MELP语音编码器和AC-3音频解码器的研究及优化实现

摘要

随着信息化社会的发展，对声音的压缩传递技术已经成为当今社会发展水平的一个重要标志，不论是用于人类通信的语音编解码技术，还是用于电视广播的音频编解码技术，都已成为当代社会生活不可或缺的重要组成部分，在多媒体、网络通信和保密通信等领域中发挥着各自的重要作用。 混合激励线性预测(MELP)声码器由于其低码率、低时延、低复杂度等优点被广泛应用于商业、军事等方面的语音通信中，对其进行优化实现十分有现实意义。BF561是ADI公司新一代高性能的DSP，采用双核结构，内核时钟频率可达600MHz，且外围接口丰富，是多媒体应用的理想平台之一。本文将MELP编码器在BF561上进行实现及优化。 AC-3音频标准也早在1995年就成为美国高清晰度电视标准组成部分之一，在电影、电视、广播等领域得到了广泛的应用，是大部分数字电视片源采用的声音压缩标准，在我国数字电视普及率越来越高的情况下，将此标准的解码算法进行实现和优化也有重大的现实意义。DM6446是TI公司新推出的集ARM与DSP于一体的双核DSP，非常适合多媒体应用，本文将AC-3解码器在DM6446的ARM上进行定点优化实现。 论文首先对语音编码及音频编码的现状、发展以及编解码器的嵌入式应用现状进行了简要概述；其次介绍了语音编码基本原理，并依照MELP编码流程对各算法模块进行阐述；然后简要介绍了MELP编码系统及开发平台，包括BF561的结构特点、评估板的系统配置、软件平台Visual DSP等，并介绍了编码器输入输出接口的实现和系统运行时间的设置；接着阐述了在BF561平台上所使用的各种优化方法，主要介绍了MELP编码算法基于DSP的C代码优化、汇编代码优化及内存分配等，同时选取了几个例子加以说明；跟着详细介绍了AC-3音频解码算法、实现平台、系统框架和输入输出接口实现方法，将AC-3解码器浮点实现后进行定点化改造和存储空间优化，使其最终在DM6446的ARM上得以实现；最后对本文的工作进行了总结，并提出了今后的努力方向。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2语音编码及其发展概况

1.2.1语音编码的理论原理

1.2.2语音编码的分类

1.2.3语音编码技术的发展历程和现状

1.2.4低码率语音编码技术的发展概况

1.3音频编解码技术及其发展概况

1.4基于嵌入式处理器的编解码器优化实现

1.4.1 MELP编码器在Blackfin DSP平台上的优化实现

1.4.2 AC-3解码器在DM6446中ARM部分上的优化实现

1.5本文的研究内容和成果

第二章MELP语音编码原理

2.1引言

2.2 MELP语音编码理论基础

2.2.1语音产生的物理模型

2.2.2语音信号的数学模型

2.2.3线性预测理论

2.3 MELP声码器原理

2.3.1 MELP编码器原理

2.3.2 MELP解码器原理

2.4本章小结

第三章基于Blackfin的MELP编码器

3.1 Blackfin系列DSP概述

3.2 BF561概述

3.2.1 BF561芯片

3.2.2 BF561开发板介绍

3.2.3软件开发平台介绍

3.3 MELP编码器

3.3.1低码率音视频编码系统框架

3.3.2 MELP编码器输入接口的实现

3.3.3 MELP编码器输出接口的实现

3.3.4 MELP编码器运行时钟设置

3.4本章小结

第四章基于Blackfin的代码移植和优化

4.1代码移植

4.2 C代码优化

4.2.1算法实现优化

4.2.2 Viusal DSP优化选项

4.2.3基于优化选项的代码优化

4.3汇编代码优化

4.3.1 BF561汇编指令集

4.3.2汇编代码优化原则

4.3.3基本运算汇编优化

4.3.4功能模块汇编优化

4.4存储优化

4.4.1存储空间分配

4.4.2 CACHE的使用

4.5优化结果

4.6本章小结

第五章AC-3解码器基于DM6446 ARM的实现及优化

5.1引言

5.2 AC-3音频算法研究

5.2.1 AC-3音频编码算法

5.2.2 AC-3音频解码算法

5.3 DM6446系统概述

5.3.1 TMS320 DM 6446介绍

5.3.2 DM6446开发板介绍

5.4 AC-3解码子系统设计

5.4.1 IP数字机顶盒系统介绍

5.4.2 AC-3输入输出接口实现

5.5 AC-3解码算法的实现和优化

5.5.1代码整改

5.5.2代码完善

5.5.3代码定点化描述改造

5.5.4定点化描述性能

5.5.5数据存储空间优化

5.5.6 AC-3解码算法基于ARM的实现及优化结果

5.6本章小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢