杜比數(shù)字加——最新一代的杜比數(shù)字技術(shù),正在進入下一代家庭娛樂應(yīng)用,將給人們帶來超級的音質(zhì),更高效率的音頻壓縮,以及更完善的用戶體驗。杜比數(shù)字加,或者叫做增強型AC-3(E-AC-3),已經(jīng)發(fā)展到能夠滿足目前尚處于萌芽階段的兩個市場(即高清DVD和藍光播放機)的各種需求。對于新興的高清DVD和藍光播放機來說,杜比數(shù)字加的數(shù)據(jù)壓縮能力使得人們能夠在電影制作室里實現(xiàn)高清視頻與超級語音體驗的完美結(jié)合。該技術(shù)同樣還可以提升最新的數(shù)字電視機頂盒的性能,使得廣播公司能夠以較低的比特率來開展業(yè)務(wù),降低成本并增加靈活度,從而受益于消費者。

在一個芯片或一個系統(tǒng)能夠使用杜比數(shù)字加標識之前,嚴格的認證測試是必不可少的。MIPS科技公司與杜比實驗室一道,研發(fā)出了最優(yōu)的、在其32位綜合處理器內(nèi)核的任意一個上面運行的測試版杜比數(shù)字加,這將大大縮短音頻系統(tǒng)的研發(fā)時間。

家庭娛樂市場上的新興標準

高清DVD和藍光盤:杜比數(shù)字加在高清DVD規(guī)范中是強制性的,而在蘭光盤中是可選的。該規(guī)范還支持多路分離的語音流,使得一部電影可以同時跑在多個獨立的音道上或者支持多種語言。

有史第一次,高清DVD和藍光播放機允許在盤片出售給消費者之后將來自互聯(lián)網(wǎng)上的外部碼流與盤上的本地語音進行合成。例如,可以用盤上的聲道來為高清視頻進行伴音,同時還能與來自攝影棚里的導(dǎo)演的最新解說詞進行混音。

下一代的機頂盒:對于一個完整的體驗來說,高清電視取決于高質(zhì)量的語音。廣播和網(wǎng)絡(luò)運營商都在尋求大幅改進其業(yè)務(wù)的途徑。

杜比數(shù)字加的高壓縮比支持低至224kbps的5.1環(huán)繞聲,從而使得廣播公司能夠提升他們的業(yè)務(wù)。對于那些使用160-256kbps的MPEG立體聲的廣播公司來說,他們可以采用實質(zhì)上相同的帶寬來升級到5.1通道環(huán)繞聲(見圖1)。

圖1:升級到杜比數(shù)字加為廣播公司帶來的優(yōu)勢。

杜比數(shù)字加能夠與全球范圍內(nèi)安裝的、3600多萬臺用S/PDIF連接的低級杜比數(shù)字音/視頻接收機后向兼容(圖2a)。

圖2a:從機頂盒或光盤播放機到一臺A/V接收機的S/PDIF連接要求杜比數(shù)字加碼流被轉(zhuǎn)換成一個640kbps 的杜比數(shù)字比特流。

利用在新機頂盒中日益普及的高速HDMI接口,可以將杜比數(shù)字加碼流(無論經(jīng)過編碼與否)直接傳送到一臺新一代的接收機上,產(chǎn)生前所未有的更高質(zhì)量的語音效果(見圖2b)。

圖2b:機頂盒上的HDMI接口使得全杜比數(shù)字加碼流能夠直接傳輸。

杜比數(shù)字加的實現(xiàn)方法

杜比數(shù)字加參考軟件是利用浮點C代碼書寫的,并提供在設(shè)備或DSP中的使用授權(quán),然后再將設(shè)備和DSP送到杜比實驗室進行核準測試。

杜比實驗室為使用者提供兩套測試:一種是以低水平訓(xùn)練算法各部分的測試向量,并將被測譯碼器的輸出與參考方案的輸出進行比較；另一項是更嚴格的測試,即利用精密的音頻測試設(shè)備來檢驗最終實現(xiàn)方案。在提交給杜比實驗室之前,應(yīng)該內(nèi)部先通過這兩項測試。

為了得到MIPS和杜比認證授權(quán),代碼的MIPS優(yōu)化版本將過程進行了流水線化,并提供高質(zhì)量的實現(xiàn)方案。采用與批準的代碼可以大大降低實現(xiàn)風(fēng)險并幫助確保能夠快速地通過杜比實驗室的核準(圖3)。

圖3:采用MIPS優(yōu)化代碼可為杜比數(shù)字加系統(tǒng)芯片和設(shè)備的研發(fā)和核準過程節(jié)約數(shù)月的時間。

優(yōu)化MIPS32的實現(xiàn)

在嵌入式系統(tǒng)中,效率最高的音頻算法采用定點算法而不是浮點算法。因此,杜比參考實現(xiàn)方案的第一步就是轉(zhuǎn)換浮點參考代碼。

高質(zhì)量的轉(zhuǎn)換需要選擇一個能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)范圍和精度間的最佳平衡的定點表示方法。最重要的是,選擇最佳的表示方法就可以免去每次操作后的飽和度檢查,從而大大改善了運行時間性能。

MIPS技術(shù)利用一個廣域仿真和測試流程來實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換過程,確保了實現(xiàn)方案將能滿足杜比實驗室頒布的嚴格的語音質(zhì)量標準。一個抽象的C++定點類跟蹤整個算法過程中所需數(shù)據(jù)的動態(tài)范圍和精度。在仿真過程的最后,定點表示和運算將被選擇,并被硬連接回到一個純C的實現(xiàn)中。

轉(zhuǎn)換源代碼到定點已經(jīng)成為一種優(yōu)化方式。MIPS軟件開發(fā)環(huán)境(SDE)編譯工具系列能夠生成高效率的代碼,該工具打算用于專用的MIPS核流水線。

軟音頻接口集成

在生成一個杜比數(shù)字加代碼的全優(yōu)化定點實現(xiàn)后,MIPS將壓縮解碼器-轉(zhuǎn)換器與其軟音頻接口(SAI)集成在一起-,SAI是一個由所有MIPS優(yōu)化的音頻編解碼器支持的標準API。通過對采用MIPS軟語音算法的方法標準化,SAI還簡化了用于不同的或變化的語音處理任務(wù)的應(yīng)用層代碼的復(fù)用,并使得利用共享的中間存儲緩沖器級聯(lián)多路語音編解碼更加容易(見圖4)。所有這些都將賦予系統(tǒng)設(shè)計師極大的靈活性。

圖4:將浮點杜比代碼轉(zhuǎn)換成高度優(yōu)化的定點MIP32代碼的流程。

該方案也可以使系統(tǒng)具有可升級能力。一個小型低成本,入門級的4KE內(nèi)核可以用于低帶寬杜比數(shù)字加的實現(xiàn),同時最新的多線程的34K內(nèi)核可被用于高清實現(xiàn)和一個主控制器(圖5)。

圖5:經(jīng)測試和優(yōu)化的杜比數(shù)字加代碼可以被用在所有系列的MIPS內(nèi)核上。

最后,對于研發(fā)人員來說,設(shè)計一個多核系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢。團隊利用一個通用研發(fā)環(huán)境使合作和系統(tǒng)調(diào)試更加容易,而且還簡化了負載均衡。

作者:Chris Cavigioli

Brett Miller

MIPS科技

Roger Dressler

Rob Hislop

杜比實驗室

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