aptX
aptX
インターネットメディアの種類オーディオ/aptx
開発者クアルコム[ 1 ] [ 2 ]
フォーマットの種類オーディオコーデック

aptX（aptはオーディオ処理技術の略[ 3 ] ）は、クアルコムが所有する独自のオーディオコーデック圧縮アルゴリズムのファミリーであり、ワイヤレスオーディオアプリケーションに重点を置いています。

歴史

オリジナルの圧縮アルゴリズムは、1980年代にスティーブン・スミス博士がクイーンズ大学ベルファスト校電子工学・電気工学・コンピュータサイエンス学部の博士研究の一環として開発しました。 [ 4 ]その設計は、心理音響学的聴覚マスキング技術を使わずに、時間領域ADPCMの原理に基づいています。

その後、このアルゴリズムは aptX という名前で商品化され、最初に半導体製品として市販されました。部品名 APTX100ED のカスタム プログラムされたDSP集積回路で、当初はラジオ番組中に自動再生するために CD 品質のオーディオをコンピューターのハード ディスク ドライブに保存する手段を必要としていた放送自動化機器メーカーによって採用され、ディスク ジョッキーの作業を置き換えました。

同社は1988年頃にソリッド・ステート・ロジックに買収され、 1989年にカールトン・コミュニケーションズ社[ 5 ]の一部となった。 1990年代初頭、APTのコーデックはISDN回線経由で音声を転送するために使用され[ 6 ] [ 7 ]、ディズニーなどの企業はヨーロッパで行われたダビングをチェックした。1999年12月23日、[ 8 ]カールトン・コミュニケーションズはソリッド・ステート・ロジックを3iに売却した。[ 9 ] [ 10 ]その後2005年、ソリッド・ステート・ロジックは経営陣による買収でAPTを売却した。[ 4 ] [ 3 ] 2005年3月1日、APT Licensing Ltd.がベルファストで設立された（2008年12月18日まではAudio Processing Technology Holdings Limitedという名称であった）。[ 11 ]

リアルタイムオーディオデータ圧縮のためのaptXアルゴリズムの範囲は、プロオーディオ、テレビやラジオ放送、民生用電子機器、特にワイヤレスオーディオ、ゲームやビデオ用の低遅延ワイヤレスオーディオ、IP経由オーディオのアプリケーション向けのソフトウェア、ファームウェア、およびプログラム可能なハードウェアの形で利用できる知的財産の形で拡大しました。[ 12 ]さらに、aptXコーデックは、Bluetooth SIGによってBluetoothのAdvanced Audio Distribution Profile（A2DP）（短距離無線パーソナルエリアネットワーク規格）のために義務付けられた非可逆ステレオ/モノラルオーディオストリーミングのサブバンドコーディング方式であるSBCの代替として導入されました。aptXは高性能Bluetooth周辺機器でサポートされています。[ 13 ] [ 14 ]

現在、標準aptXと拡張aptX（E-aptX）は、多くの放送機器メーカーのISDNおよびIPオーディオコーデックハードウェアで使用されています。aptXファミリーに追加されたaptX Liveは、最大8:1の圧縮率を提供し、2007年に導入されました[ 15 ] 。また、ロスレスながらもスケーラブルでアダプティブな「ニアロスレス」品質のオーディオコーデックであるaptX HDは、2009年4月に発表されました[ 16 ] 。

同社は2009年に分割され、放送ハードウェア事業はAudematに買収されて現在のWorldCast Systemsの一部となり、ライセンス事業はAPT Licensingとなり、2010年にCSR plcに買収されました。 [ 17 ] aptXは、2010年にCSRに買収されるまではapt-Xという名称でした。その後、CSRは2015年8月にQualcommに買収されました。[ 18 ]

変種

aptXの変種[ 19 ]
SBC （参考）aptX aptX LL aptX HD aptXアダプティブ オーディオCD （参考用）
@ 279 kbit/s 420 kbit/s 最大約1.2 Mbit/s
その他 打ち上げ ?< 2009 [ 20 ]2012年[ 21 ]2016年[ 20 ]2018年[ 20 ]2021年[ 22 ]1980年代
商標– Qualcomm （2015年8月まで：CSR、2010年7月まで：APT Licensing Ltd.、2005年3月まで：Solid State Logic）–
関連特許EP 0400755B1 [ 23 ] (期限切れ) EP 0398973B1 [ 24 ]（取り消し） aptX、US 9398620B1 [ 25 ] (期限切れ)  aptX?–
無料の実装FFmpeg、libsbcFFmpeg、libopenaptxFFmpeg、libopenaptxFFmpeg、libopenaptx該当なし–
独自の実装複数クアルコム libaptX [ 26 ]なしクアルコム libaptXHD [ 26 ]?–
チップ – CSR8635CSR8670CSR8675QCC5100–
オーディオエンコーディング 単語の深さ?16ビット16ビット16ビット24ビット24ビット16ビット16ビット
サンプリングレート44.1 kHz 48 kHz 44.1 kHz 48 kHz 44.1 kHz 48 kHz 44.1 kHz 48 kHz 44.1 kHz 48 kHz 96 kHz 44.1kHz44.1kHz 
ビットレート345 kbit/s （48 kHz）352 kbit/s (@ 44.1 kHz) 384 kbit/s (@ 48 kHz)352 kbit/s （48 kHz）576 kbit/s (24 ビット @ 48 kHz)279 kbit/s420 kbit/s約140 kbit/s～1.2 Mbit/s（コンテンツに依存）[ 27 ] [ 22 ]1411 kbit/s （44.1 kHz）
絶え間ない絶え間ない絶え間ない絶え間ない変数 変数絶え間ない
コーデックの遅延? 1.8～2.0ミリ秒?1.8～2.0ミリ秒1.4～2.0ミリ秒 ?–
ハードウェア送信機の遅延??≈ 40 ms [ 28 ]（専用アンテナ使用）?≈ 80ミリ秒[ 29 ]?–
ソフトウェア送信機の遅延（ほとんどの携帯電話）送信装置に応じて200～500ミリ秒[ 30 ]–
下位互換性あり – SBCSBC、aptXSBC、aptXSBC、aptX、aptX HD ??
音質​ THD+N @ 1 kHz −67dB [ 31 ]か −85dBか? [ 19 ]−85dB−80dB [ 32 ]か −90dBか? [ 19 ]−90dB−100dB −96dB−96dB
マルチトーン@1kHz −100dB?−100dB−90dB−100dB ?
マルチトーン@10kHz −65dB?−90dB−85dB−95dB ?
クロストーク−120dB?−155dB−90dB−200dB ?
SNR @ 1 kHz 93デシベル93デシベル129デシベル130デシベル135デシベル −96dB−96dB
ピークODG −0.18 [ 31 ]か −0.08か? [ 19 ]?0.05 [ 32 ]それとも0.04? [ 19 ]−0.060.045 ?
Bluetooth経由の周波数応答20 Hz – 22.7 kHz20 Hz – 22.7 kHz20 Hz – 22.7 kHz20 Hz – 22.7 kHz 20 Hz – 22 kHz20 Hz – 22 kHz

aptX

aptXオーディオコーデックは、民生用および車載用のワイヤレスオーディオアプリケーションに使用され、特にBluetooth A2DP接続／ペアリングを介して、「ソース」デバイス（スマートフォン、タブレット、ノートパソコンなど）と「シンク」アクセサリ（Bluetoothステレオスピーカー、ヘッドセット、ヘッドホンなど）間のロスレスステレオオーディオのリアルタイムストリーミングに使用されます。Bluetooth規格で義務付けられているデフォルトのサブバンドコーディング（SBC）よりもaptXオーディオコーディングの音質的利点を引き出すには、この技術を送信機と受信機の両方に組み込む必要があります。CSR aptXロゴが付いた製品は、相互運用性が認定されています。[ 33 ]

強化されたaptX

拡張 aptX は、業務用オーディオ放送アプリケーション向けに 4:1 の圧縮率でコーディングし、AM、FM、DAB、HD ラジオ、5.1 に適しています。拡張 aptX は、最大 4 組のステレオ AES3 オーディオを処理し、送信用に 1 つの AES3 ストリームに圧縮します。拡張 aptX は、16、20、24 ビットのビット深度をサポートします。48 kHz でサンプリングされたオーディオの場合、E-aptX のビット レートは 384 kbit/s (デュアル チャネル)、768 kbit/s (クアッド チャネル)、1024 kbit/s (5.1 チャネル)、1280 kbit/s (5.1 チャネル + ステレオ) です。最低ビット レートは、16 kHz でサンプリングされたモノラル オーディオで 60(?) kbit/s で、広帯域電話コーデック (通常は 16 kHz のサンプリング レートで動作) の周波数応答よりわずかに低い約 7.5 kHz の周波数応答を提供します。[ 34 ]

aptXライブ

aptX Liveは、ライブパフォーマンス（番組制作や特別イベントなど）など、帯域幅が制限される状況において、デジタルワイヤレスマイクのチャンネル密度を最大化するために特別に設計された、低複雑度のオーディオコーデックです。こうした状況では、無線ベースデバイス（ワイヤレスマイク、インイヤーモニタリング、トークバックシステム）のスペクトル効率が運用上の主要な考慮事項となっています。aptX Liveは、24ビット解像度のデジタルオーディオストリームを最大8:1圧縮しながら、音響の完全性（約120dBのダイナミックレンジ）を維持し、48kHzサンプリングレートで約1.8msの遅延を保証します。さらに、aptX Liveは、ビットエラーレート（BER）が過度に高い状況でも接続を支援する技術も備えています。

aptX LL

aptX LLまたはaptX Low Latencyは、Bluetooth A2DPオーディオ プロファイル規格を使用して、短距離無線でステレオ オーディオがリスナーに送信される際に快適なオーディオとビデオの同期が求められるビデオやゲーム アプリケーション向けに設計されています。このテクノロジでは、Bluetooth 経由でエンドツーエンドの遅延を 32 ミリ秒に抑えています。比較すると、標準的な Bluetooth ステレオの遅延は、システムの実装とバッファリングによって大きく異なります。標準の SBC エンコード/デコードを使用し、エンドツーエンドの遅延を 40 ミリ秒未満に抑えるソリューションも利用可能です。テレビ放送で推奨されるオーディオとビデオの同期遅延は、+40 ミリ秒以内、-60 ミリ秒以内 (それぞれオーディオがビデオの前/後) です。[ 35 ]ただし、AptX Low Latency には専用のワイヤレスアンテナが必要なため、スマートフォンではあまり採用されず、Qualcomm によって aptX Adaptive に取って代わられました。 [ 36 ] [ 37 ]

aptX HD

aptX HDまたはaptX High Definitionは、ビットレートが576 kbit/sです​​。最大48 kHzのサンプリングレートと最大24ビットのサンプル解像度までの高精細オーディオをサポートします。名前が示すように、このコーデックは依然として非可逆圧縮とみなされていますが、[ 38 ]平均またはピークの圧縮データレートを制限されたレベルに制限する必要があるアプリケーションでは、「ハイブリッド」コーディング方式を使用できます。これは、帯域幅の制約により完全なロスレスコーディングが不可能なオーディオセクションに、「ニアロスレス」コーディングを動的に適用することを意味します。「ニアロスレス」コーディングは、最大20 kHzのオーディオ周波数と少なくとも120 dBのダイナミックレンジを維持し、高精細オーディオ品質を維持します。主な競合製品は、ソニーが開発したLDACコーデックとLHDCです。

aptX HDにおけるもう一つのスケーラブルなパラメータは、コーディングレイテンシです。これは、圧縮レベルや計算量といった他のパラメータと動的にトレードオフできます。aptX HDコーデックのレイテンシは、他の設定可能なパラメータの設定に応じて、48kHzサンプリングのオーディオで1msまで低く抑えることができます。aptX HDは、コーディングレイテンシが5ms以下など、小さく抑えられた場合、他のロスレスコーデックと比較して特に優れたパフォーマンスを発揮するため、遅延の影響を受けやすいインタラクティブオーディオアプリケーションに特に適しています。

多くのロスレスコーデックは、 MP3やAACなどのよく知られた非可逆コーデックと比較して、計算オーバーヘッドが低いという利点があります。これは、低電力のモバイルデバイスで実行される深く埋め込まれたオーディオアプリケーションにとって特に重要です。aptX HDは、圧縮レベルやコーディング遅延などの他の動作上の制約に準拠しながら、オーディオの短いセグメントごとに最も単純なコーディング関数を動的に選択することで、計算オーバーヘッドを低く抑えます。他のスケーラブルなパラメータの設定に応じて、aptX HDは、信号処理拡張機能を備えた最新のRISCプロセッサで、わずか10 MIPSを使用して48 kHz 16ビットステレオオーディオストリームをエンコードできます。対応するデコーダーは、同じプラットフォーム上でわずか6 MIPSです。

ユーザーメタデータと特別な同期データは、設定可能なレートで圧縮フォーマットに組み込むことができます。後者は、サービス品質（QoS）が急激に変化する通信リンク上でデータが破損または消失した場合でも、デコーダの迅速な再同期を可能にします。パラメータ設定に応じて、デコーダの再同期は1～2ミリ秒以内に完了します。[ 39 ] [ 40 ]

aptXアダプティブ

aptX Adaptiveは、プレミアムオーディオ品質と低遅延を目的とした、動的に調整可能な次世代オーディオコーデックです。aptX Adaptiveのビットレートは、279 kbit/sから420 kbit/sの間で動的に調整されます。また、専用ではなく共有のワイヤレスアンテナで動作します。[ 36 ] Qualcommは、新しい圧縮アルゴリズムにより5:1から10:1の圧縮率が得られると主張しています。これにより、279 kbit/sと420 kbit/sのaptX Adaptiveは、352 kbit/sのaptXや576 kbit/sのaptX HDと同じ音質を実現できます。aptX Adaptiveは、44.1、48、96 kHzのサンプルレートで16ビットと24ビットの深度をサポートします。ただし、96 kHzのサポートは、実際の製品のハードウェア実装に依存します。例えば、B&O H95はAptX Adaptiveをサポートしていても最大48kHzしかサポートしません。ハードウェアaptX Adaptiveのエンドツーエンドの遅延は80msですが[ 29 ]、ほとんどの携帯電話はソフトウェアトランスミッターを使用しており、他のコーデックと比較して遅延の面で優位性はありません[ 41 ]。aptX Adaptiveは旧式のaptXおよびaptX HDコーデックとの下位互換性がありますが、aptX LLとは互換性がありません[ 36 ] 。[ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]

aptXボイス

aptX VoiceはaptX Adaptiveの新機能であり、Bluetoothアクセサリを使用して音声通話を行う際の音質を大幅に向上させるように設計されています。Bluetoothハンズフリープロファイル内で32kHzの音声通話品質を実現しています。[ 45 ]

aptXロスレス

2021年、クアルコムはaptX Losslessを発表しました。これは、Bluetooth経由でCD品質の16ビット、44.1kHzのロスレスオーディオを提供することを目的としたaptX Adaptiveコーデックの新機能です。aptX Losslessは、Qualcomm Bluetooth高速リンク技術を利用して、好ましいRF環境で最大約1.2Mbit/sまで拡張できます。[ 22 ]

動作モード

例として挙げたCD品質の16ビット44kHz（最大信号帯域幅22kHz）ストリームは、2層の64タップQMF（直交ミラーフィルタ）によって、11kHzの4つの16ビットサブバンド（それぞれ最大信号帯域幅5.5kHz）に分割されます。最初の64タップQMFは2つのバンド（0～11kHzと11～22kHz）に分割し、各バンドは別の64タップQMFに送られ、0～5.5kHz、5.5～11kHz、11～16.5kHz、16.5～22kHzの4つのバンドに分割されます。一般的に、高帯域では低帯域よりも分散が小さくなることが予想されるため、ADPCMを用いてビットを最適に割り当てます。

各バンドはADPCMで符号化され、バンド1（0～5.5kHz）には8ビット、バンド2（5.5～11kHz）には4ビット、バンド3と4（11～16.5kHzと16.5～22kHz）にはそれぞれ2ビットが割り当てられます。将来的には、各サブバンドの分散分析に基づいて、例えば9、2、3、2といったように適応的にビットを再割り当てする変更が検討されています。

その結果、モノラル チャネルの場合、16 ビット @ 44.1 kHz = 705.6 kbit/s の入力は、(4 × 16) 64 ビット @ 11.025 kHz = 705.6 kbit/s に変換され、さらに(8 + 4 + 2 + 2) 16 ビット @ 11.025 kHz = 176.4 kbit/s に変換されます。

オプションで (小さな遅延を追加します)、短期RMSEアナライザーを使用してダイナミック レンジを削減し、静かな部分 (つまり、非可逆形式) でビットをより効果的に割り当てます。

ステレオ信号の場合、標準 PCM 1.4 Mbit/s ストリームは 352 kbit/s aptX ストリームに変換されます。

詳細についてはEP0398973B1特許を参照してください。[ 46 ]主な理由は、高周波数では信号の変化が減少するため、ADPCMなどのコーデックで符号化しやすくなることです。

参照

参考文献

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