论文部分内容阅读
摘要：本文主要介绍了基于DVD系统将CD格式文件压缩为MP3文件存储到U盘的方法和基本原理，充分利用DVD系统自身的播放功能获取CD上的PCM数字信息，经过硬件解码，压缩成MP3格式，通过文件系统的操作经USB传输将数据写入U盘。
关键词：DVD系统；FAT文件系统；CD_RIPPING
中图分类号：TP37文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)16-31135-01
File Format Conversion and Storage based on the DVD System
CHEN Hua-li, WANG Da-hua
(Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China)
Abstract:This thesis introduces a method of converting CD to MP3 and storing it to U-disk on the DVD system. This design makes use of the play of the DVD system to get PCM information from CD, converting it to MP3 with the DVD HW decoder, and transmitting it to the U-disk with USB interface.
Key words:DVD system; FAT file system; CD_RIPPING
声音在我们的日常学习、交流中是不可或缺的。随着计算机技术的不断发展，数字声音也日新月异。要在计算机内播放或是处理音频文件，就要对声音进行数、模转换，将原始、自然的声音模拟信号转换为计算机可以识别的数字信号。这个过程由采样、量化和编码三步构成。常用来评价音频文件质量的标准为采样频率、量化位数和声道数。采样频率即在采样过程中每秒抽取声波幅度样本的次数。目前常用的采样频率有3个：11.025KHZ、22.05KHZ、44.1KHZ。采样频率越高音质越好。量化位数即每个采样点能够表示的数据范围。同样的，量化位数越高，音质越好。声道数即所使用的声音通道个数，它表明声音记录时产生的波形个数。多声道的声音质量当然比单声道的好。下面，就以上三个方面，介绍一下当前较流行的几种音频文件格式的优缺点。
1 三种格式声音优缺点的比较
CD，最早的数字音频格式，CD经过压缩之后，才产生了许多的数码随身听适用的音频格式。标准CD格式为44.1K的采样频率，速率88K/秒，16位量化位数。因为CD音轨可以说是近似无损的，因此它的声音基本上是忠于原声的。CD格式的文件是不能直复制到计算机的，需要使用抓音轨软件把CD格式的文件转换成WAV。
WAV是微软公司开发的一种声音文件格式，支持多种音频位数、采样频率和声道。标准格式的WAV文件和CD格式一样，也是44.1K的采样频率，速率88K/秒，16位量化位数。因此，所产生的WAV格式文件质量和CD相差无几，成为目前PC机上广为流行的声音文件格式，几乎所有的音频编辑软件都“认识”WAV格式。
MP3全称MPEG Audio Laye-3，目前MP3格式编码比特率最高可达320Kbps。MP3音频文件的压缩是一种有损压缩。MP3音频编码具有10:1-12:1的高压缩率，同时基本保持低音频部分不失真，但是牺牲了声音文件中12KHz到16KHz这部分音频的质量来换取文件的尺寸，相同长度的音乐文件，用*.mp3格式来储存，一般只有*.wav文件的1/10，当然音质要次于CD格式或WAV格式的声音文件。但由于其文件尺寸小，音质影响不大，所以一直受到消费者的好评。
本文在SPHE8202L组成的DVD系统硬件平台基础上，充分利用DVD系统自带的播放功能，IR功能，以及对MP3的硬解码和USB的支持，当外界有按键信息时，DVD系统响应用户的按键信息，启动相关的流程执行将正在播放的CD文件压缩成MP3文件，通过文件系统的管理经USB存入U盘。整个设计充分利用已有的系统资源，以系统的最小开销实现功能，且符合设计规范。
2 硬件平台简介
SPHE8202L处理器是由台湾凌阳科技设计[1]，目前主要用在DVD上，是高度集成的SOC（将RISC处理器和MPEG解码处理器DSP以及IOP集成于单芯片上），配合少量的外围器件就可以流畅地播放多种格式的媒体文件。图1是SPHE8202L的系统结构框图。
SPHE8202L采用128PIN的LQFP(Low profile Quad Flat)封装[2]，内部集成了32位的CPU、视频解码器、音频DSP处理器、CDDSP, Video DAC以及8位子CPU，RF处理器，同时携带USB，Card Reader和DivX等。支持双通道音频输出，16位SDRAM接口、USB1.1接口、MPEG4的解码。
图1 SPHE8202L Portable DVD系统架构
3 基本流程
本文充分利用DVD系统的播放功能和SPHE8202L芯片的CDDSP解码，读取当前正在播放的CD文件数据，并将其压缩成MP3格式，然后经USB的传输，通过FAT文件系统的管理，将数据信息写入U盘。基本的程序流程框图如图2所示。
图2 程序流程框图
本文的重点和关键是FAT文件系统的管理，即根据磁盘的FAT格式，利用FAT文件系统，管理当前磁盘的文件信息和内存空间，完成对读取的数据在磁盘上的写操作。客户化的界面完成系统对用户按键操作的响应，并把操作的内容在屏幕上的显示出来，达到交互的目的。在CD_RIPPING 中通过POLLING函数响应
外部用户的按键，设置不同的系统状态，并在UI界面上显示，完成交互式操作，达到对整个过程的控制。
4 FAT文件系统
本文利用FAT文件系统对磁盘读写的操作是基于FAT文件系统的标准协议。首先读取磁盘的第一个扇区[3]，即读取MBR，根据MBR相关字节的记录获得磁盘分区地址和分区类型。根据得到的分区地址，即DBR的起始地址，读取DBR，获得磁盘的逻辑结构信息（扇区的大小，簇的大小，FAT表的位置、大小、FAT的类型，FDB的地址，数据区的地址，空闲簇的数目等等信息）。
获得磁盘的FDB和FAT表地址之后，就可以对文件和文件夹进行相应的操作了，首先根据文件名在FDB中查找对应的文件目录结构，获取文件的属性，大小以及文件起始簇号等重要信息。根据文件的起始簇号，在FAT表中依次获取文件的簇链关系，对应于data区读取相应的文件数据。图3为文件的读取与FAT表的关系。系统对文件的读写操作不是直接对磁盘的访问[4]，而是先将磁盘的常用信息读入常驻内存，通过其自己定义的一整套用于文件系统管理的结构体来动态访问内存区域，当需要的时候就访问磁盘，读取数据存于一定的BUFFER空间，之后交给DSP进行相应的处理。由于文件系统的操作采用的是动态分配内存的方式，因此大大节约了系统的开销。写数据与之类似。
图3文件的读取
5 CD_RIPPING
CD_RIPPING完成的功能：根据用户的操作要求，读取CD上的文件，由CDDSP硬解码后压缩成MP3格式存放在一段BUFFER中，然后获取磁盘信息，再将BUFFER中的数据按照文件系统的存储管理方式写入U盘。CD_RIPPING的主要流程如图4所示：
初始化部分主要完成的工作包括Ripping时用户界面的设置，内存空间的初始化，系统状态变量的初始化等。当按SUB_TITLE键进入RIPPING流程时，首先做的就是这部分的初始化，这是CD_RIPPING的前提和基础。
图4 CD_RIPPING的主要流程
主要的系统状态函数为Polling，Client_Run，Server_run。其功能分别为：获取用户的按键信息；根据用户的按键相应的设置系统的状态变量；具体的执行CD数据的读取，编解码前的存放和解码后数据向U盘的写入操作。
在数据写的过程中，通过进度条动态显示当前音轨RIPPING的进度和总的进度，以及当前RIPPING的名称，并以倒计时的方式显示剩余多少时间。同时可以对整个过程进行控制：改变RIPPING速率或取消RIPPING。
数据写入U盘后，对相关内存空间的释放，RIPPING完成或是在此过程中发生的各种错误时的OSD显示，以及返回继续播放的相关设置等。
6 结束语
实现从CD格式转换成MP3格式的工具比较多，但绝大多数是通过电脑专用软件实现[5]，这种操作具有一定的专业性，为这种消费方式的普及设置了门槛。而通过DVD系统实现文件格式的转换与存储，使得普通用户能够在友好的客户化界面下，以一种简捷的操作方式，实现复杂而专业的功能。这就为这种简捷消费方式的普及提供了一种轻松简单的实现途径，因而这种实现具有较高的应用价值。
参考文献：
[1]Sunplus.SPHE8202L H/W System Introduction[R]. 2006. 2-7.
[2]Microsoft Corporation. FAT: General Overview of On-Disk Format[P]. Version 1.02. 1999. 6-17.
[3]Microsoft Corporation. Microsoft Extensible Firmware Initiative FAT32 File System Specification[R]. Version 1.03. 2000. 6-23.
[4]Microsoft Corporation. Long Filename Specification[R]. Version 0.5. 1992.5-22.
[5]Compaq, Intel, Microsoft, NEC Universal Serial Bus Specification[R]. Revision 1.1. 1998:18-32.
关键词：DVD系统；FAT文件系统；CD_RIPPING
中图分类号：TP37文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)16-31135-01
File Format Conversion and Storage based on the DVD System
CHEN Hua-li, WANG Da-hua
(Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China)
Abstract:This thesis introduces a method of converting CD to MP3 and storing it to U-disk on the DVD system. This design makes use of the play of the DVD system to get PCM information from CD, converting it to MP3 with the DVD HW decoder, and transmitting it to the U-disk with USB interface.
Key words:DVD system; FAT file system; CD_RIPPING
声音在我们的日常学习、交流中是不可或缺的。随着计算机技术的不断发展，数字声音也日新月异。要在计算机内播放或是处理音频文件，就要对声音进行数、模转换，将原始、自然的声音模拟信号转换为计算机可以识别的数字信号。这个过程由采样、量化和编码三步构成。常用来评价音频文件质量的标准为采样频率、量化位数和声道数。采样频率即在采样过程中每秒抽取声波幅度样本的次数。目前常用的采样频率有3个：11.025KHZ、22.05KHZ、44.1KHZ。采样频率越高音质越好。量化位数即每个采样点能够表示的数据范围。同样的，量化位数越高，音质越好。声道数即所使用的声音通道个数，它表明声音记录时产生的波形个数。多声道的声音质量当然比单声道的好。下面，就以上三个方面，介绍一下当前较流行的几种音频文件格式的优缺点。
1 三种格式声音优缺点的比较
CD，最早的数字音频格式，CD经过压缩之后，才产生了许多的数码随身听适用的音频格式。标准CD格式为44.1K的采样频率，速率88K/秒，16位量化位数。因为CD音轨可以说是近似无损的，因此它的声音基本上是忠于原声的。CD格式的文件是不能直复制到计算机的，需要使用抓音轨软件把CD格式的文件转换成WAV。
WAV是微软公司开发的一种声音文件格式，支持多种音频位数、采样频率和声道。标准格式的WAV文件和CD格式一样，也是44.1K的采样频率，速率88K/秒，16位量化位数。因此，所产生的WAV格式文件质量和CD相差无几，成为目前PC机上广为流行的声音文件格式，几乎所有的音频编辑软件都“认识”WAV格式。
MP3全称MPEG Audio Laye-3，目前MP3格式编码比特率最高可达320Kbps。MP3音频文件的压缩是一种有损压缩。MP3音频编码具有10:1-12:1的高压缩率，同时基本保持低音频部分不失真，但是牺牲了声音文件中12KHz到16KHz这部分音频的质量来换取文件的尺寸，相同长度的音乐文件，用*.mp3格式来储存，一般只有*.wav文件的1/10，当然音质要次于CD格式或WAV格式的声音文件。但由于其文件尺寸小，音质影响不大，所以一直受到消费者的好评。
本文在SPHE8202L组成的DVD系统硬件平台基础上，充分利用DVD系统自带的播放功能，IR功能，以及对MP3的硬解码和USB的支持，当外界有按键信息时，DVD系统响应用户的按键信息，启动相关的流程执行将正在播放的CD文件压缩成MP3文件，通过文件系统的管理经USB存入U盘。整个设计充分利用已有的系统资源，以系统的最小开销实现功能，且符合设计规范。
2 硬件平台简介
SPHE8202L处理器是由台湾凌阳科技设计[1]，目前主要用在DVD上，是高度集成的SOC（将RISC处理器和MPEG解码处理器DSP以及IOP集成于单芯片上），配合少量的外围器件就可以流畅地播放多种格式的媒体文件。图1是SPHE8202L的系统结构框图。
SPHE8202L采用128PIN的LQFP(Low profile Quad Flat)封装[2]，内部集成了32位的CPU、视频解码器、音频DSP处理器、CDDSP, Video DAC以及8位子CPU，RF处理器，同时携带USB，Card Reader和DivX等。支持双通道音频输出，16位SDRAM接口、USB1.1接口、MPEG4的解码。
图1 SPHE8202L Portable DVD系统架构
3 基本流程
本文充分利用DVD系统的播放功能和SPHE8202L芯片的CDDSP解码，读取当前正在播放的CD文件数据，并将其压缩成MP3格式，然后经USB的传输，通过FAT文件系统的管理，将数据信息写入U盘。基本的程序流程框图如图2所示。
图2 程序流程框图
本文的重点和关键是FAT文件系统的管理，即根据磁盘的FAT格式，利用FAT文件系统，管理当前磁盘的文件信息和内存空间，完成对读取的数据在磁盘上的写操作。客户化的界面完成系统对用户按键操作的响应，并把操作的内容在屏幕上的显示出来，达到交互的目的。在CD_RIPPING 中通过POLLING函数响应
外部用户的按键，设置不同的系统状态，并在UI界面上显示，完成交互式操作，达到对整个过程的控制。
4 FAT文件系统
本文利用FAT文件系统对磁盘读写的操作是基于FAT文件系统的标准协议。首先读取磁盘的第一个扇区[3]，即读取MBR，根据MBR相关字节的记录获得磁盘分区地址和分区类型。根据得到的分区地址，即DBR的起始地址，读取DBR，获得磁盘的逻辑结构信息（扇区的大小，簇的大小，FAT表的位置、大小、FAT的类型，FDB的地址，数据区的地址，空闲簇的数目等等信息）。
获得磁盘的FDB和FAT表地址之后，就可以对文件和文件夹进行相应的操作了，首先根据文件名在FDB中查找对应的文件目录结构，获取文件的属性，大小以及文件起始簇号等重要信息。根据文件的起始簇号，在FAT表中依次获取文件的簇链关系，对应于data区读取相应的文件数据。图3为文件的读取与FAT表的关系。系统对文件的读写操作不是直接对磁盘的访问[4]，而是先将磁盘的常用信息读入常驻内存，通过其自己定义的一整套用于文件系统管理的结构体来动态访问内存区域，当需要的时候就访问磁盘，读取数据存于一定的BUFFER空间，之后交给DSP进行相应的处理。由于文件系统的操作采用的是动态分配内存的方式，因此大大节约了系统的开销。写数据与之类似。
图3文件的读取
5 CD_RIPPING
CD_RIPPING完成的功能：根据用户的操作要求，读取CD上的文件，由CDDSP硬解码后压缩成MP3格式存放在一段BUFFER中，然后获取磁盘信息，再将BUFFER中的数据按照文件系统的存储管理方式写入U盘。CD_RIPPING的主要流程如图4所示：
初始化部分主要完成的工作包括Ripping时用户界面的设置，内存空间的初始化，系统状态变量的初始化等。当按SUB_TITLE键进入RIPPING流程时，首先做的就是这部分的初始化，这是CD_RIPPING的前提和基础。
图4 CD_RIPPING的主要流程
主要的系统状态函数为Polling，Client_Run，Server_run。其功能分别为：获取用户的按键信息；根据用户的按键相应的设置系统的状态变量；具体的执行CD数据的读取，编解码前的存放和解码后数据向U盘的写入操作。
在数据写的过程中，通过进度条动态显示当前音轨RIPPING的进度和总的进度，以及当前RIPPING的名称，并以倒计时的方式显示剩余多少时间。同时可以对整个过程进行控制：改变RIPPING速率或取消RIPPING。
数据写入U盘后，对相关内存空间的释放，RIPPING完成或是在此过程中发生的各种错误时的OSD显示，以及返回继续播放的相关设置等。
6 结束语
实现从CD格式转换成MP3格式的工具比较多，但绝大多数是通过电脑专用软件实现[5]，这种操作具有一定的专业性，为这种消费方式的普及设置了门槛。而通过DVD系统实现文件格式的转换与存储，使得普通用户能够在友好的客户化界面下，以一种简捷的操作方式，实现复杂而专业的功能。这就为这种简捷消费方式的普及提供了一种轻松简单的实现途径，因而这种实现具有较高的应用价值。
参考文献：
[1]Sunplus.SPHE8202L H/W System Introduction[R]. 2006. 2-7.
[2]Microsoft Corporation. FAT: General Overview of On-Disk Format[P]. Version 1.02. 1999. 6-17.
[3]Microsoft Corporation. Microsoft Extensible Firmware Initiative FAT32 File System Specification[R]. Version 1.03. 2000. 6-23.
[4]Microsoft Corporation. Long Filename Specification[R]. Version 0.5. 1992.5-22.
[5]Compaq, Intel, Microsoft, NEC Universal Serial Bus Specification[R]. Revision 1.1. 1998:18-32.