音频的构架以及原理(8)

5.9总结

MP3编码大致可以分为两路6个部分。第一路是PCM信号先是进过自带滤波，MDCT变换把信号划分到576个频线。然后第二路PCM信号经过FFT快速傅立叶变换把时域信号变化到频域，再根据第二心理声学模型得到各个临界频线下的SMR，最后更具位元分配原理确定各个频线分配的位元数。这时第一路和第二路是并行进行的。最后更具各个频线所分配到的位元数进行非均匀量化。量化后再由霍夫曼编码得到最终的MP3编码文件。

第六章 DSP, 硬声卡的简单介绍

6.1 DSP

DSP数字处理器要求运算速度块就是应为在信号转化分析过程中需要进行大量的加法，乘法，积分，微分的运算。而其中乘法运算和加法运算尤为的多，因此DSP的一个特点是硬件乘加器，（一般的处理器乘法都是由软件逐条的执行指令实现）依靠硬件单指令周期实现乘法和累加两个运算。

DSP数字信号处理器，是专门为快速实现各种数字信号处理算法而设计的、

具有特殊结构的微处理器，正因为其专用性和特殊性要求其运算速度非常高，其处理速度已高达2000MIPS，比最快的CPU还快10-50倍。

20世纪六七十年代由于受电子发展水平的限制当时的信号处理基本上是以模拟的方法实现，比如滤波频谱分析等等。但由于模拟分析的局限性（精度无法很好的控制）现在信号分析都由数字化处理，如数字滤波器，频率分析等等。就如上面我们所提到的MP3编码，其中子带滤波就是很明显的一个数字滤波，其中涉及到的传输函数的计算，输入流通过传输函数以后的求和这一系列的运算量就很大。还有就是MDCT矩阵运算也是不小。因此需要的数字滤波其具有很强的运算能力。当然MP3编码或者一些其他芯片的运算量相对与当今的CPU构成不了太大的负担。但是对于一些比较复杂的信号分析运算就需要专门的DSP数字处理芯片来实现了。

DSP除了其运算速度块以外还有一个性质就是其专用性。DSP芯片厂商会针对一些特定的领域专门设计与之像对应的DSP芯片。可以把一些算法，模块固化到芯片中去加快芯片的运算执行能力。像一些余弦函数，正切函数等都固化

到硬件当中，通过一些专用的信号处理指令来调用这样减少运算时间。

上图为一个DSP处理器的内部结构图，他包括两条数据总线和两条地址总线，程序地址总线，数据地址总线和程序数据总线，数据数据总线，由于DSP是采用哈佛体系结构数据和程序是分开存储的。他内部含有内存空间可以存放程序和数据，同时他也可以通过外部扩展接口外挂Flash 存储器。AU为其内部处理器核心，执行各类运算。DAG地址产生器，用来产生和控制数据和程序地址的生成。还有一些可编程外部引脚。

对于内部处理器核心AU又可以分为三部分：ALU,MAC,Shifter。其中ALU是加法器，实现算术操作如加，减，求绝对值，以及多指令除法等，实现逻辑操作如与，或，异或，求反等。MAC是乘法累加器实现乘法运算和相乘后累加，相乘后递减等运算。Shifter是移位寄存器，作用是对16位输入数据做移位操作输出32位的数据。

6.2 硬声卡

硬声卡的是相对与软声卡而言的。软声卡就是一般而言的集成声卡，他与硬声卡的主要区别就是软声卡的数字信号处理是由CPU来实现的，而硬声卡的数字处理是由DSP来实现的。因此我们笔记本上的codec,CPU,HDAcontroller, HDLink等就构成了一个软声卡的系统。而一些台式机通过PCI插槽外接的声卡

就是硬声卡。

像笔记本之类的便携式产品一般音频文件都由CPU负责解码，这样对于便携式设别而言可以做的更精简，另一方面可以减低成本。而我们对笔记本音质要求并不是特别高，不会用于一些特殊场合，对于MP3，WAV文件的解码对于当今CPU来说运算量也称不上什么负担因此软声卡完全可以胜任。而对于录音对于一般的语音录音本身数据量计算量就不大因此谈不上CPU的负荷了。但是在播放高清电影时（1080P）不管是CPU还是GPU都必须非常强大而且内存与现存要够大。因为这类电影不管是运算量还是数据流量都非常大。

硬声卡和软声卡比较的主要优势在两个方面。首先硬声卡有专有的DSP芯片专门对音频信号做处理。这样减轻CPU的负担，CPU只是负责把音频文件发送给声卡（声卡相当与挂在PCI桥上的一个设备），因此对于CPU来说操作会很简单。另外由于DSP的运算快和他的专有性和针对性他对音频文件的处理，解码过程中的一些运算要比CPU强很多，因此最终的解码效果要好很多。特别是对于一些高质量音频信号，这些信号的编码，解码运算比骄复杂，可能还有许多音效的处理，以及人体心里声学更细腻的描述。其次硬声卡的带宽限制要比软声卡好很多，软声卡走HDALink其带宽限制理论为48MBit/S，对于一些音效高的无损编码这个带宽有可能不够。而硬声卡走的是PCI总线(x32/33MHz)其带宽理论为133MB/S也就是133*8Mbit/S，这无论对于哪种音频文件已经构不成带宽限制。

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