Moderní multimediální elektronika (U3V)

Transkript

1 Moderní multimediální elektronika (U3V) Prezentace č. 12 Digitální audio přehrávače a rekordéry Ing. Tomáš Kratochvíl, Ph.D. Ústav radioelektroniky, FEKT VUT v Brně

2 Program prezentace CD-DA (Compact Disc Digital Audio) SACD (Super Audio Compact Disc) DVD-Audio/Video (Digital Versatile Dics Audio/Video) MD (MiniDisc) Praktické ukázky reprodukce a ovládání přístrojů v laboratoři Nízkofrekvenční elektroniky UREL FEKT

3 CD-DA (1978 Philips a Sony) Disk o průměru 120 mm, tloušťka 1,2 mm, polykarbonát, index lomu 1,55. AsGa infračervený laser, monochromatické koherentní záření s λ = 780 nm, rozlišovací schopnost cca 1 µm, kapacita 650 MB cca 74 min. Modulace EFM (8 na 14) pro dosažení větší hustoty záznamu, modulace NRZI, CIRC Cross-Interleave Reed-Solomonův kód pro zabezpečení dat proti chybám. 16 bitové rozlišení na vzorek vzorkování 44,1 khz 4,3218 Mbit/s datový tok čtení z disku Uspořádání pitů v jednotlivých spirálových stopách Rozměry a struktura CD disku

4 Čtení dat z disku CD Systém čtení obsahuje 3 typy servosystémů: Zaostření paprsku v ose disku (fokusace na odraznou plochu), Sledování stopy v radiálním směru (tracking 625 stop na 1 mm), Otáčení disku napájené z dekodéru dat (čtení do vyrovnávací paměti). Čtení dat z disku Uspořádání optiky při čtení CD

5 Výroba CD disku Na skleněnou desku je nanesen fotorezist, do kterého je laserem vytvořen motiv jednotlivých pitů. Zbylý fotorezist je odstraněn. Napařením kovu a jeho oddělením vzniká master záznam pro tvorbu otce, ze kterého vzniká negativní matka. Z matky je vytvořen negativní syn, který se použije jako raznice do plastu pro omezenou sérii disků. Nanesením odrazné vrstvy a překrytím ochrannou a fokusační vrstvou plastu je výroba hotova. Jednotlivé kroky výroby CD disku

6 SACD (Super Audio CD) 1999, Sony-Philips Nekomprimovaný audio záznam (stereo nebo vícekanálový), podporující 1-bitové DSD (Direct Stream Digital) kódování, frekvenční rozsah 100 khz, dynamický rozsah 120 db, vlnová délka laseru SACD 650 nm, Master TOC. Systém s vysokým rozlišením 24 bit/vzorek a 1b vzorkování 64 x 44,1 khz = 2,8224 MHz vzorkovací frekvence. Hybridní disk obsahuje 2 vrstvy (standardní CD vrstvu 16b/44,1 khz a SACD vrstvu s vysokou hustotou záznamu 4,7 GB), průměr 120 mm, šířka 1,2 mm. Čtení ze dvou vrstev SACD Konstrukce hybridního disku SACD

7 Vrstvy SACD disku - ilustrace DSD modulace princip 1-bitová pulsní vycházející ze Σ-Δ modulace s vysokým vzorkovacím kmitočtem 2,8224 MHz. Na rozdíl od PCM s převzorkováním není použita PCM kvantizace a decimační filtr na výstupu. Záznam na disk je přímo v 1-bitové reprezentaci. DSD signál - ilustrace DSD modulace a srovnání s PCM s převzorkováním

8 DVD-Audio/Video 1997 Digital Versatile Disc datový formát pro ukládání dat, podobně jako CD. Srovnání pity hloubka: CD 0,834 μm - DVD 0,4 μm, vzdálenost: CD 1,6 μm - DVD 0,74 μm, vlnová délka laseru: CD 760 nm - DVD ( ) nm. Kapacita disků: Průměrný datový tok je 4,8 Mbit/s. DVD-5 (1stranný 1vrstvý - 4,7 GB), DVD-9 (1stranný 2vrstvý - 8,1 GB), DVD-10 (2stranný 1vrstvý - 8,8 GB), DVD-18 (2stranný 2vrstvý - 15,8 GB). Srovnání hustoty záznamu CD a DVD, 4 x více pitů na stejné ploše, 7 x větší kapacita na stejné ploše.

9 DVD-Audio a obsah disku Obsah disku (volume) je organizován hierarchicky, skupin (group) může být až 9, v každé skupině až 99 stop (track), každá stopa může mít až 99 indexů (index). Příklad uvádí audio ve 2 skupinách a u skladeb 1 a 2 s možností volby #1 pro vícekanálový zvuk a #2 pro stereofonní reprodukci, skladby 3 až 5 umožňují snížení vzorkovací frekvence a skladby ve skupině 2 umožňují využít alternativní kódování pro 2 kanály a prostorový zvuk MPEG. Hierarchické uspořádání obsahu DVD-A disku (přístup přes číslo skupiny a stopy). Příklad obsahu disku (pouze audio ve 2 skupinách).

10 DVD-Audio (specifikace obsahu) Maximální bitová rychlost 9,6 Mbit/s, typicky 6 kanálů 96 khz/24 b, 74 min záznam na jedné vrstvě, záleží však dále na kompresi a bitovém rozlišení. Disk musí vždy obsahovat nekomprimovanou nebo komprimovanou stopu LPCM, dále může obsahovat kódování Dolby Digital (AC-3) nebo DTS, obrázky a textové informace a menu pro DVD-V přehrávač. DVD-Video (stručný přehled kódování zvuku) Kromě obrazového záznamu MPEG-1 (1,856 Mbit/s) a MPEG-2 (9,8 Mbit/s) umožňuje DVD-Video záznam zvuku: LPCM (vzorkování 48/96 khz, 16, 20 a 24 b, max 8 kanálů), MPEG-1,2 (vzorkování 48 khz, max 384/912 kbit/s, max 8 kanálů), AC-3 (vzorkování 48 khz, max 448 kbit/s, max 6. kanálů), DTS (vzorkování 44,1, 48, 96 khz, 20 b, max 8 kanálů).

11 MD (MiniDisc) 1991, Sony Fokusace a tracking je podobný jako u CD, rozměry pitů a stopy laseru shodné s CD, modulace EFM, zabezpečení CIRC kódem se dvěma stupni pomocí RS kódu, vyrovnávací paměť 4 Mbit a více, ATRAC komprese s redukcí 1:5, zabezpečení proti kopírování SCMS na digitálním výstupu S/PDIF. Struktura disku MD Magneto-optické čtení a záznam, 2 typy disků 64 mm MD pro přehrávání a MD pro nahrávání, pre-groove drážka pro sledování stopy, materiálem disku je magneticky tvrdá směs Fe, Ni a Th. TOC Table ofcontent, alokační tabulka (pro vyhledávání a přímý přístup), u MD pro přehrávání v Lead-in (zaváděcí stopa). MD pro přehrávání MD pro nahrávání

12 Přehrávání MD Systém je snímání se musí přepínat mezi jasovým a polarizačním způsobem. Při jasovém snímání se mění intenzita odraženého paprsku, při snímání polarizovaným světlem vzniká jasová modulace paprsku na fotodetektoru. Směr magnetické polarizace je převeden polarizaci světla odraženého laserového paprsku Kerrův efekt. Přehrávání a) MD pro přehrávání, b) MD pro záznam

13 Praktické ukázky reprodukce a ovládání CD přehrávač NAD C542 CD/SACD přehrávač Sony SCD-XE670 CD rekordér Philips CDR765 Univerzální CD/SACD/DVD-A/V přehrávač Marantz DV6500 MD rekordér Sony MDS JE-500