原创 嵌入式操作教程_数字信号处理_音频编解码：3-6 AAC音频解码实验

一、实验目的

了解AAC音频格式，掌握AAC音频解码的原理，并实现将AAC格式的音频解码为PCM

二、实验原理

音频编解码的主要对象是音乐和语音，音频的编解码格式可分为无压缩的格式、无损压缩格式、有损音乐压缩格式、有损语音压缩格式和合成算法。本实验中使用的AAC格式属于有损音乐压缩格式。音频编解码的目的是减少传输的信息量和减少储存的信息。

音频的编解码的格式分类

无压缩的格式(PCM,WAV…)

无损压缩格式(APE,FLAC,LPAC,WMA_LS…)

有损音乐压缩格式(AAC,AACPlus,AC3,DTS,ATRAC,MP3,WMA,OGG,RA…)

有损语音压缩格式(AMR, GSM, LPC, SPEEX, CELP, G.7XX, ADPCM,…)

合成算法（MIDI，TTS）

AAC高级音频编解码（Advanced Audio Coding）

最初是基于MPEG-2的音频编码技术，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。其中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。

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)。

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。

AAC编解码特点

(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。

MPEG-4 AACLC解码器的基本框图

在主控模块开始运行后，主控模块将AAC比特流的一部分放入输入缓冲区，通过查找同步字得到一帧的起始。

找到后，开始进行无噪解码，无噪解码实际上就是哈夫曼解码，它的作用在于进一步减少尺度因子和量化后频谱的冗余，即将尺度因子和量化后的频谱信息进行哈夫曼编码。

通过反量化、

联合立体声、

知觉噪声替换、

瞬时噪声整形、

反离散余弦变换、

频段复制，这几个模块之后，

得出左右声道的PCM码流，再由主控模块将其放入输出缓冲区输出到声音播放设备。

程序流程

程序流程设计中首先要打开/创建输入和输出的文件，接着进行aac解码并将解码后的数据保存到pcm文件，最后关闭文件即可。

三、操作现象

实验设备

本实验所需硬件为实验板、仿真器和电源。

硬件连接

（1）连接仿真器和电脑的USB接口。

（2）将拨码开关拨到DEBUG模式01111，连接实验箱电源，拨动电源开关上电。

软件操作

导入工程，选择Demo文件夹下的对应工程

编译工程，生成可执行文件

将CCS连接实验箱并加载程序

点击运行程序

运行程序后，Console 窗口会打印信息。

大概等待5分钟，编码完成。

可看到工程目录下的song.aac文件解码生成的song.pcm文件。

可播放song.pcm，具体操作步骤如下：

（1）打开软件后，点击“文件->导入->原始数据”，

（2）选择工程目录下的song.pcm文件，数据配置如图，

（3）导入数据后，点击绿色剪头即可播放音频数据。

（4）对比后可发现其效果与AAC原文件播放内容一致。

实验结束后，先点击黄色按钮暂停程序运行，再点击红色按钮退出CCS与实验箱的连接，最后实验箱断电即可。