音頻解碼技術研究與音樂播放器畢業論文(已修改)

　

【正文】 四川工程職業技術學院畢業設計(論文) 第91頁 音頻解碼技術研究與音樂播放器畢業論文目錄目錄 II1 緒論 1 課題的來源 1 選題的背景及目的 2 音頻編解碼發展歷史 2 音頻編解碼過程 3 選題的目的 6 系統主要實現內容與實現方式 7 系統主要實現內容 7 系統的開發方法 8 102 系統的分析 10 系統的可行性分析 10 經濟可行性分析 10 操作可行性分析 11 技術可行性分析 11 系統功能分析 113 系統設計 13 系統概要設計 13 系統功能模塊設計 20 添加文件 21 添加文件夾 22 歌曲列表 22 歌曲控制 23 音量設置 23 靜音設置 23 登錄注銷 24 24 24 24 系統運行環境 254 系統實現 25 系統的編譯和發行 25 系統運行 27 系統功能界面 28 加入文件功能實現 28 添加文件夾 31 歌曲列表功能實現 32 歌曲控制功能實現 34 音量控制功能實現 35 靜音設置功能實現 36 37 40 42 44上述內容詳細代碼見附錄。 46致謝 46參考文獻 47附錄 49四川工程職業技術學院1 緒論 課題的來源語音時語言的聲學表現，是人類交流信息最自然、最有效、最直接的手段，也是人類進行思維的一種依托。隨著社會的不斷進步，人們的生活水平也在不斷的提高，從而對精神生活提出了新的要求。音樂一直以來就是人們日常休閑的必要調劑品，它可以陶冶人的情操，極大的豐富了人們的精神生活。那么一首首動聽的音樂又是如何播放出來的呢？這就要通過形式多樣的合成手段了，即當播放多媒體文件時，計算機將指令發給聲卡，聲卡按照指令將媒體播放信息重新合成起來。所以，多媒體的播放效果取決于用戶設備的質量和音色。就電腦聲卡而言，最為常見的手段是fm合成與波表合成。前者多用于以前的isa聲卡，fm是“頻率調變”的英文縮寫，它運用聲音振蕩的原理對MIDI進行合成處理。但由于技術本身的局限，加上這類聲卡或顯卡用的大多數為廉價的芯片，效果自然差勁；而波表和視頻合成所帶來的效果要遠遠超過fm，而且在電腦上已被廣泛運用，各類波表，聲卡、顯卡,以及解碼軟件層出不窮。 多媒體播放流程圖由輸出設備播放聲卡/顯卡合成信息計算機指令MIDI然而，在音頻壓縮出現之前，存儲高質量的數字音頻數據往往需要占用大量的硬盤空間以及通道帶寬。假設一首普通的歌曲時間為一分鐘，要想達到CD音質，至少需要大約10MB的存儲空間，可以想象，如果要從Internet上下載這首歌，不算傳輸開支和網絡不暢，理論上將會用至少49分鐘。同時，如果是要在電腦上欣賞音樂，也會極大的降低磁盤占用空間，這明顯是不可接受的。所以，音樂的存儲就成了一個問題。為了使人們能夠更方便，更直接的欣賞音樂，就必須要降低磁盤占用空間。可以使用兩種方法達到目的，降低采樣指標或者壓縮。降低指標不可取，因此只能通過各種壓縮方法進行壓縮。音頻壓縮需要編碼，自然，播放此音頻文件則需要解碼。編碼，解碼的不同，導致音頻在經過處理后得到的音質也不盡相同，而好的音質能夠更好的滿足人們的聽覺享受。所以，對各種音頻文件進行解碼的技術研究就很有必要了。本課題就是對音頻解碼技術進行相關研究，并設計出一款屬于自己的音樂播放器軟件。 選題的背景及目的 音頻編解碼發展歷史音頻壓縮技術的發展最初是從才能夠無損壓縮開始的。20世紀70年代初，開始采用類似的瞬時壓縮技術和塊壓擴（BlockCompressing）技術。這種技術的編碼率較低。20世紀80年代，隨著數字信號處理技術的發展，出現了從音質尚可到音質卓越的一系列頻域編碼算法。20世紀80年代末至90年代初涌現的編碼算法普遍采用了一種高效率編碼技術，即利用人耳的掩蔽效應和臨界頻帶等特性來進行子帶編碼和變換編碼，其中有MUSICAM系統、128kbit/s的AC2編碼器、AC3系統、ASPEC和SBADPCM編碼算法等。20世紀90年代至今，有損音頻編碼把音頻數據的壓縮率提高到了12：1。付出的代價是音質的下降。比較著名的是MPAAC高級音頻編碼、RM等。同時，能給最終用戶提供最佳的聽覺體驗的無損壓縮技術也取得了新的突破。Meridian無損壓縮（MLP）是一種應用所有權技術的音頻編解碼計劃，它能傳送多聲道環繞聲，并以可能的最高動態范圍和更高的取樣頻率來確保任何聲音細節都表現完美。音頻解碼和音頻編碼是共生的，音頻編碼的發展歷史其實也就是音頻解碼技術不斷進步的真實寫照。 音頻編解碼過程當前數字音頻編碼領域存在著不同的編碼方案和實現方式，但基本的編碼思路大同小異，對每一個音頻聲道中的PCM音頻信號，首先都要將它們映射到頻域中，這種時域到頻域的映射可通過子帶濾波器或通過變換濾波器組實現。這兩種方式的最大不同之處在于濾波器組中的頻率分辨率不同。每個聲道中的音頻采樣塊首先要根據心里聲學模型來計算掩蔽門限值，然后由計算出的掩蔽門限值決定，從公共比特池中分配給該聲道的不同頻率域中多少比特數，或由計算出的掩蔽門限值來決定哪些頻率范圍內的量化噪聲可引入而不需要去除。最后將控制參數及輔助數據進行交織產生編碼后的數據流。解碼過程則首先將編碼后的數據流進行解碼復用，然后通過比特流中傳輸的控制參數對音頻數據反量化，或通過心里聲學模型參數反向運算得到音頻信號，最后得到的音頻信號由頻域反變換到時域，完成解碼過程。、MPEG伴音系列和杜比音像系統。、。1995年，（CSACELP）,可以僅用8kbit/s的帶寬傳輸話音，而話音質量與32kbit/s的ADPCM相同，它被用于IPphone技術中。，它是目前全世界電路交換電話網中使用的編碼技術。， ADPCM編碼系統為例來了解一下編碼解碼的過程。編碼過程： 編碼原理流程圖Encoder輸入14bitPCM信號s1 ACCUM調用predictor_pole()函數，從6階零點預測器計算出預測信號sezi調用predictor_pole()函數，從二階極點預測器計算出預測信號sezi，與sez計算出預測信號se求出差分信號slsed SUBTA調用step_size()函數，計算出量化器的標度因子y MIX調用quantize()函數，量化得出ADPCM形式編碼的信號i調用reconstruct()函數，根據y，生成的ADPCM編碼信號i還原得到量化差分信號dq根據dq，預測信號se得到重建信號sr ADDA計算出預測器差分信號sr+sezsedqsez ADDC調用update()函數，調整輸出編碼的每個狀態變量返回編碼后的信號值idecoder()解碼函數。decoder()解碼函數主要由ACCUM方框、MIX方框、ADDB方框、ADDC方框4個功能子方框組合完成。g72324decoder()、g721decoder()、g72340decoder()用于完成2340kbit/s ADPCM解碼原理。首先讀入k時刻ADPCM輸入信號i，用k1時刻量化差分信號dq和重建信號sr，調用predictorzero()函數和predictor_pole()函數完成自適應預測器功能，預測出K時刻信號估算值se。在量化前，調用step_size()函數計算出量化器標度因子Y，使反向量化器能適應語音和數據等具有不同統計特性以及不同幅度的輸入信號。調用reconstruct()函數，使用ADPCM代碼i和量化器標度因子Y完成反向自適應量化器功能，產生量化差分信號dq，進一步得到重建信號sr，為計算出k+1時刻預測值se做準備。調用update()函數，更新反向量化器快、慢標度因子和二、六階預測器系數等，完成量化器標度因子自適應、自適應速度控制、音調和轉移檢測器功能。解碼過程： 解碼原理流程圖Decoder屏蔽得到正確的代碼值i調用predictor_zero()函數，從六階零點預測器計算預測信號sezi調用predictor()函數，從二階極點預測器得出預測信號，與sezi計算出預測信號se調用step_size()函數，計算量化器標度因子y調用reconstruct()函數，根據量化階y生成的ADPCM信號i還原得到量化差分信號dq根據dq預測信號se得到重建信號sr計算出預測器差分信號sr+sezsedqsez調用upadate()函數，調整輸出編碼的每個狀態變量將線性PCM信號輸出 選題的目的人類進入信息化時代以來，網絡的長足發展和廣泛的普及，使得人們能夠更快，更方便的欣賞音樂。在個人PC上，一款音樂播放器在手，聽盡世間音樂。而一款好的音樂播放器，能幫助人們更好的去欣賞音樂。現今網絡上有許多優秀的音樂播放器，如千千靜聽等，他們內置了相當多的音頻解碼器，能夠播放各種格式的音頻文件。能編寫屬于自己的一款音樂播放器無疑是一件有趣的事情，但首先得了解音樂播放器是怎么實現對各種音頻格式文件進行播放的，如何實現播放器上許多方便快捷的功能。帶著這個目的，我選擇了此課題。而對音頻解碼進行技術研究有助于了解其內在的原理，能夠幫助我們更好的設計出一款屬于自己的音樂播放器。 系統主要實現內容與實現方式 系統主要實現內容通過對音頻編碼解碼技術的相關研究，了解音頻編碼解碼的原理以及過程，從而設計出一款能夠播放多音頻格式的音樂播放器。這款音樂播放器實現的相關內容如下：q 美觀、時尚的操作界面。q 界面上添加時鐘。q 滾動顯示正在播放的歌曲及其長度信息。q 歌曲控制方式要多樣化。q 顯示歌曲的播放進度。q MP3文件的添加方式多樣化，并且要將其添加到歌曲列表中。q 實現靜音和音量的控制。q 能顯示MP3文件的相關信息，如歌手、專輯等。q 用戶可以自定義滾動信息的方式。 系統的開發方法建立一個信息系統，是一項復雜的軟件工程的實施。近30多年來，軟件工程發展成為新科學，至今已經成為IT產業的重要支柱。一開始，人們往往使用手工作坊式的軟件開發方法，靠個人的力量編寫各種小型程序；但是隨著計算機硬件技術的飛速發展，計算機軟件在各個領域中的作用日益突出，那種多年來被人們沿用的手工作坊式的開發方法，已經在軟件產品的質量、成本及開發時間等方面無法滿足需求。結構化生命周期法是一種傳統的管理信息系統開發方法，其基本思想是把整個系統開發過程分成若干個階段，每個階段進行若干活動，每項活動應用一系列標準、規范、方法和技術，完成一個或多個任務，形成符合給定規范的產品。采用結構化生命周期法開發管理信息系統時，應遵循的主要原則：(1) 用戶參與的原則(2) “先邏輯后物理”的原則(3) “自頂向下”的原則(4) 工作成果描述（主要指文檔）標準化的原則其具體開發步驟可分為以下四步：(1) 系統規劃(2) 系統開發q 系統分析系統初步調查系統可行性研究現行系統的詳細調查新系統邏輯方案的提出q 系統設計系統總體結構設計系統總體功能設計系統總體物理結構設計系統詳細設計數據庫設計代碼設計輸入輸出設計q 系統實施程序設計系統測試(3) 系統的運行及維護(4) 系統評價 快速原型法是80年代發展起來的，旨在縮短開發周期，提高開發效率和用戶對系統的滿意程度。其基本思想是在系統開發的初期，盡快構造出系統的原型，使用戶能及早地運行這個系統原型，通過使用它、熟悉它，受到啟發并取得經驗，然后對系統的目標和功能提出更精確、具體的要求，研制人員據此逐漸修改和完善原型，使它滿足用戶的需求，最后完成系統的開發。該方法大大提高了系統開發效率，彌補了結構化生命周期法開發時間長的缺陷。通常采用原型法需以下四個階段：(1) 明確用戶的基本要求(2) 研制系統的原型(3) 使用、評價系統原型(4) 修改和完善原型眾所周知，VS2005 是功能非常強大的多媒體開發工具，它有豐富的函數和方法處理各種各樣的多媒體信息，能夠很靈活的操作圖形、聲音、動畫、影像等多媒體素材。但有時我們使用Visual Studio2005開發非多媒體應用程序，并不需要在應用程序中大量的使用聲音，而只是需要在特定的場合出現。如Windows的警告聲。這就要求程序員在恰當的環境中恰當的使用聲音文件，既不失去VC在多媒體方面的特長，又能夠為應用程序增加吸引人的效果。本音樂播放器系統就是在Visual Studio2005 平臺環境下編寫設計而成的。2 系統的分析 系統的可行性分析 經濟可行性分析 本系統開發簡單但要耗去一定的時間，所用的開發工具和軟件都差不多是免費的。由此可見在，開發此系統在經濟上是完全可行的。 操作可行性分析 如今的計算機已經走進千家萬