摘要：本文介紹了MPEG音頻編解碼器及其應用，并展現現代音頻編碼方案最成功的創建者Fraunhofer IIS。

　　MPEG Audio Codec：From MP3 to xHE-AAC

　　音頻編解碼器是現代媒體系統的基礎核心之一。沒有音頻編解碼器，就不會有現在的數字廣播、流媒體服務及音樂發行。首個同時也仍是最主流的MPEG音頻編解碼器是于1998年面市的mp3。此后，Fraunhofer IIS和其他ISO-MPEG成員參與者開發并制定了多個音頻編解碼器。 每個MPEG音頻編解碼器已經或將會改變我們消費媒體的方式。

　　MPEG L3： mp3

　　mp3徹底改變了音樂產業，也改變了消費者購買和享受音樂的方式。mp3目前仍然是音樂發行的主要格式，因為mp3文件可以在任何設備上隨時隨地播放。mp3技術于上世紀80年代末開始開發，1995年，隨著以 “.mp3”為后綴的文件的誕生，該技術達到了頂峰。同年，Fraunhofer IIS推出了第一個mp3播放器的硬件原型。該文件后綴mp3很快成為 “MPEG Layer 3”標準名稱的替稱，但是直到三年后，即1998年，第一款mp3播放器才投放市場。

　　mp3是一種感知型音頻編解碼器，這類編解碼器基于人類聽覺系統的感知模型。這些模型描述了人耳能夠感知以及無法感知的音頻信號元素，無論聽眾的耳朵是否經受過訓練。通過分析音頻信號，mp3和其他感知型音頻編解碼器確認了以上事實，即音質各指標可按人耳的感知優先排序，并在最終音頻文件中精細的表現出來。因此，如果比特率(即至少192 kb/s)選擇得當，聽眾則無法辨別mp3文件與源文件之間的差別。

　　不僅mp3基于感知模型，目前大部分的MPEG系列的音頻編解碼器也能夠明智的利用人類聽覺系統，來降低數據速率和文件大小。AAC系列的音頻編解碼器也不例外。　　

　　AAC系列

　　AAC-LC
　　在市場大規模采用mp3之前，MPEG就已開發另一款音頻編解碼器。目的是在顯著降低數據速率的同時實現與mp3同樣高品質的音頻質量。自此，開啟了研發序幕，從1994 年的AAC ，至2012年的擴展型HE-AAC。整個編解碼器系列序幕。

　　1994年，根據MPEG-2格式制定了首款新型AAC編解碼器，命名為高級音頻編碼(Advanced Audio Coding，AAC)。根據mp3和其他編解碼器專利的開發經驗，AT&T、Dolby、Fraunhofer IIS以及Sony等主要參與者從頭開始設計一款最先進的新型音頻編解碼器。通過增加感知噪聲建模(Perceptual Noise Shaping，PNS)、頻帶復制(Spectral Band Replication，SBR)，以及參數立體聲編碼(Parametric Stereo，PS)等工具，將MPEG-2 AAC編解碼器擴展至MPEG-4標準。

　　基本的MPEG-4 AAC配置被稱為AAC-LC(低復雜性)的配置。它能提供“水晶般”的音頻質量。在音頻編碼域中，“水晶般”音頻的編碼信號雖然在數學上與源文件有差異，但即便是擁有“金耳朵”的聽力專家也無法辨別其與源文件的區別。因此，AAC-LC可以滿足廣播公司最高的音頻質量要求。立體聲AAC-LC比特率通常為128-192 kb/s，5.1多聲道AAC-LC比特率為320 kb/s，兩種AAC均以立聲道進行編碼。AAC-LC是目前最靈活的音頻編解碼器之一，采樣率從8 kHz到192 kHz，每聲道的比特率高達256 kb/s，并支持48聲道。該配置最著名的應用就是Apple iTunes，并已用于日本ISDB數字電視標準。　　

　　HE-AAC 和 HE-AACv2
　　MPEG-4“高效配置(High Efficiency Profile, HE-AAC)”結合了MPEG-4 AAC-LC和參量頻譜復制(Spectral Band Replication，SBR)工具，從而可以進一步降低總比特率，同時保持出色的音頻質量。當立體聲信號的比特率低于128 kb/s時，HE-AAC與同音頻質量的AAC-LC相比，比特率降低了30%。對于HE-AAC，低音頻頻譜使用AAC-LC進行編碼，高頻譜通過SBR工具編碼。頻譜復制是一種參數方法，可使用該頻譜的高低重新創建該信號的整個音頻頻譜。為了進一步降低比特率，AAC-LC編碼使用總信號50%的采樣進行低頻率編碼。HE-AAC立體聲所用的典型數據速率為48~64kb/s，HE-AAC 5.1多聲道的典型數據速率為160 kb/s。同AAC-LC一樣，HE-AAC支持8至 192kHz的采樣率、高達48個聲道以及音頻特定的元數據。