嵌入式MP3流IP数字广播终端的研究与设计

论文摘要

本文论述了一种嵌入式MP3流IP数字广播终端的设计思路，方法以及在开发过程中用到的相关技术。该系统在增强型的嵌入式网络微处理器的基础上，采用MP3音频解码技术，TCP／IP相关技术，以及TINI(微型网络接口)的相关开发技术和流媒体技术进行开发设计。利用本嵌入式MP3流IP数字广播终端可以进行MP3流音频的播放业务，具有小型化，低功耗，稳定可靠，便于携带等特点。在文中，首先介绍了IP数字广播的优势及其发展趋势，以及相应的数字流媒体的发展情况。然后对与IP数字广播相关的技术如：音频编码、解码，网络传输协议，IP多播技术等进行阐述。接着对本数字广播终端系统的硬件系统设计和软件系统设计进行了详细的介绍。在硬件系统的设计部分，首先提出几种方案并进行了比较选择；然后设计出了系统总体结构，给出了系统硬件结构示意图；接着对基于DS80C400网络微处理器的网络接口平台的原理与构件进行描述，在详细分析嵌入式微控制器DS80C400的结构特点和功能的基础上，给出了各部分硬件的工作原理、电路结构。由于系统使用的大多是高速集成电路，所以必须在设计硬件电路的时候对布局、布线给以足够的考虑。为了提高平台的整体稳定性和可靠性，在硬件设计中采取了以下几种措施：(1)对元件的布局与走线，考虑了印刷电路板的寿命、稳定性、电磁兼容性，元件布局还特别注意了散热问题；(2)采用两层印刷电路板设计，印刷电路板结构紧凑，电源部分采用数字5V、3.3V、1.8V多电源供电；(3)选用表面贴装器件。在软件系统设计部分，首先介绍了基于网络微处理器DS80C400的微型网络接口的软件开发平台和软件运行环境，以及系统的TCP／IP协议；然后对软件系统的主流程进行分析并制定流程图；接着对主流程的各个模块进行具体的设计并给出了部分关键程序代码。在本文的最后，给出了对本IP数字广播终端系统进一步优化的想法，以及扩展功能的构想。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题提出的背景
• 1.2 数字流媒体技术简述
• 1.3 数字流媒体的发展现状
• 1.4 数字流媒体传输技术的现状
• 1.5 论文完成的工作
• 1.6 论文的组织结构
• 第二章 MP3流IP数字广播终端相关技术
• 2.1 音频编码原理
• 2.1.1 采样、量化及PCM音频格式简介
• 2.1.2 音频数据压缩方法
• 2.1.3 音频压缩的声学原理
• 2.2 MP3技术简介
• 2.2.1 MP3采样的编码形式
• 2.2.2 MP3帧的格式
• 2.2.3 MP3音频数据的解码
• 2.3 网络传输协议介绍
• 2.3.1 网络传输协议
• 2.3.2 实时传输协议
• 2.3.3 RTP及数据包格式
• 2.3.4 实时传输控制协议
• 2.3.5 实时流协议
• 2.3.6 会话描述协议
• 2.4 IP多播技术简介
• 2.4.1 组播概述
• 2.4.2 IP多播地址和多播组
• 2.4.3 建立多播组以及需要解决的问题
• 2.4.4 IP多播应用的编程方法
• 第三章 硬件系统原理与设计
• 3.1 系统硬件总体设计方案
• 3.1.1 嵌入式系统联网解决方案
• 3.1.2 硬件系统的功能框图
• 3.1.3 硬件系统的工作流程
• 3.2 硬件系统各个模块的原理及具体设计
• 3.2.1 主控制器DS80C400原理与性能
• 3.2.2 以太网接口模块原理与实现
• 3.2.3 1-wire总线原理与设计
• 3.2.4 存储器电路的原理与设计
• 3.2.5 MP3数据流解码电路原理与设计
• 3.2.6 D/A转换电路设计
• 3.2.7 LCD显示模块设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 系统的软件开发平台及软件系统设计
• 4.1 广播终端系统的软件开发平台介绍
• 4.1.1 软件开发工具包—TINI SDK
• 4.1.2 ROM功能
• 4.2 系统的TCP/IP协议
• 4.2.1 TCP/IP协议体系
• 4.2.2 数据的封装和分用
• 4.2.3 协议的配置
• 4.3 系统的软件结构
• 4.3.1 系统软件的总体结构
• 4.3.2 接收网络数据模块
• 4.3.3 控制STA015解码器的驱动程序设计
• 4.3.4 发送MP3数据流至解码器的流程
• 4.3.5 LCD液晶显示模块
• 4.4 本章小结
• 第五章 印制电路板设计、制作与调试
• 5.1 电路板的制作
• 5.1.1 电路图的绘制
• 5.1.2 PCB版图的生成
• 5.1.3 焊接电路板
• 5.2 硬件电路的调试
• 5.3 软件硬件协同调试
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的论文
• 附录1 系统电路图
• 附录2 PCB版图及实物