基于Nios Ⅱ的MP3解码研究与实现

论文摘要

本文首先介绍Nios II处理器的组成结构和特征,阐述Avalon总线模型结构和其解决总线传输瓶颈的方法。然后,深入分析了MP3解码的整体流程和详细算法。在此基础上,采用SOPC技术,以Nios II软核处理器为控制中心,通过SOPC Builder开发工具构建处理器硬件系统,并利用FPGA开发板丰富的外围设备实现MP3解码和控制等功能。在软件上,对MP3解码程序的主要模块进行改进提高运行速度以及建立文件系统方便文件读取。在硬件上,系统从CF卡上读取MP3音频文件,然后通过解码程序进行解码,并输出PCM值,最后通过数模转化器得到模拟的音频信号。实验结果表明模拟音频信号与解码出来的PCM值一致。本文实现了基于Nios II的MP3的解码,可以作为通过FPGA构建的片上网络系统中的计算节点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景和意义
• 1.2 SOPC技术
• 1.3 论文的主要工作和内容
• 1.4 论文的结构安排
• 第二章 Nios II处理器系统
• 2.1 Nios II 处理器
• 2.1.1 Nios II简介
• 2.1.2 Nios II的结构组成
• 2.1.3 Nios II的特点
• 2.2 Avalon总线
• 2.2.1 Avalon总线概述
• 2.2.2 Avalon总线模块
• 2.2.3 Avalon总线优势
• 2.3 外围设备
• 2.4 本章小结
• 第三章 MP3 编码原理和解码流程
• 3.1 MP3 文件格式
• 3.2 MP3 编码原理
• 3.2.1 MP3 压缩编码的实现基础
• 3.2.2 MP3 编码原理与流程
• 3.4 MP3 解码原理
• 3.4.1 比特流解码
• 3.4.2 反量化
• 3.4.3 重排序
• 3.4.4 立体声处理
• 3.4.5 频时变换
• 3.5 本章小结
• 第四章 SOPC开发流程和软硬件系统平台
• 4.1 SOPC开发流程
• 4.2 SOPC技术硬件系统平台
• 4.2.1 硬件开发工具
• 4.2.2 定制Nios II处理器系统
• 4.3 SOPC技术软件系统平台
• 4.3.1 Nios II IDE
• 4.3.2 HAL系统库
• 4.4 本章小结
• 第五章 MP3 解码实现
• 5.1 MP3 解码系统结构
• 5.2 MP3 主要模块的算法改进
• 5.2.1 子带综合的算法改进
• 5.2.2 IMDCT的算法改进
• 5.3 CF卡设计与实现
• 5.3.1 CF卡的结构
• 5.3.2 CF卡的读写
• 5.3.3 CF卡驱动程序
• 5.4 FatFs文件系统
• 5.5 数模转换
• 5.5.1 DAC904 概述
• 5.5.2 DAC904 的功能模块
• 5.5.3 音频数字信号转化为模拟信号
• 5.6 解码分析
• 5.6.1 信噪比分析
• 5.6.2 数模转换分析
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录