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基本原理与组成

时间:2022-10-05 百科知识 版权反馈
【摘要】:DVD光盘的数据压缩标准是采用MPEG-2标准,故解压缩处理电路与VCD机也不同。DVD影碟机的信息读取原理、数字处理、数据信号的解压缩处理原理、伺服系统的基本原理、系统控制电路的原理与VCD影碟机基本相同。DVD盘片的外形与VCD相同,直径12cm、厚度为1.2mm。DVD盘片的信号分布更加细密,因此要求播放设备的读取能力和伺服精度必须有重大改进。MPEG-2解码系统的主要作用是对音、视频信号进行解码处理,产生电视机要求的模拟音频、视频信号。

DVD影碟机整机结构与VCD机基本相同可兼容VCD、CD。只是DVD机使用的激光头与VCD机不同,碟片的结构也有所不同,光盘数据的压缩标准也不同。DVD光盘信息密度高、信息坑的尺寸更小需要波长更短的激光束,因此DVD的激光头需要专门设计,既能播放DVD碟片又能播放VCD、CD。DVD光盘的数据压缩标准是采用MPEG-2标准,故解压缩处理电路与VCD机也不同。

DVD光盘的信息容量大、信息密度高,图像的清晰度有很大提高 (达500线)。在音频方面,DVD上记录了多声道编码的环绕立体声。设置杜比AC-3解码电路就可还原出5.1声道的环绕立体声信号。

10.2.1 DVD影碟机的整机组成

典型的DVD影碟机主要由激光头、机芯组件、RF放大器、伺服处理器、伺服驱动器、数据处理电路、解密电路、MPEG-2解码电路、视频处理电路、视频编码电路、音频数据处理电路、杜比数字解码电路、卡拉OK电路、音频DAC电路等部分组成。

DVD机结构如图10-7所示。

DVD机的激光头通常采用双镜头 (物镜)或双聚焦点的结构形式,以便在播放DVD光盘或VCD、CD光盘播放光盘时进行转换。

播放光盘时,激光头取出的信号首先送到RF信号预放器进行放大,同时检测伺服误差信号。放大后的RF信号送到DSP电路进行数据处理,进行8-16位解调和误差校正等处理。然后再经区码解密电路送到MPEG-2解压缩处理电路,对音频、视频的数据进行分离并进行解码处理。MPEG-2解压缩输出的视频数据再与字符信号合成输出送到视频编码和D/A转换电路,最后输出模拟视频信号。分离出的音频数据信号再送到音频信号处理电路中进行数字处理,再经杜比数字解码电路解码后还原成原数字音频信号,最后经D/A转换输出模拟音频信号。

图10-7 典型的DVD机结构

10.2.2 DVD影碟机各功能单元基本原理

DVD影碟机的信息读取原理、数字处理、数据信号的解压缩处理原理、伺服系统的基本原理、系统控制电路的原理与VCD影碟机基本相同。这里主要介绍与VCD不同的功能单元。

1.DVD盘片的结构

DVD盘片的外形与VCD(CD)相同,直径12cm、厚度为1.2mm。但是VCD(CD)盘片是单面盘,而DVD盘片由两片厚度0.6mm的盘片黏合而成。盘片的变薄,导致记录密度的提高,同时互相黏合又可防止盘片产生变形,正反两面都可用于记录信号。

从记录信号的物理层面讲,DVD盘片有4种结构,分别为单面盘、单面双层盘、双面盘、双面双层盘,如图10-8所示。

图10-8 DVD盘片的结构示意图

(a)DVD-5单面盘4.7GB;(b)DVD-9单面双层盘8.5GB;(c)DVD-10双面盘9.4GB;(d)DVD-17双面双层盘17GB

VCD(CD)盘片的信号记录区域内径50mm,外径116mm;单面双层DVD盘片的信号记录区域内径48mm,外径116mm。单面双层DVD盘片从信号拾取方向看,上层信号面称为第一层,下层信号面称为第二层。第二层采用了一种新的半透明薄涂层,能让读数光束透过而达到第一层。在DVD影碟机中,读数光束首先拾取第一层信号面上的信号轨迹,读完第一层之后再读取第二层信号面。

从信号面的坑点分布来看,DVD盘片的坑点密度与VCD(CD)盘片也有重要的区别, VCD(CD)盘片中最小凹坑长度为0.834μm,道间距为1.6μm,DVD盘片的最小凹坑长度为0.4μm,道间距为0.74μm。DVD盘片的信号分布更加细密,因此要求播放设备的读取能力和伺服精度必须有重大改进。

2.DVD激光头的种类

我们知道DVD光盘中信息刻录的密度和深度与CD、VCD不同,信号凹坑的尺寸也不同,虽然DVD激光头的光学系统结构与CD、VCD激光头光学系统结构差别不大,也采用半导体激光器,但激光的波长完全不同。用CD、VCD使用的波长为780nm的激光头是不能读取DVD光盘上的信息的,DVD必须采用波长为650nm的激光头读信息。

3.MPEG-2解码系统

在DVD系统中,信源编码采用MPEG-2编码标准 (ISO/IEC13818)格式化编码采用ISO9660标准,信道编码采用RS-PC纠错编码,数字调制采用EFM+调制技术。

MPEG-2是在MPEG-1的基础上发展起来的以通信、广播和存储媒体为对象的活动图像编码标准,其压缩过程是:首先确定图像的复杂程度,将对较亮像素或突出物体的图像信号进行高位量化处理,使其图像反映较为精细,而对较暗的像素或无关紧要的物体图像信号进行压缩,这样可节约许多媒体空间。其次,采用可变比特率传输方案,对简单的图像用1.5MB/S的传输率,对复杂图像用11MB/S的传输率,实际视频平均传输率为3.5MB/S。此外,MPEG-2还采用了运动图像补偿编码技术,对运动的图像以同一画面中其他画面为基准计算出运动矢量并预测其误差大小,对运动画面其中部分信号进行编码插补,从而使运动的图像减少一半的存储量。

以不同算法进行数据压缩处理后,得到的图像数据、伴音数据和副图像数据统称基本流ES;以2K字节为基本单位划分的一组数据称为数据包;在数据包的基础上附加以信号的种类(如图像、伴音或副图像)及解码时用来定时的时间标记信息,就形成了一种新的数据块,称之为包基本流PES;图像、伴音、副图像的PES组合成一连串的数据串,这种数据串就是节目流。

MPEG-2解码系统的主要作用是对音、视频信号进行解码处理,产生电视机要求的模拟音频、视频信号。其图像的清晰度与MPEG-1标准相比有很大提高。在音频方面, MPEG-2可解出多声道编码的环绕立体声。设置杜比AC-3解码电路可还原出5.1声道的环绕立体声信号。

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