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，在單片機上實現了MP3的解碼，并加入無線功能，使其向產品靠攏，設計成為一種電子產品“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編碼進行優化，除了算法優化和高級語言的優化之外，還進行了匯編級優化，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品，將旅游景點的解說以MP3格式存儲，通過無線形式實現智能控制。該系統能根據觀眾的位置和需要自動確定解說的語言和內容，使得每個觀眾不但可以得到每個展位、景點的完整信息，而且能夠感受到高清晰、低噪聲的音響效果。同時，本設計產品還配有鍵盤，可以對播放的音頻文件進行控制，滿足人性化的要求。系統總體框架如圖1所示。

　　1.1 MP3編碼與實現

　　MP3采用的是頻域編碼，即音樂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32位長的數據，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音頻信號的編碼過程。就單聲道而言，MP3的一個編碼框包含1152個聲音取樣，每個取樣為16位。MP3編碼時，首先將原始輸入的16位PCM信號經過濾波器分析(filer bank analysis)，轉換成32個等頻寬的子頻帶信號(subband signal)。然后透過改良式離散余弦轉換(Modified I)iscrete CosineTransforln，MDCT)，將每個子頻帶信號再細分為18個次頻帶，根據第二心理聲學模型(Psychoacoustic Mode ID所提供的信噪比(Signal-to-MaskRatio，SMR)，對每個子頻帶信號進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。

　　數字音頻采樣通過由兩個濾波器組成的濾波器組輸入到心理聲學模型中，由心理聲學模型的輸出來控制音頻屏蔽等參數，最終通過量化和霍夫曼(Huffman)編碼得到輸出的比特流。