Bài giảng Kỹ thuật ghi tín hiệu lên CD

Ch¬ng III: kü thuËt ghi tÝn hiÖu lªn cd

3-1. Tæng qu¸t vÒ CD:

3-1-1. KhÝa niÖm vÒ CD:

Compact Disc lµ thiÕt bÞ lu tr÷ ©m thanh díi d¹ng sè (c¸c møc 0/ 1).

C¸c th«ng tin nµy ®îc t¹o ra tõ c¸c tÝn hiÖu liªn tôc: ©m thanh, nh¹c

®iÖu, tiÕng nãi...sau khi ®· ®îc rêi r¹c ho¸ theo thêi gian.

C¸c tÝn hiÖu sè ®îc lu tr÷ trªn ®Üa díi d¹ng c¸c pit ( hè) vµ Plat (

mÆt ph¼ng)

Khi ®äc ngêi ta dïng 1 chïm tia laser ®i qua hÖ thèng thÊu kÝnh. Tia

laser sÏ héi tô trªn bÒ mÆt cña ®Üa, ¸nh s¸ng ph¶n håi qua hÖ thèng

thÊu kÝnh ®a ®Õn c¸c diode nhËn tuú theo khi tia laser ®äc lµ Pit hay

Plat mµ ®Çu ra cña c¸c diode nhËn sÏ cã c¸c møc 0/ 1. TÝn hiÖu nµy ®-

îc khuÕch ®¹i, xö lý vµ biÕn ®æi D/ A thµnh tÝn hiÖu t¬ng tù cÊp ra ngâ

ra.

3.1.2. Ph©n lo¹i:

Trong thùc tÕ ngêi ta chia ra c¸c lo¹i m¸y CD sau:

M¸y CD gia ®×nh ( Home CD Player ), sö dông ®iÖn líi, cã bé phËn

n¹p ®Üa tù ®éng vµ cã thÓ ph¸t ®îc nhiÒu ®Üa.

CD dïng trªn xe h¬i, thêng dïng trªn xe h¬i kÕt hîp víi Radio

Cassette

M¸y CD x¸ch tay

3.1.3. §Æc ®iÓm m¸y CD:

ChÊt lîng ©m thanh ë ®Çu ra cña m¸y CD cao h¬n rÊt nhiÒu so víi

m¸y ghi ©m dïng analog hoÆc ghi ©m c¬ häc.

D¶i ®éng cã thÓ d¹t tíi 90 dB

§Æc tÝnh tÇn sè b»ng ph¼ng

§é ph©n c¸ch 2 kªnh tèt

HÖ sè mÐo nhá (0,004%)

¢m thanh kh«ng bÞ ró rÝt

3.2. CÊu tróc ®Üa CD:

3.2.1. CÊu t¹o:

§Üa Compact lµ 1 tÊm ph¼ng, trßn cã ®êng kÝnh 120mm dîc cÊu

t¹o tõ Poli carbonat. PhÇn t©m cña ®Üa cã lç trßn 15mm.

PhÇn trong suèt tiÕp theo cã ®êng kÝnh 26-33mm gäi lµ vïng kÑp ®Üa

dïng ®Ó kÑp ®Üa trªn bµn xoay.

PhÇn lín nhÊt ®êng kÝnh (146 – 117)mm ghi c¸c th«ng tin. Trong ®ã

vïng trong cïng,vïng dÉn nhËp (Read in) n¬i lu tr÷ c¸c b¶ng néi dung

cña ®Üa bao gåm thêi gian quÐt, sè b¶n nh¹c, thêi gian dµnh cho mçi

b¶n nh¹c.

Vïng ngoµi cïng réng kho¶ng 1mm ®îc gäi lµ vïng dÉn xuÊt ( Read

out) chøa th«ng tin kÕt thócchÕ ®é ph¸t ( End of play)

Vïng ë gi÷a Read in vµ Read out chøa c¸c néi dung cña b¶n nh¹c

C¸c tÝn hiÖu ®îc ghi trªn ®Üa díi d¹ng c¸c hè ( Pit) cã chiÒu dµi kh¸c

nhau:

CÊu tróc ®Üa CD

Vïng chøa

ch¬ng tr×nh

Vïng dÉn

nhËp

( 5mm)

15mm

50mm

46mm

Vïng dÉn

xuÊt (1mm)

116mm

117mm

120mm

+ Pit ng¾n nhÊt cã chiÒu dµi 0,87  m ( b»ng 3T)

+ Pit dµi nhÊt cã chiÒu dµi 3,18  m ( b»ng 11T)

+ BÒ réng cña mçi Pit 0,5  m

+ Kho¶ng c¸ch gi÷a 2 track 1,6  m

KÝch cì c¸c vÖt ghi

Plat

( MÆt ph¼ng)

3T – 11T

Pit

( C¸c hè )

1,6µm

0,5µm

+ Tèc ®é quay cña ®Üa: Tõ 500 vßng/ phót ®Õn 200 Vßng/ phót khi ®Çu ®äc

®äc tõ trong ra ngoµi.

3.3. Xö lý tÝn hiÖu ©m thanh ®Ó ghi lªn ®Üa

3.3.1. S¬ ®å khèi viÖc xö lý tÝn hiÖu ©m thanh tríc khi ghi lªn ®Üa:

( H×nh 3-1)

3.3.2. NhiÖm vô c¸c khèi:

a) BiÕn ®æi A/D:

Gåm c¸c c«ng ®o¹n sau: LÊy mÉu, lîng tö ho¸, m· ho¸

LÊy mÉu: Lµ qu¸ tr×nh gi¸n ®o¹n hay rêi r¹c hãa tÝn hiÖu theo thêi gian.

Trong CD tÝn hiÖu ©m thanh ®îc lÊy mÉu víi tÇn sè lÊy mÉu 44,1KHz. Theo

®Þnh lý lÊy mÉu

flm > 2fmax. TÇn sè lÊy mÉu ®ãng vai trß rÊt quan träng trong ph¬ng

ph¸p lÊy mÉu, nÕu tÇn sè lÊy mÉu kh«ng phï hîp sÏ dÉn ®Õn hiÖn tîng

chång phæ tÝn hiÖu.

U

f_lm≥ 2f_max

f ( MHz)

f_max

f_s

TÝn hiÖu

nguyªn thuû

f_lm≤ 2f_max

f ( MHz)

f_max

f_s

H×nh 3-1: S¬ ®å khèi xö lý tÝn hiÖu ©m thanh tríc khi ghi lªn ®Üa

TÝn hiÖu audio ( analog)

CHL

CHR

BiÕn

®æi

A/D

LÊy mÉu

Lîng tö ho¸

M· ho¸

LÊy mÉu

Lîng tö ho¸

M· ho¸

Lîng tö ho¸

§ãng khung

M· ho¸

§an

chÐo

d÷

liÖu

M· ho¸ söa sai

M· ho¸ quy t¾c

§iÒu khiÓn HiÓn thÞ

C/D

BiÕn ®æi EFM

M· ho¸ c¸c bit ghÐp

BiÕn

®iÖu

EFM

M· ho¸ quy t¾c ®ång

bé

TÝn hiÖu ghi lªn ®Üa

Lîng tö ho¸: Khi c«ng viÖc lÊy mÉu ®· hoµn tÊt sÏ tiÕp ®Õn c«ng viÖc

lîng tö ho¸. Mçi gi¸ trÞ ®· ®îc lÊy mÉu ®îc ®æi thµnh 1 gi¸ trÞ t¬ng

øng gi¸n ®o¹n theo thêi gian ( lîng tö ho¸). Trôc biªn ®é cµng chia

nhá th× ®é chÝnh x¸c cña qu¸ tr×nh lÊy mÉu cµng cao.

M· ho¸: BiÕn c¸c gi¸ trÞ ®· ®îc lîng tö ho¸ thµnh c¸c sè nhÞ ph©n.

Trong CD ngêi ta dïng m· ho¸ 16 bÝt.

U

7

6

5

4

3

2

1

VÝ dô:

t₀t₁t₂t₃t₄t₅t₆t₇

t

LÊy mÉu

TrÞ sè

t₀

3

t₁

2

t₂

1

T₇

4

M· bit

00000011 00000010 00000001 00000100

b) §Þnh d¹ng khung (Frame)

Mét tÝn hiÖu ®· ®îc m· ho¸ víi 16 bÝt ®îc gäi lµ “ tõ d÷ liÖu mÉu”

( Sample data word) vµ ®îc ph©n lµm 2 gåm thµnh phÇn 8 bÝt cao vµ 8

bit thÊp. C¶ 2 ®Òu ®îc gäi lµ ký tù biÓu tîng ( Symbol word). Mét

khung bao gåm 6 tõ d÷ liÖu mÉu cho kªnh ph¶i

( R) vµ 6 tõ d÷ liÖu cho kªnh tr¸i ( L), nghÜa lµ tæng céng 24 ký tù biÓu

tîng vµ ®îc minh ho¹ nh sau:

CÊu t¹o mét khung d÷ liÖu

1 Symbol word 8 bit

0110 1001

L_0A

0100 0010

L_0B

1 sample data word ( 16bit)

L0

A

R0

L1

R1

L2

R2

L3

R3

L4

R4

L5

R5

B A

B

A B A B A B A B A B A B A B A B A B A

B

1 symbol word ( 8bit)

1 Frame ( 12 sample data word)

6 x 1/ 44100 (sec) = 136.05usec

c) Söa lçi: ( Error Correction)

TÝn hiÖu sau khi ®Þnh d¹ng khung ph¶i ®îc m· ho¸ vµ söa lçi v× c¸c lý

do sau:

+ Trong qu¸ tr×nh m· ho¸ cã thÓ tÝn hiÖu bÞ sai.

+ Tromng qu¸ tr×nh ghi / ®äc bôi bÈn, trÇy xíc ... dÉn ®Õn kh«ng thÓ kiÓm

so¸t ®îc lçi nµy ngêi ta ®a thªm vµo khung c¸c m· söa sai gäi lµ m· c©n b»ng

hay phÇn tö c©n b»ng. M· c©n b»ng P ph¶i tho· m·n ®iÒu kiÖn sau:

A+B+C+D+P = 0

A+2B+3C+4D+Q = 0

(1)

(2)

Trong ®ã ABCD lµ d÷ liÖu gèc, PQ lµ t¸c nh©n c©n b»ng.

Gi¶ sö tÝn hiÖu ®îc t¸i t¹o t¬ng øng lµ A’ B’ C’ D’ P’ Q’ tho· m·n ph-

¬ng tr×nh trªn. Tuy nhiªn khi cã lçi x¶y ra kÕt qu¶ sÏ kh«ng tho· m·n vµ sÏ

kh¸c 0.

S₀= A’ + B’ + C’ + D’ + P’

S₁= A’ + 2B’ + 3C’ + 4D’ + Q

(3)

(4)

S₀vµ S₁gäi lµ héi chøng ( syndrome ) nghÜa lµ nhãm c¸c triÖu chøng mµ khi

tæng hîp l¹i sÏ t×m ra mét ®iÓm lçi nµo ®ã. Ngêi ta sÏ x¸c ®Þnh lçi nhê S₀vµ

S₁

Khi c¸c héi chøng S₀vµ S₁h×nh thµnh mèi quan hÖ S₀= S₁= 0  Kh«ng cã

lçi x¶y ra gi÷a tÝn hiÖu ghi vµ ph¸t

Trêng hîp A bÞ lçi  A’ = A + a

a lµ thµnh phÇn lçi n»m trong t×n hiÖu ph¸t ®èi víi c¸c thµnh

phÇn cßn l¹i: B = B’,

(5)

C = C’, D = D’, P = P’, Q = Q’

Nh vËy ph¬ng tr×nh (5) thÕ vµo (3) ta cã

A + a + B + C + D + P = S₀

A + a + 2B + 3C + 4D + Q = S₁

ThÕ (1) vµ (2) vµo (6) vµ (7) ta cã:

S₀= S₁= a

(6)

(7)

A = A’ – a = A’ – S0



Gi¸ trÞ thËt cña A ®îc t×m l¹i. Nh vËy:

Khi S₀= S₁cho thÊy d÷ liÖu A’ bÞ lçi

2S₀= S₁cho thÊy………B’ .............

3S₀= S₁.........................C’ .............

4S₀= S₁..........................D’ .............

MÆt kh¸c khi m· c©n b»ng bÞ lçi ta cã mèi quan hÖ .

NÕu lçi ë P’:

NÕu lçi ë Q’:

S₀= p

S₀= 0

S₁= 0

S₁= q

nh vËy nhê vµo sù kiÓm tra mèi quan hÖ gi÷a héi chøng S₀vµ S₁th«ng

qua sö dông 2 m· c©n b»ng P vµ Q lçi n»m t¹i d÷ liÖu nµo sÏ ®îc x¸c ®Þnh

.

VD : D÷ liÖu gèc ta cã :

A = 4

B = 3

C = 2

D = 1

 phÇn tö c©n b»ng P = - 10, Q = - 20



A + B + C + D + P = 0

A + 2B + 3C + 4D + Q = 0

Ph¬ng ph¸p nµy chØ sö dông cho nh÷ng lçi ®¬n, lçi nhá cßn khi d÷ liÖu bÞ

lçi nhiÒu h¬n 2 th× kh«ng thÓ thùc hiÖn b»ng ph¬ng ph¸p nµy ®îc mµ lóc

nµy sö dông quy t¾c Reed solomon.

Quy t¾c Reed solomon (®an chÐo d÷ liÖu) (CIRC-Cros Interleave Reed

solomon Code) hiÖn nay ®îc dïng kh¸ phæ biÕn.

khi xö lÝ d÷ liÖu ®· biªn thµnh lçi ®¬n. Ta cã thÓ minh häa nh sau:

1-…..A B, C D E F, G H I J, K L M N, O P Q R, S T U V, W X Y Z

2-......C G K O S W.....1

.......D H L P T X......2

.......E I M Q U Y.....3

......F J N R V Z.....4

3-.......C G K O S W................

..............D H L P T X............

..................E I M Q U Y.............

......................F J N R V Z.............

4-........,O L I F, S P M J, W T Q N, .............

.............

Lçi kÐp

5-A B, C D E F, G H I J, K L M N, O PQ R, S T U V, W X Y Z

Lçi ®¬n

Trêng hîp 1: Chuçi d÷ liÖu ®îc chia thµnh tõng khèi nèi tiÕp nhau vµ

quy t¨c Solomon

Trêng hîp 2: D÷ liÖu ë mçi khèi ®îc s¾p xÕp l¹i thµnh hµng trªn cïng

mét cét th¼ng ®øng.

Trêng hîp 3: D÷ liÖu ë hµng thø 2 dÞch sang ph¶i mét cét so víi hµng

1, hµng 3 dÞch 2 hµng 4 dÞch 3.....

Trêng hîp 4: C¸c d÷ liÖu theo chiÒu ®øng trªn cïng mét cét sÏ ®îc xÕp

l¹i theo chiÒu ngang cña chuçi d÷ liÖu míi .

Trêng hîp 5: D÷ liÖu ®îc s¾p tr¶ l¹i ®óng tr×nh tù ban ®Çu bëi m¹ch

gi¶i m· ®an xen . Ph¬ng ph¸p nµy ®· biÕn c¸c lçi kÐp x¶y ra liªn tôc

thµnh c¸c lçi ®¬n. Vµ viÖc söa lçi trë nªn ®¬n gi¶n h¬n.

Tuy nhiªn ®èi víi c¸c vÕt xíc trÇm träng cßn cã nh÷ng kiÓu ®an xen

kh¸c n÷a

d, TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn vµ hiÓn thÞ (Control and Display)

Trong CD c¸c r·nh ghi tÝn hiÖu khong nh×n thÊy ®îc hoµn toµn kh¸c biÖt

®èi víi ®Üa analog cæ ®iÓn. Do ®ã vÞ trÝ b¶n nh¹c, nhËp ®Ò lu«n lu«n ph¶i

®îc ®¹i diÖn b»ng c¸c m· tÝn hiÖu C vµ D ®îc céng vµo tÝn hiÖu C vµ D

bao gåm 8 bÝt ®Æt tªn kªnh cho c¸c bÝt nµy P, Q, R ,S,T ,U ,V, W. HiÖn nay

chØ cã kªnh P vµ Q ®îc sö dông c¸c kªnh cßn l¹i sö dông cho c¸c lÜnh vùc

kh¸c .

e, BiÕn ®æi EFM (biÕn ®iÖu m· 8 bÝt thµnh m· 14 bÝt – Eight to

Fourteen Modulation)

Ta biÕt mét khung ®îc thµnh lËp bëi 33 biÓu tîng (Symbol) mét kÝ tù

nµy gåm 8 bÝt, 24 tõ biÓu tîng , 8 biÓu tîng söa saivµ 1 biÓu tîng dµnh cho

tÝn hiÖu C vµ D (contronl and display). MÆt kh¸c tÝn hiÖu sau m· hãa sÏ ®-

îc ghi lªn ®Üa díi h×nh thøc sù hiÖn diÖn hoÆc sù v¾ng mÆt c¸c d÷ liÖu (PÝt)

trªn ®Üa. Tïy thuéc vµo tÝn hiÖu mét chuçi c¸c bÝt 0 hoÆc 1 cã thÓ xuÊt

hiÖn. Trong trêng hîp nµy cã nghÜa lµ sù v¾ng mÆt liªn tôc cña c¸c lâm d÷

liÖu vµ sÏ xuÊt hiÖn mét lo¹i tÝn hiÖu mÆc nhiªn vµ sÏ rÊt tÖ h¹i lµ tÝn hiÖu

xung ®ång bé ®îc t¹o ra tõ bÒ mÆt ®Üa bÞ nghÏn l¹i nghÜa lµ thµnh phÇn DC

®· xuÊt hiÖn. §Ó kh¾c phôc hiÖn tîng nµy ngêi ta ®· thùc hiÖn ph¬ng ph¸p

biÕn ®iÖu EFM .

BiÕn ®iÖu EFM lµ biÕn ®æi d÷ liÖu 8 bÝt thµnh d÷ liÖu 14 bÝt . M· ®îc

biÕn ®iÖu bëi EFM sau ®ã sÏ dµnh quyÒn cung cÊp c¸c bÝt trªn ®Üa.Khi

thµnh phÇn xung nhÞp t¹o ra t¨ng lªn kho¶ng b¨ng th«ng bÞ cho¸n chç

tÇn sè thÝch hîp khi ®¶o sang tr¹ng th¸i cã mÆt hay v¾ng mÆt cña c¸c

pÝt.

Trong biÕn ®æi mÉu EFM , mÉu 28 ®îc chän tõ mÉu 2¹⁴. Vµ ph¶i

tháa m·n ®iÒu kiÖn nh sau: Sè lîng tõ 2 – 10 bÝt ‘0’ sÏ ®îc chÌn vµo

gi÷a c¸c kªnh bÝt ‘1’( gäi lµ dÞch luËt 2- 10). Sè tháa m·n ®iÒu kiÖn

nµy lµ 267 trong sè 2¹⁴= 16.384 mÉu ®ñ ®Ó ®¸p øng 2⁸= 256 mÉu cña

m· 8 bÝt.

VD : 11000101 kh«ng tháa m·n luËt tõ 2- 10

10010001 tháa m·n luËt tõ 2- 10 bÝt 0 gi÷a c¸c bÝt 1.

Môc ®Ých cña biÕn ®iÖu EFM lµ :

- T¨ng ®é nhËy th«ng tin b»ng c¸ch thu hÑp d¶i th«ng bÞ chiÕm chç.

- T¨ng thµnh phÇn xung nhÞp (clock) do 1 biÓu tîng (symbol) ®ßi hái

®èi tîng lµ 1 phÇn tö xung nhÞp cÇn ph¶i t¨ng ‘1’ ‘0’ vµ c¸c thµnh

phÇn nghÞch ®¶o .

- Gi¶m thµnh phÇn DC nÕu c¸c sè kh«ng liªn tôc vÒ tÝn hiÖu sÏ trë

nªn mÊt c¸c pÝt d÷ liÖu . thªm vµo ®ã th«ng tin xung nhÞp bÞ mÊt ®i c¸c

vïng pÝt vµ kh«ng pÝt trªn ®Üa ®äc ë kho¶ng nhá h¬n 3T vµ lín h¬n 11T

 ng¨n c¶n ®îc thµnh phÇn tÇn sè cao h¬n vµ sù mÊt m¸t c¸c phÇn tö

xung nhÞp. §Ó thùc hiÖn c«ng viÖc nµy kh«ng tån t¹i nhiÒu h¬n 1 sè ‘1’

liªn tôc nhau còng nh sè lîng sè ‘0’ ph¶i ë trong kho¶ng 2- 10

f, Sù ghÐp c¸c bÝt

Sau biÕn ®æi 8 sang 14bit. Sù phèi hîp c¸c bÝt gi÷a c¸c m¶ng d÷ liÖu

kÕ nhau cã thÓ kh«ng tháa m·n ®iÒu kiÖn lµ 2 – 10 bÝt . Ph¶i xen gi÷a

c¸c bÝt 1. Do vËy trong EFM ngêi ta céng thªm 3 bit ghÐp ®Ó ®èi phã

víi vÊn ®Ò nµy.

VD:

Data1 - 14bit

Data2 - 14bit

0010000000000110010001000001

Data1 - 14bit

Data2 - 14bit

lóc ®ã ph¶i dïng 3 bÝt ghÐp ®Ó thªm vµo

001000000000011*** 0010001000001***

Data1 - 17bit

Data2 - 17bit

g) TÝn hiÖu ®ång bé:

Saukhi ®· hoµn chØnh tÝn hiÖu EFM ngêi ta céng víi tÝn hiÖu ®ång

bé khung gåm 24 bÝt céng 3 bÝt ghÐp b»ng 17 bÝt vµo ®Çu mçi khung.

- TÝn hiÖu ®ång bé ®îc t¹o ra theo mét mÉu mµ kh«ng thÓ lÉn víi bÊt

kú tÝn hiÖu nµo.

- TÝn hiÖu ®ång bé dïng nhËn d¹ng ®Çu mçi khung khi m¸y ë chÕ ®é

®äc vµ t¹o tÝn hiÖu kiÓm so¸t vËn tèc quay cña ®Üa ®Ó ®¶m b¶o vËn

tèc dµi.

h) D¹ng tÝn hiÖu ghi:

TÝn hiÖu analog sau khi ®îc biÕn ®æi A/D, t¹o m·, s÷a sai, biÕn ®iÖu

EFM…. h×nh thµnh mét chuçi c¸c khung, mçi khung gåm 588 bÝt hÖ

thèng vµ ®îc ghi lªn ®Üa bëi c¸c lâm d÷ liÖu