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mp3的工作原理是怎麽樣的呢

壹個完整MP3播放機要分幾個部分:中央處理器、解碼器、存儲設備、主機通訊端口、音頻DAC和功放、顯示界面和控制鍵。其中中央處理器和解碼器是整個系統的核心。這裏的中央處理器我們通常稱為MCU(單片微處理器),簡稱單片機。它運行MP3的整個控制程序,也稱為fireware(或者固件程序)。控制MP3的各個部件的工作:從存儲設備讀取數據送到解碼器解碼;與主機連接時完成與主機的數據交換;接收控制按鍵的操作,顯示系統運行狀態等任務。解碼器是芯片中的壹個硬件模塊,或者說是硬件解碼(有的MP3播放機是軟件解碼,由高速中央處理器完成)。它可以直接完成各種格式MP3數據流的解碼操作,並輸出PCM或I2S格式的數字音頻信號。

存儲設備是MP3播放機的重要部分,通常的MP3隨身聽都是采用半導體存儲器(FLASH MEMORY)或者硬盤(HDD)作為儲存設備的。它通過接受儲存主機通訊端口傳來的數據(通常以文件形式),回放的時候MCU讀取存儲器中的數據並送到解碼器。數據的存儲是要有壹定格式的,眾所周知,PC管理磁盤數據是以文件形式,MP3也不例外,最常用的辦法就是直接利用PC的文件系統來管理存儲器,微軟操作系統采用的是FAT文件系統,這也是最廣泛使用的壹種。播放機其中壹個任務就是要實現FAT文件系統,即可以從FAT文件系統的磁盤中按文件名訪問並讀出其中的數據。

主機通訊端口是MP3播放機與PC機交換數據的途徑,PC通過該端口操作MP3播放機存儲設備中的數據,拷貝、刪除、復制文件等操作。目前最廣泛使用的是USB總線,並且遵循微軟定義的大容量移動存儲協議規範,將MP3播放機作為主機的壹個移動存儲設備。這裏需要遵循幾個規範:USB通信協議、大容量移動存儲器規範和SCSI協議。

音頻DAC是將數字音頻信號轉換成模擬音頻信號,以推動耳機、功放等模擬音響設備。這裏要介紹壹下數字音頻信號。數字音頻信號是相對模擬音頻信號來說的。我們知道聲音的本質是波,人說能聽到的聲音的頻率在20Hz到20kHz之間,稱為聲波。模擬信號對波的表示是連續的函數特性,基本的原理是不同頻率和振幅的波疊加在壹起。數字音頻信號是對模擬信號的壹種量化,典型方法是對時間坐標按相等的時間間隔做采樣,對振幅做量化。單位時間內的采樣次數稱為采樣頻率。這樣壹段聲波就可以被數字化後變成壹串數值,每個數值對應相應抽樣點的振幅值,按順序將這些數字排列起來就是數字音頻信號了。這是ADC(模擬-數字轉換)過程,DAC(數字-模擬轉換)過程相反,將連續的數字按采樣時候的頻率順序轉換成對應的電壓。MP3解碼器解碼後的信息屬於數字音頻信號(數字音頻信號有不同的格式,最常用的是PCM和I2S兩種),需要通過DAC轉換器變成模擬信號才能推動功放,被人耳所識別。

MP3播放機的顯示設備通常采用LCD或者OLED等來顯示系統的工作狀態。控制鍵盤通常是按鈕開關。鍵盤和顯示設備合起來構成了MP3播放機的人機交互界面。

MP3播放機的軟件結構跟硬件是相對應的,即每壹個硬件部分都有相應的軟件代碼,這是因為大多數的硬件部分都是數字可編程控制的。

總結壹下,最簡化的MP3的工作原理我們可以概括如下:首先將MP3歌曲文件從內存中取出並讀取存儲器上的信號→到解碼芯片對信號進行解碼→通過數模轉換器將解出來的數字信號轉換成模擬信號→再把轉換後的模擬音頻放大→低通濾波後到耳機輸出口,輸出後就是我們所聽到的音樂了。