【正文】 MP3 收到價(jià)格過(guò)高的影響遲遲沒有替代 128M 產(chǎn)品。支持市 場(chǎng)細(xì)分的，是廠商的綜合實(shí)力、技術(shù)、市場(chǎng)、渠道和服務(wù)。 課題 研究?jī)?nèi)容 隨著現(xiàn)代電子工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展， MP3 播放器越來(lái)越受到人們的喜愛?？刂?MP3 的各個(gè)部件的工作：從存儲(chǔ)設(shè)備讀取數(shù)據(jù)送到解 碼器解碼；與主機(jī)連接時(shí)完成與主機(jī)的數(shù)據(jù)交換；接收控制按鍵的操作；顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等任務(wù) 。目前最廣泛使用的是 USB 總線，并且遵循微軟定義的大容量移動(dòng)存儲(chǔ)協(xié)議規(guī)范，將 MP3 播放機(jī)作為主機(jī)的一個(gè)移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備。單位時(shí)間內(nèi)的采樣次數(shù)稱為采樣頻率。將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)為 D/A 轉(zhuǎn)換。設(shè)連續(xù)信號(hào) ??xt 的頻譜為 ? ?xf ，以采樣間隔時(shí)間 T 抽樣得到離散信號(hào) ? ?xnT ，如果滿足 cff? 時(shí)，其中 cf 是截止頻率，即 12cTf?時(shí)，可以由? ?xnT 完全確定連續(xù)信號(hào) ? ?xf ，如公式 （ 21） 所示。 表示采樣值的二進(jìn)制的位數(shù)為量化位數(shù)，它反映出各采樣值的精度，如 3 位能表示采樣值的 8 個(gè)等級(jí)， 8 位 能反映 256 個(gè)等級(jí)，其精度為音頻信號(hào)最大振幅的 1/256。 非均勻量化的基本思想是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行量化時(shí)，大的輸入信號(hào)采用大的量化間隔，小的輸入信號(hào)采用小的量化間隔，這樣就可以在滿足精度要求的情況下使用較少的位數(shù)來(lái)表示。采樣頻率越高，量化比特?cái)?shù)越大，數(shù)碼率就越高，所需要的傳輸帶寬就越寬 [17]。這叫做“ ID3”數(shù)據(jù)，當(dāng)文件數(shù)目不斷增長(zhǎng)是，將會(huì)非常有用。第二，分析信號(hào)已決定其“光譜能量分布”，也就是說(shuō)，在整個(gè)可聽頻率的光譜范圍內(nèi)，找出怎樣將比特流進(jìn)行分布，以產(chǎn)生最好的音頻編碼。因此，讀者可以看 到， 整個(gè) MP3 編碼過(guò)程是：首先，利用所有的心理聲學(xué)模板選擇性的丟棄大量數(shù)據(jù)，然后壓縮剩余的數(shù)據(jù)，消除冗余。比例因子的作用是充分利用 量化器 的量化范圍，通過(guò)位分配的比例因子相配合，可以表示的動(dòng)態(tài)范圍超過(guò)了 120dB 的樣本 [20]。在短塊模式下， 3 個(gè)短塊代替了一個(gè)長(zhǎng)塊，短塊的 長(zhǎng) 恰好是一個(gè)長(zhǎng)塊的 1/3，所以 MDCT 的樣本數(shù)不受塊長(zhǎng)的影響。 MP3 播放器解碼過(guò)程 作為一個(gè)整體， MP3 系統(tǒng)的大部分工作放在了解碼部分。選擇 MP3 播放器關(guān)系到成本、可擴(kuò)展性、音頻質(zhì)量和外觀。 圖 31 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) MP3 工作原理流程圖如圖 32 所示。 該芯片共 80 引腳，封裝為 TQFP80，就是四邊各 20 引腳的貼片封裝。如果使用一個(gè)外部振蕩器，其輸出被連接到該管腳。 INT0 I （ ） Timer 0 Gate Input INT0的服務(wù)為定時(shí)器 0，當(dāng)選定 TCON中的位寄存器由 GATE0外部運(yùn)行控制 。單片機(jī)具有較強(qiáng)的外部擴(kuò)展、通信能力，能方便地?cái)U(kuò)展至應(yīng)用系統(tǒng)所要求的規(guī)模。 1%的精度范圍內(nèi)。電壓線性度為 % AT89C51SND1C 從 Flash 中讀取數(shù)據(jù) 之后，將 MP3 格式的音樂在其內(nèi)部進(jìn)行硬件解碼為二進(jìn)制數(shù)據(jù)， 之后通過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換器 CS4331 來(lái)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成人耳可以接受的音樂。 CS4331 的內(nèi)部框圖如下圖。操作狀態(tài)和設(shè)置信息通過(guò) LCD1602 來(lái)顯示。圖中，上電瞬間 RST 端的電位與 Vcc 相同，隨著電容充電電流的減小， +5V 立即加到了 RST/VPD 端，該高電平使單片機(jī)復(fù)位。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定、精確的單頻震蕩。 其播放流程圖如 圖 41 所示 ： 圖 41 播放器播放過(guò)程流程圖 產(chǎn)生數(shù)據(jù)請(qǐng)求中斷 需要讀 下一個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù) 當(dāng)數(shù)據(jù)已經(jīng)不足一扇區(qū) 結(jié)束當(dāng)前歌曲，指向下一首歌曲 讀出一個(gè)新的扇區(qū) 繼續(xù)往解碼器中送數(shù)據(jù) 是否按了暫停鍵 等待再次按下暫停鍵 否、否 是 是 是 是否單擊“選曲”按鈕 是 否 否 否 否 是 向 CPU 請(qǐng)求數(shù)據(jù) 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 當(dāng)產(chǎn)生數(shù)據(jù)請(qǐng)求 時(shí)，程序判斷是否產(chǎn)生請(qǐng)求中斷，當(dāng)產(chǎn)生了請(qǐng)求中斷時(shí)，數(shù)據(jù)讀取失敗。 //First 1024 Byte MP3 Data m=ReadSector(SongName,Page_Buf) 。 //如果是暫停狀態(tài)則等待 while(ChangeSong) {DataRead=0。return。MPBREQ))。 } 2） Next，向后。 } case EFFECTION : //如果出于音效調(diào)節(jié)功能 { If(MP3BAS7){ //降低重音效果 MP3BAS=7。 } default:break。 MP3TRE=7。每當(dāng)按下此鍵時(shí)，改變一下播放狀態(tài)，配合在 MP3 播放函數(shù)中對(duì)此狀態(tài)的判斷，可以實(shí)現(xiàn) MP3 播放過(guò)程中 的暫停。 } default:break。 } case EFFECTION: //如果處于音效調(diào) 節(jié)功能 { If(MP3BAS0x1d){ //增加重音效果 MP3BAS+=7。 //否則，指向下一首 ChangeSong=1。 //右聲道音量增大一檔 MP3VOL=0x01。 源代碼如下： void Func() { if(CurrentFun3) CurrentFun++。return。MPFREQ) {0 解碼器數(shù)據(jù)請(qǐng)求中斷產(chǎn)生時(shí) if(j==512) {//當(dāng)用完 512 字節(jié)時(shí) j=0。 } MP3DAT=Page_Buf[j++]。在播放過(guò)程中，如果需要選擇播放的歌曲時(shí)，按下選曲按鈕則結(jié)束當(dāng)前播放的歌曲，進(jìn)入所選歌曲的播放過(guò)程。在 Play MP3 程序里面 ， MP3 解碼器一旦開始工作以后，就會(huì)一直向 CPU 請(qǐng)求數(shù)據(jù)，直至歌曲結(jié)束。高級(jí)的精度更高。 單片機(jī)的復(fù)位電路上有上電復(fù)位和手動(dòng)按鈕復(fù)位兩種形 式， RST/VPD 端的高電平直東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 接由上電瞬間產(chǎn)生高電 平則為上電復(fù)位；若通過(guò)按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位信號(hào)成為手動(dòng)按鈕復(fù)位。 MP3 鍵盤由 4 個(gè)鍵組成，分別為 Play/Pause 鍵、 Previous 鍵、Next 鍵和 Func 鍵： Func，功能切換； Next，向后； Previous，向前； Play/Pause，播放 /暫停。 圖 37 D/A 轉(zhuǎn)換電 路 圖 音頻 DA 芯片在 MP3 播放器中承擔(dān)音頻信號(hào)的數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換功能，其性能直接影響最終的音樂效果和音質(zhì)。 ADSL 等設(shè)備 開關(guān)電源的后級(jí)穩(wěn)壓 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 圖 35 電源電路圖 AS1117 提供完善的過(guò)流保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)功能（ AS1117 正常工作環(huán)境溫度范圍極寬，為 50℃～ 140℃），確保芯片和電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 T1 I Timer 1 External Clock Input 當(dāng)定時(shí)器 1 作為一個(gè)計(jì)數(shù)器， T1 引腳上的下降沿遞增計(jì)數(shù)操作。 FILT I PLL 的低通濾波器輸入 FILT員工接收 PLL的低通濾波器的 RC網(wǎng)絡(luò) 。 P1端口第二功能有 KIN3:0 SCL SDA P4具有 8bit內(nèi)部上拉 MISO MOSI SCK SS P5具有 4bit內(nèi)部上拉 IO. 時(shí)鐘信號(hào)管腳 AT89C51SND1 內(nèi)部主要資源如圖 33 所示 。 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 3 MP3 播放器的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 此次設(shè)計(jì)方案可以方便的將外部的 MP3格式的音樂文件傳輸?shù)奖鞠到y(tǒng)的存儲(chǔ)器 Flash中。這在那些沒有良好微線程特征的操作系統(tǒng)中特別的明顯，如果有適當(dāng)?shù)挠布?，可以在很大程度上免?MP3 的 中斷 的問(wèn)題。雖然 MP3 引入了許多復(fù)雜的感念，但是它的計(jì)算量并沒有比 MP2 增加許多。 圖 22 MP3 編碼器和解碼器的結(jié)構(gòu) 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(hào)編碼器 F F T MDCT 動(dòng)態(tài)加窗 逆 MDCT動(dòng)態(tài)加窗 合成濾波器組 逆比例器和量化器 哈夫曼解碼器 邊信號(hào)解碼器 MCU MCU 數(shù)字通信 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 MP3 指定了兩種 MDCT 的塊長(zhǎng)：長(zhǎng)塊的塊長(zhǎng)為 18 個(gè)樣本，短塊的塊長(zhǎng)為 6 個(gè)樣本，相鄰變換的窗口之間有 50%的重疊。 MP3 的聲音數(shù)據(jù)分成幀，每幀包含 1152 個(gè)樣本的數(shù)據(jù)，由 32 個(gè)子帶分別輸出 MP3的編碼器輸入，以 12 個(gè)樣本為一組，每組樣本經(jīng)過(guò)時(shí)間 頻率變換之后進(jìn)行一次位分配并記錄一個(gè)比例因子（ scale factor）。第四，經(jīng)過(guò) Huffman 編碼的處理，這個(gè)過(guò)程去處取樣的冗余信息。 MP3 編碼過(guò)程可以分成幾個(gè)步驟：首先，將 信號(hào)分解成稱為幀的組建片、每一幀持續(xù)不到一秒。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(lái)產(chǎn)生一個(gè)優(yōu)化的結(jié)果。具體說(shuō) 就是用 n 比特的二進(jìn)制編碼來(lái)表示已經(jīng)量化了的樣值，每個(gè)二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)一個(gè)量化電平，然后把它們排列，得到由二值脈沖串組成的數(shù)字信息流。用均勻量化來(lái)量化輸入信號(hào)時(shí)，無(wú)論對(duì)大的輸入信號(hào)還是小的輸入信號(hào)都一律采用相同的量化間隔。通常這個(gè)量化值用二進(jìn)制來(lái)表示，用 N 位二進(jìn)制碼字可以表示 2N 個(gè)不同的量化電平。設(shè)這一時(shí)間間隔為 T，則 取樣后的信號(hào)為 ? ?xnT ， n 為自然數(shù)。上述數(shù)字化的過(guò)程又稱為脈沖編碼調(diào)制，通常由 A/D 轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)。模擬信號(hào)對(duì)波的表示是連續(xù)的函數(shù)特性，基本的原理是不同頻率和振幅的波疊加在一起。播放機(jī)其中一個(gè)任務(wù)就是要實(shí)現(xiàn) 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(wèn)并讀出其中的數(shù)據(jù)。這里的中央處理器我們通常成為 MCU（單片微處理器），簡(jiǎn)稱單片機(jī)。盡管 MP3 音樂是有損的，它在壓縮過(guò)程中對(duì)功率譜較弱的信號(hào)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(duì)音樂的欣賞。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(dòng)，為 MP3 產(chǎn)品帶來(lái)了全新的思路。在此基礎(chǔ)上，愛國(guó)者 還另辟蹊徑，推出獨(dú)特的彩屏 MP3。 MP3 市場(chǎng)超高速增長(zhǎng)主要依賴以下因素：（ 1）國(guó)際市場(chǎng)閃存的價(jià)格迅速回落，使得MP3 的生產(chǎn)成本大幅度下降，從而引發(fā) MP3 價(jià)格的雪崩，市場(chǎng)平均價(jià)格從 1100 多元下降到 700 多元，一直到現(xiàn)在的 200 到 300 元，有效的刺激了學(xué)生等低收入群體的購(gòu)買（ 2）MP3 的功能不斷增強(qiáng)，大多數(shù) MP3 在基本的播放功能的基礎(chǔ)上已經(jīng)具備了錄音、收音、FM 等附加功能，同時(shí)音質(zhì)不斷改善，播放模式更加多樣化，容量也在不斷擴(kuò)大 [9]。本文以嵌入式 MP3 播放器業(yè)務(wù)為研究的對(duì)象，通過(guò)對(duì)整個(gè)市場(chǎng)的研究、分析、比較得出嵌入式 MP3 的核心競(jìng)爭(zhēng)力所在，并籍此制定出合理的競(jìng)爭(zhēng)和發(fā)展戰(zhàn)略，最終在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲勝。 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(gè)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(zhì)是最關(guān)鍵的，也是亟待解決的問(wèn)題。 MPEG(Moving Picture Experts Group)運(yùn)動(dòng)圖像專家組，在 1992 年底制定了第一個(gè)世界范圍的 HiFi(HighFidelity)質(zhì)量的音頻編碼標(biāo)準(zhǔn) MPEG1。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?yàn)樵絹?lái)越強(qiáng)悍的功能，越來(lái)越多變的造型以及工業(yè)設(shè)計(jì)新元素的添加，讓 MP3 能夠持久的煥發(fā)著生機(jī)和活力。另一方面， MP3 格式是世界上第一個(gè)有損壓縮的編碼方案，基本上所有的播放器都支持它。也因此先進(jìn)設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)已經(jīng)不只是放在傳統(tǒng)的性能上，低功耗和低成本已經(jīng)轉(zhuǎn)而變成最重要的因素之一。 MP3 技術(shù)使音樂數(shù)據(jù)壓縮比率大，回放質(zhì)量高。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 processin