【正文】 字符的接收和發(fā)送： AT89C51SND1 中 Xmodem 協(xié)議的實(shí)現(xiàn)基于芯片內(nèi)建的 UART 串口，字符的發(fā)送由函數(shù) _outbyte()完成，待發(fā)送的字符作為參數(shù)傳遞給該函數(shù)，當(dāng)字符發(fā)送完畢時(shí)返回值為已發(fā)送的字符。 信息包中的 128 字節(jié)數(shù)據(jù)區(qū)不包含任何控制字節(jié)，所以 Xmoddem 協(xié)議可以傳輸任何格式的數(shù)據(jù)，包括 ASC 碼、二進(jìn)制代碼等，因其傳輸時(shí)必須以 128 字節(jié)為一傳輸單位，當(dāng)要傳輸?shù)奈募L(zhǎng)度不為 128 字節(jié)的整倍數(shù)時(shí)，在最后一 數(shù)據(jù)包中必須用 0x1A（ ^Z）字符來(lái)填充。在代碼的實(shí)現(xiàn)中使用 volume、 bass、 medium 和 treble 命令來(lái)選擇當(dāng)前的控制屬性，如通過(guò)串口發(fā)送 meduim命令后當(dāng)前控制屬性即為中音，此時(shí)發(fā)送 up 命令則對(duì)中音的放大倍數(shù)提高一個(gè)單位。 二、 MP3 播放命令類： MP3 播放類命令用來(lái)控制 MP3 的播放、停止、音量、音色等。 } if(fat_goto_subdir(0)==OK) cd_depth++。 cd 命令。 ls 命令的作用是顯示當(dāng)前目錄下的所有文件名和子目錄名，但不支持‘？’和‘ *’通配符。 pcmd_buf=cmd_buf。 /* TR1: timer 1 run */ TI = 1。 MP3系統(tǒng)的硬件原理圖見(jiàn)附錄。 因主系統(tǒng)為現(xiàn)有系統(tǒng)，對(duì)其改動(dòng)不大，在軟件上只要實(shí)現(xiàn)控制 MP3播放的命令發(fā)送和播放狀態(tài)檢測(cè)程序，主系統(tǒng)的硬件電路基本不需要作改動(dòng)，主要工作在子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括硬件電路的實(shí)現(xiàn)和軟件的編程。 例如，：經(jīng)過(guò)分析， 32 個(gè)子帶的 16 個(gè)子帶的 最高樣值電平如表 所示 [1]： 表 子帶 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 電平（ db） 0 8 12 10 6 2 10 60 35 20 15 2 3 5 3 1 如表中第 8 個(gè)子帶有一個(gè)強(qiáng)度為 60db 的 1KHZ 信號(hào)，通過(guò)心理聲學(xué)模式計(jì)算出它的掩蔽閾值，在整個(gè)第八子帶都有掩蔽效應(yīng)，其門(mén)限為 35db，這樣本子帶的信噪比為 S/N=6035=25db，因而 5bit 分辨率就足夠了。層Ⅱ的幀碼流是 1152 個(gè) PCM 的樣值，這樣層Ⅱ處理的延時(shí)時(shí)間 =1152/48K=24ms。這樣的分配，更符合人耳的靈敏度特性，可以改善對(duì)低頻端壓縮編碼的失真。比例因子用 6 位碼來(lái)描述，最大 26=64 的子帶樣值的系數(shù)。其原理方框圖如圖 所示 [2]： 圖 MPEG 聲音編碼原理 下面詳細(xì)介紹層Ⅰ、層Ⅱ、層Ⅲ的具體方案。因?yàn)槿硕撵`敏度不一樣，所以不同頻率點(diǎn)的掩蔽程度是不一樣的。 此資料來(lái)自 臺(tái)商訊息網(wǎng) , 大量管理資料下載 6 圖 聽(tīng)覺(jué)中響度與頻率之間的關(guān)系 [2] 可以看到這條曲線基本成一個(gè) V 字型，當(dāng)頻率超過(guò) 15000Hz 時(shí)，人耳的會(huì)感覺(jué)到聲音很小，很多聽(tīng)覺(jué)不是很好的人，根本就聽(tīng)不到 20200Hz 的頻率，不管響度有多大。于是出現(xiàn)了一種叫 VBR（ Variable bitrate，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)速率）的技術(shù)，可以讓 MP3文件的每一段甚至每一幀都可以有單獨(dú)的 bitrate，這樣做的好處就是在保證音質(zhì)的前提下最大程度的限制了文件的大小。也就是通過(guò)研究人耳和大腦聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)對(duì)音頻失真的敏感度，在編碼時(shí)先分析聲音文件的波形，利用濾波器找此資料來(lái)自 臺(tái)商訊息網(wǎng) , 大量管理資料下載 5 出噪音電平 ( Noise Level )，然后濾去人耳不敏感的信號(hào)， 通過(guò)矩陣量化的方式將余下的數(shù)據(jù)每一位打散排列，最后編碼形成 MPEG 的文件。在 MPEG1中，對(duì)音頻壓縮規(guī)定了三種模式，即層 Ⅰ 、層 Ⅱ （即 MUSICAM，又稱 MP2），層 Ⅲ （又稱MP3）。在 MPEG1中，對(duì)音頻壓縮規(guī)定了三種模式，即層 Ⅰ 、層 Ⅱ （即 MUSICAM，又稱 MP2），層 Ⅲ （又稱MP3）。 子帶壓縮技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于數(shù)字聲音節(jié)目的存儲(chǔ)與制作和數(shù)字化廣播中。其基本思想是將信號(hào)分解為若干 子頻帶內(nèi)的分量之和，然后對(duì)各子帶分量根據(jù)其不同的分布特性采取不同的壓縮策略以降低碼率。 一般來(lái)講，可以將音頻壓縮技術(shù)分為無(wú)損（ lossless）壓縮及有損（ lossy）壓縮兩大類，而按照壓縮方案的不同，又可將其劃分為時(shí)域壓縮、變換壓縮、子帶壓縮，以及多種技術(shù)相互融合的混合壓縮等等。 音頻壓縮技術(shù)指的是對(duì)原始數(shù)字音頻信號(hào)流（ PCM 編碼）運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)字信號(hào)處理技術(shù)，在不損失有用信息 量，或所引入損失可忽略的條件下，降低（壓縮）其碼率，也稱為壓縮編碼。 因 MC68VZ328 的處理能力有限，如采用軟件解壓的方式，則系統(tǒng)的開(kāi)銷太大而使其他應(yīng)用程序不能執(zhí)行，因而使其應(yīng)用受到一定的限制，所以最佳方案是采用專用 MP3 芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)解碼過(guò)程，同時(shí) MC68VZ328 芯片無(wú) USB 接口模塊，必須選擇適當(dāng)?shù)?USB 接口芯片來(lái)實(shí)現(xiàn) USB 功能。解碼可分為軟件解碼和硬件解碼兩種方式。 硬件解決方案分為專用解碼芯片解決方案 、 基于 DSP（ Digital Signal Procrssor，數(shù)字信號(hào)處理器） 的解決方案 和單片 SOC（ System On Chip，片上系統(tǒng)）方案三大類。 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)包括兩個(gè)部分：硬件電路和軟件系統(tǒng)，重點(diǎn)在軟件系統(tǒng)部分，主要包括調(diào)試環(huán)境的建立、 MP3 解碼的實(shí)現(xiàn)、 MMC 卡存儲(chǔ)系統(tǒng)和 USB 系統(tǒng)。與此同時(shí)，以手機(jī)、 PDA 為代表的嵌入式終端類產(chǎn)品的普及率也越來(lái)越高，本文的主要目標(biāo)是研究如何在此類產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn) MP3，以豐富產(chǎn)品的功能。其基本理論就是去除節(jié)目源中人耳聽(tīng)覺(jué)閾以外的所有信號(hào)，并將大信號(hào)掩蓋下的小信號(hào)也加以除去，這樣實(shí)際記錄的信息量就比壓縮前小得多，其壓縮比可在 10∶ 1～ 96∶ 1之間 [2]。 單片 SOC 方案為近期才出現(xiàn)的一種 MP3 解決方案，其把主控處理器、 DSP 或解碼芯片和其他輔助功能模塊集成在同一芯片上，自成體系，增加少量元件就能構(gòu)成一完整的 MP3 播放器，其典型代表為 Atmel 的 AT89C51SND1C，該芯片以 51 內(nèi)核為基礎(chǔ)，內(nèi)部集成了 MP3 硬件解碼模塊，并提供了完備的支持功能如 MMC（ Multi Media Card，多媒體卡） 控制器、 USB 控制器等模塊，可方便地應(yīng)用在 PDA、車載音頻等系統(tǒng)中來(lái)實(shí)現(xiàn) MP3 功能。信息終端的存儲(chǔ)容量一般為幾兆到十幾兆字節(jié)之間，而要使 MP3功能具有實(shí)際意義，其存儲(chǔ)空間一般要在 32MByte以上。 結(jié)構(gòu) 本文的重點(diǎn)是論述嵌入式終端中 MP3 功能的研究與實(shí)現(xiàn)， 首先在第二章中對(duì) MP3 的產(chǎn)生與發(fā)展及其基本工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)要的說(shuō)明，對(duì)各種實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行分析，并根據(jù)工程設(shè)計(jì)任務(wù)的特點(diǎn)選擇一合適的實(shí)現(xiàn)方法。 數(shù)字信號(hào)的優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的，而它也有自身相應(yīng)的缺點(diǎn)，即存儲(chǔ)容量需求的增加及傳輸時(shí)信道容量要求的增加。 （ 1）時(shí)域壓縮（或稱為波形編碼）技術(shù)是指直接針對(duì)音頻 PCM 碼流的樣值進(jìn)行處理，通過(guò)靜音檢測(cè)、非線性量化、差分等手段對(duì)碼流進(jìn)行壓縮。一般來(lái)講，子帶編碼的復(fù)雜度要略低于變換編碼，編碼延時(shí)也相對(duì)較短。通常使用的變換有 DFT、 DCT（離散余弦變換）、 MDCT 等。可以說(shuō)， MPEG1 音頻標(biāo)準(zhǔn)的制訂方式?jīng)Q定了它的成功，這一思路甚至也影響到后面將要談到的 MPEG2 和 MPEG4 音頻標(biāo)準(zhǔn)的制訂。之后，這項(xiàng)計(jì)劃由 IIS 與 Erlangen 大學(xué)共同合作，開(kāi)發(fā)出一套非常強(qiáng)大的算法，經(jīng)由 150 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織認(rèn)證之后， 符合 ISOMPEG Audio Layer3 標(biāo)準(zhǔn)， 就成為現(xiàn)在的 MP3。以 CD 音質(zhì)的Wave 文件來(lái)說(shuō)，如抽樣分辨率為 l6bit，抽樣頻率 ，聲音模式為立體聲，那么存儲(chǔ) l秒鐘 CD 音質(zhì)的 Wave 文件，必須要用 l6 bit * 44100 Hz * 2 Stereo = 1411200 bit，也就是相當(dāng)于 的存儲(chǔ)容量，存儲(chǔ)介質(zhì)的負(fù)擔(dān)相當(dāng)大。 聽(tīng)覺(jué)模型的導(dǎo)入：專家們通過(guò)長(zhǎng)期的聲學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)人耳存在遮蔽效應(yīng)。但聲音 A 被聲音 B 遮蔽，如果 A 處于 B 為中心的遮蔽范圍內(nèi)，遮蔽會(huì)更明顯 ,這個(gè)范圍叫臨界帶寬。這樣利用人耳的感覺(jué)特性，對(duì)數(shù)據(jù)流本身進(jìn)行壓縮，做到既能降低碼流，又能通過(guò)科學(xué)的壓縮方法提高碼流的效率，而又不影響音質(zhì)本身。 心理聲學(xué)模型：使用 512 個(gè)點(diǎn)的 FFT 變換得到信號(hào)的短時(shí)頻譜功率信息，輸出的電平和時(shí)此資料來(lái)自 臺(tái)商訊息網(wǎng) , 大量管理資料下載 7 頻映射的子帶樣值同步計(jì)算，得到每個(gè)子帶的掩蔽閾值。幀是 MPEG1處理的最小單元，一幀信號(hào)處理 384 個(gè) PCM 的樣值，因?yàn)橐獧z測(cè)每個(gè)樣值的大小后，才能開(kāi)始處理，所以延時(shí)時(shí)間 384/48K=8ms。 量化 /編碼：和層Ⅰ類似。這樣對(duì)Ⅲ層而言，需要更快的數(shù)字信號(hào)處理器才能達(dá)到實(shí)時(shí)編碼的要求。這樣第七段忽略不編碼，第八段子帶 5bit 線性量化，第九段子帶 4bit 線性量化，這樣就完成了碼流的壓縮。在解碼 MPEG1 Layer3 數(shù)據(jù)時(shí)，其支持 48， 和 32KHz 的采樣頻率，對(duì)于 MPEG2 Layer3數(shù)據(jù)，其支持 24， 和 16KHz的采樣頻率 [3]。 使用 printf 的方式進(jìn)行調(diào)試必須先對(duì)串口進(jìn)行初始化， AT89C51SND1 內(nèi)部具有一標(biāo)準(zhǔn)的 UART 串口，在代碼的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中使用 Set_x2_mode()和 UARTInitT0()兩函數(shù)來(lái)使其內(nèi)部的 UART 模塊工作于 9600bps， Set_x2_mode()函數(shù)的作用是使內(nèi)核工作頻率和外接晶振的頻率相同，否則內(nèi)核的工作頻率為晶振的頻率的一半， UARTInitT0()完成串口的初始化工作，函數(shù)如下： void UARTInitT0(void) { PCON |= 0x80?？刂婆_(tái)在實(shí)現(xiàn)上參考了 Linux 系統(tǒng)的控制臺(tái)和調(diào)制解調(diào)器所使用的 AT 命令集，命令分為三大類： 文件操作命令，文件操作命令實(shí)現(xiàn)了幾個(gè)基本的 Linux 命令，如 ls、 cd、 rm、 cat 等等； MP3 播放控制命令，如 play、 stop、 next、 prev 等； 文件傳輸命令，文件傳輸命令使用 Xmodem 協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)信息終端和 MP3 模塊之間的文件交換，包括 xrecv 和 xsend 兩個(gè)命令。 } } 命令緩沖區(qū) cmd_buf[ ]為全局變量，其大小為 50 個(gè)字節(jié)，類型為 static char xdata， pcmd_buf為緩沖區(qū)內(nèi)的字節(jié)指針，類型為 static char xdata *，當(dāng) console_task()檢測(cè)到串口接收寄存器SBUF 內(nèi)有數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò) pcmd_buf 指針把數(shù)據(jù)按接收到的順序存入 cmd_buf[ ]緩沖區(qū)內(nèi)，同時(shí)判斷接收到的字符是否為‘ 0x0d’，即回車字符，如是回車字符則表示緩沖區(qū)內(nèi)已接收到一完整的命令，此時(shí)調(diào)用 cmd_parse()函數(shù)對(duì)命令進(jìn)行分析處理。 printf(name)。在執(zhí)行 ”cd ..”命令時(shí)根據(jù) cd_depth 的值來(lái)決定所調(diào)用的函數(shù)，如 cd_depth 的值為‘ 0’或‘ 1’則執(zhí)行 fat_get_root_directory()函數(shù)返回至根目錄，否則調(diào)用函數(shù) fat_goto_parentdir()返回上一級(jí)目錄。 cat 命令的作用是通過(guò)串口打印出文件的內(nèi)容，即按字節(jié)讀取文件的內(nèi)容并向串口輸出。 MP3 播放控制命令及功能如表 所示： 表 命令 鍵值 說(shuō) 明 play KEY_PLAY MP3 播放，當(dāng)再次發(fā)送此命令時(shí) MP3 播放暫停。當(dāng) MP3 模塊接收到 xrecv 命令時(shí)調(diào)用 xmodemReceive()函數(shù)接收文件至 MMC 卡上的 FAT 文件系統(tǒng)中，當(dāng)接收到的命令為 xsend 時(shí)調(diào)用 xmodemTransmit()函數(shù)把 FAT 文件系統(tǒng)內(nèi)的指定文件通過(guò)串口發(fā)送出去。 當(dāng)接收方需要接收數(shù)據(jù)時(shí)，首先向發(fā)送方發(fā)送字符‘ C’，以通知對(duì)方發(fā)送數(shù)據(jù)且數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼的格式為 CRC16，如發(fā)送方接收到字符‘ C’且支持 CRC16 校驗(yàn)碼，則開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)包。jdelay。 sz 為信息包的長(zhǎng)度，為Byte 類型。 ++i) if(crc amp。