一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h1>

了解MP3文件的結(jié)構(gòu)，掌握MP3音頻解碼的原理，并實(shí)現(xiàn)基于SYSBIOS系統(tǒng)，將MP3格式的音頻解碼為PCM格式。

二、實(shí)驗(yàn)原理

1、MP3音頻格式

MP3是一種音頻壓縮技術(shù)，其全稱是動態(tài)影像專家壓縮標(biāo)準(zhǔn)音頻層面3（Moving Picture Experts Group Audio Layer III），簡稱為MP3。它被設(shè)計(jì)用來大幅度地降低音頻數(shù)據(jù)量。

利用 MPEG Audio Layer 3 的技術(shù)，將音樂以1:10 甚至 1:12 的壓縮率，壓縮成容量較小的文件，而對于大多數(shù)用戶來說重放的音質(zhì)與最初的不壓縮音頻相比沒有明顯的下降。

傳統(tǒng)的MP3算法需要完成大量的高精度浮點(diǎn)計(jì)算，其解碼速度和效率依賴于通用浮點(diǎn)運(yùn)算單元的支持。大部分的專用MP3解碼播放系統(tǒng)均需要使用DSP處理器或浮點(diǎn)協(xié)處理器處理浮點(diǎn)指令并完成高速浮點(diǎn)運(yùn)算過程。

2、MP3編解碼

MP3音頻壓縮包含編碼和解碼兩部分，編碼是將原始信號轉(zhuǎn)換成電平信號的過程，解碼即是逆過程，人耳感受聲音的頻率范圍是20Hz-20kHz，MP3截掉了大量的冗余信號和無關(guān)的信號，編碼器將原始聲音變換到頻率域，經(jīng)過量化和編碼形成MP3位流。解碼器要簡單得多，它的任務(wù)是從編碼后的譜線成分中，經(jīng)過反量化和逆變換，提取出聲音信號。

（1）編碼：從信息論的觀點(diǎn)來看，描述信源的數(shù)據(jù)是信息和數(shù)據(jù)冗余之和，即：數(shù)據(jù)=信息+數(shù)據(jù)冗余。音頻信號在時(shí)域和頻域上具有相關(guān)性，也即存在數(shù)據(jù)冗余。將音頻作為一個(gè)信源，音頻編碼的實(shí)質(zhì)是減少音頻中的冗余。通常我們采用的是PCM編碼，PCM通過抽樣、量化、編碼三個(gè)步驟將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

（2）解碼：編碼的逆過程，將MP3文件解碼成PCM數(shù)據(jù)流輸出。

3、MP3文件結(jié)構(gòu)

MP3文件數(shù)據(jù)由多個(gè)幀組成，幀是MP3文件最小組成單位。每個(gè)幀又由幀頭、附加信息和聲音數(shù)據(jù)組成。每個(gè)幀播放時(shí)間是0.026秒，其長度隨位率的不同而不等。有些MP3文件末尾有些額外字節(jié)存放非聲音數(shù)據(jù)的說明信息。

MP3文件大體上分為三個(gè)部分：ID3V2+音頻數(shù)據(jù)+ID3V1。

ID3一般位于一個(gè)MP3文件的開頭或末尾的若干字節(jié)內(nèi)，記錄該MP3文件的歌手、標(biāo)題、專輯名稱、年代、風(fēng)格等信息，ID3分為兩個(gè)版本，V1版ID3在文件末尾的固定128字節(jié)，以TAG字符開頭，若沒有則認(rèn)為無ID3V1信息，V2版ID3位于MP3的開頭，長度可變。

4、音頻數(shù)據(jù)解析

每個(gè)幀都有一個(gè)幀頭，長度是四個(gè)字節(jié)，幀后面可能有2字節(jié)的CRC校驗(yàn)，取決于幀頭的第16位，為0則無校驗(yàn)，為1則有校驗(yàn)，后面是可變長度的附加信息，對于標(biāo)準(zhǔn)的MP3文件來說，其長度是32字節(jié)，緊接其后的是壓縮的聲音數(shù)據(jù)，當(dāng)解碼器讀到此處時(shí)就進(jìn)行解碼了。

5、libmp3lame庫

lame是一個(gè)有名的開源MP3編解碼庫，使用lame庫只需要包含lame.h頭文件。

6、SYS/BIOS 操作系統(tǒng)

SYS/BIOS 是一個(gè)可擴(kuò)展的實(shí)時(shí)的操作系統(tǒng)（可拓展的實(shí)時(shí)內(nèi)核）。

（1）具有非常快速的響應(yīng)時(shí)間（在中斷和任務(wù)切換時(shí)達(dá)到較短的延遲），響應(yīng)時(shí)間的確定性。

（2)SYS/BIOS提供了搶占式多線程，硬件抽象，實(shí)時(shí)分析和配置工具。

(3)優(yōu)化的內(nèi)存分配和堆棧管理（盡量少的消耗和碎片）。

(4)SYS/BIOS的設(shè)計(jì)是為了最大限度地減少對內(nèi)存和CPU的要求.

能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的模塊化并可裁剪。

(5)用于實(shí)時(shí)調(diào)度和同步的應(yīng)用程序或?qū)崟r(shí)的設(shè)備。

TASK任務(wù)

TASK任務(wù)模塊是操作系統(tǒng)中最基本的模塊，每個(gè)任務(wù)是一個(gè)單獨(dú)的線程，各個(gè)線程（任務(wù)）具有各自的優(yōu)先級。SYS/BIOS任務(wù)對象是被任務(wù)模塊管理的線程。

（1）任務(wù)模塊動態(tài)調(diào)度和搶占任務(wù)是基于任務(wù)的優(yōu)先級和任務(wù)當(dāng)前執(zhí)行的狀態(tài)的。這確保了處理器總是給予最高優(yōu)先級的線程準(zhǔn)備運(yùn)行。

（2）SYS/BIOS的系統(tǒng)組件可以動態(tài)及靜態(tài)創(chuàng)建任務(wù)，可以通過調(diào)用Task_create（）動態(tài)創(chuàng)建Task對象，也可以在配置中靜態(tài)創(chuàng)建Task對象。

（3）動態(tài)和靜態(tài)創(chuàng)建任務(wù)的主要區(qū)別是：動態(tài)創(chuàng)建的線程可以在運(yùn)行時(shí)刪除，而靜態(tài)創(chuàng)建的任務(wù)占用更少的內(nèi)存資源。

7、程序流程設(shè)計(jì)

程序流程設(shè)計(jì)中首先要進(jìn)行使能SD并配置SD設(shè)備驅(qū)動，接著初始化SD設(shè)備，檢測SD卡的狀態(tài)，注冊SD卡的讀寫方式，然后在SD卡內(nèi)創(chuàng)建PCM文件，打開MP3文件后初始化文件指針到起始點(diǎn)，接著初始化解碼器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并配置成解碼模式，最后執(zhí)行MP3文件解析，解碼完成后卸載設(shè)備即可。

三、操作現(xiàn)象

1、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

2、硬件連接

（1）將工程目錄下的song.mp3文件拷貝到SD卡后，把SD卡插入卡槽內(nèi)。

（2）連接仿真器和電腦的USB接口。

（3）將撥碼開關(guān)撥到DEBUG模式01111，連接實(shí)驗(yàn)箱電源，撥動電源開關(guān)上電。

3、軟件操作

導(dǎo)入工程，選擇Demo文件夾下的對應(yīng)工程

編譯工程，生成可執(zhí)行文件

將CCS連接開發(fā)板并加載程序

點(diǎn)擊運(yùn)行程序

運(yùn)行程序后，Console 窗口會打印信息，正在處理音頻數(shù)據(jù)。

大概等待1分鐘，解碼完成。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，先點(diǎn)擊黃色按鈕暫停程序運(yùn)行，再點(diǎn)擊紅色按鈕退出CCS與實(shí)驗(yàn)板的連接，最后實(shí)驗(yàn)箱斷電即可。