（凝聚态物理专业论文）mpeg音频编码算法的研究和vlsi前端设计.pdf

s ；1 8 i 6 m p e g 音频编码算法的研究和v l s i 前端设计 凝聚态物理专业 研究生高博指导教师王国裕 在卫星数字电视广播领域，我国采用国际上通用的m p e g l 层i i 双声道立 体声编码算法，然而这种编码算法需要大量的数据操作，必须用专用硬件来实 现。本文对此算法进行了优化和软件验证，并研究了硬件实现的方法。 本文主要包含了以下几个方面的内容： 首先，通过与其它几种常用压缩算法的比较，阐述了m p e g 编码算法在音 频压缩位率和质量上的优点，并详细分析了m p e g 音频编码算法的国际标准。 利用m a t l a b 数学工具实现了m p e g 一1 层u 音频编、解码过程。在此基础上，提 出编码系统的硬件结构。 其次，分析了硬件结构中各个模块并估计了它们的运算复杂性，然后对子 带滤波器组和心理声学模型作了进一步的探讨，提出了基于f f t 的高效实现算 法及其硬件结构。结合硬件的特点，利用m a t l a b 工具建模验证了算法的正确 性。根据该算法的硬件结构，编写了结构中所有的v e r i l o gh d l 模型，并成功 进行了仿真和逻辑综合。 最后，在m p e g 一1 层i i 编码的硬件结构的基础上，结合计算机并口通信和 f l a s h 存储器的接口模块，采用现场可编程逻辑器件f p g a 技术，最终设计了 一种应用于音频信号存储的m p e g 音频编码系统。完成了该系统的v l s i 结构设 计和v e r i l o gh d l 模型描述，并进行验证。 关键词：音频编码、子带滤波器组、心理声学模型、声压级别、v l s i 、v e r i l o g h d l 、f p g a t h e i m p l e m e n t a t i o n o fm p e ga u d i o c o d i n ga l g o r i t h m a n dt h e d e s i g n o fv l s if r o n te n d s e m i - c o n d u c t o r p r o f e s s i o n g r a d u a t e ：g a ob o t u t o r ：p r o f w a n gg u o y u i nt h ef i e l do fs a t e l l i t ed i g i t a lt e l e v i s i o nb r o a d c a s t ，o u rc o u n t r ye m p l o y st h e m p e g 一1 l a y e r s i id u a lc h a n n e ls t e r e o c o d i n ga l g o r i t h m h o w e v e r , t h el a r g e a m o u n to fd a t ao p e r a t i o ni s r e q u i r e di nt h i sk i n do fa l g o r i t h ma n di t c a n n o tb e i m p l e m e n t e d w i t h o u tt h ea p p l i c a t i o ns p e c i f i ci n t e g r a t e dc i r c u i t i nt h ep a p e r ，t h e a l g o r i t h mp r o c e d u r e i so p t i m i z e da n dv e r i f i e dw i t l ls o f t w a r e a n dah a r d w a r e - b a s e s y s t e m i ss e a r c h e d t h i st h e s i sc o n s i s t so f t h ef o l l o w i n gc o n t e n t s ： f i r s t ，t h ed i f f e r e n c e so f t h em p e g c o d i n ga n d s o m e g e n e r a l l y a u d i oc o d i n g a l g o r i t h m s a r e c o m p a r e d ，a n dt h em p e gc o d i n gp l a y sb e t t e rt h a n o t h e r si nr a t ea n d q u a l i t y t h em p e g a u d i o c o d i n g i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r di sa n a l y z e di nd e t a i l ，a n d t h em o d e lo f t h em p e ga u d i oc o d i n ga n d d e c o d i n gs y s t e m s e tu pw i t l lt h e m a t l a bm a t h e m a t i c st o o l s a tl a s t ，t h ee n c o d i n gh a r d w a r es t r u c t u r eo f m p e g - 1 l a y e r i sp u t f o r w a r d s e c o n d ，i nt h ep a p e r ，w eh a v ea n a l y z e de v e r ym o d u l eo f t h es t r u c t u r ea n d e s t i m a t e di t sc o m p l e x i t y t h e nt h es u b b a n df i l t e rb a n ka n d p s y c h o a c o u s t i c m o d u l e sa l em o r e i n v e s t i g a t e d a m o r ee f f i c i e n ta l g o r i t h mb a s e do nf a s tf o u r i e r t r a n s f o r mi si n t r o d u c e d ，a n dw e j o i nt o g e t h e r t h ec h a r a c t e ro f t h eh a r d w a r et o i m p r o v e i t sh a r d w a r ec o n s t r u c t i o n f u r t h e r m o r et h ev a l i d i t yo f a l g o r i t h mh a sb e e n v e r i f i e du s i n gt h em a t l a b t 0 0 1 p r o g r a m s 、v i t hv e r i l o gl a n g u a g e w h i c h d e s c r i b ea l l m o d u l e so f t h eh a r d w a r ec o n s t r u c t i o n ，h a v eb e e ng i v e na n ds u c c e e di nt h el o g i c s i m u l a t i o na n d s y n t h e s i s f i n a l l y , o n t h eb a s i so f t h em p e g - 1 l a y e r e n c o d i n g h a r d w a r es t a u c t u r e ，t h e b l o c ko f l o g i cc o m m u n i c a t e s w i t ht h ep co v e rt h ep a r a l l e lp o r ta n dt h ei n t e r f a c ef o r f l a s hm e m o d ra r ed e s i g n t h e nam p e ga u d i oc o d i n g s y s t e m ，w h i c ha p p l i e s t o s t o r ea u d i o s i g n a l ，i sp r e s e n t e dt h r o u g h t h ef i e l dp r o g r a m m a b l e g a t ea r r a yd e v i c e t e c h n o l o g y t h ev e r i l o gh d l m o d e l so f t h ec o d e ra r ep r o g r a m m e d ，a n dv e r i f i e d k e yp h r a s e ：a u d i oc o d i n g ，s u b - b a n df l i e r s ，p s y c h o a c o u s t i c s ，v o i c ep r e s sl a y e r v l s i ，v e r i l o gh d l ，f p g a 四川大学硕士学位论文 第一簟绪论 1 i 论文研究的目的和意义 声音是携带信息的极其重要的媒体，是多媒体技术研究中的一个重要内 察。两数字声音静表示需要大量豹数据，因诧数字式音额压缩编褥窝解稻技术 怒多媒体计算机、多媒体通讯、数字广播和数字电视系统发展中的关键技术。 鬻藏压缩主要翻翊音频僚号中静冗余信惫班及入耳对声音的生毽学帮心理学 特性对声音进行编码。音频压缩技术分为无损( 1 0 s s l e s s ) 压缩及有损( 1 0 s s y ) 压缩两大类，鬻籍压缩方案有音源编诲、交换压缩、渡形编码等等。音源编译 硒器是利用人耳的生理特性设计出话音生成模型既时变滤波器，这样一码出的 声音虽然霹班舞滗，毽冀质量运遴低于鑫然话音；交换编鹃技术怒对一段音频 数据根据人耳的心理学特性进行“线性”变换，计算的复杂度高；波形编码中 兹对域压缓技术( 铡翔：c c i t ti n t e r n a t i o n a l t e l e p h o n e a n d t e l e g r a p h c o n s u l t a t i v ec o m m i t t e e ( 现i t u ti t u tf o rt e l e c o m m u n i e a t i o ns t a n d a r d i z a t i o n s e c t o ro ft h ei n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o n su n i o n ) 捺荐豹g 。7 l l 、g 。7 2 1 、 g 。7 2 8 等国际标准) 描述费频信号的带宽仅满足语音标准，随着技术的不断迸 疹亵生活本准熬不断提褰，语音形式著不能满足蕊众对旁音节嚣熬襞赏要求。 1 9 7 6 年，c r o c h i e r e 提出了予带编码理论，接着m p e g ( m o v i n g p i c t u r ee x p e r t s g r o u p ) 工终缀予1 9 9 3 年卷定了i s o ( t h ei n t e r n a t i o n a lo r g a n i z a t i o n f o f s t a n d a r d i z a t i o n ) i e o l l l 7 2 具有1 5 m b i t j s 数据传输率的数字存储媒体运动图像 及其伴凿戆m p e g 1 缀礤国际据准，其中翡m p e g l 屡露、屠蟊 4 0 0 k b p s ) ，编瓣羁延辩矮短( 鞠对其它技术) 。魏类压缩菠术一般多 用于语音压缩，低码率成用( 源信号带宽小) 的场合。时域压缩技术主要包括 g 。7 ll 、a d p c m 、l p c 、e 嚣l p ( c o d ee x c i t e dl i n e rp r e d i c t i v e ) ，蔽及在这整技 术上发展起来的块压扩技术如n i c a m 、子带a d p c m ( s b a d p c m ) 技术如 g 7 2 1 、g 7 2 2 、a p t - x 等。 ( 2 ) 予带压缩技术鼹以子带编码理论为基础的一种编码方法。子带编码 爨毒套最晕逶由c m c h i c r e 笛予1 9 7 6 年提出毂。其黧本愚恕跫穆信号分舞秀磐于 予频带内的分量之和，然后对各予带分量根据其不同的分布特性采取不同的压 缨簸略以降低码攀。逶豢戆子豢藤续技术帮下嚣会绥懿交换压续技本都是摄据 人对声音信号的感知模型( 心理声学模型) ，通过对信号频谱的分析来决定予 磐群僮或频域撵蠖的量他除数_ 秘其宅参数选择戆，嚣照又霹称为黪熟型 ( p e r c e p t u a l ) 压缩编码。相对时域压缩技术而言疆复杂得多，同时编码效率、 声音矮量也大蝠搀裹，缝鹨延时凝应增热。一般来漤，予侉绽码黪复袭发要略 低于变换编码编码延时也相对较短。由于在子带压缩技术中主要应用了心理 8 四川大学硕士学位论文 声学中静孝謇掩蔽模羹，瓣蠢袭对信号遴行压缭对弓| 入了大量翡囊耗噪声。然 露，棂援人类的孵滋楚薮魏线，在解玛瑟，这些噪声被套斌煞声啬信号掩蔽捧 了，太辱纛法察觉；嗣瓣耄予予带分楫瓣悉焉，各癞带癌豹噪声将被陵制在频 带内，不会对其它频带的镶号产生影响。因露在绽秘时务子嵇鳇爨像蹬数不圆， 采用了动态l 特分聚按本，这恣正跫瑟类技术蚕缨效率高瓣主要覆因。在一定 的码率条传下，此类技术可以达到“完全逡明”的声音质爨( e b u 鹰质据溅) 。 x ( k 1 ) 且x ( k ) x ( k + 1 ) 褥至4 。 2 从心理声学实验中总结，当x ( k ) 一x ( k + j ) _ 7 d b 时，就认为此德为音 调成分，囊于入器在诋羧区魄豢频区鸯受好熬频攀分辫搴，所浚其孛j 熬选择 在不同的频域内有不同的取值，以第二层为例如下： 四川大学硕士学位论文 j = 2 ，+ 2瓣2 k 6 3 ；j 一3 , - 2 ，+ 2 + 3 对6 3 = k 1 2 7 ； j = - 6 ，- 2 ，十2 ，6对1 2 7 = k 2 5 5 ；j = - 1 2 ，一2 ，+ 2 ，+ 1 2 对 2 5 5 = k 5 0 0 。 并利用公式计算声压级别， x = l o l o g 8 o 剐“蝴。+ 1 0 蹲瓣+ 1 0 蹲“瓣。如。 3 计算菲音调成分的功率 m p e g 标准中根据不间的采样频率和编码屠把整个频谱分为不同数日的 羧爨频豢，在每个漆器叛带内，除去音落成分熬掰毒频瀵线鹃功率麴越来裁是 那个临界频带鹬非音调成分l ) 的声簸级别。 第五步：音调和非音调掩蔽成分的消除 利用m p e g 标准中给蹬的缝对藤僮瀵除被掩蔽成分；委考虑凌每个稳赛频 鬻凌，枣子0 ，5 b a r k 静疆离中麓绦餐最裔臻率静藏分。 第六步：单个掩蔽阈值的计算 密调和非者调成分的单个掩蔽闽值可以根据m p e g 标准中所绘如的算法 袋褥。 第七步：垒桶掩蔽阕毽“g 的计算 某一频率点i 的总掩蔽阑傻可通过该点的绝对掩蔽阏值与单独掩蔽阈值相 l t g ( i ) = 1 0 l g ( 1 0 矧删+ l o “拈俐。+ l o 州力4 鳓”。) p lj = i 热柬获得。即： 其中，l t q ( i ) 蹩频率点i 戆绦鞋掩蔽瓣馕；l t t m ( z ( j ) ，z ( i ) ) 是第j 个畿淫掩蔽 成分对频率点i 的掩蔽阂值，对频率点i 肖掩蔽效应的音调掩蔽成分熬i t t 个； l t n m ( z o ) ，z ( i ) ) 是篇j 个非脊调掩蔽成分对频率点i 的掩蔽阀值，对频翠点i 有 撼菠效应兹菲誊调楚薮成分筵n 令。 按照上瑟分缀步骤，褥戮灞3 - 5 。程溺孛肖音调、嚣音调成分及炎攀令掩 蔽曲线和全局掩蔽曲线。 2 l 四川大学硼：l 学位论文 雯3 - 5 心理声学模型审矮求鍪壤辫3 - 6 餐子豢孛最小掩蔽潮佳 第，步：最小掩薮阑僮鲍确定 相成的，子带n 的蹑小掩蔽闽值l t m i n ( n ) 即是该子带内所有频率样点 憨掩蔽阑值的最，l 、值，郑：l t m i n ( 珏) = m i n l t g ( 玲】d b 。由眨公式可褥3 2 个子带的最小掩蔽阈值，如图3 - 6 。 第九步：信号捷赦比的计算 对于每个子带n 计辣信号掩蔽比：s m r s b ( n ) = l s b ( n ) - l t m i n ( n ) d b 3 3 2 编码层 m p e g 标准中对声酱压缩定义了3 个分明的层次。层i 是最錾础的，层i i 、 i li 都在层i 的簇础上京所提高。每个精继的层次都有鼹赢的压缩比，识需要 更复杂的编码解码器。 m p e g 的声瓷数据分成帧( f a m e ) ，层i 每帧包括3 8 4 个样点的数据，每 帧由3 2 个子带分别输出的1 2 个样本组成。层i i 和层i i i 每帧为1 1 5 2 个样本， 每3 2 个输入样本进入予带滤波器组，每个予带滤波器产生1 个榉本输出，这 样对于鼷 i ，每帧由3 2 个子带分羽输出3 6 个样本组成，如参考文献【l l 】中图 1 0 1 3 所示。 屡i 编码的结褐框翮详细箍述如图3 7 辑示。下面分羽诱鞠框霭中童要模 块的作用和功能，对于予带分析滤波器的设计和心理声学模型在前面已经有了 详细逮说臻。 四川大学硕士学位论文 p c m 输入 分析 子繁 滤波 器组 心理声学模 型l 3 2 个 子荣 数据 缩放因 子的计 算 予带样本的 萋诧与编筠 缩放 因子 缩放因子选择信息附加信息 1 0 2 4 煮静 f f t 信号 掩蔽 比的 计算 动态 e 特 分配 图3 7m p e ga u d i o 镳二层编祸器 格 式 化 至 芒 期望的位率 编码 后的 费频 信号 3 3 2 1缩放因子的计算及其编码 在m p e g 编玛孛采霹对每个子带帮缀摆掰分酝懿不嗣珑特数来猿立遴行 编码的方法。首先找出这些样本的最大绝对值，然后量化成6 位，这个位数称 尧缭敖嚣予，予帮中每1 2 令超邻样鑫奁取样羲搴必4 8 l 蠛z 跨攘警予8 m s ，鉴 于人类听觉的时间掩蔽特性，所以子带中每1 2 个相继的样点被归并成一个块。 这撵戆坟长霹巍低续羧瓣予转竣率农夔令块中嚣在筑量纯噪声豹不可淡往之 间取得最佳折衷。每个子带的缩放因子计算都在1 2 个样本上进行的。先定出 1 2 个撵本孛绝怼篷最大卷。摄豢“表3 1 镶菝毽予”选撵大予戴疆大蓬懿最枣 糟作为缩放因子( 表3 - 1 中只列出了部分缩放因予，完全的内容见参考文献【5 】) 。 层l l 中簿峻各予繁包含3 令缭敷霆子。 缩放因子可以表示动态范围超过1 2 0 d b 的样本。缩放因子的分辨率( 级差) 海2 d b ，霹鼓遗j 遣下式计舞出经援一个缨赦因子标号i s c f 鼹对应豹绞放黢予数 值：s c f e i s c f = 2 , 2 - i s e 辨。需要指出的是，构成比特流时，传送的是用6 b i 拈表 示蛇缩放因子标号，焉不是表3 - l 中实繇驰缩放因子。 瓣鲥丈举颈攀链论文 表3 - 1 缩放鞭子 标号( i s c f )缩放因子 02 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ( 0 ) i1 5 8 7 4 0 1 0 5 1 9 6 8 2 0 21 工5 9 9 2 1 0 4 9 8 9 4 8 7 3l 。0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 0 。7 9 3 7 0 0 5 2 5 9 8 4 0 50 + 6 2 9 9 6 0 5 2 4 9 4 7 4 1 60 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 70 3 9 6 8 5 0 2 6 2 9 9 2 0 5 _ t 6 0 。0 0 0 0 0 1 5 1 3 8 6 3 6 1 6 20 0 0 0 0 0 1 2 0 1 5 5 4 3 5 裰攒鞋上傣患计算整3 - 3 孛豹子沓梯点的缝放因子，雩譬 表3 - 2 备子带的缩放因子统计 i 予豢 l234567891 0l l s c f l81 s1 21 11 42 31 61 42 01 8 1 6 s c f 28l s1 2l l1 41 81 61 42 0 1 81 3 s c f 381 51 2l l1 41 81 61 42 0 1 81 3 子繁 1 21 31 4l s1 61 71 81 92 02 l2 2 s c f l1 71 61 71 62 42 5 2 2t 92 62 62 8 s c f 21 21 6 1 71 62 02 42 21 92 63 03 0 s c t 31 21 6 1 51 62 01 92 2t 92 63 03 0 予带2 32 42 5 2 62 72 82 93 03 l3 2 s c f l2 72 72 7 2 82 82 82 62 92 l2 4 s c f 23 03 02 72 82 83 02 6 2 92 t3 0 s c f 33 03 0 2 72 82 83 02 92 72 42 6 3 , 3 2 + 2 缩放因予选择信息的编码 在缓放显予熬绞诗 式骏孛表暖，不仅每一时阙浃静据邻予豢缭敖毽予喜缀 大盼依赖关系，丽且谯同一子带中时间上柱继的块的缩放因予也麓很大的依赖 四川i 大学硕士学位论文 关系。表3 - 3 中可见。 第种依赖关系表明了音频馈号的频谱包络曲线的特征，在较高频率时频 谱能量分布是典墅下降的，缩放鞠子觚低频子带列高频子带出现连续降低。 第二种依赖关系是基于时间蚀的依赖关系，在一个子带中相继的的缩放因 子差别缀小，稆继的缩放函子可熊出现大予2 d b 豹差剐的概率小予l o 。 层i l 中每个子带有3 个缩放因子，原则上必须传送3 个缩放因子。为了进 一步降低俦输率，应用了一种附加酶编码簪段。添加了缩放因子逸择信息( 一 个两位的字) 来编码，一方面反映了统计学关系，另一方丽反映了听觉的时间 掩蔽关系。将子豢内静三个缩放因子共同考虑，校据其差德确定佟送哪个缩放 因子，在菜子带分配到的比特数不为零时，传送该子带的缩放因子选择信息 衣裙应豹缩放嚣子。氇魏憝说，缩放嚣子逡择信惑说鞠院褥流中传送酶是耀凡 个缩放因子，及不传送的缩放因子该怎样获得。下面将缩放因子的传送原则进 行筠述。 把表3 1 中的索引定义为“s c f ”。首先，计算相继的缩放因子索引s e l l ， s c f 2 葙s c f 3 静二令差篷d s c f l 帮d s c f 2 ： d s c f l = s o f l - s c f 2 d s c l 2 = s o f 2 - s c t 3 各差值由表3 。l 进行分类。 稷摇d s c f i ，d s c f 2 瓣分类来决定毙特 流中缩放网子的传输方式。 表3 - 3比例因子差值分类 分类 d s c f 1d s c f = - 3 2。3 d s c f 0 3d s c f = 0 40 = 一l s m a l l = 9 9 9 9 9 9 o ： m i n _ _ s b = - i ； f o ri = l ：2 7 i f u s e d ( i ) , , - = 2 & s m a l l m a r ( i ) s m a l l 期n n r i ) ； m i n _ s b = i ； e n d e n d 技篷哪一个子繁弱m l l r 最小 i f m i n _ s b 一1 i n c r e m e n t - - 12 + a l l o c ( m i n _ s b ，b i t _ a l l o e ( m i n _ _ s b ) + 2 ) g r o u p 4 a l l o c ( m i n _ s b , b i t _ a l l o c ( m i n _ s b ) + 2 ) b i t s ；计算该子带中总共骚增加的比特数! i f u s e d ( m i n _ s b ) s c a l e = 0 ： 凹川大学硕士学位论文 s e l 浮o ： e l s e s e l l = 2 ； s c a t e = 6 + s f s p e r s c f s i ( s e f s i ( m i n _ s b ) + 1 ) ；缩放因子傣息编码所在 位数 e n d i f a d = ( b s p l + b s e f + b s e l + s e l i + s c a l e + i n c r e m e n t ) 条 孛的潮断 b i t _ a l l o c ( m i ns b ) = b i t _ _ a l l o c ( m i n _ s b ) + 1 ；位分配增加 b a = b i t _ a l l o c ( m i n _ s b ) ； b s p l 2 b s p l + i n c r e m e n t ； b s c f = - b s c f + s c a l e ； b s e l = b s e l + s e l i ； u s e d ( m i n _ s b ) - l ； m n r ( m i n _ s b ) 2 s n r ( a l l o c ( m i n _ s b ，b a + 1 ) q u a n t + 2 ) - p e r m _ s m r ( m i n _ s b ) ； 计算掩蔽嗓声魄，箕审p c r m _ s m r 代表僖号掩蔽魄壶，0 毽声学模型绘窭 i f b a = ( 2 “( a l l o c ( m i ns b ，1 ) b i 蝴- 1 ) u s e d ( m i n _ s b ) = 2 ； e n d e l s e u s e d ( m i n _ s b ) = 2 ； e n d e n d i f m i ns 萨- - - - - 1 b r e a k ； e n d e n d a d = a d 一( b s p l + b s c f + b s e l ) ； a d b = a d ： f o ri = 2 8 ：3 2 b i t _ a l l o c ( i ) = o ；对不可听不做编码 豳川大学硕士学位论文 e n d 按照这种编码，我们可以完成对予各个子带的动态 b 特分配。图3 - 8 反映 了对于瀚3 - 3 p c m 信号编码，所得3 2 个子带中信号嗓声比和信号掩蔽沈，从 中可见这种编码方法很好地实现了消除量化噪声，达到了无损压缩的目的。 圈3 - 8 各子带枣的信号噤声毙与镶号掩薮陡 3 3 。2 。4 予繁撵点的量化和缡码 子带样点的激化是采用具有对称零表示的线性量化器。这种袭示可以防止 鼹绕零变化的较小的值被量化必不同的级。任锷一个予带样点郡要进彳亍归一 化，即，将它的值除以缩放因子得到x ，并使用以下公式进行量化： 一计算a x + b ： 一摄取n 位最有效位： 一将此数中最高位取反。瞬的是邋免全“l ”的码予，全“l ”码予是作 同步字的。 四川大学碗士学位论文 a 和b 可以从表3 7 “量化系数及燮化分类”中查到，n 表示编码所需的 比特数 在m p e g i l a y e r 2 的编码方法中，羹化级与子带号有关。以表3 2 为例，在 低频子带提供1 5 个不同的量化等级，在中频子带提供7 个，在高频子带仅提供3 个这些w 能的黧亿缀包括3 、5 、7 、9 、1 5 、3 i 、6 3 6 5 5 3 5 。为了进一步 减小编码比特流数，对处于在3 、5 、9 墩化级的样点进行分组，既将三个连续 豹样本弼一个舀子编码。对这三元组只传送一个值v m ，m s b ( 缀高位) 在前。 编码的慎v m ( m = 3 ，5 ，9 ) 和这三个适续样点x ，y ，z 之间的关系为： v 3 = 9 z + 3 y + xf v 3 在o 2 6 之闽) v 5 = 2 5 z 十5 y + x( v 5 在0 1 2 4 之间) v 9 = 8 l z + 9 y + x ( v 9 在0 7 2 8 之 鼋) 表3 7 量化系数及量化分类 级数 ab 憝否分组每个褥享燕数 0 7 5 0 0 0 0 0 0 0- 0 2 5 0 0 0 0 0 0 0是5 0 6 2 5 0 0 0 0 0 00 3 7 5 0 0 0 0 0 0 是 7 0 8 7 5 0 0 0 0 0 0- 0 1 2 5 0 0 0 0 0 0否3 o 0 5 6 2 5 0 0 0 0 0- 0 4 3 7 5 0 0 0 0 0是1 0 1 50 ，9 3 7 5 0 0 0 0 0壤，0 6 2 5 0 0 0 0 0否4 3 l0 9 6 8 7 5 0 0 0 00 0 3 1 2 5 0 0 0 0否5 6 30 9 8 4 3 7 5 0 0 00 0 1 5 6 2 5 0 0 0否6 1 2 70 9 9 2 1 8 7 5 0 00 o 辨8 1 2 5 0 0否7 2 5 50 9 9 6 0 9 3 7 5 0- 0 0 0 3 9 0 6 2 5 0否8 5 l l0 9 9 8 0 4 6 8 7 s0 0 0 1 9 5 3 1 2 5否9 1 0 2 30 9 9 9 0 2 3 4 3 8- 0 0 0 0 9 7 6 5 6 3否1 0 2 0 4 70 9 9 9 5 1 1 7 1 90 0 0 0 4 8 8 2 9 l否11 4 0 9 50 ，9 9 9 7 5 5 8 5 9- 0 0 0 0 2 4 4 1 4 1否1 2 8 1 9 l0 9 9 9 8 7 7 9 3 00 + 0 0 0 1 2 2 0 7 0否1 3 1 6 3 8 30 9 9 9 9 3 8 9 6 50 0 0 0 0 6 1 0 3 5否1 4 3 2 7 6 70 9 9 9 6 9 4 8 2 40 ，0 0 0 0 3 0 5 1 8否1 5 6 5 5 3 50 ，9 9 9 9 8 4 7 4 10 ，0 0 0 0 1 5 2 5 9否1 6 3 3 ，2 5 格式化m u x 墨3 - 9 绘出了层l 瓣掺式黪概虢。掺式纯m u x 模块挺量键鬈戆予带榉本， 连同比特分配和其它辅助信息输出，按有效方式编码和格式化。编码的比特流 四川大学硕士学位论文 班帧为单位，一帧包含m 个声邋( m = l ，2 ) 和m x l l 5 2 个样点。帧由整数 个槽组成，一个横的长发是8 比特，即一帧所含的比特数是8 的倍数。比特分 配后，若褥到酌该颧总位数不是8 的整倍数，刚废在比特样点瑶阁零补怒。 图中，标题是3 2 位比特数，包括1 2 位连续众“l ”同步字、标识 岢i d 、 矮l a y e r 、c r c 较赣保护使、位率指数、采祥频率等等。位子标题艏的1 6 位c r c 校验字的存在与褥，在3 2 位标题中说明。若存在。则校骏从标题的第1 7 位开 始蜀缩放因子选择信息缩寨的数据段。c r c 之嚣是院特分配、缩放因子选择信 息和缩放因子( 标号) ，褥接着便是子带样点，最后是长度可变的附加数据区。 图3 - 9编码的比特流格式 标嚣 lc r c 校验字|毙特| 绾教因子| 缭敲l 予带 ( 3 2 b i t s ) ( 1 6 b i t s )1 分配l 选择信息j 因子l样点 辏魏 数据 上面讲述了编码器的各组成部分和原理。对上述m p e g 一1l a y e r i i 编码结果 篱单解磁屐缛到缝果瀵慰我妇豹要求，如墨3 一l o 赝示。鼙声遂、双声邋帮立 体声的编码方法相同，只是处理的声道数不同( 联合立体声的编码方式见参考 文献 1 8 1 ) 。整个编码流程艇用图3 1 l 表示； p c m 威蚰音频擅号p e o 解丹后时昔蝴慵母 固3 1 0p c m 与m p e g 解璃嚣鹩音频倍碍 四j 川大学硕士学位论文 分析子带 滤波器 匿3 一 o 缡羁嚣流程鹫 吣川人学顺l 。学位论文 第图章适合硬件实现的m p e g 编码算法 在本牵，我们对m p e g 算法中运算鬃聚大的两个模块子带分析滤波器 缰鞠块遽博墨时变换佟进步熬讨沦，捺导爨了一释剥溺f f t 交换按速实筏子 带滤波豹方法；在瘁利图蒺算法瀚基磷上掇密了稀基予v l s f 窝现的f f t 并行算法。 4 1子沓分析滤波器维的设计 二一章中跫对予豢滤液器缎韵浚诗绘爨了详缁靛说锈，下甏我稻麸m p e g 拣礁绘出的高校实现步骤继发，讨论一葶【 纂予f f t 变换款快速算法。 4 + 1 1 分掇子豢滤波器妁浚程 f o r ( i = 5 1 1 ；i 2 3 2 l _ * ) x 潮2 x i _ 3 2 1 if o r ( # 3 2 ：哟； 一) x f i 】2 下一输入祥值 翔5 1 2 点豹矢量c 黠x 鑫霾寮锫爨矢量z 0 计算中游毽y i 审 避避矩簿运舞诗舞3 2 个榉本 匿4 ， 分埂子繁滤波器滚程篷 m p e g 标礁中给出了予带滤波器鼢“分析予带滤波嚣流程图”如鼗4 1 ， 其计算步骤如下： 1 输入3 2 个p c m 鬻额蘧，建立个有5 1 2 个元索的输入样本矢量x ， 将此3 2 个最新样值移位到位置0 到3 1l = ，最新的一个放在位置x ( o ) ，并把 3 5 赠州大拳硕士学位论文 3 2 个最老的元素移出。 2 用矢量c 给矢量x 加窗，既是将数组x 乘以系数组c ，褥z 。= c i x 。 c 巍m p e g 标猴到表绘出，蘸嚣已经分缨- fc 实覆上怒峦低暹滤波系数交换 而来的。 算中阕值x = z ，+ 椒l ，i = 玟l ，。，6 3 。 6 3 通邋矩阵运算计算3 2 个子带样本s ，s i = m m k i = 0 ，j ，3 2 ( 4 1 ) 式中矩阵系数为m = c o s ( 2 i + 1 辩一1 6 ) r 6 4 l i = 0 , 1 ，。3 1 ，k ；o ，l ，。，6 3 。 这耱方案采震了褊嚣袋襻、余弦落涮多榻滤波器终，翅辩城撵毽转羧藏频 域的子带值。它的优点有：时间分辨率高：块边界效应小。缺点是运算凝大， 对3 2 个宵频样点进行处理就要做2 5 6 0 次乘法、2 4 6 4 次加法，其中涉及麓| 带余 弦的黍热运算约2 0 4 8 次。 4 1 2 快速算法 逶避上瑟豹讨论，我稍弼遂子带分褥滤波器缀静_ 芰耍运冀蹩爨法帮累热。 为了减少运算次数，釉可行的方法就是利用f o u l e r 变换来计算子带样镄。从 上面介绍豹m p e g 标准擒出的快速算法中w 见葵中包括乘法和累