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标题: 基于uC/OS-II的MP3文件播放系统设计 01 [打印本页]

作者: samwalton    时间: 2014-2-23 13:22     标题: 基于uC/OS-II的MP3文件播放系统设计 01

 近几年,MP3音频产品受到消费者的青睐,而高质量的音效是当前MP3音频产品发展的重要趋势。MP3文件解码一般采用软件解码和硬件解码两种方法。硬件解码实现简单,但需增加硬件成本。
  软件解码需占用大量CPU时间,实现难度大,但成本低、处理灵活,只要CPU具有足够的处理速度则是一种很好选择。本文介绍了MP3文件播放系统硬件和软件设计,采用Cirrus Logic公司的EP9315处理器和UDA1341编解码器,并介绍了基于μC/OS-II开源实时操作系统的MP3解码原理,播放函数以及硬件接口初始化等。
  2 MP3编解码原理
  MP3是MPEG-1 Atdio Layer-3的缩写,它是一套完整的基于感知的音频编码算法。这一算法应用了心理声学模型可达到1:12的压缩比率。心理声模型应用于人耳特性,最大限度保持原始声音质量。MPEG-1 Audio编码对象是20 Hz~20 000 Hz的宽带声音,采用感知子带编码,也叫做子带编码(sub-band coding,SBC),从而达到既压缩声音数据又尽可能保持声音原有质量的目的。SBC编码对象不局限于话音数据和某一种声源。具体思想是:首先把时域中的声音数据变换到频域,对频域内的子带分量分别量化和编码,根据心理声学模型确定样本精度,从而达到压缩数据量的目的。子带编码的理论根据是听觉系统的掩蔽特性,主要是利用频域掩蔽特性,编码过程中保留信号带宽,但是却扔掉被掩蔽的信号,因此编码后还原(解码、重构)的声音信号与编码前的声音信号不相同,但人的听觉系统很难分辨出它们的差别。因此,对于听觉系统,这种压缩是"无损压缩"。
  当打开MP3文件后,播放器首先试图对帧进行同步,然后分别读取通道息及增益因子等数据,再进行霍夫曼解码,至此已获得解压数据。但这些数据不能播放,它们仍处于频域,若要播放,还需将其通过特定手段由频域变换到时域。然后再分别进行立体化处珲、抗锯齿处理、IMDCT变换、IDCT变换及窗口化滑动处理。这样得到的数据就可进行D/A转换并播放。
  MP3歌曲的解码是一个非常复杂的过程,可通过Start_mp3_decode()解码函数完成。另外,还需给解码函数进行供给数据、针对音频接口的初始化、针对播放过程的初始化等操作。
  3 系统硬件设计
  3.1 系统结构分析
  本系统以EP9315为核心,包括Philips公司的UDA1341型立体声音频编解码器、SDRAM、Flash存储器。处理器通过IIS接口控制音频数据在系统内存(SDRAM)与UDA1341之间传输。通过L3控制端口实现UDA1341的配置和控制,本设计系统MP3采用USB Host结构,使用时需插U盘。系统结构图如图1所示。

3.2 音频解码器接口部分

  IIS(inter-IC Sound)总线是Philips公司提出的串行数字音频总线协议。它是一种面向多媒体的音频总线专用于音频设备之间的数据传输,为数字立体声提供序列的连接至标准编解码器。IIS总线只处理声音数据,其他信号(如控制信号)必须单独传输。为了使电路的引出脚尽可能少,IIS只使用3条串行总线提供分时复用功能的数据线、字段选择线和时钟信号线。
  整个音频系统的硬件设计主要是CPU与编解码器的连接。本系统采用Philips公司的基于IIS音频总线UDA1341型音频编解码器。UDA1341支持IIS总线数据格式,采用位元流转换技术进行信号处理,具有可编程增益放大器(PGA)和数字自动增益控制器(AGC)。UDA1341对外提供两组音频信号输入接口,每组包括左右2个声道。由于IIS总线只处理音频数据,因此UDA1341还内置用于传输控制信号的L3总线接口。L3接口相当于混音器控制接口,可以控制输入/输出音频信号的低音及音量大小等。L3接口接至EP9315的3个通用GPIO输入输出引脚。EP9315内置多达6通道的IIS总线接口,可直接外接16位的立体声编解码器,含有3个发送通道和3个接收通道。EP9315支持12个独立的DMA通道,其中10个通道是用于外围模块与存储器之间的数据传输,另外2个通道是专用于存储器之间的数据传输。 如图2所示,器件EP9315的IIS总线信号与UDA1341的IIS信号直接相连接。L3接口的引脚L3MODE、L3CLOCK和L3DATA分别与EP9315的EGPI012、EGPIO11和EGPIO10通用数据输出引脚相连,利用这3个I/O端口模拟L3总线的全部时序和协议实现控制。

4 软件设计

  4.1 嵌入式实时操作系统μC/OS-II




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