【文章內(nèi)容簡介】 恰好是一個長塊的1/3，所以MDCT的樣本數(shù)不受塊長的影響。給定的一個幀聲音信號，MDCT可以全部使用長塊或全部使用短塊，也可以長短塊混合使用。因?yàn)榈皖l區(qū)的頻域分辨率對音質(zhì)有重大影響，所以在混合塊長模式下MDCT對低頻的2個子帶使用長塊，而對其余的30個子帶使用短塊。這樣，既能保證低頻區(qū)的頻域分辨率，又不會犧牲高頻域的時域分辨率。長塊和短塊之間的切換有一個過程，一般用一個帶特殊長轉(zhuǎn)短或者短轉(zhuǎn)長數(shù)據(jù)窗口的長塊來完成這個長短塊之間的切換。除了使用MDCT外，MP3還采用了其他許多改進(jìn)措施來提高壓縮比而不降低音質(zhì)。雖然MP3引入了許多復(fù)雜的感念，但是它的計算量并沒有比MP2增加許多。增加的主要是編碼器的復(fù)雜度和解碼器所需要的存儲容量。 MP3播放器解碼過程作為一個整體，MP3系統(tǒng)的大部分工作放在了解碼部分。但是，普通用戶主要是播放MP3文件而不是制造它，這里將重點(diǎn)介紹解碼過程。解碼器并不需要存儲或者利用人類心理聲學(xué)理論，也不需要進(jìn)行比特分配過程。MP3播放器所關(guān)注的只是檢查比特流的頭和頻譜分布的數(shù)據(jù)幀，以及和它們存儲在一起的邊信息，然后再將重建這些信息為音頻信號。從某種意義上說，播放器其實(shí)就是一個MP3文件、播放列表和聲卡的接口，將它們包裝為相對簡單明了的解碼MP3比特流格式的規(guī)則。不同的MP3解碼器在效率上有著很大的不同，同樣在解碼后聲音的質(zhì)量上也有很大的不同，在過去的幾年里，這些不同對計算機(jī)硬件的依賴在很大程度上被忽視了，實(shí)際上解碼器也同樣要消耗大量系統(tǒng)資源的。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除MP3的中斷的問題。一些MP3解碼器比其他解碼器占用更多的CPU時間，但是，用效率來衡量它們之間的區(qū)別并不比用其它特征來衡量的區(qū)別大。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23為MP3的整個解碼過程的流程圖，與解碼器的圖相對應(yīng)：同步并讀取幀頭解碼邊信息解碼比例系數(shù)霍夫曼解碼轉(zhuǎn)化為PCM采樣逆離散余弦變化刪除偽信號重新量化圖23 MP3解碼流程本節(jié)主要介紹了MP3的編解碼過程。MP3播放器的編碼過程包括：音頻信號數(shù)字化、音頻采樣、音頻量化和音頻編碼。編碼器將模擬信號經(jīng)處理后，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進(jìn)行傳輸。MP3的解碼是編碼的反過程，主要是從編碼后的譜線成分中，經(jīng)過反量化和逆變換，提取出聲音信號。MP3的解碼總體上可分為比特流分析，霍夫曼編碼，逆量化處理，立體聲處理，頻譜重排列，抗鋸齒處理，逆離散余弦變化，子帶合成，PCM輸出。3 MP3播放器的硬件設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)的總體設(shè)計此次設(shè)計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)的存儲器Flash中。如圖31可以看出本系統(tǒng)的具體硬件設(shè)計主要包括：主芯片和USB接口的連接設(shè)計，此部分主要用于MP3文件的傳輸和固件下載；主芯片和按鍵以及LCD之間的設(shè)計連接，用戶通過顯示屏幕獲取播放器的進(jìn)程息，通過按鍵來對音樂進(jìn)行選擇和控制；主芯片和D/A轉(zhuǎn)換器之間，這一系統(tǒng)將該系統(tǒng)解碼后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為人耳能識別的模擬信號，這一部分主要包括時鐘信號、數(shù)據(jù)信號以及反饋信號的連接；電源轉(zhuǎn)換部分，而USB接口以及電池的電源都需要DCDC部分來進(jìn)行轉(zhuǎn)換，；播放系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)的切換電路設(shè)計。LCD顯示器Keyboard（操作按鍵）MCU(AT89C51SND1C)MP3解碼器（AT89C51SND1C芯片內(nèi)部集成）D/A轉(zhuǎn)換器功放音頻輸出通信接口()圖31系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)MP3工作原理流程圖如圖32所示。讀取存儲器上的信號解碼器對信號進(jìn)行解碼通過D/A轉(zhuǎn)換器將解碼出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號把轉(zhuǎn)換后的模擬音頻放大低通濾波后到音頻輸出圖32工作原理流程圖MP3播放器的軟件結(jié)構(gòu)跟硬件是相對應(yīng)的，即每一個硬件部分都有相應(yīng)的軟件代碼，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)的硬件部分都是數(shù)字可編程控制的。音樂播放器首先讀取存儲器上的音樂信號，再通過解碼器對信號進(jìn)行解碼分析，經(jīng)解碼的信號通過D/A轉(zhuǎn)換器將解碼出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，然后把轉(zhuǎn)換后的模擬音頻放大，通過低通濾波后到音頻輸出。. 主電路設(shè)計系統(tǒng)的主芯片采用美國ATMEL公司的AT89C51SND1C，~ V低電壓、80 mW低功耗、運(yùn)算速度高、功能完善、高度集成并且低成本的單芯片數(shù)字（MPEG1，2，amp。3）音頻解碼器。其特點(diǎn)如下：基于8位C51MCU核（最大時鐘頻率20MHz）；內(nèi)部集成了單獨(dú)的MP3 解碼器，而且支持48，32，24，16 kHz采樣頻率，支持左右聲道獨(dú)立的音量控制（軟件使用31級）、重低音、中音、高音均衡控制（31級）、重低環(huán)繞聲效果、輔助數(shù)據(jù)輸出、“CRC錯誤”和“MPEG幀同步”指示；有44通用I/O口的嵌入式C51 Nand Flash，SSFDC，I2S，SPI和IDE多種擴(kuò)展功能接口容易適應(yīng)多種應(yīng)用場合Flash/CD/HDD播放器等；具有適應(yīng)市場上不同的D/A轉(zhuǎn)換器的可編程的音頻輸出接口，兼容PCM格式和I2S格式；內(nèi)置2304BRAM；64KBFlash程序空間和4KB引導(dǎo)閃存（AT89C51SNDl），在系統(tǒng)編程：通過USB，UART接口進(jìn)行在系統(tǒng)編程；，“Full speed”數(shù)據(jù)傳輸；內(nèi)置鎖相環(huán)，提供MP3音頻時鐘和USB時鐘；兼容 MultiMedia Card（MMC）卡接口、Atmel Data Flash SPI接口、IDE/ATAPI（硬盤）接口 ； 通道10位A/D轉(zhuǎn)換器，8kHz（8位真有效值），包括電池電壓監(jiān)視和軟監(jiān)控的錄音；AT89C51SNDIC內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡化后實(shí)際就是64K80C51+MP3解碼器+USB，使用該芯片設(shè)計MP3播放系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)，如支持在系統(tǒng)編程不需要昂貴的仿真器，系統(tǒng)設(shè)計成本降低；內(nèi)置2304B的RAM，方便用戶增加復(fù)雜的功能。AT89C51SND1內(nèi)部主要資源如圖33所示。圖33 AT89C51SND1C 內(nèi)部主要資源此外，由于該芯片內(nèi)部集成了大量的接口，所以只需要很少的外圍器件如DCDC，音頻D/A轉(zhuǎn)換器和存儲器就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的要求，這樣可以做到系統(tǒng)空間很小，這一點(diǎn)正好適應(yīng)現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計的纖小而功能全面的要求。該芯片共80引腳，封裝為TQFP80，就是四邊各20引腳的貼片封裝。圖34為AT89C51SND1的引腳定義。對于功能復(fù)用的引腳要慎重考慮。本設(shè)計并沒有使用單片機(jī)的全部功能，部分沒有占用的IO端口和MMC等專用借口都用擴(kuò)展槽引出了，可以用來擴(kuò)展其他電路。管腳說明：IO端口P1P3和8051功能相同。P1端口第二功能有KIN3:0 SCL SDA MISO MOSI SCK SSP5具有4bit內(nèi)部上拉IO.時鐘信號管腳X1 I輸入芯片上反向振蕩放大器使用內(nèi)部振蕩器，晶振/諧振器電路連接到該管腳。如果使用一個外部振蕩器，其輸出被連接到該管腳。X1是內(nèi)部的時間的時鐘脈沖源。X2 O輸出片上振蕩器反相放大器使用內(nèi)部振蕩器，晶振/諧振器電路連接到該管腳。如果外部振蕩器使用，給X2的懸空。FILT IPLL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)。定時器信號說明：INT0 I （）Timer 0 Gate InputINT0的服務(wù)為定時器0，當(dāng)選定TCON中的位寄存器由GATE0外部運(yùn)行控制。External Interrupt 0（IT0=1）（IT0=0）位IE0被INT0低電平觸發(fā).INT1 I （）Timer 1 Gate InputINT1的作為定時器1，當(dāng)由GATE1 TCON寄存器中的位選擇外部運(yùn)行控制。External Interrupt 1（IT1=1）（IT1=0）位IE1被INT1低電平觸發(fā).T0 I Timer 0 External Clock Input當(dāng)定時器0作為一個計數(shù)器運(yùn)行，對T0代引腳下降沿遞增計數(shù)。T1 I Timer 1 External Clock Input當(dāng)定時器1作為一個計數(shù)器，T1引腳上的下降沿遞增計數(shù)操作。圖34 AT89C51SND1C引腳圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)芯片，配以必要的外部器件就能構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)。單片機(jī)具有較強(qiáng)的外部擴(kuò)展、通信能力，能方便地擴(kuò)展至應(yīng)用系統(tǒng)所要求的規(guī)模。當(dāng)使用帶ROM或EPROM的MCS51系列單片機(jī)時，只要一個芯片即可構(gòu)成一個單片機(jī)的最小系統(tǒng)。選用AT89C51單片機(jī)作為主機(jī)，它具有4K片內(nèi)ROM，128字節(jié)片內(nèi)RAM，片外ROM尋址范圍達(dá)64K，2個16位計數(shù)器，5個中斷源，4個并行口，一個串行口。簡易自動樂曲播放器采用單片機(jī)最小系統(tǒng)足以滿足系統(tǒng)設(shè)計要求，同時要設(shè)計單片機(jī)最小系統(tǒng)的晶振和復(fù)位電路。 電源部分電源是整個播放器的重要組成部分，圖35是電源部分的電路，圖中AS1117是一款低壓差的線性穩(wěn)壓器，當(dāng)輸出1A電流時。除了能提供各種穩(wěn)定電壓版本外（Vout=，，5V），還提供可調(diào)端輸出版本，～。圖35 電源電路圖AS1117提供完善的過流保護(hù)和過熱保護(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。同時在產(chǎn)品生產(chǎn)中應(yīng)用先進(jìn)的修正技術(shù)，確保輸出電壓和參考精度在1%的精度范圍內(nèi)。AS1117的系統(tǒng)框圖如圖36所示。圖36 AS1117系統(tǒng)框圖其特點(diǎn)：包括三端可調(diào)輸出和固定電壓輸出版本（，，5V等，其他電壓規(guī)格可根據(jù)用戶定制）最大輸出電流為1AADSL等設(shè)備開關(guān)電源的后級穩(wěn)壓穩(wěn)定工作電壓范圍高達(dá)15V%%環(huán)境溫度范圍是50℃～140℃用途：計算機(jī)主板、顯卡LCD監(jiān)視器及LCD TVDVD解碼器ADSL等設(shè)備開關(guān)電源的后級穩(wěn)壓 D/A 轉(zhuǎn)換部分當(dāng)MP3或者WMA等格式的音樂文件經(jīng)過主芯片內(nèi)部解碼后為數(shù)字信號， 而人耳所能識別的信號卻為模擬信號，系統(tǒng)利用CS4331進(jìn)行轉(zhuǎn)換。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 D/A 轉(zhuǎn)換器CS4331來對這些數(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。主芯片AT89C51SND1C 內(nèi)部有一個音頻輸出接口，支持不同格式的音頻數(shù)據(jù)流格式，如PCM格式和I2S格式，該接口可以跟幾乎所有的通用音頻 D/A 轉(zhuǎn)換器相連。CS4331在改善音頻質(zhì)量，降低信噪比等方面都很好。同時AT89C51SND1C內(nèi)部集成了MP3軟件解碼器，系統(tǒng)不需要外接額外的解碼器。解碼后的數(shù)字信號經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后還原為模擬音頻信號。圖37為D/A轉(zhuǎn)換電路圖。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)。CS4331芯片沒有配置引腳，無需軟件配置。CS4331的內(nèi)部框圖如下圖。SDATA是位流數(shù)據(jù)輸入，SCLK是位流時鐘，LRCK是聲道選擇時鐘，其頻率即采樣率。MCLK則是DAC電路所需的主時鐘。圖38為CS4331芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖38 CS4331芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu) 控制部分播控系統(tǒng)的設(shè)置通過按鍵來選擇，AT89C51SND1C提供4個按鍵輸入口，連接USB 前，短接了DFU跳線，運(yùn)行BootLoader，進(jìn)入到固件下載；接到USB前，按下了FORMAT，則格式化U盤；連接到USB，不按任何鍵，則進(jìn)入U盤功能。使用電池供電時，不按任何鍵，則進(jìn)入MP3模式。MP3鍵盤由4個鍵組成，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。用戶在使用播