AAC音频格式

目录

AAC音频格式介绍

主要特点

技术优势

常见文件扩展名

应用领域

AAC与PCM的区别与优势对比

基本概念差异

主要技术区别

各自优势

PCM的优势

AAC的优势

应用场景选择

AAC音频数据格式解析

[1. AAC 文件格式](#1. AAC 文件格式)

[(1) ADIF (Audio Data Interchange Format)](#(1) ADIF (Audio Data Interchange Format))

[(2) ADTS (Audio Data Transport Stream)](#(2) ADTS (Audio Data Transport Stream))

[2. AAC 裸流格式（Raw AAC）](#2. AAC 裸流格式（Raw AAC）)

[(1) AudioSpecificConfig](#(1) AudioSpecificConfig)

[(2) AAC 数据帧](#(2) AAC 数据帧)

[3. AAC 编码类型（Profile）](#3. AAC 编码类型（Profile）)

[4. AAC vs. MP3 数据对比](#4. AAC vs. MP3 数据对比)

[5. 解析工具](#5. 解析工具)

总结

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AAC音频格式介绍

AAC（Advanced Audio Coding，高级音频编码）是一种有损数字音频压缩格式，由MPEG（Moving Picture Experts Group）和ISO/IEC联合开发，作为MP3格式的后继者。

主要特点

1. 高效压缩：在相同比特率下，AAC通常能提供比MP3更好的音质

2. 广泛支持：被Apple iTunes、YouTube、Android、iOS等广泛采用

3. 采样率范围：8-96 kHz

4. 多声道支持：最多支持48个声道

5. 扩展性：支持可变比特率(VBR)和恒定比特率(CBR)

技术优势

• 采用改进的滤波器组（改进的离散余弦变换）

• 时域噪声整形(TNS)

• 预测技术

• 联合立体声编码

• 量化噪声处理更精细

• 更高效的霍夫曼编码

常见文件扩展名

• .aac - ADIF格式的AAC文件

• .m4a - MPEG-4音频（通常为AAC编码）

• .mp4 - MPEG-4容器（可能包含AAC音频）

应用领域

1. 流媒体服务（如Spotify、Apple Music）

2. 数字电视和广播

3. 移动设备音频

4. 视频游戏音效

5. 网络视频（如YouTube）

AAC已成为当今最流行的音频格式之一，尤其在苹果生态系统中占据主导地位。

AAC与PCM的区别与优势对比

基本概念差异

PCM (脉冲编码调制)：

• 原始无损音频格式

• 直接记录声音波形的数字样本

• 未压缩格式，文件体积大

• CD音频的标准格式(44.1kHz/16bit)

AAC (高级音频编码)：

• 有损压缩音频格式

• 使用心理声学模型去除人耳不易察觉的声音信息

• 通过复杂算法大幅减小文件体积

• MPEG标准的一部分，广泛用于流媒体和移动设备

主要技术区别

特性	PCM	AAC
压缩方式	无压缩	有损压缩
数据量	大(约10MB/分钟CD音质)	小(约1MB/分钟128kbps)
音质	原始无损	接近无损(高比特率时)
处理复杂度	低	高(编解码需要更多计算)
延迟	低	较高(编码需要缓冲)

各自优势

PCM的优势

1. 完美音质：保留原始音频所有细节

2. 低处理延迟：无需编解码，实时性好

3. 编辑友好：多次编辑不会造成音质损失

4. 通用兼容：所有音频设备都支持基本PCM格式

5. 专业应用：音乐制作、录音棚等专业领域标准

AAC的优势

1. 高效压缩：比MP3更高效，相同体积音质更好

2. 节省空间：适合移动设备和流媒体传输

3. 网络友好：减少带宽需求，加快传输速度

4. 广泛支持：苹果生态、Android、流媒体平台普遍支持

5. 灵活比特率：支持从低质量语音到高质量音乐的不同需求

应用场景选择

使用PCM的情况：

• 专业音频制作和母带处理

• 需要多次编辑的音频工程

• 对延迟敏感的实时音频应用

• 需要绝对保真度的场景

使用AAC的情况：

• 消费级音乐播放和流媒体

• 移动设备存储音频文件

• 网络视频的音频轨道

• 需要节省存储空间的场合

现代音频系统通常会根据需要在PCM和AAC之间转换，如在录音时使用PCM，分发时转换为AAC。

AAC音频数据格式解析

AAC（Advanced Audio Coding）是一种高效的有损音频压缩格式，广泛应用于流媒体、数字广播和移动设备。其数据格式可以分为文件格式 和裸流格式两种主要形式。

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1. AAC 文件格式

AAC通常以容器格式存储，常见的包括：

• .aac（ADIF 或 ADTS 格式）

• .m4a（MPEG-4 容器，通常为 AAC-LC）

• .mp4（MPEG-4 视频/音频容器）

• .3gp（移动设备常用）

(1) ADIF (Audio Data Interchange Format)

• 特点：整个文件只有一个头部，后面紧跟连续的 AAC 数据帧。

• 适用场景：本地存储，不适合流式传输（因为必须从头开始解码）。

• 结构：

  | ADIF Header | Raw AAC Data Frames... |

(2) ADTS (Audio Data Transport Stream)

• 特点：每个 AAC 数据帧前都有一个同步头，适合流媒体传输（如 HTTP Live Streaming）。

• 适用场景：网络流媒体、实时广播。

• 结构：

  | ADTS Header | AAC Frame | ADTS Header | AAC Frame | ... |

• ADTS 头结构（7或9字节）：

  字段	位数	说明
  Sync Word	12 bits	固定 0xFFF，用于帧同步
  MPEG Version	1 bit	0=MPEG-4, 1=MPEG-2
  Layer	2 bits	固定 00（AAC无Layer概念）
  Protection Absent	1 bit	1=无CRC校验，0=有CRC
  Profile	2 bits	0=AAC Main, 1=AAC LC, 2=AAC SSR, 3=AAC LTP
  Sampling Freq Index	4 bits	采样率索引（如 4=44.1kHz）
  Private Bit	1 bit	通常为 0
  Channel Config	3 bits	声道配置（如 2=双声道）
  Original/Copy	1 bit	0=原始, 1=复制
  Home	1 bit	通常为 0
  Copyright ID Bit	1 bit	版权标识
  Copyright ID Start	1 bit	版权开始标识
  Frame Length	13 bits	ADTS帧总长度（头+AAC数据）
  Buffer Fullness	11 bits	码流缓冲信息
  Num of Raw Data Blocks	2 bits	0=1个AAC帧

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2. AAC 裸流格式（Raw AAC）

AAC裸流数据通常存储在MP4等容器中，其结构由音频配置信息（AudioSpecificConfig） 和原始数据帧组成。

(1) AudioSpecificConfig

• 描述AAC的编码参数，通常存储在MP4的esds（Elementary Stream Descriptor）或ADTS头中。

• 结构（2字节或更多）：

  字段	位数	说明
  Audio Object Type	5 bits	编码类型（如 2=AAC-LC）
  Sampling Freq Index	4 bits	采样率索引（同ADTS）
  Channel Config	4 bits	声道配置（同ADTS）
  GASpecificConfig	可变	扩展参数（如帧长、是否含SBR/PS等）

(2) AAC 数据帧

• AAC 数据以帧（Frame）为单位存储，每帧包含：

  • 1024个PCM样本 （AAC-LC）或 960个样本（AAC-LD，低延迟模式）。

  • **采用改进的离散余弦变换（MDCT）**进行频域编码。

  • 使用霍夫曼编码进一步压缩数据。

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3. AAC 编码类型（Profile）

AAC有多个变种，适用于不同场景：

Profile	说明	典型应用
AAC-LC (Low Complexity)	标准AAC，平衡音质和计算量	音乐流媒体（Spotify、Apple Music）
AAC-HE (High Efficiency, v1)	结合SBR（频带复制），提高低码率音质	网络广播、低比特率传输
AAC-HEv2 (v2)	增加PS（参数立体声），进一步压缩立体声数据	超低码率语音/音乐
AAC-LD (Low Delay)	低延迟（~20ms），适合实时通信	视频会议、VoIP
AAC-ELD (Enhanced Low Delay)	增强低延迟，音质更好	高清语音通话

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4. AAC vs. MP3 数据对比

特性	AAC	MP3
压缩效率	更高（相同音质下文件更小）	较低
音质	高频保留更好，低码率表现更优	高码率接近AAC，低码率较差
帧结构	固定1024样本（LC）或960（LD）	1152样本（MPEG1）或576（MPEG2）
延迟	较高（编码需缓冲）	较低
专利	需授权（但已广泛免费支持）	专利已过期

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5. 解析工具

• FFmpeg：可提取AAC裸流并分析：

  sh

  复制

  下载

  ffmpeg -i input.aac -c:a copy -f adts output.aac

• Hex Editor：手动分析ADTS头。

• MP4Box：解析MP4中的AAC配置：

  sh

  复制

  下载

  MP4Box -info input.mp4

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总结

• ADIF 适合本地存储，ADTS 适合流式传输。

• AAC裸流 由 AudioSpecificConfig + 数据帧组成。

• AAC-LC 最常用，AAC-HE/HEv2 适合低码率，AAC-LD/ELD 适合实时通信。

• 比MP3更高效，但计算复杂度更高。

AAC凭借其高压缩比和优秀音质，已成为现代音频编码的主流标准。