【正文】 ................................................................ 17 ID3V1 Tag ........................................................................................................ 19 Draw Display amp。 低碼率對信息的高效傳輸和存儲有重要意義。 本文基于 STM32 平臺實(shí)現(xiàn)一個 MP3 編解碼器。對于語音信號而言， 碼率越高，被壓縮的比例越小，與音源的音質(zhì)越接近，音質(zhì)損失越小。 MP3 可以做到 1: 12 的壓縮比并保持基本可聽的音質(zhì) 。隨著新技術(shù)的不斷 發(fā)展 ，編碼技術(shù) 也 一次一次的被改良 。 基本上 著名的 音頻編輯軟件 都 提供了對 MP3 的支持， 所以 可以將mp3 象 wav 一樣使用，但 是因?yàn)?mp3 編碼是有損 編碼 ，因此音質(zhì)會 隨著 多次編輯后急劇下降， mp3 并不適合保存素材，但作為作品的 demo 確實(shí)相當(dāng)優(yōu)秀的。 MP3 也并非完美，在較低碼率下表現(xiàn)不好。但是，由于便攜式設(shè)備的電量，數(shù)據(jù)傳輸，存儲容量都是需要低碼率的音頻解碼與編碼的支持。 隨著音頻多媒體越來越廣泛的應(yīng)用，因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)的成本因素及應(yīng)用要求決定了它在系統(tǒng)資源中 , 包括軟件資源和硬 件資源方面都是非常精簡和高效的。以及介紹了本文所基于的實(shí)驗(yàn)平臺。 第三章 , 介紹 STM32 系列，簡單介紹 了 STM32F107 芯片的功能。 畢業(yè)論文 3 第二章 MP3 簡介 MP3 的原理 MP3 是 通過 利用人耳對高頻聲音信號不敏感的特性，將時域波形信號轉(zhuǎn)換成頻域信號，并劃分成多個頻段 。 運(yùn)用 MP3 壓縮格式 存儲的音樂就叫作 MP3 音樂，能播放 MP3 音樂的機(jī)器就叫作 MP3播放器。 MPEG1 Audio Layer 2 是德國 Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt f252。 EU147 的研究期間是 1987 年到 1994 年。 由于它的出錯時的健壯性、簡單以及在高質(zhì)量壓縮時較少的計(jì)算量而被選中。 由德國 Gerhard Stoll、法國 YvesFranamp。 這些算法最終都在 1992 年成為了 MPEG 的第一個標(biāo)準(zhǔn)組 MPEG1 的一部分 。 通常位速定義 了 編碼器的壓縮效率 。 因?yàn)槿岷汀⒑唵涡傻母枨茉诨胤艜r更容易聽到壓縮格式中的缺陷，所以 Karlheinz Brandenburg 使用 CD 介質(zhì)的 Suzanne Vega 的歌曲 Tom’ s Diner來評價 MP3 壓縮算法。它能夠在一些非實(shí)時操作系統(tǒng)上演示第一款壓縮音頻基于 DSP 的實(shí)時硬件解碼。 畢業(yè)論文 5 MP3 特點(diǎn) MP3是 MPEG Audio Layer3這種壓縮方式的 簡 稱 ，是 一種音頻壓縮技術(shù) 。高品質(zhì)的 MP3 音樂 通過 使用 MP3 播放器對 MP3 文件進(jìn)行實(shí)時的解碼 播放 。 1. MP3 是一個數(shù)據(jù)壓縮格式。 4. 32 波段多相積分濾波器（ PQF）。與 之相對 的是 在 CD 上未經(jīng)壓縮的音頻位速是 kbit/s。 MP3 文件的質(zhì)量與編碼器的質(zhì)量 和 編碼信號的難度有關(guān)。 Fraunhofer Gesellschaft 在官方網(wǎng)站上公布了 MPEG1 Layer 2 和 3的數(shù)據(jù)速率和壓縮率用于比較： ⊙ Layer 1: 384 kbit/s，壓縮率 4:1 ⊙ Layer 2: 192...256 kbit/s，壓縮率 8:1...6:1 ⊙ Layer 3: 112...128 kbit/s，壓縮率 12:1...10:1 不同層面之間的差別是因?yàn)樗鼈兪褂昧瞬煌男睦砺晫W(xué)模型導(dǎo)致的 。 MPEG1 Layer 3 允許使用的位速是 3 4 5 6 80、 9 1112 160、 19 22 256 和 320 kbit/s。 雖然 在最初的實(shí)現(xiàn)中并沒有這項(xiàng)功能， 但是 現(xiàn)在 VBR 已經(jīng)廣泛的應(yīng)用 ， 這項(xiàng)技術(shù)使得在聲音變化小的部分使用較小的位速而在聲音變化大的部分使用較大的位 速成為可能 [2]。 這樣帶來的結(jié)果就是出現(xiàn)了許多不同的 MP3 編碼器 。在音頻壓縮方面，它充分利用人耳的聽覺特性，以 12： 1 的比率減少原 CD 數(shù)據(jù)采樣數(shù)據(jù)量。 多數(shù)解碼器是 bitstream pliant，也就是說 MP3 文件解碼出來的非壓縮輸出信號將與標(biāo)準(zhǔn)文檔中數(shù)學(xué)定義的輸出信號一模一樣（在規(guī)定的近似誤差范圍內(nèi)） [6]。 例如 ： 它們在解碼過程中所需要的內(nèi)存或者 CPU 時間。為了達(dá)到更大的數(shù)據(jù)壓縮率， MPEG 標(biāo)準(zhǔn)采用子帶編碼技術(shù)將 PCM 數(shù)據(jù)分成 32 個子帶，每個子帶都是獨(dú)立編碼的，然后將數(shù)據(jù)變換到頻域下分析， MPEG 采用的是改進(jìn)的離散余弦變換，也可以使用傅利葉變換，再下來為了重建立體聲進(jìn)行了頻譜按特定規(guī)則的排列，隨后立體聲處理，處理后的數(shù)據(jù)按照協(xié)議定義進(jìn)行量化，為了達(dá)到更大的壓縮，再進(jìn)行霍夫曼編碼。 霍 夫曼編碼是一種無損壓縮編碼，屬于熵編碼。 Mid/Side (M/S) stereo 在左右聲道資料相似度大時常被用到，紀(jì)錄方式是將左右聲道音訊合并 (L+R) 得到新的一軌，再將左右聲道音訊相減 (LR) 得到 另外一軌，然后再將這兩軌資料用上面提到聽覺心理學(xué)模型與濾波器處理。 PCM 的輸出是與 c 語言對文件的處理相關(guān)的。而 MP3 技術(shù)就把其他更高或更低頻率對人耳是沒有用處的聲音去掉了，從而使得文件體積大為縮小。 MP3 是現(xiàn)在非常流行的一種音頻編解碼的方式， 是當(dāng)今較流行的一種數(shù)字 音頻 編碼 和 有損壓縮 格式，它設(shè)計(jì)用來大幅度地降低音頻數(shù)據(jù)量 ，廣泛的應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)等方面。 時鐘頻率為 36MHz 基本型 系列 以 16 位產(chǎn)品的價格得到比 16 位產(chǎn)品大幅提升的性能，是 16 位產(chǎn)品用戶的最佳選擇。 2. 一流的外設(shè) ： 1μs 的雙 12 位 ADC， 4 兆位 /秒的 UART， 18 兆位 /秒的 SPI， 18MHz 的 I/O 翻轉(zhuǎn)速度 。 全新 STM32 互連型系列微控制器增加 了 一個全速 USB 接口，使終端產(chǎn)品在連接另一個 USB 設(shè)備時既可以充當(dāng) USB 主機(jī)又可充當(dāng) USB 從機(jī) ，并且 還增加一個硬件支持IEEE1588 精確時間協(xié)議的以太網(wǎng)接口，可降低 CPU 開銷，提高實(shí)時應(yīng)用和聯(lián)網(wǎng)設(shè)備同步通信的響應(yīng)速度。 這些特性使開發(fā)人員可以在設(shè)備上整合多種功能 。 STM32F107 簡介 STM32F107 是意法半導(dǎo)體推出一款帶 CORTEX M3 內(nèi)核的 32 位互連型系列處理器中的一款性能較強(qiáng)產(chǎn)品，它集成了各種高性能工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，且不同型號產(chǎn)品在引腳和軟件上具有完美的兼容性，可以輕松適應(yīng)更多的應(yīng)用。 ? 單周期乘法指令和硬件除法指令。 ? 與 ARM7TDMI 相比運(yùn)行速度最多可快 35%且代碼最多可節(jié)省 45%。 ? 電池供電時的低電壓 工作能力。 ? STM32 還內(nèi)嵌了實(shí)時時鐘（ RTC），它既可以由 32kHz 外部晶體也可以由內(nèi)部RC 電路提供頻率基準(zhǔn)。 3. 內(nèi)部高度集成： ? 內(nèi)嵌電源監(jiān)控器，減少對外部器件的需求：上電復(fù)位、低電壓檢測、掉電檢測、自帶時鐘的看門狗定時器。 ? 內(nèi)嵌出廠前調(diào)校的 8MHz RC 振蕩電路，可以作為主時鐘源。 ? 支持 CompactFlash,SRAM,PSRAM,NOR 以及 NAND 等各種存儲器。 小結(jié) STM32 系列基于專為要求低功耗、低成本、高性能的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的 ARM CortexM3 內(nèi)核 ，是性價比十分優(yōu)秀的處理器。 Cortex— M3 集成了嵌套向量中斷控制器 NVIC。 Cortex— M3 異常處理過程中由硬件自動保存和恢復(fù)處理器狀態(tài)，進(jìn)一步縮短了中斷響應(yīng)時間，降低了軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。此外 Cortex— M3 還具備高度集成化的特點(diǎn)，大大減小了芯片面積，內(nèi)部集成了許多緊耦合系統(tǒng)外設(shè)，合理利用了芯片空間，使系統(tǒng)滿足下一代產(chǎn)品的控制需求 。 當(dāng)應(yīng)用程序退出所有的更改設(shè)置調(diào)回原設(shè)置。 （ 34）此標(biāo)志將告訴應(yīng)用程序如果部分或低的高部分是空的， 然后 準(zhǔn)備填補(bǔ)。然后第一幀被解碼，并作為樣本被輸出。 該播放其余等于 播放 WAV。 ID3V1不是表明了 2 串的長度，所以字符串從后面復(fù)制到刪除填充（ 0x00 或 0x20）。在結(jié)構(gòu) 有 X和 Y坐標(biāo)和對圖片的指針。該函數(shù)也知道的大小 圖像。該結(jié)構(gòu)也有 2個供內(nèi)部使用的領(lǐng)域，時間及名次。 畢業(yè)論文 20 第五章 軟件移植 實(shí)驗(yàn)概要 本文基于 STM32 平臺實(shí)現(xiàn)一個 MP3 編解碼器。如下圖 所示 ： 圖 ： Ride7 環(huán)境 Raisonance C Compiler 和 IDE 是各自獨(dú)立安裝的，由于也提供了 ARMCortexM3 的支持，因此在安裝 ARM 編譯器后， IDE 也能支持 ARM CortexM3 核的 ST芯片開發(fā)。在編譯器支持上，目前也僅是能支持自身的 Raisonance C 編譯器，無法通過配置調(diào)用第三 方 的 C 編譯器。 與匯編相比 C 語言在結(jié)構(gòu)性、可讀性、功能 上、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢 。 flash 大小問題如圖 所示： 圖 ： flash 大小問題 畢業(yè)論文 24 flash 大小更改如圖 所示： 圖 ： flash 大小更改 解決了一系列問題后在 Ride7 下編譯通過。 在 Keil uVision4 下創(chuàng)建工程，然后添加針對 STM32F107 的啟動代碼。例如 MDK 變量不能放在執(zhí)行代碼之后，變量只能在函數(shù)最前面定義。 在寫論文的過程中，我更深入的了解了 MP3 的編解碼流程，學(xué)習(xí)了 Ride7 和Keil uVision4 開發(fā)平臺， 學(xué)習(xí)了 STM32 的知識。在這個過程中也學(xué)到了很多技巧和知識。 但是在的高碼率文件下 ,MP3 也暴露出了自己的不足 ,主要表現(xiàn)在 :在高碼率情況下 ,高頻部分失真 ,而且體積的增大對于音質(zhì)的提高幾乎沒有。我們可以更好的利用 STM32 平臺來提高 MP3 的播放質(zhì)量。 Dept. of Electroscience, Lund Univ, Sweden. Microelectronic Systems Education, 2020. (MSE 39。 ChinYu Huang。 熊剛 。 Rangding Wang。On page(s): 392 395 [8] Low power reconfigurable subband filter bank ASIC for MP3 decoder。 WeiChin Chang。YingWen Bai。 On page(s): 849 855 [11] A hardware/software cooptimization approach for embedded software of MP3 decoder； Zhang Wei 1 , Liu Peng 1 and Zhai Zhibo； Journal of Zhejiang University Science A； On page(s):4249 [12] Real time implementation and optmization of MP3 decoder on DSP。Electrical and Computer Engineering, 2020. CCECE 2020. Canadian Conference on 。Park, KyuSikSource:Digest of Technical Papers IEEE International Conference on Consumer Electronics, v 2020, p 285286, 2020,2020 Digest of Technical Papers International Conference on Consumer Electronics, ICCE 39。