MPEG-2 AAC音频编解码器的算法优化与实现

admin · 发表于 2022-9-18 20:34:50

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先进音频编码(Advanced Audio Coding, AAC)是在MP3基础上发展起来的新一代感知音频压缩编码算法，代表了当今最先进的音频编码技术，具有信号压缩比高、重建音质好及编解码过程高度模块化等优点，在数字音频广播、数字声音存储、家庭影院及网络传输等领域得到了越来越广泛的应用。AAC比MP3更加先进，但复杂度高，因此，必须对其算法进行改进，降低运算复杂度，以实现嵌入式系统AAC音频实时编解码。本研究对AAC编码算法的各个模块进行分析，舍弃了一些运算过于复杂且无编码增益的可选模块，对于窗型判定和量化模块提出改进算法，同时对于解码算法中的反向改进离散余弦变换(Inverse Modified Discrete Cosine Transform, IMDCT)和Huffman解码进行改进。由于AAC使用了复杂的心理声学模型和两层嵌套循环量化模块，使其复杂度增加，影响实时编码，所以为了降低复杂度，必须对心理声学模型和量化模块进行改进。本研究针对AAC心理声学模型中的窗型判定子模块，提出基于时域方差变化率的算法；通过对AAC量化噪声评估模型的推导，在可变比特率下无需循环就可实现量化编码，在固定比特率下可单循环实现量化编码，且96kbps码率下循环次数为1-2。针对IMDCT复杂度高的不足，利用离散余弦的对称性及FFT实部和虚部的特性，推导由N/4点FFT实现N点IMDCT的快速算法；另外，对于Huffman码本占用存储空间大，解码速度慢的缺点，提出基于定位排序表的快速算法。最后，在本研究设计的基于TMS320C6727B DSP硬件平台上运行改进后的AAC编解码器。窗型判定运算量为1.81百万时钟周期每秒(Million Cycles Per Second, MCPS)，量化模块运算量为13.38 MCPS，编解码器的运算量分别为25.87 MCPS和7.15 MCPS；同时编码后的音质出众，主观差分值(Subjective Difference Grade, SDG)为-1.12，客观失真度量(Objective Distortion Grade, ODG)为-0.98。通过对结果进行分析，从实践论证了改进算法可在降低压缩复杂度的同时保证重建音频信号的质量。

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