第07讲汽车音响激光(CD)唱机原理

1、第七讲第七讲 汽车音响激光（汽车音响激光（cd）唱机原理）唱机原理 231 cd唱片记录信号的原理唱片记录信号的原理 1cd唱片的结构唱片的结构 cd信号信号 cd信号是数字信号，模拟音频信号经过取样量化成为数字信号。信号是数字信号，模拟音频信号经过取样量化成为数字信号。 经过经过efm(8bit-14bit调制调制)编码处理，成为编码处理，成为pcm信号（脉冲调制）。信号（脉冲调制）。 在信号中插入控制与显示信号，也称子码，子码用来进行曲目显示在信号中插入控制与显示信号，也称子码，子码用来进行曲目显示 及选曲等特殊重放。及选曲等特殊重放。 记录在唱片上的记录在唱片上的cd信号是被分为一段一段

2、的，这样的一段称为信号是被分为一段一段的，这样的一段称为 一帧。一帧。 帧与帧之间还要插入作为分隔符的帧同步信号。帧与帧之间还要插入作为分隔符的帧同步信号。 cd唱片上的信号轨迹唱片上的信号轨迹 cd唱片是以凸凹的形式来记录唱片是以凸凹的形式来记录pcm信号的。信号的。cd唱片由印模在聚碳脂材料的基片上压唱片由印模在聚碳脂材料的基片上压 印有极高密度的凹坑，这些凹坑代表了音乐信息及各种辅助信息，如曲目的时间、位置印有极高密度的凹坑，这些凹坑代表了音乐信息及各种辅助信息，如曲目的时间、位置 、信道数等。、信道数等。cd唱片是一种光学式数字唱片。它所记录的是数字信号，这在唱片是一种光学式数字唱片。

3、它所记录的是数字信号，这在cd唱片上的唱片上的 表现是由一系列深度为表现是由一系列深度为o.11 m、宽度为、宽度为0.4 m长度不等的信号坑所组成，信号坑共有长度不等的信号坑所组成，信号坑共有3t 11t九种长度，其中九种长度，其中t为为cd信号的时钟周期。这一轨迹从信号的时钟周期。这一轨迹从cd唱片的内圈向外圈以螺旋唱片的内圈向外圈以螺旋 状排列，轨迹之间的间距为状排列，轨迹之间的间距为1.6 m。 信号的读取信号的读取 cd唱片重放时采用光学非接触方式读取唱片上所记录的信息。放唱时，激光唱片重放时采用光学非接触方式读取唱片上所记录的信息。放唱时，激光 头发射波长为头发射波长为o.78 m

4、的激光束，由的激光束，由cd唱机中的聚焦伺服和循迹伺服系统控制，唱机中的聚焦伺服和循迹伺服系统控制， 准确照射在准确照射在cd唱片的信号轨迹上，经唱片的信号轨迹上，经cd唱片反射回的光束在有信号坑的地方小唱片反射回的光束在有信号坑的地方小 ，在无坑之处几乎全部被反射回来，这一反射光强的变化由激光头中的光电二极，在无坑之处几乎全部被反射回来，这一反射光强的变化由激光头中的光电二极 管检测出，变为电信号。管检测出，变为电信号。 cd唱片工作时的特点唱片工作时的特点 1.25ms的恒线速度的恒线速度 500 rmin200 rmin cd唱片的最大放唱音乐时间是唱片的最大放唱音乐时间是74min。

5、采用采用mpeg-2技术的技术的dvd光盘可记录光盘可记录8.5gb数据，播放长达数据，播放长达133min高质量的高质量的 图象。图象。 2cd唱机记录信号的基本原理唱机记录信号的基本原理 cd唱片上记录的是数字信号，因为唱片上记录的是数字信号，因为cd唱片是以凸凹坑的形式记录二进制数唱片是以凸凹坑的形式记录二进制数 字信号，因此，音乐信号要想记录到字信号，因此，音乐信号要想记录到cd唱片上，还要经过编码过程，同时加上唱片上，还要经过编码过程，同时加上 一些必要的纠错码、句柄以及连接码等。一些必要的纠错码、句柄以及连接码等。 音频信号记录到音频信号记录到cd唱片的过程唱片的过程 脉冲编码调制

6、脉冲编码调制 音频信号转换成数字信号要经过取样、量化和编码三个过程，这个过程通常音频信号转换成数字信号要经过取样、量化和编码三个过程，这个过程通常 又称为又称为pcm，pcm是英文是英文pulse code modulation的缩写，意为脉冲编码调制。的缩写，意为脉冲编码调制。 取样取样 所谓取样是对模拟信号每隔一定的时间间隔进行瞬时取值，形成时间所谓取样是对模拟信号每隔一定的时间间隔进行瞬时取值，形成时间 上不连续的脉冲序列，见图。离散点的值称为取样值，每秒钟取样的次数叫做取上不连续的脉冲序列，见图。离散点的值称为取样值，每秒钟取样的次数叫做取 样频率。样频率。cd唱机的取样频率为唱机的取

7、样频率为44.1khz。 量化量化 量化是在幅度上用某种精度的量化是在幅度上用某种精度的“尺尺”来测量所取样的值。量化后的来测量所取样的值。量化后的 信号与原始信号之间由于数字化产生的差值称为量化误差，量化位数越多，量化信号与原始信号之间由于数字化产生的差值称为量化误差，量化位数越多，量化 误差就越小。误差就越小。cd唱机采用唱机采用16bit(比特比特)对采样值进行量化对采样值进行量化 编码编码 编码就是将量化了的采样值用二进制数表示。量化编码后的两个独编码就是将量化了的采样值用二进制数表示。量化编码后的两个独 立二进制信号都送入分时处理电路，使两组二进制数码交替构成一个立二进制信号都送入分

8、时处理电路，使两组二进制数码交替构成一个2.822mbit s的音频比特流。的音频比特流。 时分复用的概念时分复用的概念 模拟立体声音频信号分为左右两路，但记模拟立体声音频信号分为左右两路，但记 录在录在cd唱片上的数字信号只有一路，这是什么道理呢唱片上的数字信号只有一路，这是什么道理呢? 模拟音频信号经模数（模拟音频信号经模数（a/d）变换电路）变换电路adc变换成为变换成为pcm信信 号，由于号，由于pcm信号属于脉码信号，在脉码与脉码之间存在着一定的信号属于脉码信号，在脉码与脉码之间存在着一定的 时间间隔，这一时间间隔称为时隙，我们可以在一路时间间隔，这一时间间隔称为时隙，我们可以在一路

9、pcm信号的时信号的时 隙中插入另一路隙中插入另一路pcm信号，这样就可以将左右声道两路信号合为一信号，这样就可以将左右声道两路信号合为一 路了，在路了，在cd唱机中还可将它们重新分离。唱机中还可将它们重新分离。 这一技术称为时这一技术称为时(间间)分分(隔隔)复用，还可采用这一技术在复用，还可采用这一技术在pcm化化 的音频信号中插入一些控制信号和其他有用信号，左右两个声道的的音频信号中插入一些控制信号和其他有用信号，左右两个声道的 模拟音频信号经模拟音频信号经adc转换成转换成pcm信号，然后，两路信号，然后，两路pcm信号送入信号送入 复用电路复用电路mpx，经时分复用处理变为一路数字信

10、号，再进行下一步，经时分复用处理变为一路数字信号，再进行下一步 的的circ误码校正编码。误码校正编码。 纠错编码纠错编码 数字记录或重放过程中会产生一些数字差错，这些数字差错称数字记录或重放过程中会产生一些数字差错，这些数字差错称 为误码。重放时，这些误码会引起脉冲噪声，因此，必须对记录或为误码。重放时，这些误码会引起脉冲噪声，因此，必须对记录或 重放过程中产生的误码进行纠正和补偿。重放过程中产生的误码进行纠正和补偿。 误码校正编码与误码校正编码与circ 如果如果cd唱片本身存在着制造上的先天唱片本身存在着制造上的先天 缺陷或唱片表面有指纹、划伤或灰尘等后天缺陷缺陷或唱片表面有指纹、划伤或

11、灰尘等后天缺陷 交织交织 记录时按一定的规律改变原来数字信号的排列顺序，重放时再按记录时按一定的规律改变原来数字信号的排列顺序，重放时再按 原来的顺序进行重排。把数字信号的顺序进行改变这一过程称为交原来的顺序进行重排。把数字信号的顺序进行改变这一过程称为交 织，而把重放时恢复数字信号的原来顺序称为去交织。织，而把重放时恢复数字信号的原来顺序称为去交织。 检错检错 在在cd信号编码系统中是对数字信号按规定的方法进行信号编码系统中是对数字信号按规定的方法进行 运算，产生纠错码。重放时根据纠错码进行检错。运算，产生纠错码。重放时根据纠错码进行检错。 circ纠错编码纠错编码 在在cd系统中实际使用的

12、误码校正编码方法称系统中实际使用的误码校正编码方法称 为交叉交织里德所罗门代码，英文简称为为交叉交织里德所罗门代码，英文简称为circ。 控制字控制字 一是找开始点，即选曲，如快速选曲、跳越放音、编程放音等。一是找开始点，即选曲，如快速选曲、跳越放音、编程放音等。 二是显示，例如进行图形显示等。二是显示，例如进行图形显示等。 这这8 bit的子码又分别叫做的子码又分别叫做p、q、r、s、t、u、v、w信道，有信道，有 时也将其称为时也将其称为8个信道个信道 efm调制调制 加入控制字的音频数字信号送到加入控制字的音频数字信号送到efm调制器进行调制器进行efm调制。解调制。解 决连续为决连续为

13、1或连续为或连续为0 的问题的问题 同步字同步字 efm调制后的数字信号，经加入同步字就可以记录到调制后的数字信号，经加入同步字就可以记录到cd唱片上唱片上 同步字被用作待处理资料的起始点，也作为唱片速度控制电路的同步字被用作待处理资料的起始点，也作为唱片速度控制电路的 比较信号。同步字由比较信号。同步字由24位资料组成。位资料组成。 同步字位于一帧资料的最前面。同步字位于一帧资料的最前面。 从图中可以看出：每帧所包含的比特数有：从图中可以看出：每帧所包含的比特数有： 3333l7+24+3l7+24+3588bit588bit， 而而cdcd唱机的位时钟为唱机的位时钟为4 432183218

14、10106 6bit/588=7350bit/sbit/588=7350bit/s。 因此因此cdcd唱机的帧频率为唱机的帧频率为4 43218321810106 6bit/588=bit/588=73507350帧帧/ /s s。 232 cd唱机的构成与工作原理唱机的构成与工作原理 1cd唱机的系统构成唱机的系统构成 cd唱机中主要包括机械系统、信号读取系统唱机中主要包括机械系统、信号读取系统(激光头系统激光头系统)、伺服系统、伺服系统(包括包括 聚焦伺服、循迹伺服、径向进给伺服、主轴伺服聚焦伺服、循迹伺服、径向进给伺服、主轴伺服)、译码、纠错和数模变换器、译码、纠错和数模变换器 等数字信号处理系统、系统控制及电源等数字信号