블루투스 LC3 코덱이란? SBC보다 더 나은 코덱인가요?

CES 2020 행사에서 Bluetooth 특별 관심 그룹 마케팅 담당 부사장인 Ken Kolderup은 더 나은 품질을 제공하면서 더 낮은 전력을 사용하는 새로운 유형의 Bluetooth 오디오 전송 기술인 Bluetooth 저에너지의 탄생을 발표했습니다.

이 기술의 핵심에는 저복잡도 통신 코덱(LC3)이라는 새로운 오디오 코덱이 있었습니다. 그렇다면 이 코덱이 블루투스를 통한 오디오 전송의 기본인 SBC보다 더 나은 코덱일까요? 그럼 알아봅시다.

블루투스 유형 이해

코덱을 비교하기 전에 오늘날 두 가지 블루투스 기술의 차이점을 이해하는 것이 중요합니다. 크게 두 가지 주요 블루투스 카테고리가 있습니다. 다음은 두 가지에 대한 간략한 개요입니다.

블루투스 클래식

블루투스 기본 속도/향상된 데이터 속도(BR/EDR)라고도 하는 블루투스 클래식은 더 높은 비트 전송률로 데이터를 전송하도록 설계된 일련의 라디오를 사용합니다. 대부분의 경우 이 비트 전송률의 범위는 1 ~ 3Mb/s입니다. 이러한 높은 비트 전송률로 인해 Bluetooth Classic은 무선 헤드폰, 스피커 및 차량용 엔터테인먼트 시스템의 오디오 전송에 사용됩니다.

블루투스 저에너지(BLE)

블루투스 클래식에 비해 저에너지 블루투스는 특수 저에너지 라디오를 사용합니다. 따라서 Bluetooth 저에너지는 더 적은 전력을 소비하면서 데이터를 전송합니다. 즉, 이러한 전력 효율성으로 인해 비트 전송률이 최대 2Mb/s로 감소합니다. 또한 BLE는 125 및 500kbps의 두 가지 낮은 비트 전송률 전송을 제공합니다.

대역폭과 전력 소비가 낮기 때문에 저에너지 Bluetooth는 데이터에 크게 의존하지 않는 스마트 워치 및 기타 스마트 장치로 데이터를 전송하는 데 사용됩니다.

BLE의 대역폭 제한을 고려할 때, 블루투스 클래식은 오디오를 무선으로 전송하는 주요 수단입니다. 하지만 2020년 블루투스 특별 이익 그룹이 LC를 출시하면서 모든 것이 바뀌었습니다. 하지만 어떻게 단일 코덱이 모든 것을 바꿀 수 있을까요? 이에 답하기 전에 오디오가 블루투스를 통해 전송되는 방식을 먼저 알아봐야 합니다.

오디오는 블루투스로 어떻게 전송되나요?

앞서 설명한 것처럼 Bluetooth 클래식은 종종 오디오를 무선으로 전송하는 데 사용됩니다. 이를 위해 장치에 저장된 음악이 전파를 사용하여 무선 이어폰으로 전송됩니다.

이러한 전파는 고에너지 블루투스 라디오를 사용하여 생성되며, 전송되는 전파의 주파수를 변경하여 1과 0이 무선 장치로 전송됩니다. 그러나 Bluetooth 클래식은 대역폭이 제한되어 있습니다. […] […] 이러한 코덱의 주요 목표는 오디오 파일을 압축하여 Bluetooth를 통해 전송할 수 있도록 하는 것입니다. 그런 다음 압축된 파일을 수신기로 전송하여 압축을 풀고 재생합니다.

오디오 코덱의 작동 원리

오디오가 압축되지 않은 경우 많은 저장 용량을 차지합니다. 쉽게 설명하자면, 비압축 오디오 파일의 비트 전송률은 1.4Mb/s입니다. 즉, 1초 분량의 비압축 오디오를 스트리밍하려면 스마트폰이 1.4×10^6 비트의 정보를 블루투스를 통해 이어폰으로 전송해야 합니다.

Bluetooth 클래식의 대역폭을 살펴보면 3Mb/s의 비트 전송률로 데이터를 전송할 수 있음을 알 수 있습니다. 따라서 코덱이 필요하지 않다고 결론을 내릴 수 있지만 한 가지 문제가 있습니다. 3Mb/s는 이론적인 최대치입니다.

최상의 실제 조건에서 Bluetooth 클래식 채널의 최대 비트 전송률은 약 900Kbp/s입니다. 이러한 속도는 특정 조건이 충족되고 관련 장치가 고해상도 Bluetooth 코덱을 사용하는 경우에만 달성됩니다. 대부분의 경우 Bluetooth 전송은 320Kbps의 비트 전송률을 제공합니다. 이러한 대역폭 제약으로 인해 이어폰으로 전송되는 오디오 파일의 크기를 압축하기 위해 코덱이 필요합니다.

송신기와 수신기 모두 오디오 전송에 동일한 코덱을 사용해야 합니다. 장치 중 하나라도 특정 코덱을 지원하지 않는 경우 Bluetooth Classic을 사용하는 동안 전송이 기본 코덱인 SBC로 전환됩니다. BLE 오디오를 사용하는 장치의 경우 기본 코덱은 LC3입니다.

LC3란 무엇인가요?

Bluetooth 클래식 코덱은 낮은 비트 전송률로 고품질 오디오를 전송할 수 없기 때문에 BLE를 통한 오디오 전송이 불가능했습니다. 블루투스 특별 관심 그룹은 이 문제를 해결하기 위해 LC3 코덱을 개발했습니다. 더 낮은 비트 전송률에서 더 나은 품질의 오디오를 제공함으로써 BLE를 통한 고품질 오디오 전송이 가능해졌습니다.

LC3 코덱은 비트 전송률의 절반으로 SBC와 동일한 오디오 품질을 제공할 수 있습니다. 이렇게 압축률이 높기 때문에 LC3 코덱은 지연 시간과 전력 소비를 줄여 무선 이어폰이 더 짧은 지연 시간에서 더 나은 배터리 수명을 제공할 수 있습니다. 이렇게 지연 시간이 짧아지면 게임과 같은 실시간 애플리케이션의 사용자 경험이 향상되고 핸즈프리 통화 애플리케이션에 코덱을 사용할 수 있습니다.

이미지 크레딧: Bluetooth

LC3 이전에는 이어폰에 A2DP(고급 오디오 분배 프로파일)와 HFP(핸즈프리 프로파일)라는 두 가지 코덱이 사용되었습니다. A2DP는 고음질을 위해 설계된 반면, HFP는 블루투스를 통해 음성 데이터를 전송하는 데 사용되었습니다.

이미지 출처: Nick Hun/ BLE 오디오 소개 (PDF)

핸즈프리 통화 애플리케이션의 낮은 지연 시간 요구 사항으로 인해 핸즈프리 프로필은 오디오 품질이 좋지 않습니다. 하지만 VoIP와 같은 통신의 발전으로 이제 무선 전화 통화에서도 고품질의 통화를 이용할 수 있게 되었습니다. 하지만 HFP의 한계로 인해 핸즈프리 통화를 위해 블루투스 헤드셋을 사용하면 오디오 품질이 떨어집니다.

이어폰의 마이크에서 전화기로 또는 그 반대로 낮은 지연 시간으로 고품질 오디오를 전송할 수 있는 LC3가 바로 이 부분에서 등장합니다.

SBC 대 LC3? 어느 것이 더 낫나요?

코덱을 비교할 때 고려해야 할 주요 매개 변수는 비트 전송률입니다. 비트 전송률이 높은 코덱은 더 많은 오디오 정보를 전송하므로 더 나은 품질을 제공하며, 기기가 녹음된 오디오를 더 잘 재생할 수 있습니다.

코덱의 비트 전송률은 샘플링 주파수와 비트 심도에 따라 달라집니다. 샘플링 주파수는 압축을 위해 오디오 신호에서 샘플을 가져오는 속도입니다. 반대로 비트 심도는 각 샘플에서 신호 진폭을 결정하는 데 필요한 비트 수를 정의합니다.

코덱의 비트 전송률은 샘플링 레이트와 비트 심도를 모두 곱하여 정의할 수 있습니다. 이러한 매개변수 외에도 비트 전송률을 정의할 때 오디오 신호의 채널 수를 고려해야 합니다. 모노 오디오의 경우 채널 수는 1이고 스테레오 오디오의 경우 채널 수는 2입니다.

따라서 이 공식을 사용하여 코덱의 비트 전송률을 찾을 수 있습니다:

bitrate = sampling rate x bit depth x number of channels

이 정보가 주어지면 두 코덱을 비교하여 비트레이트를 확인해 보겠습니다.

숫자를 보면 LC3 코덱이 비트 전송률이 높기 때문에 SBC에 비해 오디오 품질이 우수하다는 것을 알 수 있습니다. 또한 LC3는 SBC에 비해 동일한 비트 전송률에서 두 배의 오디오 품질을 제공할 수 있습니다. 이는 더 나은 압축 알고리즘과 패킷 손실 은폐를 사용하여 훨씬 더 나은 오디오 경험을 제공하기 때문입니다.

LC3는 높은 품질 외에도 SBC에 비해 지연 시간이 짧아 실시간 애플리케이션에 더 나은 사용자 경험을 제공합니다.

무선 헤드폰에서 사용하는 샘플링 및 비트 심도는 제조업체에서 구성합니다. 배터리 수명을 개선하고 전송 오류를 줄이기 위해 더 낮은 비트레이트에서 실행되도록 구성할 수 있으므로 코덱의 기능은 헤드폰이 제공하는 실제 품질과 다를 수 있습니다.

LC3가 블루투스 오디오를 영원히 바꿀 것인가요?

LC3 코덱은 10년 만에 가장 큰 폭으로 개정된 Bluetooth 사양인 BLE 오디오의 핵심입니다. 이 코덱은 고품질 오디오를 제공하는 데 중점을 둘 뿐만 아니라 지연 시간과 전력 소비를 줄이면서 오디오를 제공합니다.

이러한 변화를 고려할 때 LC3 기반 Bluetooth 제품은 사용자에게 더 적은 전력을 사용하면서 더 나은 통화 및 오디오 품질을 제공할 것입니다. 전력 소비가 줄어들어 무선 이어폰의 배터리 수명이 향상되고 개발자는 이 에너지를 이퀄라이저 및 액티브 노이즈 캔슬링과 같은 더 나은 연산 기능을 제공하는 데 사용할 수 있습니다.