBR信号本身vs.iPhoneAACtoAAC-互调失真


AAC-256kbps-CBR信号本身RMAA测试-分离度曲线


AAC-160kbps-CBR信号本身vs.iPhoneAACtoAAC-分AAC-160kbps-CBR信号本身vs.iPhoneAACtoAAC-分离度曲线

HWA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

离度曲线

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。


iPhone X@WAV to BTR3@AAC-频率扫描


iPhone X@AAC to BTR3@AAC-频率扫描


AAC-160kbps-CBR信号本身-频率扫描

蓝牙AAC音频编解码是缺陷还是偷懒？「Soomal」

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AAC-256kbps-CBR信号本身-频率扫描

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。