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MP3数字音乐播放器

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MP3简介
MPEG1和MPEG2 (MPEG是动态图像专家组的缩写，它是一种压缩比较大的活动图像和声音的编码标准，现今已发展至MPEG－7）都是数字音、视频压缩标准，这两个标准的第三部分对音频压缩方法和编码格式进行了定义，它们均将音频压缩分成了三层，随着层数的增加，其压缩倍数越大(码速率越低)，回放质量越差。MP3即是MPEG第三层音频编码标准的简称，使用此技术除了可以获得较大的音乐数据压缩比，还可得到较高的音乐回放质量。比如将CD格式的音乐数据压缩成MP3格式，音效相差无几（除非你有很好的音响和听力），文件大小至少可压缩12倍（每首PCM格式的CD歌曲大约40~50MB数据量）。正是由于MP3音乐的较小数据量和近似完美的播放效果，使得以MP3为后缀的音乐文件在网络上传输得以实现。
MP3播放器产品
从1995年，MP3格式的数字音乐开始在网上传播，原先MP3音乐的播放主要是通过类似“WinAmp”的播放软件进行的，这种不可脱离PC机的音乐播放方式为人们欣赏音乐带来极大的不便，因而1998年8月美国Diamond公司和韩国的Saehan公司首先推出了MP3随身听，正式启动了MP3播放器市场。
经过两年的发展，MP3随身听逐渐被消费者所熟悉，目前在国外已经获得了较大的市场，但是由于当前国内网络带宽的限制，国内的市场销售量还只是国际上产品销售量的零头，但应该坚信，随着网络的发展和人们接受网络程度的增加，在不远的将来，必将迎来国内MP3市场的繁荣。
早先推出的MP3，比如RIO300和F10等机型，只是实现了播放MP3音乐的简单功能，随着技术的发展，人们对MP3播放器的要求也越来越高，因而MP3播放器的生产厂商从各个方面提升MP3播放器的功能，扩大MP3播放器的适用领域，生产出了各种各样的MP3播放器。下面我们从几个方面介绍一下两年来MP3产品的发展。
最早推出的MP3播放器大多采用内置(build-in)的闪存（Flash）作为存储介质，基于当时存储器生产工艺的限制，大多采用每片64Mbits或128Mbits的Flash，因而大大限制了MP3本身的内置存储容量。随着半导体生产工艺的进步，现在已有每片256Mbits甚至512Mbits的Flash面市，使用这些高容量的Flash一方面减小了MP3播放器的体积，另一方面也可以带来更佳的性能价格比。
此外，为了方便消费者扩充存储器容量，当前生产的MP3播放器大多数都能够使用Flash卡外扩存储器，目前主要是SMC(SmartMediaCard)、MMC(MultiMediaCard)和CFC (CompactFlashCard)。但也有些厂商可能为了获取更大的商业利润，没有使用这些标准的Flash卡，而使用了自己定义标准和生产的外插Flash存储器，象Sony公司出品的MS系列MP3就使用了自己的存储条（Memory Stick）作为存储介质，而Toshiba和Panasonic公司生产的MP3却使用了SD作为存储介质。但从各个商家使用的Flash卡总体情况以及设计的方便性和可扩充能力来看，SMC最有希望成为未来的主流。
考虑到目前Flash的价格偏高，有些厂家还使用了光介质存储器或磁介质存储器作为MP3播放器的存储介质。但是由于普通光盘不具有可重复擦写的功能以及体积较大、怕震动，因而该产品在市场上没有获得令人振奋的消息。据悉，Diamond也正在设计一款使用 "微光碟(micro-optical discs)" 的MP3，一张微光碟的容量大约为500MB左右，可以存入数小时的MP3，但是否比使用普通光盘好，最终还需要由市场来检验。
由于磁介质存储器与普通光盘相比，既能满足较大的容量又可重复擦写，这就促使一些厂商生产使用硬盘作为存储介质的MP3播放器，比如：Creative公司刚推出的一款MP3播放器就使用了笔记本电脑内置的2.5英寸硬盘；也有一些厂商考虑使用IBM公司新推出的仅有1美元硬币大小的170MB或340MB小硬盘作为MP3的存储介质；宏碁公司旗下的立碁还推出了一款用Zip磁盘的MP3播放器。使用磁存储器作为存储介质虽然有较大的容量、可重复擦写，但其致命弱点就是怕震动、不方便随身携带，而且通常磁盘驱动器的功耗较大，使用一般的电池难以长时间工作。
MP3播放器功能的日益强大
前面，我们介绍了最早的MP3播放器只有播放功能，随着技术的发展和市场的需求，现在推向市场的新型MP3在功能上已经大大增强，且应用领域也大大扩展了。
首先，MP3的通讯方式已从PC并口的Normal方式过渡到ECP或EPP方式，上下载速度从100KBytes/s上升到300KBytes/s；最新的产品象Sanhan公司的F-30已经使用了支持热插拔的USB接口，通讯速度最高可达400~500KBytes/s，用户下载32MBytes的MP3音乐只需大约一分半钟时间，大大的缩短了用户上下载MP3音乐的时间。
其次，MP3从单纯的播放MP3音乐发展到同时可以播放各种格式的数字音乐，比如RCA公司的MP3就能够播放除了MP3之外的WMA(Windows Media Audio；20:1压缩倍数)和AAC(Advanced Audio Coding；20:1压缩倍数) 格式等具有1/20压缩倍数的数字音乐，目前正在研制的MP3甚至还能够播放MD使用的ATRAC(Adaptive Transform Acoustic Coding；5:1压缩倍数)格式的数字音乐。
在播放数字音乐的同时，消费者还希望能够一机多用，比如用于实时记录语音信号等等，因此一些厂商在他们的MP3中又加入了使用G.726标准的ADPCM语音编码算法实现MP3的实时语音录音功能，由于该算法的编码速率为32Kbps，因而可以在32MBytes的Flash中连续录音2个小时左右，能够满足一般记录语音的质量要求。但是该算法对于频谱成分复杂的音乐信号就显得无能为力了，而有些用户又希望MP3能够脱离PC机环境，直接从其他途径获得MP3音源，正基于此，AIWA公司推出了其MM-FX500型MP3，该MP3的最大特点是内置实现了MP3硬件编码器，无需PC即可直接把各种音源(如：CD、Walkman、MD等)转换为MP3格式在其MP3机上播放。
除此之外，市面上还出现了嵌入MP3播放器功能的形式各样的电子产品，如能够播放MP3的手机、PDA、车载音响和数字相机等等。
MP3的外型更加丰富多彩
MP3播放器刚刚面市时，其外观相对比较单一，随着更多生产厂家的加入，从外观上将MP3产品的个性化也表现的淋漓尽致。MP3播放器的外观不仅包括颜色、体积、重量，还有按钮设计、整体外观效果等等一系列的细节。一个MP3播放器外观在决定了其具备了时尚性的同时，更拥有便利性和舒适性。颜色越亮丽、体积越小、重量越轻、形状越美观的MP3越能获得消费者的青睐。
MP3产品方案
MP3从技术上已经远远超前了市场的发展，消费者总是希望买到的产品具有最高的性能价格比，希望拥有的产品不至于过早的淘汰，这就给设计者和生产厂家带来了很大的难度，要求他们设计和生产的MP3产品既要能够向下兼容又要有很强的可升级性，可以说目前的MP3产品在这一方面都欠考虑。也正是基于这种市场需求，中国华大集成电路设计中心利用自身的集成电路设计优势，另辟蹊径推出了具有特色的MP3产品方案，提供给生产厂商来满足消费者的不同需求。
该套MP3方案的基本构成是一个MP3播放器，其原理框图如下所示：
从上述的MP3播放器原理框图中可以看出，该播放器能够实现目前市面上几乎所有MP3播放器的功能，如：MP3音乐的播放，语音的实时录音和回放等。
该MP3播放器有一块定制的ASIC电路，它比通常MCU的功能要强大的多，且速度也要快的多，价格也要便宜的多。也正是通过这块ASIC，这款MP3播放器可以作到对Flash使用增强性FAT16的数据管理方式(可以作为便携式电子硬盘)，且整机具有很强的功能升级性，在不同的应用场合，可以根据不同需要升级扩展出不同的功能。
支持不同的通讯方式
由于我们设计的ASIC具有并口和USB口可复用通讯的特性，因而使用不同连接电缆和适配器，就能够实现与PC机不同的通讯方式，对于PC仅有并口的用户和具有USB口的用户均能使用该款机器。使用PC并口通讯时，最高可达300KBytes/s的通讯速度；使用USB通讯时，最高可达400~500KBytes/s的通讯速度。连接方式如下图所示：
支持不同的录音方式
基本型MP3播放器中嵌入了使用G.726标准的ADPCM实时压缩算法，对语音支持24kbps或32kbps的编码速率，在32MBytes的Flash中可以连续录制2个多小时语音。但由于8KHz的采样频率。难以胜任对模拟音乐信号的采集，所以在某些需要直接录制音乐信号的场合就显得不足了，针对这种需求，我们专门设计了一个可实时录制音乐节目并将之压缩成MP3格式的硬件适配器，有了这一适配器，用户的MP3播放器就可以脱离PC环境，直接将其它的音源(如：CD、Walkman、MD、音乐会现场等)转换为MP3格式并播放。
其它的扩展功能
此外，我们还设计了其它一些产品附件，做到一机多用。比如，消费者将数字摄像头附件插在MP3的通讯接口上，两者合二为一，MP3播放器就成为了数字相机；将我们设计的可直接上网的PDA（个人数字助理）数据通讯口与MP3的数据通讯口相连，MP3播放器就成为PDA的电子硬盘，使得PDA有了一个大容量的数据存储空间，能够存储PDA从网上下载的大批量数据，或接收通过PDA从网络上下载的MP3音乐。
随着MP3这一数字产品为广大的消费者所接受，我们坚信在数字产品的大花园中，MP3这朵晶莹闪亮的花蕾必将迎来开放的一天。

发表时间：2005年6月5日中国华大集成电路设计中心唐斌

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