【正文】 gr][ch][sfb]中。從幀邊信息表中可以看到：當(dāng)window_switch_flag == 0時，只將大值區(qū)在細(xì)分為2個區(qū)，此時region1_count無意義，此時的region0_count的值是標(biāo)準(zhǔn)默認(rèn)的；但當(dāng)window_switch_flag == 1時再將大值區(qū)細(xì)分為3 個區(qū)。在不同的區(qū)域內(nèi)應(yīng)用了不同的哈夫曼編碼表。此后，為增強(qiáng)哈夫曼編碼性能，進(jìn)一步劃分了頻譜。最后，剩下的偶數(shù)個值的對數(shù)記為“big values”， 在此區(qū)域只應(yīng)用了32 個哈夫曼編碼表。從高頻開始，一對一對的計算量化值等于“0”的數(shù)目，此數(shù)目記為“rzero”。編碼時，把整個從0 到奈奎斯特頻率的頻率范圍（共576個頻率線）分成幾個區(qū)域，然后再用不同的表編碼。因此長塊也就是包括正常窗，起始塊和終止塊數(shù)據(jù)窗口的數(shù)據(jù)塊；短塊也包含18個數(shù)據(jù)，但是是由6個數(shù)據(jù)獨立加窗后在經(jīng)過連接計算得到的。這樣，既能保證低頻區(qū)的頻域分辨率，又不會犧牲高頻區(qū)的時域分辨率。對于給定的一幀聲音信號，IMDCT 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。這使得長塊對于平穩(wěn)的聲音信號可以得到更高的頻率分辨率，而短塊對跳變信號可以得到更高的時域分辨率。如果main_data_begin = 0, 則主數(shù)據(jù)從幀邊信息的下一個字節(jié)開始。幀邊信息如下圖所示：幀邊信息(side_infomation)表　main_data_beginmain_data_begin(主數(shù)據(jù)開始)是一個偏移值，指出主數(shù)據(jù)是在同步字之前多少個字節(jié)開始。 / / 原始媒體unsigned int emphasis : 2 。 / / 保留unsigned int copyright : 1 。 / / 私有標(biāo)志unsigned int channel2mode : 2 。 / / 采樣率索引unsigned int padding : 1 。 / / CRC校正unsigned int bit2rate2index : 4 。 / / 版本unsigned int layer : 2 。頭信息見下圖：幀頭信息結(jié)構(gòu)圖其長度為4 字節(jié)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下:typedef struct tagHeader {unsigned int sync : 11 。Mpeg1 layer 3的流的主數(shù)據(jù)格式見下圖：主數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)圖其中g(shù)ranule0和granule1表示在一幀里面的粒度組1和粒度組2，channel0和channel1表示在一個粒度組里面的兩個通道，scalefactor為尺度因子quantized value為量化后的哈夫曼編碼值，它分為big values大值區(qū)和count1 1值區(qū)CRC校驗：表達(dá)式為X16+X15+X2+1　幀同步幀同步目的在于找出幀頭在比特流中的位置，ISO 11723規(guī)定，MPEG1 的幀頭為12比特的“1111 1111 1111”，且相鄰的兩個幀頭隔有等間距的字節(jié)數(shù)，這個字節(jié)數(shù)可由下式算出：N= 144 * 比特率 / 采樣率如果這個式子的結(jié)果不是整數(shù)，那么就需要用到一個叫填充位的參數(shù)，表示間距為N +1。它由一塊固定長度的緩沖區(qū)構(gòu)成，通過調(diào)用DSP控制模塊的接口函數(shù)，得到頭指針，在完成輸出緩沖區(qū)的填充后，調(diào)用中斷處理輸出至I2S接口所連接的音頻ADC芯片（立體聲音頻DAC和DirectDrive耳機(jī)放大器）輸出模擬聲音。輸入緩沖區(qū)中放的數(shù)據(jù)為原始mp3壓縮數(shù)據(jù)流，DSP控制模塊每次給出大于最大可能幀長度的一塊緩沖區(qū)，這塊緩沖區(qū)與上次解幀完后的數(shù)據(jù)（必然小于一幀）連接在一起，構(gòu)成新的緩沖區(qū)。 主控模塊主控模塊的主要任務(wù)是操作輸入輸出緩沖區(qū)，調(diào)用其它各模塊協(xié)同工作。通過madlib解碼庫進(jìn)行實現(xiàn)。 總結(jié)起來工作流程為讀取貯體上的信號→到解碼芯片對信號進(jìn)行解碼（或解壓縮）→通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器將解出來的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號→再把轉(zhuǎn)換后的模擬音頻放大→低通濾波后到耳機(jī)輸出口。 看了上面的介紹是不是已經(jīng)被單片機(jī)原理，編程，信號與系統(tǒng)，電子線路以及諸多協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的單詞轟炸得暈頭轉(zhuǎn)向了。鍵盤和顯示設(shè)備合起來構(gòu)成了MP3播放機(jī)的人機(jī)交互界面。MP3播放機(jī)的顯示設(shè)備通常采用LCD或者OLED等來顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。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順序轉(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(jī)、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(jī)作為主機(jī)的一個移動存儲設(shè)備。數(shù)據(jù)的存儲是要有一定格式的，眾所周知，PC管理磁盤數(shù)據(jù)是以文件形式，MP3也不例外，最常用的辦法就是直接利用PC的文件系統(tǒng)來管理存儲器，微軟操作系統(tǒng)采用的是FAT文件系統(tǒng)，這也是最廣泛使用的一幀２シ嘔?渲幸桓鋈撾窬褪且?迪諪AT文件系統(tǒng)，即可以從FAT文件系統(tǒng)的磁盤中按文件名訪問并讀出其中的數(shù)據(jù)。 存儲設(shè)備是MP3播放機(jī)的重要部分，通常的MP3隨身聽都是采用半導(dǎo)體存儲器（FLASH MEMORY）或者硬盤（HDD）作為儲存設(shè)備的。解碼器是芯片中的一個硬件模塊，或者說是硬件解碼（有的MP3播放機(jī)是軟件解碼，由高速中央處理器完成）。它運(yùn)行MP3的整個控制程序，也稱為fireware（或者固件程序）。其中中央處理器和解碼器是整個系統(tǒng)的核心。不過MP3對音頻信號采用的是有損壓縮方式，為了降低聲音失真度，MP3采取了“感官編碼技術(shù)”，即編碼時先對音頻文件進(jìn)行頻譜分析，然后用過濾器濾掉噪音電平，接著通過量化的方式將剩下的每一位打散排列，最后形成具有較高壓縮比的MP3文件，并使壓縮后的文件在回放時能夠達(dá)到比較接近原音源的聲音效果。 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目 mp3的設(shè)計與應(yīng)用 部 系 地方生部 專 業(yè) 電子信息工程 學(xué) 員 王傈 指導(dǎo)教員 張力 中國人民解放軍海軍航空工程學(xué)院2010 年 7 月 前 言 MP3的全稱應(yīng)為MPEG1 Layer3音頻文件，MPEG(Moving Picture Experts Group)在漢語中譯為活動圖像專家組，特指活動影音壓縮標(biāo)準(zhǔn)，MPEG音頻文件是MPEG1標(biāo)準(zhǔn)中的聲音部分，也叫MPEG音頻層，它根據(jù)壓縮質(zhì)量和編碼復(fù)雜程度劃分為三層，即LayerLayerLayer3，且分別對應(yīng)MPMPMP3這三種聲音文件，并根據(jù)不同的用途，使用不同層次的編碼。MPEG音頻編碼的層次越高，編碼器越復(fù)雜，壓縮率也越高，MP1和MP2的壓縮率分別為4：1和6：18：1，而MP3的壓縮率則高達(dá)10：112：1，也就是說，一分鐘CD音質(zhì)的音樂，未經(jīng)壓縮需要10MB的存儲空間，而經(jīng)過MP3壓縮編碼后只有1MB左右。 MP3播放機(jī)要分幾個部分：中央處理器、解碼器、存儲設(shè)備、主機(jī)通訊端口、音頻DAC和功放、顯示界面和控制鍵。這里的中央處理器我們通常稱為MCU（單片微處理器），簡稱單片機(jī)?？刂芃P3的各個部件的工作：從存儲設(shè)備讀取數(shù)據(jù)送到解碼器解碼；與主機(jī)連接時完成與主機(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)。它可以直接完成各種格式MP3數(shù)據(jù)流的解碼操作，并輸出PCM或I2S格式的數(shù)字音頻信號。它通過接受儲存主機(jī)通訊端口傳來的數(shù)據(jù)（通常以文件形式），回放的時候MCU讀取存儲器中的數(shù)據(jù)并送到解碼器。 主機(jī)通訊端口是MP3播放機(jī)與PC機(jī)交換數(shù)據(jù)的途徑，PC通過該端口操作MP3播放機(jī)存儲設(shè)備中的數(shù)據(jù)，拷貝、刪除、復(fù)制文件等操作。這里需要遵循幾個規(guī)范：USB通信協(xié)議、大容量移動存儲器規(guī)范和SCSI協(xié)議。這里要介紹一下數(shù)字音頻信號。我們知道聲音的本質(zhì)是波，人說能聽到的聲音的頻率在20Hz到20kHz之間，稱為聲波。數(shù)字音頻信號是對模擬信號的一種量化，典型方法是對時間坐標(biāo)按相等的時間間隔做采樣，對振幅做量化。這樣一段聲波就可以被數(shù)字化后變成一串?dāng)?shù)值，每個數(shù)值對應(yīng)相應(yīng)抽樣點的振幅值，按順序?qū)⑦@些數(shù)字排列起來就是數(shù)字音頻信號了。MP3解碼器解碼后的信息屬于數(shù)字音頻信號（數(shù)字音頻信號有不同的格式，最常用的是PCM和I2S兩種），需要通過DAC轉(zhuǎn)換器變成模擬信號才能推動功放，被人耳所識別?？刂奇I盤通常是按鈕開關(guān)。 MP3播放機(jī)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，這是因為大多數(shù)的硬件部分都是數(shù)字可編程控制的。其實這只不過是讓大家了解，MP3雖然簡單但也很復(fù)雜。第一章 編碼與解碼 本文先介紹符合ISO/IEC 111723(MPEG 1 Audio codec Layer I, Layer II and Layer III audio specifications) 或 ISO/IEC 138183(BC Audio Codec)的音頻編碼原理。 程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu) mp3解碼流程圖其中同步及差錯檢查包括了頭解碼模塊在主控模塊開始運(yùn)行后，主控模塊將比特流的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)交給同步及差錯檢查模塊，此模塊包含兩個功能，即頭信息解碼及幀邊信息解碼，根據(jù)它們的信息進(jìn)行尺度因子解碼及哈夫曼解碼，得出的結(jié)果經(jīng)過逆量化，立體聲解碼，混淆縮減，IMDCT，頻率反轉(zhuǎn)，合成多相濾波這幾個模塊之后，得出左右聲道的PCM碼流，再由主控模塊將其放入輸出緩沖區(qū)輸出到聲音播放設(shè)備。其中，輸入輸出緩沖區(qū)均由DSP控制模塊提供接口。輸出緩沖區(qū)中將存放的數(shù)據(jù)為解碼出來的PCM數(shù)據(jù)，代表了聲音的振幅。 同步及差錯檢測同步及差錯檢測模塊主要用于找出數(shù)據(jù)幀在比特流中的位置，并對以此位置開始的幀頭、CRC校驗碼及幀邊信息進(jìn)行解碼，這些解碼的結(jié)果用于后繼的尺度因子解碼模塊和哈夫曼解碼模塊?！☆^信息解碼頭信息解碼目的是找出這一幀的特征信息，如采樣率，是否受保護(hù)，是否有填充位等。 / / 同步信息unsigned int version : 2 。 / / 層unsigned int error2protection : 1 。 / / 位率索