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研究生:蔡銘昌
研究生(外文):Ming-Chang Tsai
論文名稱:以軟硬體共設計的方式設計與實現MP3音訊解碼器
論文名稱(外文):The Design & Implementation of MP3 audio decoder using HW/SW CoDesign
指導教授:黃穎聰黃穎聰引用關係
指導教授(外文):Yin-Tsung Hwang
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:電子與資訊工程研究所碩士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2001
畢業學年度:89
語文別:中文
論文頁數:74
中文關鍵詞:音訊解碼器硬體/軟體共設計修正離散餘弦轉換
外文關鍵詞:MP3audio decoderIMDCTHW/SW CoDesign
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以軟硬體共設計的方式設計與實現MP3音訊解碼器
學生:蔡 銘 昌 指導教授:黃 穎 聰 老師
摘 要
本論文主要是進行使用軟硬體共設計的方式設計與實現MP3音訊解碼器的研究,希望能藉由對MP3音訊解碼器的實現,探討下列的議題
˙針對音訊壓縮演算法中重要模組(如:IMDCT)推導其快速演算法,並開發與設計可以支援不同window size的硬體核心模組。
˙利用固定點(fixed point)方式實現DSP運算的技巧,包含決定word length、scaling、offset的大小以及縮減儲存係數記憶體容量的技巧。
˙HW/SW CoDesign在音訊解碼器設計上應用的方式,包含所需的partitioning scheme、communication protocol & interface以及決定HW或SW implementation時的design tradeoffs。
我們將以Zeppe公司的XM240整合數位系統發展板,對此音訊解碼器系統進行快速雛形製作。目標除了要實作此音訊解碼器之外,還要
˙完成MP3其相關的simulation與testing suites,和HW/SW partitioning所需的modeling。
˙完成synthesis sub-band filtering模組的Soft IP的形式。
˙整理出fixed point implementation時的design methodology包括word length決定的方法與誤差的模擬與分析。
˙發展出可行的partitioning演算法,並提供communication protocols與相關的communication routines以及CPLD interface設計。
The Design & Implementation of MP3 audio decoder
using HW/SW CoDesign
Student:Ming-Chang Tsai Advisors:Dr. Yin-Tsung Hwang
ABSTRACT
In this thesis, we propose to design and implement a MP3 audio decoder using HW/SW CoDesign. Throughout the process of system design and implementation, the following research topics will be investigated:
˙Development of fast computing algorithms for the computation intensive modules in the standards, e.g. IMDCT; in particular, derive common hardware kernel suitable for different window size.
˙Development of fixed point design scheme for DSP computations; these many include the method to determine the optimal word length, scaling, and compensation offset for each variable, and the technique to reduce the coefficient word length and storage size.
˙Development of HW/SW CoDesign schemes for the audio decoder design; these may include the required partitioning scheme, communication protocol & interface, and the design tradeoffs between HW and SW implementation.
A rapid prototyping board is adopted to realize the proposed system. Besides system implementation for real time decode, we will accomplish:
˙The architecture design, as well as the required simulation and testing suites, the HW/SW partitioning model, of a MP3 audio decoder.
˙Soft IP design of the Synthesis Sub-band Filtering module.
˙Design methodology for fixed point implementation, including optimal word length decision, and error simulation.
˙Feasible partitioning scheme for CoDesign and the communication protocols & interface.
目 錄
中文摘要 --------------------------------------------I
英文摘要 --------------------------------------------II
誌謝 --------------------------------------------III
目錄 --------------------------------------------IV
圖目錄 --------------------------------------------VII
表目錄 --------------------------------------------X
第一章緒論-----------------------------------------1
1.1 音訊壓縮背景簡介----------------------------1
1.2 MPEG Audio CODEC的介紹 --------------------2
1.3 音訊解碼器設計介紹 -------------------------4
1.4 MP3與MPEG-2 AAC演算法之比較 ---------------5
1.5 研究目標 ----------------------------------7
1.6 論文架構 ----------------------------------7
第二章MP3解碼過程----------------------------------8
2.1 前言 --------------------------------------8
2.2 MP3位元流格式 -----------------------------8
2.2.1 音框格式介紹 -----------------------------9
2.2.2 標頭檔(Header) --------------------------10
2.2.3 音訊資料(Main Data) --------------------11
2.2.3.1 旁資訊(Side-Information)----------------12
2.2.3.2 霍夫曼解碼(Huffman Coding) -------------13
2.3 MP3解碼流程 -------------------------------15
2.3.1 反量化程序 -------------------------------16
2.3.2 Joint-Stereo處理過程 ---------------------17
2.3.3 Alias Reduction -------------------------17
2.3.4 IMDCT & Overlapping-Add-------------------20
2.3.5 Polyphase Filterbank --------------------21
2.4 結語 -------------------------------------23
第三章 IMDCT演算法分析與實現 ----------------------24
3.1 前言 --------------------------------------24
3.2 快速演算法的分析 --------------------------24
3.3 遞迴式演算法(Recursive Algorithm) ----------26
3.3.1 IMDCT-I演算法 ----------------------------27
3.3.2 IMDCT-II演算法----------------------------28
3.3.3 硬體電路的實現 ---------------------------34
3.3.3.1 IMDCT以Scattered Look-Ahead Pipeline實現35
3.3.2.2 IMDCT以Incremental Block Processing方式實現 42
3.4 IMDCT使用FFT-like演算法實現 -------------43
3.5 結語 -------------------------------------48
第四章MP3音訊解碼器之系統模擬及內部規格訂定 -------49
4.1 前言 ---------------------------------------49
4.2 針對MP3流程進行軟硬體的Partitioning --------49
4.3 硬體內部規格訂定 ---------------------------50
4.4 系統模擬 ----------------------------------53
4.5 結語 ---------------------------------------56
第五章MP3音訊解碼器之軟硬體設計-------------------57
5.1 前言 --------------------------------------57
5.2 系統架構設計 -------------------------------57
5.3 軟體實現部分 -------------------------------59
5.4 硬體實現部分 ----------------------------61
5.4.1 Alias reduction模組設計 -----------------61
5.4.2 IMDCT模組設計 ----------------------------63
5.4.3 Windowing & Overlap-Add模組設計 ----------65
5.4.4 Synthesis Subband Filtering模組設計 ------66
5.4.5 SRAM Controller模組 ----------------------68
5.5 結語 -------------------------------------70
第六章 結論與未來發展 ------------------------------71
參考文獻 --------------------------------------------72
自傳 --------------------------------------------74
參 考 文 獻
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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