【正文】 ......................................... 22 實驗結(jié)果 .......................................................................................................... 26 第六章 總結(jié)與展望 ...................................................................................................... 28 總結(jié) ................................................................................................................. 28 進(jìn)一步的工作 ................................................................................................... 28 參考文獻(xiàn) 29 致 謝 ..................................................................................................................... 31 mp3 解碼器畢業(yè)論文 I 摘 要 隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展 , 對信息存儲和傳送的要求越來越高 , 因而這方面的資源愈發(fā)緊張 , 如何對信源進(jìn)行高效的編碼成了一個日益迫切的問題。對于語音信號而言 , 碼率越高，被壓縮的比例越小，音質(zhì)損失越小，與音源的音質(zhì)越接近。因此通過底層 API 函數(shù)實現(xiàn)針對特定處理器的特定關(guān)鍵算法進(jìn)行程序結(jié)構(gòu)重組和優(yōu)化，為嵌入式系統(tǒng)低功耗高代碼執(zhí)行效率提供一種很好的解決方案。 關(guān)鍵詞： STM32F107, MP3, Keil, Ride, 嵌入式，編碼，解碼華東師范大學(xué)信息學(xué)院 計算機科學(xué)技術(shù) 2020 年學(xué)士畢業(yè)論文 II Abstract With the rapid development of munication technology, we have high demands on information storage and transmission. So the shortage of resource bees an important problem. The encoding of information bees an urgent problem. Low bit rate encoding is very important for transmission and storage of information. Audio multimedia is increasingly widespread. As embedded system application requirements and cost factores in the system, embedded system resources, including hardware and software resource are very streamlined and efficient. Therefore, the underlying API function through the processor to achieve a specific key for a particular algorithm program restructuring and optimization for low power embedded systems to provide high efficiency in the implementation code a good solution. Our Mp3 decoder is based on STM32. The program piled using Ride7 cross piler development platform for development. And experiments are runing on Keil. To achieve the ultimate simulation platform based on STM32F107 the MP3 codec implementation. Key Words: STM32F107, MP3, Keil, Ride, Embed System, Coding, Decodeing. 畢業(yè)論文 1 第一章 引 言 研究背景 通信技術(shù)隨著科技的發(fā)展 ,人們對信息傳送和存儲的要求越來越高 , 從而使得這方面的資源愈發(fā)緊張 ,所以如何高效的編碼信源成了一個日益迫切的問題。 MP3已經(jīng)發(fā)展 了 10多 個年頭， 它 是 MPEG(MPEG： Moving Picture Experts Group) Audio Layer3 的簡稱，是 MPEG1 的衍生編碼方案， 1993 年由德國 Fraunhofer IIS研究院和湯姆生公司合作發(fā)展成功。在 早期 ， mp3 編碼器幾乎是以粗暴方式來編碼，所以 音質(zhì)破壞 得很 嚴(yán)重。 因為MP3 開發(fā)時間很長 ，加 上基本 不錯的壓縮比及音質(zhì)， 很多 游戲也使用 mp3 作為 音效和背景音樂。使得 mp3 成為 被支持的最好的編碼之一。比如 :手機、 Mp3播放器等等便攜式設(shè)備。而且嵌入式手持設(shè)備的視頻設(shè)備也應(yīng)用的越來越廣泛。簡單介紹了 MP音頻編解碼、嵌入式設(shè)備的需要及普遍應(yīng)用。 Mp3 的原理，發(fā)展歷程，特點以及編解碼的基本方法。 第六章， 總結(jié)與展望。因為此類 壓縮方式的全稱叫 MPEG Audio Layer3， 因此 人們把它簡稱為 MP3。但是它 對于大多數(shù)用戶來說重放的 音質(zhì) 與最初的不壓縮音頻相 比沒有 明顯 的下降。 次 項 目是歐盟作為 EUREKA 研究項目資助的，它的名字稱為 EU147。r Rundfunktechnik和荷蘭飛利浦公司提出的 Musicam 方法 。在 Mussmann 教授（ University of Hannover）的主持下，標(biāo)準(zhǔn)的制定由 Leon van de Kerkhof（ Layer I）和 Gerhard Stoll（ Layer II）完成。 MP3 能夠在 128kbit/s達(dá)到 MP2 192kbit/s 音質(zhì)。在 1995 年首次正式公布 ， 這個標(biāo)準(zhǔn)的稱呼 ： ISO/IEC 138 使用 此 參考的壓縮率通常較高，這也說明了壓縮率對于有損壓縮存在的問題。 ISO MPEG Audio 委員會成員 使用了 一個稱為 ISO 111725 的參考模擬軟件來 生 成位兼容的 MPEG Audio 文件（ Layer Layer Layer 3）。 這些程序使得制作、共享、播放和收集 MP3 文件很容易地 被 普通用戶 實現(xiàn) 。因為 MP3 音質(zhì)高 、 體積小的特點使得 MP3 格式 幾乎成為網(wǎng)上音樂的代名詞。可以按照不同的位速壓縮 MP3 音頻 文件 ， 使之 在數(shù)據(jù)大小和聲音質(zhì)量之間進(jìn)行權(quán)衡的一個范圍。 MP3 格式使用了混合的轉(zhuǎn)換機制將時域信號轉(zhuǎn)換成頻域信號。 MP3 的音頻質(zhì)量 MP3 提供了多種不同 “ 位速 ” 的選項用來表示每 秒音頻所需的編碼數(shù)據(jù)位數(shù) ， 典型的速度介于每秒 128 和 320kb 之間。它的急劇變化和隨機性 使得 編碼器的錯誤 將 會更明顯。MP3 編碼的 弊端 在低端計算機的揚聲器上 相對 不 太 明顯， 然 而在高質(zhì)量立體聲系統(tǒng)， 特別 是 在 使用高質(zhì)量的 headphone 時 就會 比較明顯。位數(shù)越高 回放時聲音質(zhì)量也越高。 將 MP3 文件中音頻切分成有不同位速的幀，在編碼文件的時候就可以動態(tài)的 改變位速 ，使得 可變位速（ VBR）也是可能的。 如果是瞬變信號就使用 192 而不是 576 個采樣點，這是限制量化噪聲隨著隨瞬變信號短暫擴散 [11]。 MPEG— llayerⅢ壓縮編碼算法是 ISO 于九十年代初對于音頻壓縮、視頻壓縮及等等數(shù)據(jù)流的同步和復(fù)合提出的國際標(biāo)準(zhǔn) [13]。 MPEG1 layer III 編碼過程如圖： 畢業(yè)論文 8 圖 MPEG1 layer III 編碼過程框圖 MP3 音頻解碼 不同于 MP3 編碼， MP3 的 解碼在標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)行了細(xì)致的定義。所以大多數(shù)的 解碼器比較幾乎是完全基于它們的計算效率 。聲音是一個模擬信號，對聲音進(jìn)行采樣，量化，編碼將得到 PCM 數(shù)據(jù)， PCM 又稱為脈沖編碼調(diào)制數(shù)據(jù)，是電腦可以播放的最原始時域 頻域映射（子帶濾波器組） 數(shù)字音頻信號 M D C T 非線性量化和編 碼 幀數(shù)據(jù)流格式化 輸出碼流 輔助數(shù)據(jù) 生理聲學(xué)模型 FF 樣點 畢業(yè)論文 9 的數(shù)據(jù)，也是 MP3 壓縮的源 [1]。這些信息都是后面的解碼過程中需要的 [8]。例如鋼琴獨奏的錄音就可以利用這種方法在有限的資料流量中減少音場資訊卻大幅增加音色資訊。 頻譜重排列，抗鋸齒處理， IMDCT 變換，子帶合成：這 4 個過程都是對若干公式的操作代碼易懂，至于為什么要用這些公式，估計需要對 MPEG 編碼有個了解才行。 ? 缺點 ： MP3 音頻壓縮技術(shù)是一種 有損 壓縮，因為人耳只能聽到一定頻段內(nèi)的聲音 。發(fā)展歷程以及在嵌入式的應(yīng)用。時鐘頻率達(dá)到 72MHz 的 增強型系列是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品 。 STM32 系列將為業(yè)界帶來 ： 1. ARM 公司的高性能 ”Cortex M3” 內(nèi)核 ： ,而 ARM7TDMI 只有 。 5. 簡單的結(jié)構(gòu)和易用的工具 。 畢業(yè)論文 12 新系列產(chǎn)品整合標(biāo)準(zhǔn)的 STM32 外設(shè)（包 括一個 PWM 定時器），先進(jìn)的面向連接的外設(shè)，高性能的 32 位 ARM CortexM3 CPU。利用新系列微控制器強大的處理性能，開發(fā)人員可以用軟件實現(xiàn)音頻編解碼器，從而消除了對外部組件的需求。 ? Thurmb2 指令集以 16 位的代碼密度帶來了 32 位的性能。 3. 從低功耗模式喚醒時間只需 6 個 CPU 周期。 ? 待機狀態(tài)時極低的電能消耗。 ? STM32 具有三種低功耗模式和靈活的時鐘控制機制，用戶可以根據(jù)自己所需的耗電 /性能要求進(jìn)行合理的優(yōu)化。 ? 從停機模式喚醒通常只需要不到 6us 時間，而從待機模式或復(fù)位狀態(tài)啟動通常只需 50us 就可進(jìn)入運行狀態(tài)。 ? 可以為內(nèi)部實時時鐘選擇 32kHz 的晶振。 畢業(yè)論文 15 4. 靈活的靜態(tài)存儲控制器： 靈活的靜態(tài)存儲控制器向用戶提供： ? 4 塊獨立的分區(qū)支持外部存儲器：當(dāng)系統(tǒng)運行在 72MHz 時，外部存儲器的速度可以高達(dá) 36MHz。 ? 連接 LCD 控制器的并行接口，只是 Intel 的 8080 和 Motorola 的 6800 時序。 Thumb2 技術(shù)比純 ARM 代碼少使用 31％的內(nèi)存，減小了系統(tǒng)開銷，同時能夠提供比 Thumb 技術(shù)高出 38％的 性能。同時，搶占、尾鏈、遲到技術(shù)的使用，大大縮短了異常事件的響應(yīng)時間。 DAP 端 口可以作為串行線調(diào)試端口 (SW— DP)或串行JTAG 調(diào)試端口 (SWJ— DP，允許 JTAG 或 SW 協(xié)議 )使用 ， 其中 SW— DP 只需要時鐘和數(shù)據(jù) 2 個引腳，實現(xiàn)低成本跟蹤調(diào)試，避免使用多引腳進(jìn)行 JTAG 調(diào)試，并全面支持RealView 編譯器和 RealView 調(diào)試產(chǎn)品。上圖顯示應(yīng)用程序的 狀態(tài)機編譯器 如何工作。波文件直接加載到播放緩沖區(qū)（ readbuf），以避免 寫入 目前 被 從circleOS 讀取的狀態(tài)標(biāo)志的正在被播放的區(qū)域。 MP3 文件回放 MP3 文件回放流程如圖 43 所示： 畢業(yè)論文 18 圖 43