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libdca解码器32位定点化

2019-07-13 16:41发布

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libdca是DTS的浮点开源解码器，在不影响音质的条件下，我对其进行浮点转定点并进行优化，使其能在32位定点DSP上高效的运行。 首先是定点化，首先我们可以先使用64位运算来替代浮点运算，一般来说这种定点化不会影响音质，但在32位定点DSP上64位运算的效率也是不高的，所以最终的目标是32位定点运算。（听说还有16位的，这我就没有达到过了，不知道哪位仁兄能够达到，分享一下） libdca解码器代码中的主要的浮点运算主要在两个函数中，一个是dca_subsubframe()，另一个是qmf_32_subbands()，集中在反量化，ADPCM，IMDCT，加窗操作中。 我的策略是各个击破，在其他部分不变的情况下，定点化其中之一，这样可以隔离它们之间的互相干扰。当四个部分都定点完成，再集成到一起，进行微调。大体上这样就可以完成定点工作。 具体这四个部分怎么操作，我以反量化部分举例说明。   首先，介绍一下DTS的量化，DTS的量化比较特别，她有两个量化步长矩阵，对每个采样在每个量化矩阵中各对应一个量化步长，逆量化的步骤就是熵解码输出×量化步长矩阵1×量化步长矩阵2得到逆量化输出。（能不能把两个量化矩阵合二为一呢？我估计不能，因为每个采样对应的两个矩阵中的元素是动态的，对应关系我不是很清楚，有清楚的强人希望分享一下，毕竟能够节省很多乘法） 因为不能合并两个矩阵，我只能估计一下两个矩阵相乘的结果动态范围，应该是2.384e-7～1.33e7，当然这个是极限值，说明DTS标准量化步长的范围很大，实际上用到的不可能有这么大。 熵解码的输出大概是0～3e4（绝对值，解码输出为整数），可以看出，如果直接相乘，得到逆量化的动态范围2.382e-7~4e11，实际上像上面说的一样，不可能会有这么大的动态范围，至少上限根据我的经验不会溢出32位，应该比32位还小不少，我曾经测试过一些码流，可惜数据量太大没有记录下来，我也忘记了。
 我们需要定点化哪个部分呢？ 浮点运算出现在量化步长矩阵1和量化步长矩阵2相乘得最终量化步长的运算上，其中一个矩阵是定点的，范围为0～8317638；另一个矩阵是浮点的，动态范围是2.384e-7～1。 使用浮点运算可以保证精确度和动态范围，先使用64位定点化。 首先就是先把矩阵2左移一定的位数，比如24位，将矩阵2转为定点的，这样矩阵2的动态范围为4～1.67e7，这样再和矩阵2相乘，乘完之后再右移24。这样的做的话虽然比浮点运算损失一定的精度，但一般人耳是听不出来的。 64位定点完成，考虑如何转成32位定点，矩阵2的动态范围太大了，达到了24位，如果直接笼统左移就会遇到一个矛盾——左移位数大了，32位乘法会溢出，左移位数小了又会损失精度太多，出现明显的噪声。于是我考虑缩小矩阵2的动态范围（有人说，为什么不考虑改动矩阵1？事实上我试过改动矩阵1，结果在一些码流出现明显的噪声，所以还是推荐改动矩阵2），缩小矩阵2的动态范围的方法就是对不同大小的元素左移不同的位数，使其达到一定的范围，比如128～256，于是对0.5我就左移8位，对0.0008我就左移17位，创建一个新矩阵记录我们的移位值，乘法结束后还要右移回来。于是矩阵2的动态范围为128～256，和矩阵1的乘法也不会溢出，而且精度不错。这样32位的定点也就完成了。其实这就是一个矩阵定标的过程。 其他几个部分的32位定点类似，只不过ADPCM定标的是ADPCM的表，IMDCT定标的是cos表，加窗定标的是加窗的表。 当然，上面的过程说起来简单，做起来还是比较麻烦的，主要是左移位数的把握，也就是矩阵2元素大小的把握，小了精度不够，大了又容易溢出，（要知道溢出造成的噪声是相当明显的，有时宁愿损失一些精度也要保证不溢出）。我常常要测码率的采样的动态范围，像走钢丝一样，在尽量提高精度的同时不溢出。 写到现在，觉得其实我的定点化的思想早就有过了，就是Q格式，思想上差不多，只不过我用Q格式还不习惯。 技术水平不行，语言组织能力更差，可能会有不对的地方，希望您的指正。  

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