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摘要：为了减少功耗与降低成本，根据ARM芯片对C语言良好支持的特点，在深度剖析MP3解码算法、分析C语言在ARM芯片上编程的优化方法的基础上，通过软件形式实现MP3音频解码器，便一些无硬件解码器支持的ARM嵌入式系统完成MP3解码任务，从而实现基于ARM的嵌入式系统的MP3软解码器，可以有效地降低系统功耗，提高解码效率，更好地扩展和增强便携嵌入式系统多媒体功能。
关键词：MP3解码；ARM嵌入式系统；嵌入式多媒体；霍夫曼编码

随着便携式嵌入式系统的发展，嵌入式多媒体技术正在影响并改变着人们的日常生活，多媒体音频编码解码技术也越来越受到关注和重视。笔者提出了一种MP3音频解码通过软件方式在嵌入式系统上实现的解决方案。该方案以目前比较高效的MP3解码算法为基础，灵活的取代了基于DSP的硬件解码方案，在低消耗处理器资源的前提下，实现能与硬件解码相媲美的效果。从而节省了研发或购买DSP芯片的费用，还可以方便快捷的兼容MPEG新提出的解码标准，这是该方案最重要的现实意义。
目前国外在MP3软解码方面的研究有两大成果，一个是开源MP3解码项目mpg123，一个是开源嵌入式MP3解码库libmad。这两个开源项目中使用的解码算法参考了很多国际学术论文。前者被广泛用于播放器软件，例如Mplaver，千千静听等；后者则更加适用于嵌入式系统，已经被成功移植到Symbian手机系统上。

1 MP3解码算法分析
MP3解码主要包括以下过程：预处理(Preprocessing)、霍夫曼编码(Huffman decoding)、反量化(Requantization)、重排列(Reorder ing)、立体声解码(Stereo decoding)、混迭消除(Alias reduction)、反离散余弦变换(IMDCT transform)、频域转换(Frequency invers ion)、子带合成滤波(Synthesis filterbank)，最后生成声卡可以直接读取的PCM采样。MP3解码流程具体如图1所示。

2 ARM处理器以及其程序设计优化
为了在ARM处理器下快速稳定的运行解码器，除了浮点转化为定点的策略，还要根据硬件特点进一步进行程序优化：首先减小运算强度，利用位移操作代替乘除运算，通常需要乘除以2的幂次方都可以用左右移n位来完成，比如3×8等价于33；利用乘法代替乘方运算，ARM核中内建有乘法器，因此可以通过乘法运算来代替调用C库函数乘方运算以节约函数调用开销；利用与运算代替求余运算。通常and指令比％操作效率要高；使用内联函数，ARM下支持C语言inline关键字，这时的函数直接在调用处代码展开，省去了函数调用开销，不过它的缺点是代码量增加；使用寄存器变量，CPU对寄存器的存取要比对内存的存取快得多，因此为变量分配一个寄存器，将有助于代码的优化和运行效率的提高。
避免除法，ARM指令集中没有除法指令，其除法是通过调用C库函数实现，一个32位的除法通常需要20～140个时钟周期。因此，除法是程序效率的瓶颈，应尽量避免使用。用查表法代替计算，在CPU资源紧张而内存资源富裕的情况下，可以用空间来换取运行速度，例如在反离散余弦变换算法中需要频繁的计算正弦和余弦函数值，可以预先将函数值计算出来以常量放到内存里，需要计算时直接通过内存地址提取需要的值。

3 解码器结构设计与实现
在对现有算法进行研究的基础上，笔者设计出一个性能优良、结构灵活、可移植性强的MP3软解码器。解码器主要包括以下模块：解码器引擎初始化，缓冲区输入输出控制，帧解码模块，注销解码器引擎等。

关键词： ARM平台 MP3 软解码算法