AAC音频格式分析
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规格简述
AAC共有9种规格，以适应不同的场合的需要：
MPEG-2 AAC LC 低复杂度规格（Low Complexity）--比较简单，没有增益控制，但提高了
编码效率，在中等码率的编码效率以及音质方面，都能找到平衡点
MPEG-2 AAC Main 主规格
MPEG-2 AAC SSR 可变采样率规格（Scaleable Sample Rate）
MPEG-4 AAC LC低复杂度规格（Low Complexity）------现在的手机比较常见的MP4文件中
的音频部份就包括了该规格音频文件
MPEG-4 AAC Main 主规格 ------包含了除增益控制之外的全部功能，其音质最好
MPEG-4 AAC SSR 可变采样率规格（Scaleable Sample Rate）
MPEG-4 AAC LTP 长时期预测规格（Long Term Predicition）
MPEG-4 AAC LD 低延迟规格（Low Delay）
MPEG-4 AAC HE 高效率规格（High Efficiency）-----这种规格适合用于低码率编码，有Nero ACC 编码器支持
目前使用最多的是LC和HE(适合低码率)。流行的Nero AAC编码程序只支持LC，HE，HEv2这三种规格，编码后的AAC音频，规格显示都是LC。HE其实就是AAC（LC）+SBR技术，HEv2就是AAC（LC）+SBR+PS技术；
Hev1和HEv2用此图简单表示：
(图中AAC即指的是原来的AAC-LC)
HE：“High Efficiency”（高效性）。HE-AAC v1（又称AACPlusV1，SBR)，用容器的方法实现了AAC（LC）+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。
频段复制（SBR）
简要叙述，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。
参数立体声(PS）
对于之前的立体声文件来说，其文件大小是单声道的两倍，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，之后，用很少的字节当作参数来描述另一个声道和它不同的地方。
AAC特点
(1) AAC是一种高压缩比的音频压缩算法，但它的压缩比要远超过较老的音频压缩算法， 如AC-3、MP3等。并且其质量可以同未压缩的CD音质相媲美。
(2) 同其他类似的音频编码算法一样，AAC也是采用了变换编码算法，但AAC使用了分辨率 更高的滤波器组，因此它可以达到更高的压缩比。
(3) AAC使用了临时噪声重整、后向自适应线性预测、联合立体声技术和量化哈夫曼编码等最新技术，这些新技术的使用都使压缩比得到进一步的提高。
（4) AAC支持更多种采样率和比特率、支持1个到48个音轨、支持多达15个低频音轨、具有多种语言的兼容能力、还有多达15个内嵌数据流。
（5）AAC支持更宽的声音频率范围，最高可达到96kHz，最低可达8KHz，远宽于MP3的16KHz-48kHz的范围。
（6）不同于MP3及WMA，AAC几乎不损失声音频率中的甚高、甚低频率成分，并且比WMA在频谱结构上更接近于原始音频，因而声音的保真度更好。专业评测中表明，AAC比WMA声音更清晰，而且更接近原音。
（7）AAC采用优化的算法达到了更高的解码效率，解码时只需较少的处理能力。
AAC音频文件格式
1. AAC的音频文件格式有ADIF ＆ ADTS：
ADIF：Audio Data Interchange Format 音频数据交换格式。这种格式的特征是可以确定的找到这个音频数据的开始，不需进行在音频数据流中间开始的解码，即它的解码必须在明确定义的开始处进行。故这种格式常用在磁盘文件中。
AAC的ADIF格式见下图：
ADTS：Audio Data Transport Stream 音频数据传输流。这种格式的特征是它是一个有同步字的比特流，解码可以在这个流中任何位置开始。它的特征类似于mp3数据流格式。
图中表示出了ADTS一帧的简明结构，其两边的空白矩形表示一帧前后的数据。
简单说，ADTS可以在任意帧解码，也就是说它每一帧都有头信息。ADIF只有一个统一的头，所以必须得到所有的数据后解码。且这两种的header的格式也是不同的，目前一般编码后的和抽取出的都是ADTS格式的音频流。
ADIF和ADTS的header
ADIF 的头信息：
ADIF头信息位于AAC文件的起始处，接下来就是连续的 raw data blocks。
组成ADIF头信息的各个域如下所示：
ADTS 的固定头信息：
· syncword：帧同步标识一个帧的开始，固定为0xFFF
· ID：MPEG 标示符。0表示MPEG-4，1表示MPEG-2
· layer：固定为'00'
· protection_absent：标识是否进行误码校验。0表示有CRC校验，1表示没有CRC校验
· profile：标识使用哪个级别的AAC。1: AAC Main 2:AAC LC (Low Complexity) 3:AAC SSR (Scalable Sample Rate) 4:AAC LTP (Long Term Prediction)
· sampling_frequency_index：标识使用的采样率的下标
· private_bit：私有位，编码时设置为0，解码时忽略
· channel_configuration：标识声道数
· original_copy：编码时设置为0，解码时忽略
· home：编码时设置为0，解码时忽略
ADTS的可变头信息：
· copyrighted_id_bit：编码时设置为0，解码时忽略
· copyrighted_id_start：编码时设置为0，解码时忽略
· aac_frame_length：ADTS帧长度包括ADTS长度和AAC声音数据长度的和。即 aac_frame_length = (protection_absent == 0 ? 9 : 7) + audio_data_length
· adts_buffer_fullness：固定为0x7FF。表示是码率可变的码流
· number_of_raw_data_blocks_in_frame：表示当前帧有number_of_raw_data_blocks_in_frame + 1 个原始帧(一个AAC原始帧包含一段时间内1024个采样及相关数据)。
（1）帧同步目的在于找出帧头在比特流中的位置，13818-7规定，aac ADTS格式的帧头同步字为12比特的“1111 1111 1111”.
（2）ADTS的头信息为两部分组成，其一为固定头信息，紧接着是可变头信息。固定头信息中的数据每一帧都相同，而可变头信息则在帧与帧之间可变。
3.AAC元素信息
在AAC中，原始数据块的组成可能有六种不同的元素：
SCE: Single Channel Element单通道元素。单通道元素基本上只由一个ICS组成。一个
原始数据块最可能由16个SCE组成。
CPE: Channel Pair Element 双通道元素，由两个可能共享边信息的ICS和一些联合立体
声编码信息组成。一个原始数据块最多可能由16个SCE组成。
CCE: Coupling Channel Element 藕合通道元素。代表一个块的多通道联合立体声信息
或者多语种程序的对话信息。
LFE: Low Frequency Element 低频元素。包含了一个加强低采样频率的通道。
DSE: Data Stream Element 数据流元素，包含了一些并不属于音频的附加信息。
PCE: Program Config Element 程序配置元素。包含了声道的配置信息。它可能出现在
ADIF 头部信息中。
FIL: Fill Element 填充元素。包含了一些扩展信息。如SBR，动态范围控制信息等。
4.AAC文件处理流程
(1) 判断文件格式，确定为ADIF或ADTS
(2) 若为ADIF，解ADIF头信息，跳至第6步。
(3) 若为ADTS，寻找同步头。
(4) 解ADTS帧头信息。
(5) 若有错误检测，进行错误检测。
(6) 解块信息。
(7) 解元素信息。
术语说明
AAC: Advanced Audio Coding 高级音频编码
AAC LC: AAC with Low Complexity AAC的低复杂度配置
AAC plus: 也叫HE-AAC, AAC+,MPEG4 AAC LC加入SBR模块后形成的一个AAC版本
MPEG：Motion Picture Expert Group
IMDCT：反离散余弦变换
ADIF：Audio Data Interchange Format 音频数据交换格式
ADTS：Audio Data Transport Stream 音频数据传输流
SCE: Single Channel Element单通道元素
CPE: Channel Pair Element 双通道元素
CCE: Coupling Channel Element 藕合通道元素
DSE: Data Stream Element 数据流元素
PCE: Program Config Element 程序配置元素
FIL: Fill Element 填充元素
ICS: Individual Channel Stream 独立通道流
PNS: Perceptual Noise Substitution 知觉噪声替换
SBR: Spectral Band Replication 频段复制
TNS: Temporal Noise Shaping 瞬时噪声整形
ch：channel 通道
PS：parametric stereo 参数立体声
SBR：Spectral Band Replication 频段复制