广西机电职业技术学院数字音视频技术实训报告课题类型：技术应用设计（论文）类课题名称：MP3播放机原理及电路分析系部：电气工程系电信 060专业：电子信息工程专业 班 级：MP3 播放机原理及电路分析关键词mp3 ；原理；电路1 设计目的1. 进一步掌握数字数字电子技术课程所学的理论知识。2. 熟悉几种常用集成数字芯片，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设 计。3. 了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。4. 培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。2 设计要求1. MPEG Layer III 的编解码原理：（1） MPEG 标准简介；（2） MPEG Layer III 编码原理（思路）；（3） MPEG Layer III 解码原理（思路）。2. MP3播放机：（1）研究MP3播放机的发展历史；（2） MP3播放机的功能；（3）MP3 产品的常用解决方案。3. 一种典型 MP3 播放机的整机电路分析。C、 Y 3 前言随着数字音视频技术和微电子技术的发展，各种数字音视频产品在当今消费性电 子市场中大量涌现，其中 MP3 播放机深受人们特别是年轻一代的欢迎。各地区特别是 珠江三角洲地区出现了大量的 MP3 播放机生产厂家。根据国内知名的 ICT 市场研究与 咨询机构赛迪顾问最新发布的2006年第二季度中国MP3播放机市场分析报告显 示，2006年第二季度，中国MP3播放机销量为163.29万台，销售额为8.59亿元。 赛迪顾问预测， 2006 年中国 MP3 播放机市场销量将突破730 万台。深入研究MP3播放机的原理和详细分析MP3播放机的整机电路对MP3播放机的制造和维 修将起到重要的指导作用。4 MP3 播放机的概述储媒体”的限制，成为现在制定“活动图像和音频编码”标准的组织。目前为止，在视频压缩领域 MPEG成为最热也是应用最多的压缩技术。随着互联网和宽带的发展，MPEG技术越来越多的在各个领域 得到应用。MPEG 的任务是开发运动图像及其声音的数字编码标准，目前已提出 MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7 和 MPEG-21 标准。MPEG-1 :数字电视标准，1992年正式发布。MPEG-2 :数字电视标准。MPEG-3 :已于1992年7月合并到高清晰度电视（High-Definition TV，HDTV）工作组。MPEG-4 :多媒体应用标准（1999年发布）。MPEG-7 :多媒体内容描述接口标准（正在研究）。4.1.2 MPEG Layer III 编码解码原理（思路）MP3是一个数据压缩格式。它丢弃掉脉冲编码调制PCM）音频数据中对人类听觉不重要的 数据（类似于JPEG是一个有损图像压缩），从而达到了小得多的文件大小。在 MP3 中使用了许多技术其中包括心理声学以确定音频的哪一部分可以丢弃。 MP3 音频可以按照 不同的位速进行压缩，提供了在数据大小和声音质量之间进行权衡的一个范围。MP3 格式使用了混合的转换机制将时域信号转换成频域信号：* 32波段多相积分滤波器（PQF）* 36或者12 tap改良离散余弦滤波器（MDCT）:每个子波段大小可以在0.1和2.31之间独立选择4.2 MP3 播放机4.2.1 MP3 播放机的发展历史MPEG-1 Audio Layer 2 编码开始时是德国 Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt fur Luft- und Raumfahrt（后来称为 Deutsches Zentrum fur Luft- und Raumfahrt,德国太空中心）Egon Meier-Engelen 管理的数字音频广播（DAB）项目。这个项目是欧盟作为EUREKA研究项目资助的，它的名字通 常称为EU-147。EU-147的研究期间是1987年到1994年。到了 1991年，就已经出现了两个提案：Musicam （称为Layer 2）和ASPEC （自适应频谱感知 熵编码）。荷兰飞利浦公司、法国CCETT和德国Institut fur Rundfunktechnik提出的Musicam方法由 于它的简单、出错时的健壮性以及在高质量压缩时较少的计算量而被选中。基于子带编码的Musicam 格式是确定MPEG音频压缩格式（采样率、帧结构、数据头、每帧采样点）的一个关键因素。这项 技术和它的设计思路完全融合到了 ISO MPEG Audio Layer I、II以及后来的Layer III（MP3）格式 的定义中。在Mussmann教授（University of Hannover）的主持下，标准的制定由Leon van de Kerkhof （Layer I）和 Gerhard Stoll（Layer II）完成。一个由荷兰 Leon Van de Kerkhof、德国 Gerhard Stoll、法国 Yves-François Dehery和德国 Karlheinz Brandenburg组成的工作小组吸收了 Musicam和ASPEC的设计思想，并添加了他们自己 的设计思想从而开发出了 MP3，MP3能够在128kbit/s达到MP2 192kbit/s音质4.2.2 MP3 播放机的功能（跟 cd 播放机或 md 播放机所播放的音乐效果一样）。（1）机身迷你、轻巧、便携。（2）机内无任何活动部件，完全防震、防磨损。（3）支持 mp3/adpcm 二种格式。（4）支持 windows95/98/2000/me/nt/xp 等操作系统，即插即用。（5）内置大容量闪存体，最大可达 256mb ，可作为活动电子硬盘来贮存各种类型的电脑资料。（6）高速 usb 接口，大于 500kbps 的传输率，可快速与计算机进行各种文件的数据传送。（7）内置全方位高保真麦克风，可进行实时录音，128m可录音9小时以上。4.2.3 MP3 产品的常用解决方案1MP3 播放机容量减少、无法在电脑上格式化、不能开机的解决办法。解决办法:先把本机SW1置于OFF起始状态（U盘状态），然后按住大圆键不放,在按住大圆键KYE2 的同时再将SW1推至播放状态，并一直按住大圆键10秒以上不放，此时LED灯显示为双色灯同时 亮，放开大圆键，等待大约2 分钟后，绿灯熄灭后表示低格结束。再重新拷入歌曲，即可恢复听歌 （适用于金点甲壳虫、子弹头系列）2MP3 播放机中有歌曲，但是全部不能播放。解决办法：请在电脑上选择用FAT格式来格式化MP3播放机。如果误采用FAT32或者NTFS格式 来格式化MP3播放机，就可造成MP3播放机无法播放歌曲的故障。3MP3 播放机播放歌曲不正常，程序混乱。解决办法：请安装随机应用软件，然后使用随机软件提供的UPDATE功能重写一下MP3播放机的 芯片，然后用随机软件提供的FORMAT功能格式化一下MP3播放机的内存。（适用于京华系列）4MP3 歌曲播放次序乱跳，或者播放时突然中断0.5 秒，然后又继续播放。解决办法：请格式化MP3播放机，重新复制歌曲进去。5MP3 播放机连接电脑有时候可以找到，有时候不能找到。解决办法：MP3播放机从电脑上拔出的时候，WIN98下请使用“弹出”功能再拔出，WINME/2000下 请使用右下角的“拔下或弹出硬件”功能再拔出。XP中为“安全删除硬件”。mp3 格式化的方法把MP3接到电脑上，然后在MP3中建立一个名字叫erase的目录，然后重新拨出和插入MP35 MP3播放机的工作原理5.1 MP3 播放机的硬件结构串口+硬盘2光。盘数据接CPU迪接 KEYBOARD眷频输出uLCD输出口FLASH-MMC卡一个完整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。如上图。其中中央处理器 和解码器是整个系统的核心，这两个部分集成在一个芯片中。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。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）, 它通过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 是最广泛使用的一种。播放机其中一个任务就是要实现FAT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（如下图），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LED发光二极管。显示系统的工作状态。5.2 MP3 播放机的软件结构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。最简化的MP3 软件处理任务只有两个操作：1. 读取存储器上的数据，送到解码器，解码器的输出送到音频DAC；2. 分析USB主机控制器发的指令，完成对存储器的操作，将操作结果送回USB主机。前一个处理过程完成了 MP3数据的回放，后一个处理过程实现了USB移动存储器。这两个过程也是整个软件部分最复杂的。除此之外的部分都是为 了实现主要功能设计的，由于篇幅限制，不能对每个模块详细说明。至此,一个简单的 MP3 就完成了6.ATJ2085 MP3电路分析及原理电路图（一）、ATJ2085 MP3重要电路功能和特点.现今市场上，最为我们熟悉