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研究生：	程俊卿 Cheng, Chun-Ching
論文名稱：	以FGPA及USB介面為基礎之無線MP3廣播系統設計與實現 Design and Implementation of Wireless MP3 Broadcast System With FPGA and USB Interface
指導教授：	廖德祿 Liao, Teh-Lu
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 工程科學系 Department of Engineering Science
論文出版年：	2007
畢業學年度：	95
語文別：	中文
論文頁數：	72
中文關鍵詞：	USB 、FPGA 、播放系統、MP3
外文關鍵詞：	Broadcast system, MP3, FPGA, USB
相關次數：	點閱：89 下載：3
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隨著多媒體技術的蓬勃發展，各種數位內容不斷推陳出新，亦使得資料格式由傳統的類比資訊逐漸走入數位化的時代。MP3音訊壓縮格式即為聲音資料由類比資訊轉換為數位資訊的明顯例子，其因應了數位化資料的特點：高資料壓縮率、抗雜訊能力佳、保密性佳與高彈性的傳輸方式。除了多媒體技術的進步外，近年來在數位資料的傳輸介面上亦有長足的突破，USB匯流排為PC與其週邊裝置提供一高速且可靠的傳輸介面，成為近5年來資料傳輸介面的主流。基於上述各項優點，本論文運用PC端所提供之數位音訊資料庫與強大的資料運算能力，結合USB高速傳輸介面與相關電子電路，設計並實現一套以個人電腦、USB與數位電路為基礎，具加密功能的無線MP3廣播/接收平台。
本系統由PC端建立MP3資料庫，藉由USB介面傳送至廣播平台，並結合無線模組將其調變後廣播發射。接收平台將接收到的無線訊號經解調變、MP3解碼並撥放。系統包含以下設計：(1)以GUI音訊資料傳輸控制視窗(VB)；(2)結合USB晶片(CY7C68013)及無線收發模組(RF Module)製作MP3廣播系統平台；(3) 以FPGA為核心整合無線收發模組和MP3解碼晶片實現接收端播放平台。所實現之廣播/接收系統，經實際測試後，確實可將MP3音訊資料加密並無線發射，並於接收端將其解密並撥放。

The multimedia data format and transmission nowadays are mostly digitalized due to the various developments of the technology on the multimedia communication. MPEG Layer3 (MP3), a popular audio encoding format, is the obvious example. Moreover, digital file has been another breakthrough during these years because of its inherent advantages such as high compress rate, insensitivity to noise, and good encryption. In addition, Universal Serial Bus (USB), a serial bus standard to interface devices which provides high speed and reliability interface for PC, has been the main stream of computer peripheral device interface in five years.
Inspired by the advantages mentioned above, a PC-based wireless MP3 broadcast system with the encryption is presented in this thesis. In this system, MP3 database, initially created by PC, was linked to broadcast system via the USB interface, and broadcasted by wireless module. After that, it was displayed on receivers with private key. It has been shown that the wireless MP3 broadcast system can work effectively and ensure data correction and security.

摘要	III
Abstract	IV
誌謝	VI
目錄	VI
表目錄索引	X
圖目錄索引	XI

第一章  緒論	1
1 研究動機與目的	1
2 論文架構	2
第二章  基礎技術	3
1 MP3簡介	3
1.1 音訊數位化	3
1.2 MPEG-1 Layer 3壓縮格式	3
2 USB高速介面	4
2.1 USB沿革	4
2.2 USB介面特性	5
2.3 USB 的匯流排結構	5
2.4 USB通訊協定	6
2.5 USB 串列引擎SIE	7
2.6 USB主機與系統驅動程式	8
2.7 HID裝置	9
2.8 USB描述元	9
2.9裝置列舉	11
3 數位電路設計	12
3.1 FPGA	12
3.2 Verilog設計環境	13
第三章  介面技術與加密技術	15
1 I2C串列通訊協定	15
3 加密演算法	19
3.1 AES加密演算法	19
3.2 S-box	20
3.3有限場集合	20
3.4 Rijndael S-box	22
4 USB介面實現	25
4.1 USB裝置微控制器EZ-USB FX2	25
4.2 USB晶片CY7C68013	27
4.3 EEPROM燒錄系統	27
4.4 USB發展介面	30
第四章  系統分析與設計	32
1 系統架構	32
2 系統分析	33
3 USB介面MP3廣播平台	34
3.1 無線收發模組	36
3.1.1 無線模組	36
3.1.2 無線模組介面控制IC	36
3.1.3 無線收發模組之介面控制及應用	37
3.2 USB晶片韌體設計	38
3.2.1 韌體設計環境	39
3.2.2 裝置描述元設計	39
3.2.3 無線交握協定(Wireless Handshaking Protocol)之設計	40
3.3 人機介面程式設計	41
3.3.1 Windows API	42
3.3.2 使用者GUI操作視窗設計	42
3.3.2 使用者程式與USB硬體裝置之通訊協定	43
4 FPGA-based MP3接收播放平台	44
4.1 FPGA雛型數作電路模組設計／模組雛型架構	45
4.2 Handshaking 資料交握機制	46
4.3 無線收發模組	47
4.4 MP3音訊解碼	48
4.4.1 MP3 Decoder Chip Set	49
4.4.2 SPI控制器設計	50
4.5 Memory FIFO Buffer記憶體模組	51
4.6 FPGA主控制模組設計	52
4.7 FPGA模組合成	53
第五章  MP3廣播系統實現與測試	54
1 系統實現	54
1.1 USB廣播平台硬體實現	54
1.2 FPGA-based MP3播放平台硬體實現	55
2 系統測試	56
2.1 USB平台連線測試	56
2.2 USB廣播平台資料傳送驗證	58
2.4 MP3播放平台測試	60
2.4.1 MP3 Decoder Sin test	60
2.4.2 加解密音訊結果	61
第六章  結論與未來發展	64
1 結論	64
2 未來發展	65
參考文獻	66
附錄1: EEPROM 燒錄電路及Layout	68
附錄2: 發展板電路及Layout	69
附錄3: RFW-D100 內部暫存器及其功能	70
附錄4: RFW-D100電路及Layout	71
自述	72
                                    

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校內：2008-07-11公開
校外：2008-07-11公開

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