MPEG-2 AAC音频解码算法分析及模块的硬件实现

摘要

该文研究了MPEG-2 AAC(Advanced Audio Coding)解码器在定点DSP(Digital Signal Processor)上的实现以及在Field Programmable Gate Array(FPGA)上的部分实现.作为新一代最有效的高保真数字音频编码手段,MPEG-2 AAC具有压缩比高,重建音频质量好,编解码过程模块化,声道配置灵活等特点,并且不同的层次具有不同的算法复杂度,因而MPEG-2 AAC在数字声音存储、Internet上的多媒体传输、数字音频广播(DAB)等领域正获得日益广泛的应用.随着数字多媒体技术在中国的飞速发展,对研究和实现MPEG-2 AAC硬件解码系统具有重要意义.由于MPEG-2 AAC解码算法的复杂性,要实时实现其硬件解码器有一定的难度,目前国外已经有研究机构利用数字信号处理器(DSP)开发出AAC音频解码器,而国内关于此方面的研究却刚刚起步.该文的主要工作:该文首先研究了声音信号的压缩原理及发展现状;然后研究了MPEG-2AAC音频编码标准及其中引入的一些新技术;在此基础上,该文对AAC标准建议的解码算法在不降低解码器质量的前提下进行了运算复杂度方面的优化,其中的一些主要改进有:1)对于Huffman解码采用比较算法而非传统的二叉树遍历搜索算法;2)用带线性插值函数的反量化表代替全局反量化表;3)对IMDCT模块采用了基于IIR滤波器结构的构架进行运算,该方法特别适合于并行运算.这些优化方法大大减低了AAC解码算法的运算复杂度,为实时实现其解码器创造了很好的条件;接着,该文利用TI公司提供的DSP开发板实时实现了AAC主框架音频解码器,证明其算法优化在节省存储空间和提高运算速度上是卓有成效的;最后,该文研究了MPEG-2AAC解码器的VLSI实现,给出了Huffman解码模块,反量化模块以及IMDCT模块在FPGA上实现的硬件结构框图,并用VHDL语言编写了代码,给出了仿真波形,为最终实现单片AAC解码芯片打下了基础.

目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1数字声音信号

1.2数字音频压缩的基本理论依据

1.3音频编码技术的发展现状

1.4论文的主要工作及组织结构

1.5本章小结

第二章MPEG-2 AAC算法模块分析

2.1引言

2.2 MPEG-2 AAC的配置

2.3 MPEG-2 AAC的解码模块

2.4本章小结

第三章MPEG-2 AAC在定点DSP上的解码

3.1引言

3.2 MPEG-2 AAC文件格式

3.3 DSP系统的开发流程

3.3.1 TMS320C54X系列DSP特点

3.3.2软件开发环境

3.3.3硬件开发环境

3.4 MPEG-2 AAC算法定点化

3.4.1数的定标

3.4.2线性运算的实现

3.4.3非线性运算的实现

3.5 MPEG-2 AAC解码优化技术

3.5.1使用优化器进行优化

3.5.2算法优化技术

3.6在定点DSP上的解码结果分析

3.6.1速度与内存测试

3.6.2解码波形图

3.7本章小结

第四章FPGA开发MPEG-2 AAC解码器

4.1引言

4.2 FPGA的主要特点

4.3软件开发环境Quartus Ⅱ

4.4算法模块的硬件结构

4.4.1 Huffman模块硬件实现

4.4.2反量化模块硬件实现

4.4.3 IMDCT模块硬件实现

4.5本章小结

第五章总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢