- •Ю. Л. Комаров, о. Г. Морозов, а. Н. Пикулев
- •Кгту им. А. Н. Туполева
- •У с л о в н ы е о б о з н а ч е н и я
- •Раздел I.
- •1.1. Аудиомагнитофоны и их классификация
- •1.2. Основные понятия и определения
- •1.4. Лентопротяжные механизмы
- •1.6. Основные параметры аудиомагнитофона
- •1.7. Измерение и контроль параметров, ремонт и регулировка аудиомагнитофонов
- •2.1. Нормы на ачх
- •2.2. Ачх идеального тзв
- •2.3. Ачх реального тзв
- •2.4. Влияние на ачх тзв дефектов и конечных размеров головки
- •2.5. Корректирование ачх тзв и результирующая ачх кзв
- •3.1. Запись без подмагничивания
- •3.2. Запись с подмагничиванием постоянным током
- •3.4. Использование шумоподавления в магнитной записи
- •3.5. Принцип действия динамических шумоподавителей
- •3.6. Принцип действия шумоподавителей Dolby
- •4.1. Магнитные ленты
- •4.2. Возможности современных амф
- •4.3. Аудиозапись на немагнитных носителях
- •Раздел II.
- •1.1. Общие сведения о магнитной видеозаписи
- •1.2. Особенности записи видеосигнала на магнитную ленту
- •Как преодолеть эти проблемы?
- •1.3. Классификация бытовых видеомагнитофонов
- •1.4. Распространенные форматы записи
- •2.1. Общие сведения
- •2.2. Структурно-кинематическая схема видеомагнитофона Упрощенная структурно-кинематическая схема видеомагнитофона представлена на рис.2.3.
- •2.3. Структура видеофонограммы
- •3.1. Принцип работы сар бвг
- •3.2. Принцип работы сар вв
- •3.3. Принцип работы сат
- •4.1. Цифровой стандарт d-vhs
- •4.2. Сжатие видеоинформации
- •Раздел III.
- •1.1. Изготовление компакт-дисков
- •1.2. Структура компакт-диска и дорожки записи
- •1.3. Структурная схема проигрывателя компакт-дисков
- •1.4. Основные параметры лазерных проигрывателей компакт-дисков
- •1.5. Измерение и контроль параметров, ремонт и обслуживание лазерных проигрывателей компакт-дисков
- •2.1.Использование лазера в устройстве звукоснимателя проигрывателя компакт-дисков
- •2.2. Оптическая считывающая система
- •3.L. Сервосистема управления вращением компакт-диска
- •3.2. Сервосистема позиционирования лазерного звукоснимателя
- •3.3. Сервосистема автоматической фокусировки лазерного луча
- •3.5. Антиударные схемы в проигрывателях компакт-дисков
- •4.1. Принципы записи с использованием импульсно-кодовой модуляции
- •4.2. Структура записываемой информации
- •5.1. Демодуляция efm сигналов
- •5.2. Circ-декодер
- •5.3. Скоростная выборка сигнала
- •5.4. Демультиплексирование и цифро-аналоговая обработка сигналов
- •5.5. Обработка данных субкода
- •6.1. Единый мировой стандарт - dvd
- •6.2. Стандарты и спецификации. Области применения dvd
- •6.3. Стандарты записи на dvd
- •Заключение
- •Список литературы
- •Оглавление
4.2. Структура записываемой информации
На выходе АЦП сигнал представляет собой 16-разрядный двоичный код произведенной выборки звукового сигнала в цифровой форме. Отметим, что 16-разрядный код находится в двоичной форме дополнения, чтобы отображать и положительные и отрицательные размахи звукового сигнала. Обычно каждый 16-разрядный отрезок называется словом, которое обычно раскладывают на два символа, каждый из которых содержит 8 разрядов (бит).
4.2.1. Формирование кадра записи. Преобразование входного стереосигнала в 16-разрядный двоичный код выполняется отдельно для правого и левого каналов (рис.4.1) одинаковыми схемами кодирования (ФНЧ, УВХ, АЦП), синхронизированных генератором таймера. Для того чтобы в проигрывателе КД можно было распознавать цифровые данные закодированного сигнала, необходимо эти данные организовать в определенные образы. Во всех КД образ имеет блочную кадровую структуру. Кадр информационный блок, включающий по шесть выборок звукового сигнала каждого канала. Цифровые данные с двух каналов подаются на первый мультиплексор, который соединяет два потока данных в один последовательный поток данных. На выходе первого мультиплексора поток данных смешан таким образом, что за словом правого канала следует слово левого канала, и кадр состоит из 12 слов (по 6 слов на канал). Выше было упомянуто, что выборки звукового сигнала осуществляются с частотой 44,1 кГц. В результате первого мультиплексирования период каждой выборки становится вдвое меньшим, а частота следования выборок составляет уже 88,2 кГц, в результате чего частота следования кадров, состоящих из 12 слов каждый, составляет 88,2/12=7,35 кГц. Этот последовательный поток данных с выхода мультиплексора поступает на схему исправления ошибок и чередования – CIRC-кодер – от англ. Cyclic Interleaving Redundancy Check.
4.2.2. CIRC-кодер. Схема CIRC-кодера выполняет две функции. Одна функция схемы разложить каждое 16-разрядное слово на два 8-разрядных символа. В течение процесса разложения эти символы подвергаются чередованию (interleaving) в определенном порядке. В результате чередования непрерывный музыкальный сигнал оказывается «разбросанным» по разным местам информационной дорожки КД. Такое «разбрасывание» сигнала по площади КД делается для повышения помехоустойчивости и достоверности воспроизведения. Если информационные символы в каком-то месте КД будут повреждены или «прочитаны» звукоснимателем ошибочно, это не приведет к дефекту, заметному для слушателя, поскольку ошибочные символы, находящиеся на информационной дорожке, относятся к различным (по времени) местам записанной музыкальной программы.
Другая функция схемы CIRC-кодера обеспечить метод, которым проигрыватель КД может проверять ошибки в потоке данных. Ошибки в потоке данных могут возникать как из-за некачественных компакт-дисков, так и из-за сбоев в процессе считывания информации в устройствах и схемах проигрывателя. Из-за этих сбоев считывания возникают прерывания полезного сигнала, так называемые «выпадения». В аналоговой технике такой эффект выпадения приводит лишь к кратковременному пропуску сигнала и не оказывает влияния на дальнейшую работу. В случае ИКМ, однако, «выпадения» при воспроизведении прослушиваются в виде раздражающих пульсирующих шорохов, которые называют ошибками кодирования.
В КД проигрывателях для распознавания ошибок используется перекрестный контроль избыточности (Cyclic Redundancy Check, CRC).
В то время как при классическом методе паритета используется только один бит, в случае использования CRC-метода передаются несколько проверочных битов. Если количество таких бит составляет число 16, то достоверность распознавания ошибок составляет 99,9985%. Это говорит о том, что CRC-метод вполне применим для распознавания ошибок при воспроизведении звуковой информации.
Код коррекции ошибок не только распознает ошибки, но и корректирует их. На рис. 4.5 и 4.6 в упрощенной форме приводится метод перекрестного распознавания и коррекции.
Сгенерированные в схеме CIRC-кодера проверочные биты организованы как 8-разрядные символы данных и названы символами четности. CIRC-кодер имеет два выходных канала информации. Один канал содержит символы данных, второй канал содержит символы четности. Мультиплексор добавляет символы четности к правильному расположению в потоке данных так, чтобы декодер в проигрывателе КД мог проверять и исправлять ошибки в символах данных.
В результате использования проверочных бит, которые способны обнаруживать до четырех и исправлять до двух поврежденных символов в каждом кадре, легко справляется с дефектами, которые превышают длину одного символа. В случае же, когда дефекты составляют длину в несколько кадров, применяемый способ перераспределения символов как внутри каждого кадра, так и между разными кадрами (чередование), приводит к тому, что значительные повреждение может испортить лишь один – два символа в кадре из-за разбросанности последовательной звуковой информации по полю КД.
В процессе воспроизведения после деперемежения значительный дефект будет соответствовать некоторому числу маленьких дефектов, с которыми достаточно эффективно может справиться система декодирования проигрывателя.
4.2.3. Сервисная информация в кадре записи. Информация, записанная на КД, характеризуется также тем, что, наряду с собственно данными, в каждом блоке данных имеется также управляющая информация и информация для дисплея. Символ данных субкода (называемый обычно субкодом) обеспечивает идентификацию (опознавание) всего кадра данных, а также синхронизацию в проигрывателе КД. С его помощью происходит слежение за перемещением звукоснимателя поперек КД при поиске нужного фрагмента и реализация других потребительских возможностей проигрывателя.
Выход второго мультиплексора, помимо 24 символов данных ау-досигнала (по 8 бит каждый), содержит также и 8 символов четности (также по 8 бит каждый) и 8-битовый субкод, который располагается в начале каждого кадра. Информация с выхода мультиплексора поступает на модулятор записывающего лазера, задачей которого является преобразование полученных цифровых данных в форму, которая обеспечила бы максимальную плотность за-писи на КД, а также достоверное считывание информации при воспроизведении.
4.2.4. Канальное кодирование. При записи луч лазера фокусируется на поверхности в пятно определенных размеров. Получаемый при этом пит имеет также определенный размер, зависящий от характеристик записывающего лазeрa. В принципе минимальный по размеру пит будет отображать только одну единицу информации (один бит). Однако существуют способы, при которых такой минимальный пит будет отображать не один бит, а больше. Такие способы преобразования называются канальным кодированием.
При канальном кодировании необходимо учитывать еще некоторые соображения.
Во-первых, при расшифровке данных надо точно определять границы как одного бита, так и символа, и кадра, что легко осуществляется определением перехода с 0 на 1 и обратно (изменение уровней). При длинных последовательностях в коде 0 или 1 может легко произойти сбой при декодировании, так как, например, декодер последовательность в виде 15 нулей может распознать и как 14 нулей, и как 16 нулей. В связи с этим канальный код не должен иметь длинных последовательностей одного уровня.
Во-вторых, считывающее устройство КД-проигрывателей не пропускает постоянный ток, и длинные последовательности нулей и единиц в потоке информации воспринимаются им как постоянная составляющая, которую при канальном кодировании необходимо устранить. Кроме того, надо обеспечить, чтобы количество нулей и единиц в потоке данных было примерно одинаковым, чтобы исключить вероятность снижения уровня считываемого сигнала.
Поток данных не заносится на компакт-диск в 8-разрядном формате. Вместо этого 8-разрядный код преобразуется в 14-разрядный канальный код, названный Eight-to-Fourteen Modulation, или EFM, удовлетворяющий выше перечисленным требованиям для записи на КД. Такое преобразование приносит определенные выгоды. Происходит увеличение плотности записи, а весь спектр переносится выше, благодаря чему улучшается разделение от низкочастотных сигналов помех. «Растягивание» символов от 8 до 14 бит предотвращает в то же самое время считывание лазерным лучом в проигрывателе КД одновременно двух смежных переходов (с пита на флэт и наоборот) (рис. 4.7).
Никакой «прямой» связи между исходным 8-разрядным символом и созданным 14-разрядным символом нет. Основным условием EFM-кода является то, что должно быть, по крайней мере, два нуля между двумя последовательно идущими единицами. В создаваемом символе также не может быть более 10 последовательных нулей. Эти условия EFM-кода выполняют 277 комбинаций 14-разрядного кода. Перевод из одной системы в другую происходит согласно специальной таблице преобразования, где каждому 8-битовому символу соответствует 14-битовое.
Кроме того, между 14-разрядными символами вставляются три соединительных разряда. Смысл таких трансформаций 8-разрядного символа в том, что в дальнейшем комбинации 0 и 1 преобразуется в вид, когда 1 соответствует изменению уровня, а 0 — сохранению прежнего уровня и обеспечивается ограничение длины последовательности одного уровня как сверху," так и снизу. Максимальная длина последовательности будет составлять 11 канальных бит (одна 1 и десять 0) 11 Т, а минимальная трем (одна 1 и два 0) 3 Т. Соединительные разряды необходимы для того, чтобы при соединении двух последовательных канальных символов обеспечивалось условие EFM-кода о невозможности более 10 последовательных нулей, так как всегда есть возможность в один из соединительных разрядов вставить 1.
Обратим внимание, что условием ограничения промежутка между двумя соседними перепадами уровня снизу является величина 3 Т. Это тот фактор, который позволяет заметно увеличить плотность записи информации. Теперь пит минимального размера отображает три двоичных разряда, хотя канальных разрядов стало 17 вместо 8. Однако легко вычислить, что 3/17 больше, чем 1/8 почти в полтора раза, т. е. плотность записи с применением канального кода существенно повысилась.
4.2.5. Данные субкода. Как уже было сказано, к каждому блоку данных с аудиоинформацией добавляется 8-битовый символ данных субкода, который содержит служебную информацию и располагается в начале каждого кадра. Субкод оформляется в блоки, подобные кадрам, которые состоят из 98 символов. Частота следования блоков составляет 7,35 кГц/98=75 Гц. Субкод в связи с этим содержит 8 различных каналов: Р, Q, R, S, Т, U, V, W. В настоящее время используются только каналы Р и Q. Заметим, что поток данных, который можно передавать субкодом, составляет 58800 бит/с, т. е. одновременно с музыкальным сигналом можно передать огромное количество информации (около 25 Мб). По сравнению с этим числом величина необходимого количества данных для управления и синхронизации проигрывателя КД очень мала.
Субкод обрабатывается в проигрывателе КД в процессе декодирования. Тот синхронизирующий образ, который генерируется субкодом, используется для обработки символов данных и называется синхронизацией символа.
В Р-канале субкода содержится бит-флаг (известный также как бит паузы). Этот бит обеспечивает старт (начало) музыкальной программы, а именно: при наличии в этом бите логического 0 происходит считывание аудиоинформации с КД. Наличие логической 1 в этом бите свидетельствует о начале или конце музыкального фрагмента, который определен командой с лицевой панели управления.
Когда лазерный луч выходит на последнюю дорожку, то значение Р-канала начинает изменяться с частотой 2 Гц между 0 и 1, что является кодом окончания всей музыкальной программы, записанной на данном КД.
В самом начале кодирования КД субкод содержит информацию, указывающую число музыкальных фрагментов, записанных на КД. Эта информация кодируется в такой же структуре кадра, как и все другие данные, за исключением того, что символы данных в таком кадре не содержат никакой звуковой информации, что осуществляется записью в символы данных одних нулей.
В Q-канале субкода может кодироваться разнообразная информация, а именно:
номер музыкального фрагмента;
индекс (маркировка фрагмента, например, соло, инструменты и т.д.);
продолжительность проигрывания;
индекс диска;
наличие предыскажений;
блокировка.
В начало каждого кадра данных при кодировании добавляется синхронизирующее слово, которое используется для обеспечения синхронизации тактового генератора в проигрывателе КД и управления числом оборотов двигателя вращения КД. Этот синхронизирующий образ назван синхронизацией кадра и предназначен для того, чтобы определить границы кадра. Состоит такая кадровая синхрогруппа из 24-канальных разрядов. Конфигурация этой синхрогруппы представляет собой два следующих друг за другом максимальных интервала 11 Т и не встречается в информационном потоке, что дает возможность легко распознать синхрогруппу при воспроизведении. Как и после других канальных символов, после синхрогруппы идут три соединительных разряда.
Сформированный в модуляторе поток данных для записи содержит в результате 33х17+27=588 канальных бит в каждом кадре и подается на оптический модулятор, который управляет мощностью записывающего лазера.
Глава 5 |
Декодирование информации, записанной на кОМПАКТ-дИСКЕ |
На рис.5.1 представлена упрощенная блок-схема процесса де-кодирования информации, записанной на КД.
Как уже было сказано, благодаря фотодетектору вырабатывается сигнал, записанный на КД. Фотодетектор выполняет три основные функции:
- генерацию сигналов для автофокусировки;
- генерацию сигналов отслеживания, обеспечивающих точное сопрово-ждение лазерного луча по дорожке записи диска;
- генерацию цифровых аудиосигналов, преобразуемых в аналоговые сигналы.