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基于FPGA的DRA音频编解码算法的研究与实现

作　者: 马红杰
导　师: 衷卫声
学　校: 南昌大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: DRA 数字音频 编解码 VHDL 码流分解 Huffman解码 查找表
分类号: TN791
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 27次
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内容摘要


随着信息化时代的发展,数字音频技术已经深深融入我们的工作和生活中,成为我们生活中不可缺少的一部分。目前广泛应用的数字音频标准包括MPEG-1、MPEG-2、杜比AC-3、DTS等,而这些标准的知识产权归属于国外企业,那么我国在使用这些技术时就必须向其他国家交纳高额的专利费。2008年12月22日,国家标准委颁布了《多声道数字音频编解码技术规范》,即“DRA标准”,随后在2009年批准成为我国音频国家标准。DRA标准具有压缩率高、音质好、解码复杂度低等特点,填补了我国数字音频产业核心技术的空白,极大的推动了我国音频产业的发展,增强了国际竞争力。论文重点研究DRA编解码算法标准,详细分析了编码过程中的心理声学模型、瞬态段划分、可变分辨率滤波器组、Huffman码书选择等算法,解码过程中的窗口序列还原、Huffman码书应用、解码量化因子等算法。在深入研究分析的DRA标准的基础上,采用硬件编程语言VHDL完成了码流分解、帧头信息解码、Huffman解码模块、量化因子解码模块的设计,并在DE1开发板的FPGA芯片EP2C35F484C7上通过验证。解码模块的设计过程中采用了数据融合技术,把多个算法简单的解码模块功能合并到一起进行解码运算,可以节省大量的读取数据的时间。此外对于Huffman解码模块的设计提出了一种改进的16叉树查找表运算方法,综合考虑查找表存储空间和解码速度的关系,在不降低Huffman解码速度的基础上,节省了大量存储空间。论文在进行解码算法研究的基础上,还给出了语音报警系统的整体设计方案。报警系统可以实现对多测量信号的同时且多等级语音报警功能,针对每种报警情况给出操作提示。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 引言  9-10
  1.2 音频编解码原理概述  10
  1.3 数字音频编解码标准的发展  10-14
    1.3.1 MPEG-1(ISO/IEC 11172-3)  11
    1.3.2 MPEG-2 BC(ISO/IEC 13818-3)  11-12
    1.3.3 MPEG-2 AAC(ISO/IEC 13818-7)  12
    1.3.4 MPEG-4 AAC(ISO/IEC 14496-3)  12
    1.3.5 DolbyAC-3  12-13
    1.3.6 DRA  13-14
  1.4 数字音频在语音报警系统中的应用  14-16
    1.4.1 语音报警系统硬件结构  14-15
    1.4.2 语音报警系统软件功能  15-16
  1.5 本论文的主要研究内容及结构  16-17
第二章 DRA编解码算法  17-33
  2.1 DRA音频编码算法  18-21
  2.2 瞬态分析  21-22
  2.3 可变分辨率的分析滤波器组  22-24
  2.4 人耳听觉模型  24-28
    2.4.1 听觉阈值  24
    2.4.2 频域掩蔽效应  24-26
    2.4.3 时域掩蔽效应  26-27
    2.4.4 心理声学模型  27-28
  2.5 全局比特分配  28
  2.6 交叉重组  28-29
  2.7 Haffman码的码书选择  29-31
  2.8 和/差编码  31
  2.9 联合强度编码  31-32
  2.10 多路复用器  32-33
第三章 DRA解码  33-46
  3.1 解码原理概述  33-34
  3.2 DRA帧格式  34-44
    3.2.1 帧头  35-37
    3.2.2 常声道  37-43
      3.2.2.1 窗口序列  38-41
      3.2.2.2 码书选择与应用范围  41
      3.2.2.3 子带样本的量化因子  41-42
      3.2.2.4 量化步长索引  42-43
      3.2.2.5 和差编码决定  43
      3.2.2.6 联合强度编码比例因子  43
    3.2.3 低频增强声道  43
    3.2.4 北特填充  43-44
    3.2.5 辅助数据  44
  3.3 临界频带  44-46
第四章 解码算法设计  46-62
  4.1 DRA解码器的整体设计  46-47
  4.2 主控制器模块  47-48
  4.3 帧分解模块  48-53
    4.3.1 控制模块  50-51
    4.3.2 码流分解模块  51-53
  4.4 霍夫曼解码算法  53-60
    4.4.1 常用Huffman解码方法  53-55
    4.4.2 改进的十六叉树搜索法Huffman解码算法  55-60
  4.5 量化因子模块的实现  60
    4.5.1 取数模块  60
    4.5.2 控制模块  60
  4.6 本章小结  60-62
第五章 总结与展望  62-63
  5.1 总结  62
  5.2 展望  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-66
攻读学位期间的研究成果  66

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 数字电路 > 逻辑电路
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