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El audio inalámbrico digital de latencia ultrabaja es el santo grial para una variedad de aplicaciones de sonido y música, incluidas presentaciones y producción en vivo, juegos y realidad aumentada. Si bien los beneficios de liberar cables para artistas, jugadores, usuarios y sus dispositivos son claros, las tecnologías inalámbricas existentes no satisfacen los requisitos de rendimiento de estas aplicaciones.
El mayor desafío es la latencia de audio: el retraso en la señal de audio causado por la transmisión a través del sistema inalámbrico. Para los usuarios apasionados de estos mercados, este parámetro es crucial para su experiencia y, por tanto, para sus decisiones de compra.
Por supuesto, otras consideraciones como el alcance y la confiabilidad, la duración de la batería y el costo del dispositivo también influyen en el proceso de toma de decisiones, pero sólo si la latencia es aceptable.
Latencia ultrabaja significa un retraso general del sistema (de analógico a analógico) muy inferior a 10 milisegundos. Para aplicaciones de monitoreo y retroalimentación en vivo, el retraso total desde el instrumento o micrófono hasta el auricular (u otro monitor) debe ser menor que esta duración; de lo contrario, la interpretación se estancará debido a la discrepancia entre las acciones del artista y lo que escucha. (Aparte, es interesante observar que 10 milisegundos es aproximadamente el tiempo que tarda el sonido en viajar unos 3½ metros o 11 pies a temperatura ambiente. Eso es aproximadamente el mismo ancho que una configuración típica de banda de garaje o bar, lo que no es una coincidencia.)
Teniendo en cuenta que las actuaciones en vivo a menudo requieren que el sonido también pase a través de un mezclador y posiblemente de un sistema de efectos digitales, el sistema inalámbrico debe alcanzar una latencia inferior a 5 milisegundos para cumplir con los requisitos de la aplicación.
Este nivel de rendimiento se puede lograr en sistemas inalámbricos analógicos, que a menudo utilizan frecuencias UHF sub-GHz para modular directa y continuamente la portadora de RF utilizando la señal de audio. Sin embargo, estos sistemas tienen limitaciones en áreas donde la tecnología digital puede funcionar mejor. Los sistemas digitales pueden:
- Uso más eficiente del espectro, permitiendo muchas conexiones simultáneas y libres de interferencias, oportunidades para transmisión de audio multicanal y uso del sistema en bandas globales donde las restricciones regulatorias requieren modulaciones altamente eficientes;
- La cuantificación, la codificación y el protocolo ayudan a mantener una alta relación señal-ruido para el audio en todo el rango de condiciones del canal de RF, desde óptimo hasta marginalmente mejor;
- Apoyar el uso de técnicas criptográficas para garantizar la privacidad y/o autenticidad del contenido;
- Habilite topologías de red flexibles, como punto a punto, punto a multipunto y multipunto a punto.
- Proporcione canales laterales de datos multiplexados para admitir metadatos relacionados con el contenido o tráfico de control/sincronización.
Pero los sistemas inalámbricos digitales generales no suelen funcionar bien para la transmisión de audio. Los beneficios anteriores se logran a través de mecanismos tales como paquetización, codificación/compresión de audio y esquemas de retransmisión de capa de enlace, que introducen retrasos no deseados en la conexión.
Esto se puede ver, por ejemplo, en los perfiles Bluetooth que permiten el transporte de audio. Si bien las capas física y de enlace de Bluetooth Classic admiten altas velocidades de datos (hasta 3 Mbps) y velocidades de transferencia de paquetes relativamente rápidas (hasta uno cada 1,25 ms), la mejor latencia del sistema para voz que se puede lograr con la pila de protocolos completa es de solo unos 30 ms. Audio de calidad a través de HFP y 100-150 ms para audio estéreo a través de A2DP.
Los códecs avanzados como el aptX Low Latency de Qualcomm mejoran significativamente este último hasta alrededor de 40 ms. Sin embargo, esto sigue siendo un orden de magnitud superior a lo que sería tolerable para muchas aplicaciones de latencia ultrabaja.
Bluetooth LE Audio funciona mejor, pero no por mucho. A través de un nuevo protocolo de capa de enlace isócrono de baja latencia y el uso del códec de comunicación de baja complejidad (LC3) desarrollado por Fraunhofer IIS y Ericsson, los sistemas de audio LE pueden ofrecer latencias de audio estéreo de sólo alrededor de 20-30 ms.
Entonces, ¿cómo podemos tener lo mejor de ambos mundos? ¿Cómo podemos combinar la precisión, flexibilidad y escalabilidad de los sistemas digitales y la baja latencia líder en el mercado de los sistemas analógicos?
El equipo de Virscient se ha centrado en esta cuestión en los últimos años. Creemos que la respuesta tiene varios aspectos, a saber:
- Construir sobre estándares es crucial. Tecnologías como Bluetooth LE garantizan una sólida interoperabilidad con los teléfonos inteligentes modernos e incluyen mecanismos para el emparejamiento seguro, la distribución de claves y la coordinación de conexiones. La capa física de Bluetooth LE puede admitir velocidades de datos para (una pequeña cantidad de) audio multicanal de alta calidad cuando se utilizan códecs avanzados. Cuando se requiere audio altamente multicanal o sin pérdidas, o se requiere transmisión de larga distancia, se pueden utilizar transportes de RF alternativos como UWB como banda lateral.
- La optimización de la latencia frente al ancho de banda requiere una cuidadosa selección del códec. Los códecs típicos de baja complejidad o alta compresión (especialmente aquellos optimizados para dispositivos de bajo consumo) suelen tener un retraso de códec relativamente largo. El uso de códecs de alto rendimiento como Skylark de Audio Codecs puede mejorar significativamente la latencia de un extremo a otro mientras se mantiene el audio con calidad de transmisión.
- Los protocolos centrados en audio y la estrecha integración entre las capas de implementación son esenciales para reducir la latencia. En particular, los protocolos de capa de enlace optimizados garantizan la solidez del flujo de audio con RF en el espectro con o sin licencia con compromisos mínimos de latencia.
Tenemos la intención de habilitar una gama de aplicaciones de juegos y audio en vivo tan esperadas en plataformas de hardware de alto rendimiento y baja lista de materiales. Como equipo de ingenieros, desarrolladores, músicos, jugadores y entusiastas del audio, estamos ansiosos por ver qué construirá la gente con él.
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