MP3工作原理圖解

LCDLCDUSB用戶輸入〔如鍵盤〕ARM7TDMIMP3解碼/DAC/音頻放大器RS232IDE連接器SDRAMMP3MPEGAudioLayer3，MPEG〔MotionPictureExpertsGroup〕制定的關(guān)于影像和聲音的一組標(biāo)準(zhǔn)，其中CD44.1MHz,16Bits,1.4MbpsMP3112kbps128kbps1/12CD10什么不同。把握芯片，把握解碼芯片和LCD液晶屏，由解碼芯片把內(nèi)置閃存或是外插閃存卡MP3是說一共沒幾塊芯片。你假設(shè)拆一個(gè)MP3隨身聽看看，你會(huì)覺察里面比較大的半4、5MP3NOMADIICirrusLogicEP7209MCU〔微程序把握器〕芯片組，它的作用實(shí)際上就像電腦里的CPU，經(jīng)過軟件解碼，可以支持多種隨身聽也馬上問世。CDMP3InternetMP3MP3MP3器的市場(chǎng)。MP3MDMP3隨身聽有幾十種之多，在中國(guó)銷售的也有十種以上。CVC12YEPPMPMANSONYSONYMEMORYSTICKMP3的MD聲勢(shì)浩大的多，有很多認(rèn)對(duì)MP3隨身聽越來越感興趣，那么同樣是隨身攜DISCMANMDMP3PLAYER。最近從英特網(wǎng)上知道：科宣布成功開發(fā)出全球第一臺(tái)能播放MP3的超級(jí)VCD影碟機(jī)，已全面上市，自1999315日起為其超級(jí)VCD影碟機(jī)用戶做技術(shù)升級(jí)(50元)，使之能播放MP3音樂碟，并首發(fā)科音像正版MP3音樂碟。那么什么是MP3，其根本原理是什么?有何優(yōu)點(diǎn)?其用途怎樣?下面就這些問題作比較具體的介紹。一、MP3及其根本原理MP3就是承受國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)MPEG中的第三層音頻壓縮模式，對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)展壓縮的一種格“電腦網(wǎng)絡(luò)音樂”MPEG中的第三層音頻壓縮模式比第一層和其次層編碼要簡(jiǎn)潔得多，但音質(zhì)最高，可與CD音質(zhì)相比。為了更深入地理解，先把MPEG－1音頻標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)作一些介紹。1MPEG－1音頻標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)MPEG－1AC－3壓縮算法只適用于語(yǔ)言(如碼鼓舞線性推想CELP)或只有中等的壓縮質(zhì)量(如自適應(yīng)差分脈ADPCM)。MPEG－1音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)雖然是MPEG－1標(biāo)準(zhǔn)的一局部，但它完全可獨(dú)立應(yīng)用。為保證其普遍適用性，MPEG－1音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)供給了以下壓縮模式：(1)32kHz，441kHz48kHz；(2)4種模式之一支持單聲道或雙聲道；·供給應(yīng)音頻通道的單聲道模式(monophonicmode). ·供給應(yīng)兩個(gè)獨(dú)立的單音頻通道的雙－單聲道模式(dual－monophonicmode).·供給應(yīng)立體聲通道的立體聲模式(stereomode),通道之間有比特共享。 ·聯(lián)合立體聲模式(joint－stereomode)，利用立體聲之間的關(guān)聯(lián)或通道之間的相位差的無關(guān)性，或者對(duì)兩者同時(shí)利用。 (3)壓縮后的比特流具有預(yù)定的幾種比特率之一。此外，MPEG－1音頻標(biāo)準(zhǔn)也支持用戶使用預(yù)定的比特率之外的比特率。(4)MPEG－1音頻標(biāo)準(zhǔn)供給三個(gè)獨(dú)立的壓縮層次使用戶可在簡(jiǎn)潔性和壓縮質(zhì)量之間權(quán)衡選擇。 ·層1(Layer1)最為簡(jiǎn)潔使用的比特率384kb／s，主要用于數(shù)字小卡座DCC(DigitalCompactCassette)。 ·層2(Layer2)的簡(jiǎn)潔度屬于中等，使用的比特率192kb／s左右。其應(yīng)用包括：數(shù)字播送(DigitalAudioBroadcasting)的音頻編碼，CD－ROM上的音頻信號(hào)以及交互式CD－I(CD－zinteractive)。 ·層3(Layer3)最為簡(jiǎn)潔，但音質(zhì)最正確，使用的比特率為64kb／s，尤其適用于綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)(ISDN)上的音頻傳輸。 (5)編碼后的比特流支持循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC(CyclicRedundancyCheck)。 (6)MPEG－1音頻標(biāo)準(zhǔn)還支持在比特流中載帶附加信息。 2MPEG－1音頻標(biāo)準(zhǔn)的根本原理 MPEG－1音頻標(biāo)準(zhǔn)是普遍適用的音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)它對(duì)音頻源沒有任何要求它利用人耳聽覺系統(tǒng)的感知特性壓縮率的取得來自去掉人耳聽不到的信息細(xì)節(jié)即圖1和圖2曲線以下的局部雖然壓縮是有失真的，但對(duì)人耳來說這些失真是聽不到的。也即對(duì)人耳而言，MPEG－1音頻壓縮是不失真的。因此，MPEG－1音頻標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用格外廣泛。 3MPEG－1聲音的一些性能指標(biāo)利用MPEG－1音頻標(biāo)準(zhǔn)一般能到達(dá)的壓縮率(以仍能到達(dá)CD音質(zhì)為準(zhǔn))如表1所示。MPEG層3在各種音質(zhì)下的性能如表2所示。 MPEG－1編碼解碼器的各層延遲時(shí)間如表3所示。 從上述MPEG－1音頻標(biāo)準(zhǔn)可看出：高壓縮比是MP3的一個(gè)主要特性，其根本理論就是去除節(jié)目源中人耳聽覺閾以外的全部信號(hào)并將大信號(hào)掩蓋下的小信號(hào)也加以除去由于人耳具有掩蓋效應(yīng)這種變化根本上覺察不出來這樣實(shí)際記錄的信息量就比壓縮前小得多，其壓縮比可在10∶1～96∶1(這次科承受的是CD音質(zhì)的12∶1)。這樣，一張只能容納十幾首歌曲的光盤就可記錄150首以上的MP3格式歌曲MP3的這一特性，大大節(jié)約了節(jié)目本錢，確定會(huì)受用戶歡送。二、MP3的優(yōu)點(diǎn) ↑ MP3的突出優(yōu)點(diǎn)是：壓縮比高，音質(zhì)較好，制作簡(jiǎn)潔，溝通便利。 壓縮比高上面已述。音質(zhì)是人們關(guān)心的一個(gè)焦點(diǎn)。雖然MP3對(duì)原始信號(hào)進(jìn)展了高壓縮比處理，但由于去除的大多是一些無關(guān)緊要的信號(hào)因此單純從聽感上說，MP3壓縮幾乎對(duì)音質(zhì)沒有影響事實(shí)上制作精良的MP3音樂碟在特地的數(shù)字隨身聽(比方MPMan)中播放完全可以到達(dá)一般CD唱機(jī)播放CD唱片的音質(zhì)水平但最吸引人的還是MP3制作和溝通上的便利只要有一臺(tái)電腦就可將CD節(jié)名目入電腦硬盤，然后壓制成MP3格式。也可直接從Internet網(wǎng)上下載MP3音樂，網(wǎng)上有取之不盡的MP3音樂還可把你自己制作的MP3音樂上網(wǎng)溝通良好的音質(zhì)和豐富的節(jié)目源將使MP3成為最正確的群眾音樂媒體。 固然，MP3的高壓縮比是以犧牲微小的音質(zhì)換來的，無疑會(huì)對(duì)音質(zhì)產(chǎn)生確定的影響，對(duì)一般人和愛好者不會(huì)在意，但MP3是否能為Hi－Fi發(fā)燒友寵愛?!只有他們自己來答復(fù)。三、MP3的用途由于MPEG－1是一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)所以其應(yīng)用格外廣泛如： ·數(shù)字無線電播送的放射和接收 ·數(shù)字電視伴音，包括音樂、Internet ·數(shù)字聲音信號(hào)的制作與處理 ·數(shù)字聲音信號(hào)的存儲(chǔ) 凡涉及數(shù)字聲音的地方都可利用MPEG－1音頻標(biāo)準(zhǔn)利用MPEG－1層3的音樂CD光盤在國(guó)外早已上市可存儲(chǔ)160多首歌曲，仍能保持CD音質(zhì)。有關(guān)MP3的用途，上面談其優(yōu)點(diǎn)時(shí)已經(jīng)談到一些除了可在電腦上享受MP3外，對(duì)沒有電腦和對(duì)電腦一竅不通的人來說，也可以享受MP3的樂趣，現(xiàn)在有兩種途徑： 一是承受MP3隨身聽，比方目前市場(chǎng)上正火爆熱賣中的數(shù)碼隨身聽有Diamond(帝盟)公司的PMP300和Sansung(三星)公司的MPMan前者內(nèi)置32MB快閃存儲(chǔ)器(FLASHROM)，僅手掌般大小(889cm×1.59cm)，便于攜帶支持長(zhǎng)達(dá)1小時(shí)的數(shù)碼音頻播放和可變壓縮速率附有MP3音樂樣碟，還可插更多的快閃存儲(chǔ)卡存儲(chǔ)更多的歌曲。 MPMan可播放各種音質(zhì)的MP3聲音文件如用來播放音樂，32MB內(nèi)存的MPMan可存放40分鐘CD音質(zhì)音樂如用來學(xué)習(xí)外語(yǔ)，可存放300分鐘磁帶音質(zhì)語(yǔ)音資料。體積只與3英寸磁盤相仿，厚度只有15mm。重量輕，連同電池只有140克。耗電省，充電電池充電2小時(shí)，可使用9小時(shí)，真正做到了便于隨身聽。但這比較貴，我國(guó)一般人還買不起。 二是科能播放MP3的超級(jí)VCD影碟機(jī)，一般科超級(jí)VCD影碟機(jī)用戶可花很少一點(diǎn)錢就可升級(jí)播放MP3碟片。不久將上市的科SVD900、910、920(MP)系列便攜式超級(jí)VCD影碟機(jī)不僅可“隨身聽”，還可“隨身看”現(xiàn)在還不知道其他的超級(jí)VCD影碟機(jī)是否也能升級(jí)播放MP3碟片作為一個(gè)契機(jī)，我想廠家應(yīng)當(dāng)考慮。MP3工作原理MP3播放器是利用數(shù)字信號(hào)處理器DSDigitalSignProcesse來完成處理傳輸和解碼MP3文件的任務(wù)的。DSP掌管隨身聽的數(shù)據(jù)傳輸，設(shè)備接口把握，文件解碼回放等活動(dòng)。DSP〔這也是它適合于便攜式播放器的一個(gè)顯著特點(diǎn)。一個(gè)完整MP3播放機(jī)要分幾個(gè)局部：中心處理器、解碼器、存儲(chǔ)設(shè)備、主機(jī)通訊端口、音頻DAC和功放、顯示界面和把握鍵。其中中心處理器和解碼器是整個(gè)系統(tǒng)的核心。這里的中心處理器我們通常稱為MC〔單片微處理器，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。它運(yùn)行MP3的整個(gè)把握程序，也稱為fireware〔或者固件程序。把握MP3的各個(gè)部件的工作：從存儲(chǔ)設(shè)備讀取數(shù)據(jù)行狀態(tài)等任務(wù)。解碼器是芯片中的一個(gè)硬件模塊，或者說是硬件解碼〔有的MP3播放機(jī)是軟件解碼，由高速中心處理器完成MP3輸出PCMI2S格式的數(shù)字音頻信號(hào)。存儲(chǔ)設(shè)備是MP3MP3隨身聽都是承受半導(dǎo)體存儲(chǔ)器〔FLASHMEMORY〕或者硬盤〔HDD〕作為儲(chǔ)存設(shè)備的。它通過承受儲(chǔ)存主機(jī)通訊端口傳來的數(shù)據(jù)〔通常以文件形式，回放的時(shí)候MCU要有確定格式的，眾所周知，PC治理磁盤數(shù)據(jù)是以文件形式，MP3也不例外，最常用的方法就是直接利用PCFAT是最廣泛使用的一種。播放機(jī)其中一個(gè)任務(wù)就是要實(shí)現(xiàn)FAT文件系統(tǒng)，即可以從FAT文件系統(tǒng)的磁盤中按文件名訪問并讀出其中的數(shù)據(jù)。MP3PC機(jī)交換數(shù)據(jù)的途徑，PCMP3播放機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備中的數(shù)據(jù)，拷貝、刪除、復(fù)制文件等操作。目前最廣泛使用的是USB總線，并且遵循微軟定義的大容量移動(dòng)存儲(chǔ)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，將MP3播放機(jī)作為主機(jī)的一個(gè)移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備。這里需要遵循幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：USB通信協(xié)議、大容量移動(dòng)存儲(chǔ)器標(biāo)準(zhǔn)和SCSI協(xié)議。音頻DAC是將數(shù)字音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號(hào)，以推動(dòng)耳機(jī)、功放等模擬音響設(shè)備。這質(zhì)是波，人說能聽到的聲音的頻率在20Hz20kHz之間，稱為聲波。模擬信號(hào)對(duì)波的表示應(yīng)相應(yīng)抽樣點(diǎn)的振幅值，按挨次將這些數(shù)字排列起來就是數(shù)字音頻信號(hào)了。這是ADC〔模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換〕過程，DAC〔數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換〕過程相反，將連續(xù)的數(shù)字按采樣時(shí)候的頻率順序轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓。MP3解碼器解碼后的信息屬于數(shù)字音頻信號(hào)〔數(shù)字音頻信號(hào)有不同的PCMI2S兩種DAC人耳所識(shí)別。MP3播放機(jī)的顯示設(shè)備通常承受LCD或者OLED是按鈕開關(guān)。鍵盤和顯示設(shè)備合起來構(gòu)成了MP3播放機(jī)的人機(jī)交互界面。MP3播放機(jī)的軟件構(gòu)造跟硬件是相對(duì)應(yīng)的，即每一個(gè)硬件局部都有相應(yīng)的軟件代碼，這是由于大多數(shù)的硬件局部都是數(shù)字可編程把握的。MP3MP3歌曲文件從內(nèi)存中取出并讀取存儲(chǔ)器上的信號(hào)→到解碼芯片對(duì)信號(hào)進(jìn)展解碼→通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器將解出來的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)→再把轉(zhuǎn)換后的模擬音頻放大→我們所聽到的音樂了。全球閃速存儲(chǔ)器的技術(shù)主要把握在AMDATMELFujistuHitachiHyundaiIntelMicron、Mitsubishi、Samsung、SST、SHARP、TOSHIBA，由于各自技術(shù)架構(gòu)的不同，分為幾大陣營(yíng)。NOR技術(shù)NORNOR技術(shù)〔亦稱為L(zhǎng)inear技術(shù)〕閃速存儲(chǔ)器是最早消滅的FlashMemory，目前仍是多數(shù)供應(yīng)商支持的技術(shù)架構(gòu)。它源于傳統(tǒng)的EPROM器件，與其它FlashMemory技術(shù)相比，具有可*性高、隨機(jī)讀取速度快的優(yōu)勢(shì)，在擦除和編程操作較少而直接執(zhí)行代碼的場(chǎng)合，尤其是純代碼存儲(chǔ)的應(yīng)用中廣泛使用，如PC的BIOS固件、移動(dòng)、硬盤驅(qū)動(dòng)器的把握存儲(chǔ)器等。NORFlashMemory具有以下特點(diǎn)：(1)程序和數(shù)據(jù)可存放在同一芯片上，擁有獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線和地址總線，能快速隨機(jī)讀取，允許系統(tǒng)直接從Flash中讀取代碼執(zhí)行，而無需先將代碼下載至RAM中再執(zhí)行；(2)NOR技術(shù)FlashMemory和編程操作所花費(fèi)的時(shí)間很長(zhǎng)，在純數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和文件存儲(chǔ)的應(yīng)用中，NOR技術(shù)顯得力不從心。不過，仍有支持者在以寫入為主的應(yīng)用，如CompactFlash卡中連續(xù)看好這種技術(shù)。IntelStrataFlash家族中的最成員——28F128J3，是迄今為止承受NOR技術(shù)生產(chǎn)的存儲(chǔ)容量最大的閃速存儲(chǔ)器件，到達(dá)128M〔位的主流應(yīng)用是一種較抱負(fù)的選擇。該芯片承受0.25μm制造工藝，同時(shí)承受了支持高存儲(chǔ)容量和MLCMLC技術(shù)〔多級(jí)單元技術(shù)〕是指通過向多晶硅浮柵極充電至不同的電平來對(duì)應(yīng)不同的閾電壓，代表不同的數(shù)據(jù)，在每個(gè)存儲(chǔ)單元中設(shè)有4個(gè)閾電壓00/01/10/12b2只能存儲(chǔ)1b信息。在一樣的空間中供給雙倍的存儲(chǔ)容量，是以降低寫性能為代價(jià)的。Intel通過承受稱為VFM〔虛擬小塊文件治理器〕的軟件方法將大存儲(chǔ)塊視為小扇區(qū)來治理和操作，在確定程度上改善了寫性能，使之也能應(yīng)用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中。DINORDINOR(Dividedbit-lineNOR)Mitsubishi與Hitachi上改善了NORDINOR技術(shù)FlashMemoryNOR技術(shù)一樣具有快速隨機(jī)讀取的功能，按字節(jié)隨機(jī)編程的速度略低于NOR，而塊擦除速度快于NOR。這是由于NOR技術(shù)FlashMemory10；擦除時(shí)，將浮柵極上聚攏的電荷移開，使電位從01。而DINOR技術(shù)FlashMemory在編程和擦除操作時(shí)電荷移動(dòng)方向與前者相反DINOR技術(shù)FlashMemory壓，這與NOR技術(shù)相反。盡管DINORNOR技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，但由于自身技術(shù)和工藝等因素的限制，在當(dāng)前閃速存儲(chǔ)器市場(chǎng)中，它仍不具備與進(jìn)展數(shù)十年，技術(shù)、工藝日趨成熟的NOR技術(shù)相抗衡的力氣。目前DINOR技術(shù)FlashMemory的最大容量到達(dá)64Mb。Mitsubishi公司推出的DINOR技術(shù)器件——M5M29GB/T320MitsubishiHitachiBGO技術(shù)，將閃它三個(gè)存儲(chǔ)區(qū)中的一個(gè)進(jìn)展讀操作，用硬件方式實(shí)現(xiàn)了在讀操作的同時(shí)進(jìn)展編程和擦除操EEPROM0.25μm制造工藝，不僅快速讀取速度到達(dá)80ns，而且擁有先進(jìn)的省電性能。在待機(jī)和自動(dòng)省電模式033μW功耗，當(dāng)任何地址線或片使能信號(hào)200ns、掌上電腦和頂置盒、便攜式電腦、個(gè)人數(shù)字助理、無線通信等領(lǐng)域中可以一展身手。NAND技術(shù)NANDSamsung、ToshibaFujitsu支持NAND技術(shù)FlashMemory。這種構(gòu)造的閃速存儲(chǔ)器適合于純數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和文件存儲(chǔ)，主要作為SmartMedia卡、CompactFlash卡、PCMCIAATA卡、固態(tài)盤的存儲(chǔ)介質(zhì)，并正成為閃速磁盤技術(shù)的核心。NANDFlashMemory具有以下特點(diǎn)：(1)以頁(yè)為單位進(jìn)展讀和編程操作，1256或512〔字節(jié)1塊為48K或16K2ms；而NORms。(2)數(shù)據(jù)、地址承受同一總線，實(shí)現(xiàn)串行讀取。隨機(jī)讀取速度慢且不能按字節(jié)隨機(jī)編程。(3)芯片尺寸小，引腳少，是位本錢(bitcost)最低的固態(tài)存儲(chǔ)器，將很快突破每兆字節(jié)1美元的價(jià)格限制。(4)芯片3~35〔取決于存儲(chǔ)器密度性能，但設(shè)計(jì)者需要將失效塊在地址映射表中屏蔽起來。Samsung1999年底開發(fā)出1GbNANDFlashMemory560張高區(qū)分32CD質(zhì)量的歌曲，將成為下一代便攜式信息產(chǎn)品的抱負(fù)媒介。Samsung承受了很多DRAM0.15μm的制造工藝來生產(chǎn)這顆Flash。已經(jīng)批量生產(chǎn)的K9K1208UOM0.18μm512Mb。UltraNANDAMDFujitsu共同推出的UltraNAND技術(shù)，稱之為先進(jìn)的NAND閃速存儲(chǔ)器技術(shù)。它與NANDNAND技術(shù)更高等級(jí)的可*存儲(chǔ)的應(yīng)用中表達(dá)出NAND技術(shù)的本錢優(yōu)勢(shì)；它沒有失效塊，因此不用系統(tǒng)級(jí)的查錯(cuò)和校正功能，能更有效地利用存儲(chǔ)器容量。DINOR技術(shù)一樣，盡管UltraNAND技術(shù)具有優(yōu)勢(shì)，但在當(dāng)前的市場(chǎng)上仍以NAND技術(shù)為主流。UltraNANDAM30LV0064，承受0.25μm制造工藝，沒有失效塊，可在至少104次擦寫周期中實(shí)現(xiàn)無過失操作，適用于要求高可*性的場(chǎng)合，如電信和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、個(gè)人數(shù)字助理、固態(tài)盤驅(qū)動(dòng)器等。研制中的AM30LV0128容量到達(dá)128Mb，而AMD的打算中UltraNAND技術(shù)FlasAND技術(shù)ANDHitachi公司的專利技術(shù)。Hitachi和Mitsubishi共同支持AND技術(shù)的FlashMemory。AND技術(shù)與NAND一樣承受“大多數(shù)完好的存儲(chǔ)器”概念，目前，在數(shù)據(jù)和文檔存儲(chǔ)領(lǐng)域中是另一種占重要地位的閃速存儲(chǔ)技術(shù)。HitachiMitsubishi0.18μmMLC技術(shù)，生產(chǎn)出芯片尺寸更512Mb-ANDFlashMemory，再利用雙密度封裝技術(shù)DDPDoubleDensityPackageTechnolog，將2片512Mb芯片疊加在1片TSOP48的封裝內(nèi)，1Gb芯片。HN29V51211T2mA，待機(jī)電流僅為1μA，同時(shí)由于其內(nèi)部存在與塊大小全都的內(nèi)部RAMAND技術(shù)不像其他承受MLC的閃速存儲(chǔ)器技術(shù)那樣寫入性能嚴(yán)峻下降。Hitachi公司用該芯