CN104240714A - 一种音频解码装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种音频解码装置和方法，其中音频解码装置用于解码第一音频数据或第二音频数据，包括第一解析器、第二解析器、解码模块和解码控制器，所述第一解析器、第二解析器分别与解码模块连接，所述第一解析器、第二解析器、解码模块与解码控制器连接；所述第一解析器用于根据第一音频数据生成第一识别结果；所述第二解析器用于根据第二音频数据生成第二识别结果。本发明对解码器资源的复用，能够在现有支持单一音频格式的音频解码器的硬件资源上，稍作改进，便可以播放多种格式的音乐。

Description

一种音频解码装置和方法

技术领域

本发明涉及音频解码领域，尤其涉及一种音频解码装置和方法。

背景技术

音频格式有很多，包括有损音乐格式和无损音乐格式，其中无损音乐是目前能达到的一种最高音频质量需求。这由三个部分构成，音源要高采样率、不低于回放设备的声道数、16以上的位数，传播/存储/编辑必须无损，回放要使用高还原能力的回放设备。无损音乐格式主要有：APE、ALAC、FLAC、WAVE、AIFF。与有损音乐(主流MP3是44.1Khz、16位)相比，现有装置要实现192Khz、24位(BIT，比特位的简称)的无损音频的解码，处理的数据量大，对CPU的要求高，目前能够支持多种无损音乐格式的硬件配置相当于平板电脑，尽管有些个别的无损音乐播放器，使用硬件解码的方式能够在较低的配置上运行，但支持格式单一，应用不够灵活。本发明提供的一种解码网络，可以解决上述问题。

发明内容

为此，需要提供一种音频解码方案，解决现有解码器需要的硬件配置高或者支持的格式单一的问题。

为实现上述目的，发明人提供了一种音频解码装置，用于解码第一音频数据或第二音频数据，其特征在于：包括第一解析器、第二解析器、解码模块和解码控制器，所述第一解析器、第二解析器分别与解码模块连接，所述第一解析器、第二解析器、解码模块与解码控制器连接；

所述第一解析器用于根据第一音频数据生成第一识别结果；

所述第二解析器用于根据第二音频数据生成第二识别结果；

所述解码控制器用于根据第一识别结果和第二识别结果配置解码模式；

所述解码模块用于根据解码模式来解码第一音频数据或第二音频数据，并输出脉冲编码调试数据；

其中，解码模块包括解码器，所述第一解析器、第二解析器分别与解码器连接，所述解码器与解码控制器连接，所述解码器用于解码第一音频数据和第二音频数据。

进一步地，所述第一音频数据和第二音频数据为无损音乐数据，所述的第一解析器和第二解析器为无损音乐解析器。

进一步地，所述第一音频数据为APE格式音频数据，所述第二音频数据为ALAC格式音频数据，所述第一解析器为APE头解析器，所述第二解析器为MP4容器解析器，所述解码器为RICE解码器、线性预测器、声道变换器或比特转换器。

进一步地，所述第一音频数据为FLAC格式音频数据，所述第二音频数据为APE格式音频数据或ALAC格式音频数据，所述第一解析器为FLAC头解析器，所述第二解析器为APE头解析器或MP4容器解析器，所述解码器为RICE解码器、线性预测器、声道变换器或比特转换器。

进一步地，所述线性预测器包含FIR滤波器、滤波器系数更新模块和滤波器修正系数更新模块。

进一步地，所述第一音频数据为WAVE格式音频数据，所述第二音频格式为AIFF格式音频数据，所述第一解析器为WAVE头解析器，所述第二解析器为AIFF容器解析器，所述解码器为比特转换器。

进一步地，所述第一音频数据为WAVE格式音频数据或AIFF格式音频数据，所述第二音频数据为FLAC格式音频数据、APE格式音频数据或ALAC格式音频数据，所述第一解析器为WAVE头解析器或AIFF头解析器，所述第二解析器为FLAC头解析器、APE头解析器或MP4容器解析器，所述解码器为比特转换器。

进一步地，所述的比特转换器用于将32位转24位、将32位转16位或者将16位转24位。

以及发明人还提供一种音频解码方法，用于解码音频数据，包括如下步骤：

判断音频数据的类型；

根据音频数据的类型配置解码模块中的解码器的连接通路；

解码器对自身解码后的音频数据按照所述连接通路进行发送；

其中，解码模块至少包含有一个用于解码两种以上格式音频的解码器。

进一步地，所述“解码模块至少包含有一个用于解码两种以上格式音频的解码器”包括解码模块至少包含有一个用于解码两种以上无损格式音频的解码器。

区别于现有技术，上述技术方案通过对解码器资源的复用，能够在现有支持单一音频格式的音频解码器的硬件资源上，稍作改进，便可以播放多种格式的音乐。针对无损格式的音乐，也可以实现对多种无损格式的支持，相对目前平板级的CPU才能播放无损格式音乐，成本大大降低，功耗也显著下降。

附图说明

图1为装置一实施例的电路结构示意图；

图2为装置另一实施例的电路结构示意图；

图3为线性预测器一实施例的结构示意图；

图4为方法实施方式的流程示意图。

附图标记说明：

1、解析器模块；

10、第一解析器；

11、第二解析器；

12、APE头解析器；

13、MP4容器解析器；

14，FLAC头解析器；

15，WAVE头解析器；

16，AIFF头解析器；

2、解码模块；

20、解码器；

21、RICE解码器；

22、线性预测器；

220、FIR滤波器，

221、滤波器系数更新模块，

222、滤波器修正系数更新模块，

23，声道变换器；

24，比特转换器；

3、解码控制器。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1，本实施例提供了一种音频解码装置，用于解码第一音频数据或第二音频数据，即本音频解码装置支持解码至少两种格式的音频数据。本装置包括第一解析器10、第二解析器11、解码模块2和解码控制器3，第一解析器10、第二解析器11分别与解码模块2连接，第一解析器10、第二解析器11、解码模块2与解码控制器3连接，第一解析器10用于根据第一音频数据生成第一识别结果，第二解析器11用于根据第二音频数据生成第二识别结果，所述解码控制器3用于根据第一识别结果和第二识别结果配置解码模式。解码模块2用于根据解码模式来解码第一音频数据或第二音频数据，并输出脉冲编码调试数据(Pulse Code Modulation，PCM)。脉冲编码调试数据可用于声音转换输出芯片(如CODEC)转换后输出模拟音频信号。其中，解码模块包括解码器20，解码器20用于解码第一音频数据和第二音频数据，第一解析器10、第二解析器11分别与解码器20连接，解码器20与解码控制器3连接，解码器20用于解码第一音频数据和第二音频数据。

上述的第一识别结果和第二识别结果用于告知解码控制器3当前输入的音频格式类型，解码控制器3配置解码模块2，解码模块2调用解码器20对第一音频数据和第二音频数据进行解码。本实施例的解码器20可以同时对第一音频数据和第二音频数据进行解码，使得本装置在支持两种以上音频格式解码的基础上，却无需增加过多的解码器，减少了过多解码器的所占用的软硬件资源。本实施例具体应用包括如下：在已有的支持单一音频的解码装置上包含有对第一音频数据的解码模块2的部分硬件解码器(如图2中的比特转换器24)，在解码第二音频数据时，解码控制器3配置解码模块2，使得上述部分硬件解码器(即比特转换器24)可以完成对第二音频数据的解码，即解码模块2包含有至少一个可用于解码第一音频数据和第二音频数据的硬件解码器，通过在解码模块2对硬件解码器的复用，达到了不用增加更多硬件解码器的基础上，只要通过增加少量其他的解码器即可实现对多格式的音频数据的解码和支持，尽可能多利用硬件解码器也有利于功耗的下降。其中，硬件解码器即单独用于解码的电路。

本方案可以用于解码有损音频格式或无损音频格式，相对于有损音频格式，无损音频格式的音频数据对处理器的负担更重，如果采用软件解码更会消耗处理器的资源。利用本方案对无损音频数据的解码有利于减轻处理器的资源消耗。则第一音频数据和第二音频数据为无损音乐数据，第一解析器和第二解析器为无损音乐解析器。

以下结合图2和实施例详细说明本装置对无损音乐数据的解码过程。如图2所示，是一种支持多种无损音乐的解码装置的硬件实施例的电路结构示意图，主要包含有如下模块：解析器模块1、解码模块2和解码控制器3。解析器模块1可以包含有多种格式的音频数据的解析器(或称头解析器)，如包含有上述的第一解析器10和第二解析器11，这些解析器为下级的解码器提供数据输入。

在某些实施例中，如图1和图2所示，第一音频数据为无损的APE格式音频数据，第二音频数据为无损的ALAC格式音频数据。对应地，第一解析器为APE头解析器12，第二解析器为MP4容器解析器13，解码器20为RICE解码器21、线性预测器(LPC)22、声道变换器23或比特转换器24，APE头解析器12、MP4容器解析器13分别与解码器20连接，APE头解析器12、MP4容器解析器13、解码器20与解码控制器3连接。本实施例中，第一音频数据和第二音频数据共用的解码器20可以是RICE解码器21、线性预测器22、声道变换器23或比特转换器24的一个或者多个。如图2所示，第一音频数据和第二音频数据可以同时共用RICE解码器21、线性预测器22、声道变换器23和比特转换器24。其中，APE头解析器12、MP4容器解析器13还可以用于配合RICE解码器21，寻找音频数据中帧的位置。RICE解码器21从APE头解析器12或MP4容器解析器13中读取帧的位置数据，然后进行解码。本实施例中解码控制器3用于负责启动和关闭解析器模块1和解码模块2以及完成对解码模块2内部音频数据的流向控制，即完成解码模块2内部的解码器的连接通路的配置，使得解码器解码后的数据可以送往指定的下一级解码器进行再次解码。

RICE解码器21解码音频数据后，在解码控制器3的配置的连接通路下送往线性预测器22中。线性预测器22对RICE解码器解码出的结果，进行预测还原。其中，当音频数据为APE格式音频数据时，线性预测器22可以包括多个线性预测子单元，如三个线性预测子单元I，II，III。多个线性预测子单元可以协同完成对音频数据的预测。线性预测器22对资源的消耗较大，优选通过专门的硬件电路实现。声道变换器23用于对音频数据中的声道数据进行变换，还原出真实的声音。声道变换器23可用于进行XY变换，XY变换公式如下：independent：X＝L，Y＝R；Right side：X＝L-R，Y＝R；Left side：X＝L，Y＝L-R；Mid side:X＝(L+R)/2，Y＝L-R。其中X、Y代表了变换后的声音数据，L、R代表变换前的声音数据。对音频数据的变换还包括其他方式，使用XY变换相对简单，可减少对资源的消耗。最后由比特转换器24对解码预测后的数据进行音频数据位数的转换并输出，采用比特转换器24可以兼容更多种的位数的音频数据，以及使得输出的脉冲编码调试数据的位数可以满足后级的声音转换输出芯片的输入需求，也屏蔽了后级CODEC的特性对前级的要求。在某些实施例中，比特转换器还可以对音频数据的声道进行变换，如多声道转换为单声道或者单声道转换为多声道。

上述实施例通过共用RICE解码器21、线性预测器22、声道变换器23或比特转换器24，节省了硬件电路的开销。特别地，在现有支持单一音频格式的解码装置上如果具有RICE解码器21、线性预测器22、声道变换器23或比特转换器24这么多解码器中的一个或多个解码器，可以通过复用现有的解码器，只需构建其他的解码器即可完成对其他音频格式的解码，不用再去增加现有的解码器，降低了解码装置在实现多种音频格式解码时的复杂程度，也降低了现有为了去解码其他音频格式而采用纯软件解码对处理器资源的占用以及对功耗的大量消耗，达到了节省成本和节省功耗的目的。

在某些实施例中，如图1和图2所示，第一音频数据为无损的FLAC格式音频数据，第二音频数据为无损的APE格式音频数据或ALAC格式音频数据。对应地，第一解析器为FLAC头解析器14，第二解析器为APE头解析器12或MP4容器解析器13，解码器20为RICE解码器21、线性预测器22、声道变换器23或比特转换器24，第一解析器14、第二解析器12(或第二解析器13)分别与解码器20连接，解码器20与解码控制器3连接。为了使得线性预测器22可以完成预测，在第二音频数据为APE格式音频数据或ALAC格式音频数据时，连接通路为第二解析器通过RICE解码器21再与线性预测器22建立起连接；而在音频数据为FLAC格式音频数据时，连接通路为FLAC头解析器14通过RICE解码器21再与线性预测器22连接，RICE解码器21用于读取音频数据帧的位置数据，然后进行解码。本实施例同样通过复用线性预测器22、声道变换器23或比特转换器24达到了解码装置内解码减少的目的。在某些实施例中，在第二解析器可以包含有APE头解析器12和MP4容器解析器13，如图2所示，即本装置可以实现对APE，ALAC，FLAC等无损格式的解码。

上述实施例中的线性预测器22可以有多种实施方式，在某些实施例中，如图3所示，线性预测器22包含FIR滤波器220、滤波器系数更新模块221和滤波器修正系数更新模块222。在解码APE时，数据流向为FIR滤波器220、滤波器系数更新模块221、滤波器修正系数更新模块222后输出LPC结果。在解码ALAC时，数据流向为FIR滤波器220、滤波器系数更新模块221后输出LPC结果。在解码FLAC时，数据流向为FIR滤波器220后输出LPC结果。本线性预测器22采用三级串联流水线形式，可以解码最高级别的APE。

在某些实施例中，如图1和图2所示，第一音频数据为无损的WAVE格式音频数据，第二音频格式为无损的AIFF格式音频数据。对应地，第一解析器为WAVE头解析器15，第二解析器为AIFF容器解析器16，解码模块2包括比特转换器24，第一解析器15、第二解析器16分别与比特转换器24连接，比特转换器24与解码控制器3连接。比特转换器24在解码控制器3的控制下完成对WAVE或AIFF音频的解码输出。本实施例可以与上述解码APE、ALAC、FLAC的实施例结合实施，共用比特转换器24对音频数据进行解码和转换。在支持对多种音频格式解码的同时降低了解码器对软硬件资源的占用。

在另一些实施例中，，如图1和图2所示，第一音频数据为无损的WAVE格式音频数据或无损的AIFF格式音频数据，第二音频数据为无损的FLAC格式音频数据、无损的APE格式音频数据或无损的ALAC格式音频数据。对应地，第一解析器为WAVE头解析器15或AIFF头解析器16，第二解析器为FLAC头解析器14、APE头解析器12或MP4容器解析器13，解码器20为比特转换器24，第一解析器、第二解析器分别与比特转换器24连接，比特转换器24与解码控制器3连接。本实施例通过复用比特转换器24在实现对多种音频格式解码的同时减少了解码器对软硬件资源的消耗。

上述所有实施例的比特转换器24优选为可以将32位转24位、将32位转16位或者将16位转24位的比特转换器24。比特转化器23的32位或16位的输入可以较好地满足解码模块2的解码需求，而24位或16位的输出可以较好地满足后级声音转换输出芯片的需求。上述所有实施例可以是使用纯软件进行，通过软件的解码器的复用达到了减少软件占用、降低软件对系统资源消耗，也可以使用软件和硬件结合的方式，在发挥硬件的解码速度快、占用资源少的优势的基础上，使用软件进行协调以及复用达到对多种音频格式的支持。其中软件可以选用实时性较强的RTOS系统或使用专门定制的软件，以满足无损音频格式解码的速度需求。在某些实施例中，为了支持对其它非无损格式音频的解码，如对MP3、WMA、OGG等非无损格式音频的解码，本装置还可以包含有非无损音频解码器和非无损音频解析器，在非无损音频解析器解析到待解码的音频数据为非无损时，解码控制器3调用非无损音频解码器对非无损音频数据进行解码。

基于上述的音频解码装置，发明人还提供一种音频解码方法，如图4所示，用于解码音频数据，可运行于解码控制器上。本方法首先包括步骤S101判断音频数据的类型，对音频数据的类型的判断可以得到音频数据的格式，以便于使用适当的解码过程完成对音频数据的解码，可以直接通过软件读取音频数据后进行类型的判断或者调用解析器对音频数据的类型进行解析判断。而后步骤S102根据音频数据的类型配置解码模块中的解码器的连接通路，以及在步骤S103解码器对自身解码后的音频数据按照所述连接通路进行发送。如在图2的实施例中，要解码AIFF格式的音频数据，则配置成AIFF头解析器与比特转换器连通的连接通路，则AIFF头解析器解析后会按照连接通路发送给比特转换器进行转换后输出脉冲编码调试数据，WAVE解码与此类似。或者要解码APE格式的音频数据，则配置成RICE解码器与APE头解析器、线性预测器连通，线性预测器再与声道变换器连通，声道变换器再与比特转换器连通的连接通路，则声音数据在解码时，会顺着APE头解析器、RICE解码器、线性预测器、声道变换器、比特转换器这一连接通路进行解码数据的传递，最后输出解码后的脉冲编码调试数据，ALAC、FLAC解码与此类似。其中，解码模块至少包含有一个用于解码两种以上格式音频的解码器。本方法通过调用一个或多个相同的解码器完成对多种音频格式的解码，节省了现有每个音频格式都需要一套解码器而占用软硬件资源多的问题，可大大地降低现有支持多种音频格式解码装置的成本。

本方法可以用于解码非无损格式或无损格式的音频，相对于有损音频格式，无损音频格式的音频数据对处理器的负担更重，如果采用软件解码更会消耗处理器的资源。利用本方案对无损音频数据的解码有利于减轻处理器的资源消耗。则在某些实施例中，“解码模块至少包含有一个用于解码两种以上格式音频的解码器”包括解码模块至少包含有一个用于解码两种以上无损格式音频的解码器。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

本领域内的技术人员应明白，上述各实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。这些实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。上述各实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中，用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备，包括但不限于：个人计算机、服务器、通用计算机、专用计算机、网络设备、嵌入式设备、可编程设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等；所述的存储介质，包括但不限于：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。

上述各实施例是参照根据实施例所述的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到计算机设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机设备以特定方式工作的计算机设备可读存储器中，使得存储在该计算机设备可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机设备上，使得在计算机设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种音频解码装置，用于解码第一音频数据或第二音频数据，其特征在于：包括第一解析器、第二解析器、解码模块和解码控制器，所述第一解析器、第二解析器分别与解码模块连接，所述第一解析器、第二解析器、解码模块与解码控制器连接；

所述第一解析器用于根据第一音频数据生成第一识别结果；

所述第二解析器用于根据第二音频数据生成第二识别结果；

所述解码控制器用于根据第一识别结果和第二识别结果配置解码模式；

所述解码模块用于根据解码模式来解码第一音频数据或第二音频数据，并输出脉冲编码调试数据；

其中，解码模块包括解码器，所述第一解析器、第二解析器分别与解码器连接，所述解码器与解码控制器连接，所述解码器用于解码第一音频数据和第二音频数据。

2.根据权利要求1所述的音频解码装置，其特征在于：所述第一音频数据和第二音频数据为无损音乐数据，所述的第一解析器和第二解析器为无损音乐解析器。

3.根据权利要求2所述的音频解码装置，其特征在于：所述第一音频数据为APE格式音频数据，所述第二音频数据为ALAC格式音频数据，所述第一解析器为APE头解析器，所述第二解析器为MP4容器解析器，所述解码器为RICE解码器、线性预测器、声道变换器或比特转换器。

4.根据权利要求2所述的音频解码装置，其特征在于：所述第一音频数据为FLAC格式音频数据，所述第二音频数据为APE格式音频数据或ALAC格式音频数据，所述第一解析器为FLAC头解析器，所述第二解析器为APE头解析器或MP4容器解析器，所述解码器为RICE解码器、线性预测器、声道变换器或比特转换器。

5.根据权利要求3或4所述的音频解码装置，其特征在于：所述线性预测器包含FIR滤波器、滤波器系数更新模块和滤波器修正系数更新模块。

6.根据权利要求2所述的音频解码装置，其特征在于：所述第一音频数据为WAVE格式音频数据，所述第二音频格式为AIFF格式音频数据，所述第一解析器为WAVE头解析器，所述第二解析器为AIFF容器解析器，所述解码器为比特转换器。

7.根据权利要求2所述的音频解码装置，其特征在于：所述第一音频数据为WAVE格式音频数据或AIFF格式音频数据，所述第二音频数据为FLAC格式音频数据、APE格式音频数据或ALAC格式音频数据，所述第一解析器为WAVE头解析器或AIFF头解析器，所述第二解析器为FLAC头解析器、APE头解析器或MP4容器解析器，所述解码器为比特转换器。

8.根据权利要求3或4、6或7任一项所述的音频解码装置，其特征在于：所述的比特转换器用于将32位转24位、将32位转16位或者将16位转24位。

9.一种音频解码方法，用于解码音频数据，其特征在于，包括如下步骤：

判断音频数据的类型；

根据音频数据的类型配置解码模块中的解码器的连接通路；

解码器对自身解码后的音频数据按照所述连接通路进行发送；

其中，解码模块至少包含有一个用于解码两种以上格式音频的解码器。

10.根据权利要求9所述的音频解码方法，其特征在于：所述“解码模块至少包含有一个用于解码两种以上格式音频的解码器”包括解码模块至少包含有一个用于解码两种以上无损格式音频的解码器。