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在商用数字音频压缩编解码领域,AAC(Advanced Audio Coding)具有多声道、多采样率、高压缩比、高音质等特点,是目前唯一能够在欧洲广播联盟(European Broadcast Union,EBU)所有试听测试项目获得“优秀”的网络广播格式。本文以MPEG-4 AAC为研究对象,建立系统级设计方案,设计FPGA原型芯片,研究在速度、面积等约束条件下的最优电路结构,在FPGA系统中验证AAC音频解码芯片的功能。最后在0.18微米工艺下实现ASIC芯片。本文的主要贡献如下:(1).根据不同优化目标提出两套MPEG-4 AAC系统方案,并与当前通用方案进行量化比较。首先,针对双声道以下的解码场合,考虑到系统在满足实时性要求后仍有很大时序冗余,提出以面积为优化目标的设计方案;其次,在多声道解码场合,实时性要求较为苛刻,提出另一套以牺牲面积为代价、换取速度优化的设计方案。最后,使用通用软硬件协同方案,对面积、速度等方面进行量化比较。(2).设计并实现了MPEG-4 AAC音频解码芯片的FPGA原型芯片。在比特流格式器模块中,提出位数可选、自动加载移位寄存器的设计方法;在无噪声解码模块中,量化比较Huffman解码的三种算法,得出适合整体目标的并行算法,设计出电路模块;在反量化模块中,定量存储空间,使用除8查表法实现电路模块。整个FPGA原型芯片占用20929个ALUT,14771个寄存器,2,737,480位存储器。在FPGA系统中,原型芯片可以正常播放音乐,音质良好。(3)在SMIC 0.18工艺下实现MPEG-4 AAC音频解码器ASIC芯片。采用Design Compiler工具综合电路网表以及Prime Time分析静态时序,获得系统的工作频率为50MHz;使用Astro工具布局布线,得到芯片版图,面积为17.27125平方毫米。