Giáo trình XỬ LÝ TÍN HIỆU AUDIO VÀ VIDEO - Chương 4 doc

Khi ghi, tín hiệu được điều biến dạng số được đưa vào khối đầu quang để biến đổi thành tín hiệu quang, chùm tia có cường độ biến đổi tùy theo tín hiệu điều biến sẽ định dạng trên CD thàn

4.2 THIẾT BỊ LƯU TRỮ AUDIO-VIDEO SỐ

4.2.1 Đĩa compact

Đĩa compact (CD) là thiết bị dùng để lưu trữ tín hiệu được điều biến dạng số Các thông tin này được tạo ra từ các tín hiệu tương tự và được lưu trữ trên CD bởi các cấu trúc vật lý là các pit (lồi) và các flat (lõm) Để ghi phát các thông tin trên

CD người ta dùng đầu đọc phát chùm tia laser tạo ra từ diode laser đi qua hệ thống thấu kính hay còn gọi là khối đầu quang Khi ghi, tín hiệu được điều biến dạng số được đưa vào khối đầu quang để biến đổi thành tín hiệu quang, chùm tia có cường

độ biến đổi tùy theo tín hiệu điều biến sẽ định dạng trên CD thành các vệt lồi, lõm đặc trưng cho tín hiệu được điều biến dạng số Khi phát lại chùm tia laser chiếu lên

bề mặt CD khi gặp các pit, flat sẽ phản xạ ánh sáng trở về, sau đó tín hiệu quang này

sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện và giải điều chế thành tín hiệu tương tự

120mm

15mm

Lớp nhựa trong suốt

Lớp nhựa bảo vệ

Lớp phản

quang

Hình 4 1 Cấu tạo đĩa Compact

Đĩa compact là một tấm nhựa phẳng tròn có đường kính ngoài 120mm, đường kính lỗ tâm 15mm và bề dày 1,2mm Cấu tạo gồm 3 lớp như hình 4.1, lớp plastic trong suốt chứa thông tin dưới dạng các vệt lồi và lõm, lớp phản quang là có thể là

bạc hoặc nhôm được phủ lên trên lớp nhựa plastic, lớp nhựa acrylic được phủ lên trên làm lớp bảo vệ đĩa Nhãn đĩa ghi các thông tin về đĩa được dán trên lớp nhựa bảo vệ này

- Vùng có đường kính từ 50 → 116mm gọi là vùng chương trình (program area) là vùng lưu trữ các thông tin điều biến dạng số của tín hiệu âm thanh, hình ảnh…và thời gian đã phát

- Vùng có đường kính từ 116 → 117mm gọi là vùng dẫn xuất (lead out) dùng

để ghi các thông tin kết thúc chương trình

4.2.3 Đĩa CD audio

Đĩa CD audio là thiết bị dùng để lưu trữ tín hiệu audio dạng số, có thời gian lưu trữ dữ liệu cho phát tới 74 phút, audio được số hoá ở 44,1kHz với 16 bit trên mẫu, mã hóa PCM tuyến tính loại bỏ nén và có hai kênh cho âm stereo Việc này sẽ cân bằng tốc độ dữ liệu 1,41Mb/s hoặc 172kB/s Vì vậy, đối với 74 phút audio, dung lượng dữ liệu là 750 Mb Mã hóa cho CD audio sử dụng cấu trúc khung hình

588 bít bao gồm mã phát hiện và sửa lỗi Reed-solomon, chèn và dự phòng cho đồng

bộ và các mã con Tất cả các quá trình này được ghi trên đĩa với điều chế EFM cho kết quả tốc độ dữ liệu trên kênh truyền là 4,32Mbit/s

Trong cấu trúc ban đầu, CD audio chỉ là đĩa sao lại bằng cách nén từ đĩa mẹ trong một quá trình rất tốn kém Đây chính là định dạng CD cho audio số (CD-DA)

và tiêu chuẩn của nó được gọi là “Red book’’.Tiêu chuẩn này sử dụng hoạt động CLV với vận tốc vệt ghi không đổi bằng 51,2 inch/s Kết quả là tốc độ quay đĩa thay đổi trong khoảng từ 500 tới 200 vòng/m khi đầu đọc di chuyển từ trong ra ngoài vùng ghi đĩa (quá trình ghi luôn bắi đầu từ bên trong đĩa)

4.2.4 CD-ROM

Tiềm năng của công nghệ đĩa CD để phân phối dữ liệu máy tính đã rõ ràng, một tiêu chuẩn đã được phát triển cho dịch vụ này Bởi vì dữ liệu máy tính yêu cầu phần phát hiện sửa lỗi tốt hơn so với audio (dưới 10-13) cho nên phải cần đến một overhead bổ xung, như vậy sức chứa dữ liệu sẽ ít hơn 680Mb, nhưng vẫn là khá lớn đối với gói nhỏ Tiêu chuẩn này được gọi là “yellow book” và sản phẩm thường là

CD-ROM (bộ nhớ chỉ đọc CD) Định dạng khối 588 bit của CD-DA được sửa đổi

để tạo ra hai chế độ hoạt động cho CD-ROM, chế độ một cung cấp phần phát hiện sửa lỗi mở rộng như nêu ở trên còn chế độ hai cung cấp phần phát hiện sửa lỗi cũng như sức chứa dữ liệu giống như CD-AD, hầu hết các ứng dụng cho máy tính cá nhân đều sử dụng chế độ thứ nhất

Hình 4.2 trình bày cấu trúc của khối CD-ROM cho chế độ 1 và 2 Mỗi khối CD-ROM có chứa 2352 byte, số lượng này phù hợp với dung lượng chứa là 98 của khối CD-DA (mỗi khối 588 bit) mang 6 mẫu audio stereo 32 bit hoặc là 24 byte, 24×98 =2352 byte) Vì vậy, cấu trúc của khối CD-ROM nằm ở đỉnh của khối CD-

DA và phần phát hiện sửa lỗi của cả hai mức đầu là tích cực, cả hai chế độ đều đưa

ra mã đồng bộ 12 byte cộng với một header 4 byte, header này có chứa một chế độ riêng và mã ghi địa chỉ khối 3 byte Chế độ một dành cho 288 byte của không gian còn lại cho phần ghi mã phát hiện sửa lỗi để lại 2048 byte dữ liệu trên khối Do một CD-ROM có thể lưu trữ tới 33000 khối, chế độ một có dung lượng dữ liệu là 675.840.000 byte Chế độ 2 loại bỏ phần ghi mã sửa lỗi thêm, đưa ra 22.336 byte trên khối hoặc 770.880.000 byte trên đĩa

Bởi vì sẽ rất có lợi nếu sử dụng chung thiết kế dữ liệu ổ đĩa với thiết bị CD-DA dân dụng, tiêu chuẩn CD-ROM chấp nhận hoạt động của CLV, cùng vệt từ xiên và cùng tốc độ vệt từ như hệ thống audio CLV không phải là thích hợp nhất đối với máy tính yêu cầu tốc độ truy cập dữ liệu ngẫu nhiên nhanh Do việc sử dụng CLV, thời gian truy cập của CD-ROM phải tính đến thời gian thiết lập tốc độ cho đĩa và các hạn chế của cơ cấu trợ động cho vệt từ Thời gian truy cập của CD-ROM dài hơn thời gian truy cập của ổ cứng máy tính từ 10 đến 20 lần

2048 byte dữ liệu sử dụng 288 byte dữ liệu phụ

2352 byte

Hình 4.2 cấu trúc khối dữ liệu của chuyển đổi-ROM chế độ 1 và 2

Yellow book chỉ xác định môi trường và định dạng của vệt từ trên đĩa, nó không mô tả nội dung được của các vệt từ này Để hữu ích cho máy tính, phải có một tiêu chuẩn nữa xác định giao diện dữ liệu và một hệ thống file vì vậy máy tính

có thể truy cập dữ liệu một cách ngẫu nhiên tiêu chuẩn cho các hệ thống file của CD-ROM là ISO-9660, tiêu chuẩn này đưa ra cấu trúc thư mục và thư mục còn để tổ chức và gọi ra các file từ một môi trường lưu trữ ISO-9660 có thể sử dụng được cho hầu hết các máy tính cá nhân có phần mền phù hợp

Khi thị trường CD-ROM ngày càng phát triển, các nhà sản xuất luôn không ngừng cải tiến để cho ra những sản phẩm có tính năng cao hơn Sự thay đổi quan trọng nhất là tăng tốc độ quay của đĩa do vậy tăng thời gian truy cập và tốc độ dữ liệu điều này nhìn chung đã được thực hiện bằng cách lấy bội số của tốc độ CD cơ bản (150 kB/s) như 2 x (300 kB/s), 4x (600 kB/s), 6x (900kB/s)…

4.2.5 CD ghi

Mặc dù CD-ROM cực kỳ thành công đối với máy tính, song đối với người sử dụng hiển nhiên vẫn tốt hơn nếu người ta có thể ghi trên CD-ROM ngay tại máy tính của mình Những ổ đĩa CD có khả năng ghi đã bắt đầu xuất hiện trên thị trường

Hệ thống này được goị là CD-R sử dụng đĩa trắng chứa một lớp nhuộm hữu cơ, độ phản xạ của chất này thay đổi khi nó bị “phát hoả’’ bởi nguồn ánh sáng laser trong máy ghi Để khớp vệt từ và cơ cấu trợ động hội tụ trong khi ghi, đĩa trắng CD-R có cấu trúc vệt từ dưới dạng vệt từ vật lý được nén vào bề mặt ghi Những vệt từ này có sẵn phần điều chế được sử dụng với cơ cấu trợ động ghi Một đĩa CD-R đã ghi có thể chạy trên hầu hết các ổ CD-ROM hoặc CD của thiết bị phát audio Đĩa trắng có giá tương đối thấp so với khả năng dự trữ tới 680Mb Đĩa CD-R chỉ có khả năng ghi một lần.Tuy nhiên, đây là một thiết bị ghi phổ biến do khá phù hợp cho sử dụng

và lưu trữ

Ghi trên CD-R cần một máy tính cá nhân với ổ cứng lưu trữ nhanh có phần mềm đặc biệt chạy trên CD-R Phần mềm cho phép người sử dụng xác định rõ sẽ dùng file nào ổ cứng cho CD và có thể chạy một đĩa kiểm tra đã ghi trước để quyết định thực hiện phần ghi cụ thể Điều này cần thiết bởi vì quá trình ghi phải hoạt động liên tục một khi đã bắt đầu nếu một vài dữ liệu không truy cập nhanh khi cần, phần ghi sẽ bị phá huỷ

Thiết bị ghi CD-R có tốc độ điển hình là 2x hoặc 4x…, vì vậy thời gian yêu cầu cho quá trình ghi rất ý nghĩa Nếu cần nhiều bản sẽ mất rất nhiều thời gian Tuy nhiên, sự phù hợp và giá cả hợp lý của CD-R rất thông dụng để sao chép các loại

CD với số lượng nhỏ

4.2.6 Các phiên bản khác của CD

Có thể kết hợp audio củaa CD-DA và dữ liệu của CD-ROM trên cùng một đĩa, đây được gọi là đĩa có chế độ hỗn hợp Vệt từ đầu tiên bao giờ cũng phải là vệt từ của CD-ROM, còn các vệt từ khác trên đĩa có thể định dạng CD-DA Loại đĩa như

thế này không thể chạy trên một thiết bị phát audio CD bởi vì nó luôn luôn bắt đầu ở vệt từ đầu tiên và tìm dữ liệu mà thiết bị không thể hiểu được Nhưng một ổ CD-ROM trong máy tính sẽ có khả năng đọc được từ đầu tiên và hiểu được sự có mặt của audio số cùng với dữ liệu máy tính ở trên đĩa Ổ đĩa CD của máy tính có thể chạy audio chất lượng cao không liên quan đến các hoạt động khác của máy tính có nghĩa là khi audio đang chạy, máy tính có thể làm bất cứ điều gì nó muốn trừ việc truy cập vào ổ CD

Các phiên bản khác của CD-ROM là CD-I,CD-V và CD-ROM XA Các phiên bản này tăng cường khả năng trong định dạng dữ liệu để hỗ trợ video hoặc audio cùng với các cấu trúc khác của dữ liệu máy tính.Tuy nhiên, không có phiên bản nào trong số này được sử dụng rộng rãi như CD-ROM, hầu hết các ứng dụng CD-ROM cho video và audio đều sử dụng định dạng chung

Hiện nay, CD-ROM có rất nhiều chuẩn khác nhau tùy thuộc vào từng nhà sản xuất, tốc độ truyền dữ liệu cũng đạt khá cao đến 8400kB/s và thậm chí còn cao hơn rất nhiều

4.2.7 DVD

Tốc độ dữ liệu ban đầu của CD-ROM 154 kB/s đã trở thành mục tiêu cho các nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ nén audio nhằm tạo ra video có chất lượng tốt, có thể hoạt động từ CD-ROM tiêu chuẩn Đây có thể là phương tiện để phân phối video như một phần của các game trên máy tính hoặc các ứng dụng khác và nó

có thể thay thế băng video làm phương tiện phân phối ảnh động Hệ thống video ban đầu là công nghệ DVI của intel, công nghệ này đưa ra phần cứng và phần mềm giúp việc thực hiện playback có chuyển động và màn hình video máy tính trở nên khả thi Năm 1988 sản phẩm này bắt đầu xuất hiện và sử dụng rộng rãi trong các buồng điện thoại và ứng dụng giảng dạy qua máy tính Tuy nhiên, nó vẫn chưa được sử dụng trên thị trường đại chúng

Tiếp cận thị trường video của CD, phần mềm video chỉ để sử dụng cho playback Phần mềm này có thể chạy trên bất cứ máy tính cá nhân nào với bộ xử lý nhanh và phát video với chất lượng thấp thường trong một cửa sổ có kích cỡ bằng một phần tư màn hình hoặc nhỏ hơn Các hệ thống này là Indeo của intel, Cinepark của SuperMac, Quick time của Apple và một số ứng dụng khác, thường hoạt động với 1x CD-ROM nhưng có thể chạy tốt hơn với 2x hoặc 4x Chúng được sử dụng rộng rãi trong trò chơi ở CD-ROM và bách khoa toàn thư nhưng không phù hợp với điện ảnh bởi vì thời gian chạy ngắn (74 phút ở 1x và ít hơn ở những tốc độ cao hơn,

và chất lượng ảnh tồi Máy tính kiểu mới nhất đều có bộ tăng tốc độ xử lý của phần mềm chỉ với video và cho phép hiển thị đầy đủ màn hình

Cơ hội đã mở ra cho một hệ thống đĩa quang với chỉ tiêu kỹ thuật tốt hơn Nhiều quá trình nghiên cứu và phát triển đã được thực hiện, và ngành công nghiệp hiện nay đã đạt được một tiêu chuẩn mới là đĩa video số DVD

Hệ thống DVD sử dụng đường kính nền 12cm nhưng với bước sóng ngắn hơn

và phương pháp khớp vệt ghi tiến bộ, mật độ được tăng từ 680Mb/mặt tới 4,7Gb/mặt, tăng gấp 7 lần Tuy nhiên, đấy chưa phải là tất cả, bởi vì DVD cung cấp hai lớp trên một mặt nền và cả hai mặt đều có thể được sử dụng Các lớp này được truy cập bằng độ hội tụ của tia laser còn các mặt được truy cập bằng hai đầu đọc trong ổ đĩa Điều này tạo ra 8,5Gb/mặt hai lớp (mật độ trên lớp được giảm nhẹ để tạo ra khả năng giao thoa giữa các lớp) hoặc tổng là 17Gb khi cả hai mặt đĩa được

sử dụng

DVD cung cấp các đặc điểm kỹ thuật cho DVD-ROM đa mục đích, một phiên bản của video DVD-A, DVD-R, và DVD-E Video DVD sử dụng video MPEG-2 với tốc độ dữ liệu trong phạm vi 5Mbit/s, nó tạo ra chất lượng video cao hơn truyền hình quảng bá Hệ thống audio là audio kênh 5.1 của AC-3 tương tự như được xác định cho tiêu chuẩn ATV của ATSC

4.3 KHỐI ĐẦU QUANG

Là thiết bị phát tia laser dùng để ghi phát tín hiệu trên CD, đầu quang là sự kết hợp của tia laser và hệ thống thấu kính chính xác Tùy theo cấu trúc từng loại máy

mà khối đầu quang có thể là loại một tia hoặc loại ba tia

4.3.1 Khối đầu quang 3 tia

Đầu quang loại ba tia thườmg dùng trong các máy CD để bàn thông dụng, loại đầu quang này có một tia chính và hai tia phụ, tia chính cấp tín hiệu cho mạch focus servo và mạch xử lý tín hiệu khi phát lại còn tia phụ thì cấp tín hiệu cho mạch tracking servo Về cấu tạo khối đầu quang ba tia gồm có các bộ phận cơ bản như hình 4.3

Đối với đầu quang dùng cơ cấu trượt thì khi ghi phát tín hiệu khối đầu quang di chuyển trên thanh trượt từ phía vùng tâm đĩa ra bên ngoài từ phía vùng tâm đĩa ra bên ngoài với vận tốc không đổi nhờ một motor điều khiển gọi là sled motor hay slide motor Nhiều máy sử dụng khối đầu quang có cần đưa ra (swing-out- arm) như máy CD Magnavog FD1040 và Sylvania FDD104…

4.3.1.1 Khối laser diode

Gồm có hai diode bên trong diode LD và MD, hai diode này thường đặt nằm chung trong một khối gồm có ba chân trong đó có một chân dùng chung, một chân dành cho diode LD, một chân dành cho diode MD

- LD (laser diode): là diode phát tia laser có bước sóng λ = 780nm cấp cho cụm quang học để tạo chùm tia hội tụ đọc tín hiệu trên CD và cấp cho MD

- MD (monitor diode): là diode giám sát là diode nhận ánh sáng laser từ LD phát ra để cấp cho mạch APC tự động điều chỉnh công suất phát tia laser của LD

4.3.1.2 Lưới nhiễu xạ

Ánh sáng laser từ LD phát ra khi đi qua kính nhiễu xạ (diffraction grating lens) sẽ được phân thành một tia chính và hai tia phụ dựa trên hiện tượng nhiễu xạ của ánh sáng

Laser diode

Diffraction grating lens

Collimation lens

λ/4 wave plate lens

Object lens

Concave lens

Cylinder lens

Photo diode

Half prism Beam spliter

Compact Dics

Hình 4 3 Cấu tạo khối đầu quang 3 tia

4.3.1.3 Bán lăng kính và bộ phân tia

Bán lăng kính (half prism): dùng để phân cực thẳng ánh sáng laser khi truyền

đi Bán lăng kính cho phép truyền ánh sáng theo tỷ lệ 50% theo hướng truyền thẳng

và 50% theo hướng vuông gốc

Bộ phân tia (beam splitter) dùng để phân cực vòng ánh sáng laser khi truyền đi Thấu kính phân tia có nhiệm vụ truyền toàn bộ 100% ánh sáng phụ thuộc vào gốc phân cực của ánh sáng

4.3.1.4 Thấu kính chuẩn trực

Thấu kính chuẩn trực (collimator lens) có tác dụng tạo chùm sáng song song khi truyền đi nghĩa là khi ánh sáng laser qua bán lăng kính hoặc bộ phân tia sẽ được sửa dạng thành một chùm sáng song song bởi thấu kính chuẩn trực

4.3.1.5 Phím đổi hướng

Phím đổi hướng λ/4 (λ/4 wave len plate) cấu tạo bằng tinh thể có tính dị

hướng, chiết suất của chúng thay đổi theo hướng ánh sáng Ánh sáng khi qua phím này sẽ lệch pha đi 900, do đó ánh sáng của phân cực thẳng được đổi thành phân cực vòng và phân cực vòng được đổi thành phân cực thẳng

4.3.1.6 Vật kính

Vật kính (object lens), thấu kính này có tác dụng làm hội tụ chùm tia laser trên

CD, thấu kính này sẽ thay đổi vị trí của nó cho phù hợp nhờ vào sự điều khiển của hai cuộn dây

Cuộn focus: điều khiển vị trí của vật kính theo phương thẳng đứng để giữ khoảng cách giữa vật kính luôn đúng với bề mặt CD để chùm tia hội tụ đúng trên bề mặt CD

Cuộn tracking: điều khiển vị trí của vật kính theo phương ngang để chùm tia laser luôn đọc đúng các track để tín hiệu phát lại là trung thực nhất

4.3.1.7 Thấu kính lõm

Thấu kính lõm (concave lens), thấu kính này nhằm làm giảm đi ảnh hưởng của

sự biến đổi theo chiều dài của đường dẫn ánh sáng trên các diode cảm quang do sự thay đổi khoảng cách giữa vật kính và CD, đồng thời nó cũng có tác dụng rút ngắn khoảng cách ánh sáng khi phản xạ trở lại

nhau rọi lên các diode cảm quang tùy thuộc vào khảng cách giữa vật kính và CD mà chùm sáng tạo ra trên các diode cảm quang có thể là hình tròn, elip đứng hoặc elip nằm ngang

Khi vật kính đúng với CD thì chùm sáng phản xạ lên các diode cảm quang có dạng hình tròn Khi vật kính quá gần với CD thì chùm sáng phản xạ lên các diode cảm quang có dạng hình elip đứng Khi vật kính quá xa với CD thì chùm sáng phản

xạ lên các diode cảm quang có dạng hình elip ngang như hình 4.5

Trong khối đầu quang loại ba tia, ma trận diode cảm quang (photo diode array)

có 6 diode cảm quang gồm ABCDEF, các diode cảm quang này làm nhiệm điều chỉnh focus servo, tracking servo và cấp tín hiệu phát lại từ khối đầu quang cho mạch xử lý tín hiệu

Hình 4.6 Cấu trúc của ma trận diode cảm quang

Bốn diode cảm quang ABCD nhận ánh sáng phản xạ từ chùm tia chính để cấp tín hiệu cho mạch RF để tái tại tín hiệu audio và cấp cho mạch focus servo để điều chỉnh hội tụ của chùm tia trên CD Hai diode cảm quang EF nhận ánh sáng phản xạ

từ hai tia phụ để cấp tín hiệu cho mạch tracking servo

4.3.2 Khối đầu quang một tia

Về cấu tạo cụm quang học loại một tia cũng tương tự như cụm quang học loại

ba tia Tuy nhiên, do yêu cầu trong sử dụng đòi hỏi tính năng đơn giản, gọn nhẹ sử

dụng trong các máy CD xách tay, các máy CD phone, các ổ CD ROM… người ta chế tạo cụm quang học loại một tia

Cụm quang học loại một tia thì không có sử dụng lưới nhiễu xạ Do đó khi ánh sáng laser đi qua không bị tách thành ba tia mà chỉ tạo thành một tia hội tụ trên CD, tia sáng phản xạ được đi vào lăng kính hình trụ và tập trung trên ma trận diode Trên

ma trận diode cảm quang người ta không sử dụng hai diode EF để nhận dạng sai lệch track mà chỉ sử dụng bốn diode ABCD để nhận chùm tia sáng trung tâm

4.4 GHI PHÁT TÍN HIỆU TRÊN CD

4.4.1 Ghi tín hiệu trên CD

Diode laser

Vật kính Tia laser

Lớp cảm quang Trong suốt

Pit

Hình 4.7 Ghi tín hiệu trên CD

Khi ghi, chùm tia laser do tín hiệu được điều biến dạng số được đưa vào khối đầu quang để biến đổi thành tín hiệu quang (chùm tia laser) Chùm tia laser này có cường độ thay đổi khác nhau chiếu lên lớp cảm quang của CD tạo thành các vệt lồi (pit) và các vệt lõm (flat) Khi ghi chùm tia laser di chuyển từ phía vùng tâm đĩa ra ngoài nên các pit và các flat được sắp xếp trên những đường track là những đường xoắn ốc từ trong ra ngoài

4.4.2 Phát lại tín hiệu trên CD

Khi phát lại, chùm tia laser từ đầu đọc chiếu lên bề mặt CD khi gặp các pit và flat thì phản xạ trở về qua hệ thống thấu kính trong khối đầu quang đến bán lăng kính chùm tia đổi phương 900 và chiếu lên bốn diode cảm quang ABCD sau đó cấp tín hiệu cho mạch xử lý tín hiệu để biến đổi tín hiệu quang trở thành tín hiệu điện, giải điều chế, biến đổi tín hiệu từ dạng số trở về tín hiệu dạng tương tự để phục hồi lại tín hiệu như nguyên mẫu

Diode laser

Vật kính Tia laser

Lớp cảm quang Trong suốt

Pit

Diode cảm quang

Hình 4.8 Phát tín hiệu trên CD

4.4.3 Cấu trúc của tín hiệu ghi trên CD

Tín hiệu lưu trữ trên CD bởi các pit và flat, các cấu trúc vật lý này đặc trưng cho tín hiệu đựơc điều biến dạng số đó là các bit 0 và bit 1, chúng được sắp xếp lên những đường track là đường tròn hình xoắn ốc theo chiều kim đồng hồ khoảng cách giữa các track là 1,6μm Các pit và flat có kích thước rất nhỏ bề rộng 0,5μm, độ sâu các pit được xác định trong quá trình tạo đĩa gốc là 0,1μm tức xấp xỉ bằng 1/4 độ dài bước sóng laser, độ dài các pit thay đổi từ 0,833→3,054μm (tức từ 3T đến 11T)

độ dài các pit cũng là một đại lượng phản ánh thông tin trong tín hiệu audio tương

tự Độ biến thiên ít nhất từ độ dài của pit này đến pit kế tiếp không nhỏ hơn 0,278μm Chất lượng của tín hiệu đọc từ đĩa quang phụ thuộc vào cấu trúc hình học của các pit trên CD

Các thông số tiêu chuẩn của đĩa CD-DA và máy CD:

- Hệ thống ghi âm dùng kỹ thuật số

- Đường kính ngoài của đĩa là 120mm, đường kính trong là 15mm

- Thời gian phát từ 60 phút đến 75 phút

- Đầu đọc dùng tia laser không tiếp xúc có bước sóng 780nm

- Vận tốc quay đĩa theo hệ thống CLV tức vận tốc dài không đổi 1,2 đến 1,4 m/s và vận tốc gốc thay đổi từ 500 vòng/phút giảm dần xuống 200

vòng/phút khi đầu đọc di chuyển từ vùng tâm ra ngoài biên đĩa

- Đáp ứng tần số 5Hz – 20 Hz

- Tần số lấy mẫu là 44,1KHz, số bit lượng tử:16 bit, tốc độ truyền 4,3218 MHz, hệ thống điều chế: EFM

4.5 XỬ LÝ TÍN HIỆU AUDIO KHI GHI VÀ PHÁT

4.5.1 Xử lý tín hiệu audio khi ghi

Tín hiệu audio tương tự

Tín hiệu ghi

Biến đổi D/A

Đan xen

dữ liệu

Biến đổi EFM

Lấy mẫu Lượng tử hóa

Mã hóa

Lấy mẫu Lượng tử hóa

Mã hóa

Hình 4.10 Sơ đồ khối xử lý tín hiệu khi ghi

4.5.1.1 Mạch biến đổi A/D

Mạch này làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu audio nguyên mẫu dạng tương tự thành tín hiệu dạng số thực hiện gồm các công đoạn như sau:

Lấy mẫu tín hiệu

Là công đoạn quan trọng đầu tiên trong việc chuyển đổi tín hiệu audio từ dạng tương tự sang tín hiệu dạng số Lấy mẫu tín hiệu là rời rạc các mức tín hiệu theo từng mức thời gian nhỏ t1, t2, t3, t4…tức là chia nhỏ các mức tín hiệu theo trục thời gian (trục hoành), các mẫu tín hiệu được tạo ra là cơ sở để biểu diễn thành tín hiệu

số Việc lựa chọn tần số lấy mẫu phải phù hợp với tín hiệu cần chuyển đổi để sau cho từ các mẫu ta có thể dễ dàng tái tạo lại tín hiệu tương tự Do đó, khi lấy mẫu tín hiệu ta cần dựa theo định lý lấy mẫu

Hình 4.11 Biểu diễn mẫu tín hiệu

Định lý lấy mẫu (sampling theorem): giả định rằng đại lượng x của một tín hiệu là một hàm liên tục x(t) theo thời gian t và tín hiệu này không chứa các thành phần tần số lớn hơn W(Hz) Phương trình sau đây được xác lập theo định lý lấy mẫu của Someya-Shannon:

π

π

(4.1)

Trong đó, x(n/2W) là độ lớn của đại lượng x và được chọn trước, sau thời điểm

t = 0, theo chu kỳ 1/2W (s) và được gọi là mẫu chọn 1/2W Đây chính là biểu thị công việc lấy mẫu của hàm liên tục x (t) Vế thứ hai của phương trình trên được gọi

là hàm lấy mẫu Theo đó, phương trình này ám chỉ rằng, một hàm liên tục x(t) được xem là tổng các giá trị mẫu được chọn theo chu kỳ 1/2W và theo hàm lấy mẫu Tuy nhiên, sự khai triển x(t) theo cách này có một giới hạn là các thành phần tần số lớn hơn W(Hz) không hiện diện

Khi tần số cao nhất W(Hz) chứa trong x(t) được tìm thấy theo định lý này, người ta thấy rằng khoảng lấy mẫu 1/2W (s) là thích hợp, việc chọn khoảng lấy mẫu nhỏ hơn (chọn tần số lấy mẫu cao hơn) là không cần thiết Phổ tần lấy mẫu, tần số