MPEG-2 AAC(Advanced Audio Coding) is the most advanced coding scheme available for high quality audio coding. This MPEG-2 AAC audio Standard allows for ITU-R ‘indistinguishable’ quality according to at data rates of 320 kb/s for five full-bandwidth channel audio signals. The compression ratio is around a factor of 1.4 better compared to MPEG Layer 3, you get the same quality at 70% of the bitrate. This paper suggest optimization method for MDCT/IMDCT (Modified Discrete Cosine Transform/Inverse Modified Discrete Cosine Transform) in Encoder and Decoder for AAC.
An MPEG-2/4 AAC decoder on 16-bit fixed-point processor is presented in this paper. To meet audio quality criteria, despite small word length, special design methods for 16-bit foxed-point AAC decoder were devised. This paper presents particular algorithms for 16-bit AAC decoding. We have implemented an efficient AAC decoder using the proposed algorithms. Audio contents can be replayed in the decoder without quality degradation.
본 논문은 내장형 리눅스 기반의 이동 단말기 상에서 MPEG-4 AAC 데이터를 실시간으로 재생하는 소프트웨어를 구현하고 그 실험 결과를 통해서 오차 범위 내에서 MPEG-4 오디오의 재생이 가능함을 검증한다. MPEG-4 AAC 데이터는 압축효율이 높고 음질이 뛰어나 다양한 기기에서 사용이 용이하다. 특히 휴대폰, PDA 등과 같은 이동 환경에서 사용되는 단말기가 급증하면서, 오디오 데이터의 응용어플리케이션 개발의 필요성도 증대되고 있다. 그러나 소형의 이동 단말기는 전력, 메모리 등의 자원의 한계로 인하여 디코딩 과정이 복잡한 MPEG-4 AAC 데이터를 재생하는 응용어플리케이션의 개발을 위해서는 단말기의 성능에 최적화된 형태로 소프트웨어 모듈을 구현해야 한다. 이를 위해서 MPES-4 AAC 디코딩 연산과 정을 단말기의 프로세서 성능에 알맞은 형태로 연산변형하고 스트리밍 서버를 통해서 전송되는 오디오 데이터를 재생할 수 있도록 설계하였다.
본 논문에서는 MPEG-4 AAC 표준에 근거하여 개인휴대단말과 같은 모바일 단말의 응용을 위해 연산 복작도를 낮춘 새로운 양자화기 구조를 제안하였다. 기존 MPEG-4 AAC 인코더의 양자화기는 rate control과 distortion control을 동시에 수행하는 순환 이중루프 구조를 갖으며, 높은 연산부담으로 인해 실시간 인코딩 및 시스템의 소비전력을 증가시키는 중요한 요인으로 작용한다. 본 논문에서는 이러한 제약조건을 극복하기 위해 허용 잡음 레벨과 대역별 양자화 잡음을 정합하는 잡음 포락선 정합기법을 제안하였고, 이를 응용하여 낮은 소비전력 실현이 가능한 단일루프 구조의 단순화된 양자화기 구조를 제안하였다. 또한 제안한 양자화기를 적용한 독자적인 구조의 MPEG-4 AAC 인코더를 구현하여 검증 및 성능평가를 수행하였다.
Currently, the most important technology is compression methods in the multimedia society. In audio compression, the method using human auditory nervous property is used. This method using psychoacoustical model is applied to perceptual audio coding, because human's audibility is limited. MPEG-II AAC(Advanced Audio Coding) is the most advanced coding scheme that is of benefit to high quality audio coding. The compression ratio is 1.4 times compared with MPEG-I layer-III. In this paper, the vector processor for MDCT/IMDCT(Modified Discrete Cosine Transform /Inverse Modified Discrete Cosine Transform) of MPEG-II AAC is designed.
본 논문에서는 MPEG-4 VM (Moving Picture Expert Group-4 Verification Model) 소스를 이용하여 일반오디오(GA: General Audio) AAC (Advanced Audio Coding)의 부호화기의 최적화 및 개인 정보 단말기 (PDA: Personal Digital Assistant)용 복호화기 설계에 대하여 언급하였다. 일반오디오의 최적화를 위하여 먼저 C코드를 프로파일하고 그 결과를 토대로 최적화 대상함수를 선정하여 최적화를 수행하였다. 윈도우 98환경의 Intel Pentium III 600 MHz에서 부가적인 부호화 옵션을 사용하였을 때의 부호화시간은 입력 샘플의 약 20배의 시간이 소요되었고, 옵션을 사용하지 않을 때 약 10배 정도 소요되었다. 복호화기는 개인 정보 단말기에서 약 17초 샘플에 대하여 35초 이상 걸리는 것을 확인하였다. 일련의 최적화 과정을 통하여 약 50% 정도의 부호화 시간 단축과 개인 정보 단말기에서의 실시간 복호화를 실현하였다.
본 논문에서는 디지털 오디오의 하드웨어 설계 시 가장 중요하고 고집적도를 요구하는 부동소수점 유닛을 설계하였다. 대부분의 모든 오디오 시스템이 다채널을 지원하고 고음질을 요구한다. 하드웨어로 구현한 부동소수점 연산기는 MPEG-2 AAC 복호기를 DSP로 구현 시 실시간 디코딩이 가능하도록 설계하였다. 그 이유는 오디오 분야에서 MPEG-2 AAC는 MPEG-4 이후 오디오와 상호 호환성을 갖기 때문이다. MPEG-2 AAC 디코더에서 가장 많은 연산부분을 차지하는 부동소수점유닛의 속도향상을 위하여 하드웨어로 설계하였다. FPU는 승산기와 가산기로 구성되어있다. 승산기는 Radix-4 Booth알고리즘을 사용하였고 가산기는 속도향상을 위하여 1의 보수 방식을 채택하였다. 부동소수점 형식은 지수부에 8bit 가수부에 24bit를 사용한다. IEEE 단정도 포맷과 호환되도록 설계하였으며, 연산기의 속도를 향상시키기 위하여 파이프라인 구조를 채택하였다. 모든 세부블록들은 ISO/IEC 13818-7 표준에 의거하여 구현하였다. 알고리즘 테스트는 C언어를 사용하였고, 설계는 VHDL(VHSIC Hardware Description Language)을 사용하였다. 최대동작속도는 23.2MHz이고, 안정상태의 동작속도는 약 19MHz이다.
소형의 휴대용 단말기는 회로복잡도나 소비전력 등의 문제로 부동소수점 연산 프로세서를 탑재하지 않는 경우가 있는데, 이로 인해 오디오 데이터의 디코딩 시간이 길어져, 끊김이나 잡음이 발생한다. 본 논문에서는 이를 해결하기 위해서 MPEG-4 오디오 디코딩 시 수행되는 실수형 연산과정을 정수형 연산과정으로의 변환을 통하여 디코딩 속도를 향상 시킬 수 있는 알고리즘을 제안하고 실험결과를 통해서 효율성을 보인다.
Currently, the most important technology is the compression methods in the multimedia society. Audio files are rapidly propagated through internet. MP-3 is offered to CD tone quality in 128Kbps, but 64Kbps below tone quality is abruptly down and high bitrate. on the other hand, MPEG-II AAC (Advanced Audio Coding) is not compatible with MPEG-I, but AAC has a high compression ratio 1.4 better than MP-3. Especially, AAC has max. 7.1 channel and 96KHz sampling rate. In this paper, the perceptual model is dealt with 44.1KHz sampling rate for SMR(Signal to Masking Ratio)
An MPEG-2 AAC Huffman decoding method based on the fixed length compacted codeword tables, where each codeword can contain multiple number of Huffman codes, was proposed. The proposed method enhances the searching efficiency by finding multiple symbols in a single search, i.e., a direct memory reading of the compacted codeword table. The memory usage is significantly saved by separately handling the Huffman codes that exceed the length of the compacted codewords. The trade-off relation between the computational complexity and the amount of memory usage was analytically derived to find the proper codeword length of the compacted codewords for the design of MPEG-2 AAC decoder. To validate the proposed algorithm, its performance was experimentally evaluated with an implemented MPEG-2 AAC decoder. The results showed that the computational complexity of the proposed method is reduced to 54% of that of the most up-to-date method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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