【课题】第四章激光唱机（CD机）第一节数字音响与CD机的结构新授课.doc

【课题】 【教学目标】 1．知识目标： 2．能力目标： 3．情感目标： 【教学重点】 【教学难点】 【教学方法】 读书指导法、分析法、演示法、练习法。 【课时安排】 2课时（90分钟）。 【教学过程】 由图可看出，要将一个模拟信号（音频、视频均可）用光记录方式存储到光盘中，须经过信源编码、格式化编码、信道编码/调制三部分加工处理后，才能通过写光头记录在光盘中。用于数字音响的光盘存储系统框图如图所示。 信源编码将连续的模拟信号通过采样、量化和编码三个环节变换成离散的数字信号（即A/D变换、PCM过程），核心问题是解决好保真度（带宽）和传输效率（传输率）这一对矛盾；信道编码/调制的目的是将实现检错、纠错编码，以降低系统误码，提高信噪比，提高系统的可靠性和数字信号转换成适合在塑料盘片上存储的物理形式（如坑点）。框图的下半部分，是读信号处理，它代表了激光唱机（CD机）中信号的处理过程，同时也勾画出了CD机的基本结构。读信号处理过程实质上是写信号处理的逆过程。 二、音频信号数字化存储过程 1.A/D变换 对音频信号数字化首先要经过采样、量化、编码的A/D变换过程，如图所示。 采样就是在时间轴上以一定的周期间断地采取模拟信号在这些时刻的值，如图（a）所示；量化就是在幅度上用某种精度的“尺”来测量所采样的值，如图（b）所示；编码就是把幅度上已量化的取样值，用一组“0”与“1”的码来代表，如图（c）所示。A/D变换的结果，是将一个模拟音频信号变成了与它毫无相似之处的一串二进制数码，这正是PCM调制的特点。在波形上它们虽然毫无相似之处，但这一串二进制编码确实包含了模拟音频信号中的所有信息。 设音频信号最高频率为fc，理论和实践都证明，当采样频率fs≥2 fc 时，数字化后它仍可通过D/A转换恢复为原来的模拟信号。音频信号中最高频率fc 为20 kHz，按照fs ≥2 fc的原则，CD方式在信源编码中沿用了先于其问世的数字磁记录中的采样频率fs = 44. 1 kHz。 量化过程中，由于所用“尺”的精度所限和采用四舍五入的量化方式，使得经量化后的波形与实际波形存在误差，这个误差称之为量化噪声。由于量化噪声的频谱范围极宽，常将它称作白噪声。 克服量化噪声是CD机提高信噪比、扩大动态范围必须解决的问题。提高采样频率、增加量化位数是极有效的手段。CD方式的常用量化位数为16 bit。 编码是将已量化的各电平值用二进制数码表示的过程。在电路中“1”代表有脉冲，“0”代表无脉冲，这些幅度相等的脉冲信号称作脉冲编码调制（PCM）信号。 信道编码是采用检错、纠错编码的措施克服数字化加工处理、传输存储过程中产生的误码，使CD方式实用化的技术；信道调制则是一种寻找适合塑料盘片存储的物理形式的技术。CD方式在音乐数据写入盘片时，信道编码采用交叉交织里德索罗门编码，即CIRC纠错编码；信道调制则采用EFM调制，即8 - 14 调制。 2.CIRC纠错编码 CIRC纠错编码十分繁琐、复杂，它的编码过程可借用上图来说明。请同学们参照该图进行分析。 3.EFM调制 对于塑料光盘这种存储介质，是以坑点这种物理形式记录音乐数据，但如何根据二进制码转化为适合记录的坑点，则有很多问题要解决。设经过CIRC纠错编码后的二进制码如下： …10000000000000001010101010101010101010101010… 按前述，设“1”为有脉冲，“0”为无脉冲，若见“1”就刻下一个坑点（也可见“0”刻坑点），则以上码流中第1个脉冲距第2个脉冲将相隔16个无脉冲的周期（每个脉冲周期称作位周期T），以后又每隔2个周期频频出现脉冲，这对记录和重放音频信号都十分不利。为了在信号重放时，CD机能正常地工作，规定“1”和“1”之间连续“0”的个数应控制在大于等于2，小于等于10这个范围最合适。采用EFM调制技术即可满足这个要求。 EFM调制和其他调制，诸如调频（FM）、调幅（AM）一样，可将待传输或存储的信号变成另一种形式的信号，以满足传输或存储的特点和需要。 EFM调制过程如图。EFM调制最终将原来的二进制码流变成了9种尺寸的坑点序列记录在光盘中，坑点的长短与EFM调制信号的对应关系如下图最下方所示,9种坑点的形状及在光盘中的排列情形。 在EFM 调制中,把每8位二进制码作为一个处理单位，这8 位二进制码最多可代表28 =256种采样值，9种坑点信号的排列组合将毫无遗漏地包含完这些取样值，这正说明了EFM调制不但解决了光盘记录的物理表达形式问题，而且没有丢失原信号中的任何信息。 三、数字光盘 1.数字光盘的物理格式 CD光盘属于数字光盘。直径为12cm，厚度为1. 2 mm。光盘材料为聚碳酸酯透明塑料，信息面镀有铝反射层，并涂有一层保护膜。 数字信号以坑点序列的