数字音频流的FPGA编码解码程序设计(2)
在数字化快速发展的今天，不但播出的音频信号质量有更高的要求，而且必须保障音频内容的正确播出。随着广播电视节目的数量不断增加，如果还采用传统的人工监听的监测方式的话，将带来巨大的工作量，效率和准确性都得不到保证，所以仅仅依靠人工监测是无法满足发展的需要的。本文通过对AES/EBU信号的结构的分析，讨论了基于AES/EBU接口数字信号的编码解码，同时利用对用户信息位的监测实现广播节目的识别与监测，保障节目的安全播放[ ]。
1.2 本文的主要研究内容和论文安排
目前，对于AES/EBU信号的编码解码工作，人们大多使用专用的AES3/EBU数字音频芯片，但是这类专用芯片的功能都比较单一，无法完成AES/EBU信号的编辑等工作。本文设计采用了ALTERA公司的FPGA芯片EP2C5T144C8，对AES/EBU信号流进行编码解码，通过FPGA与电脑的串口通信，在用户信息位中插入识别码，并在接收端将AES/EBU信号进行解码得到预先插入的识别码，实现节目的监测。
本文的组织结构为：
第一章详细介绍了课题的背景和研究的方向，并对详细安排了本文的工作。
第二章主要介绍AES/EBU数字音频信号的接口标准，信号结构，编码方式，以及各个信息位的作用等。
第三章主要介绍了利用FPGA芯片对AES/EBU信号进行编码解码的过程，以及如何将插入识别码到用户信息位中。
第四章主要介绍了FPGA与PC机的串行通信，以及将插入到AES/EBU信号中的识别码提取出来并在电脑上进行识别。
第五章主要介绍了系统的调试过程。
2 AES/EBU信号简介
2.1 AES3专业接口
AES是Audio Engineering Society的英语缩写，EBU则是European Broadcast Union的缩写，AES3（AES/EBU）则是一种串联连接格式，用于表示数字音频数据。它允许把两个声道的音频信息从一台设备传到另一台设备上。这种技术规范为各种应用制定的标准之间提供了灵活性，比如它支持多声道和更高的采样频率[ ]。
AES3标准建立了一种格式，可以使用单根双绞线传输双声道的周期采样和均匀量化的数字音频信号。由于它是独立于采样频率的，所以该格式可以使用任何采样频率，音频数据率随采样频率而变化，而人们通常使用48kHz ±10/1000000。AES减轻了声道间极性转变、声道不平衡、绝对极性翻转和增益平移等问题，同时也缓解了嗡声和噪声拾取，以及高频损耗等问题[ ]。
2.2 AES/EBU信号的结构
块（block）是一段完整的AES/EBU音频信号中可完整分析的最小的数据结构单位。帧（frame）是比块低一级的数据单位。每1块由192个帧构成，记为第0至191帧，而每个帧单位又由两个子帧（subframe）组成，分别为子帧A与子帧B，每个子帧内含有32位bit数据，它们分别携带左右声道的音频取样数据，辅助数据，同步数据，以及其他相关数据。数据帧的数据结构如图2.1所示[ ]。
图2.1 AES/EBU的数据结构
在图2.1中，每个子帧的前4位是前同步码X、Y、Z，用来在音频流信号中指明子帧和通道状态块的开始。前同步码Z代表数据块的开始，其后携带的为左声道的音频数据。除了每个块开始第一帧的子帧1前同步码为Z以外，其它的子帧1的前同步码均为X，携带的同样是左声道的音频数据。所有的子帧2前同步码均为Y，携带的是右声道的音频数据。每个前同步码占用4bit。因此，每个块中都含有1个Z前同步码，191个X前同步码和192个Y前同步码。前同步码的编码形式见表2.1。
表2.1 前同步码编码形式
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