AC-3音频编码器研究与实现

论文摘要

AC-3是90年代初由杜比实验室开发的数字音频编码技术。该技术可以传输和存储多达5个全频带声道和一个低频效果声道,而所占用的存储空间比CD上一路线性PCM编码所占用的空间还要少。因此,AC-3在数字电影、HDTV、DVD等领域得到了广泛应用。目前国内外关于解码器实现的研究已经非常丰富,但相关的AC-3编码技术的研究却相当有限,本论文将在相关问题上进行探索和尝试。本文从分析研究AC-3标准所涉及的核心技术入手,实现了AC-3编码器和解码器的C模型,并分别移植到TMS320DM642EVM和TMS320C6713DSK上。由DM642实现实时的音频采集和AC-3编码,并将编码后的比特流经串行口McBSP发送给C6713进行实时解码与播放,从而形成了一个AC-3音频编解码平台。本论文主要对AC-3的编码算法进行了分析:首先对编码器结构框架进行了分析;其次,详细研究了AC-3音频编码算法的关键技术:输入PCM,滤波器组,耦合模块,矩阵重置,指数编码,比特分配,尾数编码及帧的生成。对于下列模块进行了算法上的改进和实现优化:对N点MDCT模块采用了N/4点的FFT快速算法,并进行了手工汇编优化;采用了高效的定量比特迭代算法,提高了编码质量;采用了耦合技术,可以在多声道的条件下,满足低码率的要求。该编码器被移植到TMS320DM642EVM平台上,并针对DSP平台的特点进行了移植优化以满足实时要求。目前,该编码器已经过12个测试序列的音频主观测试。在128kbps码率下,平均MOS得分为3.88分。在时钟频率为112MHz频率下可实现双声道实时编码。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 数字音频编码标准
• 1.3 Dolby AC-3 的发展和特点
• 1.4 课题的研究意义
• 1.5 论文的研究内容及章节安排
• 第二章 AC-3 音频编码算法研究
• 2.1 AC-3 系统结构
• 2.2 AC-3 音频编码的关键技术
• 2.2.1 输入PCM
• 2.2.2 滤波器组
• 2.2.3 耦合模块
• 2.2.4 矩阵重置
• 2.2.5 指数编码
• 2.2.6 比特分配
• 2.2.7 尾数量化及帧生成
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于DM642EVM的AC-3 编码器移植与优化
• 3.1 TMS320DM642EVM平台介绍
• 3.1.1 TMS320DM642 的硬件结构
• 3.1.2 TMS320C64 核的性能
• 3.1.3 TMS320DM642 平台开发的CSL及BSL库
• 3.2 DSP硬件平台的优化方法
• 3.2.1 C代码性能优化
• 3.2.2 编译器的使用
• 3.2.3 内联函数
• 3.2.4 汇编优化
• 3.3 本章小结
• 第四章 AC-3 音频编解码系统的实现
• 4.1 音频信号采集及编码
• 4.1.1 TLV320AIC23B 高质量音频芯片介绍
• 4.1.2 AIC23B 的配置及使用
• 4.1.3 McASP的配置及使用
• 4.1.4 使用EDMA来读取采样数据
• 4.1.5 使用乒乓buffer实现数据采集和编码的协调
• 4.2 音频数据的发送及接收
• 4.2.1 McBSP多通道缓冲口
• 4.2.2 McBSP的控制寄存器
• 4.2.3 通信方案选择
• 4.2.4 具体的通信方案
• 4.3 音频解码及实时播放
• 4.3.1 音频数模转换芯片AIC23
• 4.3.2 音频解码与播放的协调
• 4.4 本章小结
• 第五章 AC-3 音频编码器性能分析
• 5.1 AC-3 音频编码器质量评价
• 5.2 AC-3 音频编码器性能评价
• 结束语
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢