基于软硬件协同的AVS音频解码器的设计与实现

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1、上海交通大学硕士学位论文基于软硬件协同的AVS音频解码器的设计与实现摘要AVS音频标准是我国拥有自主知识产权的数字音频技术标准。它的推出使我国摆脱了数字音频产业的发展受制于国外巨额专利费的困境。目前，音频解码主流的解决方案包括：基于DSP的解码方案、基于RISC处理器的解码方案以及基于ASIC的解码方案。其中，基于DSP或者RISC处理器的解码方案虽然有兼容性好、开发周期短的优点，但是解码器的整体功耗较高，无法满足移动终端对功耗的要求；而基于ASIC的解码方案虽然具有低功耗的优点，但是它的灵活性比较差，而且开发周期比较

2、长。基于以上几种方案的优缺点，本文在进行AVS音频解码器的设计时采用了软硬件协同设计的解码方案。整个解码器由一个简单的CPU核加上硬件加速模块组成，所有解码工作可以通过运行在CPU上的软件与硬件模块协同完成。软硬件协同设计的优点就是它兼顾了低功耗和兼容性的要求。本文的主要工作包括以下几个方面：首先，本文介绍了各种音频解码的实现方案，分析和比较了它们的优点和缺点，并且在此基础上提出了基于软硬件协同设计的AVS音频解码方案。然后，本文介绍了软硬件协同设计的基本原则以及步骤，并且从AVS音频的解码算法分析出发，详细分析和讨论

3、了各个模块的复杂度。在复杂度分析结果的基础上，本文对AVS音频的解码进行了软硬件模块的划分，即将计算集中的模块以及计算频繁的操作运用硬件实现，而将控制集中的模块通过软件来实现，根据软硬件划分的结果确定了AVS音频解码器的整体架构。其次，本文详细讨论了AVS音频解码器的硬件实现模块的设计，包括Huffman解码器、IMDCT计算模块、取码流硬件模块以及数据输入/输出接口模块。对于AVS音频中Huffman解码器的设计，本文采用了一种效率高和占用资源少的硬件实现方法——可变叉树搜索法。对于IMDCT计算模块，本文采用了N/

4、4点IFFT的快速算法，并且在运用CORDIC实现IFFT计算的基础上，对IFFT计算的硬件结构进行了优化。I上海交通大学硕士学位论文再次，本文具体介绍了AVS音频解码的软硬件协同实现。为了完成软硬件的协同工作，针对AVS音频解码中不同的硬件实现模块，本文采用了不同的方法进行软硬件之间的通信。除此之外，本文还进行了针对AVS音频解码的软件定点化，包括浮点变量的定点化以及浮点算法的定点化，定点化的结果表明精度满足设计的要求。最后，本文对上述设计的AVS音频解码器进行了软硬件的协同验证，并且对其性能进行了软硬件的协同评估，

5、包括硬件消耗资源的开销评估以及运用硬件加速模块之后的软件获得效果的评估。通过性能评估以及最后的码流测试表明：本设计能在较低的运行频率以及较少的硬件资源开销下完成AVS音频的实时解码。关键词：AVSAAC软硬件协同设计RISCVerilogHDLII上海交通大学硕士学位论文DesignandImplementationofAVSAudioDecoderBasedonHardwareandSoftwareCooperationABSTRACTAVSaudiostandardisthedigitalaudiocompress

6、standardthatourcountryownstheintellectualproperty.BecauseoftheAVSaudiostandard,ourcountry’sdigitalaudioindustrycanfreeofftherestrictofexpensivepatentfeebytheothercountries.Currently,thepopularaudiodecodersaremostlyimplementedbasedonDSPsolution,RISCCPUsolutionorA

7、SICsolution.Amongthem,thedecodersimplementedbasedonDSPsolutionorRISCCPUsolutionaremoreflexibleandtheirtimetomarketperiodsaremoreshorterthantheoneimplementedbasedonASICsolution,butthesedecodersconsumetoomuchpower,theycouldnotmeetthepowerdemandofthemobileterminals

8、.However,thedecodersimplementedbasedonASICsolutioncanslovethepowerproblem,buttheyarenotsoflexibleandtheirtimetomarketperiodsaretoolongcomparedwiththedecoderimplemente