VCD工作原理ppt课件.ppt

VCD/DVD机技术冯庆胜2008.4.20VCD影碟机基础知识n激光影碟机的发展史n模拟信号数字化的过程nVCD光盘的数据格式及构成nMPEG1的编码与解码过程nVCD影碟机的结构与电路组成nVCD影碟机的基本工作原理 1.1 激光影碟机的发展概述 激光影碟机是利用激光头读取光盘上固化的音频、视频信号，经电路处理还原为模拟信号并重放的设备n1948年美国哥伦比亚广播系统研究所P.哥德马克研制出了模拟密纹唱片（即RP唱片）n1956年美国安培公司研制成功用于广播电视业务的录像机n1958年双声道立体声唱片问世n1962年荷兰飞利浦公司研制成功了盒式磁带录音机n20世纪70年代中期研制成功了使用1/2英寸磁带的彩色盒式录像机之前产品：之前产品：磁带式录像机索尼历史录像机录像机n系统特点：系统特点：提供的音质和画质越来越高，但是它们无法摆脱机械接触式拾讯头易磨机械接触式拾讯头易磨损损的缺点，同时，信号处理以模拟方式为主，信噪比低n随着20世纪70年代后期大规模集成电路、微机技术、激光技术的飞速发展和广泛应用，迎来了激光数字音视频重放设备激光数字音视频重放设备的新时代n激光影碟机特点：激光影碟机特点：由于利用激光头发出激光读取信息时，激光头与光盘无接触，因此也就无摩擦和无磨损。

光盘存储的信息容量大，图像清晰，播放的音质好n从20世纪70年代初期的LD机到20世纪80年代初期的CD机，发展到90年代初的VCD机及1996年的DVD机，各种样式、各种品牌的影碟机层出不穷1.LD机n20世纪70年代，人们通过对光盘技术的研究、利用，发明了LD机n首部LD机是美国音乐公司与荷兰飞利浦公司联合开发推出的LD影碟激光视盘系统，从此开创了利用光盘技术的视听新时代nLD激光影碟：激光影碟：以坑点形式记录图像、声音信号，它并不是把模拟的图像和声音信号变为数字信号记录在光盘上，而是将图像及声音信号分别调频、叠加、限幅，得到周期长短不一的模拟信号的方波，再记录到光盘上n特点：特点：由于图像和声音信号均采用模拟形式，LD影碟机播放的画面清晰度高达420线水平LD影碟片有直径为20cm和30cm两种形式新一代的LD影碟机可以兼容CD、VCD影碟片12年前的LD机带来的惊喜原装松下索尼MDP-999 LD机 2. CD机n随着音频信号的数字化和大规模集成电路的发展，并借助激光光盘技术，新一代的激光唱机和激光唱盘诞生了，这就是CD方式CD的全称是CD-DA，后来被列为数字小型光盘标准nCD数字音频系统与以前音频系统的区别区别：n该系统的信号记录和处理是把模拟音频信号数字化后进行的，存储于CD唱片上的声音信息是“0”、“1”数据流n信息读取采用光学方式n数字信号采用了纠错编码处理n优点：优点：CD数字音频系统解决了模拟音频系统所存在的拾音头磨损大、传输失真大、信噪比低、抗干扰能力弱等问题，播放的声音优美动听。

1984年诞生的第一台CD Walkman第一台CD播放机 个头还真不小3. VCD机n20世纪90年代初，国际标准化组织标准算法的制定和公布，形成了一个数据压缩技术向各产业的新产品迅速转化的起点，从而引发了一场影视技术的革命，把现代家用电器带入了一个数码科技的新天地n我国第一台VCD视盘机是合肥美菱万燕电子有限责任公司于1993年率先推出的nVCD视盘机特点：视盘机特点：集光、电、机械技术于一体的数字音像产品，是MPEG数字压缩技术与CD技术结合的产物，价格低廉、性价价格低廉、性价比高、软件节目丰富比高、软件节目丰富，获得人们的认可n虽然在图像清晰度和音色方面逊色于图像清晰度和音色方面逊色于LD和和DVD，但未影响其进入普通家庭，反而成为家电产品消费的热点nVCD视盘机是继LD影碟机和CD激光唱机之后开发出的一种新型光盘机，它是一种数字式音频、视频信号的播放设备nVCD视盘机的机芯、激光头及其伺服电路、数字信号处理电路与CD唱机相同，只是在CD机的基础上增加了一套MPEG解码电路和视频D/A变换与编码电路因此，VCD视盘机即可播放CD光盘以及VCD光盘nVCD视盘机播放出来的图像质量图像质量，其水平清晰度为250线，相当于家用录像机（VHS）重放图像质量水平。

n实际上，因为VCD视盘机采用了激光束读取信息方式，光盘与激光头无磨损，不会因使用时间长使图像质量变差，因此VCD视盘机的图像质量优于家用录像机 4. DVD机n1996年1月8日，美国拉斯维加斯举办一年一度的国际冬季消费电子产品博览会，日本索尼公司在展厅入口处设立的DVD影视剧场以其清晰逼真的画面，现场感十足的音响，将观众带入了身临其境的三维境界，真正的充满魅力的影视设备DVD脱颖而出，出尽了风头nDVD光盘特点：光盘特点：n采用MPEG2标准对音视频图像信号进行数字压缩处理，其记忆容量是CD片的13倍，能在12cm光盘上存储约4小时的图像信息n其图像清晰度达500线以上n音频采用杜比数码（AC3 ） 5.1声道的环绕立体声1.2 数字化信号基础n1.2.1 模拟信号与数字信号1. 概述在实际应用中，电子技术用到传输和处理信号（包括信号的运算、放大、比较等），这里所指的信号是电压和电流的信号n处理模拟信号的电子电路称为模拟电路，如放大电路、滤波电路、电压/电流变换电路等n处理数字信号的电子电路称为数字电路，如逻辑门电路、触发器等n 2. 模拟信号与数字信号的特点n模拟信号的特点：（1）既要随时间连续变化又要随幅度连续变化。

2）应用普遍，如电视信号等3）精确测量较为困难n数字信号的特点：（1）是离散的信号2）其应用技术发展迅猛，主要表现在通信、科研、音响设备等方面3）定位、测量比较容易 1.2.2 模拟信号数字化n1. 数字化的作用n不论是在唱机中还是在磁带录音机中，放音都要用电机来使唱片或磁带作等速旋转和走带，以便读取上面记录的信号，重放信号的质量很大程度上取决于唱针和唱片或磁头和磁带的相对速度，如果电机旋转速度不够稳定，重放信号就会产生失真失真使声音混浊不清、抖动，影响听音效果n虽然模拟技术采用了一些简单的手段对这种情况加以改善，把这种失真控制在一定范围内，但并没有解决根本问题n要想获得更高水准的音频信号，实现家庭影院的视听效果，只有通过数字技术通过数字技术得以实现即将模拟信号转化为数字信号，因此将模拟信号数字化是电子技术发展的必然过程 1.2.3 数字化信号的优点n数字方式由于把模拟信号变换成了数字信号，即变换成了序列脉冲信号，这些脉冲信号的变化仅指脉冲宽度的变化，而脉冲幅度是不变的n利用限幅器可以轻易地削除在数字化过程中可能引入的噪声，使脉冲波形达到非常平整的效果，这比处理模拟信号中的噪声容易得多。

n在数字信号中，脉冲的幅度已不像模拟信号那样重要，因为数字电路处理的是脉冲的有无，只要脉冲幅度达到能够识别的电平值即可；在模拟信号中，则需要知道每一个模拟量的准确值n数字化信号优点：（1）数字化信号具有极高的稳定性及可靠性，依赖元器件与电路稳定性的程度降低，电路只要能辨别脉冲的有无即可只要增加数字信号的量化位数，就能获得高精度2）便于用计算机来处理数字信息和进行各种控制，数字信号还可以长时间储存3）电路便于大规模集成化，提高运行速度 1.2.4 数字化信号的过程n抽样抽样是按抽样定理把时间上连续的模拟信号转换成时间上离散的抽样信号；n量化量化是把幅度上仍连续（无穷多个取值）的抽样信号进行幅度离散，即指定M个规定的电平，把抽样值用最接近的电平表示；n编码编码就是将已量化（取整）的各电平值用二进制数码表示的过程n1.抽样n（1） 抽样的概念n所谓抽样就是每隔一定的时间间隔抽取模拟信号的一个瞬时幅度值（样值）抽样是由抽样门来完成的，在抽样脉冲ST(t)的控制下，抽样门闭合或断开，如图-所示 n2.量化n量化的意思是将时间域上幅度连续的样值序列变换为时间域上幅度离散的样值序列信号(即量化值）n量化分为均匀量化和非均匀量化两种。

n1）. 均匀量化n话音信号的概率密度分布曲线如图所示n图中U为过载电压而且话音信号主要分布在-U+U之间我们将-U+U这个区域称为量化区，而将u-U与u+U范围称为过载区 n量化值（离散值）一般与样值（连续值）不相等，因而产生误差，此误差是由量化而产生的，所以叫量化误差n其最大量化误差（指绝对值）不超过半个量化间隔/2，但在过载区，量化误差将超过/2 n有量化误差就好比有一个噪声叠加在原来的信号上起干扰作用，这种噪声称为量化噪声 n均匀量化的特点是：在量化区内，大、小信号的量化间隔相同，最大量化误差也就相同，所以小信号的量化信噪比小，大信号的量化信噪比大n在N（量化级数） 大小适当时，均匀量化小信号的量化信噪比太小，不满足要求（数字通信系统中要求量化信噪比26dB），而大信号的量化信噪比较大，远远满足要求 2）.非均匀量化n非均匀量化的宗旨是：在不增大量化级数N的前提下，利用降低大信号的量化信噪比来提高小信号的量化信噪比n为了达到这一目的，非均匀量化大、小信号的量化间隔不同n信号幅度小时，量化间隔小，其量化误差也小；信号幅度大时，量化间隔大，其量化误差也大n原理原理n实际中，非均匀量化的实现方法通常是在进行量化之前，先将信号抽样值压缩，再进行均匀量化。

这里的压缩是用一个非线性电路将输入电压x变换成输出电压y： y = f(x)n如右图所示：n图中纵坐标y 是均匀刻度的，横坐标x 是非均匀刻度的所以输入电压x越小，量化间隔也就越小也就是说，小信号的量化误差也小n国际电信联盟(ITU)制定了两种建议，即A压缩律和压缩律，以及相应的近似算法 13折线法和15折线法n我国大陆、欧洲各国以及国际间互连时采用A律及相应的13折线法，北美、日本和韩国等少数国家和地区采用律及15折线法下面将分别讨论这两种压缩律及其近似实现方法n A压缩律压缩律nA压缩律是指符合下式的对数压缩规律：n式中，x 压缩器归一化输入电压；n y 压缩器归一化输出电压；n A 常数，它决定压缩程度nA 律是从前式修正而来的它由两个表示式组成第一个表示式中的y和x成正比，是一条直线方程；第二个表示式中的y和x是对数关系，类似理论上为保持信号量噪比恒定所需的理想特性的关系y1n13折线压缩特性 A律的近似 nA律表示式是一条平滑曲线，用电子线路很难准确地实现这种特性很容易用数字电路来近似实现13折线特性就是近似于A律的特性在下图中示出了这种特性曲线：n图中横坐标x在0至1区间中分为不均匀的8段。

1/2至1间的线段称为第8段；1/4至1/2间的线段称为第7段；1/8至1/4间的线段称为第6段；依此类推，直到0至1/128间的线段称为第1段图中纵坐标y 则均匀地划分作8段将与这8段相应的座标点(x, y)相连，就得到了一条折线由图可见，除第1和2段外，其他各段折线的斜率都不相同在下表中列出了这些斜率：折线段号折线段号12345678斜斜 率率161684211/21/4n因为信号为交流信号，所以，上述的压缩特性只是实用的压缩特性曲线的一半在第3象限还有对原点奇对称的另一半曲线，如下图所示：n在此图中，第1象限中的第1和第2段折线斜率相同，所以构成一条直线同样，在第3象限中的第1和第2段折线斜率也相同，并且和第1象限中的斜率相同所以，这4段折线构成了一条直线因此，共有13段折线，故称13折线压缩特性n从表中看出，13折线法和A = 87.6时的A律压缩法十分接近I 876543210y =1-i/801/82/83/84/85/86/87/81A律的x值01/1281/60.61/30.61/15.41/7.791/3.931/1.98113折线法的x=1/2i01/1281/641/321/161/81/41/21折线段号12345678折线斜率161684211/21/415折线图：不再详细讲解3.编码n自然二进制码和折叠二进制码n采用折叠二进。