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MP3播放器工作原理

文章来源:网络   发布时间:2007-10-06   文章作者:佚名    阅读次数:

MP3为什么会这么流行,主要是在于其对音乐的最方便携带和播放。而它的解决方法整体来说又是非常简单易行,基本上靠两个芯片就能解决大部分问题。但是,越简单的东西越是复杂,选购,使用,维修都有好多问题需要注意。下面,就利用不长的时间,搞定你的MP3,不管是要买的,不会用的,还是用坏了的。

 

MP3的全称应为MPEG1 Layer-3音频文件,MPEG(Moving Picture Experts Group)在汉语中译为活动图像专家组,特指活动影音压缩标准,MPEG音频文件是MPEG1标准中的声音部分,也叫MPEG音频层,它根据压缩质量和编码复杂程度划分为三层,即Layer-1、Layer2、Layer3,且分别对应MP1、MP2、MP3这三种声音文件,并根据不同的用途,使用不同层次的编码。MPEG音频编码的层次越高,编码器越复杂,压缩率也越高,MP1和MP2的压缩率分别为4:1和6:1-8:1,而MP3的压缩率则高达10:1-12:1,也就是说,一分钟CD音质的音乐,未经压缩需要10MB的存储空间,而经过MP3压缩编码后只有1MB左右。不过MP3对音频信号采用的是有损压缩方式,为了降低声音失真度,MP3采取了“感官编码技术”,即编码时先对音频文件进行频谱分析,然后用过滤器滤掉噪音电平,接着通过量化的方式将剩下的每一位打散排列,最后形成具有较高压缩比的MP3文件,并使压缩后的文件在回放时能够达到比较接近原音源的声音效果。

 

MP3播放机要分几个部分:中央处理器、解码器、存储设备、主机通讯端口、音频DAC和功放、显示界面和控制键。其中中央处理器和解码器是整个系统的核心。这里的中央处理器我们通常称为MCU(单片微处理器),简称单片机。它运行MP3的整个控制程序,也称为fireware(或者固件程序)。控制MP3的各个部件的工作:从存储设备读取数据送到解码器解码;与主机连接时完成与主机的数据交换;接收控制按键的操作,显示系统运行状态等任务。解码器是芯片中的一个硬件模块,或者说是硬件解码(有的MP3播放机是软件解码,由高速中央处理器完成)。它可以直接完成各种格式MP3数据流的解码操作,并输出PCM或I2S格式的数字音频信号。

 

存储设备是MP3播放机的重要部分,通常的MP3随身听都是采用半导体存储器(FLASH MEMORY)或者硬盘(HDD)作为储存设备的。它通过接受储存主机通讯端口传来的数据(通常以文件形式),回放的时候MCU读取存储器中的数据并送到解码器。数据的存储是要有一定格式的,众所周知,PC管理磁盘数据是以文件形式,MP3也不例外,最常用的办法就是直接利用PC的文件系统来管理存储器,微软操作系统采用的是FAT文件系统,这也是最广泛使用的一帧2シ呕渲幸桓鋈挝窬褪且迪諪AT文件系统,即可以从FAT文件系统的磁盘中按文件名访问并读出其中的数据。

 

主机通讯端口是MP3播放机与PC机交换数据的途径,PC通过该端口操作MP3播放机存储设备中的数据,拷贝、删除、复制文件等操作。目前最广泛使用的是USB总线,并且遵循微软定义的大容量移动存储协议规范,将MP3播放机作为主机的一个移动存储设备。这里需要遵循几个规范:USB通信协议、大容量移动存储器规范和SCSI协议。

 

音频DAC是将数字音频信号转换成模拟音频信号,以推动耳机、功放等模拟音响设备。这里要介绍一下数字音频信号。数字音频信号是相对模拟音频信号来说的。我们知道声音的本质是波,人说能听到的声音的频率在20Hz到20kHz之间,称为声波。模拟信号对波的表示是连续的函数特性,基本的原理是不同频率和振幅的波叠加在一起。数字音频信号是对模拟信号的一种量化,典型方法是对时间坐标按相等的时间间隔做采样,对振幅做量化。单位时间内的采样次数称为采样频率。这样一段声波就可以被数字化后变成一串数值,每个数值对应相应抽样点的振幅值,按顺序将这些数字排列起来就是数字音频信号了。这是ADC(模拟-数字转换)过程,DAC(数字-模拟转换)过程相反,将连续的数字按采样时候的频率顺序转换成对应的电压。MP3解码器解码后的信息属于数字音频信号(数字音频信号有不同的格式,最常用的是PCM和I2S两种),需要通过DAC转换器变成模拟信号才能推动功放,被人耳所识别。

 

MP3播放机的显示设备通常采用LCD或者OLED等来显示系统的工作状态。控制键盘通常是按钮开关。键盘和显示设备合起来构成了MP3播放机的人机交互界面。

 

MP3播放机的软件结构跟硬件是相对应的,即每一个硬件部分都有相应的软件代码,这是因为大多数的硬件部分都是数字可编程控制的。

 

看了上面的介绍是不是已经被单片机原理,编程,信号与系统,电子线路以及诸多协议标准的单词轰炸得晕头转向了。其实这只不过是让大家了解,MP3虽然简单但也很复杂。

 

总结起来工作流程为读取贮体上的信号-→到解码芯片对信号进行解码(或解压缩)-→通过数模转换器将解出来的数字信号转换成模拟信号-→再把转换后的模拟音频放大-→低通滤波后到耳机输出口。

   

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