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Codificación de audio avanzada

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La codificación de audio avanzada ( AAC ) es un estándar de codificación de audio para la compresión de audio digital con pérdida . Fue desarrollado por Dolby , AT&T , Fraunhofer y Sony , [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] originalmente como parte de la especificación MPEG-2, pero posteriormente mejorado bajo MPEG-4 . [ 6 ] [ 7 ] AAC fue diseñado para ser el sucesor del formato MP3 (MPEG-2 Audio Layer III) y generalmente logra una mayor calidad de sonido que MP3 a la misma tasa de bits . [ 8 ] Los archivos de audio codificados en AAC se empaquetan típicamente en un contenedor MP4 , utilizando más comúnmente la extensión de nombre de archivo . [ 9 ] [ 10 ].m4a

El perfil básico de AAC (tanto MPEG-4 como MPEG-2) se llama AAC-LC ( Low Complexity ). Es ampliamente compatible en la industria y se ha adoptado como formato de audio predeterminado o estándar en productos como iTunes Store de Apple , Wii de Nintendo , [ 11 ] DSi y 3DS y PlayStation 3 de Sony . [ 12 ] También es compatible con otros dispositivos y software como iPhone , iPod , PlayStation Portable y Vita , PlayStation 5 , teléfonos móviles Android y antiguos, [ 13 ] reproductores de audio digital como Sony Walkman y SanDisk Clip , reproductores multimedia como VLC , Winamp y Windows Media Player , varios sistemas de audio para automóviles integrados , [ 14 ] y servicios de transmisión como Spotify , [ 15 ] [ a ] Apple Music , YouTube y YouTube Music . [ 16 ] AAC se ha extendido aún más a HE-AAC ( Alta Eficiencia , o AAC+), que mejora la eficiencia con respecto a AAC-LC. [ 17 ] Otra variante es AAC-LD ( Bajo Retardo ). [ 18 ]

AAC admite la inclusión de 48 canales de audio de ancho de banda completo (hasta 96  kHz) en un flujo más 16 canales de efectos de baja frecuencia ( LFE , limitados a 120 Hz), hasta 16 canales de "acoplamiento" o diálogo y hasta 16 flujos de datos. La calidad para estéreo es satisfactoria para requisitos modestos a 96 kbit/s en modo estéreo conjunto ; sin embargo, la transparencia de alta fidelidad exige velocidades de datos de al menos 128 kbit/s ( VBR ). Las pruebas de audio MPEG-4 han demostrado que AAC cumple con los requisitos denominados "transparente" por la UIT a 128 kbit/s para estéreo y 384 kbit/s para audio 5.1 . [ 19 ] AAC utiliza solo un algoritmo de transformada discreta del coseno modificada (MDCT), lo que le confiere una mayor eficiencia de compresión que MP3, que utiliza un algoritmo de codificación híbrido que es en parte MDCT y en parte FFT . [ 8 ]     

Historia

Fondo

La transformada discreta del coseno (DCT), un tipo de codificación de transformada para compresión con pérdidas , fue propuesta por Nasir Ahmed en 1972 y desarrollada por Ahmed con T. Natarajan y KR Rao en 1973, publicando sus resultados en 1974. [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] Esto condujo al desarrollo de la transformada discreta del coseno modificada (MDCT), propuesta por JP Princen, AW Johnson y AB Bradley en 1987, [ 23 ] siguiendo el trabajo anterior de Princen y Bradley en 1986. [ 24 ] El estándar de codificación de audio MP3 introducido en 1992 utilizó un algoritmo de codificación híbrido que es parte MDCT y parte FFT . [ 25 ] AAC utiliza un algoritmo puramente MDCT, lo que le da una mayor eficiencia de compresión que MP3. [ 8 ] El desarrollo avanzó aún más cuando Lars Liljeryd introdujo un método que redujo radicalmente la cantidad de información necesaria para almacenar la forma digitalizada de una canción o un discurso. [ 26 ]

AAC se desarrolló con la cooperación de AT&T Labs , Dolby , Fraunhofer IIS (que desarrolló MP3) y Sony Corporation . [ 3 ] AAC fue declarado oficialmente un estándar internacional por el Moving Picture Experts Group en abril de 1997. Está especificado tanto como la Parte 7 del estándar MPEG-2 como la Subparte 4 en la Parte 3 del estándar MPEG-4 . [ 27 ] Otras empresas han contribuido al desarrollo en años posteriores, incluyendo Bell Labs , LG Electronics , NEC , Nokia , Panasonic , ETRI , JVC Kenwood , Philips , Microsoft y NTT . [ 28 ] [ 29 ]

Normalización

En 1997, AAC se introdujo por primera vez como MPEG-2 Parte 7 , formalmente conocida como ISO / IEC 13818-7:1997 . Esta parte de MPEG-2 era nueva, ya que MPEG-2 ya incluía MPEG-2 Parte 3 , formalmente conocida como ISO/IEC 13818-3: MPEG-2 BC (Compatible con versiones anteriores). [ 30 ] [ 31 ] Por lo tanto, MPEG-2 Parte 7 también se conoce como MPEG-2 NBC (No compatible con versiones anteriores), porque no es compatible con los formatos de audio MPEG-1 ( MP1 , MP2 y MP3 ). [ 30 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]

MPEG-2 Parte 7 definió tres perfiles: Perfil de baja complejidad (AAC-LC / LC-AAC), Perfil principal (AAC Main) y Perfil de tasa de muestreo escalable (AAC-SSR). El perfil AAC-LC consiste en un formato base muy similar al formato de codificación Perceptual Audio Coding (PAC) de AT&T, [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] con la adición de conformación de ruido temporal (TNS), [ 38 ] la ventana Kaiser (descrita más adelante), un cuantificador no uniforme y una reelaboración del formato de flujo de bits para manejar hasta 16 canales estéreo, 16 canales mono, 16 canales de efecto de baja frecuencia (LFE) y 16 canales de comentarios en un flujo de bits. El perfil principal agrega un conjunto de predictores recursivos que se calculan en cada toma del banco de filtros. El SSR utiliza un banco de filtros PQMF de 4 bandas , seguido de cuatro bancos de filtros más cortos, para permitir frecuencias de muestreo escalables.

En 1999, MPEG-2 Parte 7 se actualizó y se incluyó en la familia de estándares MPEG-4, pasando a denominarse MPEG-4 Parte 3 , MPEG-4 Audio o ISO/IEC 14496-3:1999 . Esta actualización incluyó varias mejoras. Una de ellas fue la adición de tipos de objetos de audio , que permiten la interoperabilidad con diversos formatos de audio como TwinVQ , CELP , HVXC , síntesis de voz y MPEG-4 Structured Audio . Otra novedad importante de esta versión del estándar AAC es la sustitución de ruido perceptual (PNS). En este sentido, los perfiles AAC (AAC-LC, AAC Main y AAC-SSR) se combinan con la sustitución de ruido perceptual y se definen en el estándar de audio MPEG-4 como tipos de objetos de audio. [ 39 ] Los tipos de objetos de audio MPEG-4 se combinan en cuatro perfiles de audio MPEG-4: Principal (que incluye la mayoría de los tipos de objetos de audio MPEG-4), Escalable (AAC LC, AAC LTP, CELP, HVXC, TwinVQ, Síntesis de tabla de ondas, TTSI), Voz (CELP, HVXC, TTSI) y Síntesis de baja velocidad (Síntesis de tabla de ondas, TTSI). [ 39 ] [ 40 ]

El software de referencia para MPEG-4 Parte 3 se especifica en MPEG-4 Parte 5 y los flujos de bits de conformidad se especifican en MPEG-4 Parte 4. MPEG-4 Audio sigue siendo compatible con versiones anteriores de MPEG-2 Parte 7. [ 41 ]

La versión 2 de audio MPEG-4 (ISO/IEC 14496-3:1999/Amd 1:2000) definió nuevos tipos de objetos de audio: el tipo de objeto AAC de baja latencia ( AAC-LD ), el tipo de objeto de codificación aritmética segmentada por bits (BSAC), la codificación de audio paramétrica que utiliza armónicos y líneas individuales, además de versiones resistentes al ruido y a los errores (ER) de los tipos de objetos. [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ] También definió cuatro nuevos perfiles de audio: Perfil de audio de alta calidad, Perfil de audio de baja latencia, Perfil de audio natural y Perfil de interconexión de audio móvil. [ 45 ]

El perfil HE-AAC (AAC LC con SBR ) y el perfil AAC (AAC LC) se estandarizaron por primera vez en ISO/IEC 14496-3:2001/Amd 1:2003. [ 46 ] El perfil HE-AAC v2 (AAC LC con SBR y estéreo paramétrico) se especificó por primera vez en ISO/IEC 14496-3:2005/Amd 2:2006. [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] El tipo de objeto de audio estéreo paramétrico utilizado en HE-AAC v2 se definió por primera vez en ISO/IEC 14496-3:2001/Amd 2:2004. [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ]

La versión actual del estándar AAC se define en ISO/IEC 14496-3:2019. [ 53 ]

AAC+ v2 también está estandarizado por ETSI ( Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones ) como TS 102005. [ 50 ]

El estándar MPEG-4 Parte 3 también incluye otros métodos de compresión de sonido. Entre ellos se encuentran los formatos de compresión sin pérdidas, el audio sintético y los formatos de compresión de baja tasa de bits que se utilizan generalmente para la voz.

Mejoras de AAC con respecto a MP3

Advanced Audio Coding está diseñado para ser el sucesor de MPEG-1 Audio Layer 3 , conocido como formato MP3, que fue especificado por ISO / IEC en 11172-3 ( MPEG-1 Audio) y 13818-3 ( MPEG-2 Audio).

Las mejoras incluyen:

  • más frecuencias de muestreo (de 8 a 96 kHz ) que MP3 (de 16 a 48  kHz);
  • hasta 48 canales (MP3 admite hasta dos canales en modo MPEG-1 y hasta 5.1 canales en modo MPEG-2);
  • Profundidad de audio de hasta 24 bits ;
  • Tasas de bits arbitrarias y longitud de trama variable. Tasa de bits constante estandarizada con reserva de bits;
  • mayor velocidad de bits (hasta 512 Kbps en dos canales); [ 54 ]
  • mayor eficiencia y banco de filtros más simple . AAC utiliza una MDCT pura (transformada discreta del coseno modificada), en lugar de la codificación híbrida de MP3 (que era en parte MDCT y en parte FFT );
  • mayor eficiencia de codificación para señales estacionarias (AAC utiliza un tamaño de bloque de 1024 o 960 muestras, lo que permite una codificación más eficiente que los bloques de 576 muestras de MP3);
  • mayor precisión de codificación para señales transitorias (AAC utiliza un tamaño de bloque de 128 o 120 muestras, lo que permite una codificación más precisa que los bloques de 192 muestras de MP3);
  • Posibilidad de utilizar una función de ventana derivada de Kaiser-Bessel para eliminar la fuga espectral a costa de ensanchar el lóbulo principal;
  • Manejo mucho mejor de frecuencias de audio superiores a 16  kHz;
  • Estéreo de unión más flexible (se pueden utilizar diferentes métodos en diferentes rangos de frecuencia);
  • Módulos adicionales (herramientas) añadidos para aumentar la eficiencia de la compresión: TNS , predicción hacia atrás, sustitución de ruido perceptual (PNS), etc. Estos módulos se pueden combinar para constituir diferentes perfiles de codificación.

En general, el formato AAC ofrece a los desarrolladores mayor flexibilidad para diseñar códecs que el MP3, y corrige muchos de los errores de diseño de la especificación de audio MPEG-1 original. Esta mayor flexibilidad suele derivar en estrategias de codificación más concurrentes y, por consiguiente, en una compresión más eficiente. Esto se observa especialmente a tasas de bits muy bajas, donde la codificación estéreo superior, la MDCT pura y los mejores tamaños de ventana de transformación impiden que el MP3 pueda competir.

Adopción

Aunque el formato MP3 tiene soporte de hardware y software casi universal, principalmente porque fue el formato preferido durante los cruciales primeros años de la distribución generalizada de archivos de música por internet, AAC siguió siendo un fuerte competidor debido al apoyo inquebrantable de la industria. [ 55 ] Debido al dominio de MP3, la adopción de AAC fue inicialmente lenta. La primera comercialización se produjo en 1997 cuando AT&T Labs (copropietario de patentes de AAC) lanzó una tienda de música digital con canciones codificadas en MPEG-2 AAC. [ 56 ] HomeBoy para Windows fue uno de los primeros codificadores y decodificadores de AAC disponibles. [ 57 ]

Dolby Laboratories se hizo cargo de la concesión de licencias AAC en 2000. [ 56 ] Dolby lanzó un nuevo modelo de licencia en 2002, mientras que Nokia se convirtió en el quinto co-licenciatario del formato. [ 58 ] Dolby también comercializó su propio formato de codificación, Dolby AC-3 .

Nokia comenzó a admitir la reproducción de AAC en dispositivos ya en 2001, [ 59 ] pero fue el uso exclusivo de AAC por parte de Apple Computer para su iTunes Store lo que aceleró la atención hacia este formato. Pronto, Sony también lo admitió para su PlayStation Portable (aunque Sony continuó promocionando su formato propietario ATRAC ), y los teléfonos móviles orientados a la música de Sony Ericsson , comenzando con el Sony Ericsson W800 . [ 60 ] El formato Windows Media Audio (WMA), de Microsoft, se consideraba el principal competidor de AAC. [ 61 ]

Para 2017, AAC se consideraba que se había convertido en un estándar de facto de la industria para audio con pérdidas. [ 62 ]

Funcionalidad

AAC es un algoritmo de codificación de audio de banda ancha que aprovecha dos estrategias de codificación principales para reducir drásticamente la cantidad de datos necesarios para representar audio digital de alta calidad: se descartan los componentes de la señal que son perceptualmente irrelevantes y se eliminan las redundancias en la señal de audio codificada.

El proceso de codificación comienza convirtiendo la señal del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia mediante la transformada discreta del coseno modificada hacia adelante (MDCT), lo cual se logra a través de bancos de filtros que toman un número apropiado de muestras de tiempo y las convierten en muestras de frecuencia. La señal en el dominio de la frecuencia se cuantifica luego basándose en un modelo psicoacústico y se codifica. Posteriormente, se agregan códigos de corrección de errores internos antes de que la señal se almacene o transmita. Para evitar muestras corruptas, se aplica una implementación moderna del algoritmo Luhn mod N a cada trama. [ 63 ]

El estándar de audio MPEG-4 no define un único conjunto de esquemas de compresión altamente eficientes, sino más bien un conjunto complejo de herramientas para realizar una amplia gama de operaciones, desde la codificación de voz a baja tasa de bits hasta la codificación de audio de alta calidad y la síntesis musical.

  • La familia de algoritmos de codificación de audio MPEG-4 abarca desde la codificación de voz a baja tasa de bits (hasta 2  kbit/s) hasta la codificación de audio de alta calidad (a 64  kbit/s por canal o superior).
  • AAC ofrece frecuencias de muestreo entre 8  kHz y 96  kHz y cualquier número de canales entre 1 y 48.
  • A diferencia del banco de filtros híbrido de MP3, AAC utiliza la transformada discreta del coseno modificada ( MDCT ) junto con longitudes de ventana aumentadas de 1024 o 960 puntos.

Los codificadores AAC pueden alternar dinámicamente entre un único bloque MDCT de 1024 puntos o entre 8 bloques de 128 puntos (o entre 960 y 120 puntos, respectivamente).

  • Si se produce un cambio de señal o un transitorio, se eligen 8 ventanas más cortas de 128/120 puntos cada una para obtener una mejor resolución temporal.
  • Por defecto, se utiliza la ventana más larga de 1024 puntos/960 puntos porque la mayor resolución de frecuencia permite un modelo psicoacústico más sofisticado, lo que resulta en una mayor eficiencia de codificación.

Codificación modular

AAC adopta un enfoque modular para la codificación. Dependiendo de la complejidad del flujo de bits que se va a codificar, el rendimiento deseado y el resultado aceptable, los implementadores pueden crear perfiles para definir qué herramientas de un conjunto específico desean utilizar para una aplicación en particular.

El estándar MPEG-2 Parte 7 (Codificación de audio avanzada) se publicó por primera vez en 1997 y ofrece tres perfiles predeterminados: [ 1 ] [ 64 ]

  • Baja complejidad (LC) : la más simple, ampliamente utilizada y compatible. 
  • Perfil principal (Main) – similar al perfil LC, con la adición de predicción hacia atrás 
  • Frecuencia de muestreo escalable (SSR) también conocida como frecuencia de muestreo escalable (SRS)

El estándar MPEG-4 Parte 3 (MPEG-4 Audio) definió varias herramientas de compresión nuevas (también conocidas como Tipos de Objeto de Audio ) y su uso en perfiles completamente nuevos. AAC no se utiliza en algunos de los perfiles MPEG-4 Audio. El perfil AAC LC, el perfil AAC Main y el perfil AAC SSR de MPEG-2 Parte 7 se combinan con la Sustitución de Ruido Perceptual y se definen en el estándar MPEG-4 Audio como Tipos de Objeto de Audio (bajo el nombre AAC LC, AAC Main y AAC SSR). Estos se combinan con otros Tipos de Objeto en los perfiles MPEG-4 Audio. [ 39 ] Aquí hay una lista de algunos perfiles de audio definidos en el estándar MPEG-4: [ 47 ] [ 65 ]

  • Perfil de audio principal : definido en 1999, utiliza la mayoría de los tipos de objetos de audio MPEG-4 (AAC principal, AAC-LC, AAC-SSR, AAC-LTP, AAC escalable, TwinVQ, CELP, HVXC, TTSI, síntesis principal). 
  • Perfil de audio escalable : definido en 1999, utiliza AAC-LC, AAC-LTP, AAC Scalable, TwinVQ, CELP, HVXC, TTSI. 
  • Perfil de audio de voz : definido en 1999, utiliza CELP, HVXC, TTSI. 
  • Perfil de audio sintético – definido en 1999, TTSI, síntesis principal 
  • Perfil de audio de alta calidad : definido en 2000, utiliza AAC-LC, AAC-LTP, AAC Scalable, CELP, ER-AAC-LC, ER-AAC-LTP, ER-AAC Scalable, ER-CELP. 
  • Perfil de audio de retardo bajo : definido en 2000, utiliza CELP, HVXC, TTSI, ER-AAC-LD, ER-CELP, ER-HVXC 
  • AAC v2 de baja latencia : definido en 2012, utiliza AAC-LD, AAC-ELD y AAC-ELDv2 [ 66 ]. 
  • Perfil de interconexión de audio móvil : definido en 2000, utiliza ER-AAC-LC, ER-AAC-Scalable, ER-TwinVQ, ER-BSAC, ER-AAC-LD
  • Perfil CAA : definido en 2003, utiliza CAA-LC. 
  • Perfil AAC de alta eficiencia : definido en 2003, utiliza AAC-LC y SBR. 
  • Perfil AAC v2 de alta eficiencia : definido en 2006, utiliza AAC-LC, SBR y PS. 
  • Aire acondicionado de alta eficiencia extendido (xHE-AAC ): definido en 2012, utiliza USAC. 

Una de las muchas mejoras en el audio MPEG-4 es un tipo de objeto llamado Predicción a Largo Plazo (LTP), que es una mejora del perfil principal que utiliza un predictor directo con menor complejidad computacional. [ 41 ]

Kit de herramientas de protección contra errores de CAA

La aplicación de protección contra errores permite corregirlos hasta cierto punto. Los códigos de corrección de errores suelen aplicarse por igual a toda la carga útil. Sin embargo, dado que las distintas partes de una carga útil AAC muestran diferente sensibilidad a los errores de transmisión, este enfoque no sería muy eficiente.

La carga útil de AAC se puede subdividir en partes con diferentes sensibilidades a los errores.

  • Se pueden aplicar códigos de corrección de errores independientes a cualquiera de estas partes utilizando la herramienta de protección contra errores (EP) definida en el estándar de audio MPEG-4.
  • Este conjunto de herramientas proporciona la capacidad de corrección de errores a las partes más sensibles de la carga útil con el fin de mantener baja la sobrecarga adicional.
  • El conjunto de herramientas es compatible con versiones anteriores de decodificadores AAC más sencillos y preexistentes. Gran parte de las funciones de corrección de errores del conjunto de herramientas se basan en distribuir la información sobre la señal de audio de manera más uniforme en el flujo de datos.

AAC resistente a errores (ER)

Las técnicas de resiliencia ante errores (ER, por sus siglas en inglés) pueden utilizarse para hacer que el propio esquema de codificación sea más robusto frente a los errores.

Para AAC, se desarrollaron y definieron tres métodos personalizados en MPEG-4 Audio.

  • Reordenamiento de palabras clave de Huffman (HCR) para evitar la propagación de errores dentro de los datos espectrales.
  • Libros de códigos virtuales (VCB11) para detectar errores graves en los datos espectrales.
  • Código de longitud variable reversible (RVLC) para reducir la propagación de errores dentro de los datos del factor de escala.

Retraso bajo de CAA

Los estándares de codificación de audio MPEG-4 Low Delay ( AAC-LD ), Enhanced Low Delay (AAC-ELD) y Enhanced Low Delay v2 (AAC-ELDv2), definidos en ISO/IEC 14496-3:2009 e ISO/IEC 14496-3:2009/Amd 3, están diseñados para combinar las ventajas de la codificación de audio perceptual con la baja latencia necesaria para la comunicación bidireccional. Se derivan directamente del formato MPEG-2 Advanced Audio Coding (AAC). [ 67 ] [ 68 ] [ 69 ] GSMA recomienda AAC-ELD como códec de voz de banda súper ancha en el perfil IMS para el servicio de videoconferencia de alta definición (HDVC). [ 70 ]

Licencias y patentes

No se requieren licencias ni pagos para que un usuario transmita o distribuya audio en formato AAC. [ 71 ] Esta razón por sí sola podría haber hecho de AAC un formato más atractivo para distribuir audio que su predecesor MP3, particularmente para la transmisión de audio (como la radio por Internet), dependiendo del caso de uso.

Sin embargo, se requiere una licencia de patente para todos los fabricantes o desarrolladores de códecs AAC para usuarios finales . [ 72 ] Los términos (según se divulgaron a la SEC) utilizan precios por unidad. En el caso del software, cada computadora que ejecuta el software se considera una "unidad" separada. [ 73 ]

Antes era común que las implementaciones de software libre y de código abierto, como FFmpeg y FAAC , se distribuyeran únicamente en forma de código fuente para no "proporcionar de otra manera" un códec AAC. Sin embargo, FFmpeg se ha vuelto más flexible en materia de patentes: las compilaciones "gyan.dev" recomendadas por el sitio oficial ahora contienen su códec AAC, y la página legal de FFmpeg indica que el cumplimiento de la ley de patentes es responsabilidad del usuario. [ 74 ] (Véase más abajo en Productos que admiten AAC, Software). El Proyecto Fedora , una comunidad respaldada por Red Hat , importó la "Versión modificada de terceros de la biblioteca de códec AAC FDK de Fraunhofer para Android" a sus repositorios el 25 de septiembre de 2018, [ 75 ] y habilitó el codificador y decodificador AAC nativo de FFmpeg para su paquete ffmpeg-free el 31 de enero de 2023. [ 76 ]

Los titulares de patentes de AAC incluyen a Bell Labs , Dolby , ETRI , Fraunhofer , JVC Kenwood , LG Electronics , Microsoft , NEC , NTT (y su filial NTT Docomo ), Panasonic , Philips y Sony . [ 28 ] [ 29 ] Según la lista de patentes de los términos de la SEC, la última patente base de AAC vence en 2028, y la última patente para todas las extensiones de AAC mencionadas vence en 2031. [ 77 ]

Ampliaciones y mejoras

Se han añadido algunas extensiones al primer estándar AAC (definido en MPEG-2 Parte 7 en 1997):

  • Sustitución de ruido perceptual (PNS, por sus siglas en inglés) , añadida en MPEG-4 en 1999. Permite codificar el ruido como datos pseudoaleatorios .
  • Long Term Predictor (LTP), added in MPEG-4 in 1999. It is a forward predictor with lower computational complexity.[41]
  • Error Resilience (ER), added in MPEG-4 Audio version 2 in 2000, used for transport over error prone channels[78]
  • AAC-LD (Low Delay), defined in 2000, used for real-time conversation applications
  • High Efficiency AAC (HE-AAC), a.k.a. aacPlus v1 or AAC+, the combination of SBR (Spectral Band Replication) and AAC LC. Used for low bitrates. Defined in 2003.
  • HE-AAC v2, a.k.a. aacPlus v2, eAAC+ or Enhanced aacPlus, the combination of Parametric Stereo (PS) and HE-AAC; used for even lower bitrates. Defined in 2004 and 2006.
  • xHE-AAC, extends the operating range of the codec from 12 to 300 kbit/s.[79][80]
  • MPEG-4 Scalable to Lossless (SLS), Not yet published,[81] can supplement an AAC stream to provide a lossless decoding option, such as in Fraunhofer IIS's "HD-AAC" product
  • MPEG-4 Audio Lossless Coding (ALC)

Container formats

Además de los formatos de contenedor MP4 , 3GP y otros basados ​​en el formato de archivo de medios base ISO para el almacenamiento de archivos, los datos de audio AAC se empaquetaron por primera vez en un archivo para el estándar MPEG-2 utilizando el formato de intercambio de datos de audio (ADIF), [ 82 ] que consiste en un único encabezado seguido de los bloques de datos de audio AAC sin procesar. [ 83 ] Sin embargo, si los datos se van a transmitir dentro de un flujo de transporte MPEG-2, se utiliza un formato autosincronizado llamado flujo de transporte de datos de audio ( ADTS ), que consiste en una serie de tramas, cada trama tiene un encabezado seguido de los datos de audio AAC. [ 82 ] Este archivo y formato basado en transmisión están definidos en MPEG-2 Parte 7 , pero MPEG-4 solo los considera informativos, por lo que un decodificador MPEG-4 no necesita admitir ninguno de los dos formatos. [ 82 ] Estos contenedores, así como un flujo AAC sin procesar, pueden tener la extensión de archivo .aac. MPEG-4 Parte 3 también define su propio formato autosincronizado llamado Low Overhead Audio Stream (LOAS) que encapsula no solo AAC, sino cualquier esquema de compresión de audio MPEG-4 como TwinVQ y ALS . Este formato es el que se definió para su uso en flujos de transporte DVB cuando los codificadores utilizan extensiones AAC estéreo SBR o paramétricas . Sin embargo, está restringido a un único flujo AAC no multiplexado. Este formato también se conoce como Low Overhead Audio Transport Multiplex (LATM), que es simplemente una versión entrelazada de múltiples flujos de un LOAS. [ 82 ]

Codificadores y decodificadores

Herramientas

Apple AAC

El codificador AAC de Apple formó parte inicialmente del marco multimedia QuickTime , pero ahora está integrado en Audio Toolbox.

FAAC y FAAD2

FAAC y FAAD2 significan Freeware Advanced Audio Coder y Decoder 2 respectivamente. FAAC admite los tipos de objetos de audio LC, Main y LTP. [ 84 ] FAAD2 admite los tipos de objetos de audio LC, Main, LTP, SBR y PS. [ 85 ] Aunque FAAD2 es software libre , FAAC no lo es.

Fraunhofer FDK AAC

Un codificador/decodificador de código abierto desarrollado por Fraunhofer e incluido en Android ha sido adaptado a otras plataformas. El codificador AAC nativo de FFmpeg no admite HE-AAC ni HE-AACv2, pero la licencia GPL 2.0+ de ffmpeg no es compatible con FDK AAC; por lo tanto, ffmpeg con libfdk-aac no es redistribuible. El codificador QAAC, que utiliza Core Media Audio de Apple, ofrece una calidad superior a la de FDK.

FFmpeg y Libav

El codificador AAC nativo creado en libavcodec de FFmpeg , y bifurcado con Libav , se consideraba experimental y deficiente. Se realizó un trabajo significativo para la versión 3.0 de FFmpeg (febrero de 2016) para que su versión fuera utilizable y competitiva con el resto de los codificadores AAC. [ 86 ] Libav no ha integrado este trabajo y continúa utilizando la versión anterior del codificador AAC. Estos codificadores son de código abierto con licencia LGPL y pueden compilarse para cualquier plataforma en la que se puedan compilar los marcos de trabajo de FFmpeg o Libav.

Tanto FFmpeg como Libav pueden usar la biblioteca Fraunhofer FDK AAC a través de libfdk-aac, y aunque el codificador nativo de FFmpeg se ha vuelto estable y suficientemente bueno para el uso común, FDK todavía se considera el codificador de mayor calidad disponible para usar con FFmpeg. [ 87 ] Libav también recomienda usar FDK AAC si está disponible. [ 88 ] FFmpeg 4.4 y versiones posteriores también pueden usar el codificador Apple audiotoolbox. [ 87 ]

Aunque el codificador AAC nativo solo produce AAC-LC, el decodificador nativo de ffmpeg es capaz de procesar una amplia gama de formatos de entrada.

Audio digital Nero

En mayo de 2006, Nero AG lanzó gratuitamente una herramienta de codificación AAC, Nero Digital Audio (la parte del códec AAC pasó a llamarse Nero AAC Codec ), [ 89 ] capaz de codificar flujos LC-AAC, HE-AAC y HE-AAC v2. La herramienta es únicamente una interfaz de línea de comandos. También se incluye una utilidad independiente para decodificar a PCM WAV .

Varias herramientas, como el reproductor de audio foobar2000 y MediaCoder, pueden proporcionar una interfaz gráfica de usuario para este codificador.

Reproductores multimedia

Casi todos los reproductores multimedia actuales incluyen decodificadores integrados para AAC o pueden utilizar una biblioteca para decodificarlo. En Microsoft Windows , DirectShow se puede usar de esta manera con los filtros correspondientes para habilitar la reproducción de AAC en cualquier reproductor basado en DirectShow . Mac OS X admite AAC a través de las bibliotecas de QuickTime . Adobe Flash Player , desde la versión 9 actualización 3, también puede reproducir transmisiones AAC. [ 90 ] [ 91 ] Dado que Flash Player también es un complemento de navegador, puede reproducir archivos AAC a través de un navegador.

El firmware de código abierto de Rockbox (disponible para varios reproductores portátiles) también ofrece compatibilidad con AAC en distintos grados, dependiendo del modelo de reproductor y del perfil AAC.

La compatibilidad opcional con iPod (reproducción de archivos AAC no protegidos) para Xbox 360 está disponible como descarga gratuita desde Xbox Live . [ 92 ]

La siguiente es una lista no exhaustiva de otras aplicaciones de reproductores de software:

Algunos de estos reproductores (por ejemplo, foobar2000, Winamp y VLC) también admiten la decodificación de ADTS (Audio Data Transport Stream) mediante el protocolo SHOUTcast . Los complementos para Winamp y foobar2000 permiten crear este tipo de flujos.

Uso en transmisiones de HDTV

ISDB-T japonés

En diciembre de 2003, Japón comenzó a transmitir el estándar ISDB-T de televisión digital terrestre , que implementa vídeo MPEG-2 y audio MPEG-2 AAC. En abril de 2006, Japón comenzó a transmitir el subprograma móvil ISDB-T, llamado 1seg, que fue la primera implementación de vídeo H.264/AVC con audio HE-AAC en un servicio de transmisión de televisión de alta definición terrestre en todo el mundo.

ISDB-Tb internacional

En diciembre de 2007, Brasil comenzó a transmitir el estándar de televisión digital terrestre denominado ISDB-Tb internacional , que implementa la codificación de vídeo H.264/AVC con audio AAC-LC en el programa principal (simple o múltiple) y vídeo H.264/AVC con audio HE-AACv2 en el subprograma móvil de 1seg.

DVB

El ETSI , el organismo rector de estándares para el conjunto DVB , admite la codificación de audio AAC, HE-AAC y HE-AAC v2 en aplicaciones DVB desde al menos 2004. [ 93 ] Las transmisiones DVB que utilizan la compresión H.264 para video normalmente utilizan HE-AAC para audio.

Hardware

iTunes y iPod

En abril de 2003, Apple atrajo la atención del público general hacia el formato AAC al anunciar que sus productos iTunes e iPod admitirían canciones en formato MPEG-4 AAC (mediante una actualización de firmware para los iPod más antiguos). Los clientes podían descargar música en formato AAC de 128 kbit/s con gestión de derechos digitales (DRM) de código cerrado (véase FairPlay ) a través de iTunes Store o crear archivos sin DRM a partir de sus propios CD usando iTunes. Años más tarde, Apple comenzó a ofrecer vídeos musicales y películas, que también utilizan AAC para la codificación de audio. 

El 29 de mayo de 2007, Apple comenzó a vender canciones y videos musicales de sellos discográficos participantes con una tasa de bits más alta (256  kbit/s cVBR) y sin DRM, en un formato denominado "iTunes Plus". Estos archivos se ajustan mayoritariamente al estándar AAC y se pueden reproducir en muchos productos que no son de Apple, pero incluyen información personalizada de iTunes, como la carátula del álbum y un recibo de compra, para identificar al cliente en caso de que el archivo se filtre en redes peer-to-peer . Sin embargo, es posible eliminar estas etiquetas personalizadas para restaurar la interoperabilidad con reproductores que se ajustan estrictamente a la especificación AAC. A partir del 6 de enero de 2009, casi toda la música en la iTunes Store de la región de EE. UU. quedó libre de DRM, y el resto lo hizo a finales de marzo de 2009. [ 94 ]

iTunes ofrece una opción de codificación de "Tasa de bits variable" que codifica las pistas AAC en el esquema de tasa de bits variable restringida (una variante menos estricta de la codificación ABR); sin embargo, la API subyacente de QuickTime sí ofrece un perfil de codificación VBR real. [ 95 ]

A partir de septiembre de 2009, Apple ha añadido compatibilidad con HE-AAC (que forma parte integral del estándar MP4) únicamente para transmisiones de radio, no para la reproducción de archivos, e iTunes aún carece de compatibilidad con la codificación VBR real.

Otros reproductores portátiles

teléfonos móviles

Durante varios años, muchos teléfonos móviles de fabricantes como Nokia , Motorola , Samsung , Sony Ericsson , BenQ-Siemens y Philips han sido compatibles con la reproducción de AAC. El primer teléfono con esta función fue el Nokia 5510, lanzado en 2002, que también reproducía MP3. Sin embargo, este teléfono fue un fracaso comercial y los teléfonos con reproductores de música integrados no alcanzaron gran popularidad hasta 2005, cuando se consolidó la tendencia de ofrecer compatibilidad tanto con AAC como con MP3. Actualmente, la mayoría de los nuevos smartphones y teléfonos con funciones musicales son compatibles con la reproducción de estos formatos.

  • Los teléfonos Sony Ericsson admiten varios formatos AAC en contenedores MP4. Todos los teléfonos a partir del K700 admiten AAC-LC , mientras que los modelos a partir del W550 admiten HE-AAC. Los dispositivos más recientes, como el P990 , el K610 , el W890i y posteriores, admiten HE-AAC v2.
  • Nokia XpressMusic y otros teléfonos multimedia Nokia de nueva generación, como las series N y E, también son compatibles con el formato AAC en los perfiles LC, HE, M4A y HEv2. Además, permiten la reproducción de audio AAC codificado en LTP.
  • Los teléfonos BlackBerry con el sistema operativo BlackBerry 10 admiten la reproducción de AAC de forma nativa. Algunos dispositivos BlackBerry OS de generaciones anteriores también admiten AAC.
  • bada OS
  • El iPhone de Apple es compatible con archivos AAC y AAC protegidos por FairPlay, que anteriormente se utilizaban como formato de codificación predeterminado en la iTunes Store hasta la eliminación de las restricciones DRM en marzo de 2009 .
  • Android 2.3 [ 96 ] y versiones posteriores admiten AAC-LC, HE-AAC y HE-AAC v2 en contenedores MP4 o M4A, además de otros formatos de audio. Android 3.1 y versiones posteriores admiten archivos ADTS sin procesar. Android 4.1 puede codificar AAC. [ 97 ]
  • WebOS de HP/Palm admite contenedores AAC, AAC+, eAAC+ y .m4a en su reproductor de música nativo, así como varios reproductores de terceros. Sin embargo, no admite archivos DRM FairPlay de Apple descargados de iTunes. [ 98 ]
  • Windows PhoneEl entorno de ejecución Silverlight admite la decodificación de AAC-LC, HE-AAC y HE-AAC v2.

Otros dispositivos

  • iPad de Apple : Admite archivos AAC y archivos AAC protegidos con FairPlay, que se utilizan como formato de codificación predeterminado en la iTunes Store.
  • PDAs Palm OS : Muchos PDAs y smartphones con Palm OS pueden reproducir AAC y HE-AAC con el software de terceros Pocket Tunes . La versión 4.0, lanzada en diciembre de 2006, añadió compatibilidad con archivos AAC y HE-AAC nativos. El códec AAC para TCPMP , un reproductor de vídeo popular, se retiró tras la versión 0.66 debido a problemas de patentes, pero aún se puede descargar desde sitios distintos de corecodec.org. CorePlayer, la versión comercial de TCPMP, incluye compatibilidad con AAC. Otros programas para Palm OS compatibles con AAC son Kinoma Player y AeroPlayer.
  • Windows Mobile : Admite AAC ya sea mediante el reproductor multimedia nativo de Windows o mediante productos de terceros (TCPMP, CorePlayer).
  • Epson : Admite la reproducción de AAC en losvisores multimedia/de almacenamiento de fotos P-2000 y P-4000.
  • Sony Reader : reproduce archivos M4A que contienen AAC y muestra los metadatos creados por iTunes. Otros productos de Sony, incluidos los Walkman de red de las series A y E, son compatibles con AAC mediante actualizaciones de firmware (lanzadas en mayo de 2006), mientras que la serie S lo admite de fábrica.
  • Reproductor multimedia digital Sonos : admite la reproducción de archivos AAC.
  • Barnes & Noble Nook Color : admite la reproducción de archivos codificados en AAC.
  • Roku SoundBridge : un reproductor de audio en red que admite la reproducción de archivos codificados en AAC.
  • Squeezebox : reproductor de audio en red (fabricado por Slim Devices , una empresa de Logitech ) que admite la reproducción de archivos AAC.
  • PlayStation 3 : admite la codificación y decodificación de archivos AAC.
  • Xbox 360 : admite la transmisión de AAC a través del software Zune y de iPods compatibles conectados a través del puerto USB.
  • Wii : admite archivos AAC hasta la versión 1.1 del Photo Channel a partir del 11 de diciembre de 2007. Se admiten todos los perfiles y tasas de bits de AAC siempre que tengan la extensión de archivo .m4a. La actualización 1.1 eliminó la compatibilidad con MP3, pero según Nintendo, los usuarios que la hayan instalado pueden volver a la versión anterior si lo desean. [ 99 ]
  • Los bolígrafos inteligentes Livescribe Pulse y Echo graban y almacenan audio en formato AAC. Los archivos de audio se pueden reproducir mediante el altavoz integrado del bolígrafo, auriculares o en un ordenador con el software Livescribe Desktop. Los archivos AAC se guardan en la carpeta "Mis documentos" del usuario en el sistema operativo Windows y se pueden distribuir y reproducir sin necesidad de hardware ni software especializados de Livescribe.
  • Google Chromecast : admite la reproducción de audio LC-AAC y HE-AAC [ 100 ]

Véase también

Notas

  1. ↑ Solo se usa en el reproductor web

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  100. ↑ "Medios compatibles con Google Cast" . Archivado del original el 23/09/2015 . Consultado el 22/09/2015 .Medios compatibles con Google Cast
  • Códecs de audio Fraunhofer
  • AudioCoding.com archivado el 25/08/2006 en Wayback Machine , hogar de FAAC y FAAD2.
  • Sitio web oficial de MPEG
  • Mejoras y ampliaciones de la CAA (2004)
  • RFC 3016 – Formato de carga útil RTP para flujos de audio/vídeo MPEG-4  
  • RFC 3640 – Formato de carga útil RTP para el transporte de flujos elementales MPEG-4  
  • RFC 4281 – El parámetro Codecs para tipos de medios "Bucket"  
  • RFC 4337 – Registro de tipo MIME para MPEG-4  
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