基于矩陣乘法器的MP3解碼優(yōu)化設(shè)計(jì)

顯然，這種結(jié)構(gòu)的計(jì)算速度很快，但是使用乘法器會(huì)因矩陣維數(shù)n的增加而快速增加，使用的觸發(fā)器也很多。在很多場(chǎng)合下，只要滿足處理速度的要求，完全沒(méi)有必要浪費(fèi)這么多硬件資源，而是只要1個(gè)乘累加單元流水作業(yè)，分步計(jì)算每1列結(jié)果既可。在做乘累加計(jì)算1個(gè)元素時(shí)候，準(zhǔn)備下一組參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)，如此循環(huán)，同樣可以獲得較高的處理速度。
在該設(shè)計(jì)中，由于B矩陣是1×n的一維向量輸入數(shù)據(jù)，A矩陣為DCT系數(shù)矩陣，A矩陣中的元素為n個(gè)系數(shù)的線性組合，因此整個(gè)矩陣乘法器需要2組n個(gè)觸發(fā)器分別存放輸入數(shù)據(jù)和n個(gè)系數(shù)，1個(gè)乘累加單元。輸入數(shù)據(jù)X[0：n]，從X[O]到X[n]循環(huán)n次進(jìn)入乘法器，使用選擇信號(hào)Assi-gn[0：n]選擇系數(shù)C[0：n]，另外系數(shù)符號(hào)由Sign信號(hào)軟件控制，基本結(jié)構(gòu)如圖4所示。

由于DCT計(jì)算本質(zhì)上就是n×n矩陣乘法運(yùn)算，而n×n矩陣乘法器是在通用乘法器的基礎(chǔ)上增加2組分別存放系數(shù)矩陣的系數(shù)C(n)和輸入X(n)的n個(gè)寄存器，使之實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度為n的乘累加功能，同時(shí)還需保存上次乘法結(jié)果。其中，DCT中的系數(shù)是一組n維基的n種線性組合。只需1次輸入n個(gè)系數(shù)，使用軟件進(jìn)行選擇和符號(hào)控制就可實(shí)現(xiàn)這些不同系數(shù)組合，無(wú)需反復(fù)往寄存器中置數(shù)，大大提高了取數(shù)／置數(shù)的效率，節(jié)省了整個(gè)DCT的運(yùn)算時(shí)間。
因此在計(jì)算32點(diǎn)的DCT，可將32點(diǎn)DCT分解為2個(gè)16點(diǎn)的DCT計(jì)算，計(jì)算量也減少1倍?？梢允褂?組16×16的矩陣乘法器并行計(jì)算，使得計(jì)算時(shí)間大幅減少。表2是通過(guò)增加矩陣乘法器優(yōu)化處理后，子帶綜合濾波使用不同實(shí)現(xiàn)方式所需要的時(shí)間。

結(jié)果表明，第2．1節(jié)中使用快速32點(diǎn)DCT算法改進(jìn)子帶綜合濾波計(jì)算是有效的，直接減少59％的計(jì)算時(shí)間。在采用并行2個(gè)16×16矩陣乘法器加速快速32點(diǎn)DCT的計(jì)算，可以取得明顯的效果：使得計(jì)算時(shí)間比原算法減少了約91．4％，而且硬件上只增加1個(gè)乘法器和30個(gè)數(shù)據(jù)鎖存器，以及部分控制電路。使用軟硬件協(xié)同操作就可以獲得子帶綜合濾波計(jì)算速度上的大幅度上升。

3 結(jié)語(yǔ)
該設(shè)計(jì)面向SoC實(shí)現(xiàn)了利用增加矩陣乘法器就可加快基于32點(diǎn)快速DCT算法的MP3解碼中子帶綜合濾波的處理速度，大大緩解了系統(tǒng)的頸瓶，使得采用系統(tǒng)主頻比較低(fs≤100 MHz)的SoC平臺(tái)進(jìn)行MP3的解碼成為可能。