Оценка качества аппаратуры для цифровой запаси и воспроизведения звука в магазине «Сони»

В технологию HD-CD так же вводится концепция переменной скорости считывания информации с компакт-диска. Вместо того чтобы заносить на диск какую-либо короткую видео запись, оставляя на нем массу свободного места, можно будет записывать данные с меньшей плотностью. При этом предусматривается возможность динамического регулирования этого процесса. Например, плотность записи может быть изменена для различных последовательностей битов в случае различной сложности кодирования информации.

По мнению специалистов процесс производства HD-CD мало чем будет отличаться от производства обычных компакт-дисков, за исключением гораздо более сложных допусков. Наибольшую трудность, вероятно, будет представлять изготовление матрицы компакт-диска высокой плотности. Дисководы HD-CD появятся по всей видимости в этом году.

В настоящее время ведутся работы над мультиповерхостным CD-ROM. Суть этой технологии заключается в наличии двух слоев, содержащих записанные данные и находящихся один над другим. Лазерный луч может фокусироваться как на нижнем так и на верхнем слое. Первый вариант таких систем, выпущенных фирмой 3М, вмещает до 7,8 Гбайт информации при двухслойной записи, хотя не существует никаких препятствий,  мешающих дальнейшему увеличению количества слоев.

В свою очередь основная идея дальнейшего повышения скорости работы дисководов CD-ROM связана с использованием двух лазерных лучей. Это может сделать данные устройства значительно дороже, поэтому некоторые производители считают целесообразным усовершенствовать технологию производства приводов CD-ROM и выпуск в ближайшее время относительно дешевых моделей с 8-ми кратной скоростью при использовании одного считывающего луча. Наличие дисков с высокой плотностью записи в сочетании имеющихся дисководов с четырех-, шести- и восьмикратной скоростью дает возможность  встраивать мультимедиа данные в любые приложения.

 

 

 

2. Цифровое представление сигнала.

 

В настоящее время разработаны совершенные системы магнитной записи, позволяющие в аналоговой форме регистрировать сигналы с весьма широкой полосой частот. Эти системы отвечают требованиям передачи частот действующего ТВ-стандарта (полоса 6,5 мГц). Если бы удалось в аналоговой системе исключить погрешности, связанные с движением носителя, то было бы меньше оснований для преобразования сигнала в цифровую форму.

В цифровых способах записи происходит подавление вредных эффектов, связанных с движением носителя и головок, которое объясняется природой преобразования сигнала.

В результате применения цифровых методов воспроизводится сигнал практически без искажений, детонации, шума, воспроизводимое изображение стабильное и четкое. Цифровые записи легче обрабатывать посредством программирования; их можно многократно копировать без потери качества. Такие записи лучше сохраняются.

Однако достоинства цифровой записи, возможность подавления вредных эффектов и соответственно повышение качества изображения связаны с большим расширением полосы частот, передаваемой системы записи (MD, DVD). Пропускная способность канала цифровой звуковой записи должна быть более, чем на порядок, выше по сравнению с аналоговой звукозаписью. Получается очень большой поток данных, который трудно как передать, так и записывать, поскольку требуются высокие скорости записи и большие значения информационной емкости носителя.

В последние 10-—15 лет разработаны эффективные способы компрессии (сжатия) цифровой информации, позволяющие во много раз сократить записываемый поток без ущерба или с очень малым ущербом для качества записи сигнала.

Электрический сигнал, отображающий передаваемое сообщение (речь, музыку и даже изображение), имеет аналоговый непрерывный вид. Для преобразования аналогового сигнала в цифровой его последовательно подвергают трем преобразованиям:

♦  дискретизации исходного аналогового сигнала по времени;

♦  квантованию по уровням;

♦  кодированию.

.Дцскретизация — представление непрерывного по времени, аналогового сигнала дискретным. Технически дискретизация реализуется с помощью амплитудно-импульсного модулятора, на один вход которого подается аналоговый сигнал, а на второй — импульсы дискретизации.

В результате дискретизации непрерывный аналоговый сигнал заменяется на ряд очень коротких импульсов- отсчетов, амплитуды которых равны значениям аналогового сигнала в дискретные моменты времени.

Собственно к аналого-цифровому преобразованию относятся операции квантования и кодирования сигнала, которые выполняются в аналого-цифровом преобразователе (АЦП), представляющем собой отдельный модуль-интегральную микросхему (соответственно обратное преобразование цифрового сигнала в аналоговый выполняется цифро-аналоговым преобразователем — (ЦАП)).

Отсчеты, полученные в результате дискретизации, поступают на вход АЦП. Каждый отобранный импульс сравнивается с принятой шкалой дискретных уровней и округляется до ближайшего эталонного значения. Эта операция называется квантованием. Шкала дискретных уровней охватывает весь диапазон напряжений входного сигнала. Частоту дискретизации и число разрядов выбирают, исходя из требований, предъявляемых к воспроизводимому сигналу. При передаче через канал запись-воспроизведение цифрового аппарата звукового сигнала с динамическим диапазоном 80 ДБ требуемое число уровней квантования—214 (14 разрядов), при передаче диапазона 10 дБ — 21(16 разрядов).  

Для того, чтобы выходной сигнал соответствует входному, требуется обеспечить не только заданную точность преобразования, но и соответствующую точность записи сигналов. Иными словами, для неискаженной передачи сигнала необходимо обеспечить его помехозащищенность. Для этого на заключительном этапе преобразования; аналогового сигнал в цифровую форму осуществляется кодирование.

Суть цифрового кодирования заключается в том, чтобы каждый квантованный уровень выражался определенной комбинацией двоичных цифр.

Под двоичной единицей или битом (от англ. bit-binary I digit — двоичная цифра), понимается цифра, для которой разрешены только два состояния: 0 и 1.

Двоичные числа в форме электрического сигнала отображаются токовыми (для двоичной единицы) или бестоковыми (для двоичного нуля) посылками. Двоичные числа, соответствующие одному циклу дискретизации, образуют кодовое слово или комбинацию. Таким образом, вместо записи импульса квантованного сигнала осуществляется запись закодированного числового значения этого импульса, соответствующего его амплитуде.

 

 

1.2.1. Основные принципы оптической цифровой записи и воспроизведения звука.

 

Оптическая запись — это регистрация данных остро-сфокусированным лучом лазера на светочувствительном носителя. Результат воздействия лазерного луча на носитель, т. е. вид сигналограммы, может быть различным, в подавляющем большинстве случаев сигналограмма приобретает вид последовательности деформированных и недеформированный участков дорожки на рабочем слое диска.

         Лазер— основной инструмент оптической записи, генерирующий излучение. Он содержит активное вещество и систему возбуждения и управления излучением. Для генерации излучения активное вещество лазера должно быть возбуждено. При возбуждении в активном веществе происходит ре-комбинация носителей электрических зарядов, сопровождающаяся выделением энергии. Последняя выделяется в виде квантов света — возникает вынужденное излучение лазера. Оно имеет ряд особенностей по сравнению с излучением обычных какала: излучение лазера когерентно, т. е. определенным образом упорядочено, линейно поляризовано и распространяется в одном или преимущественно в одном направлении, а не во все стороны, как, например, излучение поверхности раскаленного металла.

Кроме того, излучение лазера монохроматично, т. е. лазером генерируется свет с одним значением длины волны. Эти особенности позволяют получать очень острую фокусировку излучения. Фокальное пятно лазера может иметь круглую форму с диаметром порядка десятых долей микрометра и с очень высокой концентрацией энергии.

По применяемому активному веществу и устройству лазеры подразделяются на твердотельные газовые, жидкостные и полупроводниковые. Прибором массового применения является полупроводниковый лазер, который называют лазерным диодом. Он должен иметь малые размеры, низкую стоимость и длительный срок службы.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   Взаимодействие лазерного луча с носителем записи обеспечивается лазерной головкой. Конструктивные особенности лазерной головки зависят от ее назначения (воспроизведение, воспроизведение и запись, стирание информации), от применяемого носителя.

Независимо от конструктивных особенностей лазерная головка содержит лазерный диод мощностью 2—10 мВт, оптическую систему для фокусировки и управления положением фокального пятна, а также светоприемники. Последние воспринимают отраженный диском свет лазера и преобразуют его в электрический сигнал. В процессе воспроизведения светоприемники служат как для выполнения основной функции-воспроизведения записи, так и для управления положением фокального пятна, а в процессе записи — только для управления положением фокального пятна.

Лазерная головка выполняет не только функции воспроизведения и записи информации, то также автотрекинг и автофокусировку.

Автатрекинг — это следящая система, поддерживающая правильное положение фокального пятна относительно дорожки записи в радиальном направлении, т. е. это система ведения фокального пятна по дорожке записи. При отсутствии такой системы малейший эксцентриситет диска или его привода неизбежно привел бы к сбою в процессах воспроизведения или записи — ведь шаг дорожек записи 0,74 мкм ширина еще меньше.

Фокальное пятно необходимо не только безошибочно вести по дорожке, но и точно поддерживать постоянство расстояния между ним и фокусирующей линзой, т е точно поддерживать его диаметр на диске. Это обеспечивается  системой автофокусировки. Ее необходимость вызвана неизбежным осевым биением диска.

 

 

1.3. Характеристика компакт- дисков: CD, MD.

 

Все большее распространение приобретает цифровая дисковая-запись, при которой в качестве носителя информации используются различные типы компакт-дисков.

Компакт-диск CD- название носителя дало коммерческое название системы цифровой звукозаписи на диск лазерным лучом — КД.

Разработчикам системы компакт-диск (КД) голландской фирме PHILIPS и японской SONY удалось достичь согласия о параметрах системы и ее международном стандарте, что ускорило широкое внедрение этой системы.

Компакт-диск представлен на рисунке 3. Диск состоит из трех слоев — пластмассовой (поликарбонат) прозрачной подложки 1, несущей информацию; алюминиевой отражающей пленки 2, нанесенной на подложку; лакового акрилевого непрозрачного защитного слоя 3; цифрой 4 (обозначены питы.

Компакт-диск имеет диаметр 12 см, толщину 1,2 мм, массу 10 г. Внутренний диаметр зоны записи -- 50 мм, наружный — 116 мм. Вне ее находится зона, содержащая вспомогательную информацию, которая позволяет автоматизировать процесс воспроизведения. Сигнал записывается на дорожке, расположенной на КД в виде спирали (от центра к краю)- Шаг витков спирали 1,6 мкм, т. е. поперечная плотность записи — 625 дорожек/мм.

Дорожка записи представляет собой цепочку впадин, называемых питами, и интервалов между ними. Глубина и ширина питов неизменны и равны соответственно 0,1 мкм и 0,8 мкм, а длина питов изменяется в соответствии с записанным сигналом.

 

 

Рис 3.Компакт-диск CD (участок поверхности и разрез):

1 — пластмассовая прозрачная  подложка; 2 — алюминиевая

отражающая пленка; 3 защитный слой; 4 – щиты.

 

 

 

На диске имеются три области записи: область записи сигналов вводной дорожки, область программной записи и область записи сигналов выводной дорожки. В области вводной дорожки записываются управляющие Сигналы, сигналы коррекции ошибок и другая служебная информация. При считывании "оглавления" диска выдаются номер и время начала записанного на диск музыкального произведения и обеспечивается непосредственный доступ к выбранному треку.

В программной области, помимо основной стереопрограммы, в промежутках записываются справочные данные, касающиеся номера музыкальных произведений, времени звучания. В области выводной дорожки записываются управляющие сигналы на окончание цикла воспроизведения.

Сегодня компакт-диски CD представлены семейством дисков —кроме нестираемых дисков CD с записью, полученной на предприятии-изготовителе, в семейство CD входят и другие разновидности — диски CD-R (однократно записываемые пользователем), CD-RW (многократно перезаписываемые пользователем), компьютерные компакт-диски CD-ROM (накопители информации) и др. Отличие этих дисков от CD — материал рабочего слоя, так, в компакт-дисках CD-R используется органический материал, в котором под действием лазерного излучения большой мощности происходят необратимые изменения фазового состояния (переход из кристаллической формы в аморфную), допускающие только однократную запись; в CD-RW вместо органического материала применяется рабочий слой из неорганического материала, в котором физические процессы записи являются обратимыми, что позволяет делать многократную запись.