第七讲 汽车音响激光（ CD）唱机原理
2,3,1 CD唱片记录信号的原理
1,CD唱片的结构
⑴ CD信号
CD信号是数字信号,模拟音频信号经过取样量化成为数字信号 。
经过 EFM(8bit-14bit调制 )编码处理,成为 PCM信号 （ 脉冲调制 ） 。
在信号中插入控制与显示信号,也称子码,子码用来进行曲目显示及选曲等特殊重放 。
记录在唱片上的 CD信号是被分为一段一段的,这样的一段称为一帧 。
帧与帧之间还要插入作为分隔符的帧同步信号 。
⑵ CD唱片上的信号轨迹
CD唱片是以凸凹的形式来记录 PCM信号的。 CD唱片由印模在聚碳脂材料的基片上压印有极高密度的凹坑，这些凹坑代表了音乐信息及各种辅助信息，如曲目的时间、位置
、信道数等。 CD唱片是一种光学式数字唱片。它所记录的是数字信号，这在 CD唱片上的表现是由一系列深度为 O.11?m、宽度为 0.4?m长度不等的信号坑所组成，信号坑共有 3T
～ 11T九种长度，其中 T为 CD信号的时钟周期。这一轨迹从 CD唱片的内圈向外圈以螺旋状排列，轨迹之间的间距为 1.6?m。
⑶ 信号的读取
CD唱片重放时采用光学非接触方式读取唱片上所记录的信息。放唱时，激光头发射波长为 O.78?m的激光束，由 CD唱机中的聚焦伺服和循迹伺服系统控制，
准确照射在 CD唱片的信号轨迹上，经 CD唱片反射回的光束在有信号坑的地方小
，在无坑之处几乎全部被反射回来，这一反射光强的变化由激光头中的光电二极管检测出，变为电信号。
⑷ CD唱片工作时的特点
1.25m／ s的恒线速度
500 r／ min～ 200 r／ min
CD唱片的最大放唱音乐时间是 74min。
采用 MPEG-2技术的 DVD光盘可记录 8.5GB数据，播放长达 133min高质量的图象。
2,CD唱机记录信号的基本原理
CD唱片上记录的是数字信号，因为 CD唱片是以凸凹坑的形式记录二进制数字信号，因此，音乐信号要想记录到 CD唱片上，还要经过编码过程，同时加上一些必要的纠错码、句柄以及连接码等。
音频信号记录到 CD唱片的过程
⑴ 脉冲编码调制音频信号转换成数字信号要经过取样、量化和编码三个过程，这个过程通常又称为 PCM,PCM是英文 Pulse Code Modulation的缩写，意为脉冲编码调制。
① 取样 所谓取样是对模拟信号每隔一定的时间间隔进行瞬时取值,形成时间上不连续的脉冲序列,见图 。 离散点的值称为取样值,每秒钟取样的次数叫做取样频率 。 CD唱机的取样频率为 44.1kHz。
② 量化 量化是在幅度上用某种精度的“尺”来测量所取样的值。量化后的信号与原始信号之间由于数字化产生的差值称为量化误差，量化位数越多，量化误差就越小。 CD唱机采用 16bit(比特 )对采样值进行量化
③ 编码 编码就是将量化了的采样值用二进制数表示。量化编码后的两个独立二进制信号都送入分时处理电路，使两组二进制数码交替构成一个 2.822Mbit
／ s的音频比特流。
④ 时分复用的概念 模拟立体声音频信号分为左右两路，但记录在 CD唱片上的数字信号只有一路，这是什么道理呢?
模拟音频信号经模／数（ A/D）变换电路 ADC变换成为 PCM信号，由于 PCM信号属于脉码信号，在脉码与脉码之间存在着一定的时间间隔，这一时间间隔称为时隙，我们可以在一路 PCM信号的时隙中插入另一路 PCM信号，这样就可以将左右声道两路信号合为一路了，在 CD唱机中还可将它们重新分离。
这一技术称为时 (间 )分 (隔 )复用，还可采用这一技术在 PCM化的音频信号中插入一些控制信号和其他有用信号，左右两个声道的模拟音频信号经 ADC转换成 PCM信号，然后，两路 PCM信号送入复用电路 MPX，经时分复用处理变为一路数字信号，再进行下一步的 CIRC误码校正编码。
⑵ 纠错编码数字记录或重放过程中会产生一些数字差错，这些数字差错称为误码。重放时，这些误码会引起脉冲噪声，因此，必须对记录或重放过程中产生的误码进行纠正和补偿。
① 误码校正编码与 CIRC 如果 CD唱片本身存在着制造上的先天缺陷或唱片表面有指纹、划伤或灰尘等后天缺陷
② 交织记录时按一定的规律改变原来数字信号的排列顺序,重放时再按原来的顺序进行重排 。 把数字信号的顺序进行改变这一过程称为交织,而把重放时恢复数字信号的原来顺序称为去交织 。
③ 检错 在 CD信号编码系统中是对数字信号按规定的方法进行运算，产生纠错码。重放时根据纠错码进行检错。
④ CIRC纠错编码 在 CD系统中实际使用的误码校正编码方法称为交叉交织里德所罗门代码，英文简称为 CIRC。
⑶ 控制字一是找开始点,即选曲,如快速选曲,跳越放音,编程放音等 。
二是显示,例如进行图形显示等 。
这 8 bit的子码又分别叫做 P,Q,R,S,T,U,V,W信道，有时也将其称为 8个信道
⑷ EFM调制加入控制字的音频数字信号送到 EFM调制器进行 EFM调制。解决连续为 1或连续为 0 的问题
⑸ 同步字
EFM调制后的数字信号,经加入同步字就可以记录到 CD唱片上同步字被用作待处理资料的起始点,也作为唱片速度控制电路的比较信号 。 同步字由 24位资料组成 。
同步字位于一帧资料的最前面 。
从图中可以看出：每帧所包含的比特数有：
33× l7+24+3＝ 588bit，
而 CD唱机的位时钟为 4,3218× 106bit/588=7350bit/s。
因此 CD唱机的帧频率为 4,3218× 106bit/588=7350帧 /s。
2,3,2 CD唱机的构成与工作原理
1,CD唱机的系统构成
CD唱机中主要包括机械系统、信号读取系统 (激光头系统 )、伺服系统 (包括聚焦伺服、循迹伺服、径向进给伺服、主轴伺服 )、译码、纠错和数／模变换器等数字信号处理系统、系统控制及电源
⑴ CD唱机的机械系统激光唱机机芯包括四部分：激光唱头、驱动机构、加载机构以及减振机构。
① CD唱片加载机构与主轴电机
② CD唱片的压片机构
③ 径向移动系统
⑵ CD唱机的光学系统
2,CD唱机的工作原理激光拾音器从唱片上拾取信号的示意图
2,3,1 CD唱片记录信号的原理
1,CD唱片的结构
⑴ CD信号
CD信号是数字信号,模拟音频信号经过取样量化成为数字信号 。
经过 EFM(8bit-14bit调制 )编码处理,成为 PCM信号 （ 脉冲调制 ） 。
在信号中插入控制与显示信号,也称子码,子码用来进行曲目显示及选曲等特殊重放 。
记录在唱片上的 CD信号是被分为一段一段的,这样的一段称为一帧 。
帧与帧之间还要插入作为分隔符的帧同步信号 。
⑵ CD唱片上的信号轨迹
CD唱片是以凸凹的形式来记录 PCM信号的。 CD唱片由印模在聚碳脂材料的基片上压印有极高密度的凹坑，这些凹坑代表了音乐信息及各种辅助信息，如曲目的时间、位置
、信道数等。 CD唱片是一种光学式数字唱片。它所记录的是数字信号，这在 CD唱片上的表现是由一系列深度为 O.11?m、宽度为 0.4?m长度不等的信号坑所组成，信号坑共有 3T
～ 11T九种长度，其中 T为 CD信号的时钟周期。这一轨迹从 CD唱片的内圈向外圈以螺旋状排列，轨迹之间的间距为 1.6?m。
⑶ 信号的读取
CD唱片重放时采用光学非接触方式读取唱片上所记录的信息。放唱时，激光头发射波长为 O.78?m的激光束，由 CD唱机中的聚焦伺服和循迹伺服系统控制，
准确照射在 CD唱片的信号轨迹上，经 CD唱片反射回的光束在有信号坑的地方小
，在无坑之处几乎全部被反射回来，这一反射光强的变化由激光头中的光电二极管检测出，变为电信号。
⑷ CD唱片工作时的特点
1.25m／ s的恒线速度
500 r／ min～ 200 r／ min
CD唱片的最大放唱音乐时间是 74min。
采用 MPEG-2技术的 DVD光盘可记录 8.5GB数据，播放长达 133min高质量的图象。
2,CD唱机记录信号的基本原理
CD唱片上记录的是数字信号，因为 CD唱片是以凸凹坑的形式记录二进制数字信号，因此，音乐信号要想记录到 CD唱片上，还要经过编码过程，同时加上一些必要的纠错码、句柄以及连接码等。
音频信号记录到 CD唱片的过程
⑴ 脉冲编码调制音频信号转换成数字信号要经过取样、量化和编码三个过程，这个过程通常又称为 PCM,PCM是英文 Pulse Code Modulation的缩写，意为脉冲编码调制。
① 取样 所谓取样是对模拟信号每隔一定的时间间隔进行瞬时取值,形成时间上不连续的脉冲序列,见图 。 离散点的值称为取样值,每秒钟取样的次数叫做取样频率 。 CD唱机的取样频率为 44.1kHz。
② 量化 量化是在幅度上用某种精度的“尺”来测量所取样的值。量化后的信号与原始信号之间由于数字化产生的差值称为量化误差，量化位数越多，量化误差就越小。 CD唱机采用 16bit(比特 )对采样值进行量化
③ 编码 编码就是将量化了的采样值用二进制数表示。量化编码后的两个独立二进制信号都送入分时处理电路，使两组二进制数码交替构成一个 2.822Mbit
／ s的音频比特流。
④ 时分复用的概念 模拟立体声音频信号分为左右两路，但记录在 CD唱片上的数字信号只有一路，这是什么道理呢?
模拟音频信号经模／数（ A/D）变换电路 ADC变换成为 PCM信号，由于 PCM信号属于脉码信号，在脉码与脉码之间存在着一定的时间间隔，这一时间间隔称为时隙，我们可以在一路 PCM信号的时隙中插入另一路 PCM信号，这样就可以将左右声道两路信号合为一路了，在 CD唱机中还可将它们重新分离。
这一技术称为时 (间 )分 (隔 )复用，还可采用这一技术在 PCM化的音频信号中插入一些控制信号和其他有用信号，左右两个声道的模拟音频信号经 ADC转换成 PCM信号，然后，两路 PCM信号送入复用电路 MPX，经时分复用处理变为一路数字信号，再进行下一步的 CIRC误码校正编码。
⑵ 纠错编码数字记录或重放过程中会产生一些数字差错，这些数字差错称为误码。重放时，这些误码会引起脉冲噪声，因此，必须对记录或重放过程中产生的误码进行纠正和补偿。
① 误码校正编码与 CIRC 如果 CD唱片本身存在着制造上的先天缺陷或唱片表面有指纹、划伤或灰尘等后天缺陷
② 交织记录时按一定的规律改变原来数字信号的排列顺序,重放时再按原来的顺序进行重排 。 把数字信号的顺序进行改变这一过程称为交织,而把重放时恢复数字信号的原来顺序称为去交织 。
③ 检错 在 CD信号编码系统中是对数字信号按规定的方法进行运算，产生纠错码。重放时根据纠错码进行检错。
④ CIRC纠错编码 在 CD系统中实际使用的误码校正编码方法称为交叉交织里德所罗门代码，英文简称为 CIRC。
⑶ 控制字一是找开始点,即选曲,如快速选曲,跳越放音,编程放音等 。
二是显示,例如进行图形显示等 。
这 8 bit的子码又分别叫做 P,Q,R,S,T,U,V,W信道，有时也将其称为 8个信道
⑷ EFM调制加入控制字的音频数字信号送到 EFM调制器进行 EFM调制。解决连续为 1或连续为 0 的问题
⑸ 同步字
EFM调制后的数字信号,经加入同步字就可以记录到 CD唱片上同步字被用作待处理资料的起始点,也作为唱片速度控制电路的比较信号 。 同步字由 24位资料组成 。
同步字位于一帧资料的最前面 。
从图中可以看出：每帧所包含的比特数有：
33× l7+24+3＝ 588bit，
而 CD唱机的位时钟为 4,3218× 106bit/588=7350bit/s。
因此 CD唱机的帧频率为 4,3218× 106bit/588=7350帧 /s。
2,3,2 CD唱机的构成与工作原理
1,CD唱机的系统构成
CD唱机中主要包括机械系统、信号读取系统 (激光头系统 )、伺服系统 (包括聚焦伺服、循迹伺服、径向进给伺服、主轴伺服 )、译码、纠错和数／模变换器等数字信号处理系统、系统控制及电源
⑴ CD唱机的机械系统激光唱机机芯包括四部分：激光唱头、驱动机构、加载机构以及减振机构。
① CD唱片加载机构与主轴电机
② CD唱片的压片机构
③ 径向移动系统
⑵ CD唱机的光学系统
2,CD唱机的工作原理激光拾音器从唱片上拾取信号的示意图
