基于ADSP2187的HDTV音频编码器系统
发布时间:2007/9/11 0:00:00 访问次数:1414
来源：数据采集与处理 作者：沈宇键 叶玮 余松煜
摘 要 设计并实现了基于ADSP2187处理器的高清晰度电视信源编码系统中的音频编码器。编码器由实时编码和PES打包构成，实时编码完成立体声数字音频的编码压缩，压缩的码流符合ISO／IEC11183－3 MPEG－2标准，同时还接收Dolby AC－3 ES流输入。PES打包完成MPEG－2与AC－3 ES流的PES打包。文中阐述了编码器的工作原理及设计思想，描述了该编码器硬件系统结构，分析了硬件设计的时序。
关键词：音频编码器；ADSP2187；PES打包
MPEG－2的音频标准是在MPEG－1音频标准的基础上扩展而来的。MPEG－1在低数据率传送时会听到与信号相关的编码噪声，而MPEG－2的突出贡献就是在低数据率情况下对音频质量的提高，包括多通道立体声（环绕声）和多语言节目。MPEG－2音频标准已经得到了广泛的应用，其中高清晰度电视中的音频编码就是这些应用中的一个热点［1～3］。
高清晰度电视的音频子系统包括音频编码／解码功能，介于音频输入／输出和传送子系统之间。一个音频节目源由音频编码器编码并产生音频基本码流（ES 流），传送子系统将ES流数据打成PES（Packetsized elementary system）包，然后再把它进一步打成传送包（Transport packet）。传送子系统将传送包变换成调制信号传输到接收机。本文设计的高清晰度电视信源编码系统中的音频编码器由实时音频编码及PES打包、传送组成。实时编码主要采用MPEG－2算法［4］，编码器系统同时兼顾Dolby AC－3编码［5，6］。MPEG－2编码算法实时实现的硬件核心采用AD公司的AD－SP2187来完成［7］，AC－3编码则由杜比公司提供的Dolby DP569来完成。因此系统在硬件设计上包括MPEG－2编码电路及PES打包电路，AC－3编码器输出ES流的PES打包电路。
1 音频编码系统设计
高清晰度电视的音频编码器设计，要求能够在主控单元的控制下完成立体声数字音频的编码压缩，压缩的码流符合ISO／IEC11183－3 MPEG－2标准，同时可接收Dolby AC－3 ES流输入，并完成MPEG－2及AC－3 ES码流的PES打包，再将音频PES流输出到复用器。图1是系统的原理结构图。
图1中的数字音频输入和AC－3编码输出的ES流是符合AES／EBU标准的。编码器输出为音频PES流，PES打包使用的PTS（Presentationtime stamps）值由复用器提供。主控单元控制编码器工作。
1．1 音频编码系统的硬件设计
音频编码系统的硬件结构如图2所示。
整个系统由音频接收器CS8412，采样频率转换器AD1890，编码器核心ADSP2187，高速FI－FO，双端口RAM以及EPLD器件组成。其中，CS8412能够自动将输入数字音频的左右声道时钟、音频数据及数据对应的时钟分离。采样频率转换器AD1890接收CS8412分离的时钟和数据，将采样率变换为编码器所需的44．1 kHz或48 kHz。经过采样频率变换后的音频数据在ADSP2187中完成全部的编码。编码的细节见文［4］。编码完成后的ES流数据输出到EPLD完成PES打包。为了使输出的数据与实时加入的包信息的时序配合上，设计中在二者之间用高速FIFO作为缓存。此外，EPLD除了完成ES流打包成PES流外，还完成硬件系统所有接口逻辑的设计。
主控单元与ADSP2187之间的数据交换，以及初始化时，主控单元向ADSP2187加载编码程序则通过双端口RAM完成。
1．1．1 系统时钟电路的设计
由于输入到音频编码器的采样频率必须锁定于27 MHz的系统时钟，因此必须由27 MHz系统时钟产生出AD1890工作所需的采样频率。同时，DSP系统设计属于高速电路设计，必须考虑信号完整性，延时一致性等问题。在整个系统板上各种信号时钟应尽量由同一时钟源产生，所以AD1890的工作主时钟（16 MHz）也由27 MHz系统时钟变换产生。这里采用由两片锁相环器件AV9110，一片AV9170以及EPLD组成的锁相环系统来实现27 MHz时钟变换，产生16 MHz时钟和48 kHz采样频率。
锁相环系统设计中先采用AV9170将27MHz系统主时钟倍频，倍频后的时钟信号经E－PLD分频产生一个2 MHz的时钟，然后再将这个2 MHz的时钟经另一片AV9170倍频产生32MHz和16 MHz两种时钟。16 MHz时钟就作为AD1890工作的主时钟。32 MHz时钟经过AV9110进行编程产生一个24．576 MHz的频率，该时钟频率通过在EPLD中进行512分频后就可产生AD1890所需的48 kH
来源：数据采集与处理 作者：沈宇键 叶玮 余松煜
摘 要 设计并实现了基于ADSP2187处理器的高清晰度电视信源编码系统中的音频编码器。编码器由实时编码和PES打包构成，实时编码完成立体声数字音频的编码压缩，压缩的码流符合ISO／IEC11183－3 MPEG－2标准，同时还接收Dolby AC－3 ES流输入。PES打包完成MPEG－2与AC－3 ES流的PES打包。文中阐述了编码器的工作原理及设计思想，描述了该编码器硬件系统结构，分析了硬件设计的时序。
关键词：音频编码器；ADSP2187；PES打包
MPEG－2的音频标准是在MPEG－1音频标准的基础上扩展而来的。MPEG－1在低数据率传送时会听到与信号相关的编码噪声，而MPEG－2的突出贡献就是在低数据率情况下对音频质量的提高，包括多通道立体声（环绕声）和多语言节目。MPEG－2音频标准已经得到了广泛的应用，其中高清晰度电视中的音频编码就是这些应用中的一个热点［1～3］。
高清晰度电视的音频子系统包括音频编码／解码功能，介于音频输入／输出和传送子系统之间。一个音频节目源由音频编码器编码并产生音频基本码流（ES 流），传送子系统将ES流数据打成PES（Packetsized elementary system）包，然后再把它进一步打成传送包（Transport packet）。传送子系统将传送包变换成调制信号传输到接收机。本文设计的高清晰度电视信源编码系统中的音频编码器由实时音频编码及PES打包、传送组成。实时编码主要采用MPEG－2算法［4］，编码器系统同时兼顾Dolby AC－3编码［5，6］。MPEG－2编码算法实时实现的硬件核心采用AD公司的AD－SP2187来完成［7］，AC－3编码则由杜比公司提供的Dolby DP569来完成。因此系统在硬件设计上包括MPEG－2编码电路及PES打包电路，AC－3编码器输出ES流的PES打包电路。
1 音频编码系统设计
高清晰度电视的音频编码器设计，要求能够在主控单元的控制下完成立体声数字音频的编码压缩，压缩的码流符合ISO／IEC11183－3 MPEG－2标准，同时可接收Dolby AC－3 ES流输入，并完成MPEG－2及AC－3 ES码流的PES打包，再将音频PES流输出到复用器。图1是系统的原理结构图。
图1中的数字音频输入和AC－3编码输出的ES流是符合AES／EBU标准的。编码器输出为音频PES流，PES打包使用的PTS（Presentationtime stamps）值由复用器提供。主控单元控制编码器工作。
1．1 音频编码系统的硬件设计
音频编码系统的硬件结构如图2所示。
整个系统由音频接收器CS8412，采样频率转换器AD1890，编码器核心ADSP2187，高速FI－FO，双端口RAM以及EPLD器件组成。其中，CS8412能够自动将输入数字音频的左右声道时钟、音频数据及数据对应的时钟分离。采样频率转换器AD1890接收CS8412分离的时钟和数据，将采样率变换为编码器所需的44．1 kHz或48 kHz。经过采样频率变换后的音频数据在ADSP2187中完成全部的编码。编码的细节见文［4］。编码完成后的ES流数据输出到EPLD完成PES打包。为了使输出的数据与实时加入的包信息的时序配合上，设计中在二者之间用高速FIFO作为缓存。此外，EPLD除了完成ES流打包成PES流外，还完成硬件系统所有接口逻辑的设计。
主控单元与ADSP2187之间的数据交换，以及初始化时，主控单元向ADSP2187加载编码程序则通过双端口RAM完成。
1．1．1 系统时钟电路的设计
由于输入到音频编码器的采样频率必须锁定于27 MHz的系统时钟，因此必须由27 MHz系统时钟产生出AD1890工作所需的采样频率。同时，DSP系统设计属于高速电路设计，必须考虑信号完整性，延时一致性等问题。在整个系统板上各种信号时钟应尽量由同一时钟源产生，所以AD1890的工作主时钟（16 MHz）也由27 MHz系统时钟变换产生。这里采用由两片锁相环器件AV9110，一片AV9170以及EPLD组成的锁相环系统来实现27 MHz时钟变换，产生16 MHz时钟和48 kHz采样频率。
锁相环系统设计中先采用AV9170将27MHz系统主时钟倍频，倍频后的时钟信号经E－PLD分频产生一个2 MHz的时钟，然后再将这个2 MHz的时钟经另一片AV9170倍频产生32MHz和16 MHz两种时钟。16 MHz时钟就作为AD1890工作的主时钟。32 MHz时钟经过AV9110进行编程产生一个24．576 MHz的频率，该时钟频率通过在EPLD中进行512分频后就可产生AD1890所需的48 kH
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