1、第1章 数字视听技术基础与实训,第1章 数字视听技术基础与实训,1.1 概 述,1.1.1激光视听技术的发展和应用 激光视听设备是集数字技术、微电脑技术、激光技术、超大规模集成电路技术和精密机械制造技术于一体的高科技电子产品。其主流产品有CD唱机、VCD视盘机、DVD视盘机、MP3、MP4和家庭影院等.。,20世纪70年，荷兰飞利浦公司成功开发了激光影碟机，激光技术首次应用于音视频录放系统。从此，利用激光来记录信息的技术革命便拉开了序幕。与此同时，飞利浦公司和索尼公司进行了数字激光唱机(简称CD唱机)的研究，从1982年起，CD唱片(通称光盘)和CD唱机投放市场，从此激光数字音响开始在世界流行
2、起来。,1LD激光影碟机 2CD唱机 3CDG 4CDV 5CDROM 6CDl 7. CDR光盘 8CDRW光盘 9VCD视盘机 10SVCD视盘机11DVD视盘机,1.1.2数字信号的特点,1模拟信号 模拟信号的特点是信号的幅度随时间连续变化,2.数字信号,数字信号仅有0与1两个不同的状态,1.2 数字信号技术基础,1.2.1 模拟信号数字化处理 为使模拟的音频信号能够进行数字化处理，在光盘刻录前，必须先把在时间和幅度都是连续变化的模拟信号转换成数字信号，这是由模数(AD)转换器来实现的。AD转换步骤为：采样、量化和编码。,在时间轴上对模拟信号进行分段，取其分段点的信号电平值，然后将此电平
3、值变换成二进制数，用0和1表示，在电路中用脉冲的有无表示，这就是数字化。可见，在数字化中最关键的是分段信号电平和对电平采用四舍五入法取整后再变换成二进制。在数字处理技术中，这几种处理分别称为采样、量化和编码。,1采样和量化,（1）采样,采样就是采集样本，在这里就是对模拟信号进行分段，取分段点的信号电平值，这一系列的信号电平值就是代表模拟信号的样本值。用这些离散的样本值替换原来连续信号波形的操作称为采样。,（2）量化,量化就是把采样的结果进行取整。 取整的方法是，采用四舍五入的量化法,2编码,编码就是将已量化(取整)的各电平值用二进制数码表示的过程。如图图1.5所示。编码后获得的一串数字信号为0
4、10 010 101 110 110 100 100 101，即将每个量化值的二进制码按先后顺序连贯起来。,编码图,1.2.2 A/D转换与D/A变换,1. AD转换AD转换就是模拟数字转换,D/A转换是把处理后的数字信号转换成与之相对应的模拟信号输出,2. D/A转换,1.3 数字信号的编码,数字信号编码方框图,1.帧数字信号格式,一帧中的信息就包括了：24bit的同步信号，1个字节的控制码（子码）、24字节的音频数据码、8个字节的纠错码和各字节问3bit的结合码。每个字节都为14bit，这样，一帧数据就有33(14+3)+(24+3)bit=588bit，即一帧数据有588位二进制数。除同
5、步信号外，其余33个8bit字节需要EFM变换。帧频率为7.35kHz，帧周期为136s.所以读出信号的时钟频率为7.35kHz588=4.3218MHz。,2同步信号（24bit） 同步信号是一个定时信号，它确保读出的信号的准确性。若无此信号，则读写的“1”或“0”的位置发生错误，就会出现数据错误。 帧同步信号采用111111111110000000000011或000000000001111111111100的形式，取二者一。 3. 结合码（3bit） 结合码是插入到信号中起连接作用,4.控制信号（14bit） 控制信号（子码）紧接在同步信号之后，是配合随机存取功能使用的。 5.音频数据码
6、 (1个样本14bit) 音频数据码每次取样时，CD标准规定，一个取样数据是16位，16位的数据就被分成两个8位的字节，在传输时把它分为高位和低位各8位，即两个字节，音频信号的L和R声道的各6个取样数据合编为一组，称为数据帧。因此,一个数据帧有622=24字节的音频数据。由于取样频率是44.1kHz，所以,数据帧的重复频率为44.1kHz6=7.35kHz。每个8位的字节还要转换成14位的信号，才能用来往光盘上记录。这个把8位数据转换为14位的方法，我们称之为EFM(EighttoFourteen Modulation)，即8扩展到14位调制。，,6 纠错码,7. EFM调制（8bit扩展至1
7、4bit调制）,1.4 纠错技术基础,数字录放系统中的信号在传输过程时，不可避免会产生数据错误。错误数据称为误码。为了纠正和消除误码采用了纠错技术，保证高质量传输信号。,1.4.1误码,1.误码产生的原因(1）原版制作和光盘制造中产生的缺陷，如光刻胶涂层不均匀或混有杂质，压模受到损伤或沾有灰尘，信号坑有气泡，铝反射膜不良有漏孔等，使重放信号产生误码。(2)在使用过程中，光盘受到磨损、划伤、沾污等人为损伤，使重放信号产生误码。(3)播放机工作不稳定，主轴电动机转速不稳产生抖动等造成误码。,2.误码的类型 (1)随机误码 只有一位出错的误码称随机误码，有时也把大于1位但比较短的误码也叫作随机误码。
8、 (2)连续误码（群误码） 连续多位出错的误码。连续误码长度长，纠错比较困难。,1.4.2.奇偶检验,奇偶检验就是在每个字节的末尾附加一位校验位，使数据码中1的个数为奇数或偶数,1.4.3.纠错编码方法,1.4.4误码补偿,根据误码的前后关系，计算出误码原近似值的方法叫做误码补偿。误码补偿是使误码尽量接近原码的一种近似方法，和纠错是不同的概念。下面介绍几种常用的误码补偿方法。,1无声法这种方法是使误码处变成无声，即误码处置零，又称静噪法。这是一种比较粗糙的补偿方法，一般不用。2线性插补法这种方法用误码前后两个(或多个)正确数据的平均值来代替误码。这是较精确的误码补偿方法。3前字保持法这种方法就
9、是保持误码前面的那个数据来代替误码。这是一种存储操作，因为是重复以前的值。采用前字保持法的失真很小。4前字保持和插补结合法这种方法可以对两个误码进行补偿，即误码的前一个数据被保持，用来代替第一个误码，这个数据和第二个误码后面的一个正确数据的平均值，用来代替第二个误码。,1.5 数据压缩技术,1.5.1视频信号的数据量,我们把这些数据的总量称为数据量，把携带信息那部分的数据称为信息量，而把不携带信息的那部分数据称为冗余量。数据压缩技术压缩冗余量，以提高信号传输与存储的效率,1.5.2 冗余数据的分类,1空间冗余 2时间冗余 3信息冗余,1.5.3数据压缩编码方式,1预测编码2变换编码 3信息编码
10、 4子带编码,1.6 激光唱片的构造,1.6.1 CD光盘的结构,1.6.2 CD光盘上的信迹,1.6.3 CD光盘的刻录、复制过程,1. CD原盘是采用光学方法刻录的。作法是将直径12Cm、厚6mm，经过光学研磨的玻璃圆盘上涂覆上0.12m厚的正性光刻胶,将玻璃圆盘置于刻录机转盘上,使转盘按规定速度旋转,将所录信号经编码器编码后,送至光调制器。当高功率氩离子激光束射向圆盘时，激光束的强弱由光调节器来控制，按信号的强弱使光刻胶受激光的照射。同时，激光束经一定速度沿圆盘半径自内向外移动。于是，圆盘上的光刻胶被一圈圈地感光。将已感光的圆盘进行化学处理后，圆盘上就留下了与信号相对应的凹凸坑，组成螺旋
11、排列的由内向外的一圈圈信迹，这就是CD原盘。,2.先用激光刻录机将音频信号调制激光束，刻录在涂有光刻胶的玻璃圆盘上，经过化学处理后，制成具有凹凸信号结构的正像母盘。然后利用蒸发和电镀技术，做成金属负像的压模。用注塑或光聚合法在金属母盘上复印光盘。再涂加反射膜，CD光盘就制成了。,1.7 实训项目 光盘参数测量与好坏识别,1.7.1 任务一 CD光盘的基本参数测量,1.训练目标 培养学生掌握CD光盘的基本结构和参数 2.训练器材 120mm CD光盘二张，卷尺一把，卡尺一把。,3.训练内容与步骤 （1）CD光盘直径测量 （2）CD光盘厚度测量 （3）CD光盘中心孔直径测量 （4）CD光盘夹持区直径测量 （5）CD光盘信息导入区直径测量 （6）CD光盘信息（节目）区直径测量 （7）CD光盘导出区直径测量,1.7.2 任务二 CD光盘的好坏识别,1.训练目标 培养学生识别CD光盘好坏的能力 2.训练器材 CD光盘若干张，计算机一台或CD机一台。 3.训练内容与步骤 对实际的CD光盘进行好坏识别，从若干张中CD光盘区分好坏，再从坏的CD光盘中说明损坏的现象，,
