ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

Алгоритмы обработки сигнала, содержащего аудиоинформацию и данные субкода

Для получения аудиоинформации с компакт-диска при воспроизведении необходимо осущест­вить операции, обратные тем, которым подвергались сигналы при записи. Для правильного соблюдения временных соотношений требуется выделить синхронизирующие сигналы.

Считанные с компакт-диска оптические сигналы (сумма А + В + С + Ю) преобразуются фотодиодной матрицей в электрические ^М-сигналы, которые вначале проходят через усилитель, выравнивающий фильтр и формирователь прямоугольных импульсов (ЕРМ1) (рис. 9.29). Такое представление сигналов значительно упрощает все последующие процеду­ры обработки, которые ведутся в цифровом виде.

Тактовые синхроимпульсы, следующие с частотой 4,3218 Мбит/с, выделяются узкопо­лосной системой фазовой автоподстройки частоты. Из последовательности прямоугольных импульсов методом сравнения с образцовыми комбинациями выделяются кадровые синхро­сигналы. В результате весь поток данных раскладывается на информационные кадры, экви­валентные тем кадрам, которые формировались при записи. Далее синхронизированные £У7Л//-данные из 14-битного формата в демодуляторе преобразуются в 8-битный фор­мат (байты).

При записи производится перемежение байтов. В процессе воспроизведения осуществ­ляется обратная операция — деперемежение — возвращение «разбросанных» участков сиг­нала на свои места и их «сращивание», в результате которого довольно крупные участки «выпадения» или поражения сигнала помехой разбиваются на более мелкие, которые проще компенсируются, например, интерполяцией с учетом гладкой формы волны аудиосигналов.

Рассмотрим фрагмент записываемого аудиосигнала (рис. 9.30, а), отсчеты которого по­сле аналого-цифрового преобразования перемежаются (рис. 9.30, б), например, поблочно по закону I —3—5—4—2. Пусть при наличии какого-либо дефекта компакт-диска в считываемом сигнале (рис. 9.30, в) происходит «выпадение» части информации. После деперемежения по обратному закону «выпавшие» отсчеты оказываются разгруппированными (рис. 9.30, г), и эти одиночные ошибки легко исправляются линейной интерполяцией (штриховые линии). При обработке без процедуры перемежения-деперемежения большой участок «выпадения» информации оказывается неисправленным.

После деперемежения производится декодирование информации с помощью перекрест­ного контроля избыточности. При этом используются дополнительные проверочные биты, введенные в сигнал при записи. Выявленные ошибки исправляются декодером. Дефектные слова данных Сдеф корректируются в устройстве интерполяции, которое оценивает значение слова С_, предшествующего дефектному, и слова С+, идущего после него, вычисляет их среднее значение:

Сср = (С_ + С+)/2 и заменяет этим значением дефектное слово:

Сдеф ~ Сср.

В некоторых моделях проигрывателей компакт-дисков используются алгоритмы, позво­ляющие уменьшить искажения аудиосигналов, вызванные достаточно продолжительным «выпадением» информации (сильные царапины на поверхности диска и т. п.). Такие схемы называются антиударными (апПвИоск). Суть алгоритмов заключается в запоминании и по­вторении информации, предшествующей моменту «выпадения», на некоторое время, пере­крывающее время действия помехи.

Следующий этап обработки скорректированной информационной последовательности данных — цифровая фильтрация, при которой из цифровых сигналов с упомянутой выше частотой дискретизации = 44,1 кГц искусственно формируются аналогичные сигналы, но с частотой дискретизации, в целое число раз больше указанного значения: 88,2 или 176,4 и т. д. Это делается для того, чтобы при дальнейшем получении непрерывного аудиосигнала на выходе устройств обработки после цифро-аналогового преобразования было легче осу­ществить его низкочастотную фильтрацию.

Эти операции выполняются специальным цифровым сигнальным процессором с ис­пользованием арифметического логического устройства и внутреннего оперативного запо­минающего устройства (ОЗУ). Последнее при обработке обеспечивает не только хранение промежуточных результатов вычислений, но и стабилизирует временные параметры вос­производимых сигналов.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 I 1 3 5 4 2 6 8 10 9 7 11 13 »

Б

Рис. 9.30. Алгоритм обработки сигналов с использованием операции перемежения-деперемежения: а — фрагмент записываемого аудиосигнала; 6 — отсчеты аудиосигнала; в — отсчеты аудиосигнала в случае дефекта компакт диска; в — отсчет аудиосигнала после процедуры перемежения-деперемежения

Поясним это. Даже при нормальном воспроизведении вероятны незначительные колеба­ния скорости поступления информации с компакт-диска, поэтому возможны изменения пара­метров выходных аналоговых сигналов. Использование промежуточной памяти (ОЗУ) позво­ляет, записав в нее нестабильный сигнал, считать его затем со стабильной частотой выборки и этим устранить ненужные флюктуации.

Процесс цифро-аналогового преобразования заключается в формировании непрерывно­го колебания, мгновенные значения напряжения которого соответствуют двоичному коду цифрового сигнала, в данном случае — 16-разрядного. Устройство, выполняющее данную операцию, называется цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП). Так как время действия одного цифрового слова на его входе равно периоду дискретизации, то в первом приближе­нии на выходе ЦАП непрерывный сигнал имеет вид ступенчатой функции времени (рис.. 9.31), длины «ступенею> которого также равны этому значению. Для сглаживания фор­мы ФНЧ-сигнала на выходе ЦАП устанавливается фильтр нижних частот (ФНЧ) с ампли - тудно-частотной характеристикой К(/) (рис. 9.32). Этот фильтр должен быть «прозрачен» в полосе спектра аудиосигналов (до 20 кГц) и не должен пропускать составляющие с часто­той дискретизации Ра. Чем больше разница между частотой дискретизации и полосой пропускания ФНЧ Д/гФНч> тем лучше осуществляется фильтрация и легче реализуется фильтр.

Одновременно с процессом цифро-аналогового преобразования осуществляется и де­мультиплексирование аудиоинформации, т. е. разделение ее на сигналы левого и правого ка­налов. Это происходит при коммутации и разделении потока чередующихся 16-разрядных слов левого и правого каналов на два подпотока. В результате попеременного подключения их к ЦАП (одному или двум в зависимости от конкретной реализации схемы) формируются два аудиосигнала.

Цифровые данные субкода, поступающие вместе с аудиоинформацией, обрабатываются отдельно по специальным алгоритмам. Субкод содержит общие сведения о диске и теку­щую информацию. Общая информация считывается в начале воспроизведения с нулевой дорожки, а текущая используется в процессе работы для управления устройствами обработ­ки. При обработке субкода не требуются операции интерполяции и деперемежения, так как в этих импульсных последовательностях нет зависимости байт и слов друг от друга, как в аналоговом сигнале. В результате из импульсных комбинаций субкода формируются сигна­лы, несущие информацию о содержании компакт-диска, количестве фонограмм, номере до­рожки, сигнале предыскажений, абсолютном и относительном времени воспроизведения и т. д., которые обеспечивают многие управляющие и сервисные функции.