0 引言
近年來，電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得嵌入式系統(tǒng)在越來越廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)平臺的功能也越來越強(qiáng)大，復(fù)雜度也越來越高，同時對其開發(fā)的難度和要求也越來越高。在開發(fā)過程中需要將應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件作為一個整體考慮，而且軟件和硬件的聯(lián)系也更加密切。所以，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)是一個復(fù)雜的過程。隨著嵌入式系統(tǒng)性能的大幅度提高，老式的GPS導(dǎo)航儀已開始向嵌入式方向發(fā)展。嵌入式GPs導(dǎo)航儀已越來越便攜，功能越來越強(qiáng)大，語音導(dǎo)航和媒體功能已成為嵌入式GPS導(dǎo)航儀的一大突出的亮點。所以，MP3音頻解碼與播放技術(shù)現(xiàn)已成為嵌入式GPS導(dǎo)航系統(tǒng)中的一項基本技術(shù)。MP3的全稱是MPEG Audio Layer 3，是目前流行的一種音頻編碼方案。它是1992年制定的MPEG－1標(biāo)準(zhǔn)的一部分，MPEG標(biāo)準(zhǔn)由系統(tǒng)、視頻和伴音三部分組成。其中伴音標(biāo)準(zhǔn)共分三層，MP3作為其中的第三層，是運算復(fù)雜度最高而壓縮效果最好的一層。比起傳統(tǒng)的CD格式來，其音效已相差無幾，但數(shù)據(jù)量卻不及CD的十分之一。同時，MP3播放器的便攜性和續(xù)航能力都比CD有大幅度的提高。MP3最初應(yīng)用于數(shù)字音頻廣播以及數(shù)字電視伴音等；之后，隨著其流行程度的提高，在其他場合，尤其是互聯(lián)網(wǎng)音樂和便攜式娛樂設(shè)備上也開始大量使用MP3格式；現(xiàn)在，幾乎所有便攜式語音導(dǎo)航設(shè)備都采用MP3作為其音頻媒體格式。本文主要介紹了基于ARM核心的嵌入式GPS導(dǎo)航系統(tǒng)平臺下MP3音頻文件的解碼技術(shù)。以便利用自行設(shè)計的方案在Windows CE．NET系統(tǒng)下運用三星公司S3C2410平臺，從而實現(xiàn)MP3的解碼播放功能。
1 MP3解碼原理
1．1 MP3的文件格式
MP3文件由數(shù)量不等且相互獨立的幀(frame)組成，每個幀包含1152個采樣信息，一個MP3每幀包含幀頭、錯誤校驗、音頻數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)四部分。圖1所示是MP3的幀結(jié)構(gòu)示意圖。MP3文件的最后128字節(jié)通常包含有ID3v1標(biāo)簽，并附加有用戶定制的文件附加內(nèi)容，如歌曲名稱、演唱者、風(fēng)格說明等。
1．2 MP3解碼流程
原始PCM(脈沖編碼調(diào)制)音頻數(shù)據(jù)在經(jīng)過壓縮編碼之后將得到MP3碼流，MP3解碼就是把MP3碼流恢復(fù)成原始的PCM數(shù)據(jù)。MP3數(shù)據(jù)以幀為單位，解碼應(yīng)首先根據(jù)同步信息及錯誤校驗CRC模塊找出MP3幀在碼流中的位置，并由此確定幀頭、CRC校驗、音頻數(shù)據(jù)及輔助數(shù)據(jù)的所在位置。
圖2所示是MP3的解碼流程，它主要包括哈夫曼解碼、反量化、反重排序、立體聲解碼、混疊消除、IMDCT、頻率反轉(zhuǎn)補(bǔ)償、子帶合成濾波等。圖2中的預(yù)處理的作用是讀取頭部數(shù)據(jù)并將需要的信息按結(jié)構(gòu)存放起來，以便后續(xù)解碼。
哈夫曼解碼時，MP3的音頻數(shù)據(jù)將分為兩節(jié)(gxanule)，這兩節(jié)在過程編解碼時相對獨立，每一節(jié)中可以解碼出576個PCM采樣數(shù)據(jù)，兩節(jié)可解出1152個采樣數(shù)據(jù)。從二進(jìn)制101……碼流中得到我們所需要的信息的第一步就是解哈夫曼碼。解哈夫曼碼是一個查表過程，這576個值代表576個頻率線上的值，其在不同的塊中(如)有不同的含義，可根據(jù)不同的比例因子和頻帶查找相應(yīng)的碼表并解出576個值。
反量化過程就是根據(jù)反量化公式和幀邊信息來對于長塊、短塊和混合塊采用不同的反量化公式，以恢復(fù)576條頻率線的真實值。反重排序的作用是為了讓MP3編碼器使霍夫曼編碼更加有效率，而對某些塊進(jìn)行重排序。立體聲解碼部分的功能是在兩個音頻通道非獨立編碼時，進(jìn)行立體聲解碼。
混疊消除是為了避免兩個相鄰子頻帶之間的混疊，而在解碼過程中進(jìn)行的混疊消除。IMDCT的作用首先是對長塊進(jìn)行18點到36點的IMDCT變換，并對短塊進(jìn)行3個G點到12點的IMDCT變換；其次是根據(jù)塊類型的不同，分別使用不同的窗類型進(jìn)行加窗。同時把這36個值的前半部分與上一幀的后半部分相疊加。而把當(dāng)前塊的后半部分存儲起來用于和下一塊疊加。頻率反轉(zhuǎn)補(bǔ)償是在進(jìn)入下一步之前對多項濾波器組進(jìn)行的頻率反轉(zhuǎn)補(bǔ)償，即對奇數(shù)子帶的奇數(shù)時間樣點取反。
