Раздел: Документация
0 ... 3 4 5 6 7 8 9 ... 117 1.3. Кодирование последовательности 16-разрядных двоичных чисел перед записью на компакт-диск Поскольку формат Compact Disc Digital Audio является стереофоническим, то аналого-цифровое преобразование осуществляется с сигналами левого и правого каналов. В случае применения в канале записи достаточно быстродействующего 16-разрядного АЦП, его можно использовать для преобразования обоих сигналов, поочередно подключая к устройствам выборки/хранения левого и правого каналов. При использовании одноразрядных АЦП на основе дельта-сигма модуляции применяется отдельный преобразователь для каждого из каналов. С выходов обоих АЦП последовательности 16-разрядных выборок, следующих с частотой 44,1 кГц, подаются на двухвходовой мультиплексор. Две последовательности выборок объединяются мультиплексором в одну непрерывную, при этом частота следования выборок увеличивается в 2 раза. Непрерывная последовательность делится на блоки, называемые кадрами (frame). Каждый кадр состоит из 6 выборок левого и 6 выборок правого каналов. Частота следования кадров равна 88,2 кГц / 12 = 7,35 кГц. Каждый 16-разрядный отсчет в кадре делится пополам на старшие разряды (А) и младшие разряды (В). В результате получается последовательность, состоящая из 8-разрядных групп, называемых символами, следующих с частотой 88,2 кГц х 2 = 176,4 кГц. Каждый кадр последовательности состоит из 24 символов, несущих данные звукового характера. Перед тем как поступить на звукозаписывающее устройство, последовательность кадров подвергается помехоустойчивому кодированию кодами Рида-Соломона (Cross Interleave Reed Solomon Code), а затем кодированию канальным кодом EFM (Eight to Fourteen Modulation). Структурная схема канала записи в системе CD-аудио показана на рис. 1.5. Вход L ВходРГ Блок АЦПи 011010001011 Блок АЦП(К) 001011101001 Двухвходовой мультиплексор Формирователь данных субкода Кодер CIRC (Блок защиты от ошибок) Тактовый генератор Кодер EFM (Модулятор) ф К оптическому устройству F = 44,1 хпкГц Рис. 1.5. Функциональная схема канала записи в системе CD-аудио Сейчас следует сделать отступление от темы формирования кадра и сказать несколько слов о причинах, вызывающих необходимость кодирования звуковых данных перед записью на оптический носитель. При аналоговом способе записи никогда не удается избавиться от дефектов носителя информации, которые приводят к искажению формы сигнала. При воспроизведении такие искажения, вызванные дефектами поверхностей винилового диска или магнитной ленты, уже не удается откорректировать, в результате чего приходится расплачиваться качеством звука. О воспроизведении звука в цифровых форматах не могло быть и речи, если бы в канале записи не были приняты специальные меры по защите от подобных дефектов, поэтому в процессе записи в формате Compact Disc Digital Audio System производится помехоустойчивое кодирование цифрового сигнала. Помехоустойчивые коды являются одним из наиболее эффективных средств обеспечения высокой верности передачи цифровых данных. Такое кодирование сигнала позволяет проигрывателю компакт-дисков при воспроизведении обнаруживать и точно восстанавливать поврежденные или утерянные данные, или же в крайнем случае сделать искажения, вызванные выпадениями сигнала, незаметными на слух. Помехоустойчивое кодирование основано на введении в цифровую последовательность дополнительных символов, которые сами по себе не несут информационных данных, а являются проверочными. Стандарт системы CD допускает три искаженных символа на сто достоверных. Такое количество ошибок при воспроизведении компакт-диска обнаруживается декодером CIRC (Cross Interleave Reed Solomon Code) и исправляется. При этом выпавший или искаженный символ восстанавливается с абсолютной точностью. Реальное количество ошибок на дисках уважающих себя производителей гораздо меньше, однако их появление возможно при неаккуратном обращении с CD в процессе эксплуатации, а также при несоблюдении условий или технологий процесса записи (например, при пиратском производстве). При этом ошибки бывают двух видов: короткие, когда длина повреждения не более длины одного символа, и длинные, когда повреждены несколько кадров. Кроме помехоустойчивого кодирования, в процессе записи сигнала применяется кодирования канальным кодом EFM, который разработан специально для применения в оптической звукозаписи. В процессе такого кодирования к исходным аудиоданным добавляется дополнительная информация. Эта информация необходима, чтобы записать цифровую последовательность на носитель информации с максимальной плотностью и обеспечить при считывании максимальную достоверность. Полученная на выходе мультиплексора последовательность кадров, каждый из которых состоит из 24 символов, несущих только информацию об исходном стерео-сиг нале, подается на вход кодера CIRC. Кодер CIRC, называемый еще блоком защиты от ошибок, содержит две ступени кодирования и три ступени перемежения. Применяемые коды в процессе воспроизведения компакт-диска способны обнаруживать до четырех и исправлять до двух поврежденных символов в каждом кадре, т.е. они обнаруживают и исправляют короткие ошибки. Для борьбы с ошибками длиной в несколько кадров существует система перераспределения символов между кадрами. Такое перераспределение называется перекрестным перемежением (interleaving). В процессе перекрестного перемежения, символы, принадлежащие одному кадру, в определенном порядке перемешиваются с символами других кадров. После подобной операции во вновь образованных кадрах друг за другом расположены символы, принадлежащие разным моментам времени. При воспроизведении компакт-диска в декодере CIRC происходит обратный -процесс: деперемежение. В результате этого процесса восстанавливается первоначальная последовательность символов в кадре и ошибка длиной в несколько кадров распадается на ряд коротких, которые легко обнаруживаются и исправляются. Суть метода помехоустойчивого кодирования заключается в том, что на первом этапе кодирования по имеющимся в кадре символам вычисляется четыре 8-разрядных проверочных символа. Эти проверочные символы содержат в себе всю информацию о символах, входящих в данный кадр. На втором этапе вычисляются еще четыре 8-разрядных проверочных символа. В результате получается кадр, состоящий Перемежение 1-й этап Кодирование Кодер С1 Перемежение 2-й этап Кодирование Кодер С2 V из 32 символов (24 информационных + 8 проверочных), который называют кодовым словом. К теме формирования структуры кадра мы вернемся позднее, после рассмотрения вопроса о назначении служебных каналов. Система помехоустойчивого кодирования, применяемая в канале записи, достаточно совершенна. Вероятность появления необнаруженных ошибок в процессе воспроизведения компакт-диска чрезвычайно мала. Последовательность выполнения операций кодером CIRC показана на рис. 1.6. Из рисунка видно, что перекрестное перемежение производится перед каждым этапом кодирования. После третьего заключительного этапа перемежения последовательность кодовых слов подается на кодер EFM. Кодер EFM или модулятор служит для преобразования имеющейся цифровой последовательности в форму, позволяющую максимально использовать емкость носителя информации — компакт-диска. Кроме повышения плотности записи, благодаря своим свойствам, такое представление сигнала обеспечивает необходимую достоверность при воспроизведении CD. Канальный код EFM (или модуляция 8 в 14) разработан компанией PHILIPS специально для формата Compact Disc Digital Audio. По правилам кодирования, каждый 8-разрядный символ заменяется на только ему соответствующий 14-разрядный. Замена выполняется в соответствии со специальной таблицей. В полученной последовательности между 14-разрядными символами вставляются три соединительных разряда. Выдержка из таблицы преобразований 8 в 14 — табл. 1.2. Таблица 1.2. Кодирование канальным кодом EFM (преобразование 8 в 14) Перемежение 3-й этап Рис. 1.6. Последовательность выполнения операций кодером CIRC
При составлении таблицы преобразований 8 в 14 выполнялось следующее главное условие: между двумя единицами может располагаться не больше десяти и не 0 ... 3 4 5 6 7 8 9 ... 117
|
