浅谈DRM AAC音频解码器的流程及优化

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浅谈DRM AAC音频解码器的流程及优化

　　数字广播调幅系统DRM（Digital Radio Mondiale）采用先进音频编码AAC（Advanced Audio Coding）作为其主要的信源编码方式，在与模拟调幅广播同样的带宽（9 kHz或10 kHz）下实现了调频的音质。DRM不仅解决了模拟调幅广播抗干扰能力差等缺点，而且在音频业务的基础上又增加了文本、图像、数据等附加业务，丰富了调幅广播的内容，大大提高了调幅广播的市场竞争力，成为调幅广播发展的必然趋势。

　　信源编码是DRM系统的关键技术，其压缩节目音频源信号，只需较少的传输带宽就可保证接收端的重建音频信号有较好的音质。DRM音频解码器的实现和优化决定了系统能否正确实现音频解码，并完成音频的实时播放，使用户得到良好音质。本文中AAC音频解码程序在DSP硬件平台上运行，由于硬件平台性能有限，要求音解码器不仅要能确保音频质量，还要不能占用DSP系统太多的资源。因此研究DRM音频解码器在高性能DSP平台上的实现及其优化具有非常重要的现实意义。


　　1、DRM音频解码流程

　　通用MPEG-4 AAC音频编解码器的原理和实现技术已经很成熟，不再详述。DRM系统的信源编码方案中所采用的频带恢复技术（SBR）提供了类似于MPEG-4 AAC中感知噪声整形（PNS）模块的功能，故DRM系统采用的音频编码方案不包括PNS模块，同时也去除了长期预测（LTP）、采样率可分级（SSR）等复杂的模块，降低了算法复杂度，对处理器的处理能力要求也相对较低，适合应用于嵌入式开发平台上。AAC的采样率有12 kHz和24 kHz两种，5个（12 kHz采样频率）或10个（24 kHz采样频率）音频帧组成一个持续时间固定为400 ms的音频超级帧。本文优化之前首先在PC机的VC++6.0环境下实现了DRM广播信号的正确解码和实时播放，测试信号为单声道、48 kHz采样，采用AAC音频编码的wav格式的DRM广播信号源，其中AAC的采样率为24 kHz，即一个音频超帧包含10个子帧。在VC++6.0环境下运行整个工程，经同步、解调和信道解码后获得DRM信号源中的AAC音频编码数据，在每次AAC子帧解码前将每子帧数据输出到一个文件。在DSP上测试音频解码程序时，可以直接提取AAC数据进行解码。

　　（1）对传来的AAC子帧数据进行比特流分解，根据DRM系统中音频子帧结构获取语法单元、霍夫曼码字等各部分的数据。

　　（2）进行霍夫曼解码，这部分用到了一系列的霍夫曼码书进行查询解码。频域数据和比例因子的获得都在这一步。该过程需要在将顺序打乱的码字重新组合在一起的同时，进行霍夫曼解码，并将解码之后的数据放置到正确的位置上，准备进行下一步的反量化。

　　（3）对解码后的频域数据进行反量化。

　　（4）将反量化的结果乘以（2）中生成的比例因子。

　　（5）滤波器组部分。这部分在解码时采用了逆改进离散余弦变换（IMDCT），还包括一个加窗的过程和叠加的过程。功能模块的输出为信号的时域值。

　　2、TMS320C6416的DSP开发平台

　　TMS320C6416（简称C6416）是一种高性能的32 bit定点DSP芯片。本文使用的C6416的工作频率达到600 MHz。其特点包括：具有8个功能单元的高级超长指令体系结构的CPU；所有指令有条件执行；支持8/16/32 bit可变长度数据访问；支持常用算术运算的饱和与归一化操作；两级高速缓存（Cache）存储器结构及丰富的片内外设，如增强型直接存储器访问EDMA控制器、多通道缓冲串口McBSP等。C6416开发板上除C6416 DSP芯片外，还带有外扩的512 K&TImes;8 bit的FLASH。

　　开发环境采用DSP集成开发环境CCS（Code Composer Studio），它集成了代码编辑、编译、工程管理、代码生成与调试、代码性能剖析、数据查看、绘制数据图像、DSP/BIOS参数设置，以及提供各种优化建议等工具模块。

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