基于ARM946E處理器的MP3解碼優(yōu)化設(shè)計(jì)
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根據(jù)ARM946E處理器硬件特點(diǎn)，對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的關(guān)鍵程序進(jìn)行C語(yǔ)言和ARM匯編級(jí)代碼優(yōu)化。
4．1 減計(jì)數(shù)循環(huán)體
IMDCT和子帶合成濾波器組2個(gè)運(yùn)算量最大部分中有多個(gè)循環(huán)體運(yùn)算，為了提高執(zhí)行效率，推薦使用減計(jì)數(shù)循環(huán)體。
如表3所示，對(duì)于固定次數(shù)的循環(huán)，減計(jì)數(shù)循環(huán)比增計(jì)數(shù)循環(huán)速度快。這是因?yàn)槊看卧鲇?jì)數(shù)循環(huán)體外加3條指令，而減計(jì)數(shù)循環(huán)體外只有2條指令，減循環(huán)終止條件為減計(jì)數(shù)到零，而不是計(jì)數(shù)增加到某個(gè)特定的限制值。由于減計(jì)數(shù)結(jié)果已存儲(chǔ)在指令條件標(biāo)志里，省去與零比較指令。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/152480.htm
4．2 內(nèi)聯(lián)函數(shù)和內(nèi)嵌匯編
MP3解碼算法中定點(diǎn)化乘法都是通過(guò)函數(shù)調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)，每次調(diào)用需要開(kāi)銷23～28個(gè)時(shí)鐘周期，其中超過(guò)15個(gè)周期用于函數(shù)調(diào)用時(shí)PC指針以及寄存器壓棧保護(hù)上。采用內(nèi)聯(lián)函數(shù)方式(使用關(guān)鍵字_inline聲明)或宏指令，在編譯階段代碼段將被直接展開(kāi)。另外armcc編譯器允許在C源程序中使用內(nèi)嵌匯編(但代碼可移植性差)，使用包括匯編的內(nèi)嵌函數(shù)，可以使編譯器支持通常不能有效使用的ARM指令和優(yōu)化方法，例如C編譯器不支持的ARM v5E擴(kuò)展指令。使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)結(jié)合內(nèi)嵌匯編實(shí)現(xiàn)移位乘法，可使平均時(shí)鐘周期縮短為6～8個(gè)。
4．3 ARM DSP擴(kuò)展指令的運(yùn)用
ARM946E處理器支持ARMDSP擴(kuò)展指令，主要包括3個(gè)類型：
(1)單周期的16×16和32×16 MAC操作；
(2)對(duì)原有的算術(shù)運(yùn)算指令增加了飽和處理擴(kuò)展；
(3)前導(dǎo)零(CLZ)運(yùn)算指令，提高歸一化、浮點(diǎn)運(yùn)算以及除法操作的性能。
ARM處理器不支持浮點(diǎn)運(yùn)算，經(jīng)過(guò)測(cè)試及分析，定點(diǎn)運(yùn)算中數(shù)值的截?cái)嗾`差選擇為28 b，其可以達(dá)到較好的解碼音質(zhì)，不會(huì)因?yàn)楸暨^(guò)多而影響播放效果。
完成類似的乘法功能，ARM的SMULL(32×32)指令需要3個(gè)周期，而ARMDSP擴(kuò)展指令SMULWT(32×16)只需要1個(gè)周期。從數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性上分析，由于乘數(shù)的精度為16 b，最終結(jié)果有些差異，但由于MP3解碼運(yùn)算都是基于28 b的定點(diǎn)數(shù)值的，所以通常的運(yùn)算都是一個(gè)運(yùn)算結(jié)果跟某一個(gè)固定定點(diǎn)表中的數(shù)據(jù)相乘的。若選擇固定定點(diǎn)表中數(shù)據(jù)的高16 b數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果誤差在1 b以內(nèi)。
為了驗(yàn)證使用ARMDSP擴(kuò)展指令的優(yōu)化效果，在系統(tǒng)120 MHz主頻下，以128 Kb／s的壓縮速率進(jìn)行編碼測(cè)試，采用的測(cè)試文件如表4所示。
上述3個(gè)MP3測(cè)試文件的比特率均為128 Kb／s，使用這三首MP3歌曲進(jìn)行解碼分析結(jié)果如圖3所示。
實(shí)驗(yàn)表明，使用ARMDSP擴(kuò)展指令比使用ARM一般指令解碼性能平均提高17．5％，主觀聽(tīng)覺(jué)上音質(zhì)效果無(wú)差異。
5 結(jié) 語(yǔ)
這里充分利用ARM946E處理器的DSP擴(kuò)展指令特點(diǎn)提高程序代碼的執(zhí)行效率，對(duì)3個(gè)關(guān)鍵模塊：Huff-man解碼，IMDCT運(yùn)算，合成子帶濾波進(jìn)行算法優(yōu)化及簡(jiǎn)化處理，減少了各模塊的運(yùn)算量，同時(shí)從C語(yǔ)言和ARM匯編層次來(lái)優(yōu)化代碼，取得了較好的實(shí)時(shí)MP3解碼效果。
評(píng)論