文档介绍：基于单片机的 MP3 播放器设计 1 音频信号数字化后所面临的一个不容忽视的问题是:巨大的数据量给存储和传输带来的压力。因此音频压缩技术在广播专业领域、网络传输及多媒体应用中受到广泛关注,成为音频信号处理的关键技术之一。 MPEG(Moving Picture Experts Group) 运动图像专家组, 在 1992 年底制定了第一个世界范围的 Hi-Fi(High-Fidelity) 质量的音频编码标准 MPEG-1 。 MPEG-1 分为三种不同的方式,称为 Layer1 、 Layer2 和 Layer3 。序号越高, 复杂性越大, 但是可提供更好的编码效率,特别是在低比特率时。 MP3 就是 MPEG-1 Layer3 ,是基于感知编码的算法,目前在 CD 音质的声音压缩方面,是一种通用的方法。使用 MP3 标准对于音频数据编码既可以获得较大的音频数据压缩比,又可以得到较好的音乐回放质量。 MP3 的解码器结构复杂,涉及到大量的数学计算,对处理器与内存的要求相当高。目前, AT89C51 处理器以其高性价比,丰富的外设资源,越来越受到各种嵌入式研发人员的青睐[5-7] 。基于以上背景, 我在此次设计中提出了 AT89C51SND1C 微处理器的软件解码方案, 在降低硬件成本的基础上保证高质量的播放效果。 课题研究的意义 MP3 音频播放器的最合理工作速度为 30Mips ,而一个典型的视频媒体播放器的理想速度则为 175Mips ,所以提高 MP3 的工作速度,以及改善 MP3 的音质是最关键的,也是亟待解决的问题。 MP3 是一种典型的嵌入式设备,而现在市场上比较常见的是闪存式 MP3 。由于闪存式 MP3 的容量限制,使它存储歌曲数目较少,在功能上也很难实现多样化。而硬盘式 MP3 的多功能及大容量,也必将受到不少消费者的喜爱。另外一个原因是近年来,嵌入式系统与单片机开发的有机结合,已广泛被应用于网络通信、工业控制、机顶盒、 PDA 等诸多领域[8] 。本文提出了一种基于单片机的 MP3 播放器的设计方案,这就进一步的体现了该设计的灵活性。目前该设计方案已经实现,实践证明,此播放器拥有市面 MP3 所有的全部功能并能够很好的运行。 MP3 播放器一般分成 3个部分:CPU 、MP3 硬件解码器存储器。其中可以将前两部分集成在一起,即带 MP3 硬件解码器的 CPU ;或将后两部分集成在一起,即集成硬件解码、 D /A转换及音频输入。存储器可以是 Flash 存储器或硬盘。通过用 MP3 编码技术,可以得到大约 12:1压缩的有损音乐信号。尽管 MP3 音乐是有损的,它在压缩过程中对功率谱较弱的信号有所丢失,但它同 CD原声区别不大,不影响一般音乐爱好者对音乐的欣赏。MP3 大大缩小了声音文件的长度,使音乐的存储和传输更方便。 2 MP3 的编解码过程 MP3 的工作原理一个完整 MP3 播放器要分几个部分:中央处理器、解码器、存储设备、主机通讯端口、音频 D/A 和功放、显示界面和控制键、其中中央处理器和解码器是整个系统地核心。这里的中央处理器我们通常成为 MCU (单片微处理器) ,简称单片机。它运行 MP3 的整个控制程序,也称为 fireware ( 或者固件程序)。控制 MP3 的各个部件的工作:从存储设备读取数据送到解码器解码;与主机连接时完成与主机的数据交换;接收控制按键的操作; 显示系统运行状态等任务。解码器是芯片中的一个硬件模块,或者说是硬件解码(有的 MP3 播放机是软件解码,由高速中央处理器完成) 。它可以直接完成各种格式 MP3 数据流的解码操作,并输出 PCM 或 I2S 格式的数字音频信号[10] 。本课题来源于生产实践存储设备是 MP3 播放机的重要部分,通常的 MP3 随身听都是采用半导体存储器( FLASH MEMORY )或者硬盘( HDD )作为储存设备的[11] 。它通过接收储存主机通讯端口传来的数据(通常以文件形式) ,回放的时候 MCU 读取存储器中的数据并送到解码器。数据的存储是要有一定格式的,众所周知, PC 管理磁盘数据是以文件形式, MP3 亦不例外,最常用的办法就是直接利用 PC 的文件系统来管理存储器,微软操作系统采用的是 FAT 文件系统,这也是最广泛使用的一种[12] 。播放机其中一个任务就是要实现 FAT 文件系统,即可以从 FAT 文件系统支持的磁盘中按文件名访问并读出其中的数据。主机通讯端口是 MP3 播放机与 PC 机交换数据的途径, PC 通过该端口操作 MP3 播放机存储设备中的数据,拷贝、删除、复制文件等操作。目前最广泛使用的是 USB 总线, 并且遵循微软定义的大容量移动存储协议规范,将 MP3 播放机作为主机的一个移