IEC 61937-112021 数字音频.应用IEC 60958的非线性PCM编码音频比特流接口.第11部分LATMLOAS中的MPEG-4 AAC及其扩展和MPEG-D USAC标准立项发展报告

数字音频应用IEC60958的非线性PCM编码音频比特流接口第11部分：LATM/LOAS中的MPEG-4AAC及其扩展和MPEG-DUSAC标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:DigitalAudio–InterfaceforNon-linearPCMEncodedAudioBitstreamsApplyingIEC60958–Part11:MPEG-4AACandItsExtensionsandMPEG-DUSACinLATM/LOAS摘要随着数字音频广播、网络流媒体及高清电视技术的迅猛发展，传统的线性PCM（脉冲编码调制）音频传输方式已无法满足日益增长的高效率音频编码需求。MPEG-4AAC（高级音频编码）及其扩展、MPEG-DUSAC（统一语音与音频编码）等非线性PCM编码技术凭借其卓越的压缩效率和音质表现，已成为现代数字音频传输领域的主流编码标准。然而，如何将这些编码后的音频比特流通过IEC60958接口进行高效、兼容的传输，始终是制约产业应用的关键技术瓶颈。本报告基于IEC61937-11:2021国际标准，系统梳理了该标准的立项背景、技术内容、修订历程及产业应用价值。该标准规定了在LATM/LOAS传输框架下MPEG-4AAC及其扩展和MPEG-DUSAC音频比特流经由IEC60958接口传输的封装格式与传输协议，填补了非线性PCM编码音频在专业与消费电子领域互操作性方面的技术空白。本报告重点分析了标准的技术架构、与既有标准的衔接关系及其对数字广播电视、网络音频分发和智能终端等应用场景的支撑作用，并就该标准在全球范围内的推广应用提出前瞻性展望。关键词：IEC61937-11；非线性PCM；MPEG-4AAC；MPEG-DUSAC；LATM/LOAS；数字音频接口；音频比特流传输Keywords:IEC61937-11;Non-linearPCM;MPEG-4AAC;MPEG-DUSAC;LATM/LOAS;Digitalaudiointerface;Audiobitstreamtransmission1引言1.1标准立项背景数字音频技术的演进始终围绕两个核心目标展开：更高的音质和更高的传输效率。20世纪80年代，IEC60958标准（亦称S/PDIF接口）的制定为消费电子和专业音频设备之间的数字音频信号传输奠定了统一规范。该标准最初设计用于传输线性PCM音频数据，其帧结构和子帧格式均基于PCM数据的固有特性进行优化。然而，随着MPEG音频编码技术的不断发展，尤其是MPEG-2AAC、MPEG-4AAC以及近年推出的MPEG-DUSAC等高效编码格式的广泛应用，业界迫切需要一种标准化的方法，使这些非线性PCM编码的音频比特流能够经由既有的IEC60958物理接口实现无缝传输。IEC61937系列标准正是为响应这一需求而制定的。该系列标准定义了将非线性PCM编码音频比特流适配至IEC60958接口的通用框架和特定编码格式的适配方案。IEC61937-11作为该系列的第11部分，专门针对MPEG-4AAC及其扩展和MPEG-DUSAC编码音频在LATM/LOAS传输格式下的接口规范。1.2标准修订必要性分析在IEC61937-11:2021版本发布之前，MPEG-4AAC音频的传输主要依赖IEC61937-2（针对MPEG-2AAC）和部分厂商私有的传输方案。这些既有方案存在以下局限：-传输格式不统一：MPEG-4AAC支持ADTS（音频数据传输流）和LATM（低开销音频传输复用）等多种传输格式，不同设备厂商对传输格式的选择存在较大差异，导致设备间互操作性不足；-扩展支持缺失：MPEG-4AAC的多种扩展（如HE-AAC、HE-AACv2、AAC-LD等）以及新一代的MPEG-DUSAC编码格式缺乏统一的IEC60958适配标准；-新兴应用需求未覆盖：数字电视广播、IPTV、网络流媒体等新兴应用对低延迟、高鲁棒性的音频传输提出了更高要求，需要标准化的解决方案。因此，制定并持续修订IEC61937-11标准对于完善数字音频传输标准体系、提升设备互操作性、促进产业健康发展具有重要的现实意义。2标准概述2.1标准基本信息IEC61937-11:2021《数字音频应用IEC60958的非线性PCM编码音频比特流接口第11部分：LATM/LOAS中的MPEG-4AAC及其扩展和MPEG-DUSAC》由国际电工委员会（IEC）第100技术委员会（音频、视频和多媒体系统与设备技术委员会，TC100）制定并发布。该标准为IEC61937系列标准的重要组成部分，标准状态为现行有效。2.2适用范围与核心定位本标准适用于需要通过IEC60958数字音频接口传输MPEG-4AAC（含其各种扩展）和MPEG-DUSAC编码音频比特流的设备和系统，包括但不限于：-数字电视接收机和机顶盒-数字音频广播（DAB/DAB+）接收设备-蓝光播放器和流媒体播放器-专业音频设备和录音系统-车载娱乐系统-移动智能终端及音频配件标准的核心定位在于建立一个统一的、与编码格式无关的传输适配层，使得不同编码参数和传输格式的非线性PCM音频数据能够在IEC60958物理接口上实现透明、可靠的传输。2.3标准的主要技术内容IEC61937-11:2021主要规定了以下技术内容：（1）通用传输框架：定义了在IEC60958帧结构中承载非PCM音频数据的数据突发（DataBurst）格式，包括前导码、数据区、填充区的结构定义。（2）LATM/LOAS封装格式：规定了将MPEG-4AAC及其扩展和MPEG-DUSAC音频帧封装为标准定义的LATM（Low-overheadMPEG-4AudioTransportMultiplex）和LOAS（Low-overheadAudioStream）格式的具体方法，包括音频复用帧的构建、同步信息的插入和数据流的对齐方式。（3）编码参数映射：定义了采样频率、声道配置、比特率、音频对象类型等编码参数与IEC60958通道状态数据（ChannelStatus）之间的映射关系，确保接收端能够正确识别和解析所接收的音频流。（4）数据突发组装规则：规定了音频数据在IEC60958子帧中的分配顺序、填充策略以及突发长度的计算方法和约束条件。（5）鲁棒性与错误处理：针对比特流传输过程中可能出现的同步丢失、数据损坏等情况，提供了突发单元的同步检测机制和错误隐藏指导。3技术方案与关键特性3.1LATM/LOAS传输机制LATM（低开销音频传输多路复用）是MPEG-4音频标准中定义的一种灵活的音频传输复用格式。与ADTS等传统传输格式相比，LATM通过将音频特定配置（AudioSpecificConfig）与音频负载分离传输，显著降低了传输开销，同时支持更灵活的音频帧大小和采样率调整。LOAS作为LATM的同步层格式，通过在LATM音频复用帧前添加同步字，实现接收端对流起始位置的可靠识别和同步提取。IEC61937-11:2021充分利用了LATM/LOAS的技术优势，将其与IEC60958物理接口有机结合，构成了一套完整的非线性PCM传输解决方案。3.2对MPEG-4AAC扩展和MPEG-DUSAC的全面支持IEC61937-11:2021所涵盖的音频编码格式较为全面：（1）MPEG-4AAC全系列：包括AAC-LC（低复杂度）、AAC-LTP（长时预测）、AAC-SSR（可扩展采样率）、AAC-LD（低延迟）及AAC-ELD（增强低延迟）等对象类型。（2）音频扩展（SBR和PS）：即频谱带宽复制（SpectralBandReplication）和参数立体声（ParametricStereo）技术，对应HE-AAC和HE-AACv2编码格式。（3）MPEG-DUSAC：统一语音与音频编码器（UnifiedSpeechandAudioCoding），支持从纯语音到复杂音乐的全谱段音频内容的高效编码，广泛应用于数字广播和流媒体服务。（4）MPEG-4音频对象类型扩展：如ER（错误恢复）AAC等。3.3兼容性与互操作设计本标准的制定充分考虑了与既有标准的衔接和兼容性问题：-与IEC60958基础标准的兼容：所有数据突发格式和传输机制均在不改变IEC60958物理层和链路层规范的前提下实现；-与IEC61937系列内部的一致性：采用与系列内其他部分相同的突发信息头格式和数据填充规则；-向后兼容性：支持旧版IEC61937-11（2012年版）中定义的基本传输模式，确保已部署设备的平滑过渡。4标准修订与版本演进4.1历次修订历程IEC61937-11标准的制定与修订历程反映了数字音频编码技术的持续演进：-2012年：IEC61937-11第一版正式发布（Ed.1.0），规定了MPEG-4AAC及其扩展在LATM/LOAS中的传输方案，主要面向当时的数字电视广播和IPTV应用需求；-2021年：IEC61937-11第二版正式发布（Ed.2.0），即现行版本。该版本的主要修订内容包括：-增加了对MPEG-DUSAC编码格式的传输支持；-更新了LATM/LOAS帧结构的配置参数；-完善了与ISO/IEC14496-3（MPEG-4音频）最新修订版的一致性；-补充了针对低延迟应用的传输模式。4.2与本版修订相关的主要技术变化2021年版本的技术更新主要体现在以下几个方面：-USAC编码流传输支持：MPEG-DUSAC编码音频采用全新的载荷格式和配置信令方式，与传统的AAC传输方式存在较大差异。新版本专门定义了USAC编码流在LATM/LOAS框架中的封装和映射规则；-配置信息的双向传递：支持音频编码配置信息在发送端和接收端之间的高效传递，包括周期性传输和事件性更新两种模式；-多声道音频传输增强：针对5.1、7.1等沉浸式音频格式的传输需求，改进了声道配置的表示方式和映射逻辑；-同步机制的优化：改进了同步字检测算法和容错机制，增强了在劣化信道条件下的同步保持能力。5主要参与单位介绍5.1国际电工委员会第100技术委员会（IECTC100）IECTC100（音频、视频和多媒体系统与设备技术委员会）是负责制定音频、视频及多媒体领域国际标准的专业技术委员会。TC100成立于2001年，由原TC84（音频设备）和TC60（录像）合并重组而来，现有34个参与成员国和22个观察成员国。TC100下设6个技术分委员会（Sub-committee），其中TA5（音频、视频和多媒体系统）负责IEC61937系列标准的归口管理工作。TA5的工作范围涵盖数字音频接口、音频编码适配、多媒体系统互连等关键技术领域，参与单位包括全球主要的消费电子制造商、广播电视设备商、半导体厂商和研究机构。TC100在标准制定过程中坚持公开透明、协商一致的原则，各成员体通过国家委员会参与标准草案的讨论和表决。近年来，随着数字音频技术的快速发展，TC100加强了与ISO/IECJTC1/SC29（音频、图像、多媒体和超媒体信息编码分技术委员会）及ITU-R等国际标准化组织之间的技术协调，确保标准在技术内容上的先进性和一致性。5.2其他主要贡献单位除IECTC100外，IEC61937-11:2021的制定还吸收了来自以下组织和机构的技术贡献：-FraunhoferIIS（德国弗劳恩霍夫集成电路研究所）：MPEG音频编码技术的核心研发机构，是MPEG-4AAC和MPEG-DUSAC编码技术的主要发明者之一，为标准的制定提供了核心技术支持；-日立、松下、索尼、飞利浦等消费电子制造商：在数字音频接口的硬件实现和产业化方面积累了丰富经验，为标准的实用性和可行性提供了保障；-杜比实验室、DTS等音频技术公司：在多声道音频处理和传输方面提供了技术建议；-广播机构（如BBC、NHK、IRT等）：从数字广播实际应用场景出发，对标准的低延迟性能和服务健壮性提出了具体需求。6标准应用与产业影响6.1广播电视领域的应用IEC61937-11:2021是数字电视和数字音频广播系统中音频传输链路的关键标准之一。在DVB（数字视频广播）系统中，该标准为MPEG-4AAC和MPEG-DUSAC编码音频经由S/PDIF或HDMI接口从机顶盒传输至音频功放或一体化音响系统提供了统一的技术路径。它保障了在支持AC-3、AAC等不同编码制式的广播电视设备之间实现即插即用式的便捷互操作体验。6.2网络流媒体与消费电子应用6.3标准的经济与社会效益本标准的实施推广，产生了多维度的积极影响：-降低研发成本：统一的接口规范减少了不同设备间适配调试的工程量；-提升用户体验：不同品牌设备之间的音频传输互通性增强，消除了格式不兼容造成的使用障碍；-支撑产业升级：为沉浸式音频和个性化音频服务等新业态提供了传输基础；-促进全球化贸易：统一的国际标准减少了重复检测和认证壁垒，有利于产品在全球市场的推广应用。7标准实施展望7.1面临的挑战尽管IEC61937-11:2021已构建了较为完善的技术体系，但在实际应用中仍面临一些挑战：-新兴编码格式的持续演进：如MPEG-H部分音频编码格式、基于对象的音频传输等新技术的标准化工作仍在推进中；-无线传输场景的适配：随着无线音频传输技术（如WiSA、LEAudio等）的发展，传统有线接口标准的应用场景面临新的调整；-HDMI接口对传统S/PDIF的替代趋势：HDMIeARC等增强型音频回传通道在消费电子中的普及，正在部分替代传统IEC60958接口的功能。7.2未来发展方向面向未来，IEC61937-11标准的持续演进可能主要聚焦于以下方向：-与新一代音频编码标准的协同：将MPEG-H等新一代编码格式纳入传输适配范围；-更高声道数的传输支持：适应沉浸式音频（如22.2声道）传输对接口带宽和通道映射的更高要求；-融合IP化传输趋势：在保持传统接口兼容性的同时，探索与IP音频传输方案的融合发展路径。8结论IEC61937-11:2021作为数字音频传输领域的重要国际标准，为MPEG-4AAC及其扩展和MPEG-DUSAC编码音频信号经由IEC60958接口的传输提供了统一、规范、开放的技术方案。该标准的制定和发布，不仅是数字音频接口技术发展史上的重要里程碑，也是国际标准化组织对产业需求及时响应的典型范例。标准通过定义完善的LATM/LOAS封装格式、严谨的编码参数映射机制和可靠的同步与错误处理策略，有效解决了非PCM音频数据在既有数字音频接口上传输的兼容性和鲁棒性问题，为全球数字音频产业链的健康发展提供了坚实的技术支撑。未来，随着音频编码技术和传输环境的持续演进，该标准将不断更新迭代，持续发挥其在推动数字音频技术进步和产业繁荣方面的基础性作用。参考文献[1]IEC61937-11:2021,Digitalaudio-Interfacefornon-linearPCMencodedaudiobitstreamsapplyingIEC60958-Part11:MPEG-4AACanditsextensionsandMPEG-DUSACinLATM/LOAS,InternationalElectrotechnicalCommission,2021.[2]IEC60958-1:2021,