【正文】 器，當輸出 1A 電流時，輸入輸出的電壓差典型值僅為 。選用 AT89C51 單片機作為主機，它具有 4K 片內(nèi) ROM， 128 字節(jié)片內(nèi)RAM，片外 ROM 尋址范圍達 64K， 2 個 16 位計數(shù)器， 5 個中斷源， 4 個并行口，一個串行口。單片機具有較強的外部擴展、通信能力，能方便地擴展至應(yīng)用系統(tǒng)所要求的規(guī)模。 T1 I 當定時器 1 作為一個計數(shù) T1 引腳上的下降沿遞增計數(shù)操作。 T0 I 當定時器 0 作為一個計數(shù)器運行， T0 代引腳下降沿遞增計數(shù)。 INT1 I （ ） INT1 的作為定時器 1 當由 GATE1 TCON 寄存器中的位選擇外部運行控制。 INT0 I （ ） INT0的服務(wù)為定時器 0，當選定 TCON中的位寄存器由 GATE0外部運行控制 。 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) 。如果外部振蕩器使用，給 X2的懸空。 如果使用一個外部振蕩器，其輸出被連接到該管腳。 P1端口第二功能有 KIN3:0 SCL SDA P4具有 8bit內(nèi)部上拉 能 MISO MOSI SCK SS P5具有 4bit內(nèi)部上拉 IO. 時鐘信號管腳 管腳說明： 對于功能復用的引腳要慎重考慮。 該芯片共 80 引腳，封裝為 TQFP80，就是四邊各 20 引腳的貼片封裝。 AT89C51SND1 內(nèi)部主要資源如圖 33 所示 。3）音頻解碼器。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。 圖 31 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) MP3 工作原理流程圖如圖 32 所示。 3 MP3 播放器的硬件設(shè)計與實現(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。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 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。選擇 MP3 播放器關(guān)系到成本、可擴展性、音頻質(zhì)量和外觀。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?shù)挠布?，可以在很大程度上免?MP3 的 中斷 的問題。從某種意義上說，播放器其實就是一個 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。解碼器并不需要存儲或者利用人類心理聲學理論，也不需要進行比特分配過程。 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。雖然 MP3 引入了許 多復雜的感念，但是它的計算量并沒有比 MP2 增加許多。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。因為低頻區(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。在短塊模式下， 3 個短塊代替了一個長塊，短塊的 長 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。 圖 22 MP3 編碼器和解碼器的結(jié)構(gòu) MP3 指定了兩種 MDCT 的塊長：長塊的塊長為 18 個樣本，短塊的塊長為 6 個樣本，相鄰變換的窗口之間有 50%的重疊。而且通過對子帶的進一步細分，編碼器部分消除了多相濾波器組引入的混迭效果。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。比例因子的作用是充分利用 量化器 的量化范圍，通過位分配的 比例因子相配合，可以表示的動態(tài)范圍超過了 120dB 的樣本 [20]。 MP3 的聲音數(shù)據(jù)分成幀，每幀包含 1152 個樣本的數(shù)據(jù)，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(jīng)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）。另外，對每個單 獨的幀的編碼算法經(jīng)常還依賴于對前一幀和后一幀。把一定數(shù)量的幀集合起來，再在每個數(shù)據(jù)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(guān)幀的指令。因此，讀者可以看到， 整個 MP3 編碼過程是：首先，利用所有的心理聲學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。第四，經(jīng)過 Huffman 編碼的處理，這個過程去處取樣的冗余信息。這一步?jīng)Q定了可以存儲多少可獲得的數(shù)據(jù)以及有多少數(shù)據(jù)被丟棄。第三，要考慮數(shù)據(jù)傳輸率，它決定了每一幀能夠分配的比特最大值。第二，分析信號已決定其“光譜能量分布”，也就是說，在整個可聽頻率的光譜范圍內(nèi)，找出怎樣將比特流進行分布，以產(chǎn)生最好的音頻編碼。 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。 MP3 編碼工具分 析信號源，把它分解為各種數(shù)學模板，并與編碼器存儲的心理聲學模板進行比較。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]。這叫做“ ID3”數(shù)據(jù)，當文件數(shù)目不斷增長是，將會非常有用。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(chǎn)生一個優(yōu)化的結(jié)果。每一幀的前面都有一個頭信息，其中就包括一些關(guān)于后繼數(shù)據(jù)的額外信息。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(shù)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(chǎn)生的數(shù)學模型為基礎(chǔ)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(zhì)量潛力和參數(shù)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 。采樣頻率越高，量化比特數(shù)越大，數(shù)碼率就越高，所需要的傳輸帶寬就越寬 [17]。具體說就是用 n 比特的二進制編碼來表示已經(jīng)量化了的樣值，每個二進制數(shù)對應(yīng)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(shù)字信息流。 四 、音頻編碼 采樣、量化后的信號還不是數(shù)字信號，需要把它轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖，這一過程成為編碼。 采用不同量化方法，量化后的數(shù)據(jù)量也就不同。 非均勻量化的基本思想是對輸入信號進行量化時，大的輸入信號采用大的量化間隔，小的輸入信號采用小的量化間隔，這樣就可以在滿足精度要求的情況下使用較少的位數(shù)來表示。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。因此在編碼時就需要合理地選擇 N 的值 [16]。 根據(jù)以上公式可知，要減小比特率 I，在 2s 已經(jīng)確定的情況下，只能去減少 N 的值。 表示采樣值的二進制的位數(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 個等級， 8 位能反映 256 個等級，其精度為音頻信號最大振幅的 1/256。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。量化過程是將采樣值在幅度上再進行離散化處理的過程。 ? ? ? ? ? ?? ?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。設(shè)連續(xù)信號 ??xt 的頻譜為 ? ?xf ，以采樣間隔時間 T 抽樣得到離散信號 ? ?xnT ，如果滿足 cff? 時，其中 cf 是截止頻率，即 12cTf?時，可以由? ?xnT 完全確定連續(xù)信號 ? ?xf ，如公式 （ 21） 所示。設(shè)這一時間間隔為 T，則取樣后的信號為 ? ?xnT ， n 為自然數(shù)。一個在時間和幅值上都連續(xù)的模擬音頻信號的函數(shù)表示為 ??xt ，采樣 的過程就是在時間上將函數(shù) ??xt 離散化的過程。采樣頻率越高，量化位數(shù)越多，數(shù)字化模擬音頻信號 低通濾波器 編碼 數(shù)字流 采樣 量化 后的音頻質(zhì)量越高。將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號為 D/A 轉(zhuǎn)換。上述數(shù)字化的過程又稱為脈沖編碼調(diào)制，通常由 A/D 轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)。 MP3 播放器 編碼 過程 編碼分析 一 、音頻信號數(shù)字化 信號的數(shù)字化就是將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字信號，一般需要完成采樣、量化和編碼三個步驟，如圖 21 所示。這是 ADC（模擬 — 數(shù)字轉(zhuǎn)換）過程， DAC（數(shù)字 — 模擬轉(zhuǎn)換）過程相反，將連續(xù)的數(shù)字按采樣時候的頻率轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電壓。單位時間內(nèi)的采樣次數(shù)稱為采樣頻率。模擬信號對波的表示是連續(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。數(shù)字音頻信號是相對模擬音頻信號來說的。 音頻 DAC 是將數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號，以推動耳機、功放等模擬音響設(shè)備。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存儲協(xié)議規(guī)范，將 MP3 播放機作為主機的一個移動存儲設(shè)備。播放機其中一個任務(wù)就是要實現(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并讀出其中的數(shù)據(jù)。它通過接收儲存主機通訊端口傳來的數(shù)據(jù)（通常以文件形式），回