基于TMS320VC5509實(shí)現MP3解碼

　　1 C5509 DSP 處理器的特點(diǎn)和工作原理

　　1.1 C5509 DSP的性能概述

　　C5509有32×16bit指令緩沖隊列，可實(shí)現高效的塊循環(huán)操作；兩個(gè)17×17bit的MAC單元，可在單周期內執行兩次MAC操作；1個(gè)40bit的ALU、1個(gè)40bit的桶型移位器，4個(gè)40bit的累加器可執行比C54系列DSP更高效的算術(shù)運算，在400MHz的晶振驅動(dòng)下，可達到800MIPS的性能。以44.1kHz采樣率的MP3數據流為例，對128kbit/s數據率的MP3數據進(jìn)行解碼?；舴蚵獯a、IMDCT、子帶合成等運算模塊共需消耗1.3MIPS的CPU資源，對于平均每秒必須解碼44.6幀數據來(lái)講，總運算量為44.6×1.3＝57.98MIPS，C5509完全可以滿(mǎn)足此速度要求。

　　C5509還具有128K×16bit的片上RAM，其中包括64KB的DARAM、192KB的SARAM和64KB的片上ROM。

　　與眾多TMS320系列DSP處理器一樣，C5509采用了哈佛結構，共有12組獨立總線(xiàn)，其中包括3組數據讀總線(xiàn)、2組數據寫(xiě)總線(xiàn)、5組數據地址總線(xiàn)、1組程序讀總線(xiàn)和1組程序地址總線(xiàn)，這些總線(xiàn)并行地為各個(gè)計算單元提供指令和操作碼，從而為高速的數據運算提供了有力的保障。

　1.2 C5509 DSP的外設介紹

　　C5509提供了專(zhuān)用的外部存儲器接口（EMIF），用于控制DSP與外部存儲器之間所有數據的傳輸?？膳cEMIF無(wú)縫鏈接的存儲器有：異步存儲器（ROM、FLASH、 SRAM）、同步突發(fā)SRAM、同步DRAM（SDRAM），并可支持可選的32、16、8位數據訪(fǎng)問(wèn)。對EMIF編程時(shí)，必須根據實(shí)際的外部存儲器考慮如何分配片內使能空間(CE)。通過(guò)EMIF接口，主處理器可將數據和程序置于片外，從而節省了片上硬件資源。

　　其次，C5509有3個(gè)獨立的多通道緩存串口（McBSP），使得C5509能夠直接與其他C55xx系列DSP、多媒體數字信號編解碼器等設備高速互連，這些McBSP可以提供全速雙工通信，并支持128通道的收發(fā)，接收或者發(fā)送可以選擇使用獨立的時(shí)鐘，字寬為8、12、16、20、24位任選。

　　為保證與常見(jiàn)的異步通信模塊進(jìn)行數據通信，C5509提供了與TL16C550C等專(zhuān)用異步通信接口IC互連的UART，外部數據經(jīng)由TL16C550C進(jìn)出DSP的UART，最終交給片內CPU處理。圖1為與C5509配合使用的典型專(zhuān)用異步通信接口IC（TL16C550C）的管腳圖。

　　C5509的UART每接到數據就會(huì )產(chǎn)生相應的中斷請求，通知CPU及時(shí)采集數據，將Rx線(xiàn)上的串行數據放入接收寄存器中，在滿(mǎn)足緩沖區長(cháng)度后，寄存器的并行數據再交給CPU做后續處理。

　　2 解碼算法說(shuō)明

　　2.1 MP3文件的格式

　　MP3文件以幀為基本單位，每幀的構成如表1所示。由于MP3文件數據格式采用了比特池技術(shù)，故主數據有可能在幀頭之前，具體位置可由幀邊信息所包含的main_data_begin變量獲得。

　解碼時(shí)首先將一定長(cháng)度（本系統為2kbit）的數據讀入C5509的內部RAM中，然后尋找幀的同步字sync_word（FFF）。如果找到同步字，則以其為首的32bit即為幀頭。由幀頭中的校驗位可知是否有校驗數據，如無(wú)，則其后的256bit數據即為幀邊信息。主數據一般包含兩個(gè)粒度組（gr）的數據，每個(gè)粒度組又包含左右聲道（ch）兩部分的數據信息，各個(gè)聲道數據可獨立解碼，故將每個(gè)粒度單個(gè)聲道解碼的程序編寫(xiě)為單個(gè)的*.c文件，以適應單聲道或者其他MP3格式的解碼。MP3編碼根據人類(lèi)心理聲學(xué)，將每個(gè)粒度組分為三部分數據：第一部分對應低頻采樣的Big_values（大值區），用較大絕對值的量化值存放低頻值；第二部分為Count1區，用絕對值較小的量化值存放中頻值，所有量化值的可能取值為1，0，-1；第三部分為編碼為零的Zero高頻區，零數據無(wú)須在MP3文件中出現，只需在解碼時(shí)詢(xún)問(wèn)每個(gè)粒度組的計數是否已經(jīng)達到576。若計數為576，則說(shuō)明該粒度組已解完576個(gè)頻率線(xiàn)的量化值。

　　上述幀邊信息存儲了供后續解碼的全部重要信息。為方便引用，將其定義為結構體。部分元素的定義和注釋如下：

　　struct Granule {
　　unsigned part2_3_length;　//用以計算Count1
　　　　　　　　　　　　　　 //區位置；
　　unsigned big_values;　　　 //用以計算Big_values
　　　　　　　　　　　　　　 //區位置；
　　unsigned table_select[3];　//用以確定查找哪一
　　　　　　　　　　　　　　　　 //個(gè)霍夫曼表；
　　……
　　};

　　table_select[3]的值就是霍夫曼表的下標h，可在解主數據時(shí)鎖定某個(gè)具體的霍夫曼表。

　2.2 MP3數據的霍夫曼解碼原理

　　如上小節所述，每個(gè)粒度組的數據根據聲學(xué)特性將0到奈奎斯特頻率的頻率線(xiàn)分為Big_values、Count1和Zero三個(gè)區。在解碼時(shí)，Big_values區對應的霍夫曼碼表格式如表2所示，而Count1區碼表格式如表3所示。