摘要：在分析MP3标准算法的基础上，基于C51单片机实现MP3的编解码，并对MP3编码进行了多方面的优化；在单片机上的MP3算法中加入无线功能，设计成为一种校园自助导览仪。经野外测试，效果良好。
关键词：MP3编解码；无线模块；自助导览

引言
    MP3是MPEG-I的音频标准第三层压缩模式。虽然算法比较复杂，但压缩比最大在低码率条件下基本能达到CD的音质效果。其压缩比例高、音质失真小的特点使之成为用于当前PC、网络、PDA等最为流行的音频格式。在嵌入式系统中实现MP3音频编解码常见的有两种方案；一种是硬件解码(即通过专用的MP3解码硬件进行解码)，其特点是可以实现较高的性能和较低的功耗，目前大多数商用MP3都采用这种方案；另外一种是软件解码(即完全依赖于嵌入式微处理器或DSP的处理能力)，通过对MP3定点或浮点解码程序实现解码过程，该方案对嵌人式微处理器或DSP处理能力要求较高。
   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 (1)
    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。