CD-COPY.ru тиражирование CD / DVD
       РАБОТАЕМ В МОСКВЕ ПО ВСЕЙ РОССИИ

   тиражирование CD / DVD / Blu-Ray / Flash      упаковка    полиграфия    авторинг


ТИРАЖИРОВАНИЕ
СРОЧНАЯ ПЕЧАТЬ
ПЕЧАТЬ ПОЛИГРАФИИ
УПАКОВКА ДЛЯ ДИСКОВ
ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
ИНФОРМАЦИЯ

СПЕЦПРЕДЛОЖЕНИЯ
ДЛЯ ЮГА РОССИИ!
Наше представительство в Краснодаре:
тел.: +7 (918) 433-5969
e-mail: dj-klim@yandex.ru
skype: djklim1
ICQ: 29803527

УФ-лакировка Ваших дисков после струйной печати!
Целлофанирование готовой продукции!

Все о компакт-дисках. 
        Принято считать, что компакт-диск (КД) появился вследствие интенсивного совершенствования грамзаписи. В любом случае, возникновение компакт-диска стало возможным благодаря успехам сразу в нескольких областях науки и техники: информатике, микроэлектронике, лазерной технике, оптоэлектронике, точной механике, микропроцессорной технике. Что ж такое компакт-диск мы и будем потихоньку разбирать. 
Систему "компакт-диск" можно разделить на две системы - записи и воспроизведения. Сам компакт-диск имеет диаметр 12 мм (примерно в 3 раза меньше обычной грампластинки), толщину 1,2 мм, массу 10 г. Запись на диск выполняется только на одной стороне. 
Воспроизведение компакт-диска осуществляется на специальном проигрывающем устройстве, где вместо иглы применен лазерный луч. 
Внешне поверхность компакт-диска блестящая, как зеркало (хотя бывают и с темной поверхностью), совершенно гладкая, без каких-либо канавок. Если взглянуть в микроскоп, то станут заметны мельчайшие продолговатые углубления (питы), образующие дорожку записи. Все они имеют одинаковую глубину 0,1 мкм и ширину 0,5 мкм, изменяется лишь их длина - от 0,9 до 3,3 мкм. Расстояние между питами 0,5 мкм, шаг записи - 1,5 мкм (в 50 раз плотнее, чем у обычной пластинки). 
В разрезе диск показан на рис. 1. Он состоит из пластмассовой прозрачной подложки 1, несущей информацию, алюминиевой отражающей пленки 2, нанесенной на подложку, лакового непрозрачного защитного слоя 3 с этикеткой. Цифрой 4 обозначены питы, образующие дорожку записи. 
Компакт-диск
Компакт-диск
Рис. 1 - Компакт-диск 
Дорожка записи с питами находится внутри диска и предохранена от повреждения, неправлена по спирали от центра к краю диска. Внутренний диаметр зоны записи равен 45 мм, наружный - 116мм. 
Всего концентрических дорожек с информацией около 20 000, общая длина примерно 5 км. На каждом миллиметре по радиусу умещается около 700 витков спирали - примерно в 70 раз больше, чем на обычной пластинке. Информация с диска считывается бесконтактным способом с помощью лазерного луча. Вопрос о сохранности пластинки, как уберечь её от "запиливания" отпадает сам собой. 
Компакт-диск не боится пыли, отпечатков пальцев (в разумных пределах), мелких царапин. Все дело в том, что если на информационном слое диска луч фокусируется в пятно размером около одного микрона (1 мкм), то на наружной поверхности диска размер его возрастает в тысячу раз - до 1 мм и мелкие дефекты на поверхности диска луч просто не замечает (рис. 2). Информационная емкость КД огромна - 5 миллиардов бит (на обычной пластинке - десятки миллионов бит). Все эти биты разделены на группы по 16 бит, представляющие собой единицу кодирования звука. 
Эффект фокусирования луча на дорожке записи
Рис. 2 - Эффект фокусирования луча на дорожке записи 
Параметры кодирования информации компакт-диска соответствуют международному страндарту цифровой звукозаписи - частота дискретизации 44,1 кГц, число разрядов 16. На диске имеется три области: записи сигналов вводной, выводной дорожки, программной записи. 
В области вводной дорожки записываются управляющие сигналы, сигналы коррекции ошибок и другая служебная информация. При считывании "оглавления" диска выдается номер и время начала записанного музыкального произведения и обеспечивается непосредственный доступ к выбранному музыкальному произведению. 
В программной области помимо основной стереопрограммы в промежутках записываются справочные данные, касающиеся номера музывальных произведений, время звучания (время записывается в минутах и секундах). В области выводной дорожки записываются управляющие сигналы на окончание цикла воспроизведения. 
Из-за брака при прессовании или попадании пыли на информационную дорожку в цифровую запись компакт-диска могут вкрасться ошибки. Чтобы они не влияли на качество записи, предусмотрено помехоустойчивое кодирование информации. 
Как-то в литературе высказывалось о том, что применяемый в системе компакт-диск метод позволяет исправлять группы ошибок длиной до 3548 бит, что соответствует 2,38 мм поверхности диска. Это якобы означает, что на диске можно просверлить отверстие диаметром 2,38 мм и это никак не отразится на качестве воспроизводимого сигнала. Кому интересно, может проверить, хотя не советую поганить компашку. 
Имеется возможность записи на компакт видеоинформации. Это позволяет одновременно с воспроизведением звука получать на экране цветного телевизионного приемника неподвижное изображение в виде одиночных кадров - названия музыкального произведения, стихов исполняемой песни, тематического видеосопровождения. Для этой цели используется служебная информация. 
С учетом всех дополнительных операций кодирования цифровой информации общая скорость цифрового потока, подлежащая записи, составляет 4,32 Мбит/с. 
Сформированная таким образом программная и служебная информация записывается на цифровом магнитофоне. Полученную магнитофонную сигналограмму называют мастер-лента, она является информационным подлинником КД. 
При воспроизведении звуковой компакт-диск вращается с постоянной линейной скоростью (Constant Linear Velocuty - CLV), при которой скорость дорожки относительно воспроизводящей головки приблизительно равна 1.25 м/с. Система стабилизации скорости вращения поддерживает ее на таком уровне, чтобы обеспечить скорость считанного цифрового потока равной 4.3218 Мбит/с, поэтому в зависимости от длины питов и промежутков действительная скорость может изменяться. Угловая скорость диска при этом изменяется от 500 об/мин при чтении самых внутренних участков дорожки до 200 об/м на самых внешних. 
Для считывания информации с диска используется полупроводниковый лазер с длиной волны около 780 нм (инфракрасный диапазон). Луч лазера, проходя через фокусирующую линзу, падает на отражающий слой, отраженный луч попадает в фотоприемник, где происходит определение питов и промежутков, а также проверка качества фокусировки пятна на дорожке и его ориентации по центру дорожки. При нарушении фокусировки происходит перемещение линзы, работающей по принципу диффузора громкоговорителя (voice coil - звуковая катушка), при отклонении от центра дорожки перемещение всей головки по радиусу диска. В сущности, системы управления линзой, головкой и шпиндельным двигателем в приводе являются системами автоматической регулировки (САР) и находятся в режиме постоянного слежения за выбранной дорожкой. 
Качество воспроизведения с новых дисков беспрецендентно для бытовой аппаратуры, и именно оно, а не компактность и удобство хранения является основным их достоинством. Цифровые пластинки обеспечивают воспроизведение в максимально возможной полосе частот 20...20 кГц при динамическом диапазоне более 80 дБ, при полном отсутствии импульсных помех (щелчков, потрескиваний) и шумов, характерных для обычных граммпластинок. Практически осуществляется полное разделение стереоканалов (лучшая передача стереофонической картины). 
Введение. Появление компакт-диска 
Компакт-диск был задуман как носитель звуковой информации, однако его предшествинником с большим основанием все же следует считать лазерный видеодиск системы Laser Vision, а вовсе не виниловую грампластинку. Именно в процессе развития дисковой видеозаписи была отработана технология лазерной записи информации на оптический носитель, технология изготовления самого диска и способы конструирования сервосистем таких проигрывателей. 
Первые работы по оптической записи информации на дисковый носитель начались в 1961 году в стенах Стэнфордского университета в США. Запись информации осуществлялась фотографическими методами в виде светлых точек и черточек на темном фоне. Воспроизведение такой записи производилось путем просвечивания видеодиска лучом ртутной лямпы. 
В дальнейшем развитие видеодисков пошло по четырем основным направлениям. 
Первым был разработан механический способ видеозаписи в 1970 году. Способ, разработанный западногерманской фирмой TELEFUNKEN и английской фирмой DECKA, состоял в том, что видеосигнал записывался на хлорвиниловый диск диаметром 21 см и толщиной 1,2 мм в виде мелких зубчиков на стенках V-образной канавки. Воспроизведение такой записи осуществлялось, как и в обычной грамзаписи, с помощью алмазной иглы. Запись механических дисков-оригиналов производилась так же, как и запись оригиналов для аналоговых грампластинок - путем вырезания канавки на диске с лаковым покрытием. Тиражирование таких видеодисков производилось так же и на том же оборудовании, что и долгоиграющие грампластинки. 
Второй способ видеозапси - емкостной - предложен в 1972 году американской фирмой RCA. Запись информации при этом способе аналогична записи механического видеодиска - с помощью резца, соединенного с пьезоэлементом. Осуществлялась она на алюминиевый диск, покрытый медью. Затем по первому оригиналу делали матрицу, а по ней из хлорвинила формировали видеодиски. Готовые видеодиски покрывались сначала тонкой металлической пленкой, а потом диэлектрическим защитным слоем. 
Воспроизведение такой записи заключаслось в изменении электрической емкости между электродом, расположенным на кончике воспроизводящей иглы, и металлической пленкой видеодиска. Там, где на поверхности видеодиска выступ - расстояние между ними уменьшалось и емкость, соответственно, увеличивалась. Там, где на диске углубление - расстояние увеличивалось, а емкость уменьшалась. С этой емкостью была соединина внешняя индуктивность, образуя резонансный контур. На контур подавалось переменное напряжение с частотой 915 МГц. Изменение емкости изменяло резонансную частоту контура и модулировало по амплитуде несущее колебание, что и обеспечивало возможность выделения видеосигнала. 
Третий метод - оптический - разработан к 1972 году фирмой PHILIPS. Здесь записанный сигнал представлял собой ряд углублений на отражающей поверхности диска, покрытого алюминием. Диск изготовлялся из прозрачной пластмассы и считывание производилось сквозь всю его толщину (около 1 мм). Считывающий луч либо отражался от алюминиевого слоя, либо рассеивался на углублениях, модулируя таким образом отраженный пучок, который и использовался для формирования воспроизведенного сигнала. 
Аналогичная система в 1972 году была предложена фирмой МСА. А в 1973 году французская фирма THOMSON разработала видеодиск, воспроизведение которого осуществлялось не в отраженном, а в проходящем свете. Здесь луч лазера, проходя сквозь диск и расположенную внутри него дорожку, освещал четырехплощадочный фотоприемник, регистрирующий информационный сигнал и синал автотрекинга. 
Четвертый способ записи видеосигнала на диск - магнитный - разработан западногерманской фирмой BOGEN в 1973 году. Здесь для записи и воспроизведения использовался тот же принцип, что и в магнитной записи на ленту, только вместо ленты роль носителя выполнял магнитный диск с рабочим слоем на основе двуокиси хрома толщиной 12 мкм. 
Все способы видеозаписи были доведены до промышленного производства и в течении более или менее продолжительного периода времени занимали свое место на рынке видеоносителей. 
Первые цифровые звуковые диски, которые начали появляться с начала 1973 года, были очень похожи на предшествовавшие им видеодиски. Здесь было три направления в способах записи информации - механический, емкостный и оптический. Механический вариант предложила фирма TELEFUNKEN, емкостной - фирма NIPPON BIKUTA, а оптический - несколько фирм: PHILIPS, SONY, HITACHI, MITSUBISHI, SANYO и др. 
Среди оптических проигрывателей самым похожим на нынешний проигрыватель компакт-дисков был образец фирмы PHILIPS. Диаметр диска составлял 12 см (у всех других - 30 см), время звучания - один час, использовался уже разработанный к тому времени канальный код EFM (8-14) (Eight to Fourteen Modulation) и способ воспроизведения с постоянной линейной скоростью. 
В июне 1979 года между фирмами PHILIPS и SONY был заключен договор о проведении совместных работ по созданию системы оптической записи звука. 
В октябре 1980 года по инициативе конференции по цифровой звукозаписи была организована выставка, где демонстрировались проигрыватели всех трех систем. 
В апреле 1981 года представители 50 заинтересованных фирм на очередной конференции провели анализ положения на рынке сбыта каждой из предлагаемых систем звукозаписи. 
На следующей выставке - в октябре 1981 года - оптические проигрыватели демонстрировали уже 16 фирм, и лишь две - емкостные. 
Наиболее совершенной из всех оказалась система с оптическим диском, разработанная совместными усилиями SONY и PHILIPS. Небольшие размеры диска и использование полупроводникового лазера позволяли в будущем создавать малогабаритные аппараты невысокой стоимости. Кроме того, лазерный проигрыватель - единственный из всех, где считывание производится бесконтактным методом. Значит и диск, и считывающий узел при этом не изнашиваются, следовательно, и пластинка будет очень долговечной. Нельзя не учитывать и психологического воздействия на покупателя красивой, переливающейся всеми цветами радуги, зеркальной поверхности компакт-диска и необычным использованием в бытовой аппаратуре загадочного и непонятного для простого обывателя прибора - лазера. В результате к маю 1982 года фирмами SONY и PHILIPS был подготовлен проект международного стандарта на систему оптической звукозаписи "Компакт-диск". В это же время были завершены работы по созданию необходимых полупроводниковых лазеров и специализированных БИС цифровой обработки сигнала, которые являются основными элементами проигрывателей компакт-дисков.
К сентябрю того же года контракты на производство проигрывателей CD и самих компакт-дисков подписали уже 44 фирмы (из них только 11 - не японские). В октябре 1982 года стандарт на систему "Компакт-диск" был принят на конференции подкомитета 60А МЭК (Международной Электротехнической Комиссии) и компакт-диск начал свою экспансию по рынкам планеты. 
Работы по созданию системы цифровой лазерной звукозаписи проводились и в нашей стране. В 1975 году в структуре ВНИИРПА им. А. С. Попова с этой целью была сформирована научно-исследовательская лаборатория под руководством Э. И. Вологдина. 
Эксперименты по записи дисков проводились в специальном помещении, где поддерживалась идеальная чистота и которое было оборудовано системой очистки воздуха до уровня не более 100 пылинок на 1 м3 объема (так называемая "чистая комната"). 
В время работы над проигрывателем много усилий было потрачено на поиск оптимальных методов автофокусировки, автотрекинга и управления двигателем вращения диска. Сложность заключалась в том, что, поскольку полупровдниковых лазеров тогда ещё не было, для считывания пришлось использовать имевшийся в наличии газовый лазер ЛГ-75. В этих условиях конструкция сервосистем проигрывателя в корне отличалась от той, что стала традиционной после появления полупровдниковых лазерных диодов. Лазер был закреплен неподвижно, а диск располагался на подвижной каретке. Луч лазера направлялся к поверхности диска через сложную систему оптических элементов - линз, призм и зеркал. Ошибка слежения за дорожкой отрабатывалась путем перемещения каретки с диском. 
Такое техническое решение (неподвижный лазер и подвижная каретка с диском) спустя 15 лет(!) было заново "изобретено" и широко разрекламировано в своих новейших моделях проигрывателей фирмой SONY как "Fixed pick Up" механизм. 
Из-за того, что лабораторные образцы всегда делаются на дискретных элементах (специализированные микросхемы появляются только после того, как полностью закончены исследования и отработана схемотехника), они получаются довольно громоздкими. "ЛУЧ-001" состоял из друх блоков. Верхний блок (тот, где диск и лазер) содержал считывающий узел и все контролирующие его работу сервосистемы. Нижний блок - это декодер вместе с системами синхронизации. Он тоже выполнен на обычных серийных микросхемах. 
Модель проигрывателя "ЛУЧ-002" демонстрировалась на ВДНХ. Специально для демонстрации на него записали лирическую мелодию из к/ф "Мой ласковый и нежный зверь". 
Основные понятия 
Преобразование звукового сигнала в цифровую форму заключается в измерении мгновенных значений его амплитуды через равные промежутки времени и представлении полученных значений, называемых отсчетами, в виде последовательности чисел. Эта процедура называется аналого-цифровым преобразованием, а устройство для её реализации - аналого-цифровым преобразователем (АЦП). 
Числа, полученные в результате аналого-цифрового преобразования, выражаются в двоичной системеисчисления, т. е. в виде комбинации всего двух цифр - нулей (0) и единиц (1). 
Процесс преобразования непрерывного аналогового сигнала в последовательность его мгновенных значений (выборок) называется дискретизацией (рис. 1). 
Определение численного значения величины выборки (отсчета) называется квантованием. Для этого весь диапазон возможных изменений амплитуды преобразуемого сигнала делится на множество уровней квантования, количество которых определяется разрядностью используемого при этом двоичного числа. Чем больше число разрядов квантования, тем меньше расстояние между уровнями квантования (шаг квантования) и тем выше получается точность преобразования. 
Аналого-цифровое преобразование
Рис. 1 - Анолого-цифровое преобразование 
В процессе квантования за величину выборки (отсчет) принимается номер ближайшего уровня квантования (третий график на рис. 1). 
В большинстве существующих цифровых звуковых форматов используется 16-разрядное квантование. Это позволяет получить точность преобразования 1/216 = 1/65536. 
С числом разрядов квантования N физически связан динамический диапазон D звукового сигнала: 
D=6N+1,76 dB = 6N + 2 dB 
Следовательно, для цифровых систем звукозаписи с 16 разрядным квантованием: 
D = 6*16 + 2 = 98 dB 
Скорость следования отсчетов в секунду называется частотой дискретизации, а расстояние между двумя соседними отсчетами - периодом дискретизации
Выбор частоты дискретизации в общем случае определяется известной теоремой Котельникова (теоремой отсчетов), которая в оригинале звучит так: 
"Если наивысшая частота в спектре функции S(t) меньше, чем fm, то функция S(t) полностью определяется последовательностью своих значений в моменты, отстоящие друг от друга не более чем на 1/2fm секунд". 
В рассматриваемом случае под функцией S(t) следует понимать непрерывный аналоговый звуковой сигнал, а под частотой fm - наивысшую частоту требуемого звукового диапазона. Если необходимо точно отобразить аналоговый сигнал в диапазоне до fm, то отсчеты должны следовать с периодом, по крайней мере, в два раза меньшим, чем период частоты fm. Иными словами, частоту дискретизации следует выбирать так, чтобы она была, по меньшей мере, в два раза выше максимальной частоты звукового диапазона. 
При этом минимально возможная частота дискретизации Fд = 2fm называется частотой Найквиста FH = 2fm
На практике частота дискретизации Fд = (2,1...2,4)fm. 
Дальнейшие рассуждения будут более понятными, если взглянуть на полную схему тракта аналого-цифрового преобразования, показанную на рис. 2. 
Структурная схема блока АЦП
Рис. 2 - Структурная схема блока АЦП 
Чаще всего требуемая полоса звуковых частот ограничивается 20...22 кГц, а частота дискретизации при этом выбирается равной 44,1 или 48 кГц. 
Это обусловлено тем, что между наивысшей частотой звукового диапазона fm, и половиной частоты дискретизации Fд/2 должен быть некоторый интервал, в который нужно поместить срез амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) фильтра низких частот (ФНЧ), расположенного на входе блока аналого-цифрового преобразования. Это ФНЧ, который называется антиэлайсинг фильтром, нужен для того, чтобы ни одна составляющая спектра выше Fд/2 не попала на преобразователь. Дело в том, что спектр дискретизованного сигнала обладает периодической структурой. Кроме низкочастотной части, отображающей сам звуковой сигнал, он имеет ещё и высокочастотные компоненты в виде боковых полос с центрами в точках, кратных частоте дискретизации (рис. 3). Если спектр звукового сигнала перед преобразованием не ограничить, то его высокочастотная часть может наложиться на смежную боковую полосу. При этом в преобразованном сигнале возникнут неустранимые искажения субдискретизации в виде паразитных высокочастотных составляющих (рис. 3.а). Звучание фонограммы будет безнадежно испорчено. 
Спектр дискретизированного сигнала без ФНЧ
Спектр дискретизированного сигнала с ФНЧ
Рис. 3 - Спектр дисктретизированного сигнала:
а) без ФНЧ; б) с ФНЧ 
Поскольку в процессе квантования отсчеты могут принимать только значения кратные шагу квантования Δ, то при оценке истинного значения выборки неизбежно будет возникать некоторая ошибка q (рис. 4). Очевидно, что величина ошибки равна половине шага квантования и не зависит от уровня квантуемого сигнала. Функцию q(t) принято называть шумом квантования. Шум квантования будет тем ниже, чем меньше шаг квантования или, чем больше число разрядов квантования. 
Шум квантования
Рис. 4 - Шум квантования 
Влияние шума сильно зависит от уровня преобразуемого аналогового сигнала. Если его амплитуда мала, то возникают искажения, обусловленные появлением высших гармоник из-за зубчатой формы шума квантования. На слух это воспринимается как искажения, а не как шум. 
Ослабить влияние таких искажений можно с помощью добавления другого шума. Если подмешать во входной сигнал так называемый "белый" шум (шум, амплитуда которого практически постоянна в широком диапазоне частот), то корреляция (связь) между шумами квантования и амплитудой сигнала нарушается. При этом воспроизведенный сигнал уже не будет выглядеть искаженным. Добавление такого шумоподобного маскирующего сигнала (дифера) является важной частью процесса преобразования. 
Назначение ещё одного элемента тракта аналого-цифрового преобразования - устройства выборки и хранения (УВХ) ясно из его названия. Оно предназначено для удержания значения квантируемого сигнала на время преобразования. 
Аналого-цифровое преобразование, при котором расстояние между уровнями квантования одинаково во всем диапазоне изменения амплитуды преобразуемого сигнала называется линейным иликвантированием с постоянным шагом (рис. 5.а). 
Иногда для преобразования используют нелинейное квантование или квантование с переменным шагом (рис. 5.б). В этом случае шаг квантования увеличивается с увеличением уровня преобразуемого сигнала. Для слабых сигналов шаг квантования маленький, для сильных сигналов - большой. При прочих равных условиях такой вид квантования позволяет лучше передавать слабые сигналы, поскольку отношение сигнал/шум в этом случае будет выше, чем в случае линейного квантования. Кроме того, нелинейное квантование позволяет значительно повысить плотность записи (или скорость передачи информации), так как малым числом разрядов можно передавать большой динамический диапазон сигнала. 
Линейная характеристика квантования
Нелинейная логарифмическая характеристика квантования
Нелинейная трехсегментная характеристика квантования
Рис. 5 - Характеристики квантования:
а) линейная; б) нелинейная логарифмическая; в) нелинейная трехсегментная 
На рис. 5.б характеристика квантования имеет вид логарифмической кривой, что оптимальным образом отвечает условиям задачи. На практике реализовать такую характеристику затруднительно. Поэтому ее аппроксимируют ломанной линией, состоящей из отрезков, разбивающих весь диапазон преобразования на ряд поддиапазонов, в пределах которых шаг квантования (рис. 5.в). Сегментов может быть от трех до десяти и более. Чем их больше, тем лучше, но при этом реализация системы становится сложнее. 
Преобразование линейной характеристики в нелинейную осуществляется после АЦП с помощью специального цифрового кодирующего устройства. Обратное преобразование в воспроизводящем (или приемном) устройстве реализуется декодером с характеристикой, представляющей собой зеркальное отражение характеристики кодера относительно линейной характеристики. 
При всех своих достиствах, нелинейное квантование имеет один очень существенный недостаток. Слабые сигналы (или обертона) на фоне сильного сигнала (на участке характеристики с широким шагом квантования) могут сильно искажаться или даже исчезать совсем. Поэтому качество звука при нелинейном квантовании всегда хуже, чем при линейном. 
Процесс преобразования последовательности отсчетов в аналоговый сигнал называется цифро-аналоговым преобразованием, а устройство - цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП).
На выходе ЦАП получается ступенчатый аналоговый сигнал, величина которого равна численному значению соответствующих отсчетов. Чтобы из ступенчатого сигнала получить гладкую кривую, его необходимо пропустить через ФНЧ с характеристикой, аналогичной той, которую имел ФНЧ на входе АЦП (рис. 6). Здесь также важно, чтобы спектр звукового диапазона не перекрывался спектром ближайшей боковой полосы, ибо это также приведет к появлению искажений. 
Блок цифро-аналогового преобразования
Рис. 6 - Блок цифро-аналогового преобразования 
Для этого характеристика ФНЧ должна иметь достаточно крутой срез - такой же, как в случае антиэлайзинг фильтра при аналого-цифровом преобразовании. Порядок такого ФНЧ должен быть не ниже 12-го. Однако построение фильтров высокого порядка связано с известными трудностями. Здесь требуется применение прецизионных пассивных элементов и высококачественных ОУ с хорошей температурной и временной стабильностью. Причем, поскольку все это предназначено для использования в бытовом аппарате небольших размеров, все компоненты должны быть к тому же малогабаритными. 
Кроме того, всякий фильтр высокого порядка обладает существенно нелинейной фазовой характеристикой. А это приводит к заметным на слух искажениям звуков с крутыми перепадами уровня - барабанов, тарелок, рояля и др. 
Чтобы облегчить требования к фильтрации преобразованного сигнала, перед ЦАП можно разместить цифровой фильтр. Выполнить такой фильтр с нужными характеристиками значительно проще, чем аналоговый. Он может иметь достаточно высокий порядок и при этом обладать линейной фазовой характеристикой. 
Характеристика цифрового фильтра, как и спектр цифрового сигнала, тоже имеет периодическую структуру и тоже повторяется на частотах, кратных частоте дискретизации. Поэтому, если цифровой фильтр будет работать на частоте дискретизации Fд, то подавить высокочастотные компоненты все равно не удастся. 
Проблема может быть решена путем искусственного увеличения частоты дискретизации Fд в несколько раз. При этом недостающие значения сигнала вычисляются по известным значениям методами интерполяции (рис. 7). Схема блока ЦАП в этом случае имеет вид, показанный на рис. 8. 
Повышение частоты дискретизации с помощью интерполяции (рис. а)
Повышение частоты дискретизации с помощью интерполяции (рис. б)
Повышение частоты дискретизации с помощью интерполяции (рис. в)
Повышение частоты дискретизации с помощью интерполяции (рис. г)
Рис. 6 - Повышение частоты дискретизации с помощью интерполяции
Блок цифро-аналогового преобразования
Рис. 7 - Блок цифро-аналогового преобразования
АЧХ цифрового и аналогового фильтров после двухкратного (а), четырехкратного (б) и восьмикратного повышения частоты дискретизации
Рис. 9 - АЧХ цифрового и аналогового фильтров после двухкратного (а), четырехкратного (б) и восьмикратного повышения частоты дискретизации 
Передискретизация позволяет значительно снизить требования к характеристике аналогового ФНЧ. Даже удвоение Fд дает возможность сделать срез его АЧХ довольно пологим (рис. 9.а). А при увеличении частоты дискретизации в четыре, восемь и более раз, требования к аналоговому ФНЧ снижаются до вполне заурядных (рис. 9.б,в). За счет этого отношение сигнал/шум, а, следовательно, и динамический диапазон, можно сделать даже бОльшим, чем определяемая 16-разрядным квантованием величина в 98 дБ. 
АЦП и ЦАП на основе сигма-дельта модуляции 
В последнее время все более широкое распространение получают методы А/Ц и Ц/А преобразования на основе использования сигма-дельта модуляции, когда квантование осуществляется всего одним разрядом, но с частотой в десятки и сотни раз превышающей частоту Найквиста (FH). В процессе такого преобразования анализируется не амплитуда сигнала, а направление её изменения. Если амплитуда возрастает, то результатом преобразования будет 1, а если уменьшается - то 0. Нулевой уровень кодируется чередующимися нулями и единицами. 
Сигма-дельта (или дельта-сигма, кому как) модуляция известна достаточно давно - с 1962 года. Однако практическое применение её в системах высококачественного воспроизведения звука было затруднено тем, что не было достаточно быстродействующей элементной базы. 
Основная идея такого метода состоит в том, что спектр шума квантования, возникающего в процессе дискретизации с низким разрешением, преобразуется так, что в полосе звуковых частот его уровень понижается, а в области высоких частот (за пределами основной полосы) повышается. Затем полученный цифровой поток обрабатывается прореживающим фильтром низких частот (фильтр-дециматор) с получением в результате последовательности отсчетов необходимой разрядности, следующих с выбранной частотой дискретизации. 
Схема блока аналого-цифрового преобразования с использованием сигма-дельта модуляции приведена на рис. 1. В отличии от многоразрядных АЦП, здесь для выделения полосы частот звукового сигнала не требуется применения сложного фнтиэлайсинг-фильтра. Вполне достаточно простого ФНЧ 3-го порядка. Кроме того, не требуется и применения устройства выборки и хранения (УВХ), так как преобразование аналогового сигнала осуществляется непосредственно, без предварительной фиксации величины выборки. 
Блок АЦП с использованием сигма-дельта модулятора
Рис. 1 - Блок АЦП с использованием сигма-дельта модулятора 
Схема простейшего сигма-дельта модулятора, выполняющего функции одноразрядного АЦП, представлена на рис. 2. Он включает в себя квантователь (непосредственно сам одноразрядный АЦП), интегратор (одноразрядный ЦАП) и фильтр-преобразователь шума (в зарубежной литературе - noise shaper). Одноразрядный АЦП является источником шума квантования высокого уровня, спектр которого для упрощения вычислений обычно считают равномерно распределенным вдоль оси частот - белым шумом (на самом деле он таковым не является - из-за нелинейности квантователя, охваченного петлей обратной связи). 
Для того, чтобы минимизировать содержание шумов в полосе звуковых частот, в схему включен рекурсивный фильтр-преобразователь, который перемещает часть спектра шума квантования в высокочастотную область, где его можно легко отфильтровать на стадии децимации (рис. 3). 
Простейший сигма-дельта модулятор
Рис. 2 - Простейший сигма-дельта модулятор
Эффект применения фильтра-преобразователя
Рис. 3 - Эффект применения фильтра-преобразователя 
Рекурсивным фильтром называется такой фильтр, значение сигнала на выходе которого в любой момент времени зависит не только от конечного числа отсчетов входного сигнала, но и благодаря обратным связям, от некоторого числа отсчетов выходного сигнала в предшествующие моменты. Такие фильтры назывют ещё фильтрами с бесконечной импульсной характеристикой или БИХ-фильтрами
Фильтр, значение сигнала на выходе которого зависит только от конечного числа отсчетов на его входе, называется трансверсальным фильтром или фильтром с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтром)
Схема блока цифро-аналогового преобразования с использованием сигма-дельта модуляции приведена на рис. 4. Здесь процедура преобразования обратна вышеописанной. Вначале последовательность n-разрядных отсчетов, следующих с частотой Найквиста, поступает на трансверсальный фильтр-интерполятор. Здесь скорость следования отсчетов увеличивается в N раз и вычисляются промежуточные значения сигнала. Разрядность их при этом может увеличиваться, уменьшаться или оставаться прежней. Это зависит от алгоритма преобразования. 
Блок ЦАП с использованием сигма-дельта модулятора
Рис. 4 - Блок ЦАП с использованием сигма-дельта модулятора 
После этого последовательность отсчетов поступает на рекурсивный фильтр-преобразователь шума, задачи которого те же, что и при аналого-цифровом преобразовании - переместить часть спектра шума из основной полосы в область высших частот (рис. 3). При этом разрядность отсчетов уменьшается до одного. Полученный двоичный поток подается на простой одноразрядный ЦАП, построенный на основе переключаемых емкостей, который формирует из него аналоговый сигнал. Окончательная фильтрация осуществляется аналоговым ФНЧ 3-5-го порядков. 
Основным достоинством одноразрядного преобразователя является простота исполнения квантователя и ЦАП, не требующих высокоточных взвешивающих элементов, которые очень сложно реализовать в интегральном исполнении. 
Принцип сигма-дельта модуляции положен в основу разработанного фирмой PHILIPS метода цифро-аналогового преобразования "Bit Stream", который до сих пор широко используется ею в своих проигрывателях компакт-дисков. Алгоритм такого преобразования, реализованный в микросхеме SAA7320 и её многочисленных модификациях, показан на рис. 5. 
Алгоритм работы системы Bit Stream, реализованной в МС SAA7320
Рис. 5 - Алгоритм работы системы "Bit Stream", реализованный в МС SAA7320 
На первом этапе производится увеличение частоты дискретизации исходного сигнала в 256 раз (4х32х2), которая после этого становится равной 11,2396 МГц. Промежуточные значения отсчетов вычисляются вначале с помощью трансверсального фильтра с линейной фазовой характеристикой, затем с помощью линейной интерполяции и, наконец, путем удержания предыдущего значения. Здесь же к полезному сигналу подмешивается Маскирующий шумоподобный сигнал (дифер), из-за чего разрядность отсчетов повышается до 17. На этом этапе, кроме передискретизации, осуществляется ещё и цифровая регулировка громкости выходного сигнала проигрывателя, а также реализуется функция приглушения, которая включается при наличии длинных последовательностей искаженных отсчетов. 
После передискретизации производится преобразование спектра шума квантования с помощью сигма-дельта модулятора второго порядка (рис. 6). При этом число разрядов в потоке данных уменьшается до одного. В результате такой операции большая часть шумов квантования из слышимой области перемещается далеко за её пределы. 
Фильтр-преобразователь шума (сигма-дельта модулятор 2-го порядка) системы Bit Stream
Рис. 6 - Фильтр-преобразователь шума (сигма-дельта модулятор 2-го порядка) системы "Bit Stream" 
И, наконец, на последнем этапе из двоичного потока формируется аналоговый сигнал. Такое формирование осуществляется с помощью простого одноразрядного преобразователя, представляющего собой устройство с переключаемыми емкостями. Выходной каскад ЦАП является к тому же первым звеном аналогового ФНЧ. 
Окончательное устранение шумов квантования осуществляется аналоговым фильтром Баттерворта третьего порядка. Здесь же производится коррекция предыскажений (деимфазис), если в служебных данных присутствует сигнал о их наличии. 
Параллельно с фирмой PHILIPS на возможности сигма-дельта модуляции обратили внимание и разработчики японского концерна MATSUSHITA. Однако они пошли несколько иным путем. Установлено, что степень подавления шумов квантования сигма-дельта модулятором возрастает с повышением его порядка, но стабильность контура сигма-дельта модулятора при этом уменьшается. Максимально возможным устойчивым контуром является контур второго порядка. Не случайно именно он был использован фирмой PHILIPS в своей системе "Bit Stream". 
Японские специалисты нашли выход из положения, соединяя одноконтурные и двухконтурные сигма-дельта модуляторы в каскадную схему. 
Особенности звучания цифровых фонограмм, обусловленные аналого-цифровым преобразованием 
Для любого цифрового источника звуковых программ блок цифро-аналогового преобразования является определяющим звеном тракта воспроизведения, ответственным за качество и характер звучания аппарата. От него зависят все основные параметры звука - отношение сигнал/шум, динамический диапазон, полоса воспроизводимых частот, а также его тембральная окраска. Конечно, динамический диапазон и отношение сигнал/шум для носителей, использующих линейное квантование (например, CD или DVD-Audio) в первую очередь определяются его разрядностью, а полоса воспроизводимых частот - частотой дискретизации. 
Однако, первые два параметра можно улучшить (как, впрочем, и ухудшить) путем использования тех или иных компонентов тракта цифро-аналогового преобразования, в том числе и самого преобразователя, а также способом выполнения цифровых и аналоговых ФНЧ. 
Третий же параметр - полосу воспроизводимых частот - расширить невозможно. Для CD предельное значение её верхней границы - 20 кГц (имеется ввиду CD, записанные с частотой дискретизации 44,1 кГц). Это ограничение строго выполняется ещё при подготовке фонограммы для записи на мастер-диск. Все частотные компоненты выше 20 кГц тщетельно отфильтровываются. Строго говоря, подавлены должны быть все составляющие спектра выше частоты 22,05 кГц, которая равна половине частоты дискретизации. Но, поскольку срез реальной АЧХ не бывает абсолютно вертикальным, запас в 2,05 кГц нужен для того, чтобы обеспечить переход от полосы пропусканиния к полосе задерживания. Если останется хоть один компонент выше 22,05 кГц, то в фонограмме появятся неустранимые искажения, обусловленные самим принципом аналого-цифрового преобразования. 
Поэтому бессмысленно пытаться расширить полосу воспроизводимых частот в проигрывателе компакт-дисков или другом цифровом аппарате, использующем частоту дискретизации 44,1 кГц. Составляющих спектра выше 20 кГц там все равно нет (по крайней мере полезных). Но и за эти "законные" 20 кГц ещё нужно побороться. Сами по себе, автоматически, они не получатся. Для этого используют все существующие на сегодняшний день возможности - искусственное повышение частоты дискретизации, эффективную цифровую фильтрацию, а также добротные аналоговые ФНЧ с хорошей неравномерностью в полосе пропускания. Особенно сложно это сделать на краях диапазона - вблизи единиц Герц и вблизи 20 кГц. Поэтому в моделях низких ценовых категорий, как правило, ограничиваются какими-то необходимыми и достаточными, с точки зрения разработчиков, цифрами. Например: 20 Гц...18 кГц, 10 Гц...20 кГц или 2 Гц...20 кГц. В среднестатистических условиях домашнего прослушивания особенно сильного влияния на звучание фонограмм это не оказывает (если Вы, конечно, не меломан). 
Особенности звучания цифровой аудиоаппаратуры вытекают из самой природы процессов преобразования непрерывного аналогового сигнала в дискретный (цифровой) и обратно. Определяющим, конечно, является первичный этап, а именно: каким способом и с помощью каких аппаратных средств осуществляется аналого-цифровое преобразование. Однако, результат этого этапа изначально ограничен условиями того, в какой форме требуется представить информацию для записи на носитель - в виде последовательности отсчетов (CD, DAT, DVD-Audio) или в виде непрерывного одноразрядного потока (SuperAudioCD). 
Если требуется получить, скажем, последовательность 16-разрядных отсчетов с частотой 44,1 кГц для подготовки мастер-диска CD, то с какой бы точностью не производилось квантование (18, 20 или 24 разряда), результат все равно будет обладать 16-разрядным разрешением - и не более того. То же самое получится в случае формирования 16-разрядных отсчетов с помощью сигма-дельта модуляции и последующим понижением частоты дискретизации до 44,1 кГц. Но, с другой стороны, не стоит думать, что использование высокоразрядного линейного АЦП или одноразрядного кодирования в данном случае неоправданно. Линейные АЦП из-за целого ряда погрешностей почти всегда имеют реальную точность ниже номинальной. Применение 16-разрядного АЦП в действительности могло бы обеспечить только 15-разрядный результат, а то и хуже. Поэтому, чем выше номинальная мочность преобразователя, тем более "честными" получаются требуемые 16 разрядов. 
Наилучшие результаты дают одноразрядные АЦП с использованием сигма-дельта модуляции. По этой причине, а также вследствии их простоты и дешевизны, они получают все более широкое распространение на практике. Только с их помощью можно получить реальную точность в 20 или 24 разряда, которая требуется при подготвке материала для записи дисков DVD-Audio. Преобразования одноразрядного потока в последовательность отсчетов не требуется, если речь идет о подготовке материала для записи на диск SuperAudioCD (SACD). 
Если же говорить о форматах, где звуковая информация записывается на носитель в форме n-разрядных отсчетов (CD, DAT, MD, DVD-Audio), то для воспроизводящего устройства качество исходного материала определяется только параметрами квантования - разрядностью и частотой дискретизации. При условии, конечно, что эти параметры полностью обеспечены на этапе аналого-цифрового преобразования, независимо от того, каким именно способом оно производилось. 
Если источником звуковой информации является компакт-диск, то исходный материал, представленный на нем в виде 16-разрядных отсчетов, следующих с частотой 44,1 кГц, номинально позволяет получить отношение сигнал/шум и динамический диапазон порядка 98 дБ, коэффициент нелинейных искажений 0,0015% и полосу частот до 20 кГц. В принципе этого вполне достаточно, чтобы качество звучания удовлетворяло самого взыскательного слушателя. Для сравнения: лучшие аналоговые записи могут обеспечить динамический диапазон порядка 60-70 дБ, а коэффициент нелинейных искажений - порядка 0,1-0,3%. Но у всякого цифрового источника (даже при условии реализации номинальных качественных характеристик) есть одна особенность. Величины отношения сигнал/шум и коэффициента нелинейных искажений справедливы только для сигнала с амплитудой, близкой к максимальной. Если же в фонограмме есть фрагменты тихого звучания - скажем, такого, который кодируется тремя-четырьмя разрядами, то соотношение между полезным сигналом и шумом квантования резко ухудшается. Например, при уровне сигнала, для кодирования которого достаточно четырех разрядов, величина шума квантования будет составлять уже 1/24=1/16=6,25%. А это уже много. Звучание фонограммы в этом случае обогащается высшими гармониками и приобретает специфическую "цифровую" окраску - как бы с "песочком". 
Кстати, обратите внимание на то, что в аналоговой записи чем слабее сигнал, тем он чище, так как в нем меньше нелинейных искажений, а чем уровень сигнала выше, тем искажений больше. В цифровой записи все наоборот - чем сильнее сигнал, тем он качественнее, а слабые сигналы передаются с искажениями. Причем зависимость здесь прямо пропорциональна - чем меньшее число разрядов задействовано для кодирования звука, тем хуже его качество. 
Однако, здесь не надо путать с общей громкостью звучания фонограммы. Если просто уменьшить уровень воспроизведения какой-либо цифровой записи, то качество звука от этого не ухудшится. Речь идет только о тихих звуках внутри фонограммы с присутствием громких звуков. 
Средства борьбы с цифровыми искажениями уже известны - это использование передискретизации высокоразрядных ЦАП и сигма-дельта модуляции. 
При повышении частоты дискретизации цифровой фильтр-интерполятор вычисляет промежуточные значения отсчетов. Число разрядов в полученных результатах при этом увеличивается. Если использовать для преобразования 16-рарядный ЦАП, то лишние младшие разряды округляются до ближайшего 16-разрядного значения. Но если процедура обеспечивает отношение сигнал/шум 98 дБ и более, то имеет смысл использовать ЦАП более высокой разрядности, например, 18-разрядный или 20-разрядный. Хотя такая замена имеет смысл в любом случае. Дело в том, что ЦАП - изделие, требующее очень высокой точности в технологии изготовления, обеспечить которую даже в современных условиях крайне сложно. Из-за этого они всегда обладают некоторой нелинейностью преобразования, отражающую ошибку, которую может дать реальное единичное приращение формируемого уровня аналогового сигнала в сравнении с теоретическим. Эта величина связана с величиной приращения от младшего значащего разряда. 
Кроме того, ЦАП сам является источником некоторого фонового шума, обусловленного шумами входящих в его состав элементов. Существуют также и другие погрешности цифро-аналогового преобразования. Именно из-за наличия этих погрешностей многоразрядные ЦАП (а также АЦП) далеко не всегда имеют реальную разрешающую способность, соответствующую номинальной. Кроме того, успех применения многоразрядных ЦАП в проигрывателях компакт-дисков весьма сомнителен из-за того, что источник цифрового сигнала - сам компакт-диск - все равно остается 16-разрядным, так что, строго говоря, какой бы высокоразрядный ЦАП не использовался, разрешающая способность полученного результата все равно останется 16-разрядной. Единственным, но достаточно серьезным преимуществом увеличения разрядности применяемого ЦАП, является уменьшение уровня его собственных шумов и улучшение линейности преобразования. Иногда вместо одного ЦАП в каждом стереоканале используют по два. При этом один из ЦАПов преобразует положительную полуволну аналогового сигнала, другой - отрицательную. Эффект от такого включения в общем случае эквивалентен увеличению разрешающей способности на один разряд. В деталях - все зависит от способа включения и от типа самого преобразователя. 
Более эффективным способом борьбы с шумами дискретизации представляется использование сигма-дельта модуляции - как в системах "Bit Stream" фирмы PHILIPS и MASH фирмы MATSUSHITA (TECHNICS, Panasonic). Например, в модели TECHNICS SL-PS 840 отношение сигнал/шум составляет 118 дБ, динамический диапазон - 99 дБ, а коэффициент гармонических искажений - 0,0015%. 
Пионером на пути к увеличению частоты дискретизации и уменьшению разрядности цифро-аналоговых преобразователей была фирма PHILIPS, которая уже в самых первых моделях своих проигрывателей - CD-100, CD-200 и CD-300 использовала 14-разрядный преобразователь TDA1540 и 4-х кратный фильтр передискретизации SAA7030. Результат при этом получался лучше, чем у другой основоположницы стандарта на систему "Компакт-диск" - фирмы SONY, которая в своих первых моделях проигрывателя CD использовала "честный" 16-разрядный ЦАП без всяких цифровых фильтров. В те времена даже 16-разрядные преобразователи были дорогими и неточными, и приходилось использовать сложные аналоговые фильтры с крутым срезом АЧХ, но нелинейной фазовой характеристикой. 
Теперь обратим внимание ещё на одну особенность цифровой звукозаписи. При формировании программ для записи на компакт-диски на студии используют обычные усилители звуковой частоты; для лучшей передачи высокочастотных составляющих спектра звуковых сигналов их часто усиливают с тем, чтобы при воспроизведении ровно на ту же величину ослабить. Характер такого усиления (предыскажения) оговорен стандартом на систему "Компакт-диск" и иллюстрируется рис. 7. Эта операция носит названиепреимфазиса
Характеристика преимфазиса
Рис. 7 - Характеристика преимфазиса
Характеристика деимфазиса
Рис. 8 - Характеристика деимфазиса 
Любой проигрыватель компакт-дисков имеет цепи обратной коррекции (деимфазиса) (рис. 8). Информация о том, сделана ли данная запись с использованием преимфазиса или без него, содержится в служебной группе, которая присутствует в каждом кадре записанной фонограммы. Управляющий процессор проигрывателя фиксирует такую информацию и автоматически включает цепь деимфазиса, если это необходимо. Никакого вмешательства пользователя при этом не требуется. Цепь деимфазиса представляет собой часть ФНЧ, расположенного после ЦАП. 
Если проигрыватель не имеет блока цифро-аналогового преобразования и воспроизведение осуществляется через цифровой выход, то цепь деимфазиса должна располагаться во внешнем блоке ЦАП. В этом случае интерфейс, связывающий проигрыватель и блок ЦАП, должен предусматривать сигнал о наличии преимфазиса. В случае отсутствия такой информации должны быть предусмотрены соответствующие входы или переключатели на блоке ЦАП. При этом следует иметь в виду, что подавляющее большинство записей на компакт-дисках делается с использованием преимфазиса. Так что, если информация отсутствует, то он скорее есть, чем нет, и коммутацию входов ЦАП нужно делать с учетом именно этого предположения. В противном случае фонограмма будет перенасыщена высокочастотными составляющими и получится очень грубое звучание. 
Слежение за дорожкой (автотрекинг)
При тиражировании компакт-дисков неизбежно возникают некоторые отклонения записи, которые зовутся красивым словом эксцентриситет. Его (эксцентриситета) предельная величина, в соответствии со стандартом, не должна превышать ±70 мкм. Однако и эта цифра достаточно велика. Для воспроизведения информации с дорожки шириной 0,6...0,8 мкм нужно, чтобы сфокусированный луч лазера удерживался на ней с точностью ±0,1 мкм. Поэтому требуется применение системы автоматического слежения за дорожкой, называемой автотрекингом, с глубиной регулировки не менее 700. Исполнительный механизм такой системы должен перемещать объектив (или всю оптическую головку) в радиальном направлении, компенсируя влияние эксцентрисита. 
Способ трех лучей
Для реализации данного способа, кроме основного считывающего луча, необходимы ещё два дополнительных, которые формируются путем расщипления основного. Для формирования дополнительных лучей в качестве светоделителя с равным успехом могут быть использованы полупрозрачное зеркало, поляризиционная призма, фазовая дифракционная решетка или оптические клинья. Расположение основного и дополнительных пятен на дорожке при трехлучевом способе автотрекинга показано на рис. 1. 
Положение сфокусированных пятен на дорожке при трехлучевом способе автотрекинга
Трехлучевой способ автотрекинга
Рис. 1 - Положение сфокусированных пятен на дорожке при трехлучевом способе автотрекинга 
Основной луч А располагается посередине, а дополнительные В и С - по обеим стронам от него вдоль оси дорожки на расстоянии Y. Кроме того, дополнительные лучи смещены перпендикулярно оси дорожки на некоторую величину Х. Один (В) смещен влево, другой (С) - на такую же величину вправо. Каждому из трех лучей соответствует свой фотоприемник. 
Когда основной луч А следует точно по центру дорожки, дополнительные лучи В и С только слегка захватывают её каждый со своей стороны. Сигналы с фотоприемников дополнительных лучей одинаковы, а разность их, соответственно, равна нулю. Если основной луч А смещается в ту или иную сторону, то один из фотоприемников дополнительных лучей начинает получать больше света, а другой - меньше. При их вычитании получается определенная разность, которая и будет характеризовать величину и знак сигнала ошибки. 
Из-за простоты и устойчивости в работе способ трех лучей получил наиболее широкое распространение в проигрывателях компакт-дисков, хотя и является очень старым, заимствованным ещё из системы лазерной видеозаписи LV (Laser Vision). 
Дифракционный способ 
При таком способе используется явление дифракции света на микрорельефе регистрирующего слоя компакт-диска. 
Под дифракцией в оптике понимают любое отклонение световых лучей от прямых линий, возникающее в результате ограничения или искажения волнового фронта. Дифракционные явления присущи любому изображению, полученному с помощью оптических приборов, поскольку фронт световой волны, проходящий через оптику, всегда ограничен её размерами. 
Если размеры изображаемых предметов велики в сравнении с длиной волны света, то эти явления теряются на фоне общей картины изображения. Но если размеры предметов и длина волны излучения имеют один порядок, как в случае пит на поверхности компакт-диска, то дифракционная структура изображения начинает играть определяющую роль.


Распределение интенсивности монохромотического излучения после прохождения через широкую щель

Распределение интенсивности монохромотического излучения после прохождения через узкую щель

Распределение интенсивности монохромотического излучения после прохождения через оптическую систему

а)

б)

в)

 

Рис. 2 - Распределение интенсивности монохроматического излучения после прохождения щели:
а) широкая щель; б) узкая щель; в) оптическая система 
На рис. 2 показано распределение интенсивности I монохроматического излучения после прохождения им щели, ширина которой α велика в сравнении с длиной волны света λ (диагр. а), и распределение интенсивности того же излучения после прохождения щели, ширина которой сравнима с длиной волны падающего света (диагр. б). В первом случае дифракция незаметна, во втором - распределение интенсивности имеет ряд максимумов и минимумов, положение которых зависит от ширины щели и длины волны излучения. 
Аналогоичные явления имеют место не только при прохождении через узкую щель, но и при отражении от поверхности, имеющей узкие полосы с малым коэффициентом отражения. В случае поверхности компакт-диска такими полосами являются дорожки с питами. Поскольку излучение лазера является когерентным, а глубина пит меньше четверти длины волны, то эффект "темной полосы" возникает за счет разности хода лучей, отраженных от зеркальной поверхности и от пита. 
Чтобы использовать явление дифракции для автотрекинга требуется всего один луч и двухплощадочный фотоприемник. При этом очень важен тот факт, что глубина пит (~0,1 мкм) меньше четверти длины волны излучения лазера (0,78/4~0,2 мкм), так как только в этом случае при смещении считывающего пятна дифракционная картина на фотоприемнике будет несимметричной (рис. 3). 
Распределение света на ФП при автотрекинге с дифракционным способом
Рис. 3 - Распределение света на ФП при автотрекинге дифракционным способом 
Данный способ прост, но имеет один существенный недостаток. Для его реализации необходимо перемещать не только объектив, но и всю оптическую систему целиком, иначе пятно с фотоприемника будет смещаться в ту или иную сторону. 
Фазовый способ
Этот способ похож на вышеописанный, но для его осуществления достаточно перемещать только линзу объектива. Здесь разностный сигнал регулирования меньше зависит от глубины пит и может быть получен даже при глубине, равной четверти длины волны излучения лазера. 
Автотрекинг по фазовому способу
Рис. 4 - Автотрекинг по фазовому способу 
Фазовый метод, так же как и дифракционный, основан на изменении распределения отраженного света в зависимости от взаимного положения светового пятна и пит. Изменение распределения регистрируется четырехплощадочным фотоприемником (рис. 4). На рис. 5 показаны различные формы распределения света на фотоприемнике при различных положениях пятна и пита. 
Картины распределения света на ФП при фазовом способе автотрекинга
Рис. 5 - Картины распределения света на ФП при фазовом способе автотрекинга 
Разностный сигнал управления по этому методу определяется как (a+b)-(c+d), а информационный сигнал как a+b+c+d. При точном следовании считывающего пятна по центру дорожки картина на фотоприемнике будет меняться, оставаясь при этом симметричной, а разностный сигнал будет равен нулю. Если пятно сместится вправо или влево, то разностиный сигнал будет иметь синусоидальную форму, сдвинутую по фазе на 90° относительно информационного сигнала. Сигнал управления получается путем детектирования этой фазы гетеродинным детектором (рис. 4). 
Существуют и другие способы реализации систем радиального слежения, но на практике они практически не используются, по крайней мере в бытовой аппаратуре. 
Выделение цифрового сигнала и импульсов тактовой синхронизации 
Информационный сигнал, считанный с диска, имеет форму, далекую от той, что он имел при записи на диск-оригинал. Такой сигнал называется высокочастотным информационным сигналом. 
Однако информация, представленная при записи в коде EFM, содержится в промежутках между границами двухуровневого сигнала, формируемого в процессе канального кодирования. Поэтому для того, чтобы декодировать воспроизведенный поток данных, высокочастотный сигнал нужно преобразовать в последовательность прямоугольных импульсов, длина которых кратна периоду тактовой частоты Fт = 4,3218 МГц. Осуществляется такое преобразование путем сравнения величины тока фотоприемника (фототока) Iф с некоторым усредненным уровнем Iср. Такая операция называетсякомпарированием. На рис. 2 показан процесс преобразования фототока Iф в двухуровневый сигнал. 
Считывание информации с диска лучом лазера и преобразование её в двухуровневый сигнал
Рис. 1 - Считывание информации с диска лучом лазера и преобразование её в двухуровневый сигнал 
В силу целого ряда причин при компарировании может возникнуть ошибка (Δτ) в положении перепада уровня (фронта). 
На практике почти каждый фронт в той или иной степени является искаженным. Поэтому, перед тем, как подавать полученный цифровой сигнал на демодулятор EFM, его следует откалибровать по длительности так, чтобы расстояние между любыми двумя его фронтами было кратным периоду частоты Fт. 
Для этого используется так называемое устройство тактовой синхронизации (УТС), построенное на основе петли фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Схема такого устройства показана на рис. 2, а временные диаграммы его работы - на рис. 3 
Схема УТС с ФАПЧ
Рис. 2 - Схема УТС с ФАПЧ
Временные диаграммы работы УТС
Рис. 3 - Временные диаграммы работы УТС 
Ноль определителя ошибки синхронизации здесь выполняет фазовы

 
+7 (495) 730-41-88
многоканальный
info@cd-copy.ru
НАШИ МЕНЕДЖЕРЫ

 Андрей
тиражи, упаковка, целлофанирование
 +7 (925) 517-9604
 a.zakaz@cd-copy.ru
496448310
 Роман
тиражи, авторинг, верстка
 +7 (925) 502-6596
  +79255026596
  +79255026596
  +79255026596
 r.zakaz@cd-copy.ru
126085601


НАШ АДРЕС
м. Авиамоторная
ул. Пруд-Ключики, д.3 (офис, производство).


ул. Кусковская, д. 20а, оф. А316а (склад)
 схема проезда

ПРЕДСТАВИТЕЛЬСТВО В КРАСНОДАРЕ
 Виталий
 +7 (918) 433-5969
 dj-klim@yandex.ru
29803527
djklim1
 

я зарегистрирован на портале поставщиков
 
 
111024, г. Москва, ул.Пруд Ключики, д.3   тел. 730-4188
CD-Copy - торговая марка с более чем 15-ти летним стажем
«тиражирование cd»