一種提高速度並減小功耗的數字音頻解碼濾波方法和裝置的製作方法

2023-12-05 04:22:41

專利名稱：一種提高速度並減小功耗的數字音頻解碼濾波方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及數據處理領域，尤其涉及一種提高速度並減小功耗的數字音頻的解碼 濾波方法和裝置。
背景技術：
以檔案壓縮格式壓縮的音樂檔，由於其檔案小容易通過網絡傳輸，而且其解壓縮 播放後的音質好，因此日益在網絡上流通。在音頻文件處理過程解碼濾波是一個相當重要的一個環節，其中解碼器可以直接 完成各種格式音頻數據流的解碼操作，並輸出PCM或I2S格式的數字音頻信號。其中，由於音頻的數據在存儲時需要存儲的數據量非常大，目前對於音頻數據都 是採用壓縮的方式存儲的，而壓縮之後存儲的數據如果需要還原成原來的數據需要進行解 壓縮(即解碼)。如圖1所示，在現有技術中普遍使用的解碼濾波技術，具體步驟包括步驟101、輸入32個新輸入樣本。步驟102、將存儲單元已存的歷史數據進行移位，將暫存器中的數據往右移動64 個位置，將原本在V(960) V(1023)的數據移出暫存器，並空出V(O) V(63)的位置。步驟103、將32個新輸入樣本進行矩陣運算得到64個歷史數據V並保存到暫存器 空出的V(O) V(63)，其中矩陣運算的具體的實現公式為 當 i=0，則 V0 為 根據公式1則可計算得到64個歷史數據V。步驟104、利用所述新輸入樣本計算得到的歷史數據建立512個值的向量U並保 存，具體的實現公式為U[i · 64+j] = V[i · 128+j]i = 0· · · 7，j = 0· · · 31U[i · 64+32+j] = V[i · 128+96+j] i = 0. · · 7，j = 0. · · 31步驟105、加窗將新建立的向量U乘上常數D得到向量W並保存Wi = Ui · Di i = 0.. 511其中D是常係數，通過查表得到。步驟106、將每間隔32個位置的W累加起來，得到輸出樣本S(j)，j =0 31，其 中具體的實現公式為
(公式 2)當j=0，則 S。為
S0 = ff0+32*o+Wo+32*i+........+W0+32*15 步驟 107、輸出 32 個輸出樣本數據 Sj，j = 0 31。綜上所述，現有技術對數據進行解碼濾波時，在進行矩陣運算、建立新向量時必須 每次都將存入存儲單元中的數據讀出然後再寫入，從而導致運算速度慢功耗大。

發明內容
本發明提供一種提高速度並減小功耗的數字音頻處理方法和裝置，用於解決現有 技術中多次重複讀寫存儲器中的數據導致運算速度慢功耗大的問題。一種提高速度並減小功耗的數字音頻解碼濾波方法，其中解碼濾波處理的數字音 頻數據作為歷史數據存儲在存儲器中，所述存儲器中包括若干個存儲單元，每個存儲單元 對應一個存儲地址，用於存儲一個歷史數據，包括A.輸入32個子帶樣本數據；B.對所述存儲器中的歷史數據進行移位；C.對所述32個子帶樣本數據進行矩陣運算，得到歷史數據，並將得到的歷史數據 存入所述存儲器移位後空出的存儲單元中；D.從所述存儲器存儲地址為t的存儲單元中讀出歷史數據，當第i次從存儲器中 讀出歷史數據，讀出數據的存儲地址t為i乘上預設的第一偏移量M，並將得到的乘積加上 第二偏移量j和/第三偏移量N，t = j+M*i，當i為偶數時；t = j+M*i+N，當i為奇數時； t = j，當i為0時；其中i = 0，1，. . .，15 ；M、N和j為整數，並且保證所得的t小於等於存 儲器中存儲單元總數；E.將讀出的每個歷史數據乘以對應的常係數，將乘以常係數後的所有歷史數據進 行累加得到一個輸出樣本數據。一種提高速度並減小功耗的數字音頻解碼濾波裝置，該裝置包括存儲模塊，用於存儲作為歷史數據的數據音頻數據，所述存儲模塊包含若干個存 儲單元，每個存儲單元中存儲一個歷史數據；歷史數據生成模塊，用於對所述存儲模塊中的歷史數據進行移位，並輸入32個子 帶樣本數據，對所述32個子帶樣本數據進行矩陣運算，得到歷史數據，並將得到的歷史數 據存入所述存儲模塊移位後空出的存儲單元中；輸出樣本數據生成模塊，用於從所述存儲模塊存儲地址為t的存儲單元中讀出歷 史數據，當第i次從存儲器中讀出歷史數據，讀出數據的存儲地址t為i乘上預設的第一偏 移量M，並將得到的乘積加上第二偏移量j和/第三偏移量N，其中，t = j+M*i，當i為偶數 時；t = j+M*i+N，當i為奇數時；t = j，當i為0時；i = 0，1，. . .，15 ；M、N和j為整數，並 且保證所得的t小於等於存儲器中存儲單元總數，將讀出的每個歷史數據乘以獲得的對應 的常係數，將乘以常係數後的所有歷史數據進行累加得到一個輸出樣本數據。本發明實施例通過將現有技術中的加窗、建立向量、累加三個步驟進行合併使得 一次讀出數據便可完成上述三個步驟，從而減少了運算的時間和讀寫存儲單元的功耗。


圖1為現有技術中解碼濾波的流程圖；圖2為本發明實施例一種提高速度並減小功耗的數字音頻解碼濾波方法的流程 圖；圖3為利用本發明實施例的方法實現解碼濾波的流程圖；圖4為本發明實施例計算每個輸出樣本數據S[j]的流程圖；圖5為本發明實施例一種提高速度並減小功耗的數字音頻解碼濾波裝置的裝置 圖。
具體實施例方式本發明實施例一種提高速度並減小功耗的數字音頻解碼濾波方法和裝置，該方法 包括解碼濾波處理的數字音頻數據作為歷史數據存儲在存儲器中，所述存儲器中包括若 幹個存儲單元，每個存儲單元對應一個存儲地址，用於存儲一個歷史數據A.輸入32個子 帶樣本數據；B.對所述存儲器中的歷史數據進行移位；C.對所述32個子帶樣本數據進行 矩陣運算，得到歷史數據，並將得到的歷史數據存入所述存儲器移位後空出的存儲單元中； D.從所述存儲器存儲地址為t的存儲單元中讀出歷史數據，當第i次從存儲器中讀出歷史 數據，讀出數據的存儲地址t為i乘上預設的第一偏移量M，並將得到的乘積加上第二偏移 量j和/第三偏移量N，t = j+M*i，當i為偶數時；t = j+M*i+N，當i為奇數時；t = j，當 i為0時；其中i = 0，1，. . .，15 ;M、N和j為整數，並且保證所得的t小於等於存儲器中存 儲單元總數；E.將讀出的每個歷史數據乘以對應的常係數，將乘以常係數後的所有歷史數 據進行累加得到一個輸出樣本數據。為了方便描述和使本發明實施例描述更為清楚，以下提供幾個與所述存儲器相關 的名詞定義，包括存儲器由若干個存儲單元組成，每個存儲單元可存放一個數據，並且每個存儲單 元的位置都有一個編號，即地址；存儲方式若存儲器中包含η個存儲單元，存儲地址依次為0，1，2，3. . . η_1 ；存儲地址是指某一存儲單元距離存儲器起始單元偏移了多少個存儲單元。如圖2所示，本發明實施例一種提高速度並減小功耗的數字音頻解碼濾波方法， 當解碼濾波器對存儲在存儲器中的數字音頻數據進行處理時，存放在該存儲器中的數字音 頻數據被稱為歷史數據，該方法具體包括步驟201、輸入32個子帶樣本(也稱為輸入樣本數據)，並將該32個子帶樣本(S_ in)存入暫存器中。步驟202、對所述存儲器中的歷史數據進行移位。步驟203、對所述32個子帶樣本數據進行矩陣運算，得到歷史數據，並將得到的歷 史數據寫入所述存儲器移位後空出的存儲單元中。其中，當存儲器的存儲單元總數為1024，得到的歷史數據位64個則，所述矩陣運 算的公式為 Vi=YjNik-SJnk=Y4 cos為運算係數，在本實施例中Nik=cos (16 + 0(2^ + 1)^-。S_in是輸入樣本，在本實施例中每個輸入樣本包括32個樣本。步驟204，從所述存儲器中存儲器地址為t的單元中讀出歷史數據，讀出的歷史數 據的編號為i (即第幾次從存儲器中讀出數據)，讀出數據的存儲地址t為i乘上預設的第 一偏移量M,並將得到的乘積加上第二偏移量j和/第三偏移量N，其中，i = 0，1，...，15， 當i為偶數時，t = j+M*i，當i為奇數時，t = j+M*i+N，t、M、N和j均為整數，並且保證所 得的t小於等於存儲器中存儲單元總數。另外，當所述存儲器中的歷史數據總數是1024個時，M為64，N為32，當存儲器中 的歷史數據總數不同時，則M值和N值有所不同。步驟205、獲取每個歷史數據對應的常係數，並將讀出的每個歷史數據乘以獲得的 對應的常係數，將乘以常係數後的16個歷史數據進行累加得到一個輸出樣本數據。在實際的應用環境中，每次一般都是輸出32個輸出樣本數據。所以，本發明實施 例還包括步驟206，判斷輸出樣本數據的總個數是否等於32，如果不等於，則轉入步驟207， 否則轉入步驟208。因為得到每個輸出樣本數據的順序對輸出樣本數據的計算結果不會造成影響，所 以在計算的過程中j可以無序的取32個整數；步驟207，更新j值，並轉入步驟204。在更新j值的時候實施的方式可以有多種第一種，j從0到31 ；第二種，j從31 到0 ；第三種，j不重複地取0 31間的任意數據。步驟208，輸出得到的32個輸出樣本數據，結束本流程。其中，當選擇的存儲設備內存儲1024個歷史數據，則M的取值為64，N的取值為 32，則可以通過公式3計算得到輸出樣本數據。公式3為Sj =玄 V[t] * D0+32*i] j = 0· · · 31……(3)
I=Ot = j+64*i， for i = 0,2,4,6,8,10,12,14t = j+64*i+32， for i = 1,3,5,7,9,11,13,15V[t]為歷史數據，D為常係數，j為輸出樣本編號。當j = 0時，第一個輸出樣本數據Stl具體表示為5'0=^V[t]*DO+32*i]
/=0二 V
* D
+V
* D
+V[&f64*2]* D
+ "... +V[Of64*15+32] * D[(H-32*15]= V
* D
+V[96] * D[32]+V[128] * D[64]屮■... +V[992] * D[480]常係數D通過查表得到，其中，在查表時通過所述常係數的下標[j+32i]作為查表 係數，查找保存查表係數與常係數對應關係的映射表，獲得每個歷史數據對應的常係數。針對現有技術中音頻文件解碼濾波處理流程為例，對本發明實施例做進一步的說
6明，如圖3所示，具體包括步驟步驟301、將32個輸入樣本(S_in)存入輸入樣本存儲器。步驟302、將歷史數據存儲器中已存的1024個歷史數據V進行移位，將原本在 V(960) V(1023)的數據移出歷史數據存儲單元，並空出V(O) V(63)的位置。步驟303、從所述輸入樣本存儲單元中讀出輸入樣本S_in，並進行矩陣運算，得到 64個歷史數據，將計算得到的歷史數據寫入所述歷史數據存儲器空出的位置V (0) V (63) 中。其中，矩陣運算的公式為
3131 Γπ —K =ZA^riSjTijfc =Zcos (16 +0(2免 + 1)— -S_ink i = 0· · · 63 ;k = 0· · 31. N
k=0k=0 L64」
為運算係數，在本實施例中Nik=COS[(16 + 0(2hl)告。S_in是輸入樣本，在本實施例中每個輸入樣本包括32個樣本。步驟304、可以通過公式3計算得到32個輸出樣本數據。公式3為Sj = f]Y[t] * D[j+32*i] j = 0· · · 31……(3)
/=0t = j+64*i，for i = 0，2，4，6，8，10，12，14。t = j+64*i+32，for i = 1,3,5,7,9,11,13,15其中，計算每一個S[j]具體流程步驟為for(j = 0 ;j < 32 ；j++){sum = 0 ；for(i = 0 ;i < 16 ；i++) //i 取 16 個數{if(i% 2 = = 0)//在 i(i = 0，2，4，6，8，. . .，14)取偶數時應用下述計 算得到S[j]。sum+= D[j+32*i]*V[j+64*i]；else//當i (i = 1，3，5，7，9，. . .，15)為奇數時應用下述公式得到 S[j]。sum+= D[j+32*i]*V[j+64*i+32]；}S[j] = sum ；}其中，計算每一個S[j]的流程圖4所示。如圖5所示，本發明實施例還提供一種提高速度並減小功耗的數字音頻的解碼濾 波裝置，該裝置具體包括讀取模塊501、計算模塊502和判定模塊503 存儲模塊501，用於存儲作為歷史數據的數據音頻數據，所述存儲模塊包含若干個 存儲單元，每個存儲單元中存儲一個歷史數據；
歷史數據生成模塊502，用於對所述存儲模塊中的歷史數據進行移位，並輸入32 個子帶樣本數據，對所述32個子帶樣本數據進行矩陣運算，得到歷史數據，並將得到的歷 史數據存入所述存儲模塊移位後空出的存儲單元中；輸出樣本數據生成模塊503，用於從所述存儲模塊501中存儲地址為t的存儲單 元中讀出歷史數據，當第i次從存儲器中讀出歷史數據，讀出數據的存儲地址t為i乘上預 設的第一偏移量M，並將得到的乘積加上第二偏移量j和/第三偏移量N，其中，t = j+M*i， 當i為偶數時；t = j+M*i+N，當i為奇數時；t = j，當i為0時；i = 0，1，. . .，15 ;M、N和 j為整數，並且保證計算後的t小於等於存儲器中存儲單元總數，將乘以常係數後的所有歷 史數據進行累加得到一個輸出樣本數據。另外，為了循環的計算出32個輸出樣本數據，本發明實施例所述提供的裝置還包 括判定模塊504，用於判斷輸出樣本數據的總個數是否為32，如果是，則將得到的所 有輸出樣本數據輸出，否則，更新j的值，並將更新後的j值發送給所述輸出樣本數據生成 模塊503。可見現有技術在解碼濾波過程中，需要讀存儲單元的次數為1536次(512次讀 V(i)+512次讀U+512次讀W)；另外寫存儲單元的次數為1056次(512次讀U+512次寫W+32 次寫S(j))所以在上述解碼濾波過程中需要訪問存儲單元的次數為2592次。應用本發明實施例提供的方法，訪問存儲單元的次數則降為544次包括512次讀 V(i)加上32次寫S(J)0通過上述比較可知，本發明實施例所提供的方法減少了對存儲單元的讀寫，對存 儲單元的訪問次數僅為常規算法的21%。因此減少了運算時間和讀寫存儲單元的功耗。另外，減少可存儲單元的存儲量節省了大量的存儲空間。本發明所述的方法並不限於具體實施方式
中所述的實施例，本領域技術人員根據 本發明的技術方案得出其它的實施方式，同樣屬於本發明的技術創新範圍。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精 神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍 之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
一種提高速度並減小功耗的數字音頻解碼濾波方法，其中解碼濾波處理的數字音頻數據作為歷史數據存儲在存儲器中，所述存儲器中包括若干個存儲單元，每個存儲單元對應一個存儲地址，用於存儲一個歷史數據，其特徵在於，包括A.輸入32個子帶樣本數據；B對所述存儲器中的歷史數據進行移位；C.對所述32個子帶樣本數據進行矩陣運算，得到歷史數據，並將得到的歷史數據存入所述存儲器移位後空出的存儲單元中；D.從所述存儲器存儲地址為t的存儲單元中讀出歷史數據，當第i次從存儲器中讀出歷史數據，讀出數據的存儲地址t為i乘上預設的第一偏移量M，並將得到的乘積加上第二偏移量j和/第三偏移量N，t＝j+M*i，當i為偶數時；t＝j+M*i+N，當i為奇數時；t＝j，當i為0時；其中i＝0，1，...，15；M、N和j為整數，並且保證所得的t小於等於存儲器中存儲單元總數；E.將讀出的每個歷史數據乘以對應的常係數，將乘以常係數後的所有歷史數據進行累加得到一個輸出樣本數據。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，在步驟E之後，該方法進一步包括F.判斷輸出樣本數據的總個數是否為32，如果是，則將得到的所有輸出樣本數據輸 出，結束本流程，否則，更新j的值，並轉入步驟D。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述j的初始值為0，所述步驟F包括判斷輸出樣本數據的總個數是否為32，如果是，則將得到的所有輸出樣本數據輸出，結束本流程，否則，將j加1，並轉入步驟D。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，當所述存儲器中的歷史數據總數是1024個 時，M的取值為64，N的取值為32。
5.一種提高速度並減小功耗的數字音頻解碼濾波裝置，其特徵在於，該裝置包括存儲模塊，用於存儲作為歷史數據的數據音頻數據，所述存儲模塊包含若干個存儲單 元，每個存儲單元中存儲一個歷史數據；歷史數據生成模塊，用於對所述存儲模塊中的歷史數據進行移位，並輸入32個子帶樣 本數據，對所述32個子帶樣本數據進行矩陣運算，得到歷史數據，並將得到的歷史數據存 入所述存儲模塊移位後空出的存儲單元中；輸出樣本數據生成模塊，用於從所述存儲模塊存儲地址為t的存儲單元中讀出歷史數 據，當第i次從存儲器中讀出歷史數據，讀出數據的存儲地址t為i乘上預設的第一偏移量 M，並將得到的乘積加上第二偏移量j和/第三偏移量N，其中，t = j+M*i，當i為偶數時；t =j+M*i+N，當i為奇數時；t = j，當i為0時；i = 0，1，...，15 ;M、N和j為整數，並且保 證所得的t小於等於存儲器中存儲單元總數，將讀出的每個歷史數據乘以獲得的對應的常 係數，將乘以常係數後的所有歷史數據進行累加得到一個輸出樣本數據。
6.如權利要求5所述的裝置，其特徵在於，該裝置還包括判定模塊，用於判斷輸出樣本數據的總個數是否為32，如果是，則將得到的所有輸出樣 本數據輸出，否則，更新j的值，並將更新後的j值發送給所述輸出樣本數據生成模塊。
全文摘要
本發明公開了一種提高速度並減小功耗的數字音頻的解碼濾波方法和裝置，包括A.輸入32個子帶樣本；B.對存儲在存儲器中的歷史數據進行移位；C.對32個子帶樣本進行矩陣運算，得到歷史數據，並將所述歷史數據存入所述存儲器移位後空出的存儲單元中；D.從所述存儲器中存儲地址為t的存儲單元中讀出歷史數據，其中，t＝j+M*i，當i為偶數時；t＝j+M*i+N，當i為奇數時；t＝j，當i為0時；其中i＝0，1，...，15；M、N和j為整數，並且保證所得的t小於等於存儲器中存儲單元總數；將讀出的每個歷史數據乘以對應的常係數，將乘以常係數後的所有歷史數據進行累加得到一個輸出樣本數據。應用本發明公開的方法解決了現有技術在解碼濾波的時候必須重複讀寫存儲單元造成運算速度慢功耗大的問題。
文檔編號G10L19/00GK101930739SQ20091014865
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月25日 優先權日2009年6月25日
發明者張媛媛 申請人:炬力集成電路設計有限公司