FLAC高保真數(shù)字音頻播放器，方案設(shè)計(jì)、硬件平臺(tái)、軟件架構(gòu)

一、項(xiàng)目概述

1.1 引言

目前，大部分的音樂文件都是以mp3格式來(lái)保存的，mp3是一種有損的音頻壓縮格式，它無(wú)法完美地再現(xiàn)原版音樂。隨著存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)大、網(wǎng)絡(luò)帶寬的增加、處理器性能的增強(qiáng)以及人們對(duì)生活品質(zhì)要求的提高，無(wú)損音樂越來(lái)越受到人們的青睞，對(duì)無(wú)損音樂播放器的需求也就越來(lái)越大。

1.2 項(xiàng)目背景/選題動(dòng)機(jī)

我們希望能在AVR單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)一個(gè)“FLAC高保真音頻播放器”。播放器用ATMEL的EVK1105套件來(lái)實(shí)現(xiàn)，它將從SD卡、U盤和網(wǎng)絡(luò)中讀取音頻文件，并對(duì)其進(jìn)行解碼及播放。該播放器能播放高保真音頻文件，具有設(shè)備體積小、操作簡(jiǎn)單和便于攜帶使用等優(yōu)點(diǎn)。

二、需求分析

2.1 功能要求

音頻播放：能支持FLAC格式的音頻播放

音頻文件的存儲(chǔ)介質(zhì)：支持SD卡、移動(dòng)硬盤、U盤、網(wǎng)絡(luò)流中音頻文件的讀取和播放

力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)對(duì)APE格式的支持

2.2 性能要求

播放文件的采樣頻率：48-96kHz

播放文件的采樣精度：16/24位字長(zhǎng)

三、方案設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理

系統(tǒng)通過讀取本地存儲(chǔ)器(SD卡、U盤、移動(dòng)硬盤)上的音頻文件，或者從網(wǎng)絡(luò)接口獲取數(shù)據(jù)流，得到音頻數(shù)據(jù)，然后通過AT32UC3A0512 MCU進(jìn)行解碼播放操作。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

3.2 硬件平臺(tái)選用及資源配置

系統(tǒng)使用AVR EVK1105開發(fā)板，該開發(fā)板資源配置如下：

AT32UC3A0512處理器，最高主頻66MHz;

立體聲音頻輸出;

全彩QVGA(320*240)LCD顯示屏;

JTAG接口;

USB OTG接口;

SD和MMC讀卡器;

10/100Mbps的以太網(wǎng)接口;

TLV320AIC23B編解碼芯片

3.3系統(tǒng)軟件架構(gòu)

系統(tǒng)組件可分解為如下圖所示的模塊：

圖2 系統(tǒng)模塊圖

系統(tǒng)層模塊

文件系統(tǒng)：由于要讀取SD卡、U盤上的文件，所以要在底層實(shí)現(xiàn)一個(gè)文件系統(tǒng)，如fat。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧：播放器可以接收網(wǎng)絡(luò)流媒體，這需要網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的支持，如LwIP。

設(shè)備驅(qū)動(dòng)：由于程序中會(huì)使用LCD、按鍵、SD card讀卡器、USB接口、網(wǎng)絡(luò)接口、編解碼芯片，需要為它們實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。

應(yīng)用層模塊

音頻獲?。?/p>

從網(wǎng)絡(luò)流或者SD卡、U盤中讀取音頻文件。

音頻解碼：

解碼音頻數(shù)據(jù)，并進(jìn)行播放。

播放器UI：

用于控制播放的過程，例如開始播放、停止播放，以及響應(yīng)用戶的其它操作請(qǐng)求。

3.4 系統(tǒng)軟件流程

圖3 程序運(yùn)行流程圖

系統(tǒng)在啟動(dòng)之后，進(jìn)行相關(guān)的初始化工作。初始化結(jié)束、進(jìn)入了開始界面之后，若用戶按下按鈕播放音樂，那么就選擇播放本地音頻或者網(wǎng)絡(luò)音頻：若選擇本地音頻文件，則讀取SD卡、U盤、移動(dòng)硬盤中的相應(yīng)文件并進(jìn)行播放;若選擇網(wǎng)絡(luò)音頻文件，則接收網(wǎng)絡(luò)音頻數(shù)據(jù)流并進(jìn)行播放。播放完畢后，重新回到開始界面。

3.5 系統(tǒng)預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)結(jié)果

該系統(tǒng)能夠播放SD卡、U盤和移動(dòng)硬盤上存儲(chǔ)的FLAC文件，也可以播放網(wǎng)絡(luò)流媒體;由按鍵來(lái)控制播放器，在LCD上顯示音頻信息。此外，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)對(duì)APE格式文件的支持。

一、項(xiàng)目概述

1.1 引言

目前，大部分的音樂文件都是以mp3格式來(lái)保存的，mp3是一種有損的音頻壓縮格式，它無(wú)法完美地再現(xiàn)原版音樂。隨著存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)大、網(wǎng)絡(luò)帶寬的增加、處理器性能的增強(qiáng)以及人們對(duì)生活品質(zhì)要求的提高，無(wú)損音樂越來(lái)越受到人們的青睞，對(duì)無(wú)損音樂播放器的需求也就越來(lái)越大。

1.2 項(xiàng)目背景/選題動(dòng)機(jī)

我們希望能在AVR單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)一個(gè)“FLAC高保真音頻播放器”。播放器用ATMEL的EVK1105套件來(lái)實(shí)現(xiàn)，它將從SD卡、U盤和網(wǎng)絡(luò)中讀取音頻文件，并對(duì)其進(jìn)行解碼及播放。該播放器能播放高保真音頻文件，具有設(shè)備體積小、操作簡(jiǎn)單和便于攜帶使用等優(yōu)點(diǎn)。

二、需求分析

2.1 功能要求

音頻播放：能支持FLAC格式的音頻播放

音頻文件的存儲(chǔ)介質(zhì)：支持SD卡、移動(dòng)硬盤、U盤、網(wǎng)絡(luò)流中音頻文件的讀取和播放

力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)對(duì)APE格式的支持

2.2 性能要求

播放文件的采樣頻率：48-96kHz

播放文件的采樣精度：16/24位字長(zhǎng)

三、方案設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理

系統(tǒng)通過讀取本地存儲(chǔ)器(SD卡、U盤、移動(dòng)硬盤)上的音頻文件，或者從網(wǎng)絡(luò)接口獲取數(shù)據(jù)流，得到音頻數(shù)據(jù)，然后通過AT32UC3A0512 MCU進(jìn)行解碼播放操作。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

3.2 硬件平臺(tái)選用及資源配置

系統(tǒng)使用AVR EVK1105開發(fā)板，該開發(fā)板資源配置如下：

AT32UC3A0512處理器，最高主頻66MHz;

立體聲音頻輸出;

全彩QVGA(320*240)LCD顯示屏;

JTAG接口;

USB OTG接口;

SD和MMC讀卡器;

10/100Mbps的以太網(wǎng)接口;

TLV320AIC23B編解碼芯片

3.3系統(tǒng)軟件架構(gòu)

系統(tǒng)組件可分解為如下圖所示的模塊：

圖2 系統(tǒng)模塊圖

系統(tǒng)層模塊

文件系統(tǒng)：由于要讀取SD卡、U盤上的文件，所以要在底層實(shí)現(xiàn)一個(gè)文件系統(tǒng)，如fat。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧：播放器可以接收網(wǎng)絡(luò)流媒體，這需要網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的支持，如LwIP。

設(shè)備驅(qū)動(dòng)：由于程序中會(huì)使用LCD、按鍵、SD card讀卡器、USB接口、網(wǎng)絡(luò)接口、編解碼芯片，需要為它們實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。

應(yīng)用層模塊

音頻獲?。?/p>

從網(wǎng)絡(luò)流或者SD卡、U盤中讀取音頻文件。

音頻解碼：

解碼音頻數(shù)據(jù)，并進(jìn)行播放。

播放器UI：

用于控制播放的過程，例如開始播放、停止播放，以及響應(yīng)用戶的其它操作請(qǐng)求。

3.4 系統(tǒng)軟件流程

圖3 程序運(yùn)行流程圖

系統(tǒng)在啟動(dòng)之后，進(jìn)行相關(guān)的初始化工作。初始化結(jié)束、進(jìn)入了開始界面之后，若用戶按下按鈕播放音樂，那么就選擇播放本地音頻或者網(wǎng)絡(luò)音頻：若選擇本地音頻文件，則讀取SD卡、U盤、移動(dòng)硬盤中的相應(yīng)文件并進(jìn)行播放;若選擇網(wǎng)絡(luò)音頻文件，則接收網(wǎng)絡(luò)音頻數(shù)據(jù)流并進(jìn)行播放。播放完畢后，重新回到開始界面。

3.5 系統(tǒng)預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)結(jié)果

該系統(tǒng)能夠播放SD卡、U盤和移動(dòng)硬盤上存儲(chǔ)的FLAC文件，也可以播放網(wǎng)絡(luò)流媒體;由按鍵來(lái)控制播放器，在LCD上顯示音頻信息。此外，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)對(duì)APE格式文件的支持。