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1、第1章 VCD影碟机基础知识,本章要点激光影碟机的发展史；模拟信号数字化的过程；VCD光盘的数据格式及构成；MPEG1的编码与解码过程;CD影碟机的结构与电路组成及各部分作用；VCD影碟机的基本工作原理；VCD影碟机的故障特点及维修方法,1.1 激光影碟机的发展概述,激光影碟机是利用激光头读取光盘上固化的音频、视频信号，经电路处理还原为模拟信号并重放的设备。1948年美国哥伦比亚广播系统研究所P.哥德马克研制出了模拟密纹唱片（即RP唱片），1956年美国安培公司研制成功用于广播电视业务的录像机，1958年双声道立体声唱片问世，1962年荷兰飞利浦公司研制成功了盒式磁带录音机，20世纪70年代中
2、期研制成功了使用1/2英寸磁带的彩色盒式录像机。这些系统提供的音质和画质越来越高，但是它们无法摆脱机械接触式拾讯头易磨损的缺点，同时，信号处理以模拟方式为主，信噪比低。随着20世纪70年代后期大规模集成电路、微机技术、激光技术的飞速发展和广泛应用，迎来了激光数字音视频重放设备的新时代。,由于利用激光头发出激光读取信息时，激光头与光盘无接触，因此也就无摩擦和无磨损。光盘存储的信息容量大，图像清晰，播放的音质好，因而激光影碟机从诞生之日起便有迅猛发展的势头和不可限量的前途。从20世纪70年代初期的LD机到20世纪80年代初期的CD机，发展到90年代初的VCD机及1996年的DVD机，各种样式、各种
3、品牌的影碟机层出不穷。,LD机,20世纪70年代，人们通过对光盘技术的研究、利用，发明了LD机。首部LD机是美国音乐公司与荷兰飞利浦公司联合开发推出的LD影碟激光视盘系统，从此开创了利用光盘技术的视听新时代。LD激光影碟以坑点形式记录图像、声音信号，它并不是把模拟的图像和声音信号变为数字信号记录在光盘上，而是将图像及声音信号分别调频、叠加、限幅，得到周期长短不一的模拟信号的方波，再记录到光盘上。由于图像和声音信号均采用模拟形式，LD影碟机播放的画面清晰度高达420线水平。LD影碟片有直径为20cm和30cm两种形式。新一代的LD影碟机可以兼容CD、VCD影碟片。,2. CD机,随着音频信号的数
4、字化和大规模集成电路的发展，并借助激光光盘技术，新一代的激光唱机和激光唱盘诞生了，这就是CD方式。CD的全称是CD-DA，后来被列为数字小型光盘标准。CD数字音频系统与以前音频系统的区别就在于该系统的信号记录和处理是把模拟音频信号数字化后进行的，存储于CD唱片上的声音信息是“0”、“1”数据流，信息读取采用光学方式，数字信号采用了纠错编码处理。因此，CD数字音频系统解决了模拟音频系统所存在的拾音头磨损大、传输失真大、信噪比低、抗干扰能力弱等问题，播放的声音优美动听。,3. VCD机,20世纪90年代初，国际标准化组织标准算法的制定和公布，形成了一个数据压缩技术向各产业的新产品迅速转化的起点，从
5、而引发了一场影视技术的革命，把现代家用电器带入了一个数码科技的新天地。我国第一台VCD视盘机是合肥美菱万燕电子有限责任公司于1993年率先推出的。VCD视盘机是一种集光、电、机械技术于一体的数字音像产品，是MPEG数字压缩技术与CD技术结合的产物，价格低廉、性价比高、软件节目丰富，获得人们的认可。虽然在图像清晰度和音色方面逊色于LD和DVD，但未影响其进入普通家庭，反而成为家电产品消费的热点。,VCD视盘机是继LD影碟机和CD激光唱机之后开发出的一种新型光盘机，它是一种数字式音频、视频信号的播放设备。VCD视盘机的机芯、激光头及其伺服电路、数字信号处理电路与CD唱机相同，只是在CD机的基础上增
6、加了一套MPEG解码电路和视频D/A变换与编码电路。因此，VCD视盘机即可播放CD光盘以及VCD光盘。对于VCD视盘机播放出来的图像质量，其水平清晰度为250线，相当于家用录像机（VHS）重放图像质量水平。实际上，因为VCD视盘机采用了激光束读取信息方式，光盘与激光头无磨损，不会因使用时间长使图像质量变差，因此VCD视盘机的图像质量优于家用录像机。,4. DVD机,1996年1月8日，美国拉斯维加斯举办一年一度的国际冬季消费电子产品博览会，日本索尼公司在展厅入口处设立的DVD影视剧场以其清晰逼真的画面，现场感十足的音响，将观众带入了身临其境的三维境界，真正的充满魅力的影视设备DVD脱颖而出，出
7、尽了风头。DVD光盘由于采用MPEG2标准对音视频图像信号进行数字压缩处理，其记忆容量是CD片的13倍，能在12cm光盘上存储约4小时的图像信息，其图像清晰度达500线以上，音频采用杜比数码（AC3 ） 5.1声道的环绕立体声。,1.2 数字化信号基础,1.2.1 模拟信号与数字信号1. 概述在实际应用中，电子技术用到传输和处理信号（包括信号的运算、放大、比较等），这里所指的信号是电压和电流的信号。处理模拟信号的电子电路称为模拟电路，如放大电路、滤波电路、电压/电流变换电路等。处理数字信号的电子电路称为数字电路，如逻辑门电路、触发器等。,2. 模拟信号与数字信号的特点模拟信号的特点分为：（1）
8、既要随时间连续变化又要随幅度连续变化。（2）应用普遍，如电视信号等。（3）精确测量较为困难。数字信号的特点分为：（1）是离散的信号。（2）其应用技术发展迅猛，主要表现在通信、科研、音响设备等方面。（3）定位、测量比较容易。,1.2.2 模拟信号数字化,1. 数字化的作用不论是在唱机中还是在磁带录音机中，放音都要用电机来使唱片或磁带作等速旋转和走带，以便读取上面记录的信号，重放信号的质量很大程度上取决于唱针和唱片或磁头和磁带的相对速度，如果电机旋转速度不够稳定，重放信号就会产生失真。失真使声音混浊不清、抖动，影响听音效果。虽然模拟技术采用了一些简单的手段对这种情况加以改善，把这种失真控制在一定范
9、围内，但并没有解决根本问题。要想获得更高水准的音频信号，实现家庭影院的视听效果，只有通过数字技术得以实现即将模拟信号转化为数字信号，因此将模拟信号数字化是电子技术发展的必然过程。,2. 什么是模拟信号数字化模拟信号数字化是把模拟信号通过A/D（模/数）转换电路变换成数字信号，如将正弦波电压信号转换成方波电压信号、正弦波电压信号转换成尖峰波电压信号等。在对信号的数字处理方式中，最常用的是用脉冲的有和无来代表0和1。无脉冲时为0，有脉冲时为1，在计算机中是这样，在AV信号的数字处理中也是如此。,1.2.3 数字化信号的优点,数字方式由于把模拟信号变换成了数字信号，即变换成了序列脉冲信号，这些脉冲信
10、号的变化仅指脉冲宽度的变化，而脉冲幅度是不变的。利用限幅器可以轻易地削除在数字化过程中可能引入的噪声，使脉冲波形达到非常平整的效果，这比处理模拟信号中的噪声容易得多。在数字信号中，脉冲的幅度已不像模拟信号那样重要，因为数字电路处理的是脉冲的有无，只要脉冲幅度达到能够识别的电平值即可；在模拟信号中，则需要知道每一个模拟量的准确值。总的来说数字化信号具有以下优点：（1）数字化信号具有极高的稳定性及可靠性，依赖元器件与电路稳定性的程度降低，电路只要能辨别脉冲的有无即可。只要增加数字信号的量化位数，就能获得高精度。（2）便于用计算机来处理数字信息和进行各种控制，数字信号还可以长时间储存。（3）电路便于
11、大规模集成化，提高运行速度。,1.2.4 数字化信号的过程,1. 采样和量化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。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。采样时，在一定的时间范围内，获得的采样点的多少取决于时间间隔的大小，时间间隔越小
12、，采样点越多，反之就越少。在数字处理技术中一般用采样频率表示样点的多少，样点的频率等于采样时间间隔的倒数。这样，采样频率越高，获得的采样点就越多。,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。在电路中，用脉冲的有无来表示0和1，即1为有脉冲，0为无脉冲。这些脉冲信号必须幅度相等、宽度相同，这样经过编码的脉冲信号称为脉冲编码调制信号（PCM信号）。可见，数字信号是离散的不连续的电压（或电流）的脉冲序列，每个脉冲代表一个信号元素，即二进制数中的一个位。,3. A/D转换与D/A变换A/D变换就是模拟/数字变换，它的作用是把模拟信号变换成数字信号。首先利用采样保持电路对输入的
13、模拟信号采集样本值，然后进行量化编码处理。经量化编码处理后，模拟信号就变成了数字信号，故量化编码电路又称为A/D变换器。CD由于采用16位的数字信号，所以A/D变换器必须具有将模拟信号分解成21665 536个等级的能力，且变换过程必须在1020(s的时间内完成。D/A变换就是数字/模拟变换，即把数字信号变换成模拟信号。它是A/D变换的逆变换。A/D变换是把模拟信号变换成数字信号，以便进行各种数字处理。D/A变换是把处理后的数字信号还原成模拟信号，这样才能利用目前的放大器和扬声器把音响信号重放出来。,1.3 VCD光盘结构与数据格式,1. VCD光盘结构VCD盘片存储的内容与CD盘片不同，但大
14、小一样，其直径为120mm；盘片中央有一内孔，用于刻录与播放的固定，其直径为15mm；内孔之外26mm116mm之间为用户数据区；用户数据区之外116mm117mm处为导出区；117mm120mm之间为盘片的边沿区。从盘片的剖面看，盘片分为三层。一层为透明衬底，一般多由聚氯乙烯（PVC）、丙烯基（PMMA）或聚碳酸酯（PC）等构成，其中聚碳酸酯作为制造VCD和CD盘片的材料具有耐热、耐湿及良好的成型性能；中间层为反射层，用金属薄膜铝采用蒸镀方法形成；反射层上面是保护层，一般由硬树脂制成；保护层上面为商标层。光盘重量在14g33g之间。VCD的视频信号和音频信号以二进制的方式存储在光盘上，“1”
15、和“0”以反射层的“坑”和“岛”来表示。在反射层上，每次坑岛的跳变处表示数字1，不跳变处表示数字0。光盘上的坑和岛由内向外螺旋延伸，每个坑的深度大约0.1(m，宽度约0.5(m0.6(m，长度约0.83(m3.1(m，相邻两圈坑道的宽度为1.6(m。对于一张12cm的CD、VCD光盘来讲，其轨迹长度大约5000m。如果对一张光盘的尺寸作一个比喻，那么，人的一根头发相当于唱片的30条轨迹；若将一个凹坑或一个凸岛的大小看做一粒谷子那么大，则激光唱片的直径将有800m。,2. VCD盘片中信号的组织形式CD光盘上直接记录PCM信号，由于盘片在制造和使用过程中，可能有灰尘和划伤或光盘本身存在缺陷，使得
16、在重放时误码率升高。因此在记录信号时，需要纠错和交叉交织技术，即组织左右各12个样本，加上纠错校验位、同步码、控制码构成一个完整的音频数据帧。CD数据一帧共588个通道位，这588位数码信号大致可以分为两大部分：即24位同步信号（同步码），14位（1字节）控制和显示信息（控制码），两者之间有3个通道位的连结位（耦合位）作为信号间的分段间隔；第二部分为32字节数据，分两段配置，每一段中12字节的音乐数据，加上4字节的CIRC纠错码，无论是音乐数据或纠错码，每个字节间都有3个通道位的耦合码。,从以上帧格式可以看出，每帧中只有24字节用于传送音乐信息。通常将98个帧组成一个播放段或叫一个扇区，每一个扇区有98242 352字节的音频数码信息。一首歌曲就是由许多个这样的扇区组成的。在重放时，不断地从扇区各帧取出音频数码信息，存储到缓冲存储器形成流畅的音乐。VCD光盘仍采用帧编码数据结构，保留了一个扇区数据的容量，即每帧仍为588个通道位，帧内的同步码、控制码、耦合位格式以及每帧信息数据的存储量仍为24字节，每98帧为一个扇区，每一个扇区仍有2 352字节的音视频数码信息，与CD相同。但对音视频数码信息的存放区域和方法作了很大改变，以便于光学拾音头迅速找到某一扇区，其具体方法如下：,
