面向數(shù)字電視信源解碼芯片的音頻算法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著芯片集成度的飛速提高,集成電路的設(shè)計(jì)已經(jīng)進(jìn)入SOC時(shí)代.數(shù)字電視是在模擬電視的基礎(chǔ)上,為了達(dá)到高分辨率的圖象質(zhì)量性能而發(fā)展起來(lái)的,數(shù)字電視信源集成解碼芯片是數(shù)字電視接收機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵部分.本文以數(shù)字電視信源集成解碼芯片中的音頻解碼為設(shè)計(jì)目標(biāo),從信源解碼中各模塊的算法級(jí)聯(lián)調(diào)和FPGA驗(yàn)證入手,在深入研究音頻解碼算法并對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)的基礎(chǔ)上,具體提出了基于RISC核的數(shù)字電視(for DVB)音頻解碼設(shè)計(jì)策略.信源集成解碼芯片的設(shè)計(jì),就是將

2、系統(tǒng)層、視頻和音頻的解碼算法映射到處理器設(shè)計(jì)空間的過(guò)程.把TS流解復(fù)用、視頻解碼和音頻解碼集成到一塊芯片上,并嵌入RISC核來(lái)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)控制和部分算法任務(wù),是當(dāng)今數(shù)字電視信源解碼芯片設(shè)計(jì)的趨勢(shì).在我們的數(shù)字電視信源解碼芯片設(shè)計(jì)方案中,也采用了把TS流解復(fù)用、視頻解碼和音頻解碼集成到一塊芯片上的解決方法,內(nèi)嵌的cpu是ARM920T RISC核,用來(lái)負(fù)責(zé)系統(tǒng)總控,并承擔(dān)TS流解復(fù)用和音頻解碼任務(wù).本文提出了TS流解復(fù)用、視頻解碼和音頻解

3、碼三個(gè)模塊的C語(yǔ)言聯(lián)調(diào)策略,著重介紹了音頻聯(lián)調(diào)程序的具體實(shí)現(xiàn)方案,并提出了基于Altera FPGA的信源解碼器仿真驗(yàn)證方案目前國(guó)際和商業(yè)上通用的音頻編碼方法有很多,例如:MPEG-1 LayerⅢ(MP3)、MPEG-2 LayerⅠ LayerⅡ、MPEG-2 AAC、Dolby AC-3、MPEG-4 AAC等.而應(yīng)用在數(shù)字電視主流制式中的音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)是:歐洲D(zhuǎn)VB標(biāo)準(zhǔn)中的MPEG-2 audio layerⅠ、layerⅡ;美國(guó)

4、ATSC標(biāo)準(zhǔn)中的AC-3以及E-AC-3.本文在研究DVB音頻算法標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,指出了子帶綜合濾波器組占整個(gè)音頻解碼中的絕大部分運(yùn)算量,分析了MPEG標(biāo)準(zhǔn)中所建議的子帶綜合濾波算法的缺陷,通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)附錄中的常系數(shù)表的觀察,根據(jù)它們存在對(duì)稱(chēng)性和數(shù)據(jù)重復(fù)的特點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化,使得對(duì)合成窗系數(shù)表和位分配表的存儲(chǔ)量下降了一半以上;接著對(duì)濾波器組的流程也進(jìn)行了優(yōu)化,使得中間向量的存儲(chǔ)量大為下降,并且引入32-point DCT運(yùn)算,以便進(jìn)一步采用快速

5、算法,本文在參考有關(guān)DCT快速算法的文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,采用了將32點(diǎn)DCT根據(jù)齊偶分開(kāi)拆成四個(gè)8點(diǎn)DCT的方法,再結(jié)合一些編程技巧,使得整個(gè)濾波器組的運(yùn)算量下降大約60％.ARM作為一種16/32位的高性能、低成本、低功耗的嵌入式RISC微處理器,目前已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的嵌入式微處理器.本文在正式介紹基于ARM920T RISC核的音頻解碼設(shè)計(jì)之前,先完整地介紹了數(shù)字電視(for DVB)音頻解碼的設(shè)計(jì)流程:先全精度描述音頻解碼算法;再對(duì)

6、其進(jìn)行有限精度的定點(diǎn)化改造;然后重點(diǎn)描述了音頻解碼的基于ARM920T Core的ARMulator軟件仿真策略,以及基于Samsung S3C2410(ARM920T Core)的開(kāi)發(fā)板的移植方法.音頻解碼速度和性能是評(píng)判音頻解碼器優(yōu)劣的重要指標(biāo),在筆者的音頻解碼算法改進(jìn)中,采用了兩種方案(32-point DCT和four 8-point DCT),本文在對(duì)一些有代表性的音頻測(cè)試碼流進(jìn)行測(cè)試的基礎(chǔ)上,詳細(xì)列表比較了這兩個(gè)版本的定點(diǎn)解