![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Система DVD-Audio
Система DVD-A является дальнейшим развитием системы " Компакт Диск" и также предназначена для массового производства оптических дисков с цифровой записью музыкальных программ, но с более высоким качеством чем в системе CD. Диски также имеют диаметр 120 мм, запись на диске может быть на одной или на двух сторонах в виде одного или двух слоев. Технические характеристики записи в этой системе примерно такие же, как в системе SACD. А именно: длина волны излучения лазера 635 им, минимальная длина пита 0, 45 мкм, шаг спиральной дорожки 0, 74 мкм, информационная емкость одностороннего однослойного диска 4, 7 Гбайт. В системе DVD-A высококачественная запись звука может производиться в двух форматах. А именно: с линейной импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) без компрессии и с компрессией до 50%. Используется специальный способ компрессии без потерь, как это делается в компьютерах, который называется «Packed PCM» (Packed Pulse Code Iviodulation -ИКМ с упаковкой цифровых данных). Запись может быть стереофоническая и многоканальная (до 6 звуковых каналов). При записи могут использоваться 16, 20 и 24 разряда, частота дискретизации может быть одной из следующего ряда: 48, 96 и 192 кГц или 44, 1; 88, 2 и 176, 4 кГц. Стереофоническая запись может производиться только в форматах 192/24 и 176, 4/24. В стандарте DVD-A предусмотрена возможность воспроизведения многоканального звука стереофонической системой. Для обнаружения и исправления ошибок используется комбинация двух кодов: кода Рида Соломона и кода-произведения, Этот код обозначается как RS+PC (CIRCplus), он является дальнейшим развитием кода, используемого в системе CD. В зависимости от числа звуковых каналов, числа разрядов, частоты дискретизации на однослойном и одностороннем диске время записи может быть от 62 до 128 минут. Для двухслойного и одностороннего диска это время в 2 раза больше, а для двухслойного и двухстороннего диска - в 4 раза. При этом скорость цифрового потока от 9, 6 до 13, 8 Мбайт/с.
менения дискретности и длительности импульсов определяется выбранным канальным кодом. Логическая «1» соответствует положительной полярности импульса, а логический «О» - отрицательной. Логические «1» и «О» намагничивают PC носителя записи до насыщения: +MS и -Ms (рис.1), поэтому нелинейность передаточной функции /W=< p(tf) здесь не имеет значения. По этой причине нет необходимости использовать ВЧ подмагничивание и производить стирание записи отдельной магнитной головкой. Для записи и воспроизведения могут использоваться или отдельные головки, или одна универсальная. Стирание производится во время записи за счет намагничивания PC до насыщения. Импульсный ток записи вызывает скачкообразное изменение магнитного потока в ГЗ, но это не позволяет получить ступенчатое изменение намагниченности НЗ. Поэтому между состояниями различной намагниченности, показанными на рис. 21 в виде заштрихованных областей, возникают переходные зоны без намагниченности шириной Gp. Длина этих переходов определяется формой петли гистерезиса НЗ и формой поля рассеяния ГЗ. Они равны расстоянию на фонограмме, при котором остаточная намагниченность Мт уменьшается до значения 0, 9А/г. При прямоугольной петле гистерезиса магнитной ленты размеры переходов близки к нулю. Длина перехода Gp определяет предел продольной плотности записи и ее разрешающую способность. Известный эффект саморазмагничивания фонограммы приводит к уменьшению остаточной намагниченности. При цифровой звукозаписи этот эффект вызывает необходимость увеличения расстояния между зонами намагниченности Gd. Это также приводит к уменьшению плотности записи. Величины Gp и Gd, снижающие плотность записи, определяются независимыми факторами и поэтому действительная длина перехода равна большему из этих значений. При воспроизведении цифровой записи в ГВ индуцируется ЭДС, которая пропорциональна производной магнитного потока по времени (закон Фарадея). Поэтому выходной сигнал ГВ имеет вид двухлолярных узких импульсов (рис. 21), максимумы которых соответствуют по времени изменению намагниченности НЗ. Еще одно существенное отличие. При цифровой звукозаписи имеется возможность мультиплексировать два и более каналов в единый цифровой поток, который записывается на одной дорожке. При воспроизведении осуществляется демультиплексирование. При мультиплексировании производится временное сжатие цифровых потоков каналов, их данные организуются в блоки и передаются последовательно из разных каналов. Рис. 21. Цифровая магнитная запись и ее воспроизведение 4.2. Плотность магнитной записи Плотность записи существенно зависит от магнитных параметров НЗ. При большой коэрцитивной силе НЗ меньше эффект саморазмагничивания и расширяется частотная характеристика тракта воспроизведения. Это позволяет записывать более короткие волны и повышать плотность записи. При увеличении остаточной намагниченности растет отдача магнитной ленты, но увеличивается саморазмагничивание, что приводит к уменьшению плотности записи. Поэтому плотность записи линейно растет с увеличением отношения НУМ г. Нижний предел величины Мх определяется допустимым уровнем сигнала воспроизведения. При увеличении коэффициента прямоугольное™ магнитной ленты уменьшается длина переходов между противоположными состояниями намагниченности Gp и благодаря этому увеличивается плотность записи. С увеличением толщины PC магнитной ленты при воспроизведении возрастают слойные потери и расширяется область перехода между противоположными состояниями намагниченности НЗ при записи. Все это приводит к понижению плотности записи, поэтому при цифровой звукозаписи толщина PC не должна превышать 0, 5...4 мкм. Предельные характеристики плотности записи обеспечивает ширина зазора ГВ. В настоящее время технически реальной является ширина зазора около 0, 1 мкм. Это соответствует Опр = 10 4 пер/мм. Плотность записи в бит/мм всегда выше, и она существенно зависит от используемого канального кода. 4.3. Магнитные головки и носители записи Цифровая звукозапись может осуществляться с фиксированными и вращающимися магнитными головками. Часто головки выполняются плавающими с зазором между головкой и НЗ, который может быть от 0, 13 до 0, 5 мкм. Материал сердечника головки должен иметь достаточно малую остаточную индукцию, высокую магнитную проницаемость и индукцию насыщения. Для высокой скорости цифрового потока головки изготавливаются только из феррита. Магнитные носители подразделяются на порошковые и металлические. Порошковый PC обычно изготавливается из гамма-окисла железа, у которого Н к = 22, 5 кА/м, а В г = 0, 09...0, 14 Т. Применяется также феррит-кобальт, у которого Нк= 25...80 кА/м, и двуокись хрома с Н^ = 40 кА/м. Толщина PC d = 0, 5... 1 мкм. Для этих НЗ длина перехода G р = d/2. Для металлических покрытий используются сплавы: Со - W, Со -Ni, и др. У них Н к меняется от 16 до 80 кА/м, Толщина таких покрытий 0, 1...0, 3 мкм, коэффициент прямоугольное™ равен 0, 45...0, 75, а магнитная индукция около 1 Т. Для защиты очень тонких металлических покрытий используются немагнитные покрытия из родия толщиной 0, 3...0, 7 мкм. Для металлических покрытий длина перехода рассчитывается по формуле M2dM,)1qHn q< \. (39) Отношение Мт/И к для металлических носителей в 5... 10 раз больше, чем для порошковых, поэтому плотность записи на них выше. Современные цифровые магнитные ленты выпускаются только в пылезащищенных кассетах. Для многодорожечной записи наиболее массово выпускаются кассеты формата ADAT (Alesis Digital Audio Tape -цифровая аудиолента фирмы Alesis). Это видеокассеты формата S-VHS с лентой шириной 1/2" с толщиной PC 3 мкм. Длительность записи равна 42 и 60 мин. Для многодорожечной записи используется и другой формат кассет - DTRS (Digital Tape Recording System - система цифровой записи на ленту). Он был предложен фирмами Sony и Tascam. Ширина ленты 8 мм, время записи - 30, 60 и 113 мин. Эта кассета очень похожа на видеокассету 8 мм формата видеозаписи. Для стереофонической записи в магнитофонах с вращающимися головками используются кассеты формата DAT (Digital Audio «Tape -цифровая аудиолента). Этот формат предложен фирмой Sony. Ширина ленты 3, 81 мм, толщина PC 2, 6 мкм, время записи от 15 до 125 мин. В кассетах этих форматов выпускаются магнитные ленты различного качества многими фирмами, такими как ЕМТЕС Magnetics, HBB, Maxell и др. Они отличаются технологией изготовления и временем хранения от 10 до 30 лет. Диаметр жестких магнитных дисков для цифровой записи звука стандартизован и равен 3, 5" (89 мм). Диск имеет алюминиевую основу толщиной 1.. Л, 5 мм и магнитный слой толщиной 1...3 мкм. Емкость диска от 4 до 36 ГБ. 4.4. Характеристики канала записи-воспроизведения При цифровой записи физические основы и расчетные формулы, включая выражение для горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Нх, точно такие же, как при аналоговой записи. Однако при этом записываются сигналы значительно более высоких частот и, соответственно, используются большие скорости записи, чтобы волновые потери не были бы слишком большими. Необходимо также учитывать, что записывается сигнал с цифровой модуляцией, поэтому необходимо выполнение требований теоремы Котельникова в отношении тактовой частоты модулированного сигнала и максимальной частоты спектра записываемого сигнала. Запись производится магнитным полем критической зоны вблизи сходящей грани зазора ГЗ. Ширина зазора этой головки существенного влияния на плотность записи и волновые потери не оказывает. Воспроизведение записи в магнитофоне осуществляется индукционной ГВ, поэтому выходной сигнал пропорционален производной магнитного потока по времени. Из этого следуют два важных следствия. Первое, из-за операции дифференцирования выходной сигнал не имеет прямоугольной формы, и представляется в виде узких двухполярных импульсов, которые называют характеристическими. Их максимумы совпадают с фронтами входных прямоугольных импульсов, когда нет коррекции (рис. 21). Восстановление прямоугольной формы импульсов на выходе обычно производится по моментам перехода воспроизводимого сигнала через нулевые значения. Реализуется это с помощью усилителя-ограничителя. Второе, воспроизводимый сигнал сдвинут по фазе на я/2. По этой причине при отсутствии фазовой коррекции происходит смещение моментов перехода выходного сигнала через нулевое значение на половину длительности входного импульса. Поэтому моменты перехода через нуль на входе и выходе не совпадают. Сдвиг воспроизводимого сигнала можно исключить, если использовать фазовую коррекцию с дополнительным углом сдвига л/2. Для этого производится дифференцирование воспроизведенного сигнала. Благодаря двойному дифференцированию фазовый угол между входным и выходным сигналами становится равным 2%. При такой фазовой коррекции моменты перехода через нуль входных и выходных сигналов совпадают (рис. 21, низ). Есть еще один важный фактор. Идеализированная головка воспроизведения имеет АЧХ в виде прямой линии с наклоном +6 дБ/октаву, поэтому при аналоговой записи приходится вводить коррекцию для выравнивания частотной характеристики в области низких частот. Из-за дифференцирования воспроизводимого сигнала происходит спад АЧХ в области низких частот, поэтому низкочастотная коррекция АЧХ тракта воспроизведения в цифровых магнитофонах не нужна (рис. 22). При воспроизведении цифровой записи возникают все виды волновых потерь, как и в случае аналоговой записи. Физическая природа их возникновения одна и та же, поэтому они описываются формулами, приведенными ранее в разд. 2. В отличие от аналоговой записи здесь важно иметь в виду, что частотные и фазовые искажения при цифровой звукозаписи. никакого влияния на частотную характеристику звукового тракта не оказывают. Они вызывают возникновение межсимвольной интерференции, смещения моментов перехода выходного сигнала через нулевое значение и приводят к кодовым ошибкам. Чем больше частотные и фазовые искажения в циф- Рнс. 22. АЧХ головки воспроизведения (1-идеализированная ГВ, 2- с учетом волновых потерь, 3 - АЧХ с коррекцией) ровом тракте, тем больше джиттер в виде дрожания фронтов импульсов и, следовательно, больше вероятность возникновения кодовых ошибок, вызывающие трески. Когда амплитуда джиттера превышает половину окна детектирования канального кода, декодирование становится невозможным. Поэтому, как и в аналоговых магнитофонах, волновые потери и фазовые искажения надо компенсировать с помощью коррекции. При воспроизведении цифровой звукозаписи характеристические импульсы можно аппроксимировать различными функциями. Если а < 2S для аппроксимации удобно использовать функцию Гаусса g(0i=^exp(-2r2/x2). (40) Если а > 25, то лучше подходит функция вида g(02=A/(l+/2), (41) где А - амплитуда импульса, т - длительность входного импульса. При повышении плотности записи возникает перекрытие соседних характеристических импульсов, которое часто называют межсимвольной интерференцией. ■. Рис. 23 Межсимвольная интерференция при воспроизведении цифровой записи Оно происходит из-за того, что в те моменты времени, когда еще существует отрицательный импульс, возникает положительный импульс от следующего перехода намагниченности. В результате происходит линейная суперпозиция импульсов, которая приводит к изменению момента перехода выходного сигнала через нулевое значение (рис. 23). В результате длительности выходных импульсов в усилителе-ограничителе восстанавливаются неправильно и в канальном коде возникают кодовые ошибки. Для уменьшения межсимвольной интерференции необходимо вводить частотную коррекцию волновых потерь таким образом, чтобы в области высоких частот суммарная АЧХ головки воспроизведения была близка к АЧХ идеализированной ГВ с наклоном +6 дБ (рис.22). Надо также ограничить верхнюю границу полосы пропускания частотой Fo, при которой щелевая функция имеет первый минимум. Уменьшить межсимвольную интерференцию можно, используя более совершенные канальные коды.
|