【正文】 ： ....................................................................................................... 20 實驗過程 .......................................................................................................... 22 實驗結(jié)果 .......................................................................................................... 26 第六章 總結(jié)與展望 ...................................................................................................... 28 總結(jié) ................................................................................................................. 28 進一步的工作 ................................................................................................... 28 參考文獻 29 致 謝 ..................................................................................................................... 31 mp3 解碼器畢業(yè)論文 I 摘 要 隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展 , 對信息存儲和傳送的要求越來越高 , 因而這方面的資源愈發(fā)緊張 , 如何對信源進行高效的編碼成了一個日益迫切的問題。 低碼率對信息的高效傳輸和存儲有重要意義。由于嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用要求及成本因素決定了嵌入式系統(tǒng) 在系統(tǒng)資源 , 包括硬件資源和軟件資源方面都是非常精簡和高效的。 本文基于 STM32 平臺實現(xiàn)一個 MP3 編解碼器。并且在 Keil 環(huán)境中進行運行。對于語音信號而言， 碼率越高，被壓縮的比例越小，與音源的音質(zhì)越接近，音質(zhì)損失越小。 作為目前最為普及的音頻壓縮格式， MP3 為 廣大用戶 所接受，各種與 MP3 相關(guān)的軟件產(chǎn)品層出不窮， 并且 更多的硬件產(chǎn)品也開 始支持 MP3， 大量的 VCD/DVD播放機都都能夠支持 MP3 的播放 ，還有更多的便攜的 MP3 播放器等等，雖然幾大音樂商極其反感這種開放的格式，但也無法阻止 MP3 音頻壓縮格式的生存與流傳。 MP3 可以做到 1: 12 的壓縮比并保持基本可聽的音質(zhì) 。 MP3 的編碼技術(shù) 在 發(fā)布之初其實是非常不完善的， 因為缺乏對人耳聽覺 以及 聲音的研究 。隨著新技術(shù)的不斷 發(fā)展 ，編碼技術(shù) 也 一次一次的被改良 。使用合適的參數(shù)， LAME 編碼的 MP3 很適合于音樂欣賞。 基本上 著名的 音頻編輯軟件 都 提供了對 MP3 的支持， 所以 可以將mp3 象 wav 一樣使用，但 是因為 mp3 編碼是有損 編碼 ，因此音質(zhì)會 隨著 多次編輯后急劇下降， mp3 并不適合保存素材，但作為作品的 demo 確實相當(dāng)優(yōu)秀的。 網(wǎng)絡(luò)上可以找到大量的 mp3資源， mp3player日漸成為一種時尚 ， mp3可以 在 不少 VCDPlayer、 DVDPlayer甚至手機 中 播放 。 MP3 也并非完美，在較低碼率下表現(xiàn)不好。 畢業(yè)論文 2 當(dāng)下而言，嵌入式設(shè)備在人們的日常生活中運用越來越多。但是，由于便攜式設(shè)備的電量，數(shù)據(jù)傳輸，存儲容量都是需要低碼率的音頻解碼與編碼的支持。在這種數(shù)字化潮流下，嵌入式系統(tǒng)已逐漸成為當(dāng)前研究和應(yīng)用的熱點。 隨著音頻多媒體越來越廣泛的應(yīng)用，因為嵌入式系統(tǒng)的成本因素及應(yīng)用要求決定了它在系統(tǒng)資源中 , 包括軟件資源和硬 件資源方面都是非常精簡和高效的。 本文的組織結(jié)構(gòu) 本文主要分為六章 ,文章的結(jié)構(gòu)的內(nèi)容安排如下： 第一章， 引言。以及介紹了本文所基于的實驗平臺。 第二章 , 介紹了 Mp3 的基本知識。 第三章 , 介紹 STM32 系列，簡單介紹 了 STM32F107 芯片的功能。 第五章， 介紹了實驗所基于的平臺以及實驗過程。 畢業(yè)論文 3 第二章 MP3 簡介 MP3 的原理 MP3 是 通過 利用人耳對高頻聲音信號不敏感的特性，將時域波形信號轉(zhuǎn)換成頻域信號，并劃分成多個頻段 。這 種處理 就相當(dāng)于拋棄 了 人耳基本聽不到的 那些 高頻聲音，保留 了人耳敏感 的低頻 聲音信號 部分，從而將聲 源信號以 1∶ 10 甚至 于 1∶ 12 的壓縮 比 率 進行 壓縮。 運用 MP3 壓縮格式 存儲的音樂就叫作 MP3 音樂，能播放 MP3 音樂的機器就叫作 MP3播放器。 它 是 現(xiàn)在最 流行的一種數(shù)字 音頻 編碼 和 有損壓縮 格式，它設(shè)計用來大幅度地降低音頻數(shù)據(jù)量 。 MPEG1 Audio Layer 2 是德國 Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt f252。r Luft und Raumfahrt， 德國太空中心） Egon MeierEngelen 管理的數(shù)字音頻廣播（ DAB）項目。 EU147 的研究期間是 1987 年到 1994 年。法國 CCETT、德國 Institut f252。 由于它的出錯時的健壯性、簡單以及在高質(zhì)量壓縮時較少的計算量而被選中。此 項技術(shù) 以及 它的設(shè)計思路完全融合到了 ISO MPEG Audio Layer I、 II 以及后來的 Layer III（ MP3）格式的定義中。 由德國 Gerhard Stoll、法國 YvesFranamp。 德國 Karlheinz Brandenburg和 ois Dehery 組成的 團隊 吸收了 ASPEC和 Musicam的設(shè)計思想，并 根據(jù) 他們自己的設(shè)計思 路 開發(fā)出了 MP3。 這些算法最終都在 1992 年成為了 MPEG 的第一個標(biāo)準(zhǔn)組 MPEG1 的一部分 。 MPEG 音頻 最后在 1994 年制定的第二個 MPEG 標(biāo)準(zhǔn)組 MPEG2 標(biāo)準(zhǔn) 中體現(xiàn)。 通常位速定義 了 編碼器的壓縮效率 。然而，經(jīng)常有產(chǎn)品使用 CD 參數(shù) 來 作為壓縮率參考 。 因為柔和、簡單旋律的歌曲能在回放時更容易聽到壓縮格式中的缺陷，所以 Karlheinz Brandenburg 使用 CD 介質(zhì)的 Suzanne Vega 的歌曲 Tom’ s Diner來評價 MP3 壓縮算法。 而 critical 音頻選段 (glockenspiel， triangle， accordion...)被專業(yè)音頻工程師用來評價MPEG 音頻格式 的主觀感受質(zhì)量和來自于 EBU V3/SQAM 參考 CD 的更多一些嚴(yán)肅 。它能夠在一些非實時操作系統(tǒng)上演示第一款壓縮音頻基于 DSP 的實時硬件解碼。 MP3的流行主要得益于于 1999年發(fā)布的 Napster 和 1997 年發(fā)布的 Winamp 這樣的軟件包和公司的成功 。 畢業(yè)論文 5 MP3 特點 MP3是 MPEG Audio Layer3這種壓縮方式的 簡 稱 ，是 一種音頻壓縮技術(shù) 。它 能夠在丟失很小音質(zhì)的情況下把文件壓縮。高品質(zhì)的 MP3 音樂 通過 使用 MP3 播放器對 MP3 文件進行實時的解碼 播放 。 在 MP3 中使用 了 包括心理聲學(xué) 等等技術(shù) 以確定 源 音頻 文件中 可以丟棄哪 些部分。 1. MP3 是一個數(shù)據(jù)壓縮格式。 3. MP3 音頻可以按照不同的位速進行壓縮，提供了在數(shù)據(jù)大小和聲音質(zhì)量之間進行權(quán)衡的一個范圍。 4. 32 波段多相積分濾波器（ PQF）。 不僅有廣泛的用戶端軟件支持，也有很多的硬件支持比如便攜式媒體播放器（指 MP3 播放器） DVD 和 CD 播放器。與 之相對 的是 在 CD 上未經(jīng)壓縮的音頻位速是 kbit/s。 “ 壓縮噪聲 ” （原始錄音畢業(yè)論文 6 中沒有的聲音）將會在回放 那些 使用過低的位速 的 MP3 文件中 出現(xiàn)。 MP3 文件的質(zhì)量與編碼器的質(zhì)量 和 編碼信號的難度有關(guān)。 然而其他一些聽眾他們又認(rèn)為音質(zhì)是可接受的 ，特別是 換個環(huán)境（如在嘈雜的 公共場所 中或者聚會上）。 Fraunhofer Gesellschaft 在官方網(wǎng)站上公布了 MPEG1 Layer 2 和 3的數(shù)據(jù)速率和壓縮率用于比較： ⊙ Layer 1: 384 kbit/s，壓縮率 4:1 ⊙ Layer 2: 192...256 kbit/s，壓縮率 8:1...6:1 ⊙ Layer 3: 112...128 kbit/s，壓縮率 12:1...10:1 不同層面之間的差別是因為它們使用了不同的心理聲學(xué)模型導(dǎo)致的 。 位速 ： MP3 文件 的位速 是可變的 ， 位速越高則聲音文件中包含的原始聲音信息越多 。 MPEG1 Layer 3 允許使用的位速是 3 4 5 6 80、 9 1112 160、 19 22 256 和 320 kbit/s。 128kbit/s 是 “ 高質(zhì)量 ” 音頻 的標(biāo)準(zhǔn)， 雖然 192kbit/s 在共享網(wǎng)絡(luò)上越來越受到歡迎。 雖然 在最初的實現(xiàn)中并沒有這項功能， 但是 現(xiàn)在 VBR 已經(jīng)廣泛的應(yīng)用 ， 這項技術(shù)使得在聲音變化小的部分使用較小的位速而在聲音變化大的部分使用較大的位 速成為可能 [2]。在編碼過程中， 576 個時域樣本被轉(zhuǎn)換成 576個頻域樣本 。 這樣帶來的結(jié)果就是出現(xiàn)了許多不同的 MP3 編碼器 。需 要記住的是 那些 高位速編碼表現(xiàn)優(yōu)秀的編碼器未必在低位速的表現(xiàn)也同樣好。在音頻壓縮方面，它充分利用人耳的聽覺特性，以 12： 1 的比率減少原 CD 數(shù)據(jù)采樣數(shù)據(jù)量。因而此技術(shù)在因特網(wǎng)上得以流行并且在廣播系統(tǒng)和數(shù)字音頻中得到了廣泛應(yīng)用。 多數(shù)解碼器是 bitstream pliant，也就是說 MP3 文件解碼出來的非壓縮輸出信號將與標(biāo)準(zhǔn)文檔中數(shù)學(xué)定義的輸出信號一模一樣（在規(guī)定的近似誤差范圍內(nèi)） [6]。 這個格式就是包括 38 57 1152 個采樣點的幀，并且所有的幀都有關(guān)聯(lián)的頭信息和輔助信息 ， 頭 信息 和輔助信息能夠幫助解碼器正確地解碼相關(guān)的霍夫曼編碼數(shù)據(jù)。 例如 ： 它們在解碼過程中所需要的內(nèi)存或者 CPU 時間。 簡要描述 mp3 的壓縮流程。為了達到更大的數(shù)據(jù)壓縮率， MPEG 標(biāo)準(zhǔn)采用子帶編碼技術(shù)將 PCM 數(shù)據(jù)分成 32 個子帶，每個子帶都是獨立編碼的，然后將數(shù)據(jù)變換到頻域下分析， MPEG 采用的是改進的離散余弦變換，也可以使用傅利葉變換，再下來為了重建立體聲進行了頻譜按特定規(guī)則的排列，隨后立體聲處理，處理后的數(shù)據(jù)按照協(xié)議定義進行量化，為了達到更大的壓縮，再進行霍夫曼編碼。 ? 解碼是編碼的反過程，大概如下： 所謂比特流分解是指將 mp3 文件以二進制方式打開，然后根據(jù)其壓縮格式的定義，依次從這個 mp3 文件中取出頭信息，邊信息，比例因子信息等。 霍 夫曼編碼是一種無損壓縮編碼，屬于熵編碼。 IS 的是在比較低流量時使用，利用了人耳對于低頻訊號指向性分辨能力的不足，將音訊資料中的低頻分解出來合成單聲道資料，剩余的高頻資料 則合成另一個單聲道資料，并另外紀(jì)錄高頻資料的位置資訊，來重建立體聲的效果。 Mid/Side (M/S) stereo 在左右聲道資料相似度大時常被用到，紀(jì)錄方式是將左右聲道音訊合并 (L+R) 得到新的一軌，再將左右聲道音訊相減 (LR) 得到 另外一軌，然后再將這兩軌資料用上面提到聽覺心理學(xué)模型與濾波器處理。一般的 MP3 是 Mid/Side stereo 和 Intensity Stereo 交替使用的） [10]。 PCM 的輸出是與 c 語言對文件的處理相關(guān)的。 MP3 的利弊 ? 優(yōu)點