改进的离散余弦反变换迭代算法研究与音频dsp核设计.pdf

摘 要
改进的离散余弦反变换（IMDCT）是音频解码中的关键技术，其计算复杂并
对音频解码的实时性有显著影响。IMDCT 迭代算法具有适用范围广、适合超大规
模集成电路并行实现等优点，受到学术界的广泛关注。本文提出了三种新的 IMDCT
迭代算法，设计并验证了相应的 IMDCT 硬件加速器结构。与传统的 IMDCT 迭代
算法相比，三种新算法的计算效率有明显提高。为了准确评估新的 IMDCT 迭代算
法的计算效率和深入研究基于音频 DSP 核的音频解码技术，本文设计了一个 24
位音频 DSP 核，并通过 AC-3 实时解码实验对其进行了验证。
通过对 IMDCT 迭代算法的渐进研究，多次对 IMDCT 迭代算法及其硬件加速
器结构进行改进，并把最终得到的高效 IMDCT 迭代算法和高精度硬件加速器应用
于 声道的 AC-3 实时解码。本文的主要工作包括：
（ 1 ）提出了一种新的基于 IV 型离散余弦变换/IV 型离散正弦变换
（DCT-IV/DST-IV，type-IV discrete cosine transform/type-IV discrete sine
transform）分解的 IMDCT 快速算法（为了表述方便，以下称之为第一种 IMDCT
迭代算法），并给出了相应的 IMDCT 硬件加速器迭代结构。与两种已报道的 IMDCT
迭代算法相比，本文提出的第一种 IMDCT 迭代算法具有更高的计算效率，而且相
应的硬件加速器结构更简单。实验结果表明：采用本文提出的第一种 IMDCT 迭代
算法和相应的硬件加速器，计算 512 点 IMDCT 所需的时间比已报道的高效 IMDCT
迭代算法的计算时间减少了 38%。
（2）为了节省硬件资源，本文提出了一种精简的 IMDCT 硬件加速器结构。
根据本文提出的第一种 IMDCT 迭代算法，IMDCT 的计算被转化为 DCT-IV/DST-IV
的计算。通过由 DST-IV 到 DCT-IV 的变换，DCT-IV/DST-IV 变为了 DCT-IV/DCT-IV
的形式。为了简化 IMDCT 硬件加速器的结构，在硬件加速器中采用了一种占用资
源少的 DCT-IV 迭代结构；通过改变与 IMDCT 计算有关的窗函数，进一步简化了
IMDCT 硬件加速器的结构。与第一种 IMDCT 迭代算法的硬件加速器结构相比，
精简的的硬件加速器结构减少了 2 个乘法器和 2 个锁存器。
（3）提出了一种混合 IMDCT 快速算法及其硬件加速器迭代结构。该算法源
自本文提出的第一种 IMDCT 迭代算法，并吸收了已报道的高效 IMDCT 迭代算法
计算时延小的优点。通过结合两种 IMDCT 迭代算法并对计算项进行重组，得到适
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合资源共享、复用的 IMDCT 计算形式。实验结果表明：本文提出的这种混合 IMDCT
快速算法与本文提出的第一种迭代算法以及已报道的高效迭代算法相比，计算 512
点 IMDCT 需要的时间分别减少了 20%和 51%。与两种对比算法所对应的硬件加速
器相比，混合 IMDCT 快速算法（为了表述方便，以下称之为第二种