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基于DSP技术的MP3播放器。 docx 14页

01-09 13:03:42 浏览: 199次     来源:【jake推荐】     编辑:-=Jake=-

论文题目:基于DSP技术的MP3播放器专业:学生证:姓名:教师:成绩:基于DSP技术的MP3播放器摘要:随着数字编解码器和压缩技术的发展,语音文件也正朝着高压缩率发展高保真度已从MP1、MP2发展到目前的MP3格式。本文设计了一种基于DSP的廉价MP3播放器,该播放器使用硬件存储语音文件,并且可以从PC下载该文件,以便可以随时更新MP3音乐。 MP3播放器还具有文本读取功能银河体育 ,可以同时输出语音和文本。关键字:MP3播放器DSP编码前言。市场上现已有各种类型的MP3随身听。他们采用先进的智能控制技术,并使用先进的芯片不仅可以实现MP3格式语音的播放,而且还集成了多种功能。一体。但是这些精美的随身听更贵,因此本文根据要求设计了一种便宜的MP3播放器,该播放器使用硬件存储语音文件,并且可以从PC下载,以便可以随时更新MP3音乐。 MP3播放器还具有文本读取功能,可以同时输出语音和文本。 MP3播放器MP3的全称是MPEG Audio Layer 3,它是MPEG-1 / 2(音频压缩)音频层III的缩写。 MPEG压缩格式由运动图像专家组(Motion Picture Experts Group)制定。一套声音标准,其中MP3旨在压缩声音信号,是一种新的音频信号压缩格式标准。

它结合了MUSICAM(屏蔽通用子带综合编码和多路复用)算法和ASPEC(自适应频谱分析听觉熵编码)算法的优点。该算法最复杂,但是其压缩率最大。当使用每通道64kpbs的比特率(大约是压缩率的12倍)时,仍然可以保证高质量的声音效果。 MP3随身听现在很受欢迎。通过与PC的数据接口,可以从PC下载MP3源文件,并且可以随时更新歌曲。 CD记录的采样率为44.1MHz,16Bits,数据量为1.4Mbps,而相应的MP3数据量仅为112kbps或128kbps,是原始数据量的1/12。也就是说,传统的CD现在可以存储10倍甚至更多的音乐容量,但是在人耳上听起来却一样,音乐效果也没有什么不同。 MP3播放器的工作原理实际上非常简单。它使用控制芯片(CPU)来控制解码芯片和LCD屏幕。解码芯片对内置闪存或外部闪存卡中的MP3文件或WMA格式文件进行解码。然后经过数模转换后,最终从耳机输出。 MP3播放器使用数字信号处理器DSP(数字签名处理器)来完成处理,传输和解码MP3文件的任务。 DSP负责Walkman的数据传输,设备接口控制,文件解码和回放等活动。 DSP可以在很短的时间内完成各种处理任务,并且此过程消耗的能量很少。

首先从内存中取出MP3歌曲文件并读取内存中的信号→将信号解码到解码器芯片→通过数模转换器将解码的数字信号转换为模拟信号→然后将转换后的模拟音频放大→低通滤波到耳机输出端口,输出就是我们听到的音乐。 MP3播放器系统的结构如图1所示。DSP具有快速的处理速度,低功耗和良好的性能。基于TMS320C5416 DSP芯片的语音存储容量较大,并且通信音质良好。因此,它被广泛应用于许多领域。 DSP实现的语音分析系统具有以下优点:音频数据占用资源少;音质沟通水平;发展难度低;简单的语音芯片和DSP接口电路;小尺寸。 C5416DSP芯片的总线结构DSP芯片的基本特征是哈佛总线结构。 C5416DSP芯片的结构基于8组16位总线,形成了支持高速指令执行的硬件基础。 8组总线分为1组程序总线,3组数据总线和4组地址总线。 C5416DSP芯片的中央处理器中央处理器CPU是DSP设备的核心组件,其性能与DSP设备的性能直接相关。为了满足处理速度的要求,TMS320C5416DSP芯片的CPU采用流水线指令执行结构和相应的并行结构设计,从而可以在一个指令周期内高速完成多种算术运算。

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CPU的基本组成如下:40位算术逻辑运算单元(ALU); 2个40位累加器(ACCA,ACCB); 1个桶式移位寄存器,支持16-30位移位;乘法器-加法器单元(MAC);比较选择和存储单元(CSSU);指数编码器CPU状态和控制寄存器。 C5416DSP芯片的存储空间结构TMS320C5416DSP芯片共有192,000个字的可寻址存储空间。 19.2万个字的存储空间被分为3个独立的可选空间,即:程序存储空间6.4万个字; 6.4万字的数据存储空间; I / O空间的64000个字。所有TMS320C5416DSP芯片均包含内部随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。内部随机存取存储器RAM分为两种:单寻址RAM(SARAM)和双寻址RAM(DARAM)。通常,SARAM和DARAM映射到数据存储空间以存储数据,也可以映射到程序空间以存储程序代码。 TMS320C5416DSP芯片的并行结构和内部随机存取存储器RAM的双重寻址能力使CPU可以在任何给定的机器周期内同时执行4个存储器操作,包括1个访存,2个读操作和1个写操作数。 C5416DSP芯片的片上外围电路为了满足数据处理的需求,TMS320C5416DSP芯片提供了必要的片上外部设备。

这些外部设备主要包括:通用I / O引脚;计时器时钟发生器;主机接口HPI;串行通讯接口;软件可编程的等待状态发生器;可编程分区转换逻辑。 C5416DSP芯片的系统控制TMS320C5416DSP芯片的系统控制由程序计数器(PC),硬件堆栈,与PC相关的硬件,外部复位信号,中断,状态寄存器和周期计数器(RC)组成。 TMS320C5416DSP芯片的外部总线TMS320C5416DSP芯片的外部总线具有很强的系统接口能力凤凰彩票app ,可以与外部存储器和I / O设备连接,可以存储64K字的数据存储空间,64K字的程序存储空间和64K。用于寻址的I / O空间字。独立的空间选择信号DS,PS和IS允许物理上分开的空间选择。接口的外部数据准备输入信号(READY)以及片上软件可编程等待状态发生器,使处理器可以连接各种速度不同的存储器和I / O设备。接口的保护模式使外设可以控制TMS320C5416DSP芯片的外部总线,以便外部设备可以访问程序,数据和I / O空间的资源。 C5416DSP芯片是具有特殊结构的微处理器。为了快速实现数字信号处理操作,采用流水线指令结构和相应的并行处理结构,可以在一个周期内对数据进行高速算术和逻辑运算。

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C5416采用先进的哈佛架构,具有片上存储器,中断,串行端口,并行端口和高度专业化的命令系统等丰富资源,这使C5416具有很高的成本效益银河体育 ,并已广泛用于通信和语音中处理。 ,图像处理,仪器仪表和其他无线电通信系统。 DSP,MPU硬件设计DSP扩展了一块64K字的高速静态RAM(CY7C1021V33-10))作为DSP芯片的片外RAM,以满足各种音频处理算法的存储容量要求。通过DSP芯片从D / A输出到耳机,我们可以听到MP3音乐,LM / 4545可以实现D / A转换,它具有48K字的转换速度,可以直接连接到DSP芯片的输出。它具有LCD显示屏,控制DSP芯片的操作和文件的串行端口下载三项功能,MP3是目前世界上最受欢迎的音频格式之一基于dsp的论文,它使用MPEG -1Ⅲ层标准压缩编码格式。遵循MP3标准具有很高的压缩率压缩率可以达到1:10-12,这意味着经过MP3压缩编码后,1分钟内CD品质的音乐可以压缩到大约1兆字节而不会失真。高,低和低存储,但其算法也更加复杂。 MP3文件的内容是音频比特流数据文件,它由几个数据帧组成,每个帧中的音频数据包含1152个原始音频信号采样信息,并通过霍夫曼编码形成。

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数据帧的其他内容是:标头信息:音频位流的一部分,其中包含同步和状态信息。校验字:音频比特流的一部分,其中包含辅助信息:音频比特流的一部分,其中包含可用于在每个帧中解码的相关信息。比例因子信息:音频比特流的一部分,包含用于计算音频数据量化比例因子的信息。霍夫曼编码数据:音频比特流的一部分,包含每一帧中所有原始音频样本数据的霍夫曼编码。附加数据:音频比特流的一部分,可能包含一系列用户定义的辅助数据。图2解码过程第三层使用更复杂的比特流结构。解码过程的流程图如图3所示。首先,获得每个帧的同步字,获得标题信息,并获得相应的参数。根据头信息的分析,获得音频数据的实际帧。读取主数据以获得比例因子数据,解码样本,然后反转解码样本的顺序。如果块类型(BlockSp lit_type)和标记类型(Flag_typ)均为1,则根据辅助信息对样本进行重新排序。对中间霍夫曼码本的选择信息进行霍夫曼解码,然后进行逆量化,并进行逆量化根据帧头的立体声信息对立体声进行处理。最后,通过混叠处理,IMDCT和综合滤波器重构了图3中的数字音频信号头信息的读取和相应的处理。为了获得更高的数据压缩率,MP3使用了更复杂的比特流结构。

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当然,处理帧的主要数据的起始位置(包括缩放因子和霍夫曼码字)通常不位于帧的边信息之后,而是主要数据的起始位置的前向字节根据辅助信息编号中的参数值确定。由于该值为9位,因此最大值可以达到511。图4中显示了典型的III层代码流:由于帧中的位数=帧大小×比特率/采样率,对于III层,每帧都有1152个样本,采样率为44.1KHz,48KHz,32KHz,编码率可以从32kps到320kbps不等。因此,一帧中的最大字节数达到1152×320k /(32k *8)= 1440B。读取比例因子,霍夫曼码字,并根据信号的最大量化值和局部统计特性进行霍夫曼解码。霍夫曼码表(总共32个可能的表)由于对域量化值进行了编码,因此将从零到奈奎斯特频率的整个频率范围内的量化值分为大值区域和小值区域,并且将零值区域,对大值区域和小值区域使用不同的编码策略,将大值区域中的每两个量化值转换为霍夫曼码字,小值区域中的每四个量化值转换为霍夫曼码字,非均匀解量化针对不同的块类型使用不同的解量化方法,每个帧由两个粒度组组成,根据开始时的信息在帧的帧中,粒度组包括纯长度组,纯短块组,混合组三种类型。对于长块和短块,使用不同的逆量化方法。由于逆量化过程涉及到找到3/4的幂的整数的操作,结合霍夫曼解码的结果,大量的霍夫曼解码的绝对值在0到255之间,因此从0到8191分为四个不同的单元银河体育app ,每个时间间隔使用不同的定点数据格式,有效地提高了比特利用率。

去除混叠信号对于长块和特殊短块,必须在IMDCT(离散余弦逆变换)处理之前去除合成滤波器组的输入。第三层的混叠信号消除采用类似于FFT的蝶形结构。如果充分利用DSP专门设计的用于计算FFT的指令,则可以大大减少计算量。消除混叠后的IMDCT(离散余弦逆变换)信号必须经过IMDCT变换。长块执行18点到36点的IMDCT转换,而短块执行三个6点到12点的IMDCT转换,然后将这三个长度为12的输出矢量叠加起来以生成长度为36的最终转换结果。子带合成滤波器子带合成滤波器将32个相等频率带宽中的频域信号逆变换为时域信号,由初始化,IMDCT,样本值加窗和32个样本值叠加输出组成。子带合成滤波器在经过霍夫曼解码,逆量化,混叠消除和IMDCT变换的信道中接收32个子带样本。经过IMDCT转换后,32个样本将生成64个中间样本。值。将这64个中间值输入到1024长度的先进先出缓冲区中,以形成用于窗口化的512向量。窗口的系数由ISO / IEC MPEG标准中的复合窗口系数表提供。最后基于dsp的论文,加窗结果被叠加以产生32个时域输出。结束语MP3播放器基于DSP技术,并结合了低速大容量外部存储和高速小容量外部存储。音乐文件首先从速度较慢的外部存储下载到高速,然后将外部存储器加载到DSP的高速RAM中,然后下载一部分进行处理。

使用与PC的串行端口通信方法,文件的下载速度很慢,并且USB接口也可以用于高速通信。另外,系统中连接的电话线可用作电话录音。实践证明,用这种方法设计的MP3播放器成本较低,附加的文本阅读功能可以同时输出语音和文本,可以满足特殊需求。参考文献:[1]廖日ik,李宁玉,黄晓辉,基于DSP技术的MP3播放器的研究与设计,南开大学信息学院[2]曹阳,王培荣,黎明DSP原理与实践应用机械工业出版社2015.] 1老师的评论:

老王

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