A Design and Implementation of the Real-Time MPEG-1 Audio Encoder

실시간 MPEG-1 오디오 인코더의 설계 및 구현

In this paper, a real-time operating Motion Picture Experts Group-1 (MPEG-1) audio encoder system is implemented using a TMS320C31 Digital Signal Processor (DSP) chip. The basic operation of the MPEG-1 audio encoder algorithm based on audio layer-2 and psychoacoustic model-1 is first verified by C-language. It is then realized using the Texas Instruments (Tl) assembly in order to reduce the overall execution time. Finally, the actual BSP circuit board for the encoder system is designed and implemented. In the system, the side-modules such as the analog-to-digital converter (ADC) control, the input/output (I/O) control, the bit-stream transmission from the DSP board to the PC and so on, are utilized with a field programmable gate array (FPGA) using very high speed hardware description language (VHDL) codes. The complete encoder system is able to process the stereo audio signal in real-time at the sampling frequency 48 kHz, and produces the encoded bit-stream with the bit-rate 192 kbps. The real-time operation capability of the encoder system and the good quality of the decoded sound are also confirmed using various types of actual stereo audio signals.

본 논문에서는 하나의 TMS320C31 Digital Signal Processor (DSP)를 사용하여 실시간으로 동작하는 Motion Picture Experts Group-1 (MPEG-1) 오디오 인코더 시스템을 구현하였다. 우선 MPEG-1 Audio Layer-2 및 심리음향모델-1 관련 기본 알고리듬을 C-언어로 구현하여 기본 동작을 확인하였다. 그리고 전체실행 시간을 줄이기 위하여, 이를 다시 Texas Instruments (Tl) 어셈블리어로 작성하였다. 마지막으로, MPEG-1 오디오 인코더 시스템을 위한 실제 DSP 하드웨어 회로 보드를 설계, 제작하였다. Analog-to-Digital Converter (ADC) 제어, 입출력 제어, 그리고 DSP 보드에서 PC로의 비트열 전송과 같은 주변 모듈들은 Very High Speed Hardware Description Language (VHDL)을 사용하여 Field Programmable Gate Array (FPGA)로 구현하였다. 제작된 시스템은 48 KHz로 샘플링 되는 스테레오 오디오 신호를 실시간으로 처리하여 192 kbps 비트율로 부호화된 비트열을 출력시킨다. 다양한 형태의 스테레오 오디오 신호를 통해, 제작된 오디오 인코더 시스템의 실시간 동작과 양질의 오디오 신호가 복원됨을 확인하였다.