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基于SOPC的MP3编解码器的设计与实现

作　者: 尚淼洪
导　师: 李晶皎
学　校: 东北大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: SOPC MP3编解码器 Nios软核 μClinux DE2
分类号: TN912.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

目前国内外针对MP3编解码器的研究主要着重基于单片机的音频编解码,这样的系统有局限性,主要是扩展功能差,功耗大,很多主流功能都不兼容。在应用需求的牵引和IT技术的推动下,基于SOPC系统的开发在音频编解码处理领域的应用也日益增多。本课题的研究目标是设计出一个基于SOPC平台的MP3编解码器。本文针对SOPC系统的特点和现实中的应用需求,研究实现了一套基于Altera的CycloneⅡ2C35处理器的MP3音频编解码器,并且可以挂载USB设备。以CycloneⅡ2C35为核心,通过开发音频处理的SOPC构件,将MIC采集的音频数据传到NiosⅡ软核处理器上,再通过μClinux操作系统下音频编码程序进行编码,形成MP3文件存储在USB设备上,解码程序实现了MP3数字音频信息转化为PCM数据。该系统扩展性强,应用广泛,移植了μClinux操作系统,可以方便地进行后续开发增加用户所需功能。从而提高了设备的智能程度,具有—定的工程实用价值。本文从软件和硬件两方面实现了SOPC系统开发过程的相关模块。系统硬件控制平台的研究主要包括：基于NiosⅡ软核处理器的SOPC系统的结构,音频处理模块的功能和结构,以及DE2开发板的应用要求；系统软件运行平台的研究主要包括：μClinux操作系统介绍,MP3编解码器的设计,以及μClinux环境下编解码程序的移植等工作。介绍了Avalon总线的结构,组成硬件平台的NiosⅡ系统组成模块,MP3编解码算法的原理等基于SOPC的MP3编解码器开发中所使用的主要相关技术。最后给出测试结果和列出了遇到问题的解决方案。实验表明,该系统编解码准确,可操作性强,能满足系统的基本要求,而且移植了μClinux操作系统,可以方便地进行后续开发增加用户所需功能,具有广泛的应用前景。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题研究背景  10
  1.2 音频编码技术的发展及国内外现状  10-12
  1.3 国内外SOPC在多媒体控制系统的应用现状  12-14
  1.4 论文的组织结构  14-16
第2章 MP3编解码器的相关技术介绍  16-28
  2.1 MP3标准简介  16-17
  2.2 MP3编码与解码算法的原理  17-19
    2.2.1 MP3编码算法原理  17-18
    2.2.2 MP3解码算法原理  18-19
  2.3 基于NiosⅡ软核的SOPC系统架构  19-23
    2.3.1 简单的SOPC系统  20
    2.3.2 NiosⅡ软核处理器  20-21
    2.3.3 Avalon总线  21-23
  2.4 嵌入式μClinux操作系统  23-26
  2.5 音频信号编/解码芯片  26-27
  2.6 小结  27-28
第3章 MP3编解码器的总体设计  28-36
  3.1 MP3编解码器的总体设计  28-29
  3.2 MP3编解码器的声音采样形式  29-30
  3.3 MP3编解码器的硬件环境  30-33
    3.3.1 MP3编解器的开发平台  30-31
    3.3.2 QuartusⅡ和SOPC Builder  31-33
  3.4 MP3编解码器的软件环境  33-35
  3.5 小结  35-36
第4章 MP3编解码器硬件的设计与实现  36-48
  4.1 MP3编解码器硬件的详细设计  36-42
    4.1.1 编解码器的硬件结构  36-37
    4.1.2 Audio(音频处理)模块的硬件设计  37-42
    4.1.3 USB Flash设备和接口  42
  4.2 基于SOPC的MP3编解码器系统硬件的实现  42-46
    4.2.1 NiosⅡ软件核处理器及控制模块  42-44
    4.2.2 SDRAM_PLL模块  44
    4.2.3 Reset_Delays模块  44
    4.2.4 I2C_AV_Config模块  44-45
    4.2.5 FIFO模块  45
    4.2.6 USB Flash设备控制模块  45
    4.2.7 输入输出模块  45-46
  4.3 小结  46-48
第5章 MP3编解码器软件的设计与实现  48-56
  5.1 MP3编解码器软件的详细设计  48-49
    5.1.1 μClinux操作系统  48-49
    5.1.2 MP3编码器软件设计  49
    5.1.3 MP3解码器软件设计  49
  5.2 MP3编码器软件的实现  49-53
    5.2.1 ShineFixed Point MP3开源文件的说明  50
    5.2.2 MP3编码器在μClinux上的实现  50-53
  5.3 MP3解码器软件的实现  53-55
    5.3.1 MP3解码软件的实现流程  53-54
    5.3.2 MP3解码器在μClinux上的实现  54-55
  5.4 小结  55-56
第6章 MP3编解码器的测试与问题解决  56-62
  6.1 功能测试  56
  6.2 模块测试  56-58
    6.2.1 USB存储设备模块测试  56-57
    6.2.2 MP3编码模块测试  57
    6.2.3 MP3解码模块测试  57-58
  6.3 遇到的问题及解决  58-60
    6.3.1 硬件——音频接口  58-59
    6.3.2 MP3编码  59
    6.3.3 MP3解码  59-60
  6.4 小结  60-62
第7章结束语  62-64
参考文献  64-68
致谢  68

基于SOPC的MP3编解码器的设计与实现

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