基于SOPC的MP3编解码器的设计与实现

论文摘要

目前国内外针对MP3编解码器的研究主要着重基于单片机的音频编解码,这样的系统有局限性,主要是扩展功能差,功耗大,很多主流功能都不兼容。在应用需求的牵引和IT技术的推动下,基于SOPC系统的开发在音频编解码处理领域的应用也日益增多。本课题的研究目标是设计出一个基于SOPC平台的MP3编解码器。本文针对SOPC系统的特点和现实中的应用需求,研究实现了一套基于Altera的CycloneⅡ2C35处理器的MP3音频编解码器,并且可以挂载USB设备。以CycloneⅡ2C35为核心,通过开发音频处理的SOPC构件,将MIC采集的音频数据传到NiosⅡ软核处理器上,再通过μClinux操作系统下音频编码程序进行编码,形成MP3文件存储在USB设备上,解码程序实现了MP3数字音频信息转化为PCM数据。该系统扩展性强,应用广泛,移植了μClinux操作系统,可以方便地进行后续开发增加用户所需功能。从而提高了设备的智能程度,具有—定的工程实用价值。本文从软件和硬件两方面实现了SOPC系统开发过程的相关模块。系统硬件控制平台的研究主要包括：基于NiosⅡ软核处理器的SOPC系统的结构,音频处理模块的功能和结构,以及DE2开发板的应用要求；系统软件运行平台的研究主要包括：μClinux操作系统介绍,MP3编解码器的设计,以及μClinux环境下编解码程序的移植等工作。介绍了Avalon总线的结构,组成硬件平台的NiosⅡ系统组成模块,MP3编解码算法的原理等基于SOPC的MP3编解码器开发中所使用的主要相关技术。最后给出测试结果和列出了遇到问题的解决方案。实验表明,该系统编解码准确,可操作性强,能满足系统的基本要求,而且移植了μClinux操作系统,可以方便地进行后续开发增加用户所需功能,具有广泛的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 音频编码技术的发展及国内外现状
• 1.3 国内外SOPC在多媒体控制系统的应用现状
• 1.4 论文的组织结构
• 第2章 MP3编解码器的相关技术介绍
• 2.1 MP3标准简介
• 2.2 MP3编码与解码算法的原理
• 2.2.1 MP3编码算法原理
• 2.2.2 MP3解码算法原理
• 2.3 基于NiosⅡ软核的SOPC系统架构
• 2.3.1 简单的SOPC系统
• 2.3.2 NiosⅡ软核处理器
• 2.3.3 Avalon总线
• 2.4 嵌入式μClinux操作系统
• 2.5 音频信号编/解码芯片
• 2.6 小结
• 第3章 MP3编解码器的总体设计
• 3.1 MP3编解码器的总体设计
• 3.2 MP3编解码器的声音采样形式
• 3.3 MP3编解码器的硬件环境
• 3.3.1 MP3编解器的开发平台
• 3.3.2 QuartusⅡ和SOPC Builder
• 3.4 MP3编解码器的软件环境
• 3.5 小结
• 第4章 MP3编解码器硬件的设计与实现
• 4.1 MP3编解码器硬件的详细设计
• 4.1.1 编解码器的硬件结构
• 4.1.2 Audio（音频处理）模块的硬件设计
• 4.1.3 USB Flash设备和接口
• 4.2 基于SOPC的MP3编解码器系统硬件的实现
• 4.2.1 NiosⅡ软件核处理器及控制模块
• PLL模块'>4.2.2 SDRAM_PLL模块
• Delays模块'>4.2.3 Reset_Delays模块
• AV_Config模块'>4.2.4 I2C_AV_Config模块
• 4.2.5 FIFO模块
• 4.2.6 USB Flash设备控制模块
• 4.2.7 输入输出模块
• 4.3 小结
• 第5章 MP3编解码器软件的设计与实现
• 5.1 MP3编解码器软件的详细设计
• 5.1.1 μClinux操作系统
• 5.1.2 MP3编码器软件设计
• 5.1.3 MP3解码器软件设计
• 5.2 MP3编码器软件的实现
• 5.2.1 ShineFixed Point MP3开源文件的说明
• 5.2.2 MP3编码器在μClinux上的实现
• 5.3 MP3解码器软件的实现
• 5.3.1 MP3解码软件的实现流程
• 5.3.2 MP3解码器在μClinux上的实现
• 5.4 小结
• 第6章 MP3编解码器的测试与问题解决
• 6.1 功能测试
• 6.2 模块测试
• 6.2.1 USB存储设备模块测试
• 6.2.2 MP3编码模块测试
• 6.2.3 MP3解码模块测试
• 6.3 遇到的问题及解决
• 6.3.1 硬件——音频接口
• 6.3.2 MP3编码
• 6.3.3 MP3解码
• 6.4 小结
• 第7章 结束语
• 参考文献
• 致谢