流行音频解码的嵌入式移植——MP3格式移植模块-毕业论文.doc

1、 本科毕业论文 (科研训练、毕业设计 ) 题 目 ： 流行音频解码的嵌入式移植 MP3格式 移植模块 姓 名： 学 院：软件学院 系： 软件工程 专 业：软件工程 年 级： 学 号： 指导教师（校内）： 职称： 指导教师（校内）： 职称： 指导教师（校外）： 职称： 年 月Fff 流行音频解码的嵌入式移植 MP3移植模块 摘要 MP3的全称是 MPEG Audio Layer3 ,它是一 种高效的计算机音频编码方案 ,它以较大的压缩比将音频文件转换成较小的扩展名为 MP3 的文件 ,基本保持原文件的音质。 MP3 是 ISO/MPEG标准的一部分 , ISO/MPEG标准描述了使用高性能感知编

2、码方案的音频压缩 ,此标准一直在不断更新以满足 质高量小 的追求 ,现已形成 MPEG Layer1、 Layer2、 Layer 3 三个音频编码解码方案。MPEG Layer3 压缩率可达 1 :10 至 1 :12 ,1M的 MP3 文件可播放 1 分钟。 直到现在，这种格式还是风靡一时， 其 作为主流音频格式的地位难以被撼动。 本文 先介绍项目背景和总体设计目标，然后简要介绍了 了交叉编译、S3C2410硬件平台、 MPlayer源码框架， 研究并 分析 mp3音频格式 的解码算法原理 ， 根据这些原理去分析开源的音频编解码库， 针对 嵌入 LINUX 系统的 ARM平台 提出优化方案

3、 ， 以 S3C2410（ FFT 2410实验箱）平台为目标， 并在 此 平台 上 进行优化移植，实现对 MP3音频的解码。 关键词 MPlayer 嵌入式 解码 移植 MP3 厦门大学本科毕业论文 第 3页共 35页 Embedded Porting of the Popular Audio Format Decoding the Module of MP3 Porting Abstract MP3 which is a highly efficient computer audio coding program stands for MPEG Audio Layer3. It conve

4、rts audio files into smaller MP3 files with greater compression ratio, basically maintained the sound quality of the original document. MP3 is part of ISO/MPEG standards.ISO/MPEG standard describes the use of high-performance perceptual coding audio compression.This standard has been continuously up

5、dated to meet the “small amount of high quality“. MPEG Layer1,Layer 2 and Layer 3 audio codec program has been formed. MPEGLayer3 compression rates up to 1 : 10 to 1 : 12. Even now, MP3 as a mainstream status of audio format has been difficult to be shaked. This paper introduces the background and g

6、oals of the project, then briefly present the cross compiler. S3C2410 hardware platform, MPlayer source framework, Research and analysis of mp3 audio format decoding algorithm theory.Aim at S3C2410 (FFT-2410 experimental box),we will optimize transplant implementation of MP3 audio decoder. Key words

7、 MPlayer Embedded Decoding Porting MP3 厦门大学本科毕业论文 第 4页共 35页 目 录 引 言 - 8 第一章 选题背景 - 9 1.1 MP3格式的市场前景 - 9 1.2 移植目的及总体设计目标 - 9 1.3移植开发环境 -10 第二章 移植平台搭建 -12 2.1 Linux交叉开发模式 -12 2.2 ARM板的连接调试 -12 2.2.1设置 minicom -12 2.2.2配置以太网 -15 2.3 交叉编译环境的建立 -15 第三章 移植的具体实现 -17 3.1 MPlayer的安装编译 -17 3.2 MP3格式的解码过程 -18

8、3.2.1 MP3格式 -18 3.2.2 MP3格式的解码 -19 3.3 libmad及其优化 -20 3.3.1 码流读取 -21 3.3.2 桢的同步 -23 3.3.3桢头解码 -23 3.3.4 sideinfo解码 -24 3.3.5 main_data的读取 -25 3.3.6 缩放因子解码 -26 3.3.7 huffman解码 -26 3.3.8 反量化 -26 3.3.9重排序 -26 3.3.10 IMDCT变换 -27 厦门大学本科毕业论文 第 5页共 35页 3.3.11子带合成滤波 -27 3.4 移植流程 -28 3.4.1 安装工具 -28 3.4.2交叉编译

9、 libmad库 -28 3.4.3 编译 MPlayer -28 3.4.4宿主机设置 -29 3.4.5 移植 MPlayer -30 结论 -33 致谢 语 -34 参考文献 - 错误 !未定义书签。 厦门大学本科毕业论文 第 6页共 35页 Catalogue Introduction - 8 Chapter 1 Background - 9 1.1 the Foreground of MP3 - 9 1.2 the Goals of Porting - 9 1.3 the Develop Environment -10 Chapter 2 Transplant Platform -1

10、2 2.1 the CROSS Develop Module -12 2.2 Connection of ARM -12 2.2.1 the Setting of minicom -12 2.2.2 the Setting of LAN -15 2.3 the Implementation of CROSS-15 Chapter3 Transplant Implementation -17 3.1 Install MPlayer -17 3.2 the Decoding Process of MP3 Audio -18 3.2.1 MP3 Format -18 3.2.2 MP3 Decodi

11、ng -19 3.3 Optimize of libmad -20 3.3.1 Code Stream-21 3.3.2 the Synchronization of Frames -23 3.3.3 Frame Head Decoding -23 3.3.4 sideinfo Decoding -24 3.3.5 main_data -25 3.3.6 Scalefactor Decoding -26 3.3.7 Huffman Decoding -26 3.3.8 Requantization -26 3.3.9 Reordering-26 3.3.10 IMDCT -27 厦门大学本科毕

12、业论文 第 7页共 35页 3.3.11 Synthesis filter bank -27 3.4 the Flow of Transplant -28 3.4.1 Install Tools -28 3.4.2 Compile the Lib of libmad -28 3.4.3 Compile MPlayer -28 3.4.4 Host Setting -29 3.4.5 Transplant MPlayerr -30 Summary -33 Acknowledgement -34 References - 错误 !未定义书签。 厦门大学本科毕业论文 第 8页共 35页 引 言 近些

13、年来， MP3 市场发展势头迅猛，其百家争鸣的态势，甚至一度在数码市场大放异彩 ，并成为了继手机之后最为广泛使用的个人随身电子产品 。各大厂商的竞争 也 进入白炽化阶段， 众人 为了争取不同需求的消费者，在技术上下足功夫，加大产品的竞争力度，开发出具有个性化、完美品质的产品。 在本次开发中，我们将来研究一下流行音频解码的嵌入式移植 。这就涉及到ARM技术和 LINUX 这两个术语。 ARM： Advanced RISC Machines，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术 的名字。 1991 年 ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授

14、权。目前，采用 ARM技术知识产权（ IP）核的微处理器，即我们通常所说的 ARM微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM技术的微处理器应用约占据了 32位 RISC微处理器 75以上的市场份额，ARM 技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。 随着 ARM 技术的发展，它的应用已经遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类 高科技 产品市场 。可以说，我们已经步入了 ARM 的时代，以 ARM 为内核的系列产品（ ARM7、 ARM9、 ARM9E、 ARM10E、 SecurCore、 Xscale、 Strong

15、ARM），各自满足着不同应用领域的需求，渗入到嵌入式系统应用的各个角落。 LINUX： 构建一个复杂的嵌入式系统，仅有硬件是不够的，我们还需要进行操作系统的移植。我们通常在 ARM平台上构建 Windows CE、 Linux、 Palm OS等操作系统。鉴于 Linux 正在嵌入式开发领域稳步发展 Linux 使用 GPL，所有对特定开发板、 PDA、掌上机、可携带设备等使用嵌入式 Linux 感兴趣的开发折都 可以从因特网上免费下载其内核和应用程序，并开始移植和开发。 Linux具有 广大的支持社群以外，稳定、模块化、拥有广大的应用免费应用软件支持。我们这次项目的开发就是以 LINUX为平

16、台。 厦门大学本科毕业论文 第 9页共 35页 第 一 章 选题背景 1.1 MP3 格式的市场前景 mp3 格式诞生于 1987 年，创始者是设在德国的一个音频研究机构。 mp3的全名是 MPEG Audio Layer -3，是活动图像方案专家组 -MPEG（研究一种压缩比率较大的活动图像和声音的压缩方法）在当时研究影像压缩格式同时开发的音频压缩格式。 mp3压缩时运用了五个 重要的技术： 1. 最小听觉门限判定技术 2. 遮蔽效应技术 3. 位存储槽技术 4. 立体声编码技术 5. 无失真编码技术 自从 Diamond(帝盟 )公司于 1997年推出 第一台 MP3随身播放器后 (事实上

17、第一台 MP3 是由韩国世韩公司推出，只不过影响深远是从帝盟开始 ) ，这个在短短两三年内改变了整个音乐市场、便携式数码音乐产品，改变了我们的生活，在短短两年内迅速席卷全球，成为便携式音频设备的主流。 Mp3比之 CD、 MD 等随身听，其最大的市场优势在于独特的产品特性。它是一种采用集成芯片制成的数码产品，在产品的设计上有很大的灵活性和随意性，产 品可大可小，可设计成任意的形状。各种型号时尚个性的 MP3播放器产品，创造着消费潮流，这是其最大的卖点 。随着产品的不断完善和市场的竞争加剧， MP3 Player的市场发展空间十分巨大。 我们研究 MP3这一音频格式的意义也就凸显出来。 1.2

18、移植 目的及 总体 设计目标 我们这次的项目是学院和芯瑞丽共建多媒体实验室的一个实习项目 流行音频解码的嵌入式移植。 移植的广泛定义，是让一套软件可以在一套选定硬件平台上正常运作。 这次 项目 的任务就是 把 MPlayer移植到 S3C2410（ FFT 2410厦门大学本科毕业论文 第 10页共 35页 实验箱） 上 ，使其能够在 S3C2410（ FFT 2410实验箱） 上 播放 MP3格式 和 WMA格式 的音频文件 。 这次项目 我主要负责的是 MP3部分的移植。 首先， 分析流行音频 (MP3)的解码算法，并针对 S3C2410（ FFT 2410 实验箱）平台提出优化方案，并在

19、此平台上实现对这些音频的解码。 其次， 研究所要移植的音频格式（ MP3）编解码算法的原理，根据这些原理去分析开源的音频编解码库（如 MPlayer的音频编解码库），针对 S3C2410（ FFT 2410 实验箱）平台进行优化移植。 最终在 S3C2410 目标平台上，使得 MP3的解码速度得到显著提升， 甚至能够流畅播放 MP3音频文件。 1.3 移植开发环境 硬件： S3C2410（ FFT 2410实验箱） 、 PC 机 Pentium 500 以上 , 硬盘 10G 以上 。 这套 S3C2410（ FFT 2410实验箱） 兼容了全球最流行的接口和嵌入式技术外设。基本参数如下： S3C2410： 16/32bit ARM920T 内核 标称工作频率： 203MHz 运算能力： 220MIPS 最高工作频率： 266MHz CPU 内核工作频率： 200266MHz 外部总线频率： 100133MHz FlashRom SDRAM：核 心板 64Mbyte LCD 控制器： CPU 内置 STN/CSTN/TFT LCD 控制器，支持 1024*768 分辨率下的各种液晶 IIS 音频输入 /输出接口 S3C2410（ FFT 2410实验箱）如图 1-1所示：