基于DSP的MP3解碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

USB接口實(shí)現(xiàn)

USB接口采用高性能、并行總線的USB接口器件PD IUSBD12 (以下簡(jiǎn)稱D12) ，D12符合通用串行總線USB 1. 1 版規(guī)范，可與DSP微控制器實(shí)現(xiàn)高速并行接口[ 5 - 6 ] ，D12與DSP連接如圖4所示。

圖4　D12與DSP連接圖

由CPLD產(chǎn)生D12的片選、以及控制對(duì)D12的讀寫(xiě); ALE接低電平，表示一個(gè)獨(dú)立的地址和數(shù)據(jù)總線配置; D12 的A0 腳與DSP的A0相連，控制D12 的命令和數(shù)據(jù)狀態(tài)。

CF卡接口設(shè)計(jì)
　　
CF卡是一種小型化、大容量、低功耗、智能型的存儲(chǔ)媒體，在便攜式設(shè)備中應(yīng)用廣泛。以Flash Memory(閃存)為主要載體，內(nèi)部用微處理器進(jìn)行時(shí)序控制和存儲(chǔ)管理。CF卡與DSP連接如下圖5 所示。

圖5　CF卡與DSP連接

CF卡的A3～A0為數(shù)據(jù)、命令、或狀態(tài)寄存器地址線，D15～D0為數(shù)據(jù)總線，可16位或8位訪問(wèn)，當(dāng)片選信號(hào)CE1#和CE2#同時(shí)為低電平時(shí)，為16位訪問(wèn)格式;當(dāng)CE1#置高，CE2#為低電平時(shí)，為8位訪問(wèn)格式。CF的存取方式有三種:Memory方式、I/O 方式、True IDE方式，該系統(tǒng)中CF卡工作模式選取上電默認(rèn)方式，即:Memory方式，片選CE1 #、CE2 #由可編程邏輯器件EPM7128SL84對(duì)DSP的8位地址A15～A22譯碼產(chǎn)生。CF卡工作電壓為5 V或3. 3 V，設(shè)計(jì)選用3. 3 V工作電壓，便于數(shù)據(jù)輸出與地址可直接與DSP相接。

MP3解碼的DSP實(shí)現(xiàn)

MP3 文件的格式

MP3是目前世界上最流行的音頻格式之一，其采用了MPEG -1 Ⅲ層標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼格式。遵循MP3標(biāo)準(zhǔn)的音樂(lè)具有很高的壓縮率和較高的保真度，其壓縮比可達(dá)1：10 ～12，即1分鐘CD音質(zhì)的音樂(lè)經(jīng)過(guò)MP3壓縮編碼后，可以壓縮到1兆左右而基本保持不失真。MP3的壓縮率很高，失真也較小，但它的算法也較為復(fù)雜。MP3文件的內(nèi)容是音頻位流數(shù)據(jù)文件，它由若干個(gè)數(shù)據(jù)幀組成，每個(gè)數(shù)據(jù)幀的構(gòu)成如圖6所示。每幀中的音頻數(shù)據(jù)含有1152個(gè)原始音頻信號(hào)的采樣信息，并且經(jīng)過(guò)霍夫曼編碼形成。數(shù)據(jù)幀的其它內(nèi)容分別為：

頭標(biāo)信息：音頻位流的一部分，它包含同步和狀態(tài)信息。校驗(yàn)字:音頻位流的一部分，它包含用于錯(cuò)誤檢測(cè)的信息。
輔助信息：音頻位流的一部分，它包含每幀中可用于解碼的相關(guān)信息。
縮放因子信息：音頻位流的一部分，它包含用于計(jì)算音頻數(shù)據(jù)量化比例因子的信息。
霍夫曼編碼數(shù)據(jù)：音頻位流的一部分，它包含每幀中所有原始音頻采樣數(shù)據(jù)的霍夫曼編碼。
附加數(shù)據(jù)：音頻位流的一部分，它可包含一系列用戶定義的輔助數(shù)據(jù)。

圖6　MP3位流數(shù)據(jù)幀示意圖

MP3解碼
　　
LayerⅢ采用了較復(fù)雜的比特流結(jié)構(gòu)。解碼程序的流程圖如圖7所示。首先獲得每一幀的同步字，取得頭信息，從而獲得各相應(yīng)參數(shù)，根據(jù)對(duì)頭信息的解析進(jìn)而得到實(shí)際的一幀音頻數(shù)據(jù)。讀取主數(shù)據(jù)獲得比例因子數(shù)據(jù)，對(duì)樣本進(jìn)行解碼，然后對(duì)解碼樣本順序進(jìn)行倒置，如果塊類型(BlockSp lit_ type)和標(biāo)志類型( Flag_typ)都為1時(shí)，對(duì)樣本進(jìn)行重新排序，根據(jù)邊信息中霍夫曼碼本的選擇信息進(jìn)行霍夫曼解碼，然后進(jìn)行反量化，根據(jù)幀頭的立體聲信息，對(duì)反量化結(jié)果進(jìn)行立體聲處理。最后通過(guò)混迭處理、IMDCT和合成濾波器重建數(shù)字音頻信號(hào)。

圖7　MP3解碼流程

結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)采用了高性能的芯片及性能優(yōu)良的模擬接口，具有很強(qiáng)的信號(hào)處理能力，可以高質(zhì)量地完成立體聲的解碼算法。在系統(tǒng)的軟硬件的基礎(chǔ)上，顯示器和鍵盤(pán)等，可以增加用戶接口。該系統(tǒng)可以集成在數(shù)碼相機(jī)等產(chǎn)品中增加MP3播放機(jī)功能，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景