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3D音效引擎在ARM11平台上的移植和优化

作　者: 相非
导　师: 陈德荣
学　校: 北京邮电大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 3D音频技术 3D音效引 MCPS ARM11 代码移植及优化
分类号: TP368.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 46次
引　用: 1次
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内容摘要


3D定位音频技术是近年来在嵌入式多媒体领域内非常热门的研究方向之一。通过实现头部关联传输函数HRTF (Head Related Transfer Function)和回波反射处理等技术,3D音效引擎可以在嵌入式平台的立体声扬声器或耳机中播放具有3D定位效果的音频信号,给用户带来耳目一新的音效体验。正因为在终端市场中的巨大需求,音频业界的各大公司如Dolby、SRS、Sonaptic等均推出了采用3D定位音频技术的音效引擎,嵌入式厂商尤其是手机制造商也投入了极大的热情与专业音频公司积极合作,不断推出了具备3D音效功能的手机终端,成为近年来手机市场上的一大技术亮点。本文以摩托罗拉公司提供的定点C源参考代码为基础,在ARM11处理器平台上移植和优化了3D音效引擎的算法部分。针对3D音频算法中存在大量的复数运算和排列式密集计算,本文采用了基于ARMv6内核(ARM11处理器所采用的ARM内核版本)增强技术,如SIMD(单指令多数据)技术等；同时考察影响ARM优化效率的主要因素,提出多种有效对策：循环展开、寄存器重组、并行指令实现及流水线优化。目前,我们已经成功在ARM11移动平台上完成3D音效引擎的移植和优化工作,并已通过一致性测试,同时单音源3D算法的平均MPCS消耗从243.31降低到13.81,总内存使用控制在60K字节之内,达到预期项目目标要求；截至到2011年摩托罗拉已经在十余款北美上市的手机中集成了该项技术,在音乐播放、3D游戏、3D铃声等应用领域给用户带来全新的视听感受,取得了巨大的市场效果。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章 项目背景与研究目标  10-12
  1.1 3D音效引擎项目背景  10
  1.2 项目内容及目标  10-11
  1.3 论文组织结构  11-12
第二章 常用移植优化方法回顾与总结  12-25
  2.1 软件移植考虑选项  12-14
    2.1.1 字节顺序与数据对齐  12-13
    2.1.2 系数表生成  13-14
    2.1.3 代码可重入实现  14
  2.2 软件优化方法及其在ARM处理器上的应用  14-22
    2.2.1 性能分析及优化方法分类  14-15
    2.2.2 基于ARM处理器的工程级优化  15-18
    2.2.3 ARM汇编优化及常用方法  18-22
  2.3 ARM11体系结构及增强技术  22-25
第三章 3D音效引擎的技术实现  25-39
  3.1 3D音频技术介绍  25-31
    3.1.1 基本概念  25
    3.1.2 人类的听觉  25-28
    3.1.3 HRTF  28-29
    3.1.4 反射  29-30
    3.1.5 3D音效的分类  30-31
  3.2 摩托罗拉3D音效引擎  31-39
    3.2.1 术语和表示法  31-33
    3.2.2 3D音频模型  33-37
    3.2.3 3D音效引擎系统架构  37-39
第四章 代码分析与手工汇编优化  39-52
  4.1 3D音效引擎算法主要模块构成及优化分析  39-41
  4.2 ARM11汇编优化方法  41-45
    4.2.1 SIMD算法操作  41-42
    4.2.2 扩展乘法指令  42-43
    4.2.3 打包指令  43-44
    4.2.4 复数运算支持  44-45
  4.3 密集运算汇编优化方法  45-52
    4.3.1 寄存器重组  45-49
    4.3.2 流水线优化  49-52
第五章 测试及结果分析  52-61
  5.1 测试方法总结  52-54
    5.1.1 测试环境  52
    5.1.2 测试项目  52-53
    5.1.3 测试方法  53
    5.1.4 测试用例  53-54
  5.2 接口测试/功能测试/可重入性测试结果  54-55
  5.3 性能测试  55-58
    5.3.1 MCPS计算  56-57
    5.3.2 3D音效引擎性能测试结果  57-58
  5.4 结果分析与比较  58-61
    5.4.1 3D音效引擎在ARM11和Bulverde上的优化结果对比  58-59
    5.4.2 项目各阶段的优化结果比较  59
    5.4.3 汇编优化中关键优化方法贡献估计  59-61
第六章 总结和展望  61-62
参考文献  62-63
附录——缩略语  63-64
致谢  64

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 微型计算机 > 各种微型计算机 > 微处理机
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