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基于FPGA的MP3播放器的设计与实现

作　者: 刘宇
导　师: 李晶皎
学　校: 东北大学
专　业: 电路与系统
关键词: MP3播放器 MP3解码 FPGA NiosⅡ软核处理器
分类号: TN912.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


MP3播放器的性能主要取决于MP3解码器的性能,本文主要讨论MP3解码器的硬件实现方法。本文在查阅大量相关国内外文献期刊后,决定以FPGA为核心,采用以低速核心处理器与其他硬件加速模块的SOC设计加上外围器件实现的方式来开发MP3播放器。本文介绍了MP3文件的文件格式和解码原理,还有基于Altera公司CycloneⅡEP2C70 FPGA的DE2-70硬件平台,以及MP3播放器所需的外围设备等。在基于FPGA的硬件开发平台的基础上,设计并实现了MP3播放器系统,特别是对MP3解码系统的设计与实现。其中,利用VHDL对MP3解码系统的各个步骤进行硬件实现,是本文的特色,相对于软件解码,硬件解码可以提高解码的速度并降低系统的消耗。引入NiosⅡ软核处理器作为整个播放器系统的控制处理核心,其功能为读取存储介质SD卡中的MP3文件作为解码器的数据源；再将解码后的PCM数据进行播放；接收按键控制信息控制歌曲的播放状态；同时,显示播放信息,便于人机交互。根据系统功能对整个系统进行总体设计并进行模块划分。将系统主要分为5个模块：核心控制处理模块、SD卡文件读取模块、MP3解码播放模块、显示模块和按键控制模块等。在对这5个主要模块进行详细的设计与实现后,整合各个模块,组成完整的系统。最后,在友晶科技公司的DE2-70开发板上进行验证,实现系统功能。经测试证明,该系统完成了MP3播放器的基本功能,在提高解码速度和降低系统消耗方面都具有自己的优势。而且本系统是基于FPGA开发的,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 研究背景  10
  1.2 国内外研究现状  10-14
    1.2.1 MP3软件解码系统的算法优化  11
    1.2.2 MP3解码系统的硬件设计  11-14
  1.3 研究意义  14
  1.4 本章小结  14-16
第2章 相关技术知识介绍  16-40
  2.1 音频压缩简介  16
  2.2 MPEG-1音频标准概述  16-17
  2.3 MP3音频标准简介  17-18
  2.4 MP3解码原理  18-35
    2.4.1 MP3文件格式  18-19
    2.4.2 数据项的含义  19-22
    2.4.3 MP3解码算法所用的基本概念  22-28
    2.4.4 MP3解码流程  28-35
  2.5 硬件平台与Nios Ⅱ软核处理器  35-39
    2.5.1 硬件平台——DE2-70开发板  35-38
    2.5.2 Nios Ⅱ软核处理器的特点  38-39
  2.6 本章小结  39-40
第3章 MP3播放器的总体设计  40-44
  3.1 功能介绍  40
  3.2 功能需求分析  40
  3.3 系统总体结构设计  40-42
    3.3.1 核心控制处理模块  41
    3.3.2 SD卡文件读取模块  41
    3.3.3 MP3音频解码播放模块  41-42
    3.3.4 显示模块  42
    3.3.5 按键控制模块  42
    3.3.6 其他  42
  3.4 本章小结  42-44
第4章 MP3播放器的设计与实现  44-60
  4.1 总体结构设计和开发板的选择  44-45
  4.2 配置Nios Ⅱ软核系统模块  45-46
  4.3 SD卡文件读取模块  46-49
  4.4 MP3解码播放模块  49-57
    4.4.1 MP3解码模块  49-56
    4.4.2 MP3播放模块  56-57
  4.5 显示模块  57
  4.6 按键控制模块  57-58
  4.7 本章小结  58-60
第5章 系统测试  60-66
  5.1 系统功能测试  60-65
    5.1.1 SD卡中文件数据输入FIFO的正确性测试  60-61
    5.1.2 MP3播放器功能测试  61-65
  5.2 遇到的问题  65
  5.3 本章小结  65-66
第6章 结束语  66-68
  6.1 工作总结  66-67
  6.2 未来工作展望  67-68
参考文献  68-72
致谢  72-74
附录  74-77

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 电声技术和语音信号处理 > 电声技术与设备
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