高清電視音頻解碼的定點(diǎn)DSP設(shè)計(jì)方案

數(shù)字技術(shù)的高速發(fā)展使廣播電視進(jìn)入了由彩色電視向高清晰度電視（ HDTV） 跨越的過(guò)渡時(shí)代，音/ 視頻產(chǎn)品數(shù)字化、高清晰度化已成為未來(lái)家電視聽產(chǎn)品的趨勢(shì)。 高清電視音頻解碼方案有歐洲數(shù)字視頻廣播（DVB） 標(biāo)準(zhǔn)采用的MPEG22 （ layer I ，layer II） 和美國(guó)A TSC 標(biāo)準(zhǔn)使用的Dolby AC23 兩種。 其中DVB 標(biāo)準(zhǔn)被大多數(shù)國(guó)家接受，中國(guó)正在制定的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)同樣是基于DVB 標(biāo)準(zhǔn)。 目前國(guó)內(nèi)外許多公司都在從事高清電視及機(jī)頂盒芯片的研究，低成本高性能的芯片具有一定的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。音頻解碼是解碼芯片的一部分。 作者通過(guò)對(duì)MPEG-2 多通道音頻解碼算法介紹及其優(yōu)化，C 程序定點(diǎn)化，高性能媒體處理器DM642 簡(jiǎn)介， DSP/BIOS 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)音頻解碼和輸出流程，完成了DVB標(biāo)準(zhǔn)的音頻算法優(yōu)化及DSP 移植。
　　1 DVB 音頻算法及改進(jìn)
　　DVB 音頻是MPEG-2 音頻解碼標(biāo)準(zhǔn)的子集，它采用MUSICAM 算法進(jìn)行壓縮，利用給定的聲音單元對(duì)位于臨近頻率較低聲級(jí)的聲音（或噪聲） 有著遮蔽作用，對(duì)于聽不見的聲音單元不進(jìn)行編碼，這有利于在低數(shù)據(jù)率下進(jìn)行音頻編碼。 MPEG-2 支持多通道（5. 1 聲道） 和采樣率分別為16 ，22. 05 ，24kHz 的低采樣率的擴(kuò)展。 其中低采樣率擴(kuò)展只需對(duì)MPEG-1 的比特流和比特分配表進(jìn)行很小的變動(dòng)就可實(shí)現(xiàn)解碼。 MPEG-2 多通道擴(kuò)展音頻解碼的幀結(jié)構(gòu)見圖1. ］
　　
　　圖1 MPEG-2 音頻幀
　　MPEG-2 音頻幀由MPEG21 音頻數(shù)據(jù)和多通道（MC） 音頻數(shù)據(jù)組成，其中MPEG-2 附加的多聲道數(shù)據(jù)放在MPEG21 的輔助數(shù)據(jù)區(qū)。 由于采用了與MPEG-1 相似的幀結(jié)構(gòu)， MPEG-2 音頻可以后向兼容MPEG-1 音頻，即MPEG-1 音頻解碼器可以恢復(fù)MPEG-2 音頻數(shù)據(jù)的兩聲道信息，而用MPEG-2解碼器則可以解碼完整的多通道音頻數(shù)據(jù).MPEG-2 音頻解碼流程如圖2 所示。 其解碼過(guò)程可分解為：幀分解，反量化，逆矩陣解碼，子帶綜合濾波。 當(dāng)輸入比特流經(jīng)過(guò)幀分解后，解碼器將位分配信息、量化因子選擇信息和音頻樣點(diǎn)送入反量化器恢復(fù)子帶樣點(diǎn)，子帶樣點(diǎn)經(jīng)子帶合成濾波器重建各聲道的脈沖編碼調(diào)制（ PCM） 樣點(diǎn)。
　　
　　圖2 MPEG-2 音頻解碼流程
　　表1 是在DSP 平臺(tái)上統(tǒng)計(jì)解碼各步所占用的時(shí)間。 可以看出，數(shù)值計(jì)算主要集中在子帶合成濾波，若采用MPEG-1 建議的算法流程［2 ］ ，以兩聲道48 kHz 采樣率為例，乘法運(yùn)算量為（48 000/ 32） ×（64 ×32 + 512） ×2 = 7 680 000 次/ s. 因此，程序優(yōu)化主要針對(duì)此步驟，并且對(duì)多聲道音頻，優(yōu)化算法所減少的運(yùn)算量與聲道數(shù)成正比，因?yàn)樽訋Ш铣蔀V波對(duì)于每個(gè)聲道的樣點(diǎn)是分別進(jìn)行的。