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Carlos J. Bourlot Home PageTesis |
Reproductor Portátil de Audio Digital Comprimido
Objetivo
El objetivo principal de este Trabajo Final fue el diseño e implementación de un reproductor portátil de audio digital comprimido. El algoritmo de compresión es el dispuesto por al Norma internacional ISO/IEC-11172-3. Además, el sistema debía cumplir con los siguientes requisitos:
Introducción
La digitalización del sonido consiste en tomar muestras de la señal analógica a intervalos regulares de tiempo (muestreo) y asignarle a cada muestra un valor numérico proporcional a su amplitud (cuantificación).
El Teorema de Nyquist establece que para poder recontruir totalmente una señal a partir de sus muestras es necesario muestrearla a una frecuencia por lo menos el doble de su componente frecuencial mas alta. Además, la precisión con la que se cuantifica su amplitud (4, 8, 16 bits, etc.) determina el nivel de ruido introducido en la señal reconstruída.En un CD de audio, los sonidos son muestreados a 44,1 KHz (ya que el ancho de banda que puede percibir el oído humano es de 22 KHz aprox.) y cuantificados con 16 bits de resolución. Como los canales son dos (izq. y der.) el volumen de información resultante es de 1,4 Mbits/seg, una cantidad muy grande.
Compresión del audio
Para reducir esta cantidad de información se han desarrollado inumerables técnicas y algoritmos. Una de las mas eficientes son las técnicas PAC (Perceptual Audio Coding, Codificación del Audio Percibido). Las técnicas PAC basan su eficiencia en determinadas limitaciones del oído humano, expresadas a través de tres principios psicoacústicos básicos:
Una de las tantas implementaciones prácticas de las técnicas PAC es la dispuesta en la norma internacional ISO/IEC-11172-3 (MPEG-1); publicada por el comité MPEG (Moving Pictures Experts Group) a finales de la década del '80.
La norma define 3 niveles o capas de compresión: Layer 1, 2 y 3, de complejidad y eficiencia crecientes. La mas desarrollada, Layer 3, dió origen a los archivos de audio comprimido "MP3", tan populares por estos días en el ambiente de Internet.
Diseño e implementación
La complejidad matemática del algoritmo decodificador MP3 es tan grande que en un principio se estudió la posibilidad de utilizar un DSP (Digital Signal Processor) para llevar a cabo la tarea. Se recurrió finalmente a un ASIC (Aplication Specific Integrated Circuit) de la empresa alemana Micronas: el MAS3507D; capaz de descomprimir MPEG-1, Layer 2 y 3, encapsulado PQFP-44 y de muy bajo consumo. El dispositivo también cuenta con un control de tonalidad vía I2C Bus y un conversor DC/DC incorporado de muy alta eficiencia. El ingreso del bitstream de audio comprimido se realiza a través de una interface SPI a 1 Mbit/seg y el dispositivo entrega las muestras PCM (resultado de la decodificación) a través de una interface I2S.
Figura 1: Diagrama en bloques del sistema.
Estas muestras ingresan a un Conversor Digital/Analógico (DAC) de la misma empresa, el DAC3550A. Este integrado también cuenta con una interface I2C por medio de la cual se efectúa un control de volumen del audio resultante.
El soporte del audio digital comprimido es una Tarjeta de Memoria "SmartMedia" (TM) disponible en capacidades de 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 y 128 Mbytes (se utilizó una de 8Mb para la presentación). El equipo cuenta con un slot adecuado para este tipo de tarjetas, lo que ofrece un nivel de practicidad muy interesante.
Para organizar los distintos archivos de audio en la Tarjeta, se desarrolló un Sistema de Archivos elemental que permite utilizar de manera muy eficiente toda la capacidad de la memoria; fragmentando la información cuando es necesario.
Un microcontrolador PIC16F877 de Microchip es el encargado de coordinar todo el sistema: atender la interfaz con el usuario (5 teclas y dos leds); leer los datos de la tarjeta y enviarlos al decodificador y controlar el bus I2C.
Figura 2: Equipo terminado.
Autores
| Carlos J. Bourlot |
| Ariel R. Vollmann |
Para quienes deseen profundizar mas, se encuentra disponible el informe completo del trabajo en formato PDF:
| E-mail: info@bourlotcj.com.ar | Volver al inicio | Ultima actualización: 13/11/2001 |