FPGA实现MP3音频解码器的芯片设计与验证

"这篇硕士学位论文主要探讨了MP3音频解码器的FPGA原型芯片设计与实现，作者为杜福慧，专业为微电子学与固体电子学，导师为高明伦和杜高明，完成于2009年3月。论文重点在于在实时性和面积限制下，通过算法融合、流水线设计技术以及连续访问公共缓存技术优化MP3解码电路，最终在Altera公司的Stratix II EP2S180 FPGA平台上实现了FPGA原型芯片，解码器性能优秀，满足实时性要求。" 在MP3音频解码器的FPGA原型芯片设计中，作者采用了以下关键技术和方法： 1. **算法融合**：为了减少缓冲区存储需求和内存访问次数，论文中将MP3解码的不同步骤进行了融合。例如，将重排序步骤整合到反量化模块，减半了RAM的读写操作。同时，将IMDCT模块内的三个算法步骤融合在一起，省去了存储中间计算结果的缓存区。 2. **流水线设计**：在反量化和立体声处理等模块中，应用了流水线技术，通过设置寄存器分割长逻辑路径，提高电路性能和可靠性。此外，利用连续访问公共缓存，优化了各计算子模块的工作时序，使得数据计算时间得以隐藏在内存访问过程中。 3. **频率线的零值区特性利用**：通过深入理解数据的特性，特别是频率线的零值区，有效地减少了数据计算量，从而加速了数据处理速度。 4. **FPGA原型芯片设计**：使用Verilog HDL进行RTL级电路设计，完成了功能仿真，并在Altera Stratix II EP2S180 FPGA开发板上实现MP3解码器。该硬件解码器在Stratix II EP2S180器件内仅使用了约5%的资源，包括7189个ALUT和4024个寄存器，工作频率达到69.6MHz，完全满足了MP3解码的实时性需求。 实验结果显示，设计的MP3音频解码FPGA原型芯片能够正常播放声音，解码质量优良，证明了设计的有效性和实用性。 关键词涉及到：MP3解码器，FPGA，Verilog HDL，以及硬件设计，表明了该研究的重点在于使用FPGA技术实现高效的MP3音频解码硬件方案。