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MP3~MP6播放器探秘(1)

2010-01-14 13:57:48   来源:www.ele169.com    查看次数:11726         

从单纯播放音乐的MP3播放器到可播放专门格式影音内容的视频MP3播放器,从可播放复杂影音内容的MP4播放器直至近期的MP5、高清MP4MP6等播放器,我国的数码播放器产业只用了短短四、五年的时间就实现了跳跃式发展,如此高速发展,不但使许多消费者眼花缭乱、无所适从,而且也令一些业内人士始料未及,大跌眼镜。现在市场上各式各样的数码播放器琳琅满目,简直让人有目不暇接之感,同时也有许多疑问在困扰着不少爱好者和消费者,例如:什么是MP3MP4及高清MP4?它们的基本原理和结构有何区别?MP5MP6又是怎么回事?从MP3MP6是如何演变发展过来的?现在市面上主要流行什么机型?等等本文准备围绕这些大家十分关心的问题,分别讲解MP3MP4、高清MP4MP5MP6播放器的发展回顾、种类、基本结构和简要原理等,希望能给爱好者和相关人员带来启发和帮助。

一、MP3播放器

 

MP3播放器是一种主要对MP3音乐文件进行存储、解码和播放的微小型数字音频设备。它的出现,使得原本只能在计算机上播放的MP3 (包括WMAWAV)格式的音乐文件,变成像CD、磁带等音频资源一样可以随处聆听欣赏。MP3播放器又称MP3随身听,具有使用操作方便、音乐资源丰富、无磁带磨损老化问题、比DISCMAN耐振动、声音失真较小和外观小巧时尚等许多优点,是继WALKMANDISCMANMD等播放器之后出现的一种较为理想的音乐播放和收听器具。

然而56年前,MP3播放器还是一种较高档的电子产品,一部容量仅为32MB的MP3播放器,其价格也高达1千多~2千多元,真是价高吓人,问津者不多。近年来,随着生产成本快速降低,产品价格也不断大幅下降,MP3播放器迅速普及,社会拥有量迅猛上升,正在取代DISCMANMD播放器而成为大街小巷的一个亮点。MP3和后来逐渐普及的MP4等一起,造就了一个巨大的数码播放器用户群和扩展了潜在购买力,从而进一步推动了我国数码电子产业的发展。

 

1.MP3播放器的发展回顾

 

1998年,韩国“世韩”公司推出了世界上第一款MP3播放器产品,型号为“MPman F 10。它是现在所有MP3播放器的雏形,之所以把这种最新的产品称为MPman,是借由日本Sony公司在开发WalkmanDiscman播放器的战略,其寓意就是希望该产品能够沿袭日本Sony公司在WalkmanDiscman的战略,成为便携式MP3播放器产品的代名词。

19983月份的CeBIT展会上,MPman F10(以下简称F10)播放器首次亮相。同年5月,F10播放器正式开始批量生产,到夏季就开始进入美、欧市场。在美国市场上,F10播放器的售价是250美元, 但随着DM公司200美元Rio PMP300(以下简称PMP300)播放器的推出,F10的价格也被迫降至200美元。实际上,MP3播放器的广泛使用是从PMP300开始的,大多数人因此也误认为PMP300是世界上第一台MP3播放器,其实不然。

F10播放器如1所示。该机带有一个小的LCD(液晶显示屏),可显示歌曲名称、演唱者和播放进度等,其内存具有32MB存储空间,通常可存储812首歌曲,外形大小为91*70*16.5mm2所示为PMP300播放器,其带有一块更大的LCD显示屏。它同样具有32MB的存储空间,并且可通过智能媒体卡插槽扩充到更大的容量。

图一

 

图二

1998年到2001年期间,一些厂商也相继继续开发了包括MP manRio PMP品牌在内的一些MP3播放器,但发展速度较为缓慢。直到20022003年之后,国内外MP3播放器的发展才有了长足进步,主要包括以下几方面。

(1). 彩色显示屏大量普及

早在2004年,国内市场上就出现了以双色OLED彩屏(彩色显示屏)MP3播放器,但其实它只是双色显示屏,并非真正的彩屏。到了2005年,随着显示屏技术的发展和相应主芯片的推出(如炬力ATJ2085等芯片),带有6.5万色彩屏的MP3产品大量出现,而且价格也不断降低,使得彩屏开始在中低端MP3播放器中大量普及。如同过去“彩屏手机”的普及一样,MP3彩屏的应用也带来了如浏览图片和动态图像等一些功能。彩屏普及是一种趋势,目前除了一些纯音乐MP3播放器外,绝大多数的MP3全是带有彩屏的产品。

(2). 大容量产品成为主流

几年前,一部容量为32MB的MP3播放器,其价格也高达1~2千多元,现在随着大容量“闪存”芯片的大量生产和价格明显下降,2GB容量的“闪存”MP3播放器已经非常普及,48GB容量的MP3播放器也已不稀奇了,如:苹果公司生产的2GB4GB iPod  nano Sandisk公司推出的2GB6GBSansa e200、国内“昂达”、“魅族”、“酷比魔方”、“蓝魔”等品牌的大容量MP3播放器。今后MP3播放器将全面进入大容量的时代,而小容量的MP3将会逐渐被淘汰。

(3). 视频播放等功能日益扩展

除了用于纯音乐收听的MP3播放器外,功能简单的MP3播放器已逐渐失宠于市场,而带“彩屏”和视频播放等多种功能的MP3曾经一度成为大热门,市场的中高端MP3产品几乎都是这类播放器,就是在当前MP4播放器逐渐红火的形势下,它们仍有一定的市场销售量和巨大的社会保有量。

2004年末,首部支持“动态JPG视频文件”播放的MP3播放器诞生了。虽然其显示屏只有1.0英寸,分辨率仅96×64像素,只支持专门的视频格式,音质表现也平平,但却因功能新鲜和售价低廉而深受消费者欢迎。它可算是视频MP3的雏形,引领了一场MP3功能的革命,使得MP3逐渐融合了视频播放功能,不再只是听音乐和接收FM广播的产品。2005年,以应用珠海炬力公司ATJ2085主芯片为代表的第二代视频MP3问世了,炬力公司后来又推出能完全支持1.8英寸“大屏幕”的ATJ2097主芯片。不久,美国Sigmatel(西玛特)公司推出了STMP35XX系列主芯片方案,韩国Telechips推出了TCC76XTCC77X系列主芯片方案,它们奠定了视频MP3的发展基础。但是这些方案大都只能支持MTVMVXSMVDMV等特定格式的视频文件播放,文件资源较少,而且通用性较差,不利于用户间交流分享。

20064月,“蓝魔”厂商联手“瑞芯”微电子公司推出了基于第三代视频MP3方案(RK2606)的RM100型播放器,它一改第二代视频MP3的缺点,首次支持基于MPEG-4压缩标准XviD编码的AVI格式视频文件,播放速率最高可达20/秒,画面分辨率也达到了QCIF标准(220×176像素),后续的RK2608还将画面分辨率提高到320×240像素的QVGA标准水平,能够以30/秒的速度支持Divx编码的AVI格式视频,事实上已经初步达到了MP4芯片的水准。 “瑞芯”在Rockchip RK26XX系列方案之后发展了性能更佳的RK27XX系列,两者都是视频MP3MP4的主流方案。

 

2.MP3播放器的种类和功能

 

MP310年发展过程中,出现了许许多多不同种类、功能和特色的MP3播放器,一些经典产品有着里程碑似的意义,留在了众多用户的心里,推动了MP3业界的发展。

市场上的MP3播放器可谓是琳琅满目、日新月异,其外型更是五花八门,圆形、方形、扁形、三角形、矩形、手表型和首饰形等等,3所示为最常见的几种MP3播放器外形,供参考。

图三

MP3播放器可以按(存储体)容量、存储体类型、功能、款式和主芯片类型等不同进行分类。

通常按MP3内置的存储体容量大小进行分类,可分为32MB64MB128MB256MB512MB1G2GB4GB8GB1030 GB等多种,其中8GB及其以下的播放器主要是“闪存式”MP3 8GB以上的产品主要是硬盘式MP3。“闪存”就是快闪存储器,也称FLASH存储器FLASHROM2007年前,较为流行的是128MB256MB512MB三种“闪存式”MP3播放器,对应可存储大小为3MBMP3歌曲约为40801602007年开始,由于“闪存”大幅降价,使MP3的容量明显趋向于GB(千兆)级,现在的MP3容量大都是1G8GB

存储体类型分,主要有“闪存式”MP3和硬盘式MP3两种。“闪存式”MP3具有价格便宜、体积小巧、重量很轻等优点,一直市场的主流产品。随着微硬盘技术的发展,大容量的硬盘式MP3播放器应运而生,其最大容量可达50GMP4甚至达到120G)。采用20G硬盘的播放器,可存入约320小时的音乐节目,按每首歌3-4分钟计,可存入48006400首,堪称是一个巨量!不过微硬盘价格昂贵,体积较大,而且抗震能力差,摔一下轻则造成盘面划伤,重则整个硬盘报废,因而硬盘MP3MP4的社会拥有量一直不大,远不及“闪存式”MP3MP4

按功能和用途分类,主要有单功能普通型和多功能复合型。单功能普通型MP3通常带有播放、开关机、歌名显示、播放信息等基本操作和显示功能,但没有或很少有其他功能,目前这类MP3已经向“纯音乐播放型”方向发展,体积小、重量轻、外观美、使用方便及价格低廉是其主要特点,已经成为市场的热点之一。如45所示就是两款典型的“纯音乐MP3播放器”。其中4是“昂达”VX313MP3播放器,其外观像一块方糖,故而命名为“音乐方糖”MP3。该机体积为35×35×9.5mm3,重量仅为12.5,机身非常精致小巧,而且连续播放时间长达10小时。5是“蓝魔音悦汇”R2型播放器。这是“蓝魔”公司2009年全新推出的一款纯音乐MP3,它兼顾了屏幕显示及3D音效,还加了功率较大的(内置)外响喇叭。这类播放器主要适合以聆听音乐为主的消费者。

  

图四

 

图五

 

多功能复合型机种除了MP3播放功能,还有其他附加功能,例如FM收音功能可以用于收听调频广播节目;录音功能可在上课、开会议或听演讲时进行录音,作为备忘;复读等功能可帮助学习外语;电话簿的功能可提供很多方便。此外,具有真彩色显示、定时关机、闹钟、磁盘加密、游戏、支持WMA等音频视频格式、支持电子书阅读和图片浏览等功能的MP3产品也屡见不鲜。

 

3.MP3播放器的基本结构

 

现在的MP3播放器大多采用微小型的集成电路和其他零部件组成,其中采用了较多贴片式电子元器件,结构紧凑精细,虽然从外表看好像零部件不太多,结构也不太复杂,其实不然,麻雀虽小五脏俱全,MP3播放器其实就是一个特定功能的微型电脑,在其印制电路板上和集成电路内部包含了许许多多的元器件。较为典型的MP3播放器的内部主要包括数据端口、内存储器、微处理器(MCU)、解码器、数模转换器、显示屏、播放及功能控制、音频输入输出端口、放大器、话筒、电源控制管理和耳机信号输出端口等部分。

为了使大家对MP3播放器的内部结构有个直观的初步认识和印象,下面以一款典型的播放器为例,看看其内部的主要结构。6所示是其外形图。拆卸该机外壳四角的四颗螺丝,打开前后盖,取下面板之后就可看到其内部结构了,见7。由图可见,机子主要由两块印制电路板组成,上层印制板主要有LCD显示屏、液晶屏保护套、“五维”导航键(上、下、左、右、中等五维控制开关键钮)和FLASH“闪存”芯片等零部件,图7所示主要是上层印制板的正面图。其中,液晶屏“保护套”是为了更好地保护屏幕,防止损坏或损伤,但是这个套子不是必需的,有些不太考究的产品就没这个部件。“五维导航键”则是一种目前包括MP3、手机在内的许多消费类电子产品被广泛采用的控制开关键钮,其操作性能比多个单键组合形式有较明显提高,设计良好的“五维导航键”操作起来得心应手,手感很不错。

图六

 

图七

上层印制板的反面主要由USB接口电路、解码主芯片及“主晶振”还有音频输出及录音等部分所组成,如8所示。下层印制板如9所示,主要是按键开关、电源控制管理部分和FM收音电路等。不少MP3都采用类似于7至图9所示的双印制电路板模式设计,其优点主要是两部分电路功能分开独立,相互干扰较小,性能较稳定,而且有利于缩小体积,缺点是设计较复杂,生产成本较高。

图八

  

图九

也有一些MP3采用单印制电路板模式设计,过去主要是一些中、低价的播放器,但现在有较多视频MP3MP4播放器也采用此模式。这种电路可能带来一些干扰弊端,但合理设计装配就可解决这个问题。10就是采用单印制板模式的艾诺V80MP3播放器的内部电路结构图。该机主芯片使用炬力公司的ATJ2097电源采用可拆卸式锂电池供电方式,十分方便维修和调换。印制板的结构和元器件分布简洁明了,看上去比较舒服,焊接工艺也不错。11所示为该机印制板的另一面,该面主要有液晶显示屏和按键开关等电路,元器件不多。

图十

图十一

MP3播放器一般采用4层或6层式(PCB)印制电路板。6PCB基板相比4PCB基板而言,除了信号层、电源层、地线层、信号层之外,多了排布于电源层和地线层之间的两层信号层,从而拥有更好的性能和稳定性。电路板走线工艺的好坏和元器件的优劣对播放器产品的性能及稳定性有很大的影响。

以前的MP3播放器有采用AA5号)或AAA7号)电池的,也有使用充电电池的,现在则大都用内置锂充电电池供电,具有体积较小,寿命较长,充电较方便等优点。

 

4.MP3播放器的基本原理

 

有了对MP3播放器的初步认识和印象后,我们再来讲解MP3播放器的基本工作原理,可用12来说明。由图可见,MP3播放器是由主芯片为核心组成的。主芯片实际相当于一个芯片组,该芯片在实际的机子中可能是几片集成电路或单片式芯片,它是由解码DSP(数字信号处理器)芯片为核心,将MP3解码芯片、MCU微(处理)控制器、接口控制芯片和操作控制电路等集成或组合起来而成,就是大家经常听到的所谓“某某MP3芯片方案”。尽管集成的主芯片实际作用已经不是单一的解码功能了,但不少资料中仍然习惯性地称之为解码芯片、主控芯片或MCU(微控制器)等。

图十二

12中的主芯片起主导控制和解码等作用,它控制解码芯片和LCD液晶屏等电路,由解码芯片把内置的“闪存”(FLASH ROM)或者是外置移动存储介质(闪存或硬盘等)之中的MP3文件解码,然后经/模转换器(DAC换,变成模拟音频信号,经过放大后从耳机输送到我们的耳朵中,就可听到优美的音乐了。同时,由LCD液晶显示器显示出相应的操作提示和歌曲文件的名称、时长、播放进度、音量、电池能量等信息。

12中的按键开关是用户输入操作控制播放器的键钮开关。话筒(麦克风)用于数码录音、复读学习时输入音频信号。USB插口是用来与计算机交换数据的插座,传送MP3音乐文件、安装更新管理程序等操作都是要经过这个接口来实现。USB的全称是Universal Serial Bus,意即:通用串行总线。目前MP3播放器普遍采用的是USB2.0 FSFull Speed 全速)或USB(2.0) FSHi Speed 高速),早期产品则大多采用USB1.1的接口,其一般传输速率是1.5Mbps(兆位每秒),仅为USB FS1/8,比USB HS更要慢许多,不利于较大文件的传输。FM收音机电路则是为收听FM电台广播而设置,是MP3的辅助功能。电池是整机的电源,它通过电源转换和管理电路后,输出合适的电源电压供给各部分电路使用。

13示出了MP3播放器在播放数字音频文件时的主要工作流程。我们知道,MP3播放器是一个软硬件集合体,其中软件(固件)对播放器正常工作有着重要的作用。13说明的主要就是软件的控制流程。播放器通电启动后,MCU(主芯片)加载引导程序,随后加载操作系统程序,接受操作指令,访问存储介质,读取音频文件数据至内存,同时读取外围LCD控制器等的状态及显示相关信息,并监测电池电量,再显示音量、曲目、时间及电池余量等。然后由主芯片或DSP执行解码操作任务,解码后的数字音频信号被传送到/模转换器(DAC,由其转换成模拟音频信号,再经过放大后推动耳机或扬声器发出声音。

 

由于(闪存式)MP3播放器在工作中完全没机械运动,不会像CD、MD播放器那样会因光头受到外界震动而发生跳动音、抖动音等现象,更不会像磁带播放器那样出现卡带等故障,所以防震性能非常优良。此外,由于MP3没有机械运动部件,所以其耗电量没有CD等随身听大,这有利于缩小机子体积,减小电路干扰,节省电池能量,有利于延长播放时间及电池使用寿命。

 

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