基于DSP控制的音频解码系统设计
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2020-08-30
17:50:09
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基于基于DSP控制的音频解码系统设计控制的音频解码系统设计
文中以TI公司的C5000系列通用型DSP芯片TMS320VC5509为核心，完成音频解码系统硬件平台的设计与实
现，并研究MP3的解码算法以及其在该硬件平台上的实现。整个系统的硬件平台包括DSP核心模块、FLASH存
储器、音频CODEC，电源等模块。
摘要摘要：文中以TI公司的C5000系列通用型DSP芯片TMS320VC5509为核心，完成音频解码系统硬件平台的设计与实现，并研
究MP3的解码算法以及其在该硬件平台上的实现。整个系统的硬件平台包括DSP核心模块、FLASH存储器、音频CODEC，电
源等模块。该系统通过USB接口与计算机通信，下载MP3格式的数据流，并将其存储在Flash中，然后由DSP读取FLash中的
MP3数据流，完成解码工作，并通过CODEC播放。同时可以对DSP进行其他解码算法的软件编程，实现多种数据流格式的音
频编、解码，具有很强的软件升级灵活性，还解决了低功耗的问题。
MPEG(活动图像专家小组)是ISO/IEC组织的一个工作小组，负责制订有关活动图像、音频及其组合的压缩和解压缩处理等方
面的技术标准。MPEG-1 Layer3(即MP3)是MPEG-1国际音频标准(ISO/IEC 11172)中的第三层编、解码算法，它具有压缩比
高、声音还原质量好、算法复杂度适中等优点，采用这种标准制作的MP3格式的音乐在数字音频的存储、互联网上的多媒体
音频传输等领域得到了广泛应用。
目前基于专用芯片的音频编解码方案软件升级灵活性不高，基于DSP的音频编解码方案又多基于C54x平台，而解决低功耗的
技术方法是值得研究的问题。
基于上述背景，文中提出了基于DSP的音频解码系统的研究与实现这一解决方案。本课题的主要目的是：以TI公司的C5000系
列通用型DSP芯片TMS320VC5509为核心，完成系统硬件平台的设计以及MP3的解码算法在该硬件平台上的实现。整个系统
的硬件平台包括DSP核心模块、FLA SH存储器、音频CODEC，电源等模块。该系统通过USB接口与计算机通信，下载MP3
格式的数据流，并将其存储在Flash中，然后由DSP读取Flash中的MP3数据流，完成解码工作，并通过CODEC播放。同时可
以对DSP进行其他解码算法的软件编程，实现多种数据流格式的音频解码，具有很强的软件升级灵活性，还解决了低功耗的
问题。
1 硬件平台的总体设计硬件平台的总体设计
目前业界对MP3解码系统的解决办法有两个方案：一是使用将解码算法固化到集成电路中去的专用芯片，这些芯片将一些片
外资源集成到芯片内部，可以简化MP3解码系统实现所需的片外电路，便于整个系统的开发，但由于其算法固化到芯片内
部，不能通过软件升级，而且此类芯片普遍价格偏高。另外一个方案，就是使用通用的DSP来实现MP3解码系统，这种解决
方案对设计人员的软硬件技能提出了很高的要求，不过其有很好的升级特性，而且可以更方便的改进和优化解码算法，从而得
到更好的音质回放效果，并且和第一种解决方案一样，其功耗比较低。
综合各方面的优劣条件，我们选择了第二种解决方案，即基于通用DSP芯片来实现整个解码系统的硬件平台。其硬件系统实
现框图如图1所示。
这个框图大致的画出了解码系统的基本组成部分。在图中，我们采用了512 k的串行EEPROM芯片用于实现bootloader，用CF
卡存储MP3音乐及解码程序。核心的处理器采用了TI公司的TMS320VC5509 DSP芯片，考虑到其内部的RAM容量有256 kB，
而我们的程序大小为80 kB，因此我们在此设计中没有外扩RAM。
整个硬件平台的工作流程如下：首先通过USB接口，从PC机中复制MP3音乐，拷贝在大容量CF卡中。然后DSP读取CF卡的
MP3数据进行解码，还原出PCM信号，再通过DSP的多通道带缓冲串口(McBSP)传送给音频CODEC芯片，最终播放出MP3
音乐。
1.1 硬件平台的具体实现硬件平台的具体实现
1.1.1 核心核心DSP芯片介绍芯片介绍
本方案采用的TMS320C55x系列是TI公司推出的继C5000系列C5x、C54x后的新型产品。它采用了增强型的哈佛结构，具有专
门的硬件乘法器，使用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可用来快速地实现各种数字信号处理算法。为方便实际中的应
用，C55X系列DSP具有各自不同的硬件结构，如在片存储器和片上外设等，可根据性价比和不同的应用场合灵活选用。由于
采用了高度并行硬件结构、模块化设计，使得C55X系列DSP具有功耗低、速度快等优点。主要用在音频压缩、无线通讯等领
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