應(yīng)用于嵌入式終端的MP3流服務(wù)器的設(shè)計-

1、應(yīng)用于嵌入式終端的MP3流效勞器的設(shè)計*論文導(dǎo)讀：一種基于局域網(wǎng)傳輸并結(jié)合了嵌入式技術(shù)的智能播送系統(tǒng)得于實(shí)現(xiàn)。使用的是互聯(lián)網(wǎng)上成熟的TCP/IP傳輸協(xié)議。并同時向流效勞器申請新的數(shù)據(jù)流。關(guān)鍵詞：嵌入式,MP3文件格式,數(shù)據(jù)流,傳輸協(xié)議1、引言隨著國家信息教育化的不斷深入，多媒體教學(xué)在廣闊中小學(xué)的不斷普及，利用播送系統(tǒng)進(jìn)行語音語言教學(xué)的需求在不斷的增加，特別是音樂鈴聲的普及，英語聽力考試的實(shí)施等，對學(xué)校播送系統(tǒng)的功能、容量、音質(zhì)、智能化水平都提出了更高的要求。如何才能滿足學(xué)校對現(xiàn)代化校園播送的要求，一直是相關(guān)技術(shù)人員的設(shè)計難題，傳統(tǒng)的播送由于傳輸質(zhì)量和智能化等模擬技術(shù)局限性的限制，已經(jīng)難于符合學(xué)

2、校的數(shù)字化教學(xué)要求。隨著學(xué)校校園網(wǎng)建設(shè)的普及，一種基于局域網(wǎng)傳輸并結(jié)合了嵌入式技術(shù)的智能播送系統(tǒng)得于實(shí)現(xiàn)。該種智能播送系統(tǒng)主要由MP3流效勞器和嵌入式終端組成，使用的是互聯(lián)網(wǎng)上成熟的TCP/IP傳輸協(xié)議，具有穩(wěn)定、高音頻質(zhì)量和高智能化等優(yōu)點(diǎn)，由于該系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)具有一定的技術(shù)難度和較高的商業(yè)性，成為當(dāng)前播送產(chǎn)品方向各廠商爭相研究開發(fā)的課題或產(chǎn)品。本文將介紹智能播送系統(tǒng)里主要技術(shù)如何用Delphi開發(fā)應(yīng)用于嵌入式終端的MP3流效勞器，通過分析MP3格式和TCP/IP傳輸協(xié)議，給出流效勞器實(shí)現(xiàn)方案。2、MP3文件格式分析MP3文件是由幀(frame)構(gòu)成的，幀是MP3文件最小的組成單位。MP3的全稱

3、應(yīng)為MPEG1Layer-3音頻文件，MPEG(Moving Picture Experts Group)在漢語中譯為活動圖像專家組，特指活動影音壓縮標(biāo)準(zhǔn)，MPEG音頻文件是MPEG1標(biāo)準(zhǔn)中的聲音局部，也叫MPEG音頻層，它根據(jù)壓縮質(zhì)量和編碼復(fù)雜程度劃分為三層，即Layer-1、Layer2、Layer3，且分別對應(yīng)MP1、MP2、MP3這三種聲音文件，并根據(jù)不同的用途，使用不同層次的編碼。我們的設(shè)計目的是讀出MP3文件里的數(shù)據(jù)幀(frame)內(nèi)容，并將其以流的形式傳輸?shù)礁鱾€節(jié)點(diǎn)終端。MP3文件結(jié)構(gòu)大體分為三局部：TAG_V2(ID3V2)，F(xiàn)rame，TAG_V1(ID3V1)。所以下面對M

4、P3文件的三個局部進(jìn)行簡單分析。2.1、ID3v1ID3V1存放在MP3文件的末尾的128個順序存放字節(jié)，主要包含了作者，作曲，專輯等信息，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義如下： Real structureof ID3v1 tag typeTagRecord= recordHeader:array of Char; / ID3v1頭，必須為TAG;Title:array of Char;Artist:array of Char;Album:array of Char;Year:array of Char;Comment:array of Char;Genre:Byte;end;2.2、ID3V2ID3V2到現(xiàn)在

5、一共有4個版本，但流行的播放軟件一般只支持第3版，既ID3v2.3。ID3V2包含了作者，作曲，專輯等信息，長度不固定，擴(kuò)展了ID3V1的信息量。由于ID3V1已經(jīng)記錄在MP3文件的末尾，ID3V2就只能記錄在MP3文件的首部了。因此，ID3V2結(jié)構(gòu)比ID3V1的結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多，但比前者全面且可以伸縮和擴(kuò)展。要準(zhǔn)確地讀出MP3文件的音頻實(shí)體數(shù)據(jù)，就必須要準(zhǔn)確的知道位于MP3文件首部的ID3V2的長度。由于ID3V2長度不固定，所以必須對ID3V2的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解。每個ID3V2.3的標(biāo)簽都由一個標(biāo)簽頭和假設(shè)干個標(biāo)簽幀或一個擴(kuò)展標(biāo)簽頭組成。關(guān)于曲目的信息如標(biāo)題、作者等都存放在不同的標(biāo)簽幀中，擴(kuò)展標(biāo)

6、簽頭和標(biāo)簽幀并不是必要的，但每個標(biāo)簽至少要有一個標(biāo)簽幀。標(biāo)簽頭和標(biāo)簽幀一起順序存放在MP3文件的首部，ID3V2.3標(biāo)簽頭數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義為： Real structureof ID3v2 header typeTagInfo = recordID:array of Char; / 必須為ID3;Version:Byte;Revision:Byte;Flags:Byte;Size:array of Byte;end;標(biāo)簽大小由四個字節(jié)組成，但每個字節(jié)只使用了低7位，最高位恒為0，格式如下：0 xxxxxxx 0 xxxxxxx 0 xxxxxxx 0 xxxxxxx計算標(biāo)簽大小時將最高位0去掉，得

7、到一個28位的二進(jìn)制數(shù)，就是標(biāo)簽大小。計算標(biāo)簽大小的函數(shù)為：functionGetTagSize(const Tag: TagInfo): Integer;begin Gettotal tag size Result :=Tag.Size【1】 * $200000 +Tag.Size【2】 * $4000 +Tag.Size【3】 * $80 +Tag.Size【4】 + 10;if Result Tag.FileSize then Result := 0;end;2.3、幀F(xiàn)RAMEMP3文件的音頻數(shù)據(jù)由一系列的幀組成，幀的總數(shù)由文件大小和幀長決定，每個幀的長度可能不固定，也可能固定，由位率

8、bit rate決定。每個幀分為幀頭和數(shù)據(jù)實(shí)體兩局部，幀頭記錄了MP3的位率，采樣率，版本等信息，長度是4BYTE32bit，幀頭后面可能有兩個字節(jié)的CRC校驗(yàn)，這兩個字節(jié)的是否存在決定于幀頭信息的第16bit，為0那么幀頭后面無校驗(yàn)，為1那么有校驗(yàn)，校驗(yàn)值長度為2個字節(jié)，緊跟在幀頭后面。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。幀頭后緊接著幀的實(shí)體數(shù)據(jù)，具體長度由幀頭計算得出。值得注意的是，無論幀長是多少，每幀的播放時間都是26ms。MP3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不變位率的MP3文件稱作CBR，而變化位率的MP3文件稱作VBR，每個幀的長度都可能是變化的。CBR的位率和幀的大小是固定的，只要知道文件總長度，和幀長即可由播放每幀需2

9、6ms計算得出該MP3播放的總時間。VBR是XING公司推出的算法，所以在MP3的幀里會有XING;這個關(guān)鍵字，它存放在MP3文件中的第一個有效幀里，它標(biāo)識了這個MP3文件是VBR的。同時，在第一個幀里存放了MP3文件的總幀數(shù)，乘上每幀需26ms即可計算出播放的總時間。3、MP3流效勞器設(shè)計3.1、功能介紹流效勞器的主要功能是管理歌曲庫，為各嵌入式節(jié)點(diǎn)提供播送和點(diǎn)播的MP3流，并對其進(jìn)行控制管理。通過計算機(jī)技術(shù)和嵌入式技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的音頻效果，同時實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)對接收節(jié)點(diǎn)的分區(qū)域、分組或任意節(jié)點(diǎn)控制。3.2、系統(tǒng)組成框圖流效勞器所在系統(tǒng)組成框圖如圖1所示：3.3、功能實(shí)現(xiàn)本文主要介紹用D

10、elphi編程對MP3流的讀取和利用TCP/IP協(xié)議與嵌入式節(jié)點(diǎn)進(jìn)行流傳輸?shù)暮笈_技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，這是整個MP3流效勞器技術(shù)的關(guān)鍵和重點(diǎn)，流效勞器窗體界面的設(shè)計屬于比擬簡單的程序設(shè)計，此處就不做詳細(xì)的表達(dá)。下面，我們將分點(diǎn)表達(dá)各主要功能模塊的設(shè)計過程。通過上面的分析知道，MP3文件結(jié)構(gòu)大體分為ID3V2，F(xiàn)rame，ID3V1三局部，要準(zhǔn)確得讀取MP3文件的數(shù)據(jù)幀F(xiàn)rame就必須計算出文件首部的ID3V2占用的字節(jié)數(shù)，ID3V2的下一個字節(jié)就是第一個幀的首字節(jié)。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。計算ID3V2大小的函數(shù)GetTagSize前面章節(jié)已經(jīng)介紹，在讀取MP3文件前必須在內(nèi)存里開辟出數(shù)據(jù)緩沖區(qū)以保存讀取的流文

11、件。具體實(shí)現(xiàn)函數(shù)如下：VarMp3Stream: TMemoryStream; /聲明流緩沖區(qū)Num: integer;Mp3Stream := TMemoryStream.Create; / 建立流Function ReadFrameStream(constFileName: string; StreamSize: integer): Boolean;varSourceFile: file;beginResult :=True;tryAssignFile(SourceFile, FileName);FileMode := 0;Reset(SourceFile, 1); /文件指針復(fù)位Seek

12、(SourceFile, GetTagSize(tag) + Num + 1); / 文件指針定位Mp3Stream.Read(SourceFile, StreamSize); / 流讀取exceptResult := False;end;end;流媒體協(xié)議已經(jīng)有多種成熟方案，如實(shí)時流協(xié)議RTSP等，但使用范圍都是限制在PC-PC傳輸?shù)?，無法實(shí)現(xiàn)對嵌入式終端的控制，因而必須自定義一種上位機(jī)與嵌入式終端通訊的協(xié)議。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)采用的自定義數(shù)據(jù)包協(xié)議如下：Send + AA + BB +CC + MM / 發(fā)送包Receive + AA +BB + MM / 接收包其中：AA 命令字節(jié)BB 包的總

13、字節(jié)數(shù)CC 序號MM 主體數(shù)據(jù)為了提高數(shù)據(jù)包傳輸?shù)目煽啃?，我們選用實(shí)現(xiàn)高可靠性的包交換傳輸協(xié)議TCP協(xié)議來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)流傳送的主要實(shí)驗(yàn)過程如下：procedure TFormMain.IdTCPServer1Execute(AContext:TIdContext);varTemp,HeadStr : string;ClientIP:string;ClientPort: integer;Num:integer;beginifPos(Temp, ACK) = 1 then/ 判斷命令字else ifPos(Temp, SONG) = 1 thenbegin其他功能語句體end;end;嵌入式

14、終端播放MP3流采用的是硬件解碼方式，其工作機(jī)制是對接收到的MP3流進(jìn)行即時播放，每段流數(shù)據(jù)播放完成時由解碼芯片產(chǎn)生一個中斷信號給MCU，再由MCU連接流效勞器提出流數(shù)據(jù)申請。在兩次流數(shù)據(jù)的傳輸就出現(xiàn)了時間間隔，這個時間關(guān)系到流效勞器何時更新播放緩沖區(qū)里的流數(shù)據(jù)，關(guān)系到嵌入式終端播放MP3的連貫性。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。分析MP3文件格式知道，流的傳輸間隔由前次傳輸?shù)牧鲾?shù)據(jù)的播放時間決定。為了時間的準(zhǔn)確，設(shè)置每次傳輸?shù)牧鲾?shù)據(jù)的大小均為數(shù)據(jù)幀F(xiàn)rame的整數(shù)倍n，故時間間隔計算公式如下：t play = n * 26ms/frame (單位：毫秒)由于該時間間隔一般為幾十個毫秒，故效勞器端計時程序必須

15、滿足高精度的要求，誤差在一個毫秒之內(nèi)。取系統(tǒng)級時間精度的計時函數(shù)如下：varc1: int64;t1, t2: int64;r1: double;beginQueryPerformanceFrequency(c1);/ 獲得系統(tǒng)的高性能頻率計數(shù)器一毫秒內(nèi)的震動次數(shù)QueryPerformanceCounter(t1); / WINDOWS API 獲取開始計數(shù)值執(zhí)行要計時的代碼QueryPerformanceCounter(t2); / 獲取結(jié)束計數(shù)值r1 := (t2- t1) / c1 * 1000; / 取得計時時間，單位毫秒(ms)Result :=r1;end;在實(shí)際情況中，可能由于網(wǎng)絡(luò)線路的堵塞或遠(yuǎn)距離多層交換機(jī)的傳遞造成網(wǎng)絡(luò)延時加大，出現(xiàn)數(shù)毫秒甚至數(shù)十毫秒的延時時間，這個時間是疊加在流的傳輸間隔內(nèi)的，這就造成了播放時間銜接的不準(zhǔn)確。經(jīng)過分析研究和實(shí)驗(yàn)測試，我們采用二級數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的方法減少了網(wǎng)絡(luò)延時造成的傳輸間隔誤差的可能性。二級數(shù)據(jù)緩沖區(qū)建立在嵌入式終端的內(nèi)存，示意圖如圖2所示： 在MP3解碼完成發(fā)出數(shù)據(jù)請求信號時，終端CPU將播放緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)傳給MP3解碼器，同時將二級緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)存入播放器緩沖區(qū)，并同時向流效勞器申請新的數(shù)據(jù)流。這樣處理的結(jié)果將會多出一次傳送流數(shù)據(jù)的時間作為緩沖時間，可以大大的減少網(wǎng)