基于VxWorks的声卡驱动及音频数据压缩算法研究

摘要

目前，越来越多的电子设备需要由计算机来控制，而几乎所有的CPU和外部设备都会提供PCI总线的接口，PCI总线已经是计算机系统中应用最为广泛、最为通用的总线标准。因此，开发PCI设备的驱动程序显得尤为重要。在本文中以船用航行数据记录仪为应用背景，以嵌入式操作系统VxWorks为操作平台，论述了PCI设备驱动的开发流程。 音频编码技术应用在很多领域，而成熟的音频编码范例都采用了人耳听觉特性来减少音频编码的数据量，同时保持了重建信号的高保真性。声学掩蔽效应是用于开发音频信号中感知冗余的关键效应。在感知音频编码算法中，心理声学模型根据声学掩蔽效应的特性确定每个子带的掩蔽阈值，然后根据掩蔽阈值来分配每个子带的编码比特数。心理声学模型的准确与否，直接决定了音频编码的质量。 本文首先阐述了本课题的研究背景和意义。接着，第一大部分介绍了嵌入式操作系统VxWorks下设备驱动的开发方法，将VxWorks下设备驱动程序开发中所需的有些零散的知识有机地结合在一起，从而设计出了嵌入式操作系统VxWorks下PCI设备驱动的实现流程，并详细介绍了项目中所需的PCI声卡驱动程序关键模块的具体实现。在第二大部分中，介绍了感知音频编码算法的基本原理和算法框架，并重点对感知音频编码算法中用到的关键技术：心理声学模型的原理及实现方法进行研究，针对现有方法的不足提出了改进方案，提高编码质量，降低算法复杂度，相信在嵌入式操作系统所处的硬件条件限制和严格实时性要求下，特别是像船载航行数据记录仪这样需要实时记录和存储驾驶室声音和通信声音的仪器中会有更好的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题背景和意义

1.2目前研究动态

1.2.1 VxWorks与嵌入式设备驱动开发

1.2.2音频编码的发展状况

1.3本论文研究内容及目的

第2章嵌入式操作系统VxWorks

2.1嵌入式实时操作系统及VxWorks

2.2 VxWorks操作系统内核实现

2.2.1任务管理

2.2.2任务间通信机制

2.2.3中断管理

2.2.4任务间通信机制编程举例并分析

2.3 VxWorks的集成开发环境Tornado

2.3.1 Tornado功能简介

2.3.2声卡驱动编程调试遇到的问题及解决方法

2.4本章小结

第3章VxWorks下设备驱动研究

3.1 VxWorks下设备驱动程序分析

3.1.1 VxWorks下设备分类及设备驱动程序

3.1.2 VxWorks下设备驱动程序的分析及编写方法

3.1.3驱动程序的结构分析

3.2驱动程序的中断处理

3.3 VxWorks的初始化过程

3.4本章小结

第4章PCI总线及PCI设备驱动程序实现

4.1 VxWorks下PCI驱动的层次关系分析

4.2 PCI驱动的设计

4.2.1 PCI总线驱动研究

4.2.2板级定义层

4.2.3 PCI设备驱动

4.3 PCI驱动的实现

4.3.1开发前资料的收集

4.3.2 VxWorks下PCI设备驱动流程设计

4.3.3 VxWorks下PCI声卡设备驱动关键模块的具体实现

4.4驱动开发过程中遇到的问题及解决方案

4.5本章小结

第5章音频编码算法及改进

5.1声音

5.2音频编码算法研究

5.2.1语音编码方法中采用的方法

5.2.2感知音频编码算法

5.3 MPEG-1音频压缩算法原理及其标准

5.3.1 MPEG-1算法原理

5.3.2 MPEG-1音频压缩标准

5.4心理声学模型

5.4.1心理声学模型的基本概念

5.4.2掩蔽效应

5.4.3心理声学模型2的算法流程分析

5.5基于非线性电路的新的心理声学模型

5.5.1现有音频编码算法中存在的不足

5.5.2基于非线性电路的心理声学模型的框架设计

5.5.3引入前向掩蔽模型

5.5.4实验仿真及分析

5.5.5实验结论

5.5.6改进及发展方向

5.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文和取得的科研成果

致谢