[发明专利]一种基于片上系统的音频解码器及其解码方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于SoC(System on a Chip，片上系统)的音频解码器及其解码方法，尤其涉及一种实现*.aac格式音频文件实时播放的音频解码器及其解码方法。 

背景技术

AAC(Advanced Audio Coding)编码标准最早是出现在MPEG-2标准中，后来在MPEG-4中进行了进一步的修改和完善，成为最新数字音频压缩编码标准。AAC编码标准是为了实现更高质量的数据压缩，在原有的MP4音频压缩标准基础上，增加了更多的数据压缩处理工具。公示标准AAC编码器的框架如图1所示，公示标准AAC解码器的框架如图2所示，该标准的数据处理流程包括以下几个方面：增益控制、滤波器组(filter bank)、时域噪声整形(TNS temporal noise shaping)、预测、强度立体声耦合、感知噪声整形(PNS perceptual noise substitution)、M/S立体声处理、频谱数据比例因子量化(iquant and scalefactor decoding)、无损编码和*.aac格式码流输出。其中滤波器组、频谱数据比例因子量化、无损编码和*.aac格式码流输出是其流程的必须组成部分，其余处理工具皆是可选择项。 

为了适应不同实际情况下的编码压缩要求，AAC的编码标准包还分为三个层次，分别为Main profile，LC(Low Complexity)profile，SSR(Scaleable Sampling)profile。其中Main profile包括了如图1所示全部的处理步骤，是最完备的编码格式，可以得到最高的数据压缩比。LCprofile不包括增益控制和预测，而且时域噪声整形功能也受到一定的限制。SSR profi le则不包括预测和强度立体声耦合，且时域噪声整形和带宽受到限制。通常情况下，LC profile所能提供的音质效果几乎接近Mainprofile，但是它在算法和存储使用量上明显少于Main profile。所以大多数AAC解码器都是使用LC profile算法的。 

自从AAC音频压缩标准一诞生，他就以因自身的独特魅力而迅速地在数字多媒体领域得到各个方面的应用。例如著名的流行播放软件 Winmap，iTuens都开始支持*.aac音频文件格式。松下，苹果等公司也相继推出了支持AAC标准的相关数码产品。由此可见，未来的电子消费类市场，兼容AAC标准功能的产品将成为一个热点，这就需要高效的，低成本，低功耗的AAC标准嵌入式解决方案来满足这一需求。 

为了顺应这一趋势，很多研究机构和技术研发公司在这方面都做了很多工作。一般来说，实现AAC解码器的途径有三种：在数字信号处理器(DSP)上利用软件实现，采用全硬件体系实现(即ASIC)以及软/硬件协作的SoC体系。 

但是根据对IEEE上检索查新得到的资料以及对国内各大学术期刊的检索显示，可以看出现在关于AAC标准解码器的有关技术上，很多还是停留在数字信号处理器(DSP)的层面，通过嵌入式软件的方式实现，利用简化或改进软件算法来提高AAC解码器的解码效率。这其中便存在两个缺点：一是由数字信号处理器(DSP)来实现AAC解码，为了实现很高的数据压缩比，涉及算法十分复杂，会加大对系统资源的占用，这是无论怎样改进软件和算法都无法回避的问题。二是通过数字信号处理器(DSP)实现AAC解码，这种方法无法优化硬件工作效率和能量消耗。这将不利于AAC解码器应用于移动电子产品的开发。 

当然也有科研机构实现了全硬件(ASIC)的AAC解码器，2004年台湾国立中央大学电气工程学院在IEEE上发表的“A Pure-ASIC DesignApproach for MPEG-2AAC Audio Decoder”一文中就是这方面的代表。文中通过合理划分模块功能，并采用双声道流水线处理方式实现全硬件MPEG2-AAC解码器，其主要特点就是通过合理的硬件控制解决了DSP无法优化硬件效率和功耗的问题，并且提高解码速度。众所周知，AAC标准所规定的*.aac格式的音频文件具有多种文件头格式，针对其不同的头文件，解码方法也不尽相同，如果要使AAC解码器具有很好的兼容性，那么完成全硬件的AAC解码器就要求对AAC文件头进行在解码的同时一定要覆盖所有可能出现的文件头形式，这无疑会增加硬件的面积开销，同时大大增加产品的成本。除此之外还有其他一些并不是常用的解码插件工具亦是存在这样的问题。在SoC已经十分发达的今天，这一方面是可以通过其他更为简单和有效的方法来解决的。 

发明内容