霍夫曼解码器的设计及在MP3解码中的应用

文章摘要：---以“表1”的码表为例，假设第一个输入的数据流由八位组成：“00100110”。开始解码的第一个周期累加器的值为“0”，解码的码字为“00”（A），码长为“2”。第二个周期，累加器的值为第一周期解码的码长“2”，累加器控制缓冲器移位2位，这样，解码的码字为“10”（D），码长为“2”。第三个周期，累加器的值为前两个周期解码的码长的和“4”，累加器控制缓冲器移位4位，解码的码字为“011”（C），码长为“3”。第四个周期，累加器的值为“7”，缓冲器中还剩一位数据。累加器控制缓冲器将前七位移出，输入新的比特流。算上上次解码剩下的一位“0”，假设第二个输入的8位数据是“10010101”，这样，

霍夫曼解码器的设计及在MP3解码中的应用,标签：电子小制作,http://www.88dzw.com
---以“表1”的码表为例，假设第一个输入的数据流由八位组成：“00100110”。开始解码的第一个周期累加器的值为“0”，解码的码字为“00”（A），码长为“2”。第二个周期，累加器的值为第一周期解码的码长“2”，累加器控制缓冲器移位2位，这样，解码的码字为“10”（D），码长为“2”。第三个周期，累加器的值为前两个周期解码的码长的和“4”，累加器控制缓冲器移位4位，解码的码字为“011”（C），码长为“3”。第四个周期，累加器的值为“7”，缓冲器中还剩一位数据。累加器控制缓冲器将前七位移出，输入新的比特流。算上上次解码剩下的一位“0”，假设第二个输入的8位数据是“10010101”，这样，下一个被解出的码字是“01001”（E）。第五个时钟周期，累加器的值为“12”，已经大于缓冲器的8位容量，因此用累加器的值减去“8”得到的值才是缓冲器中下一个未解码数据的位置。解码器重复以上过程，直到所有比特流中的数据全部解完。
---从上面的例子可以看出，不管码字的长短，各个码字解码所需要的时钟周期是相同的，而且解码的时间相对也比较短，比较适合要求实时解码的环境。而且当霍夫曼的码表改变的时候，只需要修改查找表中的数据就可以了，在通用性方面也比较方便。

4 霍夫曼解码器在MP3解码器中的应用
---作为一种重要音频数据的压缩算法，mp3算法以其优秀的压缩能力和较高品质的音质获得了较高的评价。在mp3的压缩算法中，霍夫曼编码的初始数据是DCT变换输出的音频频率线经过量化后的值。在mp3解码的过程中，霍夫曼解码器的作用是接受mp3比特流中的主数据，输出576条初始频率线。mp3的霍夫曼编码分为三个区域：Big－values，Count1,Rzero。Big－values区包含着出现频率最低的DCT系数，用最高的精确度来编码，为了进一步增强霍夫曼编码的精确度，将Big－values区再划分成三个区域，每个区域有32个码表可供选择；Count1区包含着出现频率中等的DCT系数，这个区中每四个值编码为一个码字，一共有2个码表供这个区域选择；Rzero区包含的是出现频率最高的频率值，全部被编码为0，不需要传输。在设计mp3解码器的霍夫曼解码器部分的时候，除了采用上述的平行结构，还要考虑上述三个区的起始边界，以及补零的问题。霍夫曼码字的三个区的起始边界信息和码表选择信息可以在mp3比特流数据的帧头和侧信息中找到；在解完Big－values和Count1两个区中的数据后，解码器还应该自动补0，直到解出576个频率值为止。MP3解码器中的霍夫曼解码器的状态机设计如图3所示。


5 结论
---我们以“ISO/IEC 11172-3”标准中的“霍夫曼码表6”为例进行验证最终仿真后输出波形如图4所示，“data_in”是数据输入端，“code_x” 和“code_y”是最终输出的码字，“valid”是有效信号，当“valid”为高电平时输出码字有效。
---通过实际地运行，并行结构的解码器很好地达到了mp3解码的要求。也可以方便的进行修改以满足各种应用环境的解码需求。另外经过验证此设计是可综合的，电路的关键路径是Shifter -> Look-up Table -> Accumulator -> Shifter，如果想达到更高的时钟频率可以进一步采用pipelining等结构对此关键路径进行优化。

上一页  [1] [2]