高品質でAAC変換できると言われるFFmpeg libfdk_aacエンコーダをハイレゾピュアー音源(24bit)で音質評価してみました。

AAC encoder library： libfdk_aac 

libfdk_aac  エンコーダは、FFmpegのAACページのFAQで「NativeAAC エンコーダよりも、libfdk_aac エンコーダが最高品質を提供するエンコーダーである」と述べられていますし、又ネットでも評価の高い投稿が見受けられます。　そこで、ハイレゾピュアー音源ファイル(24bit)を用いて「libfdk_aac エンコーダ」と「NativeAAC エンコーダ」で夫々をAAC変換した時の音質（歪率とcutoff周波数）比較を行ってみました。

結論から言いますと、libfdk_aac エンコーダが16bit入力でエンコードされるのでハイレゾ音源（24bit）をAAC変換した場合、「歪率」が悪化してしまうことが分かりました。（一方のNativeAAC エンコーダは歪率面から非常に良好で、24bit入力でエンコードを行っていると言えます。）

しかし、libfdk_aac エンコーダは、Pink-noiseによる絶対誤差で評価するとNativeAACよりも劣化が少いので、CD音源（16bit）を低ビットレートでAAC変換するのに適しているのかも知れません。　以下、FFmpegとlibfdk_aac ライブラリーを含めたインストールから libfdk_aacエンコーダの評価までの紹介です。

※2022/12/25：絶対誤差（Pink-noise）評価を追記しました。

libefdk_aac エンコーダ付きで FFmpegをインストールする

libefdk_aac ライブラリ付きでFFmpegをインストールするには、Homebrew を経由する必要があります。　HomebrewがmacOS にインストールされていない方は、以下をクリックしてHomebrewをインストールします。

 ターミナル
例；
/bin/bash -c "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/HEAD/install.sh)"

 ターミナル
echo 'eval "$(/opt/homebrew/bin/brew shellenv)"' >> /Users/******/.profile
eval "$(/opt/homebrew/bin/brew shellenv)"

 ターミナル
brew help（⏎）
↓
Example usage:
brew search TEXT|/REGEX/
brew info [FORMULA|CASK...]
brew install FORMULA|CASK...
：

ターミナルを開き、下の様にコマンドラインを入力してリターンしてインストールを開始します。　多少時間はかかりますが自動的にインストールされます。

 ターミナル
brew tap homebrew-ffmpeg/ffmpeg
brew install homebrew-ffmpeg/ffmpeg/ffmpeg --with-fdk-aac

ターミナルで、下の様に-hオプションで help が表示されることを確認します。

 ターミナル
ffmpeg -h（⏎）
ffmpeg version 5.1 Copyright (c) 2000-2022 the FFmpeg developers
built with Apple clang version 13.1.6 (clang-1316.0.21.2.5)
configuration: --prefix=/opt/homebrew/Cellar/ffmpeg/5.1-with-options_1 --enable-shared --cc=clang --host-cflags= --host-ldflags= --enable-gpl --enable-libaom --enable-libdav1d --enable-libmp3lame --enable-libopus --enable-libsnappy --enable-libtheora --enable-libvorbis --enable-libvpx --enable-libx264 --enable-libx265 --enable-libfontconfig --enable-libfreetype --enable-frei0r --enable-libass --enable-demuxer=dash --enable-opencl --enable-audiotoolbox --enable-videotoolbox --enable-neon --disable-htmlpages --enable-libfdk-aac --enable-nonfree
libavutil 57. 28.100 / 57. 28.100
//中略
-canvas_size size set canvas size (WxH or abbreviation)
-spre preset set the subtitle options to the indicated preset

AAC変換のFFmpegコマンドライン

ターミナルで、下のコマンドラインを入力します。

 ターミナル
ffmpeg -i "変換元ファイル.wav" -acodec libfdk_aac -vn -ar 48000 -ab 320k -cutoff 20000 "変換後のファイル名.m4a"

このコマンドラインのピンク文字がオプションを示し、サンプルレート48khz、ビットレート320kbps（CBR）、カットオフ20khzでAAC変換されます。

 ターミナル
ffmpeg -i "変換元ファイル.wav"  -aac_coder twoloop -vn -ar 48000 -ab 320k "変換後のファイル名.m4a"

このコマンドラインで、サンプルレート48khz、ビットレート320kbps（VBR）でAAC変換されます。

AACエンコーダの歪率(sin 1khz -20db)

AACエンコーダの音質指標の一つとして、sin 1khz 信号ファイル(24bit)をAACエンコーダに通すと「歪率」がどの程度悪化するか？を調べます。

歪率は、THDとTHD+Nで示され、スペクトル画面の赤矢印の枠内に表示されています。　THDは全高調波歪の割合でTHD+Nは、ノイズを加えた基本波成分の比（％）です。

AACエンコーダの絶対誤差（Pink-noise）：追記

AAC変換元（オリジナル）のPink-noiseは、WeveGeneで「-20db pink-noise 5秒間のwaveファイル(24bit 48khz)」を作成します。　このファイルを、前記コマンドラインの libefdk_aacとNativeAACエンコーダでAACファイルを出力します。　AAC変換元（オリジナル）のPink-noiseとAACに変換した夫々のファイルをAudacityに取込み周波数解析を行います。

Audacityの周波数解析は、周波数とレベルのtextデータが書き出せるので、NumbersやExcelなどの表計算ソフトを起動した後、書き出したtextファイルを開き周波数とレベルのデータを全選択コピーして、表計算ソフトにペーストします。　周波数に対する AACレベルからPink-noise音源レベルを引き算すれば、その値がAACの周波数に対する絶対誤差になります。　数式で表すと、

絶対誤差＝測定値ー真値＝【AACレベル】ー【Pink-noise音源レベル】

周波数を横軸に絶対誤差を縦軸にしたグラフ（散布図）を下に示します。　下のグラフは、320kbpsと参考で160kbpsに分けて、 libefdk_aacとNativeAACエンコーダのAACの絶対誤差を示しています。　なお、この絶対誤差は、周波数に対するPink-noise5秒間に含まれるPeak値を現しています。

AACエンコーダのcut-off 周波数

AACエンコーダの音質指標の一つとして、pink noise 信号ファイル(fs=192khz)をAACエンコーダに通すと上限再生周波数(cut-off)がどの程度低下するか？を調べます。（上記コマンドラインで指定したオプションで評価します）

ハイレゾリアル音源からAAC変換した音源（ 試聴）とマトメ

以上、ハイレゾピュアー音源(24bit)を使った libefdk_aac エンコーダの紹介でした。　実のところ、FFmpegは使いこなしの面でも多岐にわたって正しくオプション設定がされているか不安な面もあり、この記事中で誤りなどがあれば、ご指摘頂けると幸いです。

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