Система оптической записи "компакт-диск"

1. Записывающее устройство

Структурная схема записывающего устройства представлена на рис. 1. Система "Компакт-диск" - стереофоническая. Сигналы левого и правого каналов пропускают через фильтры нижних частот, частота среза которых 20 кГц , и подают на устройства выборки-хранения. Частота дискретизации 44.1 кГц. С устройства выборки-хранения сигналы поступают на 16-разрядные АЦП. На выходе АЦП получаются две последовательности двоичных 16-разрядных чисел с частотой следования 44.1 кГц.

1 – ФНЧ; 2 – АЦП;

3 – Мультиплексор;

4 – Блок защиты от ошибок; 5 – Модулятор;

6 - Блок формирования служебной информации;

7 – Записывающий узел; 9 – Генератор тактовой частоты.

Рисунок 1

Обе последовательности поступают на входы мультиплексора, который объединяет их в одну последовательность, но с удвоенной частотой следования (88.2 кГц). Кроме того, последовательность делится на кадры – блоки, содержащие 6 отсчетов левого и 6 отсчетов правого каналов. Частота следования кадров равна 88.2/12 = 7.35 кГц. Наконец, 16-разрядные числа делятся на два 8-разрядных числа (байта). Частота следования байтов 88.2 * 2 = 176.4 кГц. Каждый кадр содержит 24 байта. Эти преобразования иллюстрируются рисунком 2 а, б, в. В таком виде последовательность поступает на блок защиты от ошибок. Ошибки могут возникать из-за дефектов дорожки записи (царапины и т.п.). Повреждения могут быть короткие (поврежден один символ) и охватывающие несколько символов (и, даже, кадров). Короткие повреждения обнаруживаются и исправляются кодами. Чтобы код мог обнаружить и исправить цепочку поврежденных символов, их нужно разбросать и вставить между неповрежденными символами. Эта идея использована при построении блока защиты от ошибок. Схема обработки последовательности чисел в блоке показана на рис. 3, а полная схема перестановок и обработки – на рис. 4. Сначала производится 1 перемежение (перестановка) символов (байтов). Цифра в овале на рис. 4 означает задержку на 2 кадра. Затем производится обнаружение и исправление ошибок первым кодером С2. Используется код Рида-Соломона с образующим многочленом . Код вычисляет и добавляет четыре поверочных символа. Таким образом, в кадре теперь содержится 28 символов. Код может обнаружить до 4 ошибок или исправить до 2 символов. Затем следует 2 перемежение.

Рисунок 2

Рисунок 3

Рисунок 4

Буква D в овалах обозначает задержку на 4 кадра. Далее производится обработка вторым кодером С1, который добавляет ещё 4 поверочных символа. Теперь кадр содержит 32 символа. Наконец, следует ещё одно перемежение. Эта система защиты от ошибок обеспечивает вероятность появления ошибки на выходе системы ~ 10-17, при вероятности ошибки на дорожке записи 10-3 (диск плохого качества). После блока защиты в кадр добавляют ещё один символ (байт) служебной информации. Теперь кадр содержит 33 символа в параллельном коде (см. рис. 2 д). Записать такую последовательность на одну дорожку нельзя. Поэтому переходят к последовательному (канальному) коду. В системе "Компакт-диск" использован канальный код EFM (eight to fourteen modulation) или код 8 –14. Каждому байту соответствует 14-разрядный символ (см. табл. 1). Между двумя 14-разрядными символами вставляют 3 соединительных разряда. Эти разряды заполняют так, чтобы между единицами соседних символов было не меньше двух и не больше десяти нулей. Ограничение длины последовательности одного уровня создаёт возможность самосинхронизации. ............