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高清电视音频解码的定点DSP设计方案
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2017-10-27
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数字技术的高速发展使广播电视进入了由彩色电视向高清晰度电视（ HDTV） 跨越的过渡时代，音/ 视频产品数字化、高清晰度化已成为未来家电视听产品的趋势。 高清电视音频解码方案有欧洲数字视频广播（DVB） 标准采用的MPEG22 （ layer I ，layer II） 和美国A TSC 标准使用的Dolby AC23 两种。 其中DVB 标准被大多数国家接受，中国正在制定的数字电视标准同样是基于DVB 标准。 目前国内外许多公司都在从事高清电视及机顶盒芯片的研究，低成本高性能的芯片具有一定的竞争优势。音频解码是解码芯片的一部分。 作者通过对MPEG-2 多通道音频解码算法介绍及其优化，C 程序定点化，高性能媒体处理器DM642 简介， DSP/BIOS 实现实时音频解码和输出流程，完成了DVB标准的音频算法优化及DSP 移植。
1 DVB 音频算法及改进
DVB 音频是MPEG-2 音频解码标准的子集，它采用MUSICAM 算法进行压缩，利用给定的声音单元对位于临近频率较低声级的声音（或噪声） 有着遮蔽作用，对于听不见的声音单元不进行编码，这有利于在低数据率下进行音频编码。 MPEG-2 支持多通道（5. 1 声道） 和采样率分别为16 ，22. 05 ，24kHz 的低采样率的扩展。 其中低采样率扩展只需对MPEG-1 的比特流和比特分配表进行很小的变动就可实现解码。 MPEG-2 多通道扩展音频解码的帧结构见图1. ］
图1 MPEG-2 音频帧
MPEG-2 音频帧由MPEG21 音频数据和多通道（MC） 音频数据组成，其中MPEG-2 附加的多声道数据放在MPEG21 的辅助数据区。 由于采用了与MPEG-1 相似的帧结构， MPEG-2 音频可以后向兼容MPEG-1 音频，即MPEG-1 音频解码器可以恢复MPEG-2 音频数据的两声道信息，而用MPEG-2解码器则可以解码完整的多通道音频数据.MPEG-2 音频解码流程如图2 所示。 其解码过程可分解为：帧分解，反量化，逆矩阵解码，子带综合滤波。 当输入比特流经过帧分解后，解码器将位分配信息、量化因子选择信息和音频样点送入反量化器恢复子带样点，子带样点经子带合成滤波器重建各声道的脉冲编码调制（ PCM） 样点。
图2 MPEG-2 音频解码流程
表1 是在DSP 平台上统计解码各步所占用的时间。 可以看出，数值计算主要集中在子带合成滤波，若采用MPEG-1 建议的算法流程［2 ］ ，以两声道48 kHz 采样率为例，乘法运算量为（48 000/ 32） ×（64 ×32 + 512） ×2 = 7 680 000 次/ s. 因此，程序优化主要针对此步骤，并且对多声道音频，优化算法所减少的运算量与声道数成正比，因为子带合成滤波对于每个声道的样点是分别进行的。
1 DVB 音频算法及改进
DVB 音频是MPEG-2 音频解码标准的子集，它采用MUSICAM 算法进行压缩，利用给定的声音单元对位于临近频率较低声级的声音（或噪声） 有着遮蔽作用，对于听不见的声音单元不进行编码，这有利于在低数据率下进行音频编码。 MPEG-2 支持多通道（5. 1 声道） 和采样率分别为16 ，22. 05 ，24kHz 的低采样率的扩展。 其中低采样率扩展只需对MPEG-1 的比特流和比特分配表进行很小的变动就可实现解码。 MPEG-2 多通道扩展音频解码的帧结构见图1. ］
图1 MPEG-2 音频帧
MPEG-2 音频帧由MPEG21 音频数据和多通道（MC） 音频数据组成，其中MPEG-2 附加的多声道数据放在MPEG21 的辅助数据区。 由于采用了与MPEG-1 相似的帧结构， MPEG-2 音频可以后向兼容MPEG-1 音频，即MPEG-1 音频解码器可以恢复MPEG-2 音频数据的两声道信息，而用MPEG-2解码器则可以解码完整的多通道音频数据.MPEG-2 音频解码流程如图2 所示。 其解码过程可分解为：帧分解，反量化，逆矩阵解码，子带综合滤波。 当输入比特流经过帧分解后，解码器将位分配信息、量化因子选择信息和音频样点送入反量化器恢复子带样点，子带样点经子带合成滤波器重建各声道的脉冲编码调制（ PCM） 样点。
图2 MPEG-2 音频解码流程
表1 是在DSP 平台上统计解码各步所占用的时间。 可以看出，数值计算主要集中在子带合成滤波，若采用MPEG-1 建议的算法流程［2 ］ ，以两声道48 kHz 采样率为例，乘法运算量为（48 000/ 32） ×（64 ×32 + 512） ×2 = 7 680 000 次/ s. 因此，程序优化主要针对此步骤，并且对多声道音频，优化算法所减少的运算量与声道数成正比，因为子带合成滤波对于每个声道的样点是分别进行的。
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