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MPEG-2/4 AAC(Advanced Audio Coding,先进音频编码)数字音频压缩标准,已经成为MPEG-4标准中高质量音频编码的核心,代表目前感知音频编码技术的发展方向。对于每声道64kb/s的多声道信号,MPEG-2/4 AAC能够提供极高品质的音频,因此在许多领域中得到应用。MPEG-2/4 AAC是许多高保真音频编码标准中的一种,在原理上包含了多种新型高效的编码工具,如修正离散余弦变换(MDCT)、时域预测、瞬时噪声整形(TNS)等,利用人耳的感知模型和信息统计理论,在尽可能保证重建音质的前提下压缩编码码率。针对不同的应用领域和软硬件条件,MPEG-2/4 AAC提出了分层框架,各框架所使用的编码工具、所需运算量和内存容量略有不同,为高保真音频的存储和传输提供了全面的解决方案。本文旨在研究一种基于单处理器的音频编解码系统,便于实现一种低功耗、低成本、可扩展的音频解决方案。 本文以MPEG-4 AAC编码器作为研究对象,对感知音频编码技术中运算复杂度相对较高的模块:心理声学分析、滤波器组、量化与编码进行了研究。量化与编码模块是AAC编码中运算复杂度最高的,它基于“双循环迭代算法”,通过内外迭代循环在不同方向上调整频谱系数的收放比例,最后收敛于既能满足编码比特数限制又能使量化噪声处于信号掩蔽域之下。为了加快迭代收敛速度和减少运算复杂度,本文对收放比例初值和调整算法进行改善,并且把编码模块从迭代循环中提取出来。心理声学分析模块和滤波器组模块都有一个运算复杂度较高的从时域到频域的变换过程,本文只选择其中的一个,并且在这个基础上修改了心理声学分析模块的分析过程,大大提高了编码效率,便于在单处理器上实现实时编码。 处理器的选择是音频编解码器实现的基础,本文第三章首先详细介绍了处理器RISC3201的基本指令集结构和系统架构,以及多媒体指令集扩充对处理器在多媒体处理性能方面提高的帮助;然后阐述了在定点系统中实现音频解码的一般方法。最后对MPEG-4AAC LC解码器的各个解码模块的功能和运算特点进行分析,并给出了C语言定点解码器的优化方法和相应解码结果;以及以RISC3201核作为解码器的汇编级优化方法和最后解码结果。 最后,详细介绍了基于RISC3201核的音频解码器在FPGA开发板上的构建,并且以此开发平台实现了MPEG-4 AAC LC的实时解码,获得了解码的平均指令数和运行周期数,在此基础上提出了基于RISC3201的增强音频解码效率的指令扩展。