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基于TMS320VC5509实现MP3解码
发布时间:2018-06-30 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]- TMS320VC5509（以下简称C5509）是TI公司C5000 DSP 系列中的新一代产品，该芯片最低工作电压为0.9V，其核的最低功耗仅为0.05MW/MIPS，性能最高可达800 MIPS。C5509为嵌入式DSP应用及高性能仪器仪表、智能机器人、手持设备、共模电感器数字音频播放器和数码相机等应用提供了有效的解决方案。MP3是指MPEG（活动图像专家组）国际标准音频第三层编/解码，MP3编码是通过将音频信号由时域信号转换为频域信号，并根据人类心理声学特征去除部分冗余信息实现的，ISO/IEC11172-3 Part 3给出了详细的编/解码标准。解码涉及霍夫曼解码、修正余弦反变换（IMDCT）、子带合成等复杂运算模块。本文利用C5509实现对MP3的解码运算。
1 C5509 DSP 处理器的特点和工作原理
1.1 C5509 DSP的性能概述
C5509有32×16bit指令缓冲队列，可实现高效的块循环操作；两个17×17bit的MAC单元，可在单周期内执行两次MAC操作；1个40bit的ALU、1个40bit的桶型移位器，4个40bit的累加器可执行比C54系列DSP更高效的算术运算，在400MHz的晶振驱动下，可达到800MIPS的性能。以44.1kHz采样率的MP3数据流为例，对128kbit/s数据率的MP3数据进行解码。霍夫曼解码、IMDCT、子带合成等运算模块共需消耗1.3MIPS的CPU资源，对于平均每秒必须解码44.6帧数据来讲，总运算量为44.6×1.3＝57.98MIPS，C5509完全可以满足此速度要求。
C5509还具有128K×16bit的片上RAM，其中包括64KB的DARAM、192KB的SARAM和64KB的片上ROM。
与众多TMS320系列DSP处理器一样，C5509采用了哈佛结构，共有12组独立总线，其中包括3组数据读总线、2组数据写总线、5组数据地址总线、1组程序读总线和1组程序地址总线，这些总线并行地为各个计算单元提供指令和操作码，从而为高速的数据运算提供了有力的保障。
1.2 C5509 DSP的外设介绍
C5509提供了专用的外部存储器接口（EMIF），用于控制DSP与外部存储器之间所有数据的传输。可与EMIF无缝链接的存储器有：异步存储器（ROM、FLASH、 SRAM）、同步突发SRAM、同步DRAM（SDRAM），并可支持可选的32、16、8位数据访问。对EMIF编程时，必须根据实际的外部存储器考虑如何分配片内使能空间(CE)。通过EMIF接口，主处理器可将数据和程序置于片外，从而节省了片上硬件资源。
其次，C5509有3个独立的多通道缓存串口（McBSP），使得C5509能够直接与其他C55xx系列DSP、多媒体数字信号编解码器等设备高速互连，这些McBSP可以提供全速双工通信，并支持128通道的收发，接收或者发送可以选择使用独立的时钟，字宽为8、12、16、20、24位任选。
为保证与常见的异步通信模块进行数据通信，C5509提供了与TL16C550C等专用异步通信接口IC互连的UART，外部数据经由TL16C550C贴片电感进出DSP的UART，最终交给片内CPU处理。图1为与C5509配合使用的典型专用异步通信接口IC（TL16C550C）的管脚图。
C5509的UART每接到数据就会产生相应的中断请求，通知CPU及时采集数据，将Rx线上的串行数据放入接收寄存器中，在满足缓冲区长度后，寄存器的并行数据再交给CPU做后续处理。
2 解码算法说明
2.1 MP3文件的格式
MP3文件以帧为基本单位，每帧的构成如表1所示。由于MP3文件数据格式采用了比特池技术，故主数据有可能在帧头之前，具体位置可由帧边信息所包含的main_data_begin变量获得。
解码时首先将一定长度（本系统为2kbit）的数据读入C5509的内部RAM中，然大电流电感后寻找帧的同步功率电感字sync_word（FFF）。如果找到同步字，则以其为首的32bit即为帧头。由帧头中的校验位可知是否有校验数据，如无，则其后的256bit数据即为帧边信息。主数据一般包含两个粒度组（gr）的数据，每个粒度组又包含左右声道（ch）两电感器的作用是什么部分的数据信息，各个声道数据可独立解码，故将每个粒度单个声道解码的程序编写为单个的*.c文件，以适应单声道或者其他MP3格式的解码。MP3编码根据人类心理声学，将每个粒度组分为三部分数据：第一部分对应低频采样的Big_values（大值区），用较大绝对值的量化值存放低频值；第二部分为Count1区，用绝对值较小的量化值存放中频值，所有量化值的可能取值为1，0，-1；第三部分为编码为零的Zero高频区，零数据无须在MP3文件中出现，只需在解码时询问每个粒度组的计数是否已经达到576。若计数为576，则说明该粒度组已解完576个频率线的量化值。
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