编码和解码

AAC编码

2021-05-20  本文已影响0人  coder_feng

AAC概述

AAC是高级音频编码（Advanced Audio Coding）的缩写，出现于1997年，最初是基于MPEG-2的音频编码技术。由Fraunhofer IIS、Dolby Laboratories、AT&T、Sony等公司共同开发，目的是取代MP3格式。2000年，MPEG-4标准出台，AAC重新集成了其它技术（PS,SBR），为区别于传统的MPEG-2 AAC，故含有SBR或PS特性的AAC又称为MPEG-4 AAC。

AAC是新一代的音频有损压缩技术，它通过一些附加的编码技术（比如PS,SBR等），衍生出了LC-AAC,HE-AAC,HE-AACv2三种主要的编码，LC-AAC就是比较传统的AAC，相对而言，主要用于中高码率(>=80Kbps)，HE-AAC(相当于AAC+SBR)主要用于中低码(<=80Kbps)，而新近推出的HE-AACv2(相当于AAC+SBR+PS)主要用于低码率(<=48Kbps）,事实上大部分编码器设成<=48Kbps自动启用PS技术，而>48Kbps就不加PS,就相当于普通的HE-AAC。

AAC特点

ACC的规格

LC到HE发展历程图

AAC发展历程图.png

LC 适合中等比特率，比如96kbps ~ 192kbps之间
从图中可以了解到MPEG-4 AAC LC 相当于MPEG-2 AAC LC + PNS(PNS 可以提高AAC的编码效率)

PNS（Perceptual Noise Substitution）

HE 存在v1和v2 两个版本，适合低比特率
v1：适合48kbps ~ 64kbps
v2：适合低于32kbps，可在低至32kbps的比特率下提供接近CD品质的声音
MPEG-4 AAC HE v1 相当于MPEG-4 AAC LC + SBR(是一种增强的压缩技术、可以将高频信号存储在少量的SBR data中、解码器可以根据SBR data恢复出高频信号)
MPEG-4 AAC HE v2 相当于MPEG-4 AAC HE v1 + PS(是一种有损的音频压缩算法，可以进一步提高压缩率、以将左右声道信号组合成单声道信号，声道之间的差异信息存储到少量的PS data中（大概占2 ~ 3kbps）、解码器可以根据PS data中恢复出立体声信号)

SBR Spectral Band Replication
PS（Parametric Stereo）

PS.png

AAC音频文件格式

首先需要了解的是AAC文件格式有ADIF和ADTS两种

ADTS头包含了AAC文件的采样率、通道数、帧数据长度等信息。ADTS头分为固定头信息和可变头信息两个部分，固定头信息在每个帧中的是一样的，可变头信息在各个帧中并不是固定值。ADTS头一般是7个字节((28+28)/ 8)长度，如果需要对数据进行CRC校验，则会有2个Byte的校验码，所以ADTS头的实际长度是7个字节或9个字节

固定头部信息：adts_fixed_header

   /* adts_fixed_header */
    put_bits(&pb, 12, 0xfff);   /* syncword */
    put_bits(&pb, 1, 0);        /* ID */
    put_bits(&pb, 2, 0);        /* layer */
    put_bits(&pb, 1, 1);        /* protection_absent */
    put_bits(&pb, 2, ctx->objecttype); /* profile_objecttype */
    put_bits(&pb, 4, ctx->sample_rate_index);
    put_bits(&pb, 1, 0);        /* private_bit */
    put_bits(&pb, 3, ctx->channel_conf); /* channel_configuration */
    put_bits(&pb, 1, 0);        /* original_copy */
    put_bits(&pb, 1, 0);        /* home */

sampling_frequency_index

index Hz
0 96000 Hz
1 88200 Hz
2 64000 Hz
3 48000 Hz
4 44100 Hz
5 32000 Hz
6 24000 Hz
7 22050 Hz
8 16000 Hz
9 12000 Hz
10 11025 Hz
11 8000 Hz
12 7350 Hz
13 Reserved
14 Reserved
15 frequency is written explictly

profile

PROFILE SAMPLES
HE-AAC v1/v2 2048
AAC-LC 1024
AAC-LD/AAC-ELD 480/512

Channel Configuration

可变头信息:adts_variable_header()

  /* adts_variable_header */
    put_bits(&pb, 1, 0);        /* copyright_identification_bit */
    put_bits(&pb, 1, 0);        /* copyright_identification_start */
    put_bits(&pb, 13, full_frame_size); /* aac_frame_length */
    put_bits(&pb, 11, 0x7ff);   /* adts_buffer_fullness */
    put_bits(&pb, 2, 0);        /* number_of_raw_data_blocks_in_frame */

AAC编解码器

之前说到个音频的一些文件格式，包括WAV，AAC等，如果现在想对PCM数据进行ACC编码压缩的话，我们需要用到ACC编码器，相反如果想对ACC编码后的数据解压出PCM数据，那么久需要用到ACC解码器；

集中常用的ACC编解码器

支持LC/HE 规格，目前已经停止维护

FFmpeg 官方内置的AAC编解码器，在libavcodec
库中，编解码器名字叫做aac

- 支持LC规格
- 可以集成到FFmpeg的libavcodec 中，编解码器名字叫做libfaac，2016年后ffmpeg已经移除了对FAAC的支持

移除原因

- 支持LC/HE规格
- 目前质量最高AAC编解码器https://trac.ffmpeg.org/wiki/Encode/AAC

FDK AAC的学习

mac下通过brew 安装的FFmpeg通常是没有集成libfdk_aac的，这个可以在终端通过命令行下检查

 songlin@feng-sl  /usr/local/Cellar/ffmpeg/4.3.2_4/bin   master ±  ./ffmpeg -codecs | grep aac
ffmpeg version 4.3.2 Copyright (c) 2000-2021 the FFmpeg developers
  built with Apple clang version 12.0.0 (clang-1200.0.32.29)
  configuration: --prefix=/usr/local/Cellar/ffmpeg/4.3.2_4 --enable-shared --enable-pthreads --enable-version3 --enable-avresample --cc=clang --host-cflags= --host-ldflags= --enable-ffplay --enable-gnutls --enable-gpl --enable-libaom --enable-libbluray --enable-libdav1d --enable-libmp3lame --enable-libopus --enable-librav1e --enable-librubberband --enable-libsnappy --enable-libsrt --enable-libtesseract --enable-libtheora --enable-libvidstab --enable-libvorbis --enable-libvpx --enable-libwebp --enable-libx264 --enable-libx265 --enable-libxml2 --enable-libxvid --enable-lzma --enable-libfontconfig --enable-libfreetype --enable-frei0r --enable-libass --enable-libopencore-amrnb --enable-libopencore-amrwb --enable-libopenjpeg --enable-libspeex --enable-libsoxr --enable-libzmq --enable-libzimg --disable-libjack --disable-indev=jack --enable-videotoolbox
  libavutil      56. 51.100 / 56. 51.100
  libavcodec     58. 91.100 / 58. 91.100
  libavformat    58. 45.100 / 58. 45.100
  libavdevice    58. 10.100 / 58. 10.100
  libavfilter     7. 85.100 /  7. 85.100
  libavresample   4.  0.  0 /  4.  0.  0
  libswscale      5.  7.100 /  5.  7.100
  libswresample   3.  7.100 /  3.  7.100
  libpostproc    55.  7.100 / 55.  7.100
 DEAIL. aac                  AAC (Advanced Audio Coding) (decoders: aac aac_fixed aac_at ) (encoders: aac aac_at )
 D.AIL. aac_latm             AAC LATM (Advanced Audio Coding LATM syntax)

从终端的输出结果中，可以发现是没有libfdk_aac的，所以我们需要手动编译FFmpeg源码，让编译后的ffmpeg集成我们需要的功能，至于如何手动编译FFmpeg，可以参考这篇文章

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