FLAC高保真數字音頻播放器，方案設計、硬件平臺、軟件架構

一、項目概述

1.1 引言

目前，大部分的音樂(lè )文件都是以mp3格式來(lái)保存的，mp3是一種有損的音頻壓縮格式，它無(wú)法完美地再現原版音樂(lè )。隨著(zhù)存儲器容量的擴大、網(wǎng)絡(luò )帶寬的增加、處理器性能的增強以及人們對生活品質(zhì)要求的提高，無(wú)損音樂(lè )越來(lái)越受到人們的青睞，對無(wú)損音樂(lè )播放器的需求也就越來(lái)越大。

1.2 項目背景/選題動(dòng)機

我們希望能在A(yíng)VR單片機上實(shí)現一個(gè)“FLAC高保真音頻播放器”。播放器用ATMEL的EVK1105套件來(lái)實(shí)現，它將從SD卡、U盤(pán)和網(wǎng)絡(luò )中讀取音頻文件，并對其進(jìn)行解碼及播放。該播放器能播放高保真音頻文件，具有設備體積小、操作簡(jiǎn)單和便于攜帶使用等優(yōu)點(diǎn)。

二、需求分析

2.1 功能要求

音頻播放：能支持FLAC格式的音頻播放

音頻文件的存儲介質(zhì)：支持SD卡、移動(dòng)硬盤(pán)、U盤(pán)、網(wǎng)絡(luò )流中音頻文件的讀取和播放

力爭實(shí)現對APE格式的支持

2.2 性能要求

播放文件的采樣頻率：48-96kHz

播放文件的采樣精度：16/24位字長(cháng)

三、方案設計

3.1 系統功能實(shí)現原理

系統通過(guò)讀取本地存儲器(SD卡、U盤(pán)、移動(dòng)硬盤(pán))上的音頻文件，或者從網(wǎng)絡(luò )接口獲取數據流，得到音頻數據，然后通過(guò)AT32UC3A0512 MCU進(jìn)行解碼播放操作。

圖1 系統硬件結構框圖

3.2 硬件平臺選用及資源配置

系統使用AVR EVK1105開(kāi)發(fā)板，該開(kāi)發(fā)板資源配置如下：

AT32UC3A0512處理器，最高主頻66MHz;

立體聲音頻輸出;

全彩QVGA(320*240)LCD顯示屏;

JTAG接口;

USB OTG接口;

SD和MMC讀卡器;

10/100Mbps的以太網(wǎng)接口;

TLV320AIC23B編解碼芯片

3.3系統軟件架構

系統組件可分解為如下圖所示的模塊：

圖2 系統模塊圖

系統層模塊

文件系統：由于要讀取SD卡、U盤(pán)上的文件，所以要在底層實(shí)現一個(gè)文件系統，如fat。

網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧：播放器可以接收網(wǎng)絡(luò )流媒體，這需要網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧的支持，如LwIP。

設備驅動(dòng)：由于程序中會(huì )使用LCD、按鍵、SD card讀卡器、USB接口、網(wǎng)絡(luò )接口、編解碼芯片，需要為它們實(shí)現驅動(dòng)。

應用層模塊

音頻獲?。?/p>

從網(wǎng)絡(luò )流或者SD卡、U盤(pán)中讀取音頻文件。

音頻解碼：

解碼音頻數據，并進(jìn)行播放。

播放器UI：

用于控制播放的過(guò)程，例如開(kāi)始播放、停止播放，以及響應用戶(hù)的其它操作請求。

3.4 系統軟件流程

圖3 程序運行流程圖

系統在啟動(dòng)之后，進(jìn)行相關(guān)的初始化工作。初始化結束、進(jìn)入了開(kāi)始界面之后，若用戶(hù)按下按鈕播放音樂(lè )，那么就選擇播放本地音頻或者網(wǎng)絡(luò )音頻：若選擇本地音頻文件，則讀取SD卡、U盤(pán)、移動(dòng)硬盤(pán)中的相應文件并進(jìn)行播放;若選擇網(wǎng)絡(luò )音頻文件，則接收網(wǎng)絡(luò )音頻數據流并進(jìn)行播放。播放完畢后，重新回到開(kāi)始界面。

3.5 系統預計實(shí)現結果

該系統能夠播放SD卡、U盤(pán)和移動(dòng)硬盤(pán)上存儲的FLAC文件，也可以播放網(wǎng)絡(luò )流媒體;由按鍵來(lái)控制播放器，在LCD上顯示音頻信息。此外，爭取實(shí)現對APE格式文件的支持。

一、項目概述

1.1 引言

目前，大部分的音樂(lè )文件都是以mp3格式來(lái)保存的，mp3是一種有損的音頻壓縮格式，它無(wú)法完美地再現原版音樂(lè )。隨著(zhù)存儲器容量的擴大、網(wǎng)絡(luò )帶寬的增加、處理器性能的增強以及人們對生活品質(zhì)要求的提高，無(wú)損音樂(lè )越來(lái)越受到人們的青睞，對無(wú)損音樂(lè )播放器的需求也就越來(lái)越大。

1.2 項目背景/選題動(dòng)機

我們希望能在A(yíng)VR單片機上實(shí)現一個(gè)“FLAC高保真音頻播放器”。播放器用ATMEL的EVK1105套件來(lái)實(shí)現，它將從SD卡、U盤(pán)和網(wǎng)絡(luò )中讀取音頻文件，并對其進(jìn)行解碼及播放。該播放器能播放高保真音頻文件，具有設備體積小、操作簡(jiǎn)單和便于攜帶使用等優(yōu)點(diǎn)。

二、需求分析

2.1 功能要求

音頻播放：能支持FLAC格式的音頻播放

音頻文件的存儲介質(zhì)：支持SD卡、移動(dòng)硬盤(pán)、U盤(pán)、網(wǎng)絡(luò )流中音頻文件的讀取和播放

力爭實(shí)現對APE格式的支持

2.2 性能要求

播放文件的采樣頻率：48-96kHz

播放文件的采樣精度：16/24位字長(cháng)

三、方案設計

3.1 系統功能實(shí)現原理

系統通過(guò)讀取本地存儲器(SD卡、U盤(pán)、移動(dòng)硬盤(pán))上的音頻文件，或者從網(wǎng)絡(luò )接口獲取數據流，得到音頻數據，然后通過(guò)AT32UC3A0512 MCU進(jìn)行解碼播放操作。

圖1 系統硬件結構框圖

3.2 硬件平臺選用及資源配置

系統使用AVR EVK1105開(kāi)發(fā)板，該開(kāi)發(fā)板資源配置如下：

AT32UC3A0512處理器，最高主頻66MHz;

立體聲音頻輸出;

全彩QVGA(320*240)LCD顯示屏;

JTAG接口;

USB OTG接口;

SD和MMC讀卡器;

10/100Mbps的以太網(wǎng)接口;

TLV320AIC23B編解碼芯片

3.3系統軟件架構

系統組件可分解為如下圖所示的模塊：

圖2 系統模塊圖

系統層模塊

文件系統：由于要讀取SD卡、U盤(pán)上的文件，所以要在底層實(shí)現一個(gè)文件系統，如fat。

網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧：播放器可以接收網(wǎng)絡(luò )流媒體，這需要網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧的支持，如LwIP。

設備驅動(dòng)：由于程序中會(huì )使用LCD、按鍵、SD card讀卡器、USB接口、網(wǎng)絡(luò )接口、編解碼芯片，需要為它們實(shí)現驅動(dòng)。

應用層模塊

音頻獲?。?/p>

從網(wǎng)絡(luò )流或者SD卡、U盤(pán)中讀取音頻文件。

音頻解碼：

解碼音頻數據，并進(jìn)行播放。

播放器UI：

用于控制播放的過(guò)程，例如開(kāi)始播放、停止播放，以及響應用戶(hù)的其它操作請求。

3.4 系統軟件流程

圖3 程序運行流程圖

系統在啟動(dòng)之后，進(jìn)行相關(guān)的初始化工作。初始化結束、進(jìn)入了開(kāi)始界面之后，若用戶(hù)按下按鈕播放音樂(lè )，那么就選擇播放本地音頻或者網(wǎng)絡(luò )音頻：若選擇本地音頻文件，則讀取SD卡、U盤(pán)、移動(dòng)硬盤(pán)中的相應文件并進(jìn)行播放;若選擇網(wǎng)絡(luò )音頻文件，則接收網(wǎng)絡(luò )音頻數據流并進(jìn)行播放。播放完畢后，重新回到開(kāi)始界面。

3.5 系統預計實(shí)現結果

該系統能夠播放SD卡、U盤(pán)和移動(dòng)硬盤(pán)上存儲的FLAC文件，也可以播放網(wǎng)絡(luò )流媒體;由按鍵來(lái)控制播放器，在LCD上顯示音頻信息。此外，爭取實(shí)現對APE格式文件的支持。