51單片機設計方案TOP10（七）

基于C51單片機的校園自助導覽儀設計

　　本文采取硬件解碼方案，在單片機上實(shí)現了MP3的解碼，并加入無(wú)線(xiàn)功能，使其向產(chǎn)品靠攏，設計成為一種電子產(chǎn)品“校園自助導覽儀”。它的功能和導游一樣，具備自助和電子的要素。

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

　　1 系統總體設計

　　本設計是基于校園的一種電子產(chǎn)品，將旅游景點(diǎn)的解說(shuō)以MP3格式存儲，通過(guò)無(wú)線(xiàn)形式實(shí)現智能控制。該系統能根據觀(guān)眾的位置和需要自動(dòng)確定解說(shuō)的語(yǔ)言和內容，使得每個(gè)觀(guān)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)，本設計產(chǎn)品還配有鍵盤(pán)，可以對播放的音頻文件進(jìn)行控制，滿(mǎn)足人性化的要求。系統總體框架如圖1所示。

　　1.1 MP3編碼與實(shí)現

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

　　MP3的數據是以幀流的形式存儲或傳輸的，每個(gè)幀有幀頭和幀尾。為獲取較高的數據壓縮比，根據音頻位流語(yǔ)法，采用了較為復雜的位流結構。MP3碼流是由很多幀組成，每一幀由幀頭、壓縮的音頻數據及輔助數據等組成。幀頭是一個(gè)32位長(cháng)的數據，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據。具體的壓縮后的比特數可以根據下式得到：幀內比特數=幀內采樣數×位率/采樣率

　　圖2是MP3音頻信號的編碼過(guò)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信號經(jīng)過(guò)濾波器分析(filer bank analysis)，轉換成32個(gè)等頻寬的子頻帶信號(subband signal)。然后透過(guò)改良式離散余弦轉換(Modified I)iscrete CosineTransforln，MDCT)，將每個(gè)子頻帶信號再細分為18個(gè)次頻帶，根據第二心理聲學(xué)模型(Psychoacoustic Mode ID所提供的信噪比(Signal-to-MaskRatio，SMR)，對每個(gè)子頻帶信號進(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。

　　數字音頻采樣通過(guò)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(lái)控制音頻屏蔽等參數，最終通過(guò)量化和霍夫曼(Huffman)編碼得到輸出的比特流。