dsp数字信号处理课程设计报告 基于DSP的MP3播放器设计.doc
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1、DSP 技术及应用技术及应用课程设计课程设计 选题名称选题名称: 基于 DSP 的 MP3 播放器设计 系(院)系(院): 计算机工程学院 专专 业业:计算机科学与技术(嵌入式系统软件设计) 班班 级级: 计算机 1073 班 姓姓 名名: 学学 号号: 指导教师指导教师: 学年学期学年学期: 2009 2010 学年 第 2 学期 2010年 6 月 10 日 摘要: DSP 应用的快速发展为数字信息产品带来广阔的发展空间,并将支持通信、计 算机和消费类电子产品的数字化融合。在无线领域,DSP 遍及无线交换设备、基站、 手机终端和网络领域,并涵盖从骨干基础设施到宽带入户的设备。面向群体应用,
2、 DSP 在媒体网关、视频监控、专业音响、数字广播、激光打印等应用中表现出色;面 向个人应用,DSP 在便携式数字音频和影像播放器、指纹识别和语言识别等应用中表 现不俗;针对嵌入式数字控制应用,DSP 极大地满足了工业的需求,如数字变频电力 电源设备、工业缝纫机等;DSP 也极大地满足了消费电子的需求,如空调、冰箱、洗 衣机等。随着 DSP 生产技术和工艺的进步,新型的 DSP 产品将会不段涌现,并得到 广泛应用。随着数字编解码及压缩技术的发展,语音文件也朝着高压缩比、高保真的 方向发展,从 MP1、MP2 到目前的 MP3 格式。 关键词:DSP;语音文件;编解码; 目目 录录 1 课题概要
3、 .1 1.11.1 硬件要求硬件要求 .1 1.21.2 软件要求软件要求 .1 2 系统分析 .2 2.12.1 要达到的技术指标要达到的技术指标 .2 2.22.2 功能描述功能描述 .2 2.32.3 TMS320C6711TMS320C6711 DSPDSP 芯片简介芯片简介.3 3 设计方案 .4 3.13.1 设计方案概述设计方案概述 .4 3.23.2 基于基于 DSPDSP 的系统设计方案的系统设计方案 .4 3.33.3 软件系统设计方案软件系统设计方案 .5 4 系统整体框图 .6 5 硬件电路设计 .6 5.15.1 模拟音频模块 .6 5.25.2 系统的系统的 PC
4、BPCB 图图 .8 总 结 .10 致 谢 .11 参 考 文 献 .12 DSP 系统开发与应用工程实习报告 0 1 1 课题概要课题概要 1.11.1 硬件要求硬件要求 预期的 MP3 播放器的目标系统硬件要求实现以下功能: (1) 能够存储一定量的 MP3 码流文件,供解码系统使用。在系统初步实现时,存储 的码流长度至少要保证能够从主观上感受到音频信号解码的效果; (2) 能够对 MP3 码流进行解码,从 MP3 格式恢复成 PCM 码流。系统应该能够保证 解码过程的正确性,并能够满足解码算法在实现过程中所需要的存储空间、计算速度 等需求; (3) 能够把解码后输出的 PCM 码流通过
5、扬声设备,如耳机、音箱等播放出来,这样 才能够从直观上判断解码的效果,并且方便后期在使用该系统方案时进行直观性能评 价和直接应用; (4) 能够满足系统的功率要求。一般情况下,对于电子类便携式系统,或者嵌入式应 用方案来说,系统的功耗要比较低,用电池供电能够满足系统的工作需要。 1.21.2 软件要求软件要求 系统的软件应该能够实现以下功能: (1) 能够从数据存储介质中读取 MP3 码流数据,要能保证数据读取的速度满足系统的 需要; (2) 能够正确定位 MP3 文件数据的地址和文件长度,为后期进行歌曲选择打下基础; (3) 能够正确对 MP3 码流进行解码,并且以所需要的格式和方式输出。解
6、码算 法要在目标系统中实现,因此,不但要保证算法的正确性,也要保证算法的适应 性,充分利用目标系统性能特性,并满足系统的运算速度要求; (4) 能够正确协调硬件各个模块的工作,提供正确的芯片控制信号,这项软件功能是 专门针对硬件的,需要根据目标系统的硬件需求来设计实现 DSP 系统开发与应用工程实习报告 1 2 2 系统系统分析分析 2.12.1 要达到的技术指标要达到的技术指标 序号技术指标参数 1内存2GB 2数据流速度64kb/s320kb/s 3谐波失真0.01% 4信噪比90dB 5动态范围85dB 6通道分离度80dB 7录音格式ADPCM 8录音数据流速率16kb/s-32kb/
7、s 16、32kb/s 等(WAV 格式)9解码功能 16、32、48、64、128kb/s 等(MP3 格式) 34Mb/s(下载)10USB 接口 56Mb/s(上传) 11音频输出功率(5-7.5)mW2 12电池AAA 型 1 节 13静态电流2uA 14待机电流30mA 15工作电流70mA 16录音取样频率8kHz 图 2-1 MP3 播放器的基本技术指标 2.22.2 功能描述功能描述 序号功能当前状态操作结果 1播放待机、停 止 按 PLAY 键顺序播放内存中的 MP3 歌曲 2随机播放播放按随机键MP3 中的歌曲随机播放 3重复播放播放重复按 REPEAT 键 普通播放单曲重
8、复所有歌曲重 复普通播放 播放按 MODE 键按一次设起点,再按一次设终点, 两点间循环播放 4循环播放 循环播放按 MODE 键返回原播放 5 音场选择待机、播 放 重复按 EQ 键普通(NORMAL)古典 (CLASSIC)摇滚(ROCK)重 低音(BASS)迪斯科(DISCO) DSP 系统开发与应用工程实习报告 2 爵士(JAZZ)流行(POP) 普通(NORMAL) 按 VOL+键声音增大6音量控制播放 按 VOL-键声音减小 播放按 REW 或 FF 键向前或向后搜索歌曲并播放7搜索 待机、停 止 按 REW 或 FF 键向前或向后搜索歌曲文件名 播放按 PLAY 键暂停播放8暂停
9、 暂停播放按 PLAY 键恢复播放 9删除待机:选 定文件 按 DEL 键二次删除选定文件 待机、播 放 按 HOLD 键其他键失去作用10锁定 锁定按 HOLD 键取消锁定 11浏览停止按 REW 或 FF 键顺序显示存储器中的歌曲文件名 12停止播放按 STOP 键停止 停止按“开关”键13关机 待机 n 分 钟 无 关机 图 2-2 MP3 播放器的功能描述 2.32.3 TMS320C6711TMS320C6711 DSPDSP 芯片简介芯片简介 veloci 结构使 C6000 DSP 成为高性能的 DSP 芯片。典型的 VLIW 结构由多个并行 运行的执行单元组成,这些单元在单个时
10、钟周期内可执行多条指令。并行是突破传统 设计而获得高性能的关键。 C6711 处理器由三个主要部分组成:CPU 内核、外设和存储器。CPU 中 8 个功 能单元可以并行操作,这些功能单元被分成类似的两套,每套由 4 个基本功能单元组 成。CPU 有两组寄存器,每组寄存器由 16 个 32 位寄存器组成。由于在运行期间个做 硬件数据相关性的检查,所以程序的并行性在编译时就被确定。片内程序存储器的总 线宽度为 256 的,使每个周期可取 8 条 32 位指令。 C6711 芯片包括片内程序存储器和数据存储器,有些芯片将这些存储器作为高速 缓冲存储器。外设包括直接存储器访问(DMA)、低功耗逻辑、外
11、部存储器接口、串口、 扩展总线或主机口和定时器等。 具有以下特点: 1 运行速度快。指令周期为 6ns,峰值运算能力为 1336MIPS,对于单精度运算可 达 1G FLOPS,对于算精度运算可达 250MFLOPS. 2 硬件支持 IEEE 格式的 32 位单精度与 64 为双精度浮点操作。 DSP 系统开发与应用工程实习报告 3 3 继承了 32*32bit 的乘法器,其结果可为 32 或 64bit. 4 C6711 的指令集在 C62 的指令集基础上增加了浮点执行能力,可以看作是 C62 指令集的超集。 与 C62 系列芯片一样,由于其出色的运算能力、高效的指令集、智能外设、大容 量的
12、片内存储器和大范围的寻址能力,这个系列的芯片适合用于基站数字波束形成、 图像处理、语音识别等对运算能力和存储量有高要求的应用场合。 3 3 设计方案设计方案 3.13.1 设计方案概述设计方案概述 为了能够设计和实现出较高性能的系统,需要了解当前的 MP3 解码器系统的实现 方案。市场调查和技术咨询的结果显示,目前 MP3 播放器系统 MP3 解码模块一般有 两种实现方案。 第一、使用专业的 MP3 解码芯片,辅以简单的外围电路实现。这种方案的优点是 系统个体集成度高,电路结构紧凑,实现相对比较简单,能够很快设计实现出目标系 统并投入使用,但是由于使用的是专业芯片,芯片中的功能模块即使能扩充,
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