Thiết kế bộ giải mã mp3 trên fpga

Luận Văn Thạc Sĩ Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA LỜI CẢM ƠN Nhân hội muốn bày tỏ lòng biết ơn tới tất người giúp đỡ thực Luận Văn Tốt Nghiệp Em xin cảm ơn ThS Hồ Trung Mỹ, người tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức phương pháp làm việc, nghiên cứu khoa học cho em suốt thời gian qua, giúp em chập chững bước vào đường nghiên cứu khoa học gian khó Em xin cảm ơn ThS Ngơ Đức Hồng, giám đốc cơng ty Hồng Vy, tạo điều kiện thuận lợi cho em theo học Cao Học hoàn thành Luận Văn Tốt Nghiệp Em xin cảm ơn tất thầy cô trường Đại Học Bách khoa tận tình truyền đạt kiến thức suốt thời gian theo học trường Con xin cảm ơn gia đình ni dưỡng, khuyến khích, động viên suốt trình học tập Xin cảm ơn tất bạn học, bạn đồng nghiệp sát cánh học tập làm việc suốt thời gian qua Hầu Nguyên Thanh Hoàng HVTH: Hầu Nguyên Thanh Hoàng - Trang - Luận Văn Thạc Sĩ Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA LỜI NÓI ĐẦU Kỹ thuật mã hóa MPEG-1 Lớp III (cịn gọi MP3) ngày sử dụng rộng rãi, thật thú vị hiểu kỹ thuật mã hóa giải mã thật hoạt động Làm mà MPEG-1 lớp III giảm tốc độ bit 12 lần mà không làm giảm chất lượng âm thanh? Thực việc mã hóa giải mã có đơn giản khơng? Cuốn luận văn trả lời câu hỏi trình bày cách thức thực giải mã MP3 FPGA HVTH: Hầu Nguyên Thanh Hoàng - Trang - Luận Văn Thạc Sĩ Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA MỤC LỤC trang THUẬT NGỮ KỸ THUẬT CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ ÂM THANH NÉN VÀ CHUẨN MP3 12 CHƯƠNG III Q TRÌNH MÃ HĨA MP3 20 CHƯƠNG IV QUÁ TRÌNH GIẢI MÃ MP3 27 CHƯƠNG V ĐỊNH DẠNG FRAME MP3 42 CHƯƠNG VI TỐI ƯU THUẬT TOÁN 65 CHƯƠNG VII THỰC HIỆN BẰNG NGÔN NGỮ VHDL 73 CHƯƠNG VIII KIỂM TRA HOẠT ĐỘNG 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 PHỤ LỤC 101 HVTH: Hầu Nguyên Thanh Hoàng - Trang - Luận Văn Thạc Sĩ Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA Thuật ngữ kỹ thuật access unit (đơn vị truy cập) – trường hợp âm nén, đơn vị truy cập đơn vị truy cập âm Trong trường hợp video nén, đơn vị truy cập mã đại diện cho hình Alias (chồng lấn phổ) – thành phần tín hiệu ảnh gây tần số lớn tần số Nyquist Analysis filterbank (khối lọc phân tích) – khối lọc mã hóa biến đổi tín hiệu âm PCM băng rộng thành tập mẫu băng Audio buffer – đệm hệ thống giải mã, dùng để lưu trữ liệu âm nén Bitrate – tốc độ dịng bit nén truyền từ mơi trường lưu trữ tới ngõ vào giải mã bound – băng nhỏ mà mã hóa stereo vị trí thục channel – mơi trường số hóa lưu trữ hay truyền dẫn dịng bit theo chuẩn ISO 11172 coded audio bitstream – đại diện mã hóa tín hiệu âm theo qua định tiêu chuẩn quốc tế Compression – làm giảm số lượng bit cần thiết để lưu trữ liệu CRC – Cyclic reduncdancy code Decoded stream – dòng bit tái tạo lại từ dòng bit nén Decoding process – xử lý định nghĩa tiêu chuẩn quốc tế này, ngõ vào dịng bit mã hóa ngõ mẫu hình ảnh hay âm giải mã Encoding process – xử lý, không định tiêu chuẩn quốc tế này, đọc chuỗi mẫu âm hay hình ảnh, tạo chuỗi bit mã hóa theo định nghĩa tiêu chuẩn quốc tế FFT – Fast Fourier Transformation Một thuật toán nhanh thực biến đổi Fourier rời rạc HVTH: Hầu Nguyên Thanh Hoàng - Trang - Luận Văn Thạc Sĩ Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA Frame [audio] – phần tín hiệu âm tương ứng với lượng cố định mẫu âm PCM Granule[Layer III] – 576 dịng tần số kèm theo thơng tin biên sử dụng cho việc giải mã Huffman coding – phương pháp mã hóa khơng mát Hybrid filterbank[audio] – chuỗi kết hợp khối lọc băng MDCT IMDCT – Inverse Modified Discrete Cosine Transform - Biến đổi cosin rời rạc có sửa đổi ngược Intensity stereo – stereo cường độ (hay stereo vị trí) Một phương pháp lợi dụng mối liên hệ kênh âm stereo làm giảm số lượng bit cần thiết để lưu trữ âm stereo Joint stereo coding – phương pháp lợi dụng mối liên hệ âm stereo, làm giảm âm số lượng bit cấn thiết để lưu trữ âm stereo Mapping[audio] – Biến đổi tín hiệu âm từ miền thời gian sang miền tần số cách thực lọc băng hay MDCT MDCT – Modified Discrete Cosine Transform - Biến đổi cosin rời rạc có sửa đổi MS stereo – middle side stereo – Một phương pháp lợi dụng mối liên hệ kênh âm stereo làm giảm số lượng bit cần thiết để lưu trữ âm stereo Padding – phương pháp để điều chỉnh chiều dài trung bình frame âm cách chèn thêm khe (slot) vào frame Polyphase filterbank – tập lọc băng thơng có mối liên hệ phase đặc biệt, nâng cao hiệu cho khối lọc Quantizer scale factor – Hệ số tỷ lệ lượng tử hóa – thành phần liệu có mặt dịng bit, sử dụng giải mã để phục hồi lại dòng tần số nguyên thủy Scalefactor band – tập dòng tần số Lớp III định tỷ lệ hệ số tỷ lệ Scalefactor – hệ số mà tập giá trị định tỷ lệ trước lượng tử hóa HVTH: Hầu Nguyên Thanh Hoàng - Trang - Luận Văn Thạc Sĩ Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA Side information – thơng tin dịng bit cần thiết để điều khiển giải mã Slot[audio] – đơn vị tính tốn dịng bit Ở Lớp I, slot tương đương byte, Lớp II III, slot tương đương byte Subband[audio] – phần chia nhỏ băng tần số âm Syncword – từ mã 12 bit đưa vào dòng bit âm để xác định điểm bắt đầu frame Synthesis filterbank – khối lọc giải mã, có nhiệm vụ tái tạo tín hiệu âm PCM từ mẫu băng Tonal component – thành phần sóng giống đường hình sin tín hiệu âm Variable bitrate – hoạt động nơi mà tốc độ bit thay đổi theo thời gian suốt thời gian giải mã dòng bit nén Zig-zag scanning order – Một chuỗi đặc biệt, xếp vị trí hệ số DCT từ vùng có tần số thấp tới vùng có tần số cao HVTH: Hầu Nguyên Thanh Hoàng - Trang - Luận Văn Thạc Sĩ Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU HVTH: Hầu Nguyên Thanh Hoàng - Trang - Luận Văn Thạc Sĩ Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA Hiện nay, giới hạn băng thông dung lượng lưu trữ vấn đề lớn tồn mạng máy tính Để giải điều này, việc dùng liệu nén giải pháp thích hợp Thuật tốn nén thơng dụng MP3 tồn khắp nơi, với đối thủ cạnh tranh khác Windows Media Audio (WMA), Ogg, Advanced Audio Coding (ACC), Dobby digital (AC_3) Tất thuật toán sử dụng kỹ khôn khéo đa dạng để nén tập tin đến 90% hay nhiều MP3 cung cấp phương pháp nén quan trọng, sử dụng mơ hình Tâm Sinh Lý (Psycho acoustics model), hay có tên gọi khác mơ hình Cảm Nhận (Perceptual Model) Mơ hình Tâm Sinh Lý đời dựa thuận lợi từ thực tế rằng: tín hiệu xác ngõ vào khơng cần thiết phải giữ lại Bởi tai người phân biệt lượng chi tiết đó, thật hiệu tạo âm vừa đủ cho tai người Trong suốt năm gần đây, việc sử dụng mã audio MPEG_1 Lớp III (MP3) bùng nổ, phần lớn băng thông toàn cầu sử dụng cho việc truyền dẫn liệu audio nén lớp III, hay gọi tập tin mp3 Trong năm đầu sử dụng rộng rãi mp3, giải mã phần mềm phổ biến Nhưng năm trở lại đây, thiết bị nghe mp3 xách tay hay hoạt động độc lập phát triển mạnh mẽ Đặc biệt, thiết bị cầm tay, việc tăng tốc độ xử lý giải mã phần cứng trở nên quan trọng Đề tài nghiên cứu giải pháp để tạo giải mã mp3 phần cứng HVTH: Hầu Nguyên Thanh Hoàng - Trang - Luận Văn Thạc Sĩ I Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA Tổng Quan Tình Hình Nghiên cứu Tình hình giới Kể từ đời vào năm 1992, tiêu chuẩn âm nén MPEG-1 Lớp III (gọi tắt MP3) đưa vào ứng dụng rộng rãi Các cơng cụ mã hóa giải mã MP3 đời đáp ứng nhu cầu người Đầu tiên người ta thực máy tính Điều dễ dàng với ngôn ngữ cấp cao Với công nghệ chế tạo IC vào thời gian đầu, việc thực giải mã MP3 phần cứng thách thức lớn Tuy nhiên, với phát triển vũ bão công nghệ chế tạo IC, ngày việc thực giải mã MP3 phần cứng khơng cịn vấn đề q khó Với thuận lợi đó, IC giải mã MP3 nhanh chóng sản xuất tung thị trường, với kích thước ngày nhỏ gọn giá thành rẻ Các IC giải mã MP3 nhỏ gọn tích hợp vào nhiều thiết bị điện tử đại như: máy đĩa nghe nhạc MP3, điện thoại di động, USB nghe nhạc Các nhà sàn xuất tiếp tục nghiên cứu để IC giải mã MP3 ngày nhỏ gọn tiết kiệm hơn, tạo ưu cạnh tranh thị trường rộng lớn liên quan đến âm MP3 Trong lĩnh vực giáo dục, nhiều đề tài nghiên cứu MP3 liên tục đời, để tìm thuật tốn tối ưu hơn, tiết kiệm tài nguyên nâng cao tốc độ xử lý Đó đề tài “A hardware accelerated mp3 decoder with bluetooth streaming capabilities” S Gadd T Lenart, Học Viện Kỹ Thuật Lund Thụy Điển; “Design and Implementation of an MPEG/Audio Layer III Bitstream Processor” K Salomonsen, Đại Học Aalborg, Đan Mạch; “A hardware implementation of an MP3 decoder ca nhúm sinh viờn Irina Făaltman, Marcus Hast, Andreas Lundgren, Suleyman Malki, Erik Montnemery, Anders R°angevall, Johannes Sandvall, Milan Stamenkovic, Đại Học Thụy Điển nhiều đề tài khác Nhiều thuật tốn sử dụng cho việc thực mã hóa giải mã MP3 đời như: “A new algoritm to compute the discrete cosine transform,” B G Lee; “A new fast algorithm for the unified forward and inverse mdct/mdst computaion,” V Britanak and K R Rao Tình hình nước Nền cơng nghiệp thiết kế chế tạo IC Việt Nam phát triển, khơng muốn nói chưa có Một số cơng ty thiết kế IC hoi Việt Nam Arrive Technology VietNam (gọi tắt ATVN), Silicon Design Solution (gọi tắt SDS) dừng lại việc thiết kế đặt hàng nước sản xuất Với lịch sử phát triển hạn chế vậy, chưa quan tâm đến vấn đề tự thiết kế sản xuất IC giải mã MP3 riêng Việt HVTH: Hầu Nguyên Thanh Hoàng - Trang - Luận Văn Thạc Sĩ Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA Nam Tất thiết bị nghe nhạc MP3 từ đơn giản đến phức tạp, từ máy đĩa điện thoại di động, “nhập khẩu” từ nước Trong lĩnh vực thiết kế IC, trường Đại Học, chủ yếu nghiên cứu lý thuyết chất bán dẫn lập trình KIT FPGA (Field Programmable Gate Arrays) Thật ra, FPGA xuất Đại Học Bách Khoa vài năm trở lại Lúc đầu KIT chưa mạnh, số cổng logic chưa nhiều, thực đề tài nhỏ như: FPGA giao tiếp bàn phiếm, FPGA giao tiếp hình, CPU bit đơn giản Gần đây, KIT FPGA đủ mạnh để thực đề tài lớn hơn, cần nhiều tài nguyên Một số đề tài nghiên cứu chuẩn MP3 thực FPGA đời Đề tài “Xây Dựng Core Xử Lý Âm Thanh Trong Hệ Thống Đa Phương Tiện” Cao Tuấn Vũ thực thành công giải mã MP3 KIT FPGA ML310 Tuy nhiên, giải mã chưa hịa chỉnh thực phần mono Trên tinh thần tiếp thu mang tính chọn lọc đề tài giải mã MP3 trên, đề tài “Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 Trên FPGA” đời, nhằm xây dựng hoàn chỉnh giải mã MP3, bao gồm phần giải mã stereo II Mục Tiêu Đề Tài • • • • III Tìm hiểu tiêu chuẩn MPEG-1 Lớp III, tập trung vào giải mã Thực giải mã MP3 VHDL Mơ máy tính Thực thực tế lên Kit FPGA ML310 Bố Cục Đề Tài Chương – Giới thiệu : giới thiệu tình hình, mục tiêu đề tài, ý nghĩa đề tài Chương – Tổng quan âm nén chuẩn MP3 : giới thiệu đôi nét âm nén lịch sử phát triển chuẩn MP3 Chương – Quá trình mã hóa MP3 : giới thiệu q trình mã hóa MP3, sơ đồ khối giải thích hoạt động Chương – Q trình giải mã MP3 : phân tích trình giải mã MP3, sơ đồ khối giải thích hoạt động Chương – Định dạng frame MP3 : phân tích chi tiết định dạng frame MP3 Chương – Tối ưu thuật toán : so sánh thuật tốn, tìm giải pháp tối ưu HVTH: Hầu Nguyên Thanh Hoàng - Trang 10 - Luận Văn Thạc Sĩ 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 15 15 15 15 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 15 10 10 10 10 10 11 11 11 11 12 13 12 10 9 10 10 10 10 11 11 11 11 12 12 12 13 11 10 10 10 10 11 11 11 11 11 11 12 12 13 13 11 10 10 10 10 11 11 11 11 12 12 12 12 12 13 13 12 11 11 11 11 11 11 11 12 12 12 12 13 13 12 13 12 11 11 11 Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA 000101111 0001011010 0001010010 0000111010 0000111001 0000110000 00001001000 00000111001 00000101001 00000010111 000000011011 0000000111110 000000001001 0001010110 000101010 000101000 000100101 0001000110 0001000000 0000110100 0000101011 00001000110 00000110111 00000101010 00000011001 000000011101 000000010010 000000001011 0000000001011 00001110110 0001000100 000011110 0000110111 0000110010 0000101110 00001001010 00001000001 00000110001 00000100111 00000011000 00000010000 000000010110 000000001101 0000000001110 0000000000111 00001011011 0000101100 0000100111 0000100110 0000100010 00000111111 00000110100 00000101101 00000011111 000000110100 000000011100 000000010011 000000001110 000000001000 0000000001001 0000000000011 000001111011 00000111100 00000111010 00000110101 00000101111 00000101011 00000100000 00000010110 000000100101 000000011000 000000010001 000000001100 0000000001111 0000000001010 000000000010 0000000000001 000001000111 00000100101 00000100010 00000011110 HVTH: Hầu Nguyên Thanh Hoàng - Trang 115 - Luận Văn Thạc Sĩ 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 10 11 12 13 14 15 11 11 11 12 12 12 12 12 13 13 13 13 Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA 00000011100 00000010100 00000010001 000000011010 000000010101 000000010000 000000001010 000000000110 0000000001000 0000000000110 0000000000010 0000000000000 Huffman code table 16 ESC table, linbits=1 x 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 y hlen hcod 1 0101 001110 00101100 001001010 000111111 10 0001101110 10 0001011101 11 00010101100 11 00010010101 10 11 00010001010 11 12 000011110010 12 12 000011100001 13 12 000011000011 14 13 0000101111000 15 000010001 011 0100 001100 0010100 00100011 000111110 000110101 000101111 10 0001010011 10 0001001011 10 10 0001000100 11 11 00001110111 12 12 000011001001 13 11 00001101011 14 12 000011001111 15 00001001 001111 001101 0010111 00100110 001000011 000111010 10 0001100111 10 0001011010 11 00010100001 10 0001001000 10 11 00001111111 11 11 00001110101 12 11 00001101110 13 12 000011010001 14 12 000011001110 15 000010000 00101101 0010101 00100111 001000101 001000000 10 0001110010 10 0001100011 10 0001010111 11 00010011110 11 00010001100 10 12 000011111100 11 12 000011010100 12 12 000011000111 13 13 0000110000011 14 13 0000101101101 HVTH: Hầu Nguyên Thanh Hoàng - Trang 116 - Luận Văn Thạc Sĩ 4 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 5 6 6 6 6 6 6 6 6 7 7 7 7 7 7 7 7 8 8 8 8 8 8 8 8 15 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 15 10 9 10 10 11 11 11 12 12 12 13 13 13 9 9 10 11 11 12 11 12 12 13 13 13 14 10 10 9 10 11 11 11 11 12 12 12 12 13 13 14 10 10 10 10 11 11 11 12 12 13 13 13 13 15 15 10 10 10 10 11 11 11 12 12 13 13 13 13 14 14 14 10 Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA 0000011010 001001011 00100100 001000100 001000001 0001110011 0001100101 00010110011 00010100100 00010011011 000100001000 000011110110 000011100010 0000110001011 0000101111110 0000101101010 000001001 001000010 00011110 000111011 000111000 0001100110 00010111001 00010101101 000100001001 00010001110 000011111101 000011101000 0000110010000 0000110000100 0000101111010 00000110111101 0000010000 0001101111 000110110 000110100 0001100100 00010111000 00010110010 00010100000 00010000101 000100000001 000011110100 000011100100 000011011001 0000110000001 0000101101110 00001011001011 0000001010 0001100010 000110000 0001011011 0001011000 00010100101 00010011101 00010010100 000100000101 000011111000 0000110010111 0000110001101 0000101110100 0000101111100 000001101111001 000001101110100 0000001000 0001010101 0001010100 0001010001 00010011111 00010011100 00010001111 000100000100 000011111001 0000110101011 0000110010001 0000110001000 0000101111111 00001011010111 00001011001001 00001011000100 0000000111 HVTH: Hầu Nguyên Thanh Hoàng - Trang 117 - Luận Văn Thạc Sĩ 9 9 9 9 9 9 9 9 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 14 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 15 11 10 10 11 11 12 12 13 13 13 13 14 13 14 13 11 11 11 10 11 12 12 12 12 13 14 14 14 15 15 14 10 12 11 11 11 12 12 13 14 14 14 14 14 14 13 14 11 12 12 12 12 12 13 13 13 13 15 14 14 14 14 16 11 14 12 12 12 13 13 14 14 14 16 15 15 15 17 15 11 13 Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA 00010011010 0001001100 0001001001 00010001101 00010000011 000100000000 000011110101 0000110101010 0000110010110 0000110001010 0000110000000 00001011011111 0000101100111 00001011000110 0000101100000 00000001011 00010001011 00010000001 0001000011 00001111101 000011110111 000011101001 000011100101 000011011011 0000110001001 00001011100111 00001011100001 00001011010000 000001101110101 000001101110010 00000110110111 0000000100 000011110011 00001111000 00001110110 00001110011 000011100011 000011011111 0000110001100 00001011101010 00001011100110 00001011100000 00001011010001 00001011001000 00001011000010 0000011011111 00000110110100 00000000110 000011001010 000011100000 000011011110 000011011010 000011011000 0000110000101 0000110000010 0000101111101 0000101101100 000001101111000 00000110111011 00001011000011 00000110111000 00000110110101 0000011011000000 00000000100 00001011101011 000011010011 000011010010 000011010000 0000101110010 0000101111011 00001011011110 00001011010011 00001011001010 0000011011000111 000001101110011 000001101101101 000001101101100 00000110110000011 000001101100001 00000000010 0000101111001 HVTH: Hầu Nguyên Thanh Hoàng - Trang 118 - Luận Văn Thạc Sĩ 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 15 13 11 12 14 14 13 14 14 15 16 15 17 15 14 11 8 9 10 10 10 11 11 11 11 11 11 11 Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA 0000101110001 00001100110 000010111011 00001011010110 00001011010010 0000101100110 00001011000111 00001011000101 000001101100010 0000011011000110 000001101100111 00000110110000010 000001101100110 00000110110010 00000000000 000001100 00001010 00000111 000001011 000001010 0000010001 0000001011 0000001001 00000001101 00000001100 00000001010 00000000111 00000000101 00000000011 00000000001 00000011 Huffman code table 17 same as table 16, but linbits=2 Huffman code table 18 same as table 16, but linbits=3 Huffman code table 19 same as table 16, but linbits=4 Huffman code table 20 same as table 16, but linbits=6 Huffman code table 21 same as table 16, but linbits=8 Huffman code table 22 same as table 16, but linbits=10 Huffman code table 23 same as table 16, but linbits=13 Huffman code table 24 ESC table, linbits=4 x 0 0 0 0 0 0 0 y hlen hcod 1111 1101 101110 1010000 10010010 100000110 011111000 10 0110110010 10 0110101010 11 01010011101 10 11 01010001101 11 11 01010001001 12 11 01001101101 13 11 01000000101 HVTH: Hầu Nguyên Thanh Hoàng - Trang 119 - Luận Văn Thạc Sĩ 0 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 14 15 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 12 4 8 9 10 10 10 10 10 6 7 8 9 9 10 10 10 11 7 7 8 9 9 10 10 10 10 7 8 8 9 10 10 10 10 11 8 8 9 9 10 10 10 10 10 Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA 010000001000 001011000 1110 1100 10101 100110 1000111 10000010 01111010 011011000 011010001 011000110 0101000111 0101011001 0100111111 0100101001 0100010111 00101010 101111 10110 101001 1001010 1000100 10000000 01111000 011011101 011001111 011000010 010110110 0101010100 0100111011 0100100111 01000011101 0010010 1010001 100111 1001011 1000110 10000110 01111101 01110100 011011100 011001100 010111110 010110010 0101000101 0100110111 0100100101 0100001111 0010000 10010011 1001000 1000101 10000111 01111111 01110110 01110000 011010010 011001000 010111100 0101100000 0101000011 0100110010 0100011101 01000011100 0001110 100000111 1000010 10000001 01111110 01110111 01110010 011010110 011001010 011000000 010110100 0101010101 0100111101 0100101101 0100011001 0100000110 HVTH: Hầu Nguyên Thanh Hoàng - Trang 120 - Luận Văn Thạc Sĩ 6 6 6 6 6 6 6 6 7 7 7 7 7 7 7 7 8 8 8 8 8 8 8 8 9 9 9 9 9 9 9 9 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 15 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 15 8 8 9 9 10 10 10 10 10 11 10 8 9 9 10 10 10 10 10 11 11 10 9 9 9 9 10 10 10 10 11 11 10 9 9 9 10 10 10 10 10 11 11 11 11 9 9 10 10 10 10 10 10 11 11 11 11 Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA 0001100 011111001 01111011 01111001 01110101 01110001 011010111 011001110 011000011 010111001 0101011011 0101001010 0100110100 0100100011 0100010000 01000001000 0001010 0110110011 01110011 01101111 01101101 011010011 011001011 011000100 010111011 0101100001 0101001100 0100111001 0100101010 0100011011 01000010011 00101111101 00010001 0110101011 011010100 011010000 011001101 011001001 011000001 010111010 010110001 010101001 0101000000 0100101111 0100011110 0100001100 01000000010 00101111001 00010000 0101001111 011000111 011000101 010111111 010111101 010110101 010101110 0101001101 0101000001 0100110001 0100100001 0100010011 01000001001 00101111011 00101110011 00001011 01010011100 010111000 010110111 010110011 010101111 0101011000 0101001011 0100111010 0100110000 0100100010 0100010101 01000010010 00101111111 00101110101 00101101110 00001010 HVTH: Hầu Nguyên Thanh Hoàng - Trang 121 - Luận Văn Thạc Sĩ 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 15 11 10 9 10 10 10 10 10 10 11 11 11 11 11 10 10 10 10 10 10 10 10 10 11 11 11 11 11 11 10 10 10 10 10 10 10 11 11 11 11 11 11 11 12 10 10 10 10 10 10 11 11 11 11 11 11 11 11 8 7 7 7 7 7 8 8 Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA 01010001100 0101011010 010101011 010101000 010100100 0100111110 0100110101 0100101011 0100011111 0100010100 0100000111 01000000001 00101110111 00101110000 00101101010 00000110 01010001000 0101000010 0100111100 0100111000 0100110011 0100101110 0100100100 0100011100 0100001101 0100000101 01000000000 00101111000 00101110010 00101101100 00101100111 00000100 01001101100 0100101100 0100101000 0100100110 0100100000 0100011010 0100010001 0100001010 01000000011 00101111100 00101110110 00101110001 00101101101 00101101001 00101100101 00000010 010000001001 0100011000 0100010110 0100010010 0100001011 0100001000 0100000011 00101111110 00101111010 00101110100 00101101111 00101101011 00101101000 00101100110 00101100100 00000000 00101011 0010100 0010011 0010001 0001111 0001101 0001011 0001001 0000111 0000110 0000100 00000111 00000101 00000011 00000001 0011 HVTH: Hầu Nguyên Thanh Hoàng - Trang 122 - Luận Văn Thạc Sĩ Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA Huffman code table 25 same as table 24, but linbits=5 Huffman code table 26 same as table 24, but linbits=6 Huffman code table 27 same as table 24, but linbits=7 Huffman code table 28 same as table 24, but linbits=8 Huffman code table 29 same as table 24, but linbits=9 Huffman code table 30 same as table 24, but linbits=11 Huffman code table 31 same as table 24, but linbits=13 HVTH: Hầu Nguyên Thanh Hoàng - Trang 123 - Luận Văn Thạc Sĩ Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA Table Layer III scalefactor bands These tables list the width of each scalefactor band There are 21 bands at each sampling frequency for long (type 0,1 or 3) windows and 12 bands each for short windows Table 5a 32kHz sampling rate long blocks: scale factor band width of band index of start 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 4 4 4 6 10 12 16 20 24 30 38 46 56 68 84 102 12 16 20 24 30 36 44 54 66 82 102 126 156 194 240 296 364 448 scale factor band width of band index of start 4 4 8 12 16 22 index of end 11 15 19 23 29 35 43 53 65 81 101 125 155 193 239 295 363 447 549 short blocks: HVTH: Hầu Nguyên Thanh Hoàng index of end 11 15 21 29 - Trang 124 - Luận Văn Thạc Sĩ 10 11 Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA 12 16 20 26 34 42 30 42 58 78 104 138 41 57 77 103 137 179 Table 5b 44.1kHz sampling rate long blocks: scale factor band width of band index of start 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 4 4 4 6 8 10 12 16 20 24 28 34 42 50 54 76 12 16 20 24 30 36 44 52 62 74 90 110 134 162 196 238 288 342 scale factor band width of band index of start 4 index of end 11 15 19 23 29 35 43 51 61 73 89 109 133 161 195 237 287 341 417 short blocks: HVTH: Hầu Nguyên Thanh Hoàng index of end - Trang 125 - Luận Văn Thạc Sĩ 10 11 Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA 4 10 12 14 18 22 30 12 16 22 30 40 52 66 84 106 11 15 21 29 39 51 65 83 105 135 Table 5c 48 kHz sampling rate long blocks: scale factor band width of band index of start 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 4 4 4 6 10 12 16 18 22 28 34 40 46 54 54 12 16 20 24 30 36 42 50 60 72 88 106 128 156 190 230 276 330 HVTH: Hầu Nguyên Thanh Hoàng index of end 11 15 19 23 29 35 41 49 59 71 87 105 127 155 189 229 275 329 383 - Trang 126 - Luận Văn Thạc Sĩ Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA short blocks: scale factor band width of band index of start 10 11 4 4 6 10 12 14 16 20 26 12 16 22 28 38 50 64 80 100 HVTH: Hầu Nguyên Thanh Hoàng index of end 11 15 21 27 37 49 63 79 99 125 - Trang 127 - Luận Văn Thạc Sĩ Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA Table Layer III coefficients for aliasing reduction: (i) ci -0 -0.6 -0.535 -0.33 -0.185 -0.095 -0.041 -0.0142 -0.0037 The butterfly coefficients csi and cai are calculated as follows: cs i = ca i = + ci HVTH: Hầu Nguyên Thanh Hoàng ci + ci - Trang 128 - Luận Văn Thạc Sĩ Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA - Lý lịch trích ngang: Họ tên: Hầu Ngun Thanh Hồng Ngày, tháng, năm sinh: 18/06/1980 Nơi sinh: Huế Địa liên lạc: 43/24 Trần Hữu Trang, P.11, Q Phú Nhuận, Tp.HCM QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO - 9/1998 – 4/2003 : Sinh Viên Khoa Điện – Điện Tử, Ngành Điện Tử Viễn Thông, Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM 9/2004 – Nay : Học viên cao học nghành Kỹ Thuật Vô Tuyến - Điện Tử, Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Q TRÌNH CƠNG TÁC - 7/2003 – Nay : Nhân viên cơng ty HỒNG VY HVTH: Hầu Ngun Thanh Hồng - Trang 129 - ... công giải mã MP3 KIT FPGA ML310 Tuy nhiên, giải mã chưa hịa chỉnh thực phần mono Trên tinh thần tiếp thu mang tính chọn lọc đề tài giải mã MP3 trên, đề tài ? ?Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 Trên FPGA? ??... - Luận Văn Thạc Sĩ Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA CHƯƠNG III: QUÁ TRÌNH MÃ HĨA MP3 HVTH: Hầu Ngun Thanh Hồng - Trang 20 - Luận Văn Thạc Sĩ Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA Xử lý mã hóa phức tạp, khơng... Văn Thạc Sĩ Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ ÂM THANH NÉN VÀ CHUẨN MP3 HVTH: Hầu Nguyên Thanh Hoàng - Trang 12 - Luận Văn Thạc Sĩ Thiết Kế Bộ Giải Mã MP3 FPGA I Mã Hóa Tâm