嵌入式GPS語音導航系統中 MP3的解碼與播放

0 引言
近年來，電子技術的迅猛發展，使得嵌入式系統在越來越廣泛的領域得到應用。嵌入式系統平臺的功能也越來越強大，復雜度也越來越高，同時對其開發的難度和要求也越來越高。在開發過程中需要將應用軟件和系統軟件作為一個整體考慮，而且軟件和硬件的聯系也更加密切。所以，嵌入式系統的開發是一個復雜的過程。隨著嵌入式系統性能的大幅度提高，老式的GPS導航儀已開始向嵌入式方向發展。嵌入式GPs導航儀已越來越便攜，功能越來越強大，語音導航和媒體功能已成為嵌入式GPS導航儀的一大突出的亮點。所以，MP3音頻解碼與播放技術現已成為嵌入式GPS導航系統中的一項基本技術。MP3的全稱是MPEG Audio Layer 3，是目前流行的一種音頻編碼方案。它是1992年制定的MPEG－1標準的一部分，MPEG標準由系統、視頻和伴音三部分組成。其中伴音標準共分三層，MP3作為其中的第三層，是運算復雜度最高而壓縮效果最好的一層。比起傳統的CD格式來，其音效已相差無幾，但數據量卻不及CD的十分之一。同時，MP3播放器的便攜性和續航能力都比CD有大幅度的提高。MP3最初應用于數字音頻廣播以及數字電視伴音等；之后，隨著其流行程度的提高，在其他場合，尤其是互聯網音樂和便攜式娛樂設備上也開始大量使用MP3格式；現在，幾乎所有便攜式語音導航設備都采用MP3作為其音頻媒體格式。本文主要介紹了基于ARM核心的嵌入式GPS導航系統平臺下MP3音頻文件的解碼技術。以便利用自行設計的方案在Windows CE．NET系統下運用三星公司S3C2410平臺，從而實現MP3的解碼播放功能。

1 MP3解碼原理
1．1 MP3的文件格式
MP3文件由數量不等且相互獨立的幀(frame)組成，每個幀包含1152個采樣信息，一個MP3每幀包含幀頭、錯誤校驗、音頻數據和輔助數據四部分。圖1所示是MP3的幀結構示意圖。MP3文件的最后128字節通常包含有ID3v1標簽，并附加有用戶定制的文件附加內容，如歌曲名稱、演唱者、風格說明等。

1．2 MP3解碼流程
原始PCM(脈沖編碼調制)音頻數據在經過壓縮編碼之后將得到MP3碼流，MP3解碼就是把MP3碼流恢復成原始的PCM數據。MP3數據以幀為單位，解碼應首先根據同步信息及錯誤校驗CRC模塊找出MP3幀在碼流中的位置，并由此確定幀頭、CRC校驗、音頻數據及輔助數據的所在位置。
圖2所示是MP3的解碼流程，它主要包括哈夫曼解碼、反量化、反重排序、立體聲解碼、混疊消除、IMDCT、頻率反轉補償、子帶合成濾波等。圖2中的預處理的作用是讀取頭部數據并將需要的信息按結構存放起來，以便后續解碼。