【正文】 的基礎上保證高質量的播放效果。 MP3 就是 MPEG1 Layer3，是基于感知編碼的算法，目前在 CD 音質的聲音壓縮方面，是一種通用的方法。因此音頻壓縮技術在廣播專業(yè)領域、網絡傳輸及多媒體應用中受到廣泛關注，成為音頻信號處理的關鍵技術之一。也許廠家在設計之初，僅僅是為了增加 賣點而 不曾深入考量過這樣的新設計，是否就能夠更好的服務于用戶。 課題研究的目的和意義 課題研究的目的 MP3 早在多年前就打敗了 CD/MD 播放器，奪取了隨身 聽市場的頭把交椅。MP3 數字化設備以及數字化信息正是迎合網絡傳輸方便性的趨勢，通過全球龐大的計算機網絡得以廣泛應用。由于 MP3 播放器的生產成本較低、外觀可塑性強，并且可置于手機等不同產品中，滿足了不同消費者的需求，因此，受到了不同層次消費者的青睞。通過驗證系統(tǒng)可行性，期望能以盡量小的硬件成本，達到盡量好的加速效果。這類的產品的體積通常較小， 價位通常相對較低，對于功耗的要求也相對的嚴格許多。 1995 年， MP3 格式的音樂文件剛 在網絡上傳播時，主要用 Winamp 等播放軟件進行播放，使 MP3 音樂無法脫離計算機進行播放，給音樂欣賞帶來了不便。 MP3 作為高質量音樂壓縮標準，給音頻產業(yè)帶來了巨大的沖擊。電子技術的飛速發(fā)展，使得嵌入式設備在各個領域的應用越來越廣泛，復 雜度也越來越高，對其開發(fā)方法也提出了更多的要求和更大的挑戰(zhàn)。 關鍵詞 ： 音樂 播放器； 單片機 ；解碼器 ； Microcontrollerbased MP3 Player Design Abstract MP3 is MPEG1 Audio Layer Ⅲ for short. MPEG Audio is widely used audio pression standards, including the most plex algorithm Ⅲ level, but the maximum pression ratio, better, at lower bit rate can be achieved under the conditions of the basic CD39。低數據量和高播放品質的優(yōu)點使其成為音樂存儲、數字廣播、網上音樂傳輸的主要方式。 5 月初 —— 6 月初 系統(tǒng)調試并完成說明書的寫 作，準備答辯。 對形成的設計進行測試分析。 課題的研究內容主要包括以下幾方面： MP3 壓縮算法的研究。 MP3 解碼器的設計。 （ 2）時間安排 ： 3 月初 —— 4 月初 通過學習，了解 MP3 壓縮算法。 此時間安排可根據對課題的掌握情況適當調整。 單片機是一 種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術把具有數據處理能力（如算術運算，邏輯運算，數據傳送，中斷處理）的微處理器，隨即存取數據處理器，只讀程序存儲器，輸入輸出電路，可能還包括定時計數器，串行通信口，顯示驅動電路，模擬多路轉換器及A/D 轉換器等電路集成到一塊單塊芯片上，構成一個最小而又完善的計算機系統(tǒng)。s sound quality. Low data volume and the advantages of high playback quality make it a music store, digital broadcasting, the main form of online music transmission. Single tablets machine is a integrated circuit chip, used Super mass technology to has data processing ability (as arithmetic operations, logic operations, data transfer, interrupt processing) of microprocessor, immediately access data processing device, only read program memory, entered output circuit, may also including scheduled counter, serial pass socket, display driven circuit, simulation more road conversion device and the A/D conversion device, circuit integrated to a single block chip Shang, constitute a minimum and and perfect of puter systems. This article describes has a based on ATMEL pany production of AT89C51 single tablets machine of MP3 play device design, analysis has based on single tablets machine of music play device of work principle, more describes has music play device of function and hardware design and software design of method, to single tablets machine for core, by minimum system, and D/A conversion circuit and keyboard circuit, pleted on music play device of design and implementation. In this paper, the AT89C51 microcontroller as the core of the music player39。在嵌入式設備系統(tǒng)開發(fā)過程中需要將軟件用于操作系統(tǒng)編譯連接成一個整體，然后下載到目標機上運行。 MP3 技術使音樂數據壓縮比率大，回放質量高。近幾年以來，隨著 MP3 播放器的出現及其技術的發(fā)展，人們對 MP3 播放器的要求越來越高，制造商在 MP3 播放器的選型、設計、開發(fā)、附加功能和試用領域等方面做了很多努力，設計了多種方案 [13]。也因此先進設計的焦點已經不只是放在傳統(tǒng)的性能上，低功耗和低成本已經轉而變成最重要的因素之一。希望此研究分析的經驗及成果，能成為以后 開發(fā) 一個特殊應用平臺時的基礎。另一方面， MP3 格式是世界上第一個有損壓縮的編碼方案，基本上所有的播放器都支持它。 本課題來源于 生產實踐 東北林業(yè)大學畢業(yè)設計 2 音質是選擇音樂格式最重要的一個因素， MP3 音樂具有壓縮比高，音質較好、制作簡單、容易獲取、交流方便等優(yōu)點。然而事隔多年， MP3 播放器非但沒有任何即將衰敗的跡象，反而因為越來越強悍的功能，越來越多變的造型以及工業(yè)設計新元素的添加，讓 MP3 能夠持久的煥發(fā)著生機和活力。甚至已可以說，一些新鮮元素僅僅是一種吸引眼球的賣點，當站在實用好用的角度考慮時，更多的只是一種設計上的缺陷。 MPEG(Moving Picture Experts Group)運動圖像專家組，在 1992 年底制定了第一個世界范圍的 HiFi(HighFidelity)質量的音頻編碼標準 MPEG1。使用 MP3 標準對于音頻數據編碼既可以獲得較大的音頻數據壓縮比，又可以得到較好的音樂回放質量。 課 題研究的意義 MP3 音頻播放器的最合理工作速度為 30Mips，而一個典型的視頻媒體播放器的理想速度則為 175Mips，所以提高 MP3 的工作速度，以及改善 MP3 的音質是最關鍵的，也是亟待解決的問題。 另外一個原因是近年來，嵌入式系統(tǒng)與 單片機開發(fā) 的有機結合，已廣泛被應用于網絡東北林業(yè)大學畢業(yè)設計 3 通信、工業(yè)控制、機頂盒、 PDA 等諸 多領域 [8]。本文以嵌入式 MP3 播放器業(yè)務為研究的對象，通過對整個市場的研究、分析、比較得出嵌入式 MP3 的核心競爭力所在，并籍此制定出合理的競爭和發(fā)展戰(zhàn)略，最終在市場競爭中獲勝。 隨著微電子技術的飛速發(fā)展，嵌入式產品以其自然 的人際交互界面和豐富的多媒體處理能力迅速得以推廣，并取得了巨大成功。 MP3 市場超高速增長主要依賴以下因素：（ 1）國際市場閃存的價格迅速回落，使得MP3 的生產成本大幅度下降，從而引發(fā) MP3 價格的雪崩，市場平均價格從 1100 多元下降到 700 多元，一直到現在的 200 到 300 元，有效的刺激了學生等低收入群體的購買（ 2）MP3 的功能不斷增強，大多數 MP3 在基本的播放功能的基礎上已經具備了錄音、收音、FM 等附加功能，同時音質不斷改善，播放模式更加多樣化，容量也在不斷擴大 [9]。一方面他們繼續(xù)鞏固在高端市場的優(yōu)勢，同時也在不斷想中低端市場滲透。在此基礎上，愛國者 還另辟蹊徑，推出獨特的彩屏 MP3。隨著價格的回落 與技術的成熟，當前的MP3 已經不再是過去發(fā)燒友們享受音樂的專利。蘋果的硬盤式 MP3— iPod 也因人性化的操作方式、巨大的容量，引起了轟動，為 MP3 產品帶來了全新的思路。 MP3 播放器一般分成 3 個部分： CPU、 MP3 硬件解碼器存儲器。盡管 MP3 音樂是有損的，它在壓縮過程中對功率譜較弱的信號有所丟失，但它同 CD 原聲區(qū)別不大，不影響一般音樂愛好者對音樂的欣賞。 （ 2） 對 MP3 播放器的整體結構 進行 分析 。這里的中央處理器我們通常成為 MCU（單片微處理器），簡稱單片機。它可以直接完成各種格式 MP3 數據流的解碼操作，并輸出 PCM 或 I2S 格式的數字音頻信號 [10]。播放機其中一個任務就是要實現 FAT 文件系統(tǒng)，即可以從 FAT 文件系統(tǒng) 支持 的磁盤中按文件名訪問并讀出其中的數據。 音頻 DAC 是將數字音頻信號轉換成模擬音頻信號，以推動耳機、功放等模擬音響設備。模擬信號對波的表示是連續(xù)的函數特性，基本的原理是不同頻率和振幅的波疊加在一起。這是 ADC（模擬 — 數字轉換）過程， DAC（數字 — 模擬轉換）過程相反，將連續(xù)的數字按采樣時候的頻率轉換成對應的電壓。上述數字化的過程又稱為脈沖編碼調制，通常由 A/D 轉換器來實現。采樣頻率越高，量化位數越多，數字化后的音頻質量越高。設這一時間間隔為 T，則 取樣后的信號為 ? ?xnT ， n 為自然數。 ? ? ? ? ? ?? ?sinnn t n TTx t x n tt n TT?? ? ????? （ 22） 當采樣頻率為 1/2T 時，即 12nfT?時，稱 nf 為 奈 奎斯特采樣頻率。通常這個量化值用二進制來表示，用 N 位二進制碼字可以表示 2N 個不同的量化電平。 根據以上公式可知，要減小比特率 I，在 2s 已經確定的情況下，只能去減少 N 的值。用均勻量化來量化輸入信號時，無論對大的輸入信號還是小的輸入信號都一律采用相同的量化間隔。 采用不同量化方法，量化后的數據量也就不同。具體說 就是用 n 比特的二進制編碼來表示已經量化了的樣值，每個二進制數對應一個量化電平，然后把它們排列，得到由二值脈沖串組成的數字信息流。波形編碼是盡量保持輸入波形不變，即重建的語音信號基本上與原始語音信號波形相同，壓縮比較低；參數編碼是要求重建的信號聽起來與輸入語音一樣，但其波形可以不同，它是以 語音信號所產生的數學模型為基礎的一種編碼方法，壓縮較高；混合編碼是綜合了波形編碼的高質量潛力和參數編碼的高壓縮效率的混合編碼方法，這類方法也是目前低碼率編碼的方向 。例如，一幀有剩余的空間，而下一幀沒有，他們就可以組合起來產生一個優(yōu)化的結果。首先，壓縮過程將人類根本不能聽到的部分丟棄（或者至少做出可接受的折衷），然后對冗余編碼進一步的壓縮 [18]。 MP3 編碼過程可以分成幾個步驟：首先，將 信號分解成稱為幀的組建片、每一幀持續(xù)不到一秒。第三，要考慮數據傳輸率，它決定了每一幀能夠分配的比特最大值。第四，經過 Huffman 編碼的處理，這個過程去處取樣的冗余信息。把一定數量的幀集合起來，再在每個數據幀前加上頭信息，就組裝成一系列的比特流，頭信息主要包括一些相關幀的指令。 MP3 的聲音數據分成幀，每幀包含 1152 個樣本的數據，由 32 個子帶分別輸出 MP3的編碼器輸入，以 12 個樣本為一組，每組樣本經過時間 頻率變換之后進行一次位分配并記錄一個比例因子（ scale factor）。在濾波器組上， MP3 在使用了正交鏡像濾波（和MP1 和 MP2 相同）后，緊跟著使用了改進離散 余弦 變換 MDCT（ Modified Discrete Cosine Transform），對正交鏡像濾波的不足進行了一些補償。 圖 22 MP3 編碼器和解碼器的結構 分析濾波器組 比例器和量化器 哈夫曼編碼 掩蔽域值 邊信號編碼器 F F T MDCT 動態(tài)加窗