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基于ARM7嵌入式系统的MP3设计

作　者: 王宏武
导　师: 张为
学　校: 天津大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: ARM7TDMI MP3 IMDCT 嵌入式系统
分类号: TN912.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

MPEG(Moving Picture Experts Group)是运动图像专家组的英文缩写。MP3是MPEG Audio Layer-3的缩写,即MPEG第三层音频编码标准,使用MP3标准对音频数据编码既可以获得较大的音乐数据压缩比,又可以得到较好的音乐回放质量。国内外现有的MP3解码实现有两种方案:硬件和软件解码。利用专用解码芯片的硬件解码,其灵活性不好,并且硬件解码芯片的价格昂贵。基于DSP或ARM等处理器开发平台的软件解码,扩展性好,性价比较高。课题研究利用上海华邦公司的W90P710嵌入式开发板,提出基于ARM7TDMI+uClinux的硬软件结合的音频解码方案,在降低硬件成本的基础上保证较高质量的播放效果。针对ARM7的处理器的速度和存储器大小,为达到音频解码的实时性和较好的播放效果,对解码主要模块的算法进行优化。解码效果利用VC++ 6.0 Profiling功能、ADS1.2调试工具、ARM嵌入式平台进行测试和验证,实现在ARM开发平台上播放U盘中音频文件。课题研究的内容主要包括:1.嵌入式系统交叉开发环境的建立,包括调试工具,系统文件的安装;内核和根文件系统、应用程序的编译和移植;实现在开发板上播放U盘中MP3文件。2.根据ARM处理器的特征,优化四个主要解码模块算法:Huffman解码中利用定长查找冗余表Huffman解码算法、反量化中采用线形插值的方法优化反量化系数查找表、IMDCT(Inverse Modified Discrete Cosin Transformation)模块采用基于Szu-Wei Lee的快速算法进行优化、子带合成滤波中利用余弦的对称性对矩阵乘法进行简化运算。3.利用VC++ 6.0 Profiling功能、ADS1.2调试工具分析解码效果。定点算法优化各模块后,解码所需空间和时间明显减少。4.课题研究的结果进行验证与分析,并提出相关的总结和展望。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-10
  1.1 MPEG 标准  7-8
  1.2 MP3 简介  8
  1.3 课题研究工作意义和论文的内容  8-10
    1.3.1 课题研究工作的意义  9
    1.3.2 课题研究的主要内容  9-10
第二章 MP3 解码的原理和主要模块算法研究  10-22
  2.1 MP3 播放器的整体实现方案  10
  2.2 MP3 软件解码流程图  10-11
  2.3 MP3 解码各部分原理与各模块的算法  11-21
    2.3.1 数据流的同步及帧头信息、边信息的读取  11-12
    2.3.2 主数据的读取  12
    2.3.3 哈夫曼解码  12-16
    2.3.4 反量化  16-17
    2.3.5 立体声处理  17-18
    2.3.6 重排序和反混叠  18-19
    2.3.7 逆向离散余弦变换（IMDCT）  19-20
    2.3.8 频率反转和子带合成  20-21
  2.4 MP3 的播放  21-22
第三章结合硬件的软件解码模块优化  22-35
  3.1 ARM 处理器的基本特点  22-23
  3.2 针对ARM 处理器的优化分析  23-25
    3.2.1 浮点到定点的解码优化  23-24
    3.2.2 存储空间的优化  24-25
  3.3 各模块算法进行优化分析  25-27
    3.3.1 控制性过程  26
    3.3.2 数值计算型过程  26
    3.3.3 矢量运算型过程  26-27
  3.4 软件解码主要模块算法分析与优化  27-35
    3.4.1 定长查找冗余表Huffman 解码  27-29
    3.4.2 精简反量化系数表  29-30
    3.4.3 IMDCT 运算  30-32
    3.4.4 子带合成算法优化  32-35
第四章 MP3 播放器的实现  35-52
  4.1 MP3 播放器的硬件实现  35-46
    4.1.1 解码硬件实现图介绍  35
    4.1.2 W90P710 功能介绍及功能  35-38
    4.1.3 AC97 总线介绍  38-41
    4.1.4 USB 驱动  41-46
  4.2 嵌入式MP3 的软件实现  46-52
    4.2.1 嵌入式Linux 操作系统的特点  46-47
    4.2.2 uClinux 操作系统介绍  47
    4.2.3 MP3 播放器的整个软件实现过程  47-52
第五章研究结果与分析  52-58
  5.1 解码优化分析  52-56
    5.1.1 解码各模块的时间优化分析  52-53
    5.1.2 解码的存储空间分析  53-55
    5.1.3 解码效果分析  55-56
  5.2 定点ARM 处理器的解码性能分析  56-58
    5.2.1 精度分析  56
    5.2.2 性能分析  56-58
第六章结论与展望  58-60
参考文献  60-62
发表论文和参加科研情况说明  62-63
附录  63-64
致谢  64

基于ARM7嵌入式系统的MP3设计

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