MP4 AAC (上)
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引 言
世间万物都不断在更新换
代，音频格式也是如此。如：磁带被ＣＤ所取代；ＣＤ被ＤＶＤ－Ａｕｄｉｏ逐步取代；而随着时间推移和技术进步，时下主流的ＭＰ ３音频格式，也越来越不能满足人们的需要。
由于ＭＰ ３音频格式的压缩率落后于Ｏｇｇ、ＷＭＡ、ＶＱＦ等格式，音质也不够理想，只有两个声道，于是Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ ＩＩＳ（设立在德国的国际性研究室，ＭＰ３技术专利的持有者）与ＡＴ＆Ｔ、索尼、杜比、诺基亚等公司联手合作，共同开发出被誉为“２１世纪数据压缩方式”的ＭＰＥＧ－２ ＡＡＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ａｕｄｉｏ Ｃｏｄｉｎｇ：先进音频编码）音频格式，以取代ＭＰ ３的位置。
其实，ＡＡＣ的算法在１９９７年就已经完成，当时被称为ＭＰＥＧ－２ＡＡＣ，并确定为ＭＰＥＧ－２标准的延伸。但是，随着ＭＰＥＧ－４音频标准在２０００年成型，ＭＰＥＧ－２ ＡＡＣ又被当作ＭＰＥＧ－４编码技术的核心，同时增加了一些新的编码技术，更名为
ＭＰＥＧ－４ ＡＡＣ。目前业内所讲的ＡＡＣ，若没有明确注解，一般专指ＭＰＥＧ－２ ＡＡＣ。
澄清概念 以正视听
１． ＭＰＥＧ：是一个组织，不是技术标准。
ＭＰＥＧ是Ｍｏｔｉｏｎ Ｐｉｃｔｕｒｅｓ Ｅｘｐｅｒｔ
Ｇｒｏｕｐ（运动图像专家组）的缩写，１９８７年成立，是专门从事视频压缩平台标准开发和制订的全球性组织，成员单位遍及全球，约有６０多家。其开发和制订的系列标准有ＭＰＥＧ－１、ＭＰＥＧ－２、ＭＰＥＧ－３、ＭＰＥＧ－４、ＭＰＥＧ－７、ＭＰＥＧ－２１等，但目前经ＩＴＵ（国际电信联盟）认可通过的只有ＭＰＥＧ－１、ＭＰＥＧ－２和ＭＰＥＧ－４三个技术标准。
２． ＭＰ３：是技术标准，不是商品。
在ＭＰＥＧ－１技术标准中，主要有ＭＰＥＧ－１ Ｖｉｄｅｏ（视频）和ＭＰＥＧ－１ Ａｕｄｉｏ（音频）两个编码方案；而在ＭＰＥＧ－１ Ａｕｄｉｏ编码方案中又有三种音频压缩模式或称为三个不同层的技术标准，即Ｌａｙｅｒ １、Ｌａｙｅｒ ２ 和Ｌａｙｅｒ ３。
Ｌａｙｅｒ １：英文全称是“ＭＰＥＧ－１Ａｕｄｉｏ Ｌａｙｅｒ １”，简称为ＭＰ １。ＶＣＤ中使用的音频压缩方案就是ＭＰ １。
Ｌａｙｅｒ ２：英文全称是“ＭＰＥＧ－１Ａｕｄｉｏ Ｌａｙｅｒ ２”，Ｌａｙｅｒ ２采用的是ＭＵＳＩＣＡＭ（自适应掩蔽模型的通用子
【摘 要】“ＭＰ ４播放器”在市场上的热炒，引发了人们对ＭＰ４及其音频格式 —— ＡＡＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ａｕｄｉｏ Ｃｏｄｉｎｇ：先进音频编码）技术标准的诸多探讨，本文从ＭＰＥＧ组织及研发制订的技术标准入手，对ＡＡＣ及相关技术进行了多层次分析和论述，以提高业内人士对ＡＡＣ技术及相关标准的了解和掌握，尤其对目前围绕ＭＰ３、ＭＰ４等概念产生的混淆进行了细致的剖析。
【关键词】ＭＰＥＧ ＭＰ ３ ＭＰ ４ ＡＡＣ
论MP4音频格式 技术□ 文／冯传岗（江苏省泰州市广播电视局科技处）
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编者按：影音娱乐数字化，这已经成为全球信息产业的支柱型推动力，形形色色的ＭＰ３、ＭＰ４播放器、ＰＭＰ（个人多媒体播放器）成为年轻人甚至中老年人的新宠，也造成极大的概念混乱。从技术标准的本源溯流而上，其究竟是一种什么样的体系结构？本刊特约业内专家冯传岗先生撰专文分析，分上下两期发出，以飨读者。
欢迎您积极参与讨论，邮件请发：ｂａｏ－ｒａｎ＠ｃｃｗ．ｃｏｍ．ｃｎ
（ 本期发表 √下期发表 ◎ ）
壹 引言 √
贰 澄清概念，以正视听√
１． ＭＰＥＧ：是组织，不是技术标准。２． ＭＰ３：是技术标准，不是商品。√３． ＭＰＥＧ与ＭＰ ３√
４． ＭＰ ４：是商品，不是技术标准。√５． Ａ２Ｂ：融合了“音乐传播认证”功能√叁 ＭＰＥＧ－２ ＡＡＣ◎
１． ＡＡＣ的指导思想２． ＡＡＣ的工作方式３． ＭＰ ４的加密技术４． ＭＰＥＧ－２和ＭＰＥＧ ２．５５． ＡＣＣ任意信道方式６． ＡＣＣ的声音感知编码
肆 ＡＡＣ编／解码器的结构及标准配置 ◎
１． 基本配置２． 低复杂性配置３． 可变采样率配置伍 结 语 ◎
壹
贰
目 录
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带综合编码和复用）技术，业内将之称为ＭＵＳＩＣＡＭ，简称为ＭＰ ２。ＭＰ ２由于其复杂程度不太高且声音质量优异（达到了ＣＤ质量），目前在广播电视数字演播室、ＤＡＢ、ＤＶＢ等数字节目的制作、交换、存储、传送中得到广泛应用。
Ｌａｙｅｒ ３：英文全称是“ＭＰＥＧ－１Ａｕｄｉｏ Ｌａｙｅｒ ３”，简称为ＭＰ ３。ＭＰ３在低码率条件下具备相对高水准的声音质量，使其成为软解压及网络广播的宠儿。
在ＭＰＥＧ官方公布的ＭＰＥＧ－１ 标准的《ＩＳＯ／ＩＥＣ １１１７２－３》中，已经明确表示：“ＭＰ ３和ＭＰＥＧ－１ ＡｕｄｉｏＬａｙｅｒ ３是指同一件事情”。
Ｌａｙｅｒ技术的发布者ＦｒａｕｎｈｏｆｅｒＩＩＳ－Ａ（后缀－Ａ是指Ａｕｄｉｏ即音频部分）及官方技术文献也写明：“ＭＰ３就是ＭＰＥＧ－１ Ａｕｄｉｏ Ｌａｙｅｒ ３”。此外，在很多知名厂商，如Ｓｏｎｙ、Ｐｈｉｌｉｐｓ等公司的一些相关技术文献中，也直接说明：“ＭＰ３就是ＭＰＥＧ－１ Ａｕｄｉｏ Ｌａｙｅｒ ３”。
在《ＩＳＯ／ＩＥＣ １３８１８－２》（ＭＰＥＧ－２标准）中规定：“ＭＰＥＧ－１ ＡｕｄｉｏＬａｙｅｒ ３还可以定义在ＭＰＥＧ－２ Ａｕ－ｄｉｏ中”。也就是说，ＭＰ３的编码技术及方案不仅适用于ＭＰＥＧ－１，而且也适用于ＭＰＥＧ－２。
３． ＭＰＥＧ与ＭＰ３
早在１９９２年，ＭＰＥＧ组织就推出了ＭＰＥＧ－ｌ标准，当时人们无不为
其高效的压缩技术（１∶１０至１∶１２）及图像质量惊叹，其迅速成为欧洲ＶＣＤ的基础，并红极全球，给为标准制订提供研发费用的厂商带来了极大回报。今天看来，ＭＰＥＧ－ｌ标准的３５２×２８８图像像素分辨率和视频质量相对较低，属于低清晰度数字电视（ＬＤＴＶ），只适用于家庭环境，不符合高清晰度数字电视要求（ＨＤＴＶ）。但是，ＭＰＥＧ－ｌ标准的最大特点是能以较小的比特率、较大压缩比达到近乎完美的ＣＤ音质，纵观ＭＰＥＧ－１ Ａｕ－ｄｉｏ Ｌａｙｅｒ ３（ＭＰ ３）技术标准，有如下特点：
第一，ＭＰＥＧ－ｌ标准的Ｖｉｄｅｏ图像质量虽然只达到ＬＤＴＶ，但Ａｕｄｉｏ声音质量却较好。ＣＤ是以１．４ＭＢ／ｓ的数据流量来表现其优异音质的，而ＭＰ３仅仅需要１１２ ｋｂｉｔ／ｓ或１２８ ｋｂｉｔ／ｓ就可以表现出接近ＣＤ的音质。
第二，ＭＰ ３是基于ＭＰＥＧ－１标准之上的Ｌａｙｅｒ ３技术，并被定义在ＭＰＥＧ－１和ＭＰＥＧ－２这两种已经存在的国际标准的音频部分中，故其技术在商业产品的应用方面比较灵活。
第三，作为某个子家族（如：ＭＰＥＧ－１、ＭＰＥＧ－２ 和ＭＰＥＧ－４）
中的成员（如：ＭＰＥＧ－１ ＡｕｄｉｏＬａｙｅｒ ３）难以与子家族相提并论，如图１所示。
４． ＭＰ４：是商品，不是技术标准。
ＭＰ４这个名称是由ＧＭＯ公司（Ｇｌｏｂａｌ Ｍｕｓｉｃ Ｏｎｅ）提出并确定的，ＭＰ４不是技术标准，不是ＭＰＥＧ－４技术标准的简称，更不是ＭＰＥＧ－１ Ａｕ－ｄｉｏ技术标准中的Ｌａｙｅｒ ４（第四层），ＭＰ ４只是一种商品。
之所以说ＭＰ ４是一个商品，是因
为ＭＰ ４出现的主要目的就是“意图采用一种带有版权限制的音乐格式，去
取代目前在网络上日益泛滥的ＭＰ ３”。
也就是说，ＭＰ ４真正的意义是解决版权问题，这一点和ＭＰ ３的源起不同。对唱片公司来说，ＭＰ ３的问题是流行的范围太广，传播的速度太快，技术太容易掌握，使得民众忽视了著作者和出版者应享有的版权利益。其表现为ＭＰ ３的大肆传播以及非法贩卖，这实际上已经侵犯了音乐出版物的版权。于是，ＧＭＯ针对ＭＰ３提出了“基于ＡＴ＆Ｔ公司授权的ＡＡＣ改良技术”，即在ＡＡＣ技术标准的基础上，增加“音乐传播认证”功能，并改名为Ａ２Ｂ技术（Ａ２Ｂ与ＡＡＣ虽有一些小小的不同，但实际上还是ＡＡＣ技术，目前国外的一些技术文献将二者视为同一种技术）
，同时在播
图１ ＭＰＥＧ家庭及成员结构图
图３ ＡＡＣ技术产生发展变化过程图
图２ 形形色色的数码播放器
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放器中实施，为了迎合市场需求，激发消费者购买欲，将这种播放器命名为ＭＰ ４。
这样，一个旨在和无法无天、无版权的ＭＰ ３一较高低，依托ＡＡＣ技术标准的电子商品 —— ＭＰ ４诞生了。
由此可见，ＭＰ ４名称的提出和其本身的技术含义并没有任何联系，只是为了迎合市场，方便民众记忆。若从技术标准及其演变情况来命名，其叫做ＡＡＣ或Ａ２Ｂ，都比叫ＭＰ ４有些“道理”，如图３所示。
反观ＭＰＥＧ－４，是一种多媒体应用技术标准，它提供了交互使用图像以及多媒体的合成技术。ＭＰＥＧ－４技术的主要特点是“在范围极广的比特率下，对自然以及合成音频的编码及组合，是用一种新规范包容了所有多媒体应用及开放型的技术”。如今，ＭＰＥＧ－４已发展成一个具体的模块（黑匣子）—— 大规模的ＩＣ（集成电路）。
再次，在ＭＰＥＧ－１标准中，没有Ｌａｙｅｒ ４（第四层）这个概念。ＭＰＥＧ－１ Ａｕｄｉｏ Ｌａｙｅｒ ３技术标准的发展，没有进入Ｌａｙｅｒ４，而是进入ＭＰＥＧ－２ ＢＣ（Ｂａｃｋｗａｒｄ Ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ：后向兼容编码）技术标准，之后又进入ＭＰＥＧ－２ ＮＢＣ（Ｎｏｎ－Ｂａｃｋ－ｗａｒｄ Ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ：后向不兼容
编码）和ＭＰＥＧ－２ ＡＡＣ技术标准的制订，如图３所示。
５． Ａ２Ｂ：融合了“音乐传播认
证”功能
ＧＭＯ针对ＭＰ ３，提出了“在基于ＡＴ＆Ｔ公司授权的ＡＡＣ技术基础上，增加音乐传播认证功能”，从而产生了新的技术 —— Ａ２Ｂ。
Ａ２Ｂ主要由三个部分组成。第一部分：音频压缩技术专利Ａ２Ｂ是ＡＴ＆Ｔ的音频压缩技术专利，Ａ２Ｂ可以将ＡＡＣ压缩比提高到１∶２０而不损失音质。这样，压缩一首３分钟的歌曲仅仅需要２．２５ＭＢ
的数据量，
图３ ＡＡＣ技术产生发展变化过程图
使其通过互联网传播和下载速度非常“爽”。
第二部分：安全数据库
Ａ２Ｂ技术可以为Ａ２Ｂ Ｍｕｓｉｃ创建一个特定密钥，同时将此密钥存于其数据库中。并约定：“只有Ａ２Ｂ播放器才能播放含有这种密钥的Ｍｕｓｉｃ”。这实际上是在商家和民众之间建立了
一个条件管理和接收的系统。
第三部分：协议认证
协议认证包含了复制许可、允许复制副本数目、Ｍｕｓｉｃ总时间、Ｍｕｓｉｃ可以播放时间以及售卖许可等信息。
协议认证的工作原理如下：首先认证该Ｍｕｓｉｃ内部的密钥，然后核实安全数据库中的密钥并找到其许可协议。这样就决定了Ｍｕｓｉｃ以何种形式播放以及是否可以拷贝、贩卖。同时，数据库中的许可协议可以根据用户要求随时修改，使得Ａ２Ｂ Ｍｕ－ｓｉｃ本身包含的版权信息也可以随时更换。这是一种融合了“音乐传播认证”功能的技术，解决了ＭＰ ３带来的版权纠纷。■
（下期待续）
图４ 形形色色的数码播放器