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CN104050968B - 一种嵌入式音频采集端aac音频编码方法 - Google Patents

一种嵌入式音频采集端aac音频编码方法 Download PDF

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CN104050968B
CN104050968B CN201410284372.1A CN201410284372A CN104050968B CN 104050968 B CN104050968 B CN 104050968B CN 201410284372 A CN201410284372 A CN 201410284372A CN 104050968 B CN104050968 B CN 104050968B
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戚隆宁
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王功
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Abstract

本发明公开了一种嵌入式音频采集端AAC音频编码方法，基于对AAC音频编码进行帧间拆分，拆分为在两端编码的思想：嵌入式音频采集端根据其可以提供的计算能力和可容许的音频编码延迟，对采集到的原始音频信号按照一定的数量拆分为两部分，一部分直接在本地进行AAC编码后传输到存储播放端，另一部分进行简单的ADPCM编码后传输到存储播放端；存储播放端对接收到的不同数据进行不同处理，最终输出最终完整有序的AAC音频数据。本发明方法，对AAC音频编码进行拆分，使得运算能力有限的嵌入式音频采集端也能进行部分的AAC音频编码，充分利用采集端的运算资源，同时不需要特殊的硬件资源，并减少传输数据所需带宽。

Description

一种嵌入式音频采集端AAC音频编码方法
技术领域
本发明涉及一种嵌入式音频采集端AAC音频编码方法，适用于嵌入式设备。
背景技术
在音频编码领域，AAC音频编码相比于其他音频编码方式，具有压缩比更高、低码率下音质更好等优点。但是AAC标准算法复杂度高，未经优化难以在计算能力有限的嵌入式设备上实现实时软件编码，对于大多数的嵌入式设备，要独立完成AAC音频的实时软件编码，是很难达到的。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种降低嵌入式设备端计算能力需要的AAC音频实时编码方法，在满足计算能力受限的嵌入式采集端AAC音频编码需求的同时，降低传输所需带宽，并能充分利用好嵌入式采集端的计算能力。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种嵌入式音频采集端AAC音频编码方法，基于对AAC音频编码进行帧间拆分，拆分为在两端编码的思想：
嵌入式音频采集端根据其可以提供的计算能力和可容许的音频编码延迟，对采集到的原始音频信号按照一定的数量拆分为两部分，一部分直接在本地进行AAC编码后传输到存储播放端，另一部分进行简单的ADPCM编码后传输到存储播放端；
存储播放端对接收到的不同数据进行不同处理：对接收到的AAC编码直接进行编码存储；对收到的ADPCM编码首先解码为原始数据，然后再对原始数据进行AAC编码并对结果编码存储；存储播放端对编码存储的两部分AAC编码根据编码进行重新排列，并输出最终完整有序的AAC音频数据。
AAC音频编码是按一定音频信号数量进行一帧一帧编码的(通常为每个声道1024个采集点为一个音频帧)；在拆分时，对于一帧音频信号，是完全在一端进行编码，拆分是针对不同帧的音频信号，即一部分音频帧信号直接在音频采集端进行AAC编码，而另一部分传输到存储播放端进行AAC编码。在音频采集端要对不在本地进行AAC编码的数据信号进行简单压缩，减少传输所需带宽；在音频采集端，一部分的音频信号直接进行AAC编码，另一部的音频信号需要传输到存储播放端进行编码，而对于这一部分，则通过ADPCM编码后再传输，从而减小数据带宽，所需的计算量也较小。因此，该方法在满足计算能力受限的嵌入式采集端AAC音频编码需求的同时，降低了传输所需的带宽，并充分利用了嵌入式采集端的计算能力。
优选的，音频采集端根据其可以提供的计算能力和可容许的音频编码延迟，对采集到的原始音频信号按照一定的数量拆分为两部分，在嵌入式设备的CPU占用率为100％的情形下，具体为：对一段时间为T1的原始音频信号，进行AAC编码所需的编码时间为T2，进行ADPCM编码所需的编码时间为T3，音频信号每帧的长度为T4，可容许的编码延迟为T，其中T2＞T1，T3＞T1；则每一帧原始音频信号的AAC编码延迟为每一帧原始音频信号的ADPCM编码延迟为拆分比例x:y满足：
得到拆分比例x:y＝(T1-T3):(T1-T2)；考虑到嵌入式设备需要预留下部分运算资源以作他用以及可容许的编码延迟，设置拆分比为M:N，满足M:N＜(T1-T3):(T1-T2)和
优选的，在音频采集端的一个音频信号采集周期内，首先开始对M帧音频信号中的部分进行AAC编码，并将编码完成后的AAC音频帧发送给存储播放端；接着对M到(M+N)帧音频信号进行ADPCM编码，并将编码完成后的ADPCM编码发送给存储播放端；最后对M帧音频信号中的剩余部分进行AAC编码，并将编码完成后的AAC音频帧发送给存储播放端；在一个音频信号采集周期内完成一个周期内音频信号采集数据的编码。
首先开始对M帧音频信号进行AAC编码，但是由于AAC编码速度慢于声音信号的采集速度，所以在采集完M帧音频信号时，AAC编码完成的音频信号的帧数是小于M帧的；接着将采集到的M到(M+N)帧音频信号进行ADPCM编码，但是由于ADPCM编码速度快于声音信号的采集速度，所以ADPCM编码可以在音频信号采集周期内完成；而该周期内剩余空闲时间则用于完成M帧音频信号内未完成AAC编码的音频信号的AAC编码。
优选的，在存储播放端，对接收到的ADPCM编码格式的第M到(M+N)帧音频信号进行ADPCM解码，同时对第(M+1)到(M+N)帧音频信号进行AAC编码，而对第M帧音频信号不需要编码，以第第(M+1)帧音频信号开始，解决AAC编码的帧间相关性。
有益效果：本发明提供的嵌入式音频采集端AAC音频编码方法，对AAC音频编码进行拆分，使得运算能力有限的嵌入式音频采集端也能进行部分的AAC音频编码，充分利用采集端的运算资源，同时不需要特殊的硬件资源，并减少传输数据所需带宽。
附图说明
图1为本发明的流程图，其中实线代表音频数据。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种嵌入式音频采集端AAC音频编码方法，基于对AAC音频编码进行帧间拆分，拆分为在两端编码的思想：
音频采集端根据其可以提供的计算能力和可容许的音频编码延迟，对采集到的原始音频信号按照一定的数量拆分为两部分，一部分直接在本地进行AAC编码后传输到存储播放端，另一部分进行简单的ADPCM编码后传输到存储播放端；
存储播放端对接收到的不同数据进行不同处理：对接收到的AAC编码直接进行编码存储；对收到的ADPCM编码首先解码为原始数据，然后再对原始数据进行AAC编码并对结果编码存储；存储播放端对编码存储的两部分AAC编码根据编码进行重新排列，并输出最终完整有序的AAC音频数据。
音频采集端根据其可以提供的计算能力和可容许的音频编码延迟，对采集到的原始音频信号按照一定的数量拆分为两部分，在嵌入式设备的CPU占用率为100％的情形下，具体为：对一段时间为T1的原始音频信号，进行AAC编码所需的编码时间为T2，进行ADPCM编码所需的编码时间为T3，音频信号每帧的长度为T4，可容许的编码延迟为T，其中T2＞T1，T3＞T1；则每一帧原始音频信号的AAC编码延迟为每一帧原始音频信号的ADPCM编码延迟为拆分比例x:y满足：
得到拆分比例x:y＝(T1-T3):(T1-T2)；考虑到嵌入式设备需要预留下部分运算资源以作他用以及可容许的编码延迟，设置拆分比为M:N，满足M:N＜(T1-T3):(T1-T2)和
在音频采集端的一个音频信号采集周期内，首先开始对M帧音频信号进行AAC编码，并将编码完成后的AAC音频帧发送给存储播放端，但是由于AAC编码速度慢于声音信号的采集速度，所以在采集完M帧音频信号时，AAC编码完成的音频信号的帧数是小于M帧的；因此，当采集完M帧音频信号后，对接下来将要采集到的(M+1)到(M+N)帧音频信号进行ADPCM编码，并将编码完成后的ADPCM编码发送给存储播放端，但是由于ADPCM编码速度快于声音信号的采集速度，所以ADPCM编码可以在音频信号采集周期内完成，而剩余空闲时间则用于完成M帧音频信号内未完成AAC编码的音频信号的AAC编码，并将编码完成后的AAC音频帧发送给存储播放端。
在存储播放端，对接收到的ADPCM编码格式的第M到(M+N)帧音频信号进行ADPCM解码，同时对第(M+1)到(M+N)帧音频信号进行AAC编码，而对第M帧音频信号不需要编码，以第第(M+1)帧音频信号开始，解决AAC编码的帧间相关性。
该方法的具体实现流程为：
(1)首先在音频采集端进行完整的AAC音频编码测试，即对输入的声音信号进行AAC编码，得到每一帧声音信号进行AAC编码所需的平均时间Ta；
(2)根据Ta的大小与可允许的编码延迟T，对音频信号帧进行拆分；由Ta的大小和编码延迟为T，根据前面所述计算方法，确定拆分比M:N；
(3)在音频采集端对声音信号进行AAC编码；根据拆分块大小，首先对M帧音频信号进行AAC编码，并将编码完成后的AAC音频帧发送给存储播放端，但是由于编码速度慢于声音信号的采集速度，所以在采集完M帧声音信号时，编码完的音频帧是小于M帧的。接着将采集到的M到(M+N)音频帧信号进行ADPCM编码，由于ADPCM编码速度快于音频信号的采集速度，所以ADPCM编码能在音频信号的采集周期内完成，而剩余空闲时间则用于剩下的未在音频采集周期内完成的音频信号的AAC编码，并将编码完成后的AAC音频帧传输到存储播放端；
(4)在存储播放端，对于接受到的ADPCM格式的M到(M+N)音频帧信号进行ADPCM解码，同时对解码完的(M+1)到(M+N)音频帧信号进行AAC编码，而M帧音频信号不需要编码，只用于(M+1)信号，解决AAC编码的帧间相关性；
(5)在存储播放端，将两部分AAC音频帧信号进行重排列(其中一部分来自采集端编码的AAC音频帧，另一部分则是本地编码的AAC音频帧)，输出最终完整有序的AAC音频数据。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种嵌入式音频采集端AAC音频编码方法，其特征在于：基于对AAC音频编码进行帧间拆分，拆分为在两端编码的思想：
音频采集端根据其可以提供的计算能力和可容许的音频编码延迟，对采集到的原始音频信号按照一定的数量拆分为两部分，一部分直接在本地进行AAC编码后传输到存储播放端，另一部分进行ADPCM编码后传输到存储播放端；具体的拆分方式为：对一段时间为T1的原始音频信号，进行AAC编码所需的编码时间为T2，进行ADPCM编码所需的编码时间为T3，音频信号每帧的长度为T4，可容许的编码延迟为T，其中T2＞T1，T3＞T1，设置拆分比为M:N，满足M:N＜(T1-T3):(T1-T2)和
存储播放端对接收到的不同数据进行不同处理：对接收到的AAC编码直接进行编码存储；对收到的ADPCM编码首先解码为原始数据，然后再对原始数据进行AAC编码并对结果编码存储；存储播放端对编码存储的两部分AAC编码根据编码进行重新排列，并输出最终完整有序的AAC音频数据。
2.根据权利要求1所述的嵌入式音频采集端AAC音频编码方法，其特征在于：在音频采集端的一个音频信号采集周期内，首先开始对M帧音频信号中的部分进行AAC编码，并将编码完成后的AAC音频帧发送给存储播放端；接着对M到(M+N)帧音频信号进行ADPCM编码，并将编码完成后的ADPCM编码发送给存储播放端；最后对M帧音频信号中的剩余部分进行AAC编码，并将编码完成后的AAC音频帧发送给存储播放端；在一个音频信号采集周期内完成一个周期内音频信号采集数据的编码。
3.根据权利要求2所述的嵌入式音频采集端AAC音频编码方法，其特征在于：在存储播放端，对接收到的ADPCM编码格式的第M到(M+N)帧音频信号进行ADPCM解码，同时对第(M+1)到(M+N)帧音频信号进行AAC编码，而对第M帧音频信号不需要编码，以第(M+1)帧音频信号开始，解决AAC编码的帧间相关性。
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