MPEG-4 AAC實時編碼器在DAB+系統中的實現

重慶郵電大學光電工程學院 謝小平

0 引言

AAC（Advanced Audio Coding，高級音頻編碼），是一種由MPEG-4標準定義的有損音頻壓縮格式，其中Low Complexity Profile（LC AAC）被廣泛用于商業市場，例如Apple非常著名的iTunes音樂庫。國際DAB+標準中音頻數據采用MPEG-4 HE-AAC v2（High Efficiency Advanced Audio Coding V2，高效率先進音頻編碼版本2）編碼方式，HEAAC v2利用了頻帶復制（Spectral Band Replication,SBR）技術和參數立體聲（parametric stereo,PS）技術[3]，達到了較高的壓縮效率，大大地節省了碼率。但HE-AAC v2計算復雜度大，硬件實現難度高，支持DAB+的發射機昂貴，成本高。MPEG-4 LC AAC編碼器復雜度相對較低，在中等碼率下的編碼效率和音質方面能找到平衡點，且滿足實時編碼的需要。本文基于FAAC開源代碼，對MPEG-4 AAC編碼器進行改進，重新編譯FAAC庫，調用FAAC編碼庫對pcm音頻數據進行編碼壓縮，使編碼后的AAC音頻能在重慶郵電大學微電子工程重點實驗室自主研發的低成本DAB+發射系統中發射。

1 MPEG-4 LC AAC編碼算法結構

AAC算法復雜度很高，具有高度模塊化的特點，有9種不同的規格，其中MPEG-4 LC AAC編碼器復雜度相對較低，在中等碼率下的編碼效率和音質方面能找到平衡點，滿足實時編碼的需要。本文中的AAC實時編碼器便是根據LC AAC類型來設計。圖1所示為LC AAC編碼器的原理框圖。

圖1 LC AAC編碼器框圖

輸入的采樣信號通過濾波器組，使用MDCT（改進離散余弦變換）將信號從時域信號轉變為頻域信號。心理聲學模型根據輸入的音頻信號計算出掩蔽閾值、信掩比。TNS（瞬時噪聲整形）和M/S立體聲編碼是可選模塊，TNS的主要功能是減少預回聲，M/S立體聲是根據左右聲道的相關性以提高編碼效率。量化模塊根據心理聲學模型計算出的掩蔽閾值和信掩比對頻譜系數進行量化處理，進行哈夫曼編碼后進行碼流打包，輸出AAC碼流[1]。

2 在DAB+系統中的實現

2.1 DAB+對AAC的限制

DAB+標準對AAC有一些限制，要求的傳輸長度是每個聲道每個AU中有960個采樣點，采樣率只支持48kHz、32kHz、24kHz、16kHz，規定將AAC音頻幀封裝在5個連續的DAB傳輸幀構成的超級幀中，以時長120ms的DAB超級幀為單位來傳送AAC音頻幀[2]。

2.2 DAB+系統原理

DAB+系統的音頻編碼處理流程如圖2所示。采樣后的PCM音頻數據經過LC AAC壓縮編碼后，進行超級幀打包處理，然后經RS編碼和虛擬交織處理后送入DAB+主服務信道編碼器[3]。

圖2 DAB+編碼流程圖

2.3 MPEG-4 LC AAC在DAB+中的實現

本文中的MPEG-4 LC AAC實時編碼器在DAB+系統中的實現，主要基于FAAC開源代碼，根據DAB+對AAC的限制，對FAAC開源代碼進行修改，然后在VS2013平臺中，編譯成FAAC靜態庫，在DAB+編碼過程中，編寫調用FAAC庫的接口代碼即可。

3 功能測試

在Windows平臺下，VS2013開發環境中，調用FAAC庫對采集到的PCM音頻信號進行編碼壓縮，經RS編碼和虛擬交織處理后，得到壓縮率較高的AAC文件，能在重慶郵電大學微電子工程重點實驗室自主研發的DAB+發射系統中進行發射，實驗室自主研發的接收機能對其進行解碼播放，且音質較好。

4 結束語

本文介紹了MPEG-4 LC AAC編碼算法，根據DAB+標準的特點和要求，在某種特殊場景下，基于FAAC開源代碼，對MPEG-4 AAC編碼器進行改進，重新編譯FAAC庫，調用FAAC編碼庫對pcm音頻數據進行編碼壓縮，使編碼后的AAC音頻能在重慶郵電大學微電子工程重點實驗室自主研發的低成本DAB+發射系統中實時發射。經多次調試，該編碼器運行穩定，復雜度相對較低，在中等碼率下的編碼效率和音質方面能找到平衡點，且滿足實時編碼的需要。

[1]卜士喜.基于DAB+系統的音頻解碼算法研究、移植與優化[D].浙江：浙江大學,2010.

[2]ETSI TS 102 563 V1.1.1.Digital Audio Broadcasting(DAB);Transport of Advanced Audio Coding(AAC)audio[S].2007.

[3]王國裕,呂娜娜.新一代數字音頻廣播DAB+的音頻處理方案分析與測試[J].電子質量,2012(01)：14-17.