第07講汽車音響激光CD唱機原理

1、第七講第七講 汽車音響激光（汽車音響激光（cd）唱機原理）唱機原理 231 cd唱片記錄信號的原理唱片記錄信號的原理 1cd唱片的結(jié)構(gòu)唱片的結(jié)構(gòu) cd信號信號 cd信號是數(shù)字信號，模擬音頻信號經(jīng)過取樣量化成為數(shù)字信號。信號是數(shù)字信號，模擬音頻信號經(jīng)過取樣量化成為數(shù)字信號。經(jīng)過經(jīng)過efm(8bit-14bit調(diào)制調(diào)制)編碼處理，成為編碼處理，成為pcm信號（脈沖調(diào)制）。信號（脈沖調(diào)制）。在信號中插入控制與顯示信號，也稱子碼，子碼用來進(jìn)行曲目顯示在信號中插入控制與顯示信號，也稱子碼，子碼用來進(jìn)行曲目顯示及選曲等特殊重放。及選曲等特殊重放。 記錄在唱片上的記錄在唱片上的cd信號是被分為一段一段的，這

2、樣的一段稱為信號是被分為一段一段的，這樣的一段稱為一幀。一幀。 幀與幀之間還要插入作為分隔符的幀同步信號。幀與幀之間還要插入作為分隔符的幀同步信號。 cd唱片上的信號軌跡唱片上的信號軌跡 cd唱片是以凸凹的形式來記錄唱片是以凸凹的形式來記錄pcm信號的。信號的。cd唱片由印模在聚碳脂材料的基片上壓唱片由印模在聚碳脂材料的基片上壓印有極高密度的凹坑，這些凹坑代表了音樂信息及各種輔助信息，如曲目的時間、位置印有極高密度的凹坑，這些凹坑代表了音樂信息及各種輔助信息，如曲目的時間、位置、信道數(shù)等。、信道數(shù)等。cd唱片是一種光學(xué)式數(shù)字唱片。它所記錄的是數(shù)字信號，這在唱片是一種光學(xué)式數(shù)字唱片。它所記錄的是

3、數(shù)字信號，這在cd唱片上的唱片上的表現(xiàn)是由一系列深度為表現(xiàn)是由一系列深度為o.11 m、寬度為、寬度為0.4 m長度不等的信號坑所組成，信號坑共有長度不等的信號坑所組成，信號坑共有3t11t九種長度，其中九種長度，其中t為為cd信號的時鐘周期。這一軌跡從信號的時鐘周期。這一軌跡從cd唱片的內(nèi)圈向外圈以螺旋唱片的內(nèi)圈向外圈以螺旋狀排列，軌跡之間的間距為狀排列，軌跡之間的間距為1.6 m。 信號的讀取信號的讀取 cd唱片重放時采用光學(xué)非接觸方式讀取唱片上所記錄的信息。放唱時，激光唱片重放時采用光學(xué)非接觸方式讀取唱片上所記錄的信息。放唱時，激光頭發(fā)射波長為頭發(fā)射波長為o.78 m的激光束，由的激光束

4、，由cd唱機中的聚焦伺服和循跡伺服系統(tǒng)控制，唱機中的聚焦伺服和循跡伺服系統(tǒng)控制，準(zhǔn)確照射在準(zhǔn)確照射在cd唱片的信號軌跡上，經(jīng)唱片的信號軌跡上，經(jīng)cd唱片反射回的光束在有信號坑的地方小唱片反射回的光束在有信號坑的地方小，在無坑之處幾乎全部被反射回來，這一反射光強的變化由激光頭中的光電二極，在無坑之處幾乎全部被反射回來，這一反射光強的變化由激光頭中的光電二極管檢測出，變?yōu)殡娦盘?。管檢測出，變?yōu)殡娦盘枴?cd唱片工作時的特點唱片工作時的特點 1.25ms的恒線速度的恒線速度 500 rmin200 rmin cd唱片的最大放唱音樂時間是唱片的最大放唱音樂時間是74min。 采用采用mpeg-2技術(shù)的

5、技術(shù)的dvd光盤可記錄光盤可記錄8.5gb數(shù)據(jù)，播放長達(dá)數(shù)據(jù)，播放長達(dá)133min高質(zhì)量的高質(zhì)量的圖象。圖象。 2cd唱機記錄信號的基本原理唱機記錄信號的基本原理 cd唱片上記錄的是數(shù)字信號，因為唱片上記錄的是數(shù)字信號，因為cd唱片是以凸凹坑的形式記錄二進(jìn)制數(shù)唱片是以凸凹坑的形式記錄二進(jìn)制數(shù)字信號，因此，音樂信號要想記錄到字信號，因此，音樂信號要想記錄到cd唱片上，還要經(jīng)過編碼過程，同時加上唱片上，還要經(jīng)過編碼過程，同時加上一些必要的糾錯碼、句柄以及連接碼等。一些必要的糾錯碼、句柄以及連接碼等。 音頻信號記錄到音頻信號記錄到cd唱片的過程唱片的過程 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制 音頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字

6、信號要經(jīng)過取樣、量化和編碼三個過程，這個過程通常音頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號要經(jīng)過取樣、量化和編碼三個過程，這個過程通常又稱為又稱為pcm，pcm是英文是英文pulse code modulation的縮寫，意為脈沖編碼調(diào)制。的縮寫，意為脈沖編碼調(diào)制。 取樣取樣 所謂取樣是對模擬信號每隔一定的時間間隔進(jìn)行瞬時取值，形成時間所謂取樣是對模擬信號每隔一定的時間間隔進(jìn)行瞬時取值，形成時間上不連續(xù)的脈沖序列，見圖。離散點的值稱為取樣值，每秒鐘取樣的次數(shù)叫做取上不連續(xù)的脈沖序列，見圖。離散點的值稱為取樣值，每秒鐘取樣的次數(shù)叫做取樣頻率。樣頻率。cd唱機的取樣頻率為唱機的取樣頻率為44.1khz。 量化量化 量

7、化是在幅度上用某種精度的量化是在幅度上用某種精度的“尺尺”來測量所取樣的值。量化后的來測量所取樣的值。量化后的信號與原始信號之間由于數(shù)字化產(chǎn)生的差值稱為量化誤差，量化位數(shù)越多，量化信號與原始信號之間由于數(shù)字化產(chǎn)生的差值稱為量化誤差，量化位數(shù)越多，量化誤差就越小。誤差就越小。cd唱機采用唱機采用16bit(比特比特)對采樣值進(jìn)行量化對采樣值進(jìn)行量化 編碼編碼 編碼就是將量化了的采樣值用二進(jìn)制數(shù)表示。量化編碼后的兩個獨編碼就是將量化了的采樣值用二進(jìn)制數(shù)表示。量化編碼后的兩個獨立二進(jìn)制信號都送入分時處理電路，使兩組二進(jìn)制數(shù)碼交替構(gòu)成一個立二進(jìn)制信號都送入分時處理電路，使兩組二進(jìn)制數(shù)碼交替構(gòu)成一個2.

8、822mbits的音頻比特流。的音頻比特流。 時分復(fù)用的概念時分復(fù)用的概念 模擬立體聲音頻信號分為左右兩路，但記模擬立體聲音頻信號分為左右兩路，但記錄在錄在cd唱片上的數(shù)字信號只有一路，這是什么道理呢唱片上的數(shù)字信號只有一路，這是什么道理呢? 模擬音頻信號經(jīng)模數(shù)（模擬音頻信號經(jīng)模數(shù)（a/d）變換電路）變換電路adc變換成為變換成為pcm信信號，由于號，由于pcm信號屬于脈碼信號，在脈碼與脈碼之間存在著一定的信號屬于脈碼信號，在脈碼與脈碼之間存在著一定的時間間隔，這一時間間隔稱為時隙，我們可以在一路時間間隔，這一時間間隔稱為時隙，我們可以在一路pcm信號的時信號的時隙中插入另一路隙中插入另一路p

9、cm信號，這樣就可以將左右聲道兩路信號合為一信號，這樣就可以將左右聲道兩路信號合為一路了，在路了，在cd唱機中還可將它們重新分離。唱機中還可將它們重新分離。 這一技術(shù)稱為時這一技術(shù)稱為時(間間)分分(隔隔)復(fù)用，還可采用這一技術(shù)在復(fù)用，還可采用這一技術(shù)在pcm化化的音頻信號中插入一些控制信號和其他有用信號，左右兩個聲道的的音頻信號中插入一些控制信號和其他有用信號，左右兩個聲道的模擬音頻信號經(jīng)模擬音頻信號經(jīng)adc轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成pcm信號，然后，兩路信號，然后，兩路pcm信號送入信號送入復(fù)用電路復(fù)用電路mpx，經(jīng)時分復(fù)用處理變?yōu)橐宦窋?shù)字信號，再進(jìn)行下一步，經(jīng)時分復(fù)用處理變?yōu)橐宦窋?shù)字信號，再進(jìn)行下一步

10、的的circ誤碼校正編碼。誤碼校正編碼。 糾錯編碼糾錯編碼 數(shù)字記錄或重放過程中會產(chǎn)生一些數(shù)字差錯，這些數(shù)字差錯稱數(shù)字記錄或重放過程中會產(chǎn)生一些數(shù)字差錯，這些數(shù)字差錯稱為誤碼。重放時，這些誤碼會引起脈沖噪聲，因此，必須對記錄或為誤碼。重放時，這些誤碼會引起脈沖噪聲，因此，必須對記錄或重放過程中產(chǎn)生的誤碼進(jìn)行糾正和補償。重放過程中產(chǎn)生的誤碼進(jìn)行糾正和補償。 誤碼校正編碼與誤碼校正編碼與circ 如果如果cd唱片本身存在著制造上的先天唱片本身存在著制造上的先天缺陷或唱片表面有指紋、劃傷或灰塵等后天缺陷缺陷或唱片表面有指紋、劃傷或灰塵等后天缺陷 交織交織 記錄時按一定的規(guī)律改變原來數(shù)字信號的排列順序

11、，重放時再按記錄時按一定的規(guī)律改變原來數(shù)字信號的排列順序，重放時再按原來的順序進(jìn)行重排。把數(shù)字信號的順序進(jìn)行改變這一過程稱為交原來的順序進(jìn)行重排。把數(shù)字信號的順序進(jìn)行改變這一過程稱為交織，而把重放時恢復(fù)數(shù)字信號的原來順序稱為去交織?？棧阎胤艜r恢復(fù)數(shù)字信號的原來順序稱為去交織。 檢錯檢錯 在在cd信號編碼系統(tǒng)中是對數(shù)字信號按規(guī)定的方法進(jìn)行信號編碼系統(tǒng)中是對數(shù)字信號按規(guī)定的方法進(jìn)行運算，產(chǎn)生糾錯碼。重放時根據(jù)糾錯碼進(jìn)行檢錯。運算，產(chǎn)生糾錯碼。重放時根據(jù)糾錯碼進(jìn)行檢錯。 circ糾錯編碼糾錯編碼 在在cd系統(tǒng)中實際使用的誤碼校正編碼方法稱系統(tǒng)中實際使用的誤碼校正編碼方法稱為交叉交織里德所羅門代碼

12、，英文簡稱為為交叉交織里德所羅門代碼，英文簡稱為circ。 控制字控制字 一是找開始點，即選曲，如快速選曲、跳越放音、編程放音等。一是找開始點，即選曲，如快速選曲、跳越放音、編程放音等。 二是顯示，例如進(jìn)行圖形顯示等。二是顯示，例如進(jìn)行圖形顯示等。 這這8 bit的子碼又分別叫做的子碼又分別叫做p、q、r、s、t、u、v、w信道，有信道，有時也將其稱為時也將其稱為8個信道個信道 efm調(diào)制調(diào)制 加入控制字的音頻數(shù)字信號送到加入控制字的音頻數(shù)字信號送到efm調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制器進(jìn)行efm調(diào)制。解調(diào)制。解決連續(xù)為決連續(xù)為1或連續(xù)為或連續(xù)為0 的問題的問題 同步字同步字 efm調(diào)制后的數(shù)字信號，經(jīng)加入同

13、步字就可以記錄到調(diào)制后的數(shù)字信號，經(jīng)加入同步字就可以記錄到cd唱片上唱片上 同步字被用作待處理資料的起始點，也作為唱片速度控制電路的同步字被用作待處理資料的起始點，也作為唱片速度控制電路的比較信號。同步字由比較信號。同步字由24位資料組成。位資料組成。 同步字位于一幀資料的最前面。同步字位于一幀資料的最前面。 從圖中可以看出：每幀所包含的比特數(shù)有：從圖中可以看出：每幀所包含的比特數(shù)有： 3333l7+24+3l7+24+3588bit588bit， 而而cdcd唱機的位時鐘為唱機的位時鐘為4 43218321810106 6bit/588=7350bit/sbit/588=7350bit/s。 因此因此cdcd唱機的幀頻率為唱機的幀頻率為4 43218321810106 6bit/588=bit/588=73507350幀幀/ /s s。232 cd唱機的構(gòu)成與工作原理唱機的構(gòu)成與工作原理1cd唱機的系統(tǒng)構(gòu)成唱機的系統(tǒng)構(gòu)成 cd唱機中主要包括機械系統(tǒng)、信號讀取系統(tǒng)唱機中主要包括機械系統(tǒng)、信號讀取系統(tǒng)(激光頭系統(tǒng)激光頭系統(tǒng))、伺服系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)(包括包括聚焦伺服、循跡伺服、徑向進(jìn)給伺服、主軸伺服聚焦伺服、循跡伺服、徑向進(jìn)給伺服、主軸伺服)、譯碼、糾錯和數(shù)模變換器、譯碼、糾錯和數(shù)模變換器等數(shù)字信號處理系統(tǒng)、系統(tǒng)控制及電源等數(shù)字信號處