基于FPGA的DRA音频编码解码算法的研究与实现

摘要

随着信息化时代的发展,数字音频技术已经深深融入我们的工作和生活中,成为我们生活中不可缺少的～部分。目前广泛应用的数字音频标准包括MPEG-1、MPEG-2、杜比AC-3、DTS等,而这些标准的知识产权归属于国外企业,那么我国在使用这些技术时就必须向其他国家交纳高额的专利费。2008年12月22日,国家标准委颁布了《多声道数字音频编解码技术规范》,即“DRA标准”,随后在2009年批准成为我国音频国家标准。DRA标准具有压缩率高、音质好、解码复杂度低等特点,填补了我国数字音频产业核心技术的空白,极大的推动了我国音频产业的发展,增强了国际竞争力。
　　 论文重点研究DRA编解码算法标准,详细分析了编码过程中的心理声学模型、瞬态段划分、可变分辨率滤波器组、Huffman码书选择等算法,解码过程中的窗口序列还原、Huffman码书应用、解码量化因子等算法。在深入研究分析的DRA标准的基础上,采用硬件编程语言VHDL完成了码流分解、帧头信息解码、Huffman解码模块、量化因子解码模块的设计,并在DE1开发板的FPGA芯片EP2C35F484C7上通过验证。解码模块的设计过程中采用了数据融合技术,把多个算法简单的解码模块功能合并到一起进行解码运算,可以节省大量的读取数据的时间。此外对于Huffman解码模块的设计提出了一种改进的16叉树查找表运算方法,综合考虑查找表存储空间和解码速度的关系,在不降低Huffman解码速度的基础上,节省了大量存储空间。
　　 论文在进行解码算法研究的基础上,还给出了语音报警系统的整体设计方案。报警系统可以实现对多测量信号的同时且多等级语音报警功能,针对每种报警情况给出操作提示。