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研究生: 陳彥鈞
Chen, Yan-Jun
論文名稱: 具憑證功能藍芽廣播概念之MP3系統
MP3 Audio Broadcast System Based on Bluetooth Technique
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: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 51
中文關鍵詞: 藍芽MP3
外文關鍵詞: MP3, Bluetooth
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  • 近年來,由於數位科技的進步與多媒體技術的發展,數位化的資料具有高資料壓縮率、高抑制雜訊能力、保密性佳與可攜性等優勢,因此目前大部分的多媒體資料皆改由數位格式呈現。此外,藍芽無線網路系統具有不必透過纜線傳輸、大幅增加空間的使用性等特點,在一定的範圍內(10公尺以內) 可提供便利的資料傳輸環境。基於上述各項優點,本論文旨在發展出一套以PC為基礎之藍芽數位音訊無線廣播系統。
    本系統以PC建構一MP3資料庫暨加密程式,透過Bluetooth USB Dongle將加密後的MP3音訊資料以無線方式廣播傳送,並在接收端以FPGA整合藍芽無線模組將接收到的無線訊號,經解調變與解碼後進行撥放。本論文主要包含以下設計:(1)設計GUI傳輸控制視窗;(2)結合Bluetooth USB Dongle及藍芽收發模組(BTM3015EC4C5-00);(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。經實際測試後,本系統可以正確地將MP3音訊資料加密廣播並於接收端將其解密且進行即時撥放的動作。

    Recently, the digital multimedia is becoming a major issue because of it has some significant properties such as high compression rate, noise reduction, secrecy, and pocketable. Therefore, the most data of the multimedia are presented with digital format. Furthermore, Bluetooth wireless network provides a convenient environment which can connect to the local area network without any wiring efforts and enjoy reliable high-speed connectivity. Inspired by the advantages mentioned above, a PC-based wireless audio broadcast system is proposed this study.
    Firstly, the audio database with MP3 format have been built and encrypted in the host. Secondly, the encrypted data are broadcasted by Bluetooth USB dongle. Finally, these data are decrypted and displayed on FPGA-based receiver. The works of this study include: (1) design of GUI command window; (2) connection between Bluetooth Dongle and Bluetooth module; (3) integration among FPGA developed board, Bluetooth module, MP3 decoder, and DES for implementing the broadcast platform. In practical, the proposed system can work effectively and ensure data accuracy.

    目錄 摘要 III Abstract IV 誌謝 V 目錄 VI 表目錄索引 VIII 圖目錄索引 IX 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 論文架構 2 第二章 基礎技術 3 2.1 無線傳輸系統 3 2.2藍芽技術特性 5 2.2.1 藍芽通訊協定 5 2.2.2 跳頻技術及微網路與分散網路 7 2.2.3 裝置位址 8 2.2.4 時序 8 2.2.5 SCO連結 9 2.2.6 ACL連結 9 2.2.7 錯誤控制 10 2.2.8 藍芽封包格式 11 2.3 MP3簡介 13 2.3.1 音訊數位化 13 2.3.2 MPEG-1 Layer 3壓縮格式 13 2.3.3位元率 14 2.4 DES簡介 14 2.5 數位電路設計 20 第三章 系統分析與設計 22 3.1 系統架構與分析 22 3.2 模組設計 23 3.2.1 無線收發控制模組 23 3.2.1.1 Bluetooth USB Dongle介紹 23 3.2.1.2 Bluetooth模組(BTM3015EC4C5-00)介紹 24 3.2.3 MP3 Decoder控制模組 25 3.2.4 SRAM控制模組 27 3.2.5 人機介面程式設計 31 3.3 無線交握協定(WIRELESS HANDSHAKING PROTOCOL)之設計 32 第四章 MP3廣播系統實現與測試 35 4.1 系統實現 35 4.1.1 FPGA-based MP3播放平台硬體實現 35 4.2 系統測試 36 4.2.1 Bluetooth平台連線測試 36 4.2.1.1藍芽Rx/Tx端測試 37 4.2.1.2藍芽遠距離測試 38 4.2.2 GUI介面傳送MP3動作流程 39 4.2.3 MP3播放平台測試 41 4.2.3.1 MP3 Decoder Sin test 41 4.2.3.2 加解密音訊結果 41 第五章 結論與未來發展 43 5.1 結論 43 5.2 未來發展 43 附錄 45 參考文獻 49 自述 51 表目錄索引 表2.1 藍芽規格 5 表2.2 特性比較 5 表2.3 各國藍芽工作頻帶 6 表2.4 藍芽系統參數 7 表2.5 藍芽輸出功率 7 表2.6 MPEG-1規格表 14 表2.7 原始資料排列進行初始排列 17 表2.8 終結排列 17 表2.9 擴增排列E 18 表2.10 縮減排列P 18 表2.11 金匙排列A 20 表2.12 金匙排列B 20 表2.13 左旋函數 20 表3.1 FPGA內MP3解碼晶片控制模組功能 26 表3.2 I2C與SPI 匯流排之比較 26 表4.1 IC2201 Sin Test 參數表 41 圖目錄索引 圖2.1 藍芽通訊協定架構 6 圖2.2 微網路(Piconet)與分散網路(Scatternet) 8 圖2.3 藍芽裝置位址 8 圖2.4 TDD與時序 9 圖2.5多時槽封包傳送 9 圖2.6 1/3 rate FEC 10 圖2.7 2/3 rate FEC架構圖 10 圖2.8 Access Code標準格式 11 圖2.9 Header標準格式 12 圖2.10 ACL Packet Payload的格式 12 圖2.11 SCO Packet Payload 13 圖2.12 DES加/解密架構 16 圖2.13 f(R,K)含數計算過程 18 圖2.14 子金匙產生過程 19 圖3.1 系統架構方塊圖 22 圖3.2 Bluetooth USB Dongle 23 圖3.3 藍芽BTM3015EC4C5-00實體圖 24 圖3.4 DES Module在FPGA之內部架構圖 24 圖3.4 MP3 Decoder IC2201 內部系統方塊圖 25 圖3.5 FPGA內MP3解碼晶片控制模組架構圖 26 圖3.6 SPI匯流排裝置連接示意圖 27 圖3.7 Modelsim模擬SPI模組波形圖 27 圖3.8 SRAM控制模組架構圖 28 圖3.9 FPGA-based MP3接收播放平台(不加SRAM) 28 圖3.10 FPGA內部架構圖(不含SRAM) 29 圖3.11 FPGA-based MP3接收播放平台(單顆SRAM) 29 圖3.12 FPGA內部架構圖(單顆SRAM) 30 圖3.13 MP3接收播放平台硬體架構圖(兩顆SRAM) 30 圖3.14 FPGA模組設計架構 31 圖3.15 使用者操作介面視窗與GUI介面動作流程 32 圖3.16 FPGA模組交握協定傳輸架構 33 圖3.17 FPGA模組交握協定時序圖 34 圖4.1 Bluetooth介面MP3廣播平台 35 圖4.2搜尋周邊藍芽裝置圖 36 圖4.3 藍芽模組認證視窗 36 圖4.4 藍芽模組選擇連線視窗 36 圖4.5 藍芽模組建立上連線狀態 36 圖4.6 藍芽測試系統架構圖 37 圖4.9 藍芽0公尺傳輸示意圖 藍芽連線訊號0公尺品質示意圖 38 圖4.10 藍芽3公尺傳輸示意圖 藍芽連線訊號品質3公尺示意圖 38 圖4.11 藍芽5公尺傳輸示意圖 藍芽連線訊號品質5公尺示意圖 39 圖4.13 選擇所符合MP3檔案 39 圖4.14 GUI介面一次傳送資料封包長度 40 圖4.15 藍芽腳位及速率選擇圖 40 圖4.12 MP3原始音訊波形 42 圖4.13 DES加密後之MP3音訊波形 42 圖4.14 DES解密後之MP3音訊波形。 42

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    [16] 賴溪松,瑋亮,張真誠編著,”近代密碼學及其應用=Contemporary cryptography and its   applications” ,旗標出版股份有限公司,2003.
    [17] 陳銀城,"藍芽無線環境下中文語音辨識之效能評估與分析",國立台北科技大學電機工程系碩士論文,2004.

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