MPEG-2码流发送系统程序分频器的设计及MPEG音频码流转换编码技术研究
摘要
目前，数字视频领域普遍采用运动图像专家组(MPEG)制定的MPEG-2编码标准。作为符合该标准的一种信号源，需能按不同码率传输流（TS）的相应频率，发送TS。为此，本文研制了程序分频器，它利用了传统锁相环路原理，以及频率合成器的理论，使用Altera公司开发的CPLD，同时使用VHDL硬件描述语言进行核心程序的设计。它可按数字电视系统需求，在（3～30）MHz频率范围内，以足够的精度，满足PCI总线MPEG-2码流发送卡传送TS的需求。程序分频器已用于PCI总线MPEG-2码流发送卡。与MPEG-2 TS输出、解码、显示系统联调，可满足SDTV（标准清晰度电视）和HDTV(高清晰度电视) TS对频率范围、步级精度、稳定度等的要求，解码、播放正常。
MPEG-2 AAC（ ISO/IEC13818-7）是一种新型高效多声道Hi-Fi音频编码标准，在每声道64kbit/s时重建的音质优于MP3和杜比AC-3。后来，MPEG-2 AAC被纳入ISO/IEC14496-3，并对自身进行了扩展，成为MPEG-4 AAC标准，本文详细分析了MPEG AAC 的编码技术特点，同时对解码也进行了相应的研究，并利用现有的工具和相关软件以及流行的软件开发平台，实现了对AAC各个档次的编解码，并通过实验对从MPEG 层2到AAC码流的转换编码的效率进行了分析比较。
At present,the MPEG-2 coding standard set down by Moving Pictures Expert Group is adopted largely in digital video field. As a signal source according with the standard, it should send TS(transfer stream) according to the frequency of the TS that have different bitrates correspondingly. Therefore, we develop the programmable divider which use traditional Phase Lock Loop principle and the frequency synthesizer theory. We utilize the CPLD which is developed by Altera and make use of the VHDL to make the design of kernel programme. According to digital TV system requirements, in the range from 3MHz to 30MHz, it can satisfy the desire of the PCI Bus MPEG-2 bitstream sending card with sufficient precision. Now the divider has been used to the PCI Bus MPEG-2 bitstream sending card. It suit well to the MPEG-2 TS output, decode and display system, meeting the demand on the range of frequency, step precision and stabilization of SDTV and HDTV TS. It can decode and play normally.
MPEG-2 AAC（ ISO/IEC13818-7）is a high efficient coding standard of multi-channel Hi-Fi audio, which provides better reconstructed audio than MP3 and dolby AC-3 at 64kbit per channel. Later, MPEG-2 AAC is absorbed into ISO/IEC14496-3, expanding itself, and become the MPEG-4 AAC. This paper presents the features of this coding technology in detail, at the same time makes the research on its decoding process. It realizes the coding and decoding process of all the profiles of MPEG AAC utilizing the tools and software in existence and the prevailing software developing platform. At last, it makes the analyse of the efficiency of the transcoding from the bitstream of mpeg layer II to AAC.
MPEG-2 AAC（ ISO/IEC13818-7）是一种新型高效多声道Hi-Fi音频编码标准，在每声道64kbit/s时重建的音质优于MP3和杜比AC-3。后来，MPEG-2 AAC被纳入ISO/IEC14496-3，并对自身进行了扩展，成为MPEG-4 AAC标准，本文详细分析了MPEG AAC 的编码技术特点，同时对解码也进行了相应的研究，并利用现有的工具和相关软件以及流行的软件开发平台，实现了对AAC各个档次的编解码，并通过实验对从MPEG 层2到AAC码流的转换编码的效率进行了分析比较。
At present,the MPEG-2 coding standard set down by Moving Pictures Expert Group is adopted largely in digital video field. As a signal source according with the standard, it should send TS(transfer stream) according to the frequency of the TS that have different bitrates correspondingly. Therefore, we develop the programmable divider which use traditional Phase Lock Loop principle and the frequency synthesizer theory. We utilize the CPLD which is developed by Altera and make use of the VHDL to make the design of kernel programme. According to digital TV system requirements, in the range from 3MHz to 30MHz, it can satisfy the desire of the PCI Bus MPEG-2 bitstream sending card with sufficient precision. Now the divider has been used to the PCI Bus MPEG-2 bitstream sending card. It suit well to the MPEG-2 TS output, decode and display system, meeting the demand on the range of frequency, step precision and stabilization of SDTV and HDTV TS. It can decode and play normally.
MPEG-2 AAC（ ISO/IEC13818-7）is a high efficient coding standard of multi-channel Hi-Fi audio, which provides better reconstructed audio than MP3 and dolby AC-3 at 64kbit per channel. Later, MPEG-2 AAC is absorbed into ISO/IEC14496-3, expanding itself, and become the MPEG-4 AAC. This paper presents the features of this coding technology in detail, at the same time makes the research on its decoding process. It realizes the coding and decoding process of all the profiles of MPEG AAC utilizing the tools and software in existence and the prevailing software developing platform. At last, it makes the analyse of the efficiency of the transcoding from the bitstream of mpeg layer II to AAC.
引文
[1] 廖裕平，陆瑞强，CPLD数字电路设计，北京，清华大学出版社
[2] 任晓东，文博，CPLD/FPGA高级应用开发指南 ，北京，电子工业出版社
[3] 汤琳宝，陈恒，顾敏等，可编程逻辑器件与数字系统设计，上海，上海大学出版社，2000
[4] 赵雅兴，FPGA原理、设计与应用，天津，天津大学出版社，1999
[5] 赵俊超等，集成电路设计VHDL教程，北京，北京希望电子出版社，2002
[6] 姜立东等，VHDL语言程序设计及应用，北京，北京邮电大学出版社，2001
[7] 万心平，张厥盛，集成锁相环路原理、特性、应用，北京，人民邮电出版社，1990.12
[8] 仇善忠，张冠百，锁项与频率合成技术，北京，电子工业出版社，1986
[9] 罗伟雄等，锁相技术及其应用，北京，北京理工大学出版社，1990
[10] 黑杰克，Protel Schematic 99 SE电路设计，北京，科学出版社，2001
[11] 金西，VHDL与复杂数字系统设计，西安，西安电子科技大学出版社，2003
[12] http://www.altera.com
[13] http://www.ti.com
[14] 任永川，史明锐，ISO/IEC MPEG-2先进音频编码（一），（二），（三），（四），电声技术，1998.10~1999.1
[15] 岳云，MPEG-4音频，电声技术，1999.1
[16] 史明锐，吴镇扬，MPEG-4的音频标准，电声技术，1999.9
[17] 林峥，陈健，MPEG-4合成声音标准音频编码，电声技术，2000.6
[18] 杨杰，陈健，MPEG-4 Audio Version 2新概念，电声技术，2000.7
[19] 林胜，杨成军，金子一，MPEG声音编码标准简介，电声技术，2001.2
[20] 王华明，陈健，MPEG-2音频编码技术及其软件解码器的实现，计算机工程，2001
[21] 陈健，AAC：21世纪音频编码的主流，电声技术，2002.9
[22] 吴帆，朱伟，多通道音频压缩编码原理及应用，电声技术，2003.11
[23] ISO/IEC IS 11172-3. Coding of Moving Pictures and Associated Audio
For Digital Storage Media at up to About 1.5 MBIT/s
[24] ISO/IEC IS 13818-3. Generic Coding of Moving Picture and Associated Audio: Audio. 1994
[25] ISO/IEC IS 14496-3. Information Technology – Very Low Bitrate Audio-Visual
Coding:Audio 1998
[26] 钟玉琢，王琪. 基于对象的多媒体数据压缩编码国际标准——MPEG-4及其校验模型. 北京: 科学出版社，2000
[27] 余兆明，李晓飞，陈来春，MPEG标准及其应用，北京，北京邮电大学出版社，2002
[28] 钟玉琢等，MPEG-2运动图像压缩编码国际标准及MPEG的新进展，北京，清华大学出版社，2002
[29] 谭浩强. C程序设计. 北京: 清华大学出版社，1996
[30] （美）David J.Kruglinski，Scot Wingo，George Shepherd著，希望图书创作室译，Programming Visual C++ 6.0技术内幕 第五版（修订版）
[31] 张益贞，刘滔，Visual C++实现MPEG/JPEG编解码技术，北京，人民邮电出版社，2003
[32] http://www.m4if.org
[33] http://www.cslt.it
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