1、基于单片机的 MP3 播放器设计1 音频信号数字化后所面临的一个不容忽视的问题是： 巨大的数据量给存储和传输带来 的压力。因此音频压缩技术在广播专业领域、网络传输及多媒体应用中受到广泛关注，成 为音频信号处理的关键技术之一。MPEG(Moving Picture Experts Group)运动图像专家组， 在 1992 年底制定了第一个世界范围的 Hi-Fi(High-Fidelity)质量的音频编码标准 MPEG-1。 MPEG-1 分为三种不同的方式，称为 Layer1、Layer2 和 Layer3。序号越高，复杂性越大， 但是可提供更好的编码效率，特别是在低比特率时。MP3 就是 M
2、PEG-1 Layer3，是基于 感知编码的算法，目前在 CD 音质的声音压缩方面，是一种通用的方法。使用 MP3 标准 对于音频数据编码既可以获得较大的音频数据压缩比，又可以得到较好的音乐回放质量。 MP3 的解码器结构复杂，涉及到大量的数学计算，对处理器与内存的要求相当高。目前， AT89C51 处理器以其高性价比，丰富的外设资源，越来越受到各种嵌入式研发人员的青 睐5-7。 基于以上背景， 我在此次设计中提出了 AT89C51SND1C 微处理器的软件解码方案， 在降低硬件成本的基础上保证高质量的播放效果。 1.2.2 课题研究的意义 MP3 音频播放器的最合理工作速度为 30Mips，
3、而一个典型的视频媒体播放器的理想 速度则为 175Mips，所以提高 MP3 的工作速度，以及改善 MP3 的音质是最关键的，也是 亟待解决的问题。 MP3 是一种典型的嵌入式设备，而现在市场上比较常见的是闪存式 MP3。由于闪存 式 MP3 的容量限制，使它存储歌曲数目较少，在功能上也很难实现多样化。而硬盘式 MP3 的多功能及大容量，也必将受到不少消费者的喜爱。 另外一个原因是近年来， 嵌入式系统与单片机开发的有机结合， 已广泛被应用于网络 通信、工业控制、机顶盒、PDA 等诸多领域8。本文提出了一种基于单片机的 MP3 播放 器的设计方案，这就进一步的体现了该设计的灵活性。目前该设计方案
4、已经实现，实践证 明，此播放器拥有市面 MP3 所有的全部功能并能够很好的运行。 MP3 播放器一般分成 3 个部分：CPU、MP3 硬件解码器存储器。其中可以将前两部分集 成在一起，即带 MP3 硬件解码器的 CPU；或将后两部分集成在一起，即集成硬件解码、D A 转换及音频输入。存储器可以是 Flash 存储器或硬盘。通过用 MP3 编码技术，可以得 到大约 12：1 压缩的有损音乐信号。尽管 MP3 音乐是有损的，它在压缩过程中对功率谱较 弱的信号有所丢失，但它同 CD 原声区别不大，不影响一般音乐爱好者对音乐的欣赏。MP3 大大缩小了声音文件的长度，使音乐的存储和传输更方便。 2 MP
5、3 的编解码过程 2.1 MP3 的工作原理 一个完整 MP3 播放器要分几个部分：中央处理器、解码器、存储设备、主机通讯端 口、音频 D/A 和功放、显示界面和控制键、其中中央处理器和解码器是整个系统地核心。 这里的中央处理器我们通常成为 MCU（单片微处理器） ，简称单片机。它运行 MP3 的整 个控制程序，也称为 fireware（或者固件程序） 。控制 MP3 的各个部件的工作：从存储设 备读取数据送到解码器解码； 与主机连接时完成与主机的数据交换； 接收控制按键的操作； 显示系统运行状态等任务。解码器是芯片中的一个硬件模块，或者说是硬件解码（有的 MP3 播放机是软件解码，由高速中央
6、处理器完成） 。它可以直接完成各种格式 MP3 数据 流的解码操作，并输出 PCM 或 I2S 格式的数字音频信号10。 本课题来源于生产实践 存储设备是 MP3 播放机的重要部分，通常的 MP3 随身听都是采用半导体存储器 （FLASH MEMORY）或者硬盘（HDD）作为储存设备的11。它通过接收储存主机通讯 端口传来的数据（通常以文件形式） ，回放的时候 MCU 读取存储器中的数据并送到解码 器。数据的存储是要有一定格式的，众所周知，PC 管理磁盘数据是以文件形式，MP3 亦 不例外，最常用的办法就是直接利用 PC 的文件系统来管理存储器，微软操作系统采用的 是 FAT 文件系统，这也是最广泛使用的一种12。播放机其中一个任务就是要实现 FAT 文 件系统，即可以从 FAT 文件系统支持的磁盘中按文件名访问并读出其中的数据。 主机通讯端口是 MP3 播放机与 PC 机交换数据的途径，PC 通过该端口操作 MP3 播 放机存储设备中的数据，拷贝、删除、复制文件等操作。目前最广泛使用的是 USB 总线， 并且遵循微软定义的大容量移动存储协议规范，将 MP3 播放
