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、} Qualcomm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。

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商業市場に導入されました。これは、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、たとえば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、ディズニーなどの企業がヨーロッパで行われたダビングをチェックするために、 ISDN回線^{[6] [7]}経由でAPTのコーデックを使用して音声を転送した。1999年12月23日、^[8]ソリッド・ステート・ロジックはカールトン・コミュニケーションズ社から3i社に売却された。^{[9] [10]}その後、2005年にソリッド・ステート・ロジックは経営陣による買収でAPT社を売却した。^{[4] [3] 2005年3月1日、APT Licensing Ltd.が}ベルファストに設立された（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、プロフェッショナルオーディオ、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、プログラム可能なハードウェアの形で知的財産が利用できるようになり、拡大しました。^[12]さらに、aptXコーデックは、近距離無線パーソナルエリアネットワーク規格であるBluetoothのAdvanced Audio Distribution Profile（A2DP）用にBluetooth SIGによって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用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、多数の放送機器メーカーの ISDN と IP オーディオ コーデック ハードウェアの両方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、ロスがあるもののスケーラブルで適応性に優れた「ほぼロスレス」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。CSRはその後、2015年8月にQualcommに買収されました。^[18]

aptXオーディオコーデックは、消費者向けおよび自動車向け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「ソース」デバイス（スマートフォン、タブレット、ラップトップなど）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、ヘッドフォンなど）間のBluetooth A2DP接続/ペアリングを介してロスのあるステレオオーディオをリアルタイムでストリーミングします。Bluetooth標準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響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]

拡張 aptX は、プロフェッショナル 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を提供し、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 ストリームに圧縮できます。拡張 aptX は、16、20、または 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)、および 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) 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 Live は、ライブ パフォーマンス (別名、プログラム作成や特別イベント) などの帯域幅が制限されたシナリオでデジタルワイヤレス マイクのチャネル密度を最大化するように特別に設計された、複雑度の低いオーディオコーデックです。このようなシナリオでは、無線ベースのデバイス (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になっています。aptX Live は、音響の完全性 (約 120 dB のダイナミック レンジ) を維持しながら、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 に圧縮し、48 kHz のサンプリング レートで約 1.8 ms の遅延を保証します。さらに、aptX Live には、ビット エラー レート(BER) が過度に高い状況で接続を支援する技術も備わっています。

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、ステレオ オーディオが短距離無線でリスナーに送信されるたびに、快適なオーディオとビデオの同期を必要とするビデオおよびゲーム アプリケーション向けです。このテクノロジは、Bluetooth 経由で 32 ミリ秒のエンドツーエンドの遅延を提供します。比較すると、標準の 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/デコードを使用して、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が利用可能です。テレビ放送におけるオーディオとビデオの同期に推奨される遅延は、+40 ミリ秒と -60 ミリ秒以内です (それぞれ、オーディオがビデオの前/後)。^[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]}主な競合製品はLLACです。

aptX HDまたはaptX High Definitionのビットレートは 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の高解像度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であると考えられています。^[38]ただし、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。これには、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が含まれます。「ニアロスレス」コーディングは高解像度オーディオ品質を維持し、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 内のもう 1 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、圧縮レベルや計算の複雑さなどの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、他の構成可能なパラメータの設定に応じて、48 kHz サンプリング オーディオで 1 ミリ秒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 5 ミリ秒以下など小さく制限されている場合、他のロスレス コーデックに比べて特に優れたパフォーマンスを発揮するため、遅延に敏感なインタラクティブ 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に比べ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機能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ーの設定に応じて、aptX HD は、信号処理拡張機能を備えた最新のRISCプロセッサーでわずか 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）が急速に変化する通信リンク上でデータが破損または損失した場合に、デコーダーの迅速な再同期を可能にします。パラメータの設定に応じて、デコーダーの再同期は1〜2ミリ秒以内に発生します。^{[39] [40]}

aptX Adaptiveは、プレミアムオーディオ品質と低レイテンシーを目的とした、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も機能します。^[36] Qualcomm は、新しい圧縮アルゴリズムが 5:1 から 10:1 の圧縮率を提供すると主張しています。これにより、279 kbit/s および 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 および 24 ビット深度をサポートします。ただし、実際の 96 kHz のサポートは、実際の製品ハードウェアの実装に依存します。たとえば、B&O H95 は、AptX Adaptive をサポートしていても最大 48 kHz 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、他のコーデックに比べて遅延の利点はありません。^[41] aptX Adaptiveは、古いaptXおよびaptX HDコーデックとの下位互換性もありますが、aptX LLとは互換性がありません。^{[36] [42] [43] [44]}

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声品質を大幅に向上させるように設計されています。これは、Bluetoothハンズフリープロファイル内で32kHzの音声通話品質を提供することによって実現されます。^[45]

2021年にクアルコムは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 High Speed Linkテクノロジーを利用して、良好なRF環境で最大約1.2mbit/sまで拡張します。^[22]

サンプルの CD 品質 16 ビット 44 kHz (最大 22 kHz の信号帯域幅) ストリームは、2 層の 64 タップ QMF (直交ミラー フィルター) によって、11 kHz の 4 つの 16 ビット サブバンド (それぞれ最大 5.5 kHz の信号帯域幅) に分割されます。最初の 64 タップ QMF は 2 つのバンド (0～11 kHz および 11～22 kHz バンド) に分割され、次にそれぞれが別の 64 タップ QMF に送られ、0～5.5 kHz、5.5～11 kHz、11～16.5 kHz、16.5～22 kHz の 4 つのバンドに分割されます。一般に、低帯域と比較して高帯域では分散が減少することが予想されるため、ADPCM を使用してビットを最適に割り当てます。

各バンドは、バンド 1 (0-5.5 kHz スペクトル) に 8 ビット、バンド 2 (5.5–11 kHz) に 4 ビット、バンド 3 と 4 (11-16.5 kHz と 16.5–22 kHz) にそれぞれ 2 ビットのビット割り当てを使用して ADPCM でコード化されます。将来的には、各サブバンドの分散分析に基づいて、たとえば 9、2、3、2 などの適応ビット再割り当てを行うように変更される予定です。

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、その後、(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 (わずかな遅延を追加)、短期RMSEアナライザーを使用してダイナミック レンジを縮小し、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、標準の PCM 1.4 Mbit ストリームが 352 Kbit/秒の aptX ストリームに変換されます。

詳細はEP0398973B1 ^[46]特許に記載されています。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。

• コーデックのリスト
• LDAC (コーデック) (競合コーデック)
• LHDCとLLAC (競合コーデック)
• 非可逆データ圧縮

• 公式サイト
• 記事は第 2 のコーディング ファミリーをスキップ、ラジオ ワールド2007 年 12 月 9 日
• 「エンターテイメント エンジニアリング、第 6 巻、第 6 号: HD デジタル オーディオのライセンス可能な知的財産」(PDF)。2012 年 2 月 16 日時点のオリジナルからアーカイブ。2009年6 月 29 日閲覧。{{cite web}}: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link)