MP3数字音频编解码算法的研究及实现

论文摘要

随着MP3音频编解码算法在网络音乐的广泛应用,各种硬件解码器也相继问世,在各种实现方法中,低速CPU搭配MP3解码硬件模块的SOC设计,以其较高的性价比,成为了本项目的首选方案。论文重点研究了MP3编码的算法标准,详细分析了压缩算法中的子带滤波器组编码、MDCT和混叠消除、生理声学模型、非均匀量化、霍夫曼编码与比特流组帧等主要功能模块。并在此基础上介绍了MP3的解码原理,在解码流程中应用了IMDCT、Filterbank的改进型算法以及子带截除技术,有效的减少了计算量,加快了解码速度。深入研究并且优化了ISO/IEC 11172-3的MP3解码标准后,采用并行技术设计了霍夫曼解码器、比例因子解码器和逆量化器等主要功能模块,其优点就是解码可以在每个时钟周期内进行,不受码长的影响,硬件复杂度的提高换来了解码速度的加快。采用硬件语言VHDL实现了MP3解码各个主要模块的功能,且通过了计算机功能仿真。介绍了FPGA的相关理论,并提出了采用FPGA进行验证的方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 常用音频压缩标准
• 1.2 MP3 发展现状
• 1.3 MP3 播放器介绍
• 1.4 论文研究的背景
• 1.5 论文研究的目的和意义
• 1.6 本文主要的研究内容
• 第二章 音频编解码技术综述
• 2.1 音频压缩技术
• 2.1.1 声音与听觉
• 2.1.2 声音信号的数字化
• 2.1.3 音频压缩的声学原理
• 2.1.4 音频压缩算法
• 2.2 MPEG 系列压缩标准的发展
• 2.2.1 MPEG-1 标准
• 2.2.2 MPEG-2 标准
• 2.2.3 MPEG-4 标准
• 2.2.4 MPEG-7 标准
• 2.2.5 MPEG-21 标准
• 2.3 MP3 音频
• 2.3.1 MP3 的由来
• 2.3.2 MP3 的特点
• 2.3.3 MP3 的实现基础
• 2.3.4 MP3 的局限性
• 2.4 本章小结
• 第三章 MPEG-1 AUDIO LAYER 3 编解码技术
• 3.1 MPEG-1 AUDIO LAYER 3 编码算法
• 3.1.1 分析子带滤波器组
• 3.1.2 MDCT 和混叠消除
• 3.1.3 心理声学模型
• 3.1.4 非均匀量化
• 3.1.5 Huffman 编码
• 3.1.6 比特流组帧
• 3.2 MPEG-1 AUDIO LAYER 3 解码算法
• 3.2.1 比特流解码
• 3.2.2 逆量化
• 3.2.3 立体声处理
• 3.2.4 频域到时域的映射
• 3.2.5 IMDCT 和Filterbank 的改进型算法
• 3.2.6 基于子带截除的MP3 解码优化技术
• 第四章 MP3 解码器的硬件设计
• 4.1 MP3 解码器的整体设计
• 4.2 比例因子解码器的设计
• 4.3 霍夫曼解码器的设计
• 4.3.1 霍夫曼编码算法和常见解码器设计架构
• 4.3.2 MP3 解码器中霍夫曼解码器的设计
• 4.4 逆量化模块的设计
• 4.5 部分模块的仿真结果
• 4.6 FPGA 实现方案
• 第五章 工作总结和展望
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 课题展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果
• 附录A
• 附录B