数字音频记录重放系统

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1、数字音频记录重放系统数字音频记录重放系统数字音频的记录重放分为激光唱机和数字录音机数字音频的记录重放分为激光唱机和数字录音机 激光唱机系统激光唱机系统 CD唱机（唱机（Compact Disc意为小型唱片）意为小型唱片） 将激光光学技术、数字信号处理技术、精密机械伺服技术及微将激光光学技术、数字信号处理技术、精密机械伺服技术及微处理器控制技术、高密度记录技术和超大规模集成电路技术等融为处理器控制技术、高密度记录技术和超大规模集成电路技术等融为一体的数字音频设备一体的数字音频设备 CD光盘光盘 采用单面刻录方式，在直径为采用单面刻录方式，在直径为12 cm的光盘上可记录和重放的光盘上可记录和重放

2、74分分钟的双声道立体声高保真数字音频信号，信息量约钟的双声道立体声高保真数字音频信号，信息量约650Mb650Mb 特点特点 电声性能指标高，重放的音响效果好电声性能指标高，重放的音响效果好 激光非接触读取信息，使光盘永不磨损激光非接触读取信息，使光盘永不磨损 节目的检索速度快，操作功能强节目的检索速度快，操作功能强数字音频记录重放系统数字音频记录重放系统激光唱机系统的发展激光唱机系统的发展根据不同的应用目的存放不同类型的数据根据不同的应用目的存放不同类型的数据CD-DA 存放数字化的音乐节目存放数字化的音乐节目CD-G 存放静止图像和音乐节目存放静止图像和音乐节目CD-V 存放模拟的电视图

3、像和数字化的声音存放模拟的电视图像和数字化的声音CD-ROM 存放数字化的文、图、声、像数据存放数字化的文、图、声、像数据CD-I 存放数字化的文、图、声、动画等存放数字化的文、图、声、动画等CD-I FMV 存放数字化的电影、电视等节目存放数字化的电影、电视等节目卡拉卡拉OK CD 存放数字化的卡拉存放数字化的卡拉OK节目节目Video CD 存放数字化的电影、电视等节目存放数字化的电影、电视等节目Photo-CD 存放数字化照片、艺术品存放数字化照片、艺术品数字音频记录重放系统数字音频记录重放系统 激光唱机系统的工作原理激光唱机系统的工作原理 盘片结构盘片结构 CD盘片主要由聚碳脂片基、信

4、息刻槽、反射激光的铝反射层、盘片主要由聚碳脂片基、信息刻槽、反射激光的铝反射层、保护层组成保护层组成 CD盘片的外径为盘片的外径为120 mm，分，分3个区：导入区、导出区和声音数个区：导入区、导出区和声音数据记录区据记录区 CD盘片光道的结构是螺旋型光道，长度大约为盘片光道的结构是螺旋型光道，长度大约为5公里公里 CD光盘的光学读出头相对于盘片运动的线速度是恒定的即光盘的光学读出头相对于盘片运动的线速度是恒定的即CLV (constant linear velocity)60mm导出区导出区导入区导入区节目区节目区（25mm25mm58mm58mm）氧化铝反射涂层氧化铝反射涂层透明光盘基板透

5、明光盘基板轨迹长度约为轨迹长度约为0.833.1m放音面放音面数字音频记录重放系统数字音频记录重放系统 激光唱机系统的工作原理激光唱机系统的工作原理 盘片的数据读出盘片的数据读出 CD盘片上的数据要用盘片上的数据要用CD驱动器来阅读驱动器来阅读 CD驱动器由光学读出头、光学读出头驱动机构、驱动器由光学读出头、光学读出头驱动机构、CD盘驱动机盘驱动机构、控制线路以及处理光学读出头读出信号的电子线路等组成构、控制线路以及处理光学读出头读出信号的电子线路等组成 光学读出头是光学读出头是CD系统的核心部件系统的核心部件 激光器发出的激光经过几个透镜聚焦后到达光盘，从光盘上反激光器发出的激光经过几个透镜

6、聚焦后到达光盘，从光盘上反射回来的激光束沿原来的光路返回，到达激光束分射回来的激光束沿原来的光路返回，到达激光束分离器后反射到光电检测器，由光电检测器把光信号离器后反射到光电检测器，由光电检测器把光信号变成电信号，再经过电子线路处理后还原成原来的变成电信号，再经过电子线路处理后还原成原来的二进制数据二进制数据 主轴电机进给电机激光头RF信号处理光盘主轴驱动数字音频记录重放系统数字音频记录重放系统 激光唱机系统的工作原理激光唱机系统的工作原理 盘片的数据读出盘片的数据读出 CD盘片的读取是根据盘片反射激光的强弱来进行分辨，盘片表盘片的读取是根据盘片反射激光的强弱来进行分辨，盘片表面上压制了许多凹

7、坑轨迹，激光束在凹坑部分反射的光强度要比从面上压制了许多凹坑轨迹，激光束在凹坑部分反射的光强度要比从非凹坑部分反射的光强度来得弱非凹坑部分反射的光强度来得弱 凹坑端部的前沿和后沿形成反射功率强弱的突变点，也就是反凹坑端部的前沿和后沿形成反射功率强弱的突变点，也就是反射电平的翻转点，将被判断为逻辑值射电平的翻转点，将被判断为逻辑值1，长时间的凹坑与平面则都，长时间的凹坑与平面则都是逻辑值是逻辑值0 ，凹坑和非凹的长度代表的个数，凹坑和非凹的长度代表的个数 数字音频记录重放系统数字音频记录重放系统 激光唱机系统的工作原理激光唱机系统的工作原理 CD信号的编码技术信号的编码技术 CD信号编码过程所采

8、用的关键技术：信号编码过程所采用的关键技术： A/D变换技术变换技术数字音频记录重放系统数字音频记录重放系统 激光唱机系统的工作原理激光唱机系统的工作原理 CD信号的编码技术信号的编码技术 CD信号编码过程所采用的关键技术：信号编码过程所采用的关键技术： 扇区扇区 CD-Audio信号编码中最小的数据访问信号编码中最小的数据访问存储存储单位，单位， 1S的声的声音信号划分为音信号划分为75个扇区个扇区 每个扇区由每个扇区由98个帧组成，包含个帧组成，包含2352bytes 的音频数据的音频数据 左右两个声道每次采样有左右两个声道每次采样有2个个16位（位（bit）的样本，分别组成）的样本，分别

9、组成2个个8位（位（bit） 一帧由一帧由24bytes组成，左右声道各组成，左右声道各12bytes数字音频记录重放系统数字音频记录重放系统 激光唱机系统的工作原理激光唱机系统的工作原理 CD信号的编码技术信号的编码技术 CD信号编码过程所采用的关键技术：信号编码过程所采用的关键技术： 纠错编码技术（采用纠错编码技术（采用CIRC纠错编码）纠错编码） 首先生成一个帧的原始数据，首先生成一个帧的原始数据，24字节，我们可以称之为初始帧字节，我们可以称之为初始帧 加入校验帧，一共加入校验帧，一共8个字节，总字节数为个字节，总字节数为32个，形成个，形成CIRC编码编码 加入控制码，一个字节，形成

10、数据帧，帧的容量为加入控制码，一个字节，形成数据帧，帧的容量为33字节字节 每个数据帧再加入每个数据帧再加入3个字节的同步信息码，就成为最终用于刻录个字节的同步信息码，就成为最终用于刻录的帧，总容量为的帧，总容量为36字节字节 数字音频记录重放系统数字音频记录重放系统 激光唱机系统的工作原理激光唱机系统的工作原理 CD信号的编码技术信号的编码技术 CD信号编码过程所采用的关键技术：信号编码过程所采用的关键技术： 数据调制技术（采用数据调制技术（采用EFM调制）调制） 根据根据70年代的技术水平，把年代的技术水平，把“0”的游程长度最短限制在的游程长度最短限制在2个，个，而而最长限制在最长限制在

11、10，光盘上的信号就能够可靠读出，光盘上的信号就能够可靠读出 （游程规则）（游程规则） 8位数据有位数据有256种代码，种代码，14位通道位有位通道位有16 384种代码，能够满足种代码，能够满足游程规则的仅游程规则的仅267种，其中有种，其中有10种代码在加入合并位代码时限制游种代码在加入合并位代码时限制游程长度仍有困难，去掉这程长度仍有困难，去掉这11个代码，这样就得到了与个代码，这样就得到了与8位数据相对位数据相对应的应的14位通道位的位通道位的256种通道码种通道码 数字音频记录重放系统数字音频记录重放系统 激光唱机系统的工作原理激光唱机系统的工作原理 激光光束通过对盘片上由里向外螺旋

12、排列的微小凹点信号槽轨激光光束通过对盘片上由里向外螺旋排列的微小凹点信号槽轨迹的照射，对应凹点的有无在检测器的输出产生相应高低电平的电迹的照射，对应凹点的有无在检测器的输出产生相应高低电平的电脉冲信号，经过脉冲信号，经过RF放大器，由内部比较器得到放大器，由内部比较器得到“1”和和“0”的串行的串行数字数字信号信号 数字信号经处理电路进行解调、帧同步数字信号经处理电路进行解调、帧同步信号检出、纠错处理，将处理后的数据加信号检出、纠错处理，将处理后的数据加到数模转换器（到数模转换器（D/A），变换成模拟的声），变换成模拟的声音信号输出音信号输出数字音频记录重放系统数字音频记录重放系统 激光唱机的

13、发展激光唱机的发展 HDCD 采用采用88.1kHz的采样频率对模拟信号进行采样，以最大限度地的采样频率对模拟信号进行采样，以最大限度地展宽高频响应，减少缺损性失真，高的采样率也为展宽高频响应，减少缺损性失真，高的采样率也为HDCD编码运编码运算留足了空间算留足了空间 用用24bit量化其取样值为量化其取样值为1677216个，比个，比16bit系统高出系统高出256倍，采倍，采用高位元处理技术可以提高处理精度，降低量化误差，增加动态范用高位元处理技术可以提高处理精度，降低量化误差，增加动态范围至围至120dB数字音频记录重放系统数字音频记录重放系统 激光唱机的发展激光唱机的发展 XRCD X

14、RCD的数字讯号经过最大作用是降低时基误差（的数字讯号经过最大作用是降低时基误差（Jitter失真）失真）K2接口接口 采用采用20位，位，128倍超取样倍超取样A/D转换，动态范围可达转换，动态范围可达108dB 带来了更好的音乐感，在透明度、高频的圆滑延伸、立体感与质带来了更好的音乐感，在透明度、高频的圆滑延伸、立体感与质感等方面，要胜过普通感等方面，要胜过普通CD数字音频记录重放系统数字音频记录重放系统 激光唱机的发展激光唱机的发展 SACD SACD采用采用2.8224MHz取样，是普通取样，是普通CD采样频率的采样频率的64倍，动态倍，动态范围可达范围可达120dB 应用应用1bit

15、数模转换器，使用在硬件方面的技术要求远比多比特转数模转换器，使用在硬件方面的技术要求远比多比特转换器更为简单的一个低通滤波器，能获得高保真的原音重现换器更为简单的一个低通滤波器，能获得高保真的原音重现LPFLPFLPF模拟信号模拟信号模拟信号PWMPDM普通阶梯信号量化数字信号量化数字信号量化数字信号数字音频记录重放系统数字音频记录重放系统 数字录音机数字录音机 数字录音装置包括数字音频磁带机数字录音装置包括数字音频磁带机DAT、盒式数字录音机、盒式数字录音机DCC、可录式数码光碟可录式数码光碟MD 数字音频记录数字音频记录 PCM数字录音的专业品质基于复杂的系统数字录音的专业品质基于复杂的系

16、统 以以PCM转换器搭配改装的转换器搭配改装的SONY 3/4吋录影机组合而成吋录影机组合而成 1、采用旋转式磁头，磁迹每秒钟高达数公尺，能容纳大量信息、采用旋转式磁头，磁迹每秒钟高达数公尺，能容纳大量信息 2、录影机的机械结构精密，马达转速精确，抖动率比任何录音、录影机的机械结构精密，马达转速精确，抖动率比任何录音机都要小机都要小 3、由于是专业用途的录影机，、由于是专业用途的录影机，进行编辑很方便进行编辑很方便 数字音频记录重放系统数字音频记录重放系统 数字录音机数字录音机 数字录音装置包括数字音频磁带机数字录音装置包括数字音频磁带机DAT、盒式数字录音机、盒式数字录音机DCC、可录式数码

17、光碟可录式数码光碟MD 数字音频磁带机数字音频磁带机DAT（Digital Audio Tape） 一种用于磁带数字录音的专业品质级别的标准媒体和技术一种用于磁带数字录音的专业品质级别的标准媒体和技术 采样频率为三种：采样频率为三种：LP级级32KHz、CD级级44.1KHz、数字超、数字超48KHz16比特量化比特量化，采用旋转型磁头螺旋扫描磁迹记录采用旋转型磁头螺旋扫描磁迹记录 由于开发代价及制造代价高昂及出于对版权的考虑，面向的主由于开发代价及制造代价高昂及出于对版权的考虑，面向的主要用途为专业领域，多为灌制要用途为专业领域，多为灌制CD前的母带制作前的母带制作 数字音频记录重放系统数字

18、音频记录重放系统 数字音频磁带机数字音频磁带机DAT（Digital Audio Tape） DAT录音机继承了成熟的录像机旋转磁头记录方式，对采样、录音机继承了成熟的录像机旋转磁头记录方式，对采样、量化的数字音频信号进行量化的数字音频信号进行RF调制后采用旋转型磁头，以小于调制后采用旋转型磁头，以小于180包角的包角的螺旋扫描磁迹记录螺旋扫描磁迹记录 专业层面专业层面DAT的数字输入和输出允许用户从一个的数字输入和输出允许用户从一个DAT磁带传输磁带传输到另一个音频工作站进行精确的剪辑到另一个音频工作站进行精确的剪辑数字音频记录重放系统数字音频记录重放系统 数字音频磁带机数字音频磁带机DAT

19、（Digital Audio Tape） DAT录音机的信号编码录音机的信号编码 音频信号经过采样、量化，音频信号经过采样、量化，16bit的数据分为上、下位的的数据分为上、下位的8bit信号信号 加入校验帧，一共加入校验帧，一共8个字节，总字节数为个字节，总字节数为32个，形成个，形成CIRC编码编码 加入控制码，一个字节，形成数据帧，帧的容量为加入控制码，一个字节，形成数据帧，帧的容量为33字节字节 每个数据帧再加入每个数据帧再加入3个字节的同步信息码，总容量为个字节的同步信息码，总容量为36字节字节 DAT录音机的数据调制采用录音机的数据调制采用8 10位的通道调制编码位的通道调制编码数

20、字音频记录重放系统数字音频记录重放系统 盒式数字录音机盒式数字录音机DCC （Digital Compact Cassette ） DCC采用数字技术，可接近激光唱片的音质，其动态范围高达采用数字技术，可接近激光唱片的音质，其动态范围高达105分贝，信噪比大于分贝，信噪比大于92分贝，传输最大码率为分贝，传输最大码率为768kb/s 面对音频信号浩大的数据量，面对音频信号浩大的数据量，DCC 在普通磁帶的一半宽度用九在普通磁帶的一半宽度用九条磁迹进行录音条磁迹进行录音但是只有但是只有8条是用來记录音頻信号，第九条磁迹用条是用來记录音頻信号，第九条磁迹用來控制錄放和指示的輔助数据來控制錄放和指示

21、的輔助数据 DCC录音机有磁头反转功能录音机有磁头反转功能故可实现双面编程放音故可实现双面编程放音 数字音频记录重放系统数字音频记录重放系统 盒式数字录音机盒式数字录音机DCC （Digital Compact Cassette ） DCC的特性的特性 1. 与与CD的音质相当，但更易使用，结构简单，通用性高的音质相当，但更易使用，结构简单，通用性高 2. 具有世界统一规格，能播放世界流行的模拟卡帶节目具有世界统一规格，能播放世界流行的模拟卡帶节目 3. 可高速翻录，从而降低音乐节目帶制作成本可高速翻录，从而降低音乐节目帶制作成本 4. 具有和具有和CD水平相同的误码纠正能力水平相同的误码纠正

22、能力 5. 有文字功能，可在电视机上显示节目帶的曲目有文字功能，可在电视机上显示节目帶的曲目标题标题时間、时間、歌词歌词作品和艺术家介紹等作品和艺术家介紹等 数字音频记录重放系统数字音频记录重放系统 盒式数字录音机盒式数字录音机DCC （Digital Compact Cassette ） DCC的编码的编码 采用精密自适应子帶编码（采用精密自适应子帶编码（Precision Adaptive Subband Coding）主要是利用听觉闻阈特性和掩蔽效应的数码压缩技术主要是利用听觉闻阈特性和掩蔽效应的数码压缩技术 而且由于采用了误码纠错处理，可避免磁帶污染引起的音質下而且由于采用了误码纠错处

23、理，可避免磁帶污染引起的音質下降，其数码控制及子码标识使选曲大为简洁降，其数码控制及子码标识使选曲大为简洁 数字音频记录重放系统数字音频记录重放系统 盒式数字录音机盒式数字录音机DCC （Digital Compact Cassette ） DCC是結合模擬卡式磁帶和數碼技術這兩種新老錄音技術的混是結合模擬卡式磁帶和數碼技術這兩種新老錄音技術的混血兒，它使用的機械系統以卡式錄音機為基礎血兒，它使用的機械系統以卡式錄音機為基礎磁帶的尺寸和重量磁帶的尺寸和重量都幾乎經歷了三十年的卡式錄音機完全一樣都幾乎經歷了三十年的卡式錄音機完全一樣45607590120分鐘四種規格的磁帶分鐘四種規格的磁帶與傳統

24、卡式系統保持半兼容性與傳統卡式系統保持半兼容性即在即在DCC機機上可放傳統磁帶上可放傳統磁帶但不能在傳統卡式機上放但不能在傳統卡式機上放DCC帶帶 数字音频记录重放系统数字音频记录重放系统 可录式数码光碟可录式数码光碟MD （MiniDisc ） MD可擦写磁光盘是一种专为唱片出版业界设计的磁、光介质可擦写磁光盘是一种专为唱片出版业界设计的磁、光介质储存媒体，其音质可接近于储存媒体，其音质可接近于CD 唱片，可以储存唱片，可以储存74分钟立体声的音分钟立体声的音乐，字幕总容量为乐，字幕总容量为1700个字符个字符 磁光盘的直径只有磁光盘的直径只有64毫米，厚度为毫米，厚度为1.2毫米，它内置于

25、毫米，它内置于72X68X5毫米的硬塑料保护套中毫米的硬塑料保护套中数字音频记录重放系统数字音频记录重放系统 可录式数码光碟可录式数码光碟MD （MiniDisc ） MD的技术特点的技术特点 磁光烧录磁光烧录 源自于磁光记录技术源自于磁光记录技术( (Magneto Optical，MO) ) 理论基础理论基础 在高温下磁介质会发生变换（在高温下磁介质会发生变换（MD光盘合金材料磁化的特定温光盘合金材料磁化的特定温度区域的度区域的“居里温度居里温度”为为180摄氏度），并且在冷却之后一直保持这摄氏度），并且在冷却之后一直保持这种变化种变化( (记录过程记录过程) )，再次加热可以将其恢复到原

26、先的样子，再次加热可以将其恢复到原先的样子( (擦除过擦除过程程) ) 数字音频记录重放系统数字音频记录重放系统 可录式数码光碟可录式数码光碟MD （MiniDisc ） MD的技术特点的技术特点 磁光烧录磁光烧录 激光头对激光头对MD磁光盘发出磁光盘发出780nm波长、功率为波长、功率为4.5瓦的激光束，瓦的激光束，把记录点区域加热到把记录点区域加热到MD光盘的合金材料的光盘的合金材料的“居里温度居里温度”，同时记，同时记录录磁头用正极或者负极信号来记录声音数据到磁光盘的加热点上，随磁头用正极或者负极信号来记录声音数据到磁光盘的加热点上，随着磁光盘的不停转动，新的数据不断地被同样的方式写入，

27、记录完着磁光盘的不停转动，新的数据不断地被同样的方式写入，记录完毕的加热点逐渐冷却下来并保持加热毕的加热点逐渐冷却下来并保持加热时被赋予的磁信号时被赋予的磁信号数字音频记录重放系统数字音频记录重放系统 可录式数码光碟可录式数码光碟MD （MiniDisc ） MD的技术特点的技术特点 非线性存储非线性存储 MD数码光盘采用了和硬盘类似的非线性存储数码光盘采用了和硬盘类似的非线性存储 “块块”记录模式，记录模式，把数据以把数据以“数据块数据块”的方式分散存放在的方式分散存放在MD光盘的各处，方便快速光盘的各处，方便快速读读取的同时也充分利用了存储空间取的同时也充分利用了存储空间数字音频记录重放系

28、统数字音频记录重放系统 可录式数码光碟可录式数码光碟MD （MiniDisc ） MD的技术特点的技术特点 ATRAC压缩技术压缩技术 ATRAC（Adaptive TRansform Acoustic Coding）自适应声学）自适应声学转换编码，是一套基于心理声学原理的音响译码技术转换编码，是一套基于心理声学原理的音响译码技术 ，充分利用了充分利用了心理声学中的等响曲线、屏蔽、临界频带等原理，把音频数据减少心理声学中的等响曲线、屏蔽、临界频带等原理，把音频数据减少到原来的到原来的1/5 主要作用：主要作用： 1、把、把16位、位、44.1kHz的立体声音频进行压缩的立体声音频进行压缩 2、使硬件执行简单便宜，适合便携方式的播放和录制使用、使硬件执行简单便宜，适合便携方式的播放和录制使用