【正文】 出緩存器輸出 PCM圖 51 AC3 解碼 C 程序流程圖2. 同步檢錯(cuò)AC3 數(shù)據(jù)流格式考慮到快速同步，16bits 同步字具有低的錯(cuò)誤檢測(cè)概率，對(duì)于不對(duì)齊的輸入數(shù)據(jù)流，同步字錯(cuò)誤檢測(cè)的概率為每輸入數(shù)據(jù)流的比特位置的 %。對(duì)于 384kbits/s 的數(shù)碼率，錯(cuò)誤檢測(cè)同步字的概率為每幀 19%，字節(jié)對(duì)齊的輸入數(shù)據(jù)流將此概率降低到 %，而字對(duì)齊的則把它降低到 %。3. 解復(fù)用解碼過(guò)程固有的操作使把包括在數(shù)據(jù)流中各種不同類型的信息解包（解復(fù)用）。在這個(gè)可選項(xiàng)中這個(gè)數(shù)碼流信息的分配是：西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文27?選擇的數(shù)據(jù)可從緩存器復(fù)制到專用寄存器。?有些來(lái)自輸入緩存器的數(shù)據(jù)可復(fù)制到特殊的工作存儲(chǔ)單元。?有些數(shù)據(jù)可以只安排在輸入緩存器中，其指針保存到另一存儲(chǔ)單元以便使用。音頻壓縮系統(tǒng)的指數(shù)以編碼的形式在數(shù)據(jù)流中傳遞，將指數(shù)解包和解碼，需兩中類型的“ 輔助信息”：?必須知道指數(shù)的數(shù)目。?必須知道個(gè)聲道正在使用的指數(shù)“ 策略”?！氨忍刂概傻挠?jì)算 ”提示各尾數(shù)要多少比特，比特指派計(jì)算的輸入是解碼的指數(shù)及比特指派輔助信息。比特指派計(jì)算的輸出是一組比特指派指針（BAP），每個(gè)編碼尾數(shù)有一個(gè) BAP。BAP 指出用于尾數(shù)的量化器，以及在數(shù)據(jù)流中將多少比特用于各尾數(shù)。粗量化的尾數(shù)組成大量的 AC3 數(shù)據(jù)流。將各尾數(shù)量化到相應(yīng)的 BAP 指示的精度等級(jí)，為了更有效的將尾數(shù)打成數(shù)據(jù)大包，把幾個(gè)尾數(shù)合成單個(gè)傳輸值。例如，兩個(gè) 11 級(jí)的量化值用單個(gè) 7bit 碼（ 比特/值）數(shù)碼流中傳送。按 BAP 指示把聚集在一起的比特剝開來(lái)，以解開尾數(shù)的數(shù)據(jù)包，必須把組合的尾數(shù)拆開。單獨(dú)編碼的尾數(shù)值變?yōu)槿チ炕闹?。已指示具有零比特的尾?shù)可以再現(xiàn)為零，或隨機(jī)抖動(dòng)值（在抖動(dòng)標(biāo)志下）。4. 去偶合（depling）當(dāng)使用耦合過(guò)程時(shí)，被耦合的聲道必須去耦合，去耦合包括從公共耦合聲道和單獨(dú)聲道的耦合坐標(biāo)，來(lái)重建各被耦合聲道的高頻部分（指數(shù)和尾數(shù)）。在每個(gè)耦合帶內(nèi)，耦合聲道的各個(gè)系數(shù)（指數(shù)和尾數(shù)）將乘以單獨(dú)聲道的耦合坐標(biāo)。5. 重新設(shè)置矩陣的過(guò)程（rematrixing）在 2/0 音頻編碼模式中，可按重新設(shè)置矩陣坐標(biāo)的指示，采用重新設(shè)置矩陣（rematrixing ）。當(dāng)這個(gè)標(biāo)志指示某個(gè)頻帶被重新設(shè)置矩陣時(shí)，數(shù)碼流中的編碼系數(shù)將是和與差的值，而不是左與右的值。6. 動(dòng)態(tài)范圍壓縮（dynamic range pression）對(duì)于各個(gè)音頻塊，動(dòng)態(tài)范圍控制值可以包含在數(shù)碼流中。解碼器通過(guò)約定，將用這個(gè)值按正確處理數(shù)據(jù)的要求來(lái)改變系數(shù)（指數(shù)和尾數(shù)）的大小。7. 逆變換（inverse trsform）西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文28本節(jié)所述進(jìn)行解碼的步驟將得到每個(gè)編碼聲道的一組頻率系數(shù)，逆變換把這些頻率系數(shù)塊變成時(shí)間樣本塊。8. 加窗、重疊/相加（）對(duì)時(shí)間樣本的單獨(dú)數(shù)據(jù)塊必須加窗，而且將相鄰的數(shù)據(jù)塊重疊和相加，以便重建最后連續(xù)時(shí)間的輸出 PCM 音頻信號(hào)。9. 向下混合（downmix）如果在解碼器輸出所需要的聲道數(shù)小于在數(shù)碼流中編碼的聲道，則進(jìn)行向下混合。10. 輸出緩存器（pcm output buffer）典型的 PCM 解碼器必須以 PCM 取樣率提供 PCM 輸出樣本。由于從解碼的過(guò)程中得出各個(gè)樣本塊，需要一個(gè)輸出緩存器。11. 輸出 PCM（output pcm）輸出的 PCM 樣本用適合于互連到數(shù)字模擬變換器的形式，或者用接收機(jī)要求的某種別的形式進(jìn)行傳遞。 MDCT 和 IMDCT 在 AC3 的編碼程序中，MDCT（即改進(jìn)的離散余弦變換）的作用就是把時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮；而 IMDCT 是 MDCT 的逆過(guò)程，把編碼后的頻域信號(hào)進(jìn)行變換，重建時(shí)域信號(hào)。這里列出了 AC3 標(biāo)準(zhǔn)提供的 MDCT和 IMDCT 公式，而其中的 IMDCT 并不是直接以 IMDCT 的公式做轉(zhuǎn)換，而是以 IFFT 的形式來(lái)實(shí)現(xiàn) IMDCT[16]。由于 MDCT 為非正交變換，因而由某一塊的 MDCT 譜無(wú)法完全重建出原始的信號(hào)，但采用時(shí)域混疊抵消（TDAC）的方法可以達(dá)到完全重建。所以AC3 的時(shí) 頻變換采用基于 TDAC 的 MDCT 變換。該變換基于樣本分塊來(lái)進(jìn)行。編碼器中每一個(gè)樣本塊與其前后相鄰的樣本塊各有 50%的重疊，解碼端經(jīng)IMDCT 恢復(fù)出來(lái)的信號(hào)引入了時(shí)域混疊分量，將恢復(fù)出的相鄰兩塊信號(hào)進(jìn)行50%的重疊相加即可抵消時(shí)域混疊分量，在非量化時(shí)完全重建出原始信號(hào)。圖52 說(shuō)明了基于 TDAC 的 MDCT 分析和合成的處理過(guò)程。變化塊長(zhǎng)度的選擇是音頻變換編碼的重要參數(shù)。因?yàn)樵诰幋a器的實(shí)現(xiàn)中，對(duì)算法的復(fù)雜程度和延時(shí)的限制，時(shí)間分辨率和頻率分辨率往往不能同時(shí)與人耳感覺(jué)特性匹配，二者必須折衷處理采用自適應(yīng)的方法變換選擇塊長(zhǎng)度。對(duì)于穩(wěn)態(tài)信號(hào)，它的頻譜在時(shí)間上保持穩(wěn)態(tài)，或者變換緩慢，需要高的頻率分辨率，西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文29應(yīng)采用長(zhǎng)的窗函數(shù)或長(zhǎng)的 FIR 濾波器。反之，對(duì)于快速變化的瞬態(tài)信號(hào)，要求有高的時(shí)間分辨率，應(yīng)采用短的窗函數(shù)或短的 FIR 濾波器。因此在選擇塊長(zhǎng)度時(shí)，必須考慮時(shí)間和頻率分辨率的要求。M M M M2 M2 M2 MM D C TM D C TM D C TMMMF r a m e k F r a m e k + 1 F r a m e k + 2 F r a m e k + 3 (a) MDCT 交疊分析處理過(guò)程MMMI M D C TI M D C TI M D C T2 M2 M2 MM MF r a m e k + 1 F r a m e k + 2. . . . . .(b) MDCT 交疊合成處理過(guò)程圖 52 基于 TDAC 的 MDCT 分析/合成處理過(guò)程AC3 編碼器根據(jù)信號(hào)的瞬態(tài)特性，塊長(zhǎng)取 512 個(gè)樣點(diǎn)或 256 個(gè)樣點(diǎn)兩種。穩(wěn)態(tài)信號(hào)用長(zhǎng)塊 MDCT 分析，得到 256 個(gè)頻率系數(shù)。瞬態(tài)信號(hào)用兩個(gè)短塊MDCT 分析，得到兩套 128 個(gè)頻率系數(shù)。將兩套系數(shù)互插形成 256 個(gè)頻率系數(shù)，在以后的處理（聲道耦合、比特分配等）中與長(zhǎng)塊頻率系數(shù)無(wú)區(qū)別對(duì)待。1. 塊長(zhǎng)為 N 的 MDCT 變換定義如下()()()()1022cos12144nXkxhnkkNppa=230。246。247。231。++232。248。229。（51 ）其中 ， 是窗口函數(shù)序列12??()西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文30 1 對(duì)于第一個(gè)短塊?? 0 對(duì)于第一個(gè)長(zhǎng)塊 +1 對(duì)于第二個(gè)短塊N=512 為長(zhǎng)塊，N=256 為短塊2. 反變換 IMDCT 定義如下： ()()()()/2102cos12144kynhXnkkNppa=230。246。247。231。 ++232。248。229。（52 ）其中 ， 為凱塞貝塞爾窗（KaiserBessel derived window，1N0??)n(簡(jiǎn)稱 KBD 窗）函數(shù)。 程序設(shè)計(jì)錄入 AC3 音頻文件數(shù)據(jù)同步檢錯(cuò)，比特分配等IMDCT 變 換虛 擬 環(huán) 繞 聲 處 理窗 口 疊 加生成 WAV 格式文件向下混合成兩聲道圖 53 C 程序?qū)崿F(xiàn)虛擬環(huán)繞聲流程圖C 語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)基于 AC3 的虛擬環(huán)繞聲重放，是在 AC3 解碼程序的IMDCT 部分，對(duì) IMDCT 的輸出數(shù)據(jù)（即 AC3 幀解碼后的六聲道數(shù)據(jù)）進(jìn)行虛擬環(huán)繞聲處理的，然后通過(guò)窗口疊加和聲道混合，最終得到兩聲道的虛擬環(huán)繞聲，并寫入 WAV 文件。 C 程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的流程如圖 53。 子函數(shù) IMDCTIMDCT 函數(shù)的功能是把各聲道的頻域系數(shù)進(jìn)行 IMDCT 變換重建時(shí)域信號(hào)西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文31初始化，定義復(fù)數(shù)乘法函數(shù) static plex_t cmplx_mult(plex_t a,plex_t b)定義函數(shù) void imdct_do_512 (float x[],float y[],float delay[]) Pre IFFT 復(fù)數(shù)乘法 for(i=0。iN/4。i++){Z[i]=(X[N/22*i1]+j*X[2*i])*(xcos1[i]+j*xsin1[i])。}where xcos1[k]= cos(2pi*(8i+1)/(8*N))。xsin1[k]= sin(2pi*(8i+1)/(8*N))計(jì)算 Z（k）的 N/4 點(diǎn)復(fù)數(shù) IFFT 變換產(chǎn)生復(fù)數(shù)序列 for(n=0。nN/4。n++){ z[n]=0。for(k=0。kN/4。k++){z[n]+=Z[k]*(cos(8*pi*k*n/N)+j*sin(8*pi*k*n/N))。}}Post IFFT 復(fù)數(shù)乘法 for(n=0。nN/4。n++){y1[n]=z[n]*(xcos1[n]+j*xsin1[n])。}加窗并轉(zhuǎn)化得到時(shí)域信號(hào) for(i=0。iN/8。i++){ y[0 +2*i] = y1[N/8+i].imag *window[0 +2*i]。y[0 +2*i+1] = y1[N/8i1].real *window[0 +2*i+1]。y[128 +2*i] = y1[i].real *window[128 +2*i]。y[128 +2*i+1] = y1[N/4i1].imag *window[128 +2*i+1]。y[256 +2*i] = y1[N/8+i].real *window[256 2*i1]。y[256 +2*i+1] = y1[N/8i1].imag *window[256 2*i2]。y[384 +2*i] = y1[i].imag *window[128 2*i1]。y[384 +2*i+1] = y1[N/4i1].real *window[128 2*i2]。}交疊和相加 for(i=0。i256。i++){ y[i]=2*(y[i]+delay[i])。 delay[i]=y[256+i]。}類似地定義 imdct_do_256(float x[],float y[],float delay[])for(i=0。ibsinfchans。i++)y if(audblkblksw[i]) n調(diào)用 imdct_do_256（） 調(diào)用 imdct_do_512（）if(bsilfeon) 調(diào)用 imdct_do_512（）[17]。其程序框圖見(jiàn)圖 54。圖 54 IMDCT 函數(shù)框圖在程序流程中，長(zhǎng)塊和短塊的解碼過(guò)程相似，不同的是短塊解碼是對(duì)兩組西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文32256 個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行解碼，得到兩套 128 個(gè)頻率系數(shù)，將兩套系數(shù)互插形成 256 個(gè)頻率系數(shù)。以后的處理過(guò)程與長(zhǎng)塊處理一致。在 AC3 解碼程序中,IMDCT 函數(shù)的輸入信號(hào)數(shù)組定義為typedef struct stream_coeffs_s{float fbw[5][256]。float lfe[256]。} stream_coeffs_t。這個(gè)結(jié)構(gòu)體數(shù)組存儲(chǔ)的是每個(gè)聲道的頻域信號(hào)，它的存儲(chǔ)規(guī)則是：coeffs fbw[0][256] 對(duì)應(yīng) 左 L 聲道coeffs fbw[1][256] 對(duì)應(yīng) 中央 C 聲道coeffs fbw[2][256] 對(duì)應(yīng) 右 R 聲道coeffs fbw[3][256] 對(duì)應(yīng) 左環(huán)繞 LS 聲道coeffs fbw[4][256] 對(duì)應(yīng) 右環(huán)繞 RS 聲道coeffslfe[256] 對(duì)應(yīng) 低頻 LFE 聲道同時(shí)還定義結(jié)構(gòu)體數(shù)組typedef struct audblk_s{uint_16 blksw[5]。 } audblk_t。來(lái)指示每一個(gè)聲道數(shù)據(jù)是屬于長(zhǎng)塊還是短塊，當(dāng) audblkblksw[i]==0，屬于長(zhǎng)塊；audblkblksw[i]=1，屬于短塊。輸入的頻域信號(hào)經(jīng)過(guò) IMDCT 處理以后輸出的數(shù)據(jù)就是解碼后時(shí)域的六個(gè)聲道的信號(hào)了，接下來(lái)我要做的就是對(duì) IMDCT( )的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行虛擬環(huán)繞聲處理。解碼程序定義了一個(gè)結(jié)構(gòu)體多維數(shù)組typedef struct stream_samples_s{float channel[6][512]。} stream_samples_t。來(lái)存儲(chǔ) IMDCT( )的輸出數(shù)據(jù)。其存儲(chǔ)規(guī)則是：sampleschannel[0][512] 對(duì)應(yīng) 左 L 聲道sampleschannel[1][512] 對(duì)應(yīng) 中央 C 聲道西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文33sampleschannel[2][512] 對(duì)應(yīng) 右 R 聲道sampleschannel[3][512] 對(duì)應(yīng) 左環(huán)繞 LS 聲道sampleschannel[4][512] 對(duì)應(yīng) 右環(huán)繞 RS 聲道sampleschannel[5][512] 對(duì)應(yīng) 低頻 LFE 聲道虛擬環(huán)繞聲處理，即根據(jù)式(41)，利用 和 序列對(duì) channel[3][512]（LSab聲道）和 channel[4][512]（RS 聲道）中的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。這一過(guò)程只需要在函數(shù) imdct_do_256( )的加窗處理后面加入一段 FIR 濾波程序即可。FIR 濾波器的系統(tǒng)差分方程表達(dá)式為 ()()10Nmynhxn=229。（53）它的橫截型結(jié)構(gòu)如圖 55 所示z1y(n)h(N1)h(N2)h(2)h