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蓝牙技术自诞生到如今已经发展了22年,由于不断地吸收新的技术,提出新的功能,扩展新的应用场景,蓝牙技术具有强大的生命力。蓝牙标准中的高级音频分发规范(A2DP,Advanced Audio Distribution Profile)定义了子带编解码器(SBC,Subband Codec),作为蓝牙音频设备中强制支持的编解码器,对该编解码器的实现算法进行改进和优化研究,对于提升蓝牙音频质量具有重要的意义。本文重点研究SBC编解码器算法的改进和优化。在熟悉了蓝牙协议栈和蓝牙音频应用开发框架基础上,研究分析SBC编解码器中的滤波器组和调制器算法原理,重点针对当前算法中编解码质量较差、数据压缩率低的问题对算法进行改进优化,然后在完成算法优化的基础上对SBC编解码器各模块进行硬件设计,最终得到SBC编解码器RTL硬件电路。本文的主要研究成果和创新点如下:1.改进余弦调制公式。针对原滤波系统子带划分性能较差和失真较严重的问题,在滤波系统设计中,结合正交镜像滤波器组设计方法中分析滤波器与合成滤波器的约束关系,将其运用到余弦调制滤波器组设计方法中,得到了改进的余弦调制公式,消除了相位失真和绝大部分混叠失真。与原余弦调制公式相比,改进余弦调制公式得到的滤波器组使低频子带和高频子带的通带带宽提高68.14%,同时幅度失真下降39.10%,能有效改善音频信号中低频和高频部分的声音质量。2.优化原型低通滤波器设计。在原型低通滤波器设计中,本文在Kaiser窗函数法基础上,引入滤波器过渡带和阻带衰减的指标作为约束函数,通过迭代计算得到实系数线性相位FIR低通滤波器,设计的滤波器具有很高的阻带衰减及合理的过渡带变化趋势。当设计4子带滤波器组时,经过10次迭代计算得到阶数为41,最小阻带衰减为-65.53d B的原型滤波器;当设计8子带滤波器组时,经过21次迭代计算得到阶数为79,最小阻带衰减为-116.62d B的原型滤波器。最终得到的实系数余弦调制滤波器组相比原方法中的滤波器组,在引入的噪声更低的同时具有更好的子带分析与合成性能。3.改进自适应差分脉冲编码调制。针对SBC编解码器算法中使用的自适应脉冲编码调制(APCM,Adaptive Pulse Coded Modulation)技术只能有限地调节编码量化阶的问题以及编码数据量较大的问题,本文结合差分脉冲编码调制(DPCM,Differential Pulse Coded Modulation)技术,将原来对输入信号直接进行编码调制的方式改为对输入信号及其预测值之差进行编码调制。同时,在调制技术中增加了非线性压缩算法,使调制器能均衡编码音频信号中的大信号和小信号。综合优化后的自适应差分脉冲调制器(ADPCM,Adaptive Differential Pulse Coded Modulation)与原SBC编解码器中的调制器相比,数据压缩比最高支持6:1,同时编译码质量更高。4.设计并实现SBC编解码器硬件电路。本文进行了改进后的SBC编解码器的硬件实现,并给出了RTL电路设计。根据子带编解码器的特点,采用并行结构设计硬件电路,以提高编解码器的运算速度,降低算法延时,同时在编解码器中加入了CRC校验模块,有效保障编解码的正确性。