MPEG-2 AAC技術(shù)在音頻播放器中的應(yīng)用

介紹了MP4的由來(lái)及新特點(diǎn)；并介紹了MP4基于的核心音頻壓縮技術(shù)MPEG-2 AAC（Advanced Audio Coding）技術(shù)；最后對(duì)MP4和MPEG-2 AAC技術(shù)的應(yīng)用推廣前景進(jìn)行了簡(jiǎn)單總結(jié)。

音樂(lè)的魅力是永恒的，沉醉于 優(yōu)美的旋律中，徜徉在流行的大潮里，音樂(lè)帶給人們太多的享受和夢(mèng)想。數(shù)字時(shí)代，數(shù)字音樂(lè)早已悄然滲入我們的生活，從最早出現(xiàn)的CD唱機(jī)到現(xiàn)今流行的MP3 隨身聽(tīng)和網(wǎng)絡(luò)音樂(lè)等，都是數(shù)字音樂(lè)逐漸演變出來(lái)的各種形式和內(nèi)容。MP3問(wèn)世不久，就憑著較高的壓縮比和較好的音質(zhì)創(chuàng)造了一個(gè)全新的音樂(lè)體驗(yàn)，就在MP3 日益成為一種主流的音樂(lè)格式之際，忽然間冒出個(gè)MP4。令很多人不得其詳。MP4究竟是什么？它與MP3之間有什么關(guān)系？它的出現(xiàn)對(duì)MP3有什么影響？ MP3或者M(jìn)P4的未來(lái)將會(huì)怎樣？下面將針對(duì)以上問(wèn)題展開敘述。

MP4的由來(lái)

與早已眾所周知的 MP3相比，人們對(duì)MP4的了解還不多。盡管從邏輯上來(lái)說(shuō)，當(dāng)我們聽(tīng)到或看到MP4時(shí)，會(huì)推斷這是MP3的后繼格式，事實(shí)卻要復(fù)雜得多。實(shí)際上，MP4與 MP3有著太多的不同。MP3是一種音頻壓縮的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，而MP4卻是一個(gè)商標(biāo)的名稱。雖然兩者都屬于網(wǎng)絡(luò)音樂(lè)格式的范疇，但也代表著完全不同的兩種音頻 壓縮技術(shù)和格式。

MP4的出現(xiàn)，使原來(lái)就容易混淆的MPEG標(biāo)準(zhǔn)系列變得更加 難以分辨了。MP3并不是指MPEG-3標(biāo)準(zhǔn)，而是MPEG Layer 3的簡(jiǎn)稱，這是個(gè)ISO/IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，是一種完全公開的音頻壓縮技術(shù)。而MP4既不是MPEG Layer 4的簡(jiǎn)稱，更不是MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)。它是GMO公司針對(duì)MP3侵犯音樂(lè)出版物的版權(quán)，采用了AT&T授權(quán)的基于MPEG-2 AAC（Advanced Audio Coding）的A2B音樂(lè)，并將其命名為MP4，其用意大概是想表明MP4是繼MP3之后的一種升級(jí)換代技術(shù)，這正好符合人們的思維習(xí)慣。

A2B 技術(shù)主要由以下三個(gè)部分組成。第一，AT&T的音頻壓縮技術(shù)專利，以“知覺(jué)編碼”為關(guān)鍵技術(shù)可以將AAC壓縮比提高到 20:1而不損失音質(zhì)；第二，安全數(shù)據(jù)庫(kù)，它可以為你的A2B音樂(lè)文件創(chuàng)建一個(gè)特定的密鑰，并將此密鑰置于其數(shù)據(jù)庫(kù)中，只有A2B的播放器才能播放含有這 種密鑰的音樂(lè)；第三，協(xié)議認(rèn)證，這個(gè)認(rèn)證包含了復(fù)制許可、允許復(fù)制副本數(shù)量、歌曲總時(shí)間、歌曲可以播放時(shí)間以及經(jīng)營(yíng)銷售許可等信息。

相對(duì)MP3等以往的音樂(lè)格式，MP4具有如下特點(diǎn)：

（1）每首MP4樂(lè)曲就是一個(gè)擴(kuò)展名為exe的可執(zhí)行文件，其內(nèi)嵌播放器，操作簡(jiǎn)便，在Windows里直接雙擊就可以運(yùn)行播放，十分方便；

（2）由于采用先進(jìn)的A2B音頻壓縮技術(shù)，使MP4文件的大小僅為MP3的四分之三左右，更好的音質(zhì)，更大的壓縮比，從這個(gè)角度來(lái)看MP4更適合在Internet上傳播，而且音質(zhì)也更勝一籌；

（3）獨(dú)特的數(shù)字水印，MP4采用了名為“SOLANA”的數(shù)字水印技術(shù)，可方便的追蹤和發(fā)現(xiàn)盜版行為，而且，任何針對(duì)MP4的非法解壓行為都可能導(dǎo)致MP4原文件的損毀；

（4）支持版權(quán)保護(hù)，MP4樂(lè)曲內(nèi)置了包括與作品版權(quán)持有者相關(guān)的文字、圖像等版權(quán)說(shuō)明，既可說(shuō)明版權(quán)，又表示了對(duì)作曲家和演唱（奏）者的尊重；

（5）較為完善的功能，MP4可獨(dú)立調(diào)節(jié)左右聲道的音量大小、內(nèi)置的波形/分頻動(dòng)態(tài)音頻顯示和音樂(lè)管理器可支持多種彩色圖像、網(wǎng)站鏈接及無(wú)限制的滾動(dòng)顯示文本。

由此可知，MP4是一種商品，它是利用改進(jìn)后的MPEG-2 AAC技術(shù)對(duì)音頻進(jìn)行壓縮處理，并加上由出版公司直接授權(quán)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)協(xié)議后形成一個(gè)全新形式的數(shù)字音樂(lè)標(biāo)準(zhǔn)。

MPEG-2 AAC

MPEG-2 AAC（Advanced Audio Coding）是在1997年由以Bosi、Brandenburg、Johnston等為首的音頻編碼研究提出的，它總結(jié)了MPEG-1、MPEG-2 和AC-3等的長(zhǎng)處，在MPEG 系統(tǒng)上進(jìn)一步改進(jìn)了很多新的功能，大大增強(qiáng)了編碼的靈活度，在保證音質(zhì)的同時(shí)更大限度地壓縮了碼率。同時(shí)，MPEG-2 AAC已經(jīng)成為MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)中高質(zhì)量音頻編碼的核心，是下一代音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。

為了能夠適應(yīng)于不同的應(yīng)用場(chǎng)合，在AAC標(biāo)準(zhǔn)中定義了三種不同復(fù)雜度的框架（Profile）。分別為：

Main Profile（主框架）：在這種框架具有最高的復(fù)雜度，可以用于存儲(chǔ)量和計(jì)算能力都很充足的場(chǎng)合。在這種框架中，利用了除增益控制以外的所有編碼工具來(lái)提高壓縮效率。

Low Complexity Profile（低復(fù)雜度框架）：這種框架用于要求在有限的存儲(chǔ)空間和計(jì)算能力的條件下進(jìn)行壓縮的場(chǎng)合。在這種框架中，沒(méi)有預(yù)測(cè)和增益控制這兩種工具，TNS的階數(shù)比較低。

SSR （Scalable Sample Rate） Profile（采樣率可分級(jí)框架）：在這種框架中，使用增益控制工具，但是預(yù)測(cè)和耦合工具是不被允許的，具有較低的帶寬和TNS階數(shù)。對(duì)于最低的一個(gè) PQF子帶不使用增益控制工具。當(dāng)帶寬降低時(shí)，SSR框架的復(fù)雜度也可降低，特別適應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)帶寬變化的場(chǎng)合。

MPEG-2 AAC編解碼

編碼 時(shí)，時(shí)域信號(hào)先經(jīng)增益控制模塊（只在可分級(jí)檔次使用），把信號(hào)分成4個(gè)頻帶，對(duì)信號(hào)的幅度進(jìn)行增益控制，在由濾波器組分解成為1024條頻域譜線。同時(shí)根 據(jù)輸入的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行心理聲學(xué)模型分析，計(jì)算當(dāng)前的掩蔽域值。另外，心理聲學(xué)模型還輸出M/S立體聲和強(qiáng)度立體聲處理所需的控制信息。TNS模塊對(duì)濾波器 輸出的部分譜線進(jìn)行線性預(yù)測(cè)以殘差信號(hào)代替原譜線，強(qiáng)度立體聲模塊提取信號(hào)高頻成分的包絡(luò)。M/S立體聲模塊以和信號(hào)M和差信號(hào)S代替左右聲道信號(hào)。量化 模塊進(jìn)行比特分配，盡量使量化噪聲小于掩蔽域值。量化后的信號(hào)與比例因子進(jìn)行哈夫曼編碼，最后進(jìn)行AAC組碼。把上述過(guò)程逆過(guò)來(lái)就是解碼。具體過(guò)程見(jiàn)圖1 所示的框圖。

MPEG-2 AAC把高分辨率的濾波器組、預(yù)測(cè)技術(shù)、噪聲整形技術(shù)、聯(lián)合立體聲編碼、非均勻量化和哈夫曼編碼結(jié)合在一起，可以滿足如下的要求：

（1）支持8kHz～96kHz的采樣頻率；

（2）支持輸入通道配置為1/0（單聲道）、2/0（雙聲道立體聲）和3/2+1（左/中/右、左環(huán)繞/右環(huán)繞、低頻增強(qiáng)通道）等的不同的多通道配置；

（3）在比特流語(yǔ)法中為更大數(shù)目和更小數(shù)目的通道配置留有余地；

（4）在384Kb/s的數(shù)據(jù)率和3/2通道配置中，可以獲得“不可分辨的”音質(zhì)；

（5）為了改善誤碼的消除，支持在存在誤碼的情況下維持碼流同步的機(jī)制和某種誤碼消除機(jī)制。

總結(jié)

MP3是目前最流行的一種音樂(lè) 格式，已經(jīng)占據(jù)了大量的網(wǎng)絡(luò)資源，深受廣大音樂(lè)愛(ài)好者的喜愛(ài)。因此，GMO MP4的推廣將會(huì)遇到很大的困難。但是，MP4有其獨(dú)特的優(yōu)越性，其壓縮技術(shù)優(yōu)于MP3，音質(zhì)好于MP3；從維護(hù)版權(quán)的角度看，會(huì)得到出版界的歡迎。尤其 是和A2B 壓縮技術(shù)相同的AAC 格式、編/ 解碼器、音樂(lè)已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)，正在被大眾接受并獲得發(fā)展。而且MPEG-2 AAC已經(jīng)成為MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)中高質(zhì)量音頻編碼的核心，是下一代音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。因此，隨著時(shí)間的推移和MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的推廣，作為MPEG-4音頻之 一的MPEG-2AAC必將受到重視而廣泛應(yīng)用。

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