基于C51单片机的校园自助导览仪设计

本文采取硬件解码方案，在单片机上实现了MP3的解码，并加入无线功能，使其向产品靠拢，设计成为一种电子产品“校园自助导览仪”。它的功能和导游一样，具备自助和电子的要素。

本文还对MP3编码进行优化，除了算法优化和高级语言的优化之外，还进行了汇编级优化，大大降低了算法的复杂性。

1 系统总体设计

本设计是基于校园的一种电子产品，将旅游景点的解说以MP3格式存储，通过无线形式实现智能控制。该系统能根据观众的位置和需要自动确定解说的语言和内容，使得每个观众不但可以得到每个展位、景点的完整信息，而且能够感受到高清晰、低噪声的音响效果。同时，本设计产品还配有键盘，可以对播放的音频文件进行控制，满足人性化的要求。系统总体框架如图1所示。

1.1 MP3编码与实现

MP3采用的是频域编码，即音乐信号自适应谱感熵编码ASPEC(Adaptive Spectral Perceptual Entropy Coding of High Quality Music Signal)。

MP3的数据是以帧流的形式存储或传输的，每个帧有帧头和帧尾。为获取较高的数据压缩比，根据音频位流语法，采用了较为复杂的位流结构。MP3码流是由很多帧组成，每一帧由帧头、压缩的音频数据及辅助数据等组成。帧头是一个32位长的数据，它包含输入输出采样率、输出比特率以及单双声道等信息。对每一帧的576(单声道，立体声为1152)个输入音频采样压缩而得到音频数据。具体的压缩后的比特数可以根据下式得到：帧内比特数=帧内采样数×位率/采样率

图2是MP3音频信号的编码过程。就单声道而言，MP3的一个编码框包含1152个声音取样，每个取样为16位。MP3编码时，首先将原始输入的16位PCM信号经过滤波器分析(filer bank analysis)，转换成32个等频宽的子频带信号(subband signal)。然后透过改良式离散余弦转换(Modified I)iscrete CosineTransforln，MDCT)，将每个子频带信号再细分为18个次频带，根据第二心理声学模型(Psychoacoustic Mode ID所提供的信噪比(Signal-to-MaskRatio，SMR)，对每个子频带信号进行位元分配及量化编码。最后，只要将编码后的资料依照MPEG-I定义的位元串的形式输出即可。

数字音频采样通过由两个滤波器组成的滤波器组输入到心理声学模型中，由心理声学模型的输出来控制音频屏蔽等参数，最终通过量化和霍夫曼(Huffman)编码得到输出的比特流。