1、第第5 5章章 數字音頻記錄重放系統數字音頻記錄重放系統主要內容：激光唱盤和激光唱機超級音頻CDDVD微型光盤數字錄音機數字音頻的記錄重放分為激光唱機和數字錄音機數字音頻的記錄重放分為激光唱機和數字錄音機激光唱機系統激光唱機系統 CDCD唱機（唱機（Compact DiscCompact Disc意為小型唱片）意為小型唱片） 將激光光學技術、數字信號處理技術、精密機械伺服技術將激光光學技術、數字信號處理技術、精密機械伺服技術及微及微處理器控制技術、高密度記錄技術和超大規模集成電路技術等處理器控制技術、高密度記錄技術和超大規模集成電路技術等融為融為一體的數字音頻設備一體的數字音頻設備 CDCD光

2、盤光盤 采用單面刻錄方式，在直徑為采用單面刻錄方式，在直徑為12 cm12 cm的光盤上可記錄和重的光盤上可記錄和重放放7474分分鐘的雙聲道立體聲高保真數字音頻信號，信息量約鐘的雙聲道立體聲高保真數字音頻信號，信息量約650Mb650Mb 特點特點 電聲性能指標高，重放的音響效果好電聲性能指標高，重放的音響效果好 激光非接觸讀取信息，使光盤永不磨損激光非接觸讀取信息，使光盤永不磨損 節目的檢索速度快，操作功能強節目的檢索速度快，操作功能強5.1 5.1 激光唱盤和激光唱機激光唱盤和激光唱機5.1.1 激光唱盤（CD）簡介1982年，Philips和sony推出用以記錄數字音頻信號的以塑料為基

3、片的金屬圓盤。Compact Disc-Digital Audio（簡稱CD-DA）Compact Disc 高密度盤 簡稱“CD”數字音頻記錄重放系統數字音頻記錄重放系統CD產品的分類根據不同的應用目的存放不同類型的數據根據不同的應用目的存放不同類型的數據CD-DA 存放數字化的音樂節目存放數字化的音樂節目CD-G 存放靜止圖像和音樂節目存放靜止圖像和音樂節目CD-V 存放模擬的電視圖像和數字化的聲音存放模擬的電視圖像和數字化的聲音CD-ROM 存放數字化的文、圖、聲、像數據存放數字化的文、圖、聲、像數據CD-I 存放數字化的文、圖、聲、動畫等存放數字化的文、圖、聲、動畫等CD-I FMV

4、存放數字化的電影、電視等節目存放數字化的電影、電視等節目卡拉卡拉OK CD 存放數字化的卡拉存放數字化的卡拉OK節目節目Video CD 存放數字化的電影、電視等節目存放數字化的電影、電視等節目Photo-CD 存放數字化照片、藝術品存放數字化照片、藝術品5.1 5.1 激光唱盤和激光唱機激光唱盤和激光唱機CDCD盤的數據記錄和讀出原理盤的數據記錄和讀出原理CD盤片結構5.1 5.1 激光唱盤和激光唱機激光唱盤和激光唱機CDCD盤的數據記錄和讀出原理盤的數據記錄和讀出原理CD盤片結構數字音頻記錄重放系統數字音頻記錄重放系統 激光唱機系統的工作原理激光唱機系統的工作原理 盤片結構盤片結構 CD盤

5、片主要由聚碳脂片基、信息刻槽、反射激光的鋁反射層、盤片主要由聚碳脂片基、信息刻槽、反射激光的鋁反射層、保護層組成保護層組成 CD盤片的外徑為盤片的外徑為120 mm，分，分3個區：導入區、導出區和聲音個區：導入區、導出區和聲音數數據記錄區據記錄區 CD盤片光道的結構是盤片光道的結構是螺旋型光道螺旋型光道，長度大約為，長度大約為5公里公里 CD光盤的光學讀出頭相對于盤片運動的光盤的光學讀出頭相對于盤片運動的線速度是恒定線速度是恒定的即的即CLV (constant linear velocity)60mm導出區導出區導入區導入區節目區節目區（25mm25mm58mm58mm）氧化鋁反射涂層氧化鋁

6、反射涂層透明光盤基板透明光盤基板軌跡長度約為軌跡長度約為0.833.1m放音面放音面5.1 5.1 激光唱盤和激光唱機激光唱盤和激光唱機CDCD盤的數據記錄和讀出原理盤的數據記錄和讀出原理CD盤的數據記錄l光盤片的光學表面是由一些凹凸不平的刻槽構成的光盤片的光學表面是由一些凹凸不平的刻槽構成的螺旋線性光道螺旋線性光道l凹面、凸面具有不同的光反射率凹面、凸面具有不同的光反射率l凹坑的邊緣記錄凹坑的邊緣記錄“1 1”l凹坑、非凹坑的平坦部分記錄凹坑、非凹坑的平坦部分記錄“0 0”激光唱機系統的工作原理激光唱機系統的工作原理 盤片的數據讀出盤片的數據讀出 CD盤片上的數據要用盤片上的數據要用CD驅動

7、器來閱讀驅動器來閱讀 CD驅動器由光學讀出頭、光學讀出頭驅動機構、驅動器由光學讀出頭、光學讀出頭驅動機構、CD盤驅動機盤驅動機構、控制線路以及處理光學讀出頭讀出信號的電子線路等組成構、控制線路以及處理光學讀出頭讀出信號的電子線路等組成 光學讀出頭是光學讀出頭是CD系統的核心部件系統的核心部件 激光器發出的激光經過幾個透鏡聚焦后到達光盤，從光盤上反激光器發出的激光經過幾個透鏡聚焦后到達光盤，從光盤上反射回來的激光束沿原來的光路返回，到達激光束分射回來的激光束沿原來的光路返回，到達激光束分離器后反射到光電檢測器，由光電檢測器把光信號離器后反射到光電檢測器，由光電檢測器把光信號變成電信號，再經過電子

8、線路處理后還原成原來的變成電信號，再經過電子線路處理后還原成原來的二進制數據二進制數據 主軸電機進給電機激光頭RF信號處理光盤主軸驅動激光唱機系統的工作原理激光唱機系統的工作原理 盤片的數據讀出盤片的數據讀出 CD盤片的讀取是根據盤片反射激光的強弱來進行分辨，盤片盤片的讀取是根據盤片反射激光的強弱來進行分辨，盤片表面上壓制了許多凹坑軌跡，激光束在凹坑部分反射的光強度要比表面上壓制了許多凹坑軌跡，激光束在凹坑部分反射的光強度要比從非凹坑部分反射的光強度來得弱從非凹坑部分反射的光強度來得弱 凹坑端部的前沿和后沿形成反射功率強弱的突變點，也就是反凹坑端部的前沿和后沿形成反射功率強弱的突變點，也就是反

9、射電平的翻轉點，將被判斷為邏輯值射電平的翻轉點，將被判斷為邏輯值1，長時間的凹坑與平面則都，長時間的凹坑與平面則都是邏輯值是邏輯值0 ，凹坑和非凹的長度代表的個數，凹坑和非凹的長度代表的個數 5.1 5.1 激光唱盤和激光唱機激光唱盤和激光唱機CD-DA的存儲格式l一首歌曲安排在一條光道（一首歌曲安排在一條光道（tracktrack）上）上l一條光道由許多扇區（一條光道由許多扇區（sectorsector）構成）構成l一個扇區由一個扇區由9898幀（幀（frameframe）組成）組成l幀是激光唱片上存放聲音數據的基本單元幀是激光唱片上存放聲音數據的基本單元5.1 5.1 激光唱盤和激光唱機激

10、光唱盤和激光唱機CD-DA的存儲格式5.1 5.1 激光唱盤和激光唱機激光唱盤和激光唱機CD-DA的存儲格式同步 每一幀開頭有每一幀開頭有2424位（位（3 3字節）同步位，這字節）同步位，這2424位不經位不經EFMEFM調制，本身就是通道碼調制，本身就是通道碼 100000000001000000000010 100000000001000000000010子碼（控制/顯示） 1 1個字節個字節 提供盤片地址信息：提供盤片地址信息： 軌道起點、終點、軌道數目、光盤時鐘、索引點軌道起點、終點、軌道數目、光盤時鐘、索引點數字音頻記錄重放系統數字音頻記錄重放系統 激光唱機系統的工作原理激光唱機系

11、統的工作原理 CD信號編碼過程所采用的關鍵技術：信號編碼過程所采用的關鍵技術： 糾錯編碼技術（采用糾錯編碼技術（采用CIRC糾錯編碼）糾錯編碼） 首先生成一個幀的原始數據，首先生成一個幀的原始數據，24字節，我們可以稱之為初始幀字節，我們可以稱之為初始幀 加入校驗幀，一共加入校驗幀，一共8個字節，總字節數為個字節，總字節數為32個，形成個，形成CIRC編碼編碼 加入控制碼，一個字節，形成數據幀，幀的容量為加入控制碼，一個字節，形成數據幀，幀的容量為33字節字節 每個數據幀再加入每個數據幀再加入3個字節的同步信息碼，就成為最終用于刻錄個字節的同步信息碼，就成為最終用于刻錄的幀，總容量為的幀，總容

12、量為36字節字節 數字音頻記錄重放系統數字音頻記錄重放系統數據調制技術（采用數據調制技術（采用EFM調制）調制） 根據根據70年代的技術水平，把年代的技術水平，把“0”的游程長度最短限制在的游程長度最短限制在2個，個，而而最長限制在最長限制在10，光盤上的信號就能夠可靠讀出，光盤上的信號就能夠可靠讀出 （游程規則）（游程規則） 8位數據有位數據有256種代碼，種代碼，14位通道位有位通道位有16 384種代碼，能夠滿足種代碼，能夠滿足游程規則的僅游程規則的僅267種，其中有種，其中有10種代碼在加入合并位代碼時限制游種代碼在加入合并位代碼時限制游程長度仍有困難，去掉這程長度仍有困難，去掉這11

13、個代碼，這樣就得到了與個代碼，這樣就得到了與8位數據相對位數據相對應的應的14位通道位的位通道位的256種通道碼種通道碼 CD-DA的存儲格式音頻數據 兩個聲道，每次采樣有兩個聲道，每次采樣有2 2個個1616位樣本位樣本 左右聲道每個左右聲道每個1616位數據分成位數據分成2 2個個8 8位字節位字節 6 6次采樣共次采樣共2424字節組成一幀字節組成一幀 CIRC CIRC糾錯編碼：每一幀生成糾錯編碼：每一幀生成8 8個個8 8比特位的校驗符號比特位的校驗符號 EFM EFM調制（調制（8-148-14） 3 3個合并比特相連，保證字之間合適的長度個合并比特相連，保證字之間合適的長度5.1

14、 5.1 激光唱盤和激光唱機激光唱盤和激光唱機CD-DA的存儲格式5.1 5.1 激光唱盤和激光唱機激光唱盤和激光唱機激光唱機的組成和工作原理激光唱機就是利用激光拾取唱片信號的數字式唱機，簡稱CD唱機。D/A轉換 激光唱機的發展激光唱機的發展 HDCD（高清晰兼容數字）（高清晰兼容數字） 采用采用88.1kHz的采樣頻率對模擬信號進行采樣，以最大限度地的采樣頻率對模擬信號進行采樣，以最大限度地展寬高頻響應，減少缺損性失真，高的采樣率也為展寬高頻響應，減少缺損性失真，高的采樣率也為HDCD編碼運編碼運算留足了空間算留足了空間 用用24bit量化其取樣值為量化其取樣值為1677216個，比個，比1

15、6bit系統高出系統高出256倍，倍，采用高位元處理技術可以提高處理精度，降低量化誤差，增加動態采用高位元處理技術可以提高處理精度，降低量化誤差，增加動態范圍至范圍至120dB 激光唱機的發展激光唱機的發展 XRCD（展寬分辨率（展寬分辨率CD） XRCD的數字信號經過最大作用是降低時基誤差（的數字信號經過最大作用是降低時基誤差（Jitter失真）失真）K2接口接口 采用采用20位，位，128倍超取樣倍超取樣A/D轉換，動態范圍可達轉換，動態范圍可達108dB 帶來了更好的音樂感，在透明度、高頻的圓滑延伸、立體感與帶來了更好的音樂感，在透明度、高頻的圓滑延伸、立體感與質感等方面，要勝過普通質感

16、等方面，要勝過普通CD 激光唱機的發展激光唱機的發展 SACD SACD采用采用2.8224MHz取樣，是普通取樣，是普通CD采樣頻率的采樣頻率的64倍，動倍，動態范圍可達態范圍可達120dB 應用應用1bit數模轉換器，使用在硬件方面的技術要求遠比多比特數模轉換器，使用在硬件方面的技術要求遠比多比特轉換器更為簡單的一個低通濾波器，能獲得高保真的原音重現轉換器更為簡單的一個低通濾波器，能獲得高保真的原音重現 數字錄音機數字錄音機 數字錄音裝置包括數字音頻磁帶機數字錄音裝置包括數字音頻磁帶機DAT、盒式數字錄音機、盒式數字錄音機DCC、可錄式數碼光碟可錄式數碼光碟MD 數字音頻記錄數字音頻記錄

17、PCM數字錄音的專業品質基于復雜的系統數字錄音的專業品質基于復雜的系統 以以PCM轉換器搭配改裝的轉換器搭配改裝的SONY 3/4吋錄影機組合而成吋錄影機組合而成 1、采用旋轉式磁頭，磁跡每秒鐘高達數公尺，能容納大量信、采用旋轉式磁頭，磁跡每秒鐘高達數公尺，能容納大量信息息 2、錄影機的機械結構精密，馬達轉速精確，抖動率比任何錄、錄影機的機械結構精密，馬達轉速精確，抖動率比任何錄音機都要小音機都要小 3、由于是專業用途的錄影機，、由于是專業用途的錄影機，進行編輯很方便進行編輯很方便 數字音頻磁帶機數字音頻磁帶機DAT（Digital Audio Tape） 一種用于磁帶數字錄音的專業品質級別的

18、標準媒體和技術一種用于磁帶數字錄音的專業品質級別的標準媒體和技術 采樣頻率為三種：采樣頻率為三種：32KHz、44.1KHz、48KHz16比特量化比特量化，采用旋轉型磁頭螺旋掃描磁跡記錄采用旋轉型磁頭螺旋掃描磁跡記錄 由于開發代價及制造代價高昂及出于對版權的考慮，面向的主由于開發代價及制造代價高昂及出于對版權的考慮，面向的主要用途為專業領域，多為灌制要用途為專業領域，多為灌制CD前的母帶制作前的母帶制作 數字音頻磁帶機數字音頻磁帶機DAT，又分為旋轉磁頭式數字錄音機（，又分為旋轉磁頭式數字錄音機（R-DAT）和固定磁頭式數字錄音機（和固定磁頭式數字錄音機（S-DAT）數字音頻記錄重放系統數字

19、音頻記錄重放系統 數字音頻磁帶機數字音頻磁帶機DAT（Digital Audio Tape） DAT錄音機繼承了成熟的錄像機旋轉磁頭記錄方式，對采樣、錄音機繼承了成熟的錄像機旋轉磁頭記錄方式，對采樣、量化的數字音頻信號進行量化的數字音頻信號進行RF調制后采用旋轉型磁頭，以小于調制后采用旋轉型磁頭，以小于180包角的包角的螺旋掃描磁跡記錄螺旋掃描磁跡記錄 專業層面專業層面DAT的數字輸入和輸出允許用戶從一個的數字輸入和輸出允許用戶從一個DAT磁帶傳輸磁帶傳輸到另一個音頻工作站進行精確的剪輯到另一個音頻工作站進行精確的剪輯數字音頻記錄重放系統數字音頻記錄重放系統 數字音頻磁帶機數字音頻磁帶機DAT

20、（Digital Audio Tape） DAT錄音機的信號編碼錄音機的信號編碼 音頻信號經過采樣、量化，音頻信號經過采樣、量化，16bit的數據分為上、下位的的數據分為上、下位的8bit信信號號 加入校驗幀，一共加入校驗幀，一共8個字節，總字節數為個字節，總字節數為32個，形成個，形成CIRC編碼編碼 加入控制碼，一個字節，形成數據幀，幀的容量為加入控制碼，一個字節，形成數據幀，幀的容量為33字節字節 每個數據幀再加入每個數據幀再加入3個字節的同步信息碼，總容量為個字節的同步信息碼，總容量為36字節字節 DAT錄音機的數據調制采用錄音機的數據調制采用8 10位的通道調制編碼位的通道調制編碼

21、盒式數字錄音機盒式數字錄音機DCC （Digital Compact Cassette ） DCC采用數字技術，可接近激光唱片的音質，其動態范圍高達采用數字技術，可接近激光唱片的音質，其動態范圍高達105分貝，信噪比大于分貝，信噪比大于92分貝，傳輸最大碼率為分貝，傳輸最大碼率為768kb/s 面對音頻信號浩大的數據量，面對音頻信號浩大的數據量，DCC 在普通磁帶的一半寬度用九在普通磁帶的一半寬度用九條磁跡進行錄音條磁跡進行錄音但是只有但是只有8條是用來記錄音頻信號，第九條磁跡用條是用來記錄音頻信號，第九條磁跡用來控制錄放和指示的輔助數據來控制錄放和指示的輔助數據 DCC錄音機有磁頭反轉功能錄

22、音機有磁頭反轉功能故可實現雙面編程放音故可實現雙面編程放音 盒式數字錄音機盒式數字錄音機DCC （Digital Compact Cassette ） DCC的特性的特性 1. 與與CD的音質相當，但更易使用，結構簡單，通用性高的音質相當，但更易使用，結構簡單，通用性高 2. 具有世界統一規格，能播放世界流行的模擬卡帶節目具有世界統一規格，能播放世界流行的模擬卡帶節目 3. 可高速翻錄，從而降低音樂節目帶制作成本可高速翻錄，從而降低音樂節目帶制作成本 4. 具有和具有和CD水平相同的誤碼糾正能力水平相同的誤碼糾正能力 5. 有文字功能，可在電視機上顯示節目帶的曲目有文字功能，可在電視機上顯示節

23、目帶的曲目標題標題時間、時間、歌詞歌詞作品和藝術家介紹等作品和藝術家介紹等 盒式數字錄音機盒式數字錄音機DCC （Digital Compact Cassette ） DCC的編碼的編碼 采用精密自適應子帶編碼（采用精密自適應子帶編碼（Precision Adaptive Subband Coding）主要是利用聽覺聞閾特性和掩蔽效應的數碼壓縮技術主要是利用聽覺聞閾特性和掩蔽效應的數碼壓縮技術 而且由于采用了誤碼糾錯處理，可避免磁帶污染引起的音質下而且由于采用了誤碼糾錯處理，可避免磁帶污染引起的音質下降，其數碼控制及子碼標識使選曲大為簡潔降，其數碼控制及子碼標識使選曲大為簡潔 盒式數字錄音機盒

24、式數字錄音機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 可錄式數碼光碟可錄

25、式數碼光碟MD （MiniDisc ） MD可擦寫磁光盤是一種專為唱片出版業界設計的磁、光介質可擦寫磁光盤是一種專為唱片出版業界設計的磁、光介質儲存媒體，其音質可接近于儲存媒體，其音質可接近于CD 唱片，可以儲存唱片，可以儲存74分鐘立體聲的音分鐘立體聲的音樂，字幕總容量為樂，字幕總容量為1700個字符個字符 磁光盤的直徑只有磁光盤的直徑只有64毫米，厚度為毫米，厚度為1.2毫米，它內置于毫米，它內置于72X68X5毫米的硬塑料保護套中毫米的硬塑料保護套中 可錄式數碼光碟可錄式數碼光碟MD （MiniDisc ） MD的技術特點的技術特點 磁光燒錄磁光燒錄 源自于磁光記錄技術源自于磁光記錄技術

26、( (Magneto Optical，MO) ) 理論基礎理論基礎 在高溫下磁介質會發生變換（在高溫下磁介質會發生變換（MD光盤合金材料磁化的特定溫光盤合金材料磁化的特定溫度區域的度區域的“居里溫度居里溫度”為為180攝氏度），并且在冷卻之后一直保持攝氏度），并且在冷卻之后一直保持這種變化這種變化( (記錄過程記錄過程) )，再次加熱可以將其恢復到原先的樣子，再次加熱可以將其恢復到原先的樣子( (擦除擦除過程過程) ) 可錄式數碼光碟可錄式數碼光碟MD （MiniDisc ） MD的技術特點的技術特點 磁光燒錄磁光燒錄 激光頭對激光頭對MD磁光盤發出磁光盤發出780nm波長、功率為波長、功率為4.5瓦的激光束，瓦的激光束，把記錄點區域加熱到把記錄點區域