?? 21ic 基于定點dsp的mp3間頻編碼算法研究及實現.htm
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style="TEXT-INDENT: 30px">直接計算（1）式需要64×32次乘法和63×32次加法，采用快速算法需16×16×2+16×2次乘法和15×16×2+16×2+31+15次加法，運算量原來的1/4，而且數據表格所占用的存儲空間也減少為原來的1/8左右。</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">2.2 心理聲學模型的簡化</P>
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style="TEXT-INDENT: 30px">根據試驗觀察發現每幀的掩蔽閾值曲線大致相同，所以考慮采用靜態聲學心理模型，具體做法是：首先對某一具有代表性的音頻幀，<IMG
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border=0>根據心理聲學模型計算出掩蔽閾值曲線，在壓縮其它音頻源時，不再計算每幀的心理聲學模型，而是認為每幀信號與上述被分析過的代表幀具有相同的掩蔽特性。這樣，雖然不是很準確，但通常情況下，誤差不會太大，不易被人耳察覺，省去心理學模型需的巨大運算量和存儲空間。實踐證明編碼效果令人滿意，而且對于要求不是很高的應用場合，可以認為掩蔽閾值是頻率的常數函數，每個頻帶采用相同的量化階，也聽不出聲音質量的明顯下降。</P>
<P style="TEXT-INDENT: 30px">2.3 量化編碼迭代循環的簡化</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">量化編碼迭代是兩重循環過程，圖3是外迭代循環流圖，迭代的目的是在可用比特數的限制之內，以各頻帶的掩蔽值為依據，確定全局增益（體現了全局量化階）和各頻帶的縮放因子（體現了局部量化階）。內循環逐步增加量化器步長，即全局增益，直到MDCT系數量化后可被可用比特進行霍夫曼編碼，即通過增加全局量化階以降低編碼比特數；外循環依據掩蔽閾值檢測各縮放因子帶的失真，若超過允許失真，則擴大該帶的MDCT系數，即增大該帶的縮放因子，以降低局部失真；最后一次迭代的結果作為最終的霍夫曼碼。每一次循環都要用當前量化階量化并霍夫曼編碼一次，運算量相當大。從外循環可以看出掩蔽閾值最終決定縮放因子，為了能省去外控代循環，將代表幀的縮放因子作成表格，供每幀采用。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">由于上述三個模塊是最主要并且運算量最大的模塊，通過對它們的簡化和優化，程序大小和運算量可得到極大的減少。</P>
<P style="TEXT-INDENT: 0px"><B>3 用定點DSP實現MP3壓縮算法</B></P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">為了實現MP3的實時編碼，必須采用高速DSP芯片。采用美國德州儀器（TI）公司的主流定點DSP芯片TMS320C549，其運算速度100MIPS，調試開發的環境是TI公司的第三方Spectrum
Digital公司的EVM評估板，板上除了TMS320C549自帶32K字片上內存外，還有128K字片外內存，數模轉換采用TI的TLC320AD55，與PC機通過JTAG口實現數據與程序的加載和調試。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">由于評估板與主機的接口速度太慢，即使能做到實時壓縮，將比特流傳給PC機存盤的速度也會跟不上。因此筆者采用的辦法是：將原始PCM音頻數據從PC機的硬盤文件加載到板上的片外內存，壓縮后的數據傳給PC機存盤，再加載后續文件，壓縮存盤，直到整個音頻文件全部壓縮完，最后用C語言程序將各數據塊拼成MP3文件，用軟件解碼程序回放。是否能達到實時要求只能通過測試每幀運行的指令數判斷。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">在運用快速算法計算子帶分析濾波器時，考慮到DSP芯片的特點，每分解一次，要作一次加（10）式的加法，勢必降低精度，另外（11）和（12）式的系數動態范圍太大，精度也會受到影響，因此，只分解到16點DCT運算。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">采用靜態心理聲學模型，心理聲學模型和量化編碼外循環所需的運算量就為零。代表幀的心理聲學模型和縮放因子采用C語言或MATLAB語言編程計算，或者將網上下載MP3文件中的縮放因子信息破譯出來加以利用，子帶分析濾波器之后的MDCT全部采用長塊。表1是靜態縮放因子比特數和縮放因子的一種設置方案。<BR><BR><B>表1
縮放因子數據表格</B></P>
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style="TEXT-INDENT: 30px">另外在內循環中，首先初步選擇一個全局增益使最大量化值小于碼表可編碼的最大值，標準推薦的作法是全局增益從小開始，每循環一次量化后，比較最大量化值，并調整一次全局增益，直到滿足要求為止。本程序省去了這一循環，事先根據最大譜線值計算出應有的全局增益，作成數據表格，程序中只需根據最大譜線值查表即可。初始化全局增益確定后，要分區、量化、編碼并計算編碼比特數，如果比特數太大或太小都還要調整全局增益。對這一迭代循環過程，采用折半搜索的辦法實現，也就是說第一次循環時全局增益取上述初始化值的一半，若編碼比特數超出要求，則再取一半作為新的全局增益，否則增大一半，如此不斷循環直到無法折半為止。這種折半搜索的方法比逐一搜索要快很多。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">采用了這些簡化、優化措施以及編程技巧，整個編碼程序運算量僅需74MIPS左右，片上存儲空間占用27K字左右。用標準的MP3回放軟件解碼，通過主觀測評，音質接收CD。</P>
<P
style="TEXT-INDENT: 30px">由于本系統對心理聲學模型進行了大量的簡化，對于一般的音樂，這種簡化帶來的聲音質量的下降并不明顯，尤其是在要求不高的應用場合完全可行。但是當應用到某些編碼難度較高的音頻信號，例如響板時，聲音質量下降較明顯。因此如果采用更高運算速度的DSP，可在該編碼系統中加入一個完備的或簡化的動態心理聲學模型，編碼質量可進一步提高，至于簡化的動態心理聲學模型還有待進一步摸索。
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<TD width=75>【<A href="javascript:doPrint();">打印本稿</A>】</TD>
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<P>【<A
href="http://www.21ic.com/new_info/news/review.asp?title=基于定點DSP的MP3間頻編碼算法研究及實現target="
_blank?>發表評論</A>】</P></TD>
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<TD width=79>【<A
href="http://www.21ic.com/new_info/news/sendmail.asp?num=基于定點DSP的MP3間頻編碼算法研究及實現">推薦</A>】</TD></TR></TBODY></TABLE></TD></TR>
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