51單片機(jī)設(shè)計(jì)方案TOP10（七）

基于C51單片機(jī)的校園自助導(dǎo)覽儀設(shè)計(jì)

　　本文采取硬件解碼方案，在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)了MP3的解碼，并加入無線功能，使其向產(chǎn)品靠攏，設(shè)計(jì)成為一種電子產(chǎn)品“校園自助導(dǎo)覽儀”。它的功能和導(dǎo)游一樣，具備自助和電子的要素。

　　本文還對(duì)MP3編碼進(jìn)行優(yōu)化，除了算法優(yōu)化和高級(jí)語言的優(yōu)化之外，還進(jìn)行了匯編級(jí)優(yōu)化，大大降低了算法的復(fù)雜性。

　　1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　本設(shè)計(jì)是基于校園的一種電子產(chǎn)品，將旅游景點(diǎn)的解說以MP3格式存儲(chǔ)，通過無線形式實(shí)現(xiàn)智能控制。該系統(tǒng)能根據(jù)觀眾的位置和需要自動(dòng)確定解說的語言和內(nèi)容，使得每個(gè)觀眾不但可以得到每個(gè)展位、景點(diǎn)的完整信息，而且能夠感受到高清晰、低噪聲的音響效果。同時(shí)，本設(shè)計(jì)產(chǎn)品還配有鍵盤，可以對(duì)播放的音頻文件進(jìn)行控制，滿足人性化的要求。系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

　　1.1 MP3編碼與實(shí)現(xiàn)

　　MP3采用的是頻域編碼，即音樂信號(hào)自適應(yīng)譜感熵編碼ASPEC(Adaptive Spectral Perceptual Entropy Coding of High Quality Music Signal)。

　　MP3的數(shù)據(jù)是以幀流的形式存儲(chǔ)或傳輸?shù)?，每個(gè)幀有幀頭和幀尾。為獲取較高的數(shù)據(jù)壓縮比，根據(jù)音頻位流語法，采用了較為復(fù)雜的位流結(jié)構(gòu)。MP3碼流是由很多幀組成，每一幀由幀頭、壓縮的音頻數(shù)據(jù)及輔助數(shù)據(jù)等組成。幀頭是一個(gè)32位長的數(shù)據(jù)，它包含輸入輸出采樣率、輸出比特率以及單雙聲道等信息。對(duì)每一幀的576(單聲道，立體聲為1152)個(gè)輸入音頻采樣壓縮而得到音頻數(shù)據(jù)。具體的壓縮后的比特?cái)?shù)可以根據(jù)下式得到：幀內(nèi)比特?cái)?shù)=幀內(nèi)采樣數(shù)×位率/采樣率

　　圖2是MP3音頻信號(hào)的編碼過程。就單聲道而言，MP3的一個(gè)編碼框包含1152個(gè)聲音取樣，每個(gè)取樣為16位。MP3編碼時(shí)，首先將原始輸入的16位PCM信號(hào)經(jīng)過濾波器分析(filer bank analysis)，轉(zhuǎn)換成32個(gè)等頻寬的子頻帶信號(hào)(subband signal)。然后透過改良式離散余弦轉(zhuǎn)換(Modified I)iscrete CosineTransforln，MDCT)，將每個(gè)子頻帶信號(hào)再細(xì)分為18個(gè)次頻帶，根據(jù)第二心理聲學(xué)模型(Psychoacoustic Mode ID所提供的信噪比(Signal-to-MaskRatio，SMR)，對(duì)每個(gè)子頻帶信號(hào)進(jìn)行位元分配及量化編碼。最后，只要將編碼后的資料依照MPEG-I定義的位元串的形式輸出即可。

　　數(shù)字音頻采樣通過由兩個(gè)濾波器組成的濾波器組輸入到心理聲學(xué)模型中，由心理聲學(xué)模型的輸出來控制音頻屏蔽等參數(shù)，最終通過量化和霍夫曼(Huffman)編碼得到輸出的比特流。