音频格式之AAC：（1)AAC简介
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音频编解码格式介绍(3) AAC ：音频格式之AAC：(3)AAC编解码原理详解
文章目录
- 系列文章目录
- 前言
- 一、AAC简介
- 二、主流AAC编码器
- 三、AAC 编码的主要规格
- 四、特点
- 五、参考资料
前言
本文主要介绍AAC简介
一、AAC简介
AAC（Advanced Audio Coding），中文名：高级音频编码。出现于1997年，基于MPEG-2的音频编码技术。由Fraunhofer IIS、杜比实验室、AT&T、索尼等公司共同开发，目的是取代MP3格式。
2000年，MPEG-4标准出现后，AAC重新集成了其特性，加入了SBR技术和PS技术，为了区别于传统的MPEG-2 AAC又称为MPEG-4 AAC[1]。使得 AAC规格有三种：AAC，HE-AAC（AACPlus v1），HE-AAC v2（AACPlus v2）其关系如下：
HE：“High Efficiency”（高效性）。HE-AAC v1（又称AACPlusV1，SBR)，用容器的方法实现了AAC（LC）和SBR技术。SBR其实代表的是Spectral Band Replication(频段复制)。简要叙述一下，音乐的主要频谱集中在低频段，高频段幅度很小，但很重要，决定了音质。如果对整个频段编码，若是为了 保护高频就会造成低频段编码过细以致文件巨大；若是保存了低频的主要成分而失去高频成分就会丧失音质。SBR把频谱切割开来，低频单独编码保存主要成分， 高频单独放大编码保存音质，“统筹兼顾”了，在减少文件大小的情况下还保存了音质，完美的化解这一矛盾。
HEv2：用容器的方法包含了HE-AAC v1和PS技术。PS指“parametric stereo”（参数立体声）。原来的立体声文件文件大小是一个声道的两倍。但是两个声道的声音存在某种相似性，根据香农信息熵编码定理，相关性应该被去 掉才能减小文件大小。所以PS技术存储了一个声道的全部信息，然后，花很少的字节用参数描述另一个声道和它不同的地方。
LC-AAC，HE-AAC，HE-AAC v2比特率和主观质量之间的关系。由图可见，在低码率的情况下，HE-AAC，HE-AAC v2编码后的音质要明显好于LC-AAC[2]
二、主流AAC编码器
目前主流使用的AAC编码器有下面几种[3]，分别是：
1、Nero AAC 编码器：Nero AG开发的“ Nero AAC 编解码器”具有专有许可证[12]，并且不适用于这些操作系统能够运行的整个硬件架构。Nero 不再开发此编码器，但该软件包仍然可用，并且它仍然是 AAC 编码的高质量选项。
代码网址：https://www.rarewares.org/rrw/neroaac.php
2、FAAC 编码器： 一种命令行编码器，属免费自由软件，支持AAC Main 主规格、AAC LC 低复杂度规格和AAC LTP 长时期预测规格。解码器为FAAD
代码网址：https://faac.sourceforge.net/
3、QuickTime / iTunes 内置AAC编码器：Apple 公司两款软件都提供AAC编码功能，其编码技术来自”Dolby Laboratories”（杜比实验室）。
代码网址：https://github.com/nu774/qaac
4 FDK AAC Fraunhofer FDK AAC是一个开源库，用于以高级音频编码(AAC) 格式编码和解码数字音频。Fraunhofer IIS为Android 4.1开发了这个库。它支持多种音频对象类型，包括MPEG-2和MPEG-4 AAC LC、HE-AAC (AAC LC + SBR )、HE-AACv2 (LC + SBR + PS ) 以及AAC-LD（低延迟）和 AAC-ELD（增强型低延迟）用于实时通信。编码库支持高达 96 kHz 的采样率和多达8 个通道（7.1 环绕声）。ffmpeg外挂aac编解码库选用fdk aac。
代码网址：https://github.com/mstorsjo/fdk-aac
5 libavcodec原生 AAC编码器（由FFmpeg和Libav维护的单独版本）是实验性的，但至少在某些测试中被认为“比 vo-aacenc 更好”。它由 Konstantin Shishkov 编写，并在 LGPL 2.1 版本下发布。FFmpeg 版本的 libavcodec 中使用的 AAC 编码器在 FFmpeg 3.0 版本中得到了显着改进，不再被视为实验性的。Libav 尚未合并这项工作。
6 libvo_aacenc，Android VisualOn AAC 编码器。该编码器在 Android 中被上面提到的 FDK AAC 编码器取代，被认为是质量较差的选项。
7（非自由）libaacplus [20]实现了高效高级音频编码
概括来说，目前使用最多是Nero AAC 编码器，其次是QuickTime / iTunes 内置AAC编码器和FAAC 编码器。相比之下，FAAC 编码器在声音高频部分要比Nero AAC好些，而在中低频下FAAC音质则不如Nero AAC，至于QuickTime / iTunes AAC则走中间路线，介乎这两者之间。
三、AAC 编码的主要规格
根据不同的编码技术，AAC 的编码分为九种规格
- MPEG-2 AAC LC 低复杂度规格（Low Complexity）。用于要求在有限的存储空间和计算能力的条件下进行压缩场合。在这种框架中，没有预测和增益控制这两种工具，TNS 的阶数比较低。编码码率在 96kbps-192kbps 之间的可以用该规格。MP4 的音频部分常用该规格。
- MPEG-2 AAC Main 主规格。具有最高的复杂度，可以用于存储量和计算能力都很充足的场合。在这种框架中，利用了除增益控制以外的所有编码工具来提高压缩效率。
- MPEG-2 AAC SSR 可变采样率规格（Scaleable Sample Rate）。在这种框架中，使用了增益控制工具，但是预测和耦合工具是不被允许的，具有较低的带宽和 TNS 阶数。对于最低的一个 PQF 子带不使用增益控制工具。当带宽降低时，SSR 框架的复杂度也可降低，特别适应于网络带宽变化的场合。
Main 和 LC 框架是变化编码算法，采用 MDCT 作为其时/频分析模块，SSR 框架则采用混合滤波器组，先将信号等带宽地分成 4 个子带，再作 MDCT 变换。在三种方案里，通过选用不同模块在编码质量和编码算法复杂度之间进行折衷。
4. MPEG-4 AAC LC 低复杂度规格（Low Complexity）
5. MPEG-4 AAC Main 主规格，包含了除增益控制之外的全部功能，音质最好
6. MPEG-4 AAC SSR 可变采样率规格（Scaleable Sample Rate）
7. MPEG-4 AAC LTP 长时期预测规格（Long Term Prediction）。在 Main Profile 的基础上增加了前向预测。
8. MPEG-4 AAC LD 低延迟预测规格（Low Delay）。AAC 是感知型音频编解码器，可以在较低的比特率下提供很高质量的主观音质。但是这样的编解码器在低比特率下的算法延时往往超过 100ms，所以并不适合实时的双向通信。结合了感知音频编码和双向通信必须的低延时要求。可以保证最大 20ms 的算法延时和包括语音和音乐的信号的很好的音质。
9. MPEG-4 AAC HE 高效率规格（High Efficency）。混合了 AAC 与 SBR（Spectral Band Replication，频段复制）技术。而新版本的 HE，即 HE v2 是 AAC 加上 SBR 和 PS（Parametric Stereo，参数立体声）技术。这样能在同样的效果上使用更低的码率。在编码码率为 32-96 Kbps 之间的音频文件时，建议首选这种规格。适合用于低码率编码
在上述规格中，主规格（Main）包含了除增益控制之外的全部功能，其音质最好，而低复杂度规格（LC）则是比较简单，没有了增益控制，但提高了编码效率。至于“SSR”对“LC”规格大体是相同，但是多了增益的控制功能。
四、特点
①提升的压缩率：可以以更小的文件大小获得更高的音质[1]；
②支持多声道：可提供最多48个全音域声道；
③更高的解析度：最高支持96KHz的采样频率；
④提升的解码效率：解码播放所占的资源更少；
杜比实验室的结论
①128Kbps的AAC立体声音乐被专家认为不易察觉到与原来未压缩音源的区别；
②AAC格式在96Kbps码率的表现超过了128Kbps的MP3格式；
③同样是128Kbps，AAC格式的音质明显好于MP3；
④AAC是唯一一个，能够在所有的EBU试听测试项目的获得“优秀”的网络广播格式。
总的来讲，AAC可以说是极为全面的编码方式，一方面，多声道和高采样率的特点使得它非常适合DVD－Audio；另一方面，低码率下的高音质则使它也适合移动通讯、网络电话、在线广播等领域，真是全能的编码方式。
五、参考资料
[1] : 百度百科AAC
https://baike.baidu.com/item/AAC/382962?fr=ge_ala
[2]：AAC规格（LC，HE，HEv2）及性能对比
https://blog.csdn.net/leixiaohua1020/article/details/11971419
[3]：FAAC
https://en.wikipedia.org/wiki/FAAC
[4]：主流使用的AAC编码器