Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS
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Manfred Lutzky
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Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS
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Perfekter Klang ohne Kompromisse: LC3/LC3plus für erstklassige Bluetooth-Übertragung
Dass Audiotechnologien aus Erlangen bei solchen Anwendungen zur Weltspitze gehören, ist bekannt. Dass die Entwicklung der Kommunikations-Geschwistercodecs LC3 und LC3plus vor rund sieben Jahren mit einem Aufruf der Bluetooth-Arbeitsgruppe für Hörgeräte begann, eher nicht. An der Entwicklung des neuen Hörgerätecodecs beteiligte sich damals das Fraunhofer IIS in Partnerschaft mit Ericsson und lieferte die Spezifikationen für den fertigen Codec – den Low Complexity Communication Codec (LC3). Endlich gab es einen global einheitlichen Codec für alle Hörgerätehersteller, die Bluetooth Low Energy (LE) verwenden. Dieser macht es sogar möglich, die Geräte mit Konferenz- und Durchsagesystemen, Smartphones und Fernsehern zu verbinden und so den Alltag ihrer Nutzerinnen und Nutzer erheblich zu erleichtern.
LC3 zeichnet sich dadurch aus, dass er maximale Audioqualität bei minimalen Bitraten überträgt und dabei – verglichen mit Geräten, die den herkömmlichen Bluetooth Standard verwenden – weniger Energie verbraucht. Dank dieser Eigenschaften wurde der Codec von mehreren Bluetooth-Audio-Arbeitsgruppen für andere Anwendungsbereiche aufgegriffen und im September 2020 zum obligatorischen Audiocodec für Bluetooth LE Audio gewählt. Die neuen LE-Audioprofile verbrauchen deutlich weniger Energie, verbessern gleichzeitig signifikant die Klangqualität und erreichen minimale Latenzzeiten.
Vom Hörgerät zu kabellosen Mikrofonen und Gaming-Headsets
Ergänzend zum extrem schlanken LC3 entstand in Erlangen der Geschwistercodec LC3plus, der dank eines erweiterten Featuresets einen wesentlich breiteren Einsatzbereich hat. Der Codec kombiniert hochauflösendes Audio mit minimaler Latenz und maximaler Robustheit. Damit kann er nicht nur beim Telefonieren im Auto und bei Videokonferenzen überzeugen. Auch bei der Produktion von Inhalten für soziale Medien und Streamingplattformen verwenden Profis hochwertigste Mikrofone, die auf LC3plus setzen. Unterwegs sorgt die Technologie für ruckelfreies, energiesparendes Streaming von Musik oder Podcasts: Über In-Ear-Kopfhörer oder das Lautsprechersystem des Autos. Aktuell revolutioniert sie sogar Anwendungen, die traditionell eine Verkabelung erfordern: Der High-End-Hersteller Bang & Olufsen setzt LC3plus unter anderem für seine kabellosen Beolab-Lautsprecher und die Kopfhörerlinie Beosound ein. Ausschlaggebend für die Entscheidung für LC3plus war die Latenz, die für das menschliche Ohr nicht wahrnehmbar ist, und dank der auch komplexe Systeme absolut synchron laufen.
Diese Eigenschaft kann auch beim Gaming entscheidend sein. Nur wenn Ton und Bild perfekt zusammenpassen, ist ein realistisches Erleben und damit schnelles Reagieren möglich. Videogames sind mittlerweile die größte und lukrativste Sparte der Unterhaltungsindustrie. Die technikaffine Community legt großen Wert auf hochwertige Ausstattung und ist nicht bereit, Kompromisse bei der Audioqualität einzugehen. LC3plus verringert die Latenz im Vergleich zu LC3 auf ein Drittel. So ermöglicht der Codec eine drahtlose Anwendung und überzeugt auch die besonders kritischen Ohren erfahrener Gamer.
Ritterschlag für LC3plus: Das Hi-Res Audio Wireless Logo
Das Hi-Res Audio Wireless Logo der Japan Audio Society (JAS) gilt international als eines der anerkanntesten Gütesiegel im Audiobereich. Verliehen wird es nur an Produkte, die strengste technische Anforderungen erfüllen. Oberste Priorität ist dabei eine möglichst unverfälschte Soundwiedergabe – selbst, wenn über drahtlose Verbindungen wie etwa Bluetooth ausgespielt wird. Nur Endgeräte mit modernsten Audiocodecs können diesen Forderungen gerecht werden. Im November 2022 wurde auch LC3plus in die Liste der Codecs aufgenommen, deren Implementierung Geräteherstellern die Tür zur Verwendung des Logos öffnet.
Hi-Res Audio Wireless Logo der Japanese Audio Society
Die Bluetooth Special Interest Group (SIG) ist eine 1998 gegründete Interessengemeinschaft, in der mehr als 34.000 Unternehmen Mitglied sind. Sie ist Eigentümer des Bluetooth-Warenzeichens und gibt Bluetooth-Spezifikationen heraus, wie etwa Bluetooth LE Audio. LC3 ist der neue Audiocodec für diese Spezifikationen. Prominente Mitglieder der SIG sind Unternehmen wie Apple, Intel, Microsoft und Fraunhofer. Der Name Bluetooth kommt vom dänischen König Harald Blauzahn, der gut darin gewesen sein soll, mächtige Leute miteinander in Kontakt zu bringen – so wie Bluetooth Geräte miteinander verbindet.
Was ist eigentlich...?
Wenn jemand weiß, wie man drahtlose Audioübertragung perfektioniert, ist es Dipl.-Ing. Manfred Lutzky. Drei Fragen an den Leiter der Abteilung Audio für Kommunikationsanwendungen des Fraunhofer IIS:
Herr Lutzky, wie funktioniert drahtlose Kommunikation?
Manfred Lutzky: Es gibt verschiedene Arten von kabellosen Übertragungsverfahren, von denen Bluetooth sicherlich eines der bekanntesten ist. Bluetooth nutzt eine einfache Technologie: Funkwellen. Diese schwingen mit einer bestimmten Häufigkeit pro Sekunde, der Frequenz. Bluetooth-Signale werden auf einer Frequenz von 2,4 Gigahertz verschickt.
Wenn Bluetooth beispielsweise auf zwei Smartphones aktiviert ist, verbinden sie sich und können Daten austauschen. Das kann man sich wie Ballspielen vorstellen. Der Ball muss in der richtigen Höhe geworfen werden, damit er beim Empfänger ankommt und nicht über dessen Kopf hinweg fliegt. Man benötigt Codecs, die die auszutauschenden Daten verkleinern, damit man sie überhaupt erst verschicken kann – jedoch ohne dabei Einbußen bei der Qualität zu verursachen.
Ausgefeilte Audioproduktionen brauchen ausgefeilte Kommunikationswege. Was macht die Fraunhofer-Codecs so besonders?
Manfred Lutzky: Die Audiocodecs LC3 und LC3plus wurden speziell für drahtlose Kommunikationsplattformen wie Bluetooth entwickelt.
LC3 und LC3plus reduzieren die für die Übertragung benötigte Energie. Das ermöglicht eine längere Akkulaufzeit oder die Entwicklung kleinerer Produkte. Dank des flexiblen Codec-Designs sind die Anwendungen nicht auf Sprachdienste limitiert, sondern können auch auf hochwertigstes Musikstreaming, Gaming oder das Heimkino erweitert werden.
LC3/LC3plus – die Codecs lassen sich von Laien nur schwer auseinanderhalten. Was genau sind die Unterschiede?
Manfred Lutzky: LC3plus ist der Geschwistercodec von LC3. Zusätzlich zur hohen Sprach- und Audioqualität von LC3 liefert er höhere Robustheit, minimiert also Übertragungsfehler, extrem geringe Codierverzögerung und hochauflösende Audioqualität. Für die hohe Robustheit sorgt ein leistungsfähiger Algorithmus zur Verschleierung von Paketverlusten – geht ein Datenpaket verloren, werden die Informationen aus den Nachbarpaketen abgeschätzt und rekonstruiert. Hochauflösender Klang entsteht durch die Übertragung von hohen Samplingraten bei hohen Bit-Tiefen. LC3plus tut dies mit sehr geringen Bitraten, die andere Technologien nicht erreichen. LC3plus verarbeitet besonders kleine frames (Datenblöcke) und sorgt damit dafür, dass der Ton extrem schnell wiedergegeben wird. Diese sogenannte Codierverzögerung oder Latenz spielt insbesondere beim gleichzeitigen Abspielen von Bild und Ton und im Gaming eine riesige Rolle.