一种加速编解码专用集成电路及方法技术

本发明专利技术公开了一种加速编解码专用集成电路及方法，属于移动通信蓝牙技术领域。本发明专利技术的加速编解码专用集成电路及方法包括：硬件加速器。其中硬件加速器包括预处理及前旋处理模块，其对数据进行预处理及前旋处理；离散傅里叶变换模块，其在加速的低延迟改进型离散余弦变换运算LD‑MDCT和/或加速的低延迟改进型离散余弦反变换运算LD‑IMDCT中进行多级离散傅里叶变换运算。本发明专利技术的加速编解码专用集成电路及方法由ASIC专用集成电路执行并且采用了具体的多级离散傅里叶变换，使该复杂运算由ASIC专用集成电路完成，加快运算速度，降低运算过程的功耗，使得蓝牙音频设备的功耗显著降低。

【技术实现步骤摘要】
一种加速编解码专用集成电路及方法
本专利技术涉及移动通信蓝牙
，特别涉及一种加速编解码专用集成电路及方法。
技术介绍
随着移动通信领域的不断发展，蓝牙技术的应用也越来越广，尤其在蓝牙音乐等蓝牙音频的应用方面，蓝牙音频技术也向着低功耗、高音质、高性能的方向发展。目前主流的蓝牙音频编码器中，SBC（Sub-bandcoding，子带编码）编码技术出现最早，同时应用最为广泛，但传输效率低，同时因为蓝牙传输中间设备需要转码（压缩），所以同样规格的MP3文件在无线环境下要比有线环境损失更多细节，所以其传输音质一般。AAC编码技术（高级音频编码技术）是由MPEG（动态图像专家组）联合众多厂商推出的音频标准,该技术可实现较好的音质，但因其编解码过程中运算复杂度较高，相应处理器的耗能也会提高，而且使用时需支付高昂的专利授权费用。APTX系列编码技术和LDAC编码技术，目前皆为私有技术，APTX和LDAC目前都有一定的市场，但因其私有性质以及使用时的授权费，影响技术的全面推广。而后蓝牙国际联盟联合众多厂商推出LC3编解码技术。由于LC3编解码技术推出的初衷是要满足低功耗蓝牙领域的音频应用，所以对LC3编解码器的功耗要求非常严格。同时，在低功耗蓝牙领域，很多处理器的运算性能及存储资源非常有限，同时需要电池续航能力较强，基于蓝牙国际联盟的LC3标准规范，相关研究机构或者厂商可对其进行实现和优化，常见的可选方案有纯软件实现优化、软件硬件结合实现优化以及纯硬件实现优化，本专利技术将采用软件硬件结合的实现优化方式，使得优化后的LC3编解码技术性能更好，续航时间更长，并且开发时间较短，便于产品快速更新。总之，在蓝牙音频技术发展过程中，随着用户在高音质方面的需求不断提高，高音质对应的数据处理量显著增大，导致蓝牙音频设备的功耗及数据处理负荷显著增加。因此，需要有一种技术，在确保高音质的同时，还能够降低蓝牙音频设备的处理负荷和功耗。
技术实现思路
本专利技术提供了一种加速编解码专用集成电路及方法，在确保高音质的同时，还能够使蓝牙音频设备的处理负荷和功耗降低。在本专利技术的一方面中，本专利技术提供了一种加速编解码专用集成电路，其包括：硬件加速器，其用于在音频编码过程中对第一音频数据进行加速的低延迟改进型离散余弦变换运算LD-MDCT和/或在音频解码过程中对第二音频数据进行加速的低延迟改进型离散余弦反变换运算LD-IMDCT，硬件加速器包括预处理及前旋处理模块和离散傅里叶变换模块，其中，离散傅里叶变换模块，用于在加速的低延迟改进型离散余弦变换运算LD-MDCT中，对经由预处理及前旋处理模块进行第一预处理和前旋处理的第一音频数据进行多级离散傅里叶变换，和/或在加速的低延迟改进型离散余弦反变换运算LD-IMDCT中，对经由预处理及前旋处理模块进行第二预处理及前旋处理的第二音频数据进行多级离散傅里叶变换，多级离散傅里叶变换包括第一级离散傅里叶变换、第二级离散傅里叶变换以及第三级离散傅里叶变换，其中第一级离散傅里叶变换为5点维诺格勒傅里叶变换WFTA，第二级离散傅里叶变换为2点维诺格勒傅里叶变换WFTA、4点维诺格勒傅里叶变换WFTA、8点维诺格勒傅里叶变换WFTA、16点维诺格勒傅里叶变换WFTA以及32点维诺格勒傅里叶变换WFTA中的一者，第三级离散傅里叶变换为3点维诺格勒傅里叶变换WFTA和9点维诺格勒傅里叶变换WFTA中的一者。在本专利技术的另一方面中，本专利技术提供了一种加速编解码专用集成电路的加速编解码方法，加速编解码专用集成电路包括硬件加速器，硬件加速器包括预处理及前旋处理模块、和离散傅里叶变换模块，加速编解码方法包括：由硬件加速器在音频编码过程中对第一音频数据进行加速的低延迟改进型离散余弦变换运算LD-MDCT，和/或在音频解码过程中对第二音频数据进行加速的低延迟改进型离散余弦反变换运算LD-IMDCT，其中，由离散傅里叶变换模块在加速的低延迟改进型离散余弦变换运算LD-MDCT中，对经由预处理及前旋处理模块进行第一预处理和前旋处理的第一音频数据进行多级离散傅里叶变换，和/或在加速的低延迟改进型离散余弦反变换运算LD-IMDCT中，对经由预处理及前旋处理模块进行第二预处理及前旋处理的第二音频数据进行多级离散傅里叶变换，多级离散傅里叶变换包括第一级离散傅里叶变换、第二级离散傅里叶变换以及第三级离散傅里叶变换，其中第一级离散傅里叶变换为5点维诺格勒傅里叶变换WFTA，第二级离散傅里叶变换为2点维诺格勒傅里叶变换WFTA、4点维诺格勒傅里叶变换WFTA、8点维诺格勒傅里叶变换WFTA、16点维诺格勒傅里叶变换WFTA、32点维诺格勒傅里叶变换WFTA中的一者，第三级离散傅里叶变换为3点维诺格勒傅里叶变换WFTA和9点维诺格勒傅里叶变换WFTA中的一者。与现有技术中由CPU或DSP进行软件编程的方案相比，在本专利技术的加速编解码专用集成电路及其加速编解码方法中，低延迟改进型离散余弦变换运算LD-MDCT和/或低延迟改进型离散余弦反变换运算LD-IMDCT，由ASIC专用集成电路执行并且采用了具体的多级离散傅里叶变换，使该复杂运算由ASIC专用集成电路完成使多个运算同时进行加快运算速度，使得蓝牙音频设备的功耗显著降低，从而在确保高音质的同时，能够使蓝牙音频设备的处理负荷和功耗降低。附图说明图1是本专利技术的加速编解码器专用集成电路系统架构图A；图2是LC3编解码器中编码与解码原理图；图3是本专利技术的加速编解码器专用集成电路系统架构图B；图4是本专利技术的加速编解码器专用集成电路中的硬件加速器框图；图5是以8K采样率的40点DFT即WFTA5xWFTA8为例，用二维图方式说明图4中灰色部分的离散傅里叶变换DFT的工作方式示意图；图6是本专利技术的加速编解码器专用集成电路中内部RAM模块存储示意图；图7是以7.5毫秒帧长，32k采样率的DFT为例，其运算框图的另外两种表示；图8是本专利技术的加速编解码方法的一种具体实施方式的流程图；图9是本专利技术的加速编解码专用集成电路的编码时序示意图；图10是本专利技术的加速编解码专用集成电路的解码时序示意图。具体实施方式为了使本专利技术的上述特征和优点更加易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细说明。该详细说明仅仅是为了帮助理解本专利技术，本专利技术的保护范围不仅仅限于具体实施方式中的具体说明。需要说明的是，本申请权利要求书和说明书中的术语“第一”、“第二”是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。在现有音频编解码技术的基础上，本专利技术的研究人员对音频编解码过程中的离散傅里叶变换运算采用多级离散傅里叶变换运算方法，采用专用集成电路ASIC，设计出一种加速编解码专用集成电路。图1示出了本专利技术加速编解码专用集成电路的主要运算模块的架构图，在该具体实施方式中，本专利技术的加速编解码专用集成电路包括硬件加速器模块，该模块用于在音频编码过程中对第一音频数据进行加速的低延迟改进型离散余弦变换本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加速编解码专用集成电路，其特征在于，包括：/n硬件加速器，其用于在音频编码过程中对第一音频数据进行加速的低延迟改进型离散余弦变换运算LD-MDCT和/或在音频解码过程中对第二音频数据进行加速的低延迟改进型离散余弦反变换运算LD-IMDCT，所述硬件加速器包括预处理及前旋处理模块和离散傅里叶变换模块，其中，/n所述离散傅里叶变换模块，用于在所述加速的低延迟改进型离散余弦变换运算LD-MDCT中，对经由所述预处理及前旋处理模块进行第一预处理和前旋处理的所述第一音频数据进行多级离散傅里叶变换，和/或在所述加速的低延迟改进型离散余弦反变换运算LD-IMDCT中，对经由所述预处理及前旋处理模块进行第二预处理及所述前旋处理的所述第二音频数据进行所述多级离散傅里叶变换，所述多级离散傅里叶变换包括第一级离散傅里叶变换和第二级离散傅里叶变换，所述第一级离散傅里叶变换为5点维诺格勒傅里叶变换WFTA，所述第二级离散傅里叶变换为2点维诺格勒傅里叶变换WFTA、4点维诺格勒傅里叶变换WFTA、8点维诺格勒傅里叶变换WFTA、16点维诺格勒傅里叶变换WFTA、32点维诺格勒傅里叶变换WFTA中的一者。/n...

【技术特征摘要】
1.一种加速编解码专用集成电路，其特征在于，包括：
硬件加速器，其用于在音频编码过程中对第一音频数据进行加速的低延迟改进型离散余弦变换运算LD-MDCT和/或在音频解码过程中对第二音频数据进行加速的低延迟改进型离散余弦反变换运算LD-IMDCT，所述硬件加速器包括预处理及前旋处理模块和离散傅里叶变换模块，其中，
所述离散傅里叶变换模块，用于在所述加速的低延迟改进型离散余弦变换运算LD-MDCT中，对经由所述预处理及前旋处理模块进行第一预处理和前旋处理的所述第一音频数据进行多级离散傅里叶变换，和/或在所述加速的低延迟改进型离散余弦反变换运算LD-IMDCT中，对经由所述预处理及前旋处理模块进行第二预处理及所述前旋处理的所述第二音频数据进行所述多级离散傅里叶变换，所述多级离散傅里叶变换包括第一级离散傅里叶变换和第二级离散傅里叶变换，所述第一级离散傅里叶变换为5点维诺格勒傅里叶变换WFTA，所述第二级离散傅里叶变换为2点维诺格勒傅里叶变换WFTA、4点维诺格勒傅里叶变换WFTA、8点维诺格勒傅里叶变换WFTA、16点维诺格勒傅里叶变换WFTA、32点维诺格勒傅里叶变换WFTA中的一者。


2.如权利要求1所述的加速编解码专用集成电路，其中，所述多级离散傅里叶变换还包括：
第三级离散傅里叶变换，其为3点维诺格勒傅里叶变换WFTA、9点维诺格勒傅里叶变换WFTA中的一者。


3.如权利要求1所述的加速编解码专用集成电路，其中，所述预处理及前旋处理模块在所述低延迟改进型离散余弦变换运算LD-MDCT中对所述第一音频数据采取的所述第一预处理为将长度为N的所述低延迟改进型离散余弦变换运算LD-MDCT长度转变为长度为N/2的DCT-IV运算序列，在进一步转化为N/4长度的离散傅里叶变换DFT数字序列，并将所述N/4长度的离散傅里叶变换DFT数字序列映射为复数序列；所述预处理及前旋处理模块在所述低延迟改进型离散余弦反变换运算LD-IMDCT中对所述第二音频数据采取的所述第二预处理为将第二音频数据序列映射为复数序列。


4.如权利要求1所述的加速编解码专用集成电路，其中，所述硬件加速器还包括：
后旋及后处理模块，用于在所述加速的低延迟改进型离散余弦变换运算LD-MDCT中对所述第一音频数据进行后旋处理和第一后处理，和/或在所述加速的低延迟改进型离散余弦反变换运算LD-IMDCT中对所述第二音频数据进行所述后旋处理和第二后处理，所述第一后处理为将经过所述后旋处理的所述第一音频数据输出，所述第二后处理为将经过所述后旋处理的所述第二音频数据重新构造并输出。


5.如权利要求1所述的加速编解码专用集成电路，其中，所述加速编解码专用集成电路还包括：
中央处理器，其向所述硬件加速器发出控制信号，所述控制信号控制所述硬件加速器进行配置和启动，以使所述硬件加速器进行所述加速的低延迟改进型离散余弦变换运算LD-MDCT和/或所述加速的低延迟改进型离散余弦反变换运算LD-IMDCT，所述中央处理器接收所述硬件加速器反馈的用于指示所述加速的低延迟改进型离散余弦变换运算LD-MDCT和/或所述加速的低延迟改进型离散余弦反变换运算LD-IMDCT已经完成的指示信号。


6.如权利要求4所述的加速编解码专用集成电路，其中，所述中央处理器包括，
硬件加速器控制模块，其当所述硬...

【专利技术属性】
技术研发人员：李强，王尧，叶东翔，朱勇，
申请(专利权)人：北京百瑞互联技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11