專利名稱：音頻多聲道處理用等間隔子帶分析和合成濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及MPEG音頻多聲道處理用等間隔子帶分析和合成濾波器。更具體地說，涉及用流水線定時進(jìn)行分析濾波的MPEG音頻多聲道處理用等間隔子帶分析和合成濾波器。
在現(xiàn)有技術(shù)中，MPEG-2音頻編碼器的分析濾波器執(zhí)行把時間域的信號變更為頻率域的任務(wù)，而決定了與分析濾波器的分辨率相對應(yīng)的MPEG-2音頻編碼器的音質(zhì)。這樣的現(xiàn)有分析濾波器的動作在各聲道的32個取樣輸入并最終以32個子帶音頻信號輸出之前通過幾個階段的運(yùn)算而完成，該運(yùn)算階段已在ISO/IEC 11172-3 MPEG-1音頻中表示了，若對各階段進(jìn)行說明，則為以下這樣作為第一運(yùn)算階段，輸入32個新的音頻取樣，制作具有512個元素的矢量，從矢量中除去成為最長的32個取樣。如果用代數(shù)式表示，則為下列代數(shù)式1那樣代數(shù)式1Xi＝Xi-32i＝511、510、…、32作為第二運(yùn)算階段，用新生成的輸入矢量乘以分析窗口(analysiswindow)Ci。如果用代數(shù)式表示，則為下列代數(shù)式2那樣代數(shù)式2Zi＝Ci×Xii＝511、510、…、0
作為第三運(yùn)算階段，按照一定的規(guī)則，每8個加乘以窗口而生成的512個取樣Zi，而構(gòu)成具有64個元素的新的矢量yk。如果用代數(shù)式表示，則為下列代數(shù)式3那樣代數(shù)式3yk=Σj=07Zk+64j,]]>k＝0，1，…，63作為第四運(yùn)算階段，把上述代數(shù)式3的矢量yk與分析行列式(analysis matrix)mik相乘，而形成32個子帶取樣Si。如果用代數(shù)式表示，則為下列代數(shù)式4那樣代數(shù)式4mik＝cos[π/64(2i+1)(k-16)]，i＝0，1，…，31，k＝0，1，…，63Si=Σk=063cos[π/64(2i+1)(k-16)]yk,]]>i＝0，1，…，31如果查看上述的運(yùn)算過程，具有矩陣運(yùn)算占據(jù)了現(xiàn)有分析濾波器的運(yùn)算量的大部分的缺點(diǎn)。這樣，鑒于上述問題，本發(fā)明的第一目的是提供一種MPEG音頻多聲道處理用等間隔子帶分析和合成濾波器，能夠在以一定工作頻率所分配的周期內(nèi)分析濾波5聲道的幀取樣。
另一方面，MPEG-2音頻解碼器的合成濾波器執(zhí)行把被置換到頻率域中的子帶信號再次逆變換為時間域的任務(wù)。MPEG-2音頻解碼器由合成濾波器的精度決定其音質(zhì)，這樣的濾波器在各個聲道中進(jìn)行相同的運(yùn)算，這樣的現(xiàn)有合成濾波器的運(yùn)算過程表示在ISO/IEC 11172-3 MPEG-1音頻中，為執(zhí)行這樣的運(yùn)算，在各聲道的32個取樣被輸入并最終以32個子帶音頻信號被輸出之前，用幾個階段的運(yùn)算完成。
當(dāng)用各個運(yùn)算階段來說明上述現(xiàn)有的合成濾波器的運(yùn)算過程時，其方式如下作為第一運(yùn)算階段，輸入32個新的音頻取樣，如果用代數(shù)式表示，則為下列代數(shù)式2-1那樣代數(shù)式2-1Sk，k＝0、1、…、31作為第二運(yùn)算階段，使矩陣運(yùn)算結(jié)果64取樣進(jìn)行移位。如果用代數(shù)式表示，則為下列代數(shù)式2-2那樣代數(shù)式2-2Vi＝Vi-64，i＝1023→64作為第三運(yùn)算階段，進(jìn)行矩陣運(yùn)算。如果用代數(shù)式表示，則為下列代數(shù)式2-3那樣代數(shù)式2-3Vi=Σk=031Nik×Sk,]]>i＝0， …，63Nik＝cos[π/64(2k+1)(16+i)]，i＝0，1，…，63，k＝0，1，…，31作為第四運(yùn)算階段，生成新的512個矢量Ui。如果用代數(shù)式表示，則為下列代數(shù)式2-4那樣代數(shù)式2-4Ui×64+j＝Vi×128+j
Ui×64+32+j＝Vi×128+96+j其中，i＝0，1，…，7，k＝0，1，…，31作為第五運(yùn)算階段，用新生成的矢量乘以窗口(synthesis window)Di。如果用代數(shù)式表示，則為下列代數(shù)式2-5那樣代數(shù)式2-5Wi＝Ui×Di其中，i＝0，1，…，511作為第六運(yùn)算階段，計算32個取樣。如果用代數(shù)式表示，則為下列代數(shù)式2-6那樣代數(shù)式2-6Sj=Σi=015Wj+32i,]]>其中，j＝0，1，…，31上述的合成濾波為矩陣運(yùn)算和窗口運(yùn)算，可看出矩陣運(yùn)算(即，代數(shù)式3)占據(jù)了運(yùn)算量的大部分。如果假定以27MHz的系統(tǒng)時鐘動作的取樣頻率為48MHz的系統(tǒng)，則處理32個子帶取樣所花費(fèi)的時間(T32)為下列代數(shù)式2-7那樣代數(shù)式2-7T32＝32×Ts＝32×1/fs＝0.66m sec其中，fs代表取樣頻率。能夠用于處理32個子帶取樣的系統(tǒng)時鐘數(shù)(systemcyc)為下列代數(shù)式2-8那樣代數(shù)式2-8systemcyc＝27×106×0.000666＝17982周即，處理32個取樣必須分配約18000取樣的時鐘，在該時鐘內(nèi)進(jìn)行與5個聲道相對應(yīng)的合成濾波運(yùn)算。
本發(fā)明的第二目的是提供一種MPEG音頻多聲道處理用等間隔子帶分析和合成濾波器，對于所分配的時鐘內(nèi)的5個聲道以流水線定時進(jìn)行合成濾波。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，提供一種MPEG音頻多聲道處理用等間隔子帶分析和合成濾波器，包括窗口飛行模塊，通過幀開始信號的輸入開始濾波，進(jìn)行與所輸入的幀數(shù)據(jù)相對應(yīng)的窗口飛行運(yùn)算；矩陣變換模塊，輸入上述窗口飛行模塊的結(jié)果，進(jìn)行與該幀數(shù)據(jù)相對應(yīng)的矩陣變換運(yùn)算，上述窗口飛行模塊與上述矩陣變換模塊相互結(jié)合為流水線狀，對與5聲道相對應(yīng)的濾波進(jìn)行定時分割。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，提供一種MPEG音頻多聲道處理用等間隔子帶分析和合成濾波器，包括存儲器模塊，存儲從外部所輸入的子帶數(shù)據(jù)，同時，讀取輸入數(shù)據(jù)來進(jìn)行矩陣運(yùn)算；ROM模塊，存儲在矩陣和窗口運(yùn)算時所使用的系數(shù)值；乘法和累加運(yùn)算模塊，存儲輸入來自上述存儲器模塊的結(jié)果值和來自ROM模塊的系數(shù)值并重復(fù)進(jìn)行乘法和加法運(yùn)算的結(jié)果；存儲器控制模塊，存儲由該乘法和累加運(yùn)算模塊所提供的矩陣運(yùn)算的結(jié)果值，同時，讀取在窗口運(yùn)算中所需要的數(shù)據(jù)；信號變換控制模塊，變換由該存儲器控制模塊所提供的數(shù)據(jù)并輸出到外部。
本發(fā)明的這些和其他的目的、優(yōu)點(diǎn)及特征將通過結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例的描述而得到進(jìn)一步說明。在這些附圖中

圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施例所涉及的子帶分析濾波器的構(gòu)成的圖
圖2是圖1所示的窗口飛行模塊的內(nèi)部構(gòu)成圖；圖3是說明圖2所示的SRAM中數(shù)據(jù)的使用法的圖；圖4是用于在圖2所示的SRAM中進(jìn)行讀取的地址計數(shù)器的構(gòu)成圖；圖5是圖1所示的矩陣變換模塊的內(nèi)部構(gòu)成圖；圖6是表示本發(fā)明的第二實(shí)施例所涉及的子帶分析濾波器的流水線處理流程的圖；圖7是本發(fā)明的第二實(shí)施例所涉及的MPEG音頻多聲道處理用等間隔子帶分析和合成濾波器的方框圖；圖8是本發(fā)明的第二實(shí)施例所涉及的合成濾波器的流水線定時圖。
下面參照附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施例所涉及的子帶分析濾波器的構(gòu)成的圖，該圖中的子帶分析濾波器包括窗口飛行模塊(10)，通過幀開始信號(Frame-Start)的輸入而開始進(jìn)行濾波，并進(jìn)行與所輸入的幀數(shù)據(jù)相對應(yīng)的窗口飛行運(yùn)算，如果與32個取樣相對應(yīng)的窗口飛行運(yùn)算結(jié)束，則產(chǎn)生窗口飛行結(jié)束信號(Win-Complete)；矩陣變換模塊(20)，利用該窗口飛行模塊(10)的結(jié)果進(jìn)行與最初的32個取樣相對應(yīng)的矩陣運(yùn)算，如果矩陣變換運(yùn)算結(jié)束，則發(fā)生矩陣結(jié)束信號(Mat-complete)，上述窗口飛行模塊(10)和矩陣變換模塊(20)相互結(jié)合成流水線狀，對與5聲道相對應(yīng)的濾波進(jìn)行定時分割。
其中，如圖2所示的那樣，上述窗口飛行模塊(10)包括ROM(30)，預(yù)先存儲在窗口飛行運(yùn)算中所需要的系數(shù)值；累加器(36，Multiplier & Accumulator(MAC))，把與通過寄存器(32)所輸入的5聲道(左(L)、右(R)、中間(C)、右側(cè)環(huán)繞(Rs)、左側(cè)環(huán)繞(Ls))相對應(yīng)的輸入數(shù)據(jù)與通過寄存器所輸入的來自上述ROM(30)的系數(shù)值相乘并累計至預(yù)定次數(shù)(例如，8次)，然后輸出；降低標(biāo)度部(40)，用于把通過寄存器(38)所輸入的來自上述累加器(36)的值的有效數(shù)字合并為16比特，進(jìn)行降低標(biāo)度和環(huán)繞處理；多個SRAM(42)，輸入來自該降低標(biāo)度部(40)的值并輸出；控制部(44)，內(nèi)置用于發(fā)生各種地址的計數(shù)器(圖中省略)并控制該窗口飛行模塊中的窗口飛行動作。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，把上述SRAM(42)稱為窗口飛行SRAM，各個SRAM分別由2.5K×16比特構(gòu)成，給一個聲道分配0.5K×16比特。
這樣構(gòu)成的上述窗口飛行模塊(10)在每個聲道中使用512地址范圍的SRAM(42)，以64間隔地址讀取8個取樣，與存儲在ROM(30)中的值相乘，然后，累加8次而制作出全部64個的結(jié)果。這樣，該64個結(jié)果值按照由矩陣變換模塊(20)內(nèi)的控制部所生成的控制信號值寫入頁面0、頁面1用的SRAM(42；由于SRAM為兩個，如果使其中的一個為頁面0用SRAM，則另一個為頁面1用SRAM。)，以用于與下述的矩陣變換模塊(20)的流水線處理。
上述窗口飛行SRAM(42)通過系統(tǒng)時鐘的上升沿來完成寫入/讀取，累加器(36)前后的寄存器(34、38)通過上升沿而動作。
上述頁面0用SRAM/頁面1用SRAM在系統(tǒng)時鐘的下降沿完成寫入，在上升沿發(fā)生用于讀取的位置和控制信號。
圖3是表示從外部輸入32個取樣并存儲在上述SRAM(42)中的方法的圖，按照以先入先出(FIFOFirst In First Out)的形式所輸入的順序而存儲在32個單位中，如果存儲器變滿，則原封不動地忽略以上的數(shù)據(jù)。在聲道0(ch0)的情況下，按照第0號到第15號的順序?qū)懭?2個單位，第16號重疊寫入在已有的第0號的位置上，第17號重疊寫入在已有的第1號的位置上。
在這樣的方法中，如果完全處理1幀數(shù)據(jù)，聲道0結(jié)束，則以聲道1、2、3、4的順序與聲道0相同地動作。此時，為了處理第2個幀數(shù)據(jù)，必須存儲SRAM(42)的地址(Addrbase(k))，而另外需要用于其的計數(shù)器。在這樣的方法中，用于寫入窗口飛行SRAM的地址(Addrwrite(I，k))的生成按下列代數(shù)式5那樣計算代數(shù)式5Addrwrite(i，k)＝Addrbase(k)+Addrinput(i)，0≤i≤13，0≤k≤15Addrbase(k)＝k×32 0≤k≤15Addrinput(i)＝i0≤i≤13其中，上述Addrinput(i)是所輸入的32個新的音頻取樣，上述Addrbase(k)是與最近32數(shù)據(jù)取樣的位置相對應(yīng)的位置編號，把全部512分成32個單位的小塊16個，來進(jìn)行計數(shù)，該值在讀取中用于位置編號計算的基準(zhǔn)值。
為了窗口飛行運(yùn)算，把32個音頻取樣寫入窗口飛行SRAM(42)，按一定的順序讀取數(shù)據(jù)而與在ROM(30)中所存儲的值累加運(yùn)算，其結(jié)果被輸出給64個取樣(S(0)、S(1)、…S(63))。此時，讀取用于乘法和累加運(yùn)算的數(shù)據(jù)順序與下列代數(shù)式6相同，在其他的聲道中另外進(jìn)行代數(shù)式60、64、128、192、256、320、384、448＝＞S(0)1、65、129、193、257、321、385、449＝＞S(1)2、66、130、194、258、322、386、450＝＞S(2)～ ～ ～ ～62、126、190、254、318、382、446、510＝＞S(62)63、127、191、255、319、383、447、511＝＞S(63)
在這樣的方法中，在窗口飛行SRAM中，用于讀取的地址(Addrread(I，j，k))的生成按下列代數(shù)式7那樣計算代數(shù)式7Addrread(i，j，k)＝{Addrbase(k)+Addrstart(j)+(64×Numiteration(i))}MOD 512Addrbase(k)＝k×320≤k≤15Addrstart(j)=j0≤j≤63Numiteration(i)＝i0≤i≤67圖4是說明由控制部(44)實(shí)際上利用計數(shù)器和加法器來讀取窗口飛行SRAM的地址生成方法的圖，模塊(Module)512運(yùn)算是在無符號數(shù)(Unsigned Number)加法器中忽略溢出(overflow)而實(shí)現(xiàn)的。由于Addrstart(j)與Numiteration(i)的比特位置不會相互重疊，就能利用一個計數(shù)器來實(shí)現(xiàn)，由于Addrbase(k)是固定值，而能夠用4比特來表示，實(shí)際上用4比特加法器來實(shí)現(xiàn)。
圖5是圖1所示的矩陣變換模塊(20)的內(nèi)部構(gòu)成圖，按照該圖，矩陣變換模塊(20)包括運(yùn)算器(52)，通過寄存器(50a、50b)輸入來自窗口飛行模塊(10)的輸出值，進(jìn)行16比特的減法和加法處理；第一SRAM(54)，輸入該運(yùn)算器(52)的輸出值，并進(jìn)行存儲；ROM(56)，預(yù)先存儲在矩陣變換運(yùn)算中所需要的系數(shù)值；累加器(62)，通過寄存器(60)輸入來自上述第一SRAM(54)的值，通過寄存器(58)輸入來自上述ROM(56)的系數(shù)值，相乘并累加預(yù)定次數(shù)后輸出；降低標(biāo)度部(66)，把通過寄存器(64)所輸入的來自累加器(62)的值進(jìn)行降低標(biāo)度處理；第二SRAM(68)，輸入來自該降低標(biāo)度部(66)的值并輸出；控制部(70)，內(nèi)置用于各種地址發(fā)生的計數(shù)器(未圖示)，控制該矩陣變換模塊的矩陣變換運(yùn)算動作。
其中，上述第一和第二SRAM(54、68)由32×16比特構(gòu)成，ROM(56)由1K×16比特所構(gòu)成。
這樣構(gòu)成的矩陣變換模塊(20)在運(yùn)算器(52)中把進(jìn)行了窗口飛行的64個結(jié)果值相減或相加，而減少為32個，然后，把該值存儲在第一SRAM(54)中。
然后，把存儲在上述第一SRAM(54)中的值和存儲在ROM(56)中的系數(shù)值輸入到累加器(62)中，在進(jìn)行乘法和累加運(yùn)算后，以32個濾波后的值被輸出。該輸出值在降低標(biāo)度部(66)中進(jìn)行降低標(biāo)度和環(huán)繞處理后，最終以32個結(jié)果值而輸出，但是，該輸出值通過第二SRAM(68)傳輸?shù)酵獠俊?br> 圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施例所涉及的子帶分析濾波器的流水線處理順序的圖，如果通過窗口飛行模塊(10)和矩陣變換模塊(20)而與最初的32個取樣相對應(yīng)的窗口飛行運(yùn)算和矩陣變換運(yùn)算結(jié)束，則立即再次進(jìn)行與第二個32個取樣相對應(yīng)的窗口飛行運(yùn)算。在這樣的方法中，當(dāng)與1個聲道相對應(yīng)的1幀的窗口飛行和矩陣變換運(yùn)算結(jié)束時，用相同方法進(jìn)行與其他的聲道相對應(yīng)的濾波。
如果與5個聲道相對應(yīng)的濾波全都結(jié)束，則保持待機(jī)(idle)狀態(tài)，如果產(chǎn)生幀開始信號(Frame Start)，則再次進(jìn)行與5個聲道相對應(yīng)的濾波。
其中，矩陣變換處理時間大約需要窗口飛行的2倍，因此，流水線臨界路徑為矩陣變換部分。在每個窗口飛行運(yùn)算中，從輸入讀取32個取樣，在每個矩陣變換運(yùn)算中，輸出32個取樣，因此，處理全部1152個1幀數(shù)據(jù)所涉及的周期數(shù)(Cycframe)為下列代數(shù)式8那樣代數(shù)式8
Cycframe＝Cycwindowing+Cycmatrixing其中，上述Cycframe代表處理1幀數(shù)據(jù)所涉及的窗口飛行周期數(shù)，上述Cycmatrixing代表處理1幀數(shù)據(jù)所涉及的矩陣變換周期數(shù)。一次的乘法和累加運(yùn)算需要一周期。
由于上述Cycwindowing＝547、Cycmatrixing＝1126，則在上述代數(shù)式8中的周期數(shù)(Cycframe)為547+36×1126＝41083。
對于5個聲道必須分別處理，而由于通過流水線處理來處理與5個聲道相對應(yīng)的1幀數(shù)據(jù)，則用于其的全部周期數(shù)(Cyctotal)為下列代數(shù)式9那樣代數(shù)式9Cyctotal＝Cycwindowing+5×36×CycmatrixingCyctotal＝547+5×36×1126＝203227下面對本發(fā)明的第二實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖7是本發(fā)明的第二實(shí)施例所涉及的MPEG音頻多聲道處理用等間隔子帶分析和合成濾波器的方框圖，存儲器模塊(210)存儲從外部所輸入的矩陣運(yùn)算用子帶數(shù)據(jù)(即，被濾波的5個聲道(Ch L，Ch C，Ch R，Ch Ls，Ch Rs)數(shù)據(jù))，同時，讀取輸入數(shù)據(jù)，來進(jìn)行矩陣運(yùn)算，使用了兩個SRAM(210a，210b)的一個SRAM(例如，210a)存儲輸入數(shù)據(jù)，同時，另一個(例如，210b)是存儲器，讀取數(shù)據(jù)來進(jìn)行矩陣運(yùn)算。
上述SRAM(210a，210b)中的動作，在后續(xù)的塊32周期中相反動作。即，進(jìn)行讀取動作的SRAM(210a)進(jìn)行寫入動作，而進(jìn)行寫入動作的SRAM(210b)進(jìn)行讀取動作。
本發(fā)明的實(shí)施例中，為了實(shí)現(xiàn)上述SRAM(210a，210b)的控制，一方的SRAM的寫入啟動信號(web)始終設(shè)定為“1”，另一方的寫入啟動信號(web)始終設(shè)定為“0”，在下一個時鐘32(CLK32)周期中，指定相反的值，在兩個中僅輸出一個。
在輸出啟動信號(Oeb)的情況下，與上述寫入啟動信號(web)相反地動作，是正反相對的。即，兩個SRAM(210a，210b)中的一個，在時鐘32的上升瞬間，必須送出由下述的信號變換控制模塊(250)所提供的LFE數(shù)據(jù)(Low Frequency Enhancement數(shù)據(jù)低頻增強(qiáng)聲道PCM數(shù)據(jù))，因此，在此瞬間，始終使輸出啟動信號(Oeb)為“0”值。
在芯片啟動信號(Ceb)的情況下，在讀取動作中，矩陣運(yùn)算必須進(jìn)入浮動(Floating)狀態(tài)，在寫入動作中，必須由多聲道處理裝置(未圖示)接受芯片啟動信號(Ceb)。其中，在上述芯片啟動信號(Ceb)的情況下，為了不選通而使系統(tǒng)時鐘通過閂鎖而使用，而此時，以觸發(fā)器來控制閂鎖的啟動信號。
ROM模塊(220)由存儲矩陣運(yùn)算時所需要的系數(shù)值的矩陣ROM(220a)和存儲窗口運(yùn)算時所需要的系數(shù)值的窗口ROM(220b)所構(gòu)成。
其中，上述各個ROM(220a、220b)構(gòu)成為2K字(word)、512字的大小。
此外，乘法和累加運(yùn)算模塊(230)是用合成濾波器進(jìn)行必要運(yùn)算的部分，并儲存不重復(fù)的乘法和加法運(yùn)算的結(jié)果。
乘法和累加運(yùn)算模塊(230)由根據(jù)來自上述存儲器模塊(210)的信號和來自上述矩陣ROM(220a)的系數(shù)值進(jìn)行乘法和累加運(yùn)算的第一乘法和累加運(yùn)算器(230a)和根據(jù)來自復(fù)用器(225)的信號和來自上述存儲器模塊(210)的信號進(jìn)行乘法和累加運(yùn)算的第二乘法和累加運(yùn)算器(230b)所構(gòu)成，上述復(fù)用器(225)把來自上述矩陣ROM(220a)的系數(shù)值和來自窗口ROM(220b)的系數(shù)值進(jìn)行復(fù)用，這樣構(gòu)成的乘法和累加運(yùn)算在2個周期間進(jìn)行，而在最初的周期中，進(jìn)行乘法運(yùn)算，在第二個周期中進(jìn)行加法運(yùn)算。
上述矩陣運(yùn)算和窗口運(yùn)算是18比特的帶符號(signed)運(yùn)算，雖然上述第一乘法和累加運(yùn)算器(230a)和第二乘法和累加運(yùn)算器(230b)未圖示，但其由18×18帶符號乘法器、帶符號加法器、存儲中間結(jié)果的寄存器所構(gòu)成。
乘法器進(jìn)行最大64次乘法運(yùn)算，當(dāng)累加該乘法運(yùn)算結(jié)果時，在輸出最大行數(shù)的情況下，為40比特。加法器把作為乘法器運(yùn)算結(jié)果的36比特與所累加的結(jié)果相加。
上述第一乘法和累加運(yùn)算器(230a)僅進(jìn)行矩陣運(yùn)算，而不接受其他塊的任何中斷。上述矩陣運(yùn)算為進(jìn)行32次乘法和累加運(yùn)算的結(jié)果，則在64周期中，每一次都產(chǎn)生裝入(load)信號。寫入(write)上述SRAM(210a、210b)的信號在外部SRAM中每2周期動作一次，因此，使裝入進(jìn)一步延遲，通過該延遲的裝入和“或”(OR)而制成。
在上述第一乘法和累加運(yùn)算器(230a)中，由于進(jìn)行與3聲道相對應(yīng)的乘法和累加運(yùn)算，而在各個聲道中能夠分配狀態(tài)(state)。即，分成L、C、Rs聲道理想分配各個狀態(tài)，在各個狀態(tài)下，集中存儲乘法和累加運(yùn)算的輸入和輸出。
在上述第二乘法和累加運(yùn)算器(230b)中，重復(fù)進(jìn)行按照時鐘32信號的矩陣運(yùn)算和窗口運(yùn)算。即，在時鐘32為“1”的區(qū)間中，進(jìn)行R聲道和Ls聲道的矩陣運(yùn)算，在時鐘32為“0”的區(qū)間中，進(jìn)行與各聲道相對應(yīng)的窗口運(yùn)算。
這樣，在矩陣運(yùn)算中，共用第一乘法和累加運(yùn)算器(230a)和第二乘法和累加運(yùn)算器(230b)，因此而依次共用。即，在最初的周期中，使用第一乘法和累加運(yùn)算器(230a)，在第二個周期中，使用第二乘法和累加運(yùn)算器(230b)，在下一個周期中，使用第一乘法和累加運(yùn)算器(230a)。
存儲器控制模塊(240Memory Management Unit)是控制SRAM的模塊，存儲合成濾波器的矩陣運(yùn)算的結(jié)果，同時，讀取窗口運(yùn)算中所需要的數(shù)據(jù)。此時，由于存在同時要求SRAM接近的情況，則控制它們的順序。在各個情況下，運(yùn)算順序在矩陣運(yùn)算中在第一乘法和累加運(yùn)算器(230a)進(jìn)行寫入的情況下是第一號，在第二乘法和累加運(yùn)算器(230b)進(jìn)行寫入的情況下是第二號。在窗口運(yùn)算中，在第二乘法和累加運(yùn)算器(230b)進(jìn)行讀取的情況下，是第三號。
另一方面，由上述存儲器控制模塊(240)對第二乘法和累加運(yùn)算器(230b)進(jìn)行中斷，而在下一個周期中，不能進(jìn)行窗口運(yùn)算。此時，第二乘法和累加運(yùn)算器(230b)接受中斷，而不使窗口ROM(220b)的時鐘發(fā)生，在下一個周期中停止乘法運(yùn)算，在其下一次周期中停止加法運(yùn)算。
在合成濾波器的情況下，在各個取樣中在矩陣運(yùn)算結(jié)束的時刻發(fā)送寫入信號，接受該信號而向SRAM進(jìn)行寫入。在窗口運(yùn)算的情況下，接受讀取的信號，從SRAM讀取數(shù)據(jù)，在中斷所涉及的情況下，讀取的信號轉(zhuǎn)換為“0”，中止從SRAM讀取數(shù)據(jù)的操作。讀取和寫入的信號僅在維持2個周期以上的情況下，能夠接受上述存儲器控制模塊(240)。
其中，上述存儲器控制模塊(240)包括由臨時存儲來自上述第一乘法和累加運(yùn)算器(230a)的結(jié)果值的第一SRAM(245a)和臨時存儲來自上述第二乘法和累加運(yùn)算器(230b)的結(jié)果值的第二SRAM(245b)所構(gòu)成的高速緩沖器SRAM部(245)；把該高速緩沖器SRAM部(245)傳送給下述的信號變換控制模塊(250)的SRAM(247)。
上述高速緩沖器SRAM部(245)由于不能立即把窗口運(yùn)算結(jié)果送給信號變換控制模塊(250)而起到臨時進(jìn)行存儲的作用，而上述第一SRAM(245a)和第二SRAM(245b)中的任一個執(zhí)行讀取動作，另一個則執(zhí)行寫入動作。在下一個32周期中，執(zhí)行相反的動作。
而且，信號變換控制模塊(250)由高速緩沖器SRAM部(245)讀取數(shù)據(jù)，以適合于數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DACDigital to Analog Converter)的格式轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并送到外部，此時，數(shù)據(jù)與系統(tǒng)時鐘一起讀取，與取樣時鐘一起送出。
通過上述信號變換控制模塊(250)輸出到外部的數(shù)據(jù)(即，5個聲道音頻和低頻增強(qiáng)聲道PCM數(shù)據(jù))被串行數(shù)據(jù)和并行數(shù)據(jù)分割，在串行數(shù)據(jù)的情況下，送出串行時鐘，以便于能夠區(qū)別表示一個取樣數(shù)據(jù)的開始和結(jié)束的信號和各比特的取樣數(shù)據(jù)。在并行數(shù)據(jù)的情況下，輸入成為取樣時鐘的256倍的時鐘，則把其進(jìn)行32分頻(divide)，對于其中的18周期，輸出通知有效的值已輸出的信號，對于其余的14周期，輸出通知無效的信號。
另一方面，圖8是本發(fā)明第二實(shí)施例所涉及的合成濾波器的流水線定時圖，為了一次乘法和累加運(yùn)算，而需要27Mhz的2個周期。
在本發(fā)明中，使用第一乘法和累加運(yùn)算器(230a)和第二乘法和累加運(yùn)算器(230b)，同時，進(jìn)行矩陣運(yùn)算，對與4個聲道(Ch L、Ch C、Ch R、Ch Ls)相對應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行矩陣運(yùn)算，然后，對于第五個聲道(ChRs)，僅由第一乘法和累加運(yùn)算模塊(230a)進(jìn)行運(yùn)算。
第二乘法和累加運(yùn)算器(230b)利用矩陣運(yùn)算結(jié)果，進(jìn)行與5個聲道(Ch L、Ch C、Ch R、Ch Ls、Ch Rs)相對應(yīng)的窗口運(yùn)算。其中，時鐘32(CLK 32)的時鐘是取樣頻率的32倍的時鐘，5個聲道(Ch L、Ch C、Ch R、Ch Ls、Ch Rs)的濾波在時鐘32的一個周期內(nèi)結(jié)束。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，在與一個聲道相對應(yīng)的第一乘法和累加運(yùn)算器(230a)的運(yùn)算中所需要的時鐘是2048，為了由第二乘法和累加運(yùn)算器(230b)對5聲道矩陣結(jié)果進(jìn)行窗口運(yùn)算，所需要的時鐘是512×5＝2560，必要的運(yùn)算時鐘是，為了對最后的聲道進(jìn)行窗口運(yùn)算而在第一乘法和累加運(yùn)算器(230a)中把必要的時鐘與必要的512時鐘相加，全部所需要的時鐘數(shù)Totalcyc為下列代數(shù)式9那樣代數(shù)式2-9Totalcyc＝(2048×3+512)×2＝13312周其中，運(yùn)算所需要的時鐘數(shù)能夠在提供給系統(tǒng)的18000時鐘內(nèi)進(jìn)行計算。
根據(jù)上述那樣的本發(fā)明的第一實(shí)施例，對于5個聲道(左側(cè)、右側(cè)、中間、右側(cè)環(huán)繞、左側(cè)環(huán)繞)和2個聲道，能夠以音頻幀(1152取樣)為單位進(jìn)行濾波，輸出輸入是32個取樣單位的快速傳送，能夠以27MHz的工作頻率在230000周期內(nèi)對5個聲道的1幀取樣進(jìn)行分析濾波。
這樣，能夠?qū)崿F(xiàn)適合于使用MPEG系統(tǒng)時鐘的MPEG-2音頻編碼器ASIC的構(gòu)造，不必在每個聲道中使用濾波器數(shù)據(jù)庫，而是利用流水線構(gòu)造和定時分割技術(shù)，僅使用一個濾波器數(shù)據(jù)庫就能實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，使用兩個乘法和累加運(yùn)算器，能夠以27MHz的系統(tǒng)時鐘實(shí)時處理5個聲道(左(L)、右(R)、中間(C)、右側(cè)環(huán)繞(Rs)、左側(cè)環(huán)繞(Ls))，因此，不使用在各個運(yùn)算中所使用的乘法和累加運(yùn)算器和符合濾波器構(gòu)造的高系統(tǒng)時鐘，也能夠?qū)崿F(xiàn)適合于MPEG-2音頻編碼器的ASIC芯片構(gòu)造的濾波器。而且，不必在每個聲道中使用濾波器數(shù)據(jù)庫，而是利用流水線構(gòu)造和定時分割技術(shù)，僅使用一個濾波器數(shù)據(jù)庫就能實(shí)現(xiàn)。
另一方面，本發(fā)明并不僅限于上述實(shí)施例，可以在不背離本發(fā)明的主題的范圍內(nèi)進(jìn)行修正和變化。
權(quán)利要求
1.MPEG音頻多聲道處理用等間隔子帶分析和合成濾波器，其特征在于，包括窗口飛行模塊，通過幀開始信號的輸入開始濾波，進(jìn)行與所輸入的幀數(shù)據(jù)相對應(yīng)的窗口飛行運(yùn)算；矩陣變換模塊，輸入上述窗口飛行模塊的結(jié)果，進(jìn)行與該幀數(shù)據(jù)相對應(yīng)的矩陣變換運(yùn)算；上述窗口飛行模塊與上述矩陣變換模塊相互結(jié)合為流水線狀，對與5聲道相對應(yīng)的濾波進(jìn)行定時分割。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MPEG音頻多聲道處理用等間隔子帶分析和合成濾波器，其特征在于，上述窗口飛行模塊包括ROM，預(yù)先存儲在窗口飛行運(yùn)算中所使用的系數(shù)值；累加器，把輸入數(shù)據(jù)與來自上述ROM的系數(shù)值相乘并累加預(yù)定次數(shù)，然后輸出；降低標(biāo)度部，用于把來自上述累加器的值降低標(biāo)度；SRAM，輸入來自上述降低標(biāo)度部的值并輸出；控制部，控制窗口飛行運(yùn)算動作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MPEG音頻多聲道處理用等間隔子帶分析和合成濾波器，其特征在于，上述矩陣變換模塊包括運(yùn)算器，輸入來自上述窗口飛行模塊的輸出值并進(jìn)行運(yùn)算處理；第一SRAM，輸入上述運(yùn)算器的輸出值并進(jìn)行存儲；ROM，預(yù)先存儲矩陣變換用系數(shù)值；累加器，把來自上述第一SRAM和上述ROM的值相乘并進(jìn)行預(yù)定次數(shù)累加后輸出；降低標(biāo)度部，把來自上述累加器的值降低標(biāo)度；第二SRAM，輸入來自上述降低標(biāo)度部的值并輸出；控制部，控制矩陣變換運(yùn)算動作。
4.MPEG音頻多聲道處理用等間隔子帶分析和合成濾波器，其特征在于，包括存儲器模塊，存儲從外部所輸入的子帶數(shù)據(jù)，同時，讀取輸入數(shù)據(jù)來進(jìn)行矩陣運(yùn)算；ROM模塊，存儲在矩陣和窗口運(yùn)算時所使用的系數(shù)值；乘法和累加運(yùn)算模塊，存儲輸入來自上述存儲器模塊的結(jié)果值和來自ROM模塊的系數(shù)值并重復(fù)進(jìn)行乘法和加法運(yùn)算的結(jié)果；存儲器控制模塊，存儲由該乘法和累加運(yùn)算模塊所提供的矩陣運(yùn)算的結(jié)果值，同時，讀取在窗口運(yùn)算中所需要的數(shù)據(jù)；信號變換控制模塊，變換由該存儲器控制模塊所提供的數(shù)據(jù)并輸出到外部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的MPEG音頻多聲道處理用等間隔子帶分析和合成濾波器，其特征在于，上述存儲器模塊為2個SRAM，上述兩個SRAM相反進(jìn)行讀取動作和寫入動作。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的MPEG音頻多聲道處理用等間隔子帶分析和合成濾波器，其特征在于，上述ROM模塊為矩陣ROM和窗口ROM。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的MPEG音頻多聲道處理用等間隔子帶分析和合成濾波器，其特征在于，上述矩陣ROM和窗口ROM分別由2K字、512字的大小所構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的MPEG音頻多聲道處理用等間隔子帶分析和合成濾波器，其特征在于，上述乘法和累加運(yùn)算模塊由第一和第二乘法和累加運(yùn)算器所構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的MPEG音頻多聲道處理用等間隔子帶分析和合成濾波器，其特征在于，上述第一乘法和累加運(yùn)算器僅進(jìn)行矩陣運(yùn)算，上述第二乘法和累加運(yùn)算器根據(jù)時鐘信號重復(fù)進(jìn)行矩陣運(yùn)算和窗口運(yùn)算。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的MPEG音頻多聲道處理用等間隔子帶分析和合成濾波器，其特征在于，上述存儲器控制模塊包括暫時存儲來自上述第一乘法和累加運(yùn)算器的結(jié)果值的第一SRAM和暫時存儲來自上述第二乘法和累加運(yùn)算器的結(jié)果值的第二SRAM的高速緩沖存儲器SRAM部。
11.MPEG音頻多聲道處理用等間隔子帶分析和合成濾波器，包括MPEG音頻多聲道處理用等間隔子帶分析濾波器和等間隔子帶合成濾波器，其特征在于，上述分析濾波器是窗口飛行模塊，通過幀開始信號的輸入而開始濾波并進(jìn)行與所輸入的幀數(shù)據(jù)相對應(yīng)的窗口飛行運(yùn)算；和矩陣變換模塊，輸入上述窗口飛行模塊的結(jié)果來進(jìn)行與該幀數(shù)據(jù)相對應(yīng)的矩陣變換運(yùn)算，其特征在于，包括存儲器模塊，上述窗口飛行模塊和上述矩陣變換模塊相互結(jié)合成流水線狀，對與5聲道相對應(yīng)的濾波進(jìn)行定時分割，存儲從外部所輸入的子帶數(shù)據(jù)，同時，讀取輸入數(shù)據(jù)而進(jìn)行矩陣運(yùn)算；存儲器控制模塊，上述合成濾波器存儲由預(yù)先存儲在矩陣和窗口運(yùn)算時所使用的系數(shù)值的ROM模塊、存儲輸入來自上述存儲器模塊的結(jié)果值和來自上述ROM模塊的系數(shù)值并重復(fù)進(jìn)行乘法和加法運(yùn)算的結(jié)果的乘法和累加運(yùn)算模塊、上述乘法和累加運(yùn)算模塊所提供的矩陣運(yùn)算的結(jié)果值，同時，讀取窗口運(yùn)算所需要的數(shù)據(jù)；以及信號變換控制模塊，變換由上述存儲器控制模塊所提供的數(shù)據(jù)，并輸出到外部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種MPEG音頻多聲道處理用等間隔子帶分析和合成濾波器,能夠在以一定工作頻率分配的周期內(nèi)對5聲道的幀取樣進(jìn)行分析濾波,在分割的時鐘內(nèi),對五個聲道以流水線定時進(jìn)行合成濾波。本發(fā)明包括:窗口飛行模塊;矩陣變換模塊。或者包括:存儲器模塊;ROM模塊;乘法和累加運(yùn)算模塊和信號變換控制模塊。
文檔編號H04N7/32GK1241843SQ99103608
公開日2000年1月19日 申請日期1999年3月4日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月4日
發(fā)明者韓英泰, 姜岱鏡, 高鐘錫 申請人:韓國電氣通信公社