多制式音频解码系统设计与优化

论文摘要

随着信息时代的来临,数字化了的信息带来了信息爆炸。数字化的视频和音频信号的数据量之大是非常惊人的。因此,如何在有限存储容量条件下,提供良好的音质成为了数字领域研究的重点。就音频数据处理而言,已经出现了各种音频压缩方法,如市场上广泛使用的MP3、WMA、AAC等,以及近年来具有我国自主研发知识产权的AVS音频部分。在众多音频压缩标准的广泛使用下,设计支持多标准的音频解码系统也成为了一种必然趋势。本论文致力于实现一种“基于手持式设备的嵌入式音频解码系统”的设计方案。选择其中最为流行的MP3标准与适应于嵌入式音频播放器AAC-LC框架标准作为支持对象。考虑到音频解码过程中,时间复杂度高的几个模块都具备一定的规则运算,且便携式设备大都依靠电池供电,对低功耗有较高的需求。所以本论文从节约系统功耗,提高运算速率方面来考虑,基于多标准的架构,对此多制式音频解码系统进行了软硬件协同设计,设计了可配置的硬件加速器,通过硬件资源的复用,以较小的面积将其中运算量大,时间复杂度高的部分进行硬件加速,既加快解码速度,又降低系统功耗。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1-1 本论文的选题与研究内容
• 1-2 音频压缩技术发展现状
• 1-2-1 MP3 编码标准
• 1-2-2 AAC 编码标准
• 1-3 片上系统与软硬件协同设计概述
• 1-3-1 软硬件协同设计理论产生的背景
• 1-3-2 软硬件协同设计技术发展过程
• 1-3-3 软硬件协同设计理论
• 1-4 本论文结构
• 1-5 本章小结
• 第二章 音频解码流程与软硬件协同设计
• 2-1 MP3 音频解码流程
• 2-1-1 MP3 码流格式
• 2-1-2 MP3 解码模块
• 2-2 MPEG2 AAC 音频解码流程
• 2-2-1 码流解析模块（Bit Stream De-formatter）
• 2-2-2 无损解码模块（Huffman Decoding）
• 2-2-3 反量化（Inverse Quantization）
• 2-2-4 重调度模块（Rescaling）
• 2-2-5 立体声处理（M/S）
• 2-2-6 预测模块（Prediction）
• 2-2-7 强化耦合处理（Intensity/Coupling）
• 2-2-8 时域噪声整形（TNS）
• 2-2-9 综合滤波器（Filter Bank）
• 2-2-10 增益控制模块（Gain Control）
• 2-3 软硬件协同设计与音频解码系统软硬件实现划分
• 2-3-1 MP3
• 2-3-2 AAC-LC
• 2-4 本章小结
• 第三章 硬件实现模块算法分析与优化
• 3-1 改进的快速霍夫曼解码
• 3-1-1 算法原理
• 3-1-2 基于码长的霍夫曼解码在音频解码优化过程中的应用
• 3-1-3 可配置的霍夫曼解码模块实现方案
• 3-2 可配置性能良好的逆改良型离散余弦变换（IMDCT）
• 3-2-1 优化1 （IMDCT DCT-IV）
• 3-2-2 优化2 （DCT-IV DCT-II）
• 3-2-3 优化结果分析
• 3-3 本章小结
• 第四章 硬件加速器实现及性能分析
• 4-1 霍夫曼解码模块硬件加速器
• 4-1-1 RTL 级实现
• 4-1-2 性能分析与综合结果
• 4-2 IMDCT Core 硬件加速实现
• 4-2-1 RTL 级实现
• 4-2-2 性能分析与综合结果
• 4-3 本章小结
• 第五章 软硬件协同设计系统性能分析
• 5-1 系统架构
• 5-2 软硬件协同仿真性能分析
• 第六章 总结与展望
• 6-1 本文的研究内容
• 6-2 课题的进一步研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文