chuong4-ghi phat tin hieu audio va video
----------------------- Page 1-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
Chương 4
GHI PHÁT TÍN HIỆU AUDIO & VIDEO SỐ
4.1. GIỚI THIỆU
Truyền dẫn và lưu trữ (ghi phát) tín hiệu là hai yêu cầu quan trọng trong xử lý
tín hiệu audio và video số, nó đóng một vai trò tất yếu trong công nghệ thông tin
viễn thông hiện nay. Tín hiệu audio và video sau khi số hóa thì sẽđược lưu trữ và
truyền dẫn giống như những loại dữ liệu số khác. Tuy nhiên, do đặc thù của tín hiệu
audio và video mà có những phương pháp xử lý theo những nét đặc trưng của nó.
4.2. THIẾT BỊ LƯU TRỮ AUDIO-VIDEO SỐ
4.2.1. Đĩa compact
Đĩa compact (CD) là thiết bị dùng để lưu trữ tín hiệu được điều biến dạng số.
Các thông tin này được tạo ra từ các tín hiệu tương tự và được lưu trữ trên CD bởi
các cấu trúc vật lý là các pit (lồi) và các flat (lõm). Để ghi phát các thông tin trên
CD người ta dùng đầu đọc phát chùm tia laser tạo ra từ diode laser đi qua hệ thống
thấu kính hay còn gọi là khối đầu quang. Khi ghi, tín hiệu được điều biến dạng số
được đưa vào khối đầu quang để biến đổi thành tín hiệu quang, chùm tia có cường
độ biến đổi tùy theo tín hiệu điều biến sẽđịnh dạng trên CD thành các vệt lồi, lõm
đặc trưng cho tín hiệu được điều biến dạng số. Khi phát lại chùm tia laser chiếu lên
bề mặt CD khi gặp các pit, flat sẽ phản xạ ánh sáng trở về, sau đó tín hiệu quang này
sẽđược chuyển đổi thành tín hiệu điện và giải điều chế thành tín hiệu tương tự.
15mm
Lớp nhựa
bảo vệ
Lớp phản Lớp nhựa
quang trong suốt 120mm
Hình 4. 1. Cấu tạo đĩa Compact
Đĩa compact là một tấm nhựa phẳng tròn có đường kính ngoài 120mm, đường
kính lỗ tâm 15mm và bề dày 1,2mm. Cấu tạo gồm 3 lớp như hình 4.1, lớp plastic
trong suốt chứa thông tin dưới dạng các vệt lồi và lõm, lớp phản quang là có thể là
88
----------------------- Page 2-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
bạc hoặc nhôm được phủ lên trên lớp nhựa plastic, lớp nhựa acrylic được phủ lên
trên làm lớp bảo vệđĩa. Nhãn đĩa ghi các thông tin vềđĩa được dán trên lớp nhựa
bảo vệ này.
4.2.2. Định dạng các vùng dữ liệu trên CD
- Vùng có đường kính từ 26 → 33mm gọi là vùng kẹp đĩa (clamping area)
dùng để giữ cốđịnh đĩa trên bàn xoay nhờ vào bộ phận kẹp đĩa.
- Vùng có đường kính từ 46 → 50mm gọi là vùng dẫn nhập (lead in) hay
vùng TOC (Table of content) đây là vùng ghi các thông tin mởđầu như số
bài hát, địa chỉ bài hát, thời gian mỗi bài hát…
- Vùng có đường kính từ 50 → 116mm gọi là vùng chương trình (program
area) là vùng lưu trữ các thông tin điều biến dạng số của tín hiệu âm thanh,
hình ảnh…và thời gian đã phát.
- Vùng có đường kính từ 116 → 117mm gọi là vùng dẫn xuất (lead out) dùng
để ghi các thông tin kết thúc chương trình.
4.2.3. Đĩa CD audio
Đĩa CD audio là thiết bị dùng để lưu trữ tín hiệu audio dạng số, có thời gian
lưu trữ dữ liệu cho phát tới 74 phút, audio được số hoá ở 44,1kHz với 16 bit trên
mẫu, mã hóa PCM tuyến tính loại bỏ nén và có hai kênh cho âm stereo. Việc này sẽ
cân bằng tốc độ dữ liệu 1,41Mb/s hoặc 172kB/s. Vì vậy, đối với 74 phút audio,
dung lượng dữ liệu là 750 Mb. Mã hóa cho CD audio sử dụng cấu trúc khung hình
588 bít bao gồm mã phát hiện và sửa lỗi Reed-solomon, chèn và dự phòng cho đồng
bộ và các mã con. Tất cả các quá trình này được ghi trên đĩa với điều chế EFM cho
kết quả tốc độ dữ liệu trên kênh truyền là 4,32Mbit/s.
Trong cấu trúc ban đầu, CD audio chỉ là đĩa sao lại bằng cách nén từđĩa mẹ
trong một quá trình rất tốn kém. Đây chính là định dạng CD cho audio số (CD-DA)
và tiêu chuẩn của nó được gọi là “Red book’’.Tiêu chuẩn này sử dụng hoạt động
CLV với vận tốc vệt ghi không đổi bằng 51,2 inch/s. Kết quả là tốc độ quay đĩa
thay đổi trong khoảng từ 500 tới 200 vòng/m khi đầu đọc di chuyển từ trong ra
ngoài vùng ghi đĩa (quá trình ghi luôn bắi đầu từ bên trong đĩa).
4.2.4. CD-ROM
Tiềm năng của công nghệđĩa CD để phân phối dữ liệu máy tính đã rõ ràng,
một tiêu chuẩn đã được phát triển cho dịch vụ này. Bởi vì dữ liệu máy tính yêu cầu
phần phát hiện sửa lỗi tốt hơn so với audio (dưới 10-13) cho nên phải cần đến một
overhead bổ xung, như vậy sức chứa dữ liệu sẽ ít hơn 680Mb, nhưng vẫn là khá lớn
đối với gói nhỏ. Tiêu chuẩn này được gọi là “yellow book” và sản phẩm thường là
89
----------------------- Page 3-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
CD-ROM (bộ nhớ chỉđọc CD). Định dạng khối 588 bit của CD-DA được sửa đổi
để tạo ra hai chếđộ hoạt động cho CD-ROM, chếđộ một cung cấp phần phát hiện
sửa lỗi mở rộng như nêu ở trên còn chếđộ hai cung cấp phần phát hiện sửa lỗi cũng
như sức chứa dữ liệu giống như CD-AD, hầu hết các ứng dụng cho máy tính cá
nhân đều sử dụng chếđộ thứ nhất.
Hình 4.2 trình bày cấu trúc của khối CD-ROM cho chếđộ 1 và 2. Mỗi khối
CD-ROM có chứa 2352 byte, số lượng này phù hợp với dung lượng chứa là 98 của
khối CD-DA (mỗi khối 588 bit) mang 6 mẫu audio stereo 32 bit hoặc là 24 byte,
24×98 =2352 byte). Vì vậy, cấu trúc của khối CD-ROM nằm ởđỉnh của khối CD-
DA và phần phát hiện sửa lỗi của cả hai mức đầu là tích cực, cả hai chếđộđều đưa
ra mã đồng bộ 12 byte cộng với một header 4 byte, header này có chứa một chếđộ
riêng và mã ghi địa chỉ khối 3 byte. Chếđộ một dành cho 288 byte của không gian
còn lại cho phần ghi mã phát hiện sửa lỗi để lại 2048 byte dữ liệu trên khối. Do một
CD-ROM có thể lưu trữ tới 33000 khối, chếđộ một có dung lượng dữ liệu là
675.840.000 byte. Chếđộ 2 loại bỏ phần ghi mã sửa lỗi thêm, đưa ra 22.336 byte
trên khối hoặc 770.880.000 byte trên đĩa.
Bởi vì sẽ rất có lợi nếu sử dụng chung thiết kế dữ liệu ổđĩa với thiết bị CD-DA
dân dụng, tiêu chuẩn CD-ROM chấp nhận hoạt động của CLV, cùng vệt từ xiên và
cùng tốc độ vệt từ như hệ thống audio. CLV không phải là thích hợp nhất đối với
máy tính yêu cầu tốc độ truy cập dữ liệu ngẫu nhiên nhanh. Do việc sử dụng CLV,
thời gian truy cập của CD-ROM phải tính đến thời gian thiết lập tốc độ cho đĩa và
các hạn chế của cơ cấu trợđộng cho vệt từ. Thời gian truy cập của CD-ROM dài
hơn thời gian truy cập của ổ cứng máy tính từ 10 đến 20 lần.
Chếđộ 1
288 byte dữ
2048 byte dữ liệu sử dụng
liệu phụ
ộ r
g 2 d )
n 1 a 4
ồ( e
Đ H Chếđộ 2
2336 byte dữ liệu sử dụng
2352 byte
Hình 4.2. cấu trúc khối dữ liệu của chuyển đổi-ROM chếđộ 1 và 2
Yellow book chỉ xác định môi trường và định dạng của vệt từ trên đĩa, nó
không mô tả nội dung được của các vệt từ này. Để hữu ích cho máy tính, phải có
một tiêu chuẩn nữa xác định giao diện dữ liệu và một hệ thống file vì vậy máy tính
90
----------------------- Page 4-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
có thể truy cập dữ liệu một cách ngẫu nhiên tiêu chuẩn cho các hệ thống file của
CD-ROM là ISO-9660, tiêu chuẩn này đưa ra cấu trúc thư mục và thư mục còn để tổ
chức và gọi ra các file từ một môi trường lưu trữ. ISO-9660 có thể sử dụng được
cho hầu hết các máy tính cá nhân có phần mền phù hợp.
Khi thị trường CD-ROM ngày càng phát triển, các nhà sản xuất luôn không
ngừng cải tiến để cho ra những sản phẩm có tính năng cao hơn. Sự thay đổi quan
trọng nhất là tăng tốc độ quay của đĩa do vậy tăng thời gian truy cập và tốc độ dữ
liệu điều này nhìn chung đã được thực hiện bằng cách lấy bội số của tốc độ CD cơ
bản (150 kB/s) như 2 x (300 kB/s), 4x (600 kB/s), 6x (900kB/s)…
4.2.5. CD ghi
Mặc dù CD-ROM cực kỳ thành công đối với máy tính, song đối với người sử
dụng hiển nhiên vẫn tốt hơn nếu người ta có thể ghi trên CD-ROM ngay tại máy
tính của mình. Những ổđĩa CD có khả năng ghi đã bắt đầu xuất hiện trên thị trường.
Hệ thống này được goị là CD-R sử dụng đĩa trắng chứa một lớp nhuộm hữu cơ, độ
phản xạ của chất này thay đổi khi nó bị “phát hoả’’ bởi nguồn ánh sáng laser trong
máy ghi. Để khớp vệt từ và cơ cấu trợđộng hội tụ trong khi ghi, đĩa trắng CD-R có
cấu trúc vệt từ dưới dạng vệt từ vật lý được nén vào bề mặt ghi. Những vệt từ này có
sẵn phần điều chếđược sử dụng với cơ cấu trợđộng ghi. Một đĩa CD-R đã ghi có
thể chạy trên hầu hết các ổ CD-ROM hoặc CD của thiết bị phát audio. Đĩa trắng có
giá tương đối thấp so với khả năng dự trữ tới 680Mb. Đĩa CD-R chỉ có khả năng
ghi một lần.Tuy nhiên, đây là một thiết bị ghi phổ biến do khá phù hợp cho sử dụng
và lưu trữ.
Ghi trên CD-R cần một máy tính cá nhân với ổ cứng lưu trữ nhanh có phần
mềm đặc biệt chạy trên CD-R. Phần mềm cho phép người sử dụng xác định rõ sẽ
dùng file nào ổ cứng cho CD và có thể chạy một đĩa kiểm tra đã ghi trước để quyết
định thực hiện phần ghi cụ thể. Điều này cần thiết bởi vì quá trình ghi phải hoạt
động liên tục một khi đã bắt đầu nếu một vài dữ liệu không truy cập nhanh khi cần,
phần ghi sẽ bị phá huỷ.
Thiết bị ghi CD-R có tốc độđiển hình là 2x hoặc 4x…, vì vậy thời gian yêu
cầu cho quá trình ghi rất ý nghĩa. Nếu cần nhiều bản sẽ mất rất nhiều thời gian. Tuy
nhiên, sự phù hợp và giá cả hợp lý của CD-R rất thông dụng để sao chép các loại
CD với số lượng nhỏ.
4.2.6. Các phiên bản khác của CD
Có thể kết hợp audio củaa CD-DA và dữ liệu của CD-ROM trên cùng một đĩa,
đây được gọi là đĩa có chếđộ hỗn hợp. Vệt từđầu tiên bao giờ cũng phải là vệt từ
của CD-ROM, còn các vệt từ khác trên đĩa có thểđịnh dạng CD-DA. Loại đĩa như
91
----------------------- Page 5-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
thế này không thể chạy trên một thiết bị phát audio CD bởi vì nó luôn luôn bắt đầu ở
vệt từđầu tiên và tìm dữ liệu mà thiết bị không thể hiểu được. Nhưng một ổ CD-
ROM trong máy tính sẽ có khả năng đọc được từđầu tiên và hiểu được sự có mặt
của audio số cùng với dữ liệu máy tính ở trên đĩa. Ổđĩa CD của máy tính có thể
chạy audio chất lượng cao không liên quan đến các hoạt động khác của máy tính có
nghĩa là khi audio đang chạy, máy tính có thể làm bất cứđiều gì nó muốn trừ việc
truy cập vào ổ CD.
Các phiên bản khác của CD-ROM là CD-I,CD-V và CD-ROM XA. Các phiên
bản này tăng cường khả năng trong định dạng dữ liệu để hỗ trợ video hoặc audio
cùng với các cấu trúc khác của dữ liệu máy tính.Tuy nhiên, không có phiên bản nào
trong số này được sử dụng rộng rãi như CD-ROM, hầu hết các ứng dụng CD-ROM
cho video và audio đều sử dụng định dạng chung.
Hiện nay, CD-ROM có rất nhiều chuẩn khác nhau tùy thuộc vào từng nhà sản
xuất, tốc độ truyền dữ liệu cũng đạt khá cao đến 8400kB/s và thậm chí còn cao hơn
rất nhiều.
4.2.7. DVD
Tốc độ dữ liệu ban đầu của CD-ROM 154 kB/s đã trở thành mục tiêu cho các
nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ nén audio nhằm tạo ra video có chất lượng
tốt, có thể hoạt động từ CD-ROM tiêu chuẩn. Đây có thể là phương tiện để phân
phối video như một phần của các game trên máy tính hoặc các ứng dụng khác và nó
có thể thay thế băng video làm phương tiện phân phối ảnh động. Hệ thống video ban
đầu là công nghệ DVI của intel, công nghệ này đưa ra phần cứng và phần mềm giúp
việc thực hiện playback có chuyển động và màn hình video máy tính trở nên khả thi.
Năm 1988 sản phẩm này bắt đầu xuất hiện và sử dụng rộng rãi trong các buồng điện
thoại và ứng dụng giảng dạy qua máy tính. Tuy nhiên, nó vẫn chưa được sử dụng
trên thị trường đại chúng.
Tiếp cận thị trường video của CD, phần mềm video chỉđể sử dụng cho
playback. Phần mềm này có thể chạy trên bất cứ máy tính cá nhân nào với bộ xử lý
nhanh và phát video với chất lượng thấp thường trong một cửa sổ có kích cỡ bằng
một phần tư màn hình hoặc nhỏ hơn. Các hệ thống này là Indeo của intel, Cinepark
của SuperMac, Quick time của Apple và một sốứng dụng khác, thường hoạt động
với 1x CD-ROM nhưng có thể chạy tốt hơn với 2x hoặc 4x. Chúng được sử dụng
rộng rãi trong trò chơi ở CD-ROM và bách khoa toàn thư nhưng không phù hợp với
điện ảnh bởi vì thời gian chạy ngắn (74 phút ở 1x và ít hơn ở những tốc độ cao hơn,
và chất lượng ảnh tồi. Máy tính kiểu mới nhất đều có bộ tăng tốc độ xử lý của phần
mềm chỉ với video và cho phép hiển thịđầy đủ màn hình.
92
----------------------- Page 6-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
Cơ hội đã mở ra cho một hệ thống đĩa quang với chỉ tiêu kỹ thuật tốt hơn.
Nhiều quá trình nghiên cứu và phát triển đã được thực hiện, và ngành công nghiệp
hiện nay đã đạt được một tiêu chuẩn mới là đĩa video số DVD.
Hệ thống DVD sử dụng đường kính nền 12cm nhưng với bước sóng ngắn hơn
và phương pháp khớp vệt ghi tiến bộ, mật độ được tăng từ 680Mb/mặt tới
4,7Gb/mặt, tăng gấp 7 lần. Tuy nhiên, đấy chưa phải là tất cả, bởi vì DVD cung cấp
hai lớp trên một mặt nền và cả hai mặt đều có thểđược sử dụng. Các lớp này được
truy cập bằng độ hội tụ của tia laser còn các mặt được truy cập bằng hai đầu đọc
trong ổđĩa. Điều này tạo ra 8,5Gb/mặt hai lớp (mật độ trên lớp được giảm nhẹđể
tạo ra khả năng giao thoa giữa các lớp) hoặc tổng là 17Gb khi cả hai mặt đĩa được
sử dụng.
DVD cung cấp các đặc điểm kỹ thuật cho DVD-ROM đa mục đích, một phiên
bản của video. DVD-A, DVD-R, và DVD-E. Video DVD sử dụng video MPEG-2
với tốc độ dữ liệu trong phạm vi 5Mbit/s, nó tạo ra chất lượng video cao hơn truyền
hình quảng bá. Hệ thống audio là audio kênh 5.1 của AC-3 tương tự nhưđược xác
định cho tiêu chuẩn ATV của ATSC.
4.3. KHỐI ĐẦU QUANG
Là thiết bị phát tia laser dùng để ghi phát tín hiệu trên CD, đầu quang là sự kết
hợp của tia laser và hệ thống thấu kính chính xác. Tùy theo cấu trúc từng loại máy
mà khối đầu quang có thể là loại một tia hoặc loại ba tia.
4.3.1. Khối đầu quang 3 tia
Đầu quang loại ba tia thườmg dùng trong các máy CD để bàn thông dụng, loại
đầu quang này có một tia chính và hai tia phụ, tia chính cấp tín hiệu cho mạch focus
servo và mạch xử lý tín hiệu khi phát lại còn tia phụ thì cấp tín hiệu cho mạch
tracking servo. Về cấu tạo khối đầu quang ba tia gồm có các bộ phận cơ bản như
hình 4.3.
Đối với đầu quang dùng cơ cấu trượt thì khi ghi phát tín hiệu khối đầu quang di
chuyển trên thanh trượt từ phía vùng tâm đĩa ra bên ngoài từ phía vùng tâm đĩa ra
bên ngoài với vận tốc không đổi nhờ một motor điều khiển gọi là sled motor hay
slide motor. Nhiều máy sử dụng khối đầu quang có cần đưa ra (swing-out- arm) như
máy CD Magnavog FD1040 và Sylvania FDD104….
4.3.1.1. Khối laser diode
Gồm có hai diode bên trong diode LD và MD, hai diode này thường đặt nằm
chung trong một khối gồm có ba chân trong đó có một chân dùng chung, một chân
dành cho diode LD, một chân dành cho diode MD.
93
----------------------- Page 7-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
- LD (laser diode): là diode phát tia laser có bước sóng λ = 780nm cấp cho
cụm quang học để tạo chùm tia hội tụđọc tín hiệu trên CD và cấp cho MD.
- MD (monitor diode): là diode giám sát là diode nhận ánh sáng laser từ LD
phát ra để cấp cho mạch APC tựđộng điều chỉnh công suất phát tia laser
của LD.
4.3.1.2. Lưới nhiễu xạ
Ánh sáng laser từ LD phát ra khi đi qua kính nhiễu xạ(diffraction grating
lens) sẽđược phân thành một tia chính và hai tia phụ dựa trên hiện tượng nhiễu xạ
của ánh sáng.
Compact
Dics
Object lens
λ/4 wave
plate lens Half prism
Collimation Beam spliter
lens
Photo
diode
Diffraction
grating lens Cylinder lens
Concave lens
Laser diode
Hình 4. 3. Cấu tạo khối đầu quang 3 tia
4.3.1.3. Bán lăng kính và bộ phân tia
Bán lăng kính (half prism): dùng để phân cực thẳng ánh sáng laser khi truyền
đi. Bán lăng kính cho phép truyền ánh sáng theo tỷ lệ 50% theo hướng truyền thẳng
và 50% theo hướng vuông gốc.
Bộ phân tia (beam splitter) dùng để phân cực vòng ánh sáng laser khi truyền đi.
Thấu kính phân tia có nhiệm vụ truyền toàn bộ 100% ánh sáng phụ thuộc vào gốc
phân cực của ánh sáng.
4.3.1.4. Thấu kính chuẩn trực
94
----------------------- Page 8-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
Thấu kính chuẩn trực (collimator lens) có tác dụng tạo chùm sáng song song
khi truyền đi nghĩa là khi ánh sáng laser qua bán lăng kính hoặc bộ phân tia sẽđược
sửa dạng thành một chùm sáng song song bởi thấu kính chuẩn trực.
4.3.1.5. Phím đổi hướng
Phím đổi hướng λ/4 (λ/4 wave len plate) cấu tạo bằng tinh thể có tính dị
hướng, chiết suất của chúng thay đổi theo hướng ánh sáng. Ánh sáng khi qua phím
0
này sẽ lệch pha đi 90 , do đó ánh sáng của phân cực thẳng được đổi thành phân cực
vòng và phân cực vòng được đổi thành phân cực thẳng.
4.3.1.6. Vật kính
Vật kính (object lens), thấu kính này có tác dụng làm hội tụ chùm tia laser trên
CD, thấu kính này sẽ thay đổi vị trí của nó cho phù hợp nhờ vào sựđiều khiển của
hai cuộn dây.
Cuộn focus: điều khiển vị trí của vật kính theo phương thẳng đứng để giữ
khoảng cách giữa vật kính luôn đúng với bề mặt CD để chùm tia hội tụđúng trên bề
mặt CD.
Cuộn tracking: điều khiển vị trí của vật kính theo phương ngang để chùm tia
laser luôn đọc đúng các track để tín hiệu phát lại là trung thực nhất.
4.3.1.7. Thấu kính lõm
Thấu kính lõm (concave lens), thấu kính này nhằm làm giảm đi ảnh hưởng của
sự biến đổi theo chiều dài của đường dẫn ánh sáng trên các diode cảm quang do sự
thay đổi khoảng cách giữa vật kính và CD, đồng thời nó cũng có tác dụng rút ngắn
khoảng cách ánh sáng khi phản xạ trở lại.
4.3.1.8. Thấu kính hình trụ
quá gần đúng quá xa
Hình 4.4. Cấu tạo kính hình trụ
Thấu kính hình trụ (cylinder lens), thấu kính này được sử dụng trong khối nhận
diện focus. Tia sáng xuyên qua thấu kính này sẽ tạo ra hình dạng chùm sáng khác
95
----------------------- Page 9-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
nhau rọi lên các diode cảm quang tùy thuộc vào khảng cách giữa vật kính và CD mà
chùm sáng tạo ra trên các diode cảm quang có thể là hình tròn, elip đứng hoặc elip
nằm ngang.
Khi vật kính đúng với CD thì chùm sáng phản xạ lên các diode cảm quang có
dạng hình tròn. Khi vật kính quá gần với CD thì chùm sáng phản xạ lên các diode
cảm quang có dạng hình elip đứng. Khi vật kính quá xa với CD thì chùm sáng phản
xạ lên các diode cảm quang có dạng hình elip ngang như hình 4.5.
A B + A B + V+ A B + V-
0
_
_
_ D C D C
D C
Hình 4.5. Hình dạng các chùm sáng phản xạ khi vị trí vật kính thay đổi
4.3.1.9. Ma trận diode cảm quang
Trong khối đầu quang loại ba tia, ma trận diode cảm quang (photo diode array)
có 6 diode cảm quang gồm ABCDEF, các diode cảm quang này làm nhiệm điều
chỉnh focus servo, tracking servo và cấp tín hiệu phát lại từ khối đầu quang cho
mạch xử lý tín hiệu.
E Tracking
servo
A B
Focus servo và
Khuếch đại RF
D C
F
Hình 4.6. Cấu trúc của ma trận diode cảm quang
Bốn diode cảm quang ABCD nhận ánh sáng phản xạ từ chùm tia chính để cấp
tín hiệu cho mạch RF để tái tại tín hiệu audio và cấp cho mạch focus servo đểđiều
chỉnh hội tụ của chùm tia trên CD. Hai diode cảm quang EF nhận ánh sáng phản xạ
từ hai tia phụđể cấp tín hiệu cho mạch tracking servo.
4.3.2. Khối đầu quang một tia
Về cấu tạo cụm quang học loại một tia cũng tương tự như cụm quang học loại
ba tia. Tuy nhiên, do yêu cầu trong sử dụng đòi hỏi tính năng đơn giản, gọn nhẹ sử
96
----------------------- Page 10-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
dụng trong các máy CD xách tay, các máy CD phone, các ổ CD ROM… người ta
chế tạo cụm quang học loại một tia.
Cụm quang học loại một tia thì không có sử dụng lưới nhiễu xạ. Do đó khi ánh
sáng laser đi qua không bị tách thành ba tia mà chỉ tạo thành một tia hội tụ trên CD,
tia sáng phản xạđược đi vào lăng kính hình trụ và tập trung trên ma trận diode. Trên
ma trận diode cảm quang người ta không sử dụng hai diode EF để nhận dạng sai
lệch track mà chỉ sử dụng bốn diode ABCD để nhận chùm tia sáng trung tâm.
4.4. GHI PHÁT TÍN HIỆU TRÊN CD
4.4.1. Ghi tín hiệu trên CD
Trong suốt
Lớp cảm quang
Tia laser
Pit Vật kính
Diode
laser
Hình 4.7. Ghi tín hiệu trên CD
Khi ghi, chùm tia laser do tín hiệu được điều biến dạng sốđược đưa vào khối
đầu quang để biến đổi thành tín hiệu quang (chùm tia laser). Chùm tia laser này có
cường độ thay đổi khác nhau chiếu lên lớp cảm quang của CD tạo thành các vệt lồi
(pit) và các vệt lõm (flat). Khi ghi chùm tia laser di chuyển từ phía vùng tâm đĩa ra
ngoài nên các pit và các flat được sắp xếp trên những đường track là những đường
xoắn ốc từtrong ra ngoài.
4.4.2. Phát lại tín hiệu trên CD
Khi phát lại, chùm tia laser từđầu đọc chiếu lên bề mặt CD khi gặp các pit và
flat thì phản xạ trở về qua hệ thống thấu kính trong khối đầu quang đến bán lăng
kính chùm tia đổi phương 900 và chiếu lên bốn diode cảm quang ABCD sau đó cấp
tín hiệu cho mạch xử lý tín hiệu để biến đổi tín hiệu quang trở thành tín hiệu điện,
giải điều chế, biến đổi tín hiệu từ dạng số trở về tín hiệu dạng tương tựđể phục hồi
lại tín hiệu như nguyên mẫu.
97
----------------------- Page 11-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
Trong suốt
Lớp cảm quang
Tia laser
Pit Vật kính
Diode Diode cảm
laser quang
Hình 4.8. Phát tín hiệu trên CD
4.4.3. Cấu trúc của tín hiệu ghi trên CD
Tín hiệu lưu trữ trên CD bởi các pit và flat, các cấu trúc vật lý này đặc trưng
cho tín hiệu đựơc điều biến dạng sốđó là các bit 0 và bit 1, chúng được sắp xếp lên
những đường track là đường tròn hình xoắn ốc theo chiều kim đồng hồ khoảng cách
giữa các track là 1,6μm. Các pit và flat có kích thước rất nhỏ bề rộng 0,5μm, độ sâu
các pit được xác định trong quá trình tạo đĩa gốc là 0,1μm tức xấp xỉ bằng 1/4 độ
dài bước sóng laser, độ dài các pit thay đổi từ 0,833→3,054μm (tức từ 3T đến 11T)
độ dài các pit cũng là một đại lượng phản ánh thông tin trong tín hiệu audio tương
tự. Độ biến thiên ít nhất từđộ dài của pit này đến pit kế tiếp không nhỏ hơn
0,278μm. Chất lượng của tín hiệu đọc từđĩa quang phụ thuộc vào cấu trúc hình học
của các pit trên CD.
1,6μm
0,5μm
Tia laser
≅ 2μm 0,833-
3,054μm
Hình dạng các track trên CD
Hình 4.9. Cấu trúc dữ liệu trên các track CD
98
----------------------- Page 12-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
Các thông số tiêu chuẩn của đĩa CD-DA và máy CD:
- Hệ thống ghi âm dùng kỹ thuật số
- Đường kính ngoài của đĩa là 120mm, đường kính trong là 15mm
- Thời gian phát từ 60 phút đến 75 phút
- Đầu đọc dùng tia laser không tiếp xúc có bước sóng 780nm
- Vận tốc quay đĩa theo hệ thống CLV tức vận tốc dài không đổi 1,2 đến 1,4
m/s và vận tốc gốc thay đổi từ 500 vòng/phút giảm dần xuống 200
vòng/phút khi đầu đọc di chuyển từ vùng tâm ra ngoài biên đĩa.
- Đáp ứng tần số 5Hz – 20 Hz
- Tần số lấy mẫu là 44,1KHz, số bit lượng tử:16 bit, tốc độ truyền 4,3218
MHz, hệ thống điều chế: EFM
4.5. XỬ LÝ TÍN HIỆU AUDIO KHI GHI VÀ PHÁT
4.5.1. Xử lý tín hiệu audio khi ghi
Tín hiệu audio tương tự
Lch Rch
Biến đổi
Lấy mẫu Lấy mẫu D/A
Lượng tử hóa Lượng tử hóa
Mã hóa Mã hóa
Tạo khung
Mã hóa qui tắc Reed solomon Đan xen
Sắp xếp lại trật tự dữ liệu
dữ liệu
Mã hóa qui tắc điều
khiển và hiển thị
Điều biến EFM và mã
hoá các pit ghép
Biến đổi
Mã hoá các qui EFM
tắc đồng bộ
Tín hiệu ghi
Hình 4.10. Sơđồ khối xử lý tín hiệu khi ghi
99
----------------------- Page 13-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
4.5.1.1. Mạch biến đổi A/D
Mạch này làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu audio nguyên mẫu dạng tương tự
thành tín hiệu dạng số thực hiện gồm các công đoạn như sau:
Lấy mẫu tín hiệu
Là công đoạn quan trọng đầu tiên trong việc chuyển đổi tín hiệu audio từ dạng
tương tự sang tín hiệu dạng số. Lấy mẫu tín hiệu là rời rạc các mức tín hiệu theo
từng mức thời gian nhỏ t , t , t , t …tức là chia nhỏ các mức tín hiệu theo trục thời
1 2 3 4
gian (trục hoành), các mẫu tín hiệu được tạo ra là cơ sởđể biểu diễn thành tín hiệu
số. Việc lựa chọn tần số lấy mẫu phải phù hợp với tín hiệu cần chuyển đổi để sau
cho từ các mẫu ta có thể dễ dàng tái tạo lại tín hiệu tương tự. Do đó, khi lấy mẫu tín
hiệu ta cần dựa theo định lý lấy mẫu.
u
ệ
h
í
c
ứ
M
0 t t t t . . . . t
1 2 3 4
Hình 4.11. Biểu diễn mẫu tín hiệu
Định lý lấy mẫu (sampling theorem): giảđịnh rằng đại lượng x của một tín
hiệu là một hàm liên tục x(t) theo thời gian t và tín hiệu này không chứa các thành
phần tần số lớn hơn W(Hz). Phương trình sau đây được xác lập theo định lý lấy mẫu
của Someya-Shannon:
∞
sin (2Wt n) π −
x(n / 2W)
x(t) = ∑ (4.1)
(2Wt n) −
n−∞ π
Trong đó, x(n/2W) là độ lớn của đại lượng x và được chọn trước, sau thời điểm
t = 0, theo chu kỳ 1/2W (s) và được gọi là mẫu chọn 1/2W. Đây chính là biểu thị
công việc lấy mẫu của hàm liên tục x (t). Vế thứ hai của phương trình trên được gọi
là hàm lấy mẫu. Theo đó, phương trình này ám chỉ rằng, một hàm liên tục x(t) được
xem là tổng các giá trị mẫu được chọn theo chu kỳ 1/2W và theo hàm lấy mẫu. Tuy
nhiên, sự khai triển x(t) theo cách này có một giới hạn là các thành phần tần số lớn
hơn W(Hz) không hiện diện.
Khi tần số cao nhất W(Hz) chứa trong x(t) được tìm thấy theo định lý này,
người ta thấy rằng khoảng lấy mẫu 1/2W (s) là thích hợp, việc chọn khoảng lấy mẫu
nhỏ hơn (chọn tần số lấy mẫu cao hơn) là không cần thiết. Phổ tần lấy mẫu, tần số
100
----------------------- Page 14-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
lấy mẫu là yếu tố quan trọng trong phương pháp lấy mẫu. Phổ tín hiệu khi lấy mẫu
được biểu diễn như hình 4.12.
fS > 2fC
fS < 2fC
fC MHz fC fS MHz fC fS MHz
Hình 4.12. Biểu diễn phổ tín hiệu khi lấy mẫu
Biểu đồ biểu diễn phổ tín hiệu cho thấy hai trường hợp xảy ra. Khi f > 2f ,
s c
không có sự xuyên lẫn nào giữa hai phổ. Trong trường hợp này, dùng một mạch lọc
thấp qua (LPF) là có thể tái tạo được tín hiệu gốc. Khi f > 2f , sẽ có hiện tượng
s c
xuyên lẫn giữa phổ của tín hiệu gốc và phổ của tần số lấy mẫu. Như vậy, khi dùng
mạch lọc thấp qua, một loại nhiễu sinh ra có tên gọi là aliasing noise sẽ can thiệp
vào việc tái tạo tín hiệu gốc mà hệ quả là không thể chấp nhận được.
Nhưđã được đề cập trước đây, liên quan đến mối quan hệ f > 2f , thì sự khác
s c
biệt giữa f và f , dù lớn bao nhiêu đều được phép. Tuy nhiên, khi khối lượng thông
s c
tin gia tăng thì đặc tính mật độ ghi lại bịảnh hưởng theo chiều ngược lại. Hơn nữa,
cần phải cân nhắc việc chọn tần số fc. Tín hiệu audio tương tự có tần số fc cao nhất
là 20KHz nên khi xử lý tần số lấy mẫu được chọn là 44,1KHz, tần số này đảm bảo
lớn hơn hai lần tần số cao nhất của tín hiệu tương tự.
Lượng tử hoá
Khi công việc lấy mẫu đã hoàn tất bước kế tiếp là lượng tử hoá. Lấy mẫu được
thực hiện theo trục thời gian và sau đó một giá trịđã được lấy mẫu từ tín hiệu gốc
analog được đổi thành một số có giá trị gián đoạn theo trục tung (chiều biểu diễn
biên độ) là công việc của lượng tử hoá. Sau khi lượng tử hóa thì mỗi mức tín hiệu sẽ
tại các mốc thời gian t , t , t … sẽđược lượng tử bằng một mức tín hiệu có giá trị
1 2 3
xác định.
Biên độ càng được chia mịn bao nhiêu, độ chính xác của quá trình lượng tử
hoá càng cao bấy nhiêu. Vì một giá trị mẫu được làm tròn bằng một con số hữu
dụng gồm nhiều số mã nên đã xảy ra sai số làm tròn. Trong trường hợp tín hiệu âm
thanh đã được số hoá, sai số làm tròn tạo méo dạng tương ứng hay gọi là nhiễu.
Nhiễu này có đặc tính hoàn toàn khác với nhiễu ở tín hiệu analog và được gọi là
méo lượng tử hoá. Nhiễu lượng tử hoá là điều không thể tránh được trong công việc
lượng tử hoá. Chỉ có thể làm giảm đi bằng cách tăng số bit lượng tử lên đến mức mà
không gây hệ quả nghịch lên thực tế sử dụng.
Mã hoá
101
----------------------- Page 15-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
Đây là qui tắc biến trị lấy mẫu đã qua giai đoạn lượng tử hoá thành số nhị phân
bao gồm các chuỗi 0 và 1. Các chuổi số nhị phân này được gọi là một từ. Trình bày
sau đây cho thấy cách sắp xếp của mỗi bit kiến tạo thành một từ.
1 1 1 1 1 1 0 1
MSB 2SB 3SB 4SB 5SB 6SB 7SB LSB
Ở hệ thống xử lý tín hiệu khi ghi lên CD, người ta lượng tử hóa mỗi từ gồm 16
bit, như vậy để biểu diễn tín hiệu biến thiên từ thấp đến cao của tín hiệu tương tự thì
có tất cả 216 từđược tạo ra. Với số lượng 216 từđủđể phản ánh sự biến thiên nhỏ
nhất của tín hiệu tương tự. Theo trật tự quan trọng, bit MSB (most significant bit) là
bit có nghĩa lớn nhất, đứng ở vị trí đầu tiên, bit 2SB (second significant bit) là bit có
nghĩa thứ nhì, chiếm vị trí thứ hai…và cuối cùng là bit LSB (least significant bit) là
bit có nghĩa nhỏ nhất xếp cuối.
4.5.1.2. Định dạng khung dữ liệu
Các tín hiệu kênh trái (Lch) và kênh phải (Rch) đều là tín hiệu đã được biến
đổi từ analog sang digital để trở thành tín hiệu số 16 bit. Các tín hiệu này chưa được
ghi trực tiếp lên đĩa ngay. Chúng được sắp xếp lại thành các đơn vị gọi là khung.
Mỗi khung chứa 12 từ mẫu (sample) gồm 6 từ mẫu kênh trái và 6 từ mẫu kênh phải,
sau đó chúng được xử lý biến điệu cùng với mã sửa sai trước khi được ghi lên đĩa.
Các khung dữ liệu sắp xếp nằm nối tiếp nhau trên các track hình xoắn ốc. Việc định
dạng khung được biểu diễn ở hình 4.12.
1 sample data Mức tín
word = 16bit hiệu
1 Frame
1 symbol
word = 8bit
L0
Rch
Lch
0 1 0 0 0 01 0 0 0 0 0 0 1 0 0
R0
L0 t0 t5
Hình 4.13. Định dạng khung dữ liệu trên CD
Một mức tín hiệu được mã hoá với từ 16 bit được gọi là “từ dữ liệu mẫu”
(sample data word). Từ dữ liệu mẫu này được phân làm hai thành phần gồm 8 bit
trên và thành phần 8 bit dưới, cả hai đều được gọi là ký tự biểu tượng (symbol
102
----------------------- Page 16-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
word). Một khung bao gồm 6 từ dữ liệu mẫu cho kênh trái và 6 từ dữ liệu mẫu cho
kênh phải, nghĩa là gồm tổng cộng 24 ký tự biểu tượng. Vì tần số lấy mẫu ở hệ
thống CD là 44,1 KHz, nên thời gian cho một khung là 1/44,100×6(s) =136,05 (μs).
4.5.1.3. Đan xen dữ liệu theo qui tắc Reed-solomon
Sau công đoạn tạo khung, dữ liệu ghi sẽđược thực hiện đan xen với nhau theo
một trật tự nhất định gọi là đan xen dữ liệu theo qui tắc Reed-solomon. Việc đan
xen dữ liệu như vậy là nhằm để phân tán các lỗi kép thành các lỗi đơn để tiến hành
sửa sai tín hiệu khi phát lại. Bởi vì bình thường khi có một lỗi xuất hiện trên CD ví
dụ như một đường trầy xướt trên đĩa thì cũng làm cho vô số các từ dữ liệu bị sai đi,
lúc đó các lổi kép sẽ xuất hiện, mà các lỗi kép sẽ không sửa được. Để sửa các lỗi
như vậy thì cần phải phân tán chúng thành các lỗi đơn, và tiến hành sửa lỗi theo
nguyên tắc tương quan dữ liệu. Đó chính là quy tắc đan xen Reed-solomon.
Trong hệ thống xử lý tín hiệu ở CD, khi ghi được thực hiện đan xen chéo
(cross interleve), và khi phát lại dữ liệu được sắp lại theo đúng trình tự ban đầu
trong hệ thống phát lại được gọi là giải đan xen (de-interleave) tức là quá trình
ngược lại đan xen để tái tạo lại dữ liệu. Ví dụ sau đây trình bày nguyên lý đan dữ
liệu gồm các bước như sau:
Chuỗi dữ liệu được chia thành từng khối nối tiếp nhau và một loại mã sửa
lỗi phần tử có một ký tự cân bằng P và Q được đưa vào.
. . . A B C D E F G H I K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 0 1 2 3 4 5 6 7 8
* * * * * * * * * *
9 a b c d e f g h I k l m n o p q r s t u v w x y z . . .
* * * * * * * * * *
Dữ liệu ở mỗi khối được sắp lại thành 6 hàng trên cùng một cột thẳng đứng.
B H O U 0 6 b h o u
C I P V 1 7 c k p v
D K Q W 2 8 d l q w
E L R X 3 9 f m r x
F M S Y 4 a g n s y
G N T Z 5 b h o t z
Dữ liệu ở hàng thứ hai được dịch sang phải một cột dữ liệu hàng thứ ba
dịch đi hai cột,…, và hàng thứ sáu dịch đi là 5 cột.
. . . . . B H O U 0 6 b h o u
C I P V 1 7 c k p v
D K Q W 2 8 d l q w
E L R X 3 9 f m r x
F M S Y 4 a g n s y
G N T Z 5 b h o t z
103
----------------------- Page 17-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
Sau đó, các hàng dữ liệu theo chiều đứng trên cùng một cột được sắp lại
thành các khối mới theo chiều ngang của chuỗi dữ liệu mới.
. . . . 6 1 W R M G b 7 2 X S N h c 8 3 Y t o k d 9 4 Z u p l f a 5 . . .
Dữ liệu được sắp trả lại đúng trình tự ban đầu bởi mạch giải đan xen. Vào
giai đoạn này, lỗi kép xảy ra liên tục trên nhiều bit trở thành những lỗi đơn
phân tán trên các khối khác nhau.
. . . . 6 1 W R M G b 7 2 X S N h c 8 3 Y t o k d 9 4 Z u p
* * * * *
l f a 5 . . .
*
Nguyên lý đan xen dữ liệu trên đã phân tán các lỗi kép xuất hiện trên các ký tự
thành các lỗi đơn, các lỗi đơn này sẽđược tiến hành sửa sai theo nguyên tắc tương
quan dữ liệu. Tuy nhiên, đây chỉ là ví dụ áp dụng đối với lỗi kép có độ dài giới hạn,
để sửa những lỗi dài hơn, cần phải thêm các kiểu sửa lỗi khác.
Như vậy khi đưa mã cân bằng P và Q vào trong khung dữ liệu, thì trong mỗi
khung dữ liệu có 4 ký tự P và 4 ký tự Q như vậy tổng số ký tự trong khung là 32 ký
tự, mỗi ký tự vẫn là 8 bit .
4.5.1.4. Mã hóa tín hiệu điều khiển và hiển thị
Tín hiệu điều khiển và hiển thị C&D được đặt ởđầu mỗi khung dữ liệu để hiển
thị các thông tin về dữ liệu khi phát lại. Tín hiệu C&D là một ký tự 8 bit, đặt tên cho
các bit này là P, Q, R, S, T, U, V, W. Như vậy khi đưa tín hiệu điều khiển và hiển
thị C&D vào trong khung thì số ký tự trong khung tăng thêm 1 ký tự tức là 33, và
một ký tự vẫn là 8 bit.
4.5.1.5. Biến điệu EFM
Một khung được thành lập bởi 33 ký tự (symbol), mỗi ký tự này gồm 8 bit,
gồm 24 ký tự của data, 8 ký tự sửa sai P và Q, 1 ký tự dành cho tín hiệu C&D
(control anh display). Khi định dạng khung các ký tự này được ghép nối lại với nhau
thì lúc đó có thể xuất hiện một chuổi các bit 0 hoặc một chuổi các bit 1 làm cho
thành phần DC có thể xuất hiện trong quá trình xử lý tín hiệu và làm giảm thành
phần xung nhịp làm ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu. Để khắc phục các hiện
tượng này dữ liệu trong khung sẽđược thực hiện điều chế EFM (Eight to Fourteen
bit Modulation) tức mỗi ký tự 8 bit sẽđược điều chế thành ký tự 14 bit và ký tự 14
bit này phải thỏa qui luật EFM (qui luật 2-10).
Qui luật FEM “ số lượng từ 2 đến 10 bit 0 được chèn giữa các kênh bit 1”.
Tại sao phải điều biến EFM ký tự 8 bit thành ký tự 14 bit. Ta thấy rằng trong
ký tự 8 bit thì có tất cả là 28 =256 ký tựđược tạo ra, còn ký tự 14 bit thì ta có tất cả
214 =16.384 ký tự, trong số ký tự 14 bit này thì có 267 ký tự thỏa qui luật EFM còn
104
----------------------- Page 18-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
các ký tự còn lại thì không thỏa. Nên 267 ký tự này đủđể biểu diển cho 256 ký tự
8bit, còn nếu ta chọn ký tự 13 bit thì số ký tự thỏa qui luật EFM sẽ nhỏ hơn 256 ký
tự 8 bit thì không đủđể biểu diễn, còn nếu ta chọn ký tự 15 bit thì số ký tự thỏa qui
luật EFM sẽ tạo ra rất lớn sẽ gây tốn kém bộ nhớ khi xử lý. Ví dụ:
1100010100001000: không thỏa qui luật EFM
1010001010000000: không thỏa qui luật EFM
1001000010010000: thỏa qui luật EFM
Khi chuyển đổi ký tự từ 8 bit sang 14 bit không có một qui luật biến đổi nào
mà để thực hiện được điều này mạch lọc số sẽ chọn lọc ra các từ thỏa mãn tương
ứng để chuyển đổi. Ví dụ:
Ký tự8 bit Ký tự 14 bit
11111011 10001000010010
11111100 01000000010010
11111101 00001000010010
11111110 00010000010010
11111111 00100000010010
Mục đích của điều biến EFM là tăng độ nhạy thông tin bằng cách thu hẹp dải
thông bị chiếm chổ, tăng thành phần xung nhịp khi xử lý do mỗi ký tự khi xử lý đòi
hỏi phải có một phần tử xung nhịp, giảm thành phần DC xuất hiện khi xử lý nếu có
các bit 0 liên tục thì vệt tín hiệu sẽ trở nên mất các bit, thêm vào đó thông tin xung
nhịp bị mất đi các vùng có bit và không có bit trên đĩa được đọc ở khoảng nhỏ hơn
3T và lớn 11T ngăn cản thành phần tần số cao hơn và sự mất các phần tử xung nhịp.
Để khắc phục điều này thì các bit phải không được xuất hiện liên tiếp hai bit 1 cũng
như không xuất hiện nhiều hơn mười bit 0 liên tiếp.
Xung NRZI (Non Return to Zero Invertted) sẽđược tạo ra từ dữ liệu của EFM,
xung này sẽ có sườn xung xuất hiện tại các bit 1 của dữ liệu EFM, tại các vị trí này
xung NRZI sẽ bịđảo mức xung tín hiệu. Ví dụứng với dữ liệu EFM ta có được
xung NRZI:
EFM data 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0
Xung NRZI
Như vậy sau công đoạn điều chế EFM thì số ký tự trong khung vẫn là 33 ký tự,
mỗi ký tự có 8 bit được chuyển đổi thành 14 bit .
105
----------------------- Page 19-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
4.5.1.6. Các bit ghép trong khung
Khi điều biến EFM mỗi ký tự 14 bit thỏa qui luật 2-10, nhưng khi ta ghép nối
các ký tự này lại với nhau trong khung thì có thể không thỏa qui luật EFM. Ví dụ
khi bit cuối cùng của mảng dữ liệu đứng trước và bit đầu tiên của mảng dữ liệu theo
sau đều là 1 thì lúc đó ghép nối hai mảng dữ liệu này không còn thỏa qui luật EFM
nữa. Vì vậy sau khi điều chế EFM mỗi ký tự 14 bit được cộng thêm vào 3 bit ghép
(merging bit), đểđảm bảo khi ghép nối các ký tự lại thì luôn thỏa quy luật EFM.
Các bit ghép này có thể là: 010, 100, 001, 000…
Ví dụ:
10 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0
* * *
Ký tựđầu Ký tự sau
Bit ghép
10 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0
* * *
Ký tựđầu Ký tự sau
Bit ghép
Các bit ghép được chọn đưa vào các ký tự sau cho giá trị DSV càng gần tới giá
trị zero càng tốt. Giá trị DSV là giá trị tổng sốđạt được khi chuổi bit hệ thống diễn
tiến dưới giảđịnh rằng mức cao của dạng sóng là +1 và mức thấp là –1.
Như vậy sau khi đưa ba bit ghép vào ký tự trong khung thì số ký tự trong
khung vẫn là 33 ký tự, mỗi ký tự sẽ có 17 bit. Ví dụ
Bit gheùp
0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 * * * 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1
0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1
+2 -7 +2 -2 +2 - 2 +2 - 4 +4
t 0 DVS = +2 - 7 + 2 -2 + 2 –2 +2 – 4 +4 = -1 tại t 1 t 1
4.5.1.7. Tín hiệu đồng bộ khung
Sau khi đã hoàn tất việc điều chế EFM, mỗi khung dữ liệu được sẽđược đưa
thêm vào một mã đồng bộ hay còn gọi là tín hiệu đồng bộ khung. Tín hiệu đồng bộ
khung được đặt ởđầu mỗi khung dùng để xác định thời gian bắt đầu của một khung
mới và kết thúc của một khung cũ. Tín hiệu đồng bộ khung này gồm có 24 bit mẫu
và 3 bit ghép như vậy có tất cả là 27 bit, do số lượng bit chuẩn như vậy nên nó
không được gọi là một ký tự.
106
----------------------- Page 20-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
Tín hiệu đồng bộ khung khung này cũng dùng làm thành phần báo vận tốc
quay của đĩa khi phát lại. Khi phát lại căn cứ vào tần số của đồng bộ khung fFCK mà
biết được vận tốc quay hiện tại của đĩa, nó là cơ sở dùng đểđiều chỉnh vận tốc quay
đĩa của mạch Spindle servo.
Sync = 24 bit có dạng : 100000000001000000000010
Tần sốđồng bộ khung là số khung đọc được trong 1 giây:
f = 1/ 136.05 = 7,35Khz
Như vậy sau khi đưa tín hiệu đồng bộ vào trong khung thì số ký tự trong khung
vẫn là 33 ký tự, mỗi ký tự sẽ có 17 bit.
4.5.1.8. Hoàn tất tín hiệu ghi
Tín hiệu audio nguyên mẫu dạng tương tự sau khi qua các công đoạn điều chế
như trên cuối cùng biến thành tín hiệu dạng số, các chuổi dữ liệu này được sắp xếp
thành từng khung nằm nối tiếp nhau trên các track của đĩa khi ghi. Mỗi khung như
vậy có tất cả là 588 bit hệ thống và được ghi trên đĩa dưới dạng các cấu trúc vật lý là
các vệt lồi và lõm.
1 Frame = 588 bit
Sync M C&D M Data1 M CIRC-Q M Data2 M CIRC-P M
Hình 4.14. Dạng khung dữ liệu đầy đủ
Thời gian xử lý khung: 136,05 μs ứng với hệ vận tốc CLV = 1,25 m/s
Tần sốđồng bộ khung là số khung đọc được trong 1 giây:
f = 1/ 136,05 = 7,35Khz
Tổng số bit trong mỗi khung dữ liệu là 588 bit bao gồm các thành phần sau:
Sync word = 24 + 3 (bit ghép) = 27 bit
Control word = 14 +3 =17 bit
Data 1 = (14 +3 ) x 12 =204 bit
Parity P = (14 +3) x 4 = 68 bit
Data 2 = (14 +3 ) x 12 =204 bit
Parity Q = (14 +3) x 4 = 68 bit
107
----------------------- Page 21-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
Như vậy thời gian đọc một khung dữliệu là: 135,05 μs
Suy ra thời gian đọc 1 bit dữ liệu
135,05
t 0,23 μs
588
Tần số xung đồng bộ khung chính bằng số khung đọc được trong một giây
1
f 7350Hz
135,05
Tần số xung điếm bit:
588
f 4,3218 MHz
135,05
Tín hiệu này còn gọi là xung BCK hay fBCK = 4,3218MHz
Từ tín hiệu audio điều biến dạng số sẽđưa đến khối đầu quang đểđiều biến
thành tín hiệu quang sau đó ghi lên CD bởi các cấu trúc vật lý là các bit và flat. Độ
dài các pit sẽ thay đổi từ 3T đến 11T tùy theo dữ liệu EFM điều biến
Audio data 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0
Xung NRZI
3T 11T
Độ dài pit
4.5.2. Mạch xử lý tín hiệu khi phát lại
Mạch xử lý tín hiệu khi phát lại thực hiện ngược với khi ghi, khi ghi tín hiệu
audio nguyên mẫu dạng tương tựđược biến đổi thành dạng số, sau đó được điều chế
và định dạng thành từng khung dữ liệu, khi phát lại mạch xử lý tín hiệu thực hiện
ngược lại với khi ghi tức là giải điều chế tín hiệu sốđể phục chế lại tín hiệu audio
tương tự.
Như biểu diễn ở sơđồ mạch xử lý như biệu diễn ở hình 4.15, khi phát lại chùm
tia laser từđầu đọc chiếu lên bề mặt CD khi gặp các pit và flat thì phản xạ trở về
qua hệ thống thấu kính trong đầu quang đến bán lăng kính chùm tia đổi phương 900
và cấp tín hiệu cho bốn diode cảm quang ABCD. Tín hiệu quang nhận được từ các
diode cảm quang này sau đó được biến đổi thành tín hiệu điện và cấp cho mạch xử
lý tín hiệu khi phát lại gồm các mạch giải điều chế tín hiệu, giải đan xen, tách mã
phụ và cuối cùng là mạch biến đổi tín hiệu audio từ dạng số trở về tín hiệu dạng
tương tựđể phục hồi lại tín hiệu như nguyên mẫu.
108
----------------------- Page 22-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
I/V Focus RAM
converter servo
Data DSP Giao
A B Wave EFM Data tiếp
D C add sharp strobe BCK EFM demod với vi
RLCK Error correct xử lý
I/V Focus Timing control
Digital filter
converter servo Data mute
Asymetry
Data BCK RLCK
L out Muting LPF S/H
D/A
convert
R out Muting LPF S/H
Digital Digital I/O
out
Hình 4.15. Sơđồ khối máy CD
4.5.2.1. Mạch RF
Mạch RF làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu audio nhận được từ các diode cảm
quang để tín hiệu ngỏ ra có dạng xung EFM, xung này là cơ sởđể phục chế lại tín
hiệu audio.
I/V Focus
converter servo
A B EFM out
Wave
D C add sharper
I/V Focus
converter servo
Asymetry
Hình 4.16. Sơđồ khối RF máy CD
Khối I/V converter: biến đổi dòng điện ra điện áp. Khối photo detector có
nhiệm vụ nhận tín hiệu quang đổi thành tín hiệu dòng điện. Tín hiệu dòng điện này
được biến đổi thành tín hiệu điện áp. Thực chất của mạch này là khối Op-amp có
109
----------------------- Page 23-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
tính chất trở kháng vào lớn để có thể biến đổi một sự dao động nhỏ của dòng điện
thành một dao động lớn của điện áp ở ngõ ra.
Khối Addition amp: là mạch khuếch đại cộng, mạch này sắp xếp các tín hiệu
A+C và B+D từ một bộ photo detector được tạo ra nhờ mạch biến đổi I-V thành một
tín hiệu đơn. Tín hiệu này là một chuổi các dạng sóng từ 3T đến 11T và được gọi là
biểu đồ hình mắt (eye pattern).
Khối Asymetry and Wave sharp: là mạch sửa dạng sóng và sửa dạng hình học
có nhiệm vụđổi tín hiệu RF ngõ ra thành các chuổi số nhị phân để cung cấp cho
mạch xử lý tín hiệu số, chu kỳ lý tưởng của RF là 50%. Do đó mạch sửa dạng hình
học phải hiệu chỉnh sao cho chu kỳ không đổi.
Wave sharp
RF
in + EFM
out
_
Điện áp
sai LPF
+ Điện áp
trung bình
_
Asymetry
Hình 4.17. Sơđồ mạch sửa dạng tín hiệu
4.5.2.2. Khối Data Strobe
Mạch này làm nhiệm vụ tách các bit clock được đồng bộ hóa với dữ liệu của
EFM. Tín hiệu EFM được thiết kết sau cho nó không làm mất thành phần xung
nhịp. Đầu tiên vòng quay của đĩa được kiểm soát để giữ cho chu kỳ không đổi của
tín hiệu EFM nhờ vào mạch Spindle servo.
EFM data
EFM Data Giải mã
strobe NRZI Bit clock
Đến mạch
DSP
Sync
Frame sync
detector
Hình 4.18. Sơđồ mạch Data strobe
110
----------------------- Page 24-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
Nếu mạch Spindle servo kiểm soát chu kỳ sai lệch của tín hiệu EFM được tái
tạo khoảng 5% thì mạch Data strobe sẽ bị khóa để cho phép tạo ra xung nhịp clock.
Để tái tạo các bit clock mạch tách dò cạnh làm việc để tách các cạnh. Tiếp theo
mạch so pha thực hiện so sánh giữa tín hiệu cạnh và ngỏ ra VCO = 4,3218Mhz, các
tín hiệu sai biệt như thếđược tạo ra có thể tái tạo các bit clock nhờ vào việc kiểm
soát tần số dao động của VCO.
EFM in EFM
Phase Clock out
comparision
Delay
LPF
Tách dò cạnh
VCO
4,3218M
Hình 4.19. Sơđồ mạch điều chỉnh phase tín hiệu
4.5.2.3. Mạch hoàn điệu NRZI
Từ tín hiệu EFM data, mạch hoàn điệu NRZI sẽ phục chế lại xung NRZI, xung
này có cạnh xuất hiện tại các bit 1 và tại các thời điểm này sẽđổi mức tín hiệu. Từ
EFM data cũng phục chế lại xung clock BCK bằng cách mỗi bit dữ liệu EFM data
sẽ tách thành một chu kỳ xung clock.
0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 EFM data
Xung NRZI
3T 5T 3T
Bit clock
Tách tín hiệu đồng bộ khung và mạch bảo vệ: tín hiệu từ mạch data strobe đưa
đến là một chuổi các bit 0 và 1 nối tiếp. Nó không thể cho biết điểm bắt đầu và kết
thúc của khung dữ liệu. Khi ghi dữ liệu được định dạng thành từ khung mỗi khung
588 bit, đầu mỗi khung lại có tín hiệu đồng bộ khung. Tín hiệu đồng bộ khung có bề
rộng xung là 11T-11T tín hiệu này không được có trong dữ liệu của âm thanh, bằng
cách dò tín hiệu đồng bộ này, phần trước của dữ liệu có thểđược nhận diện.
111
----------------------- Page 25-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
Tuy nhiên dạng tín hiệu tương tự như tín hiệu đồng bộ có thể xuất hiện do sự
cố các lỗi như trầy xướt đĩa... mạch bảo vệ tín hiệu đồng bộ hoạt động để lấy ra các
tín hiệu tương tự như thếđể bổ sung vào phần tín hiệu đồng bộđã bị mất đó. Khi tín
hiệu đồng bộ không được phát hiện, mạch bù tín hiệu này sẽ tính toán thời gian sao
cho và bù đắp tín hiệu đồng bộ này.
Supplementary
Signal
generator
EFM
Sync signal
Pattern det - +
Sync signal
Time gate
generator
Hình 4.20. Sơđồ mạch tách đồng bộ khung
Mạch này nhận diện tín hiệu đồng bộ theo mẫu 11T-11T, quá trình này tạo ra
tín hiệu đồng bộ. Tín hiệu được lấy ra theo từng khung. Từ tín hiệu này, tín hiệu
cổng thời gian được tạo ra để quan sát tín hiệu đồng bộ và bù vào phần tín hiệu
đồng bộđã mất hoặc bị sai.
4.5.2.4. Mạch xử lý tín hiệu số (Digital Signal Processor)
ROM RAM
Data
Error Subcode BCK
EFM correction separation LRCK
EFM
Demodulatior
signal
Sync signal RAM RAM
Bitclock write control read control RAM Digital
output
To system
control
Hình 4.21. Sơđồ khối mạch DSP
Mạch xử lý tín hiệu số nhận vào ba tín hiệu: Data, BCK, Sync để xử lý cho ra
ba tín hiệu cơ bản là Data, BCK, LRCK để cấp cho mạch D/A converter.
4.5.2.5. Hoàn điệu tín hiệu EFM
Các tín hiệu nhạc được lượng tử mỗi 16 bit được chia thành 8 bit cao và 8 bit
thấp. Chúng được đổi thành dữ liệu 14 bit gọi là tín hiệu EFM. Tín hiệu 8 bit sẽ
112
----------------------- Page 26-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
8
phân biệt được 2 =256 trường hợp, chúng chứa các dữ liệu 0 và 1 liên tiếp nhau.Tín
hiệu EFM 14 bit được thiết lập theo luật 2 đến 10 bit “0” được kẹp giữa 2 bit “1”.
Khi có sự xuất hiện liên tiếp các mức 0, điều đó có nghĩa là có sự hiện diện của
thành phần DC của tín hiệu, mà có thể gây ra khó khăn lớn trong quá trình tái tạo dữ
liệu. Để giải quyết vấn đề này, một chuỗi dữ liệu không có các số 1 xuất hiện liên
tiếp hoặc với số lượng từ 2 tới 10 số 0 được chọn từ 214 = 16.384 thành phần phân
biệt của 14 bit dữ liệu. Dữ liệu đã được chọn này được tạo ra tương ứng với 8 bit
dữ liệu để thực hiện biến điệu NRZI. Trong quá trình phát lại, các tín hiệu EFM 14
bit được đưa vào mạch hoàn điệu EFM. Mạch này được cài vào trong IC xử lý tín
hiệu số (DSP). Mạch hoàn điệu EFM đối chiếu với bảng chuyển đổi 14-8 bit để
được nạp vào ROM đểđổi dữ liệu 14 bit ra 8 bit.
4.5.2.6. RAM
Trong mạch DSP bộ nhớ RAM thực hiện chức năng lưu trữ tạm thời các dữ
liệu nhằm tăng tốc cho bộ xử lý số, đồng thời cũng làm các nhiệm vụ như
Loại bỏ bất ổn (Jitter): data đọc từđĩa bị thay đổi do sự quay không đồng đều
của đĩa. Sự thay đổi này gọi là sự bất ổn (Jitter). Sự bất ổn có thểđược loại trừ bằng
cách ghi data chứa bất ổn đó lên RAM. Việc đọc data như thế nhờ một xung đồng
hồ chính xác lấy ra từ dao động thạch anh.
Giải đan xen (de-interleave): thứ tự data bị thay đổi để ngăn ngừa các tín hiệu
analog ở ngõ ra bị gián đoạn, hoặc gây ra bởi sai số data liên tiếp hoặc sự xáo trộn
dữ liệu do sự trầy xước đĩa…Sự hoán đổi dữ liệu được thực hiện trên mỗi 4 khung
(frame). Quá trình này được gọi là đan xen.
Trong quá trình tái tạo dữ liệu, cần phải lưu trữ dữ liệu trong 108 khung lên
RAM đểđưa ra theo thứ tự nguyên thuỷ của nó. Chức năng này gọi là giải đan xen
(De interleave).
Lưu trữ mã phụ: với lưu ý là 8 bit mã phụ data trong một khung được phân
phối 98 khung cùng hình thành nên một mã phụđơn. Như vậy, RAM lưu trữ 98
khung data mã phụ.
Nhận diện sai số và sửa sai: dữ liệu được tái tạo có thể chứa nhiều sai số hoặc
mất dữ liệu do sự trầy xước của đĩa, bụi… khi “1” trở thành “0” và ngược lại, sẽ gây
ra sự khiếm khuyết như trên, điều này được gọi là sự sai mã (Code Error).
4.5.2.7. Mạch biến đổi D/A
Mạch biến đổi D/A (D/A converter) đổi tín hiệu audio dạng số thành tín hiệu
audio dạng analog có dải động rộng hơn, nhằm để phục chế lại tín hiệu audio
nguyên mẫu. Mạch D/A Converter đòi hỏi có những khả năng như sau: biến đổi
113
----------------------- Page 27-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
D/A: 16 bit; tốc độ thay đổi: 20μs/2channel; độ méo hài (harmonic dictortion):
0,003%; dải rộng 96dB.
4.6. MÁY PHÁT CD
Máy CD (Compact Disc Player) là thiết bị dùng để phát lại tín hiệu trên đĩa
compact, trong các máy CD dân dụng thường chỉ có mạch phát lại tín hiệu mà
không có mạch ghi. Dựa vào yêu cầu và mục đích sử dụng, máy CD có nhiều loại
khác nhau như: máy hát CD gia đình, máy CD dùng trên xe hơi, máy CD xách tay,
máy CD kết hợp. . .
Đĩa compact
RF Amp Bitclock separate Data
Servo amp EFM demodulation strobe
Sync det
L- out
LPF
Focus
Servo Data
RAM Signal Head
Processing D/A phone
Tracking
Servo Deinterleave
Error correction
LPF
Sub code
R- out
Sled
Servo
Spindle
motor Key
matrix
Spindle System control
Servo
Sled
motor Loading
Servo motor Display Sensor Power
Hình 4.22. Sơđồ khối máy CD
Khối RF: nhiệm vụ biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện và khuếch đại
tín hiệu này cấp cho khối servo và xử lý tín hiệu âm thanh
Khối Data strobe: khối này nhận tín hiệu từ khối RF để tách bit clock giải điều
chế EFM để trả lại mã nhị phân 8 bit của tín hiệu nguyên thủy. Ngoài ra khối này
còn có nhiện vụ tách tín hiệu đồng bộ khung để cấp cho mạch Spindle servo.
Khối DSP: khối này được gọi là khối xử lý tín hiệu số nhận tín hiệu từ data
strobe cấp cho mạch giải đan xen, sửa sai, và tách mã phụ.
114
----------------------- Page 28-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
Khối xử lý audio: khối này nhận tín hiệu âm thanh từ DSP cấp cho mạch biến
đổi D/A. Tín hiệu kênh trái và kênh phải ngõ ra được lấy ra nhờ mạch tách kênh
gồm hai mạch LPF.
Khối servo gồm có 4 mạch servo cơ bản như sau:
Focus servo: khối này nhận tín hiệu từ RF đểđiều chỉnh cuộn dây hội tụ, làm
dịch chuyển vật kính theo phương thẳng đứng để chùm tia hội tụđúng trên bề mặt
CD.
Tracking servo: khối này nhận tín hiệu từ mạch RF cấp điện áp thay đổi cuộn
tracking làm dịch chuyển vật kính theo phương nằng ngang để chùm tia laser luôn
đọc đúng các track.
Sled servo: khối này nhận tín hiệu điều khiển từ mạch tracking servo đểđưa ra
điện áp điều chỉnh Sled motor, tạo tác động điều chỉnh cụm quang học theo từng
bước trên các track từ phía vùng tâm đĩa ra ngoài. Ngoài ra trên máy CD còn trang
các hệ thống nạp đĩa hoặc đưa đĩa ra ngoài. Toàn bộ vận hành của máy được điều
khiển bởi khối vi xử lý.
Spindle servo: khối này có nhiệm vụ nhận tín hiệu phản hồi từ mạch xử lý tín
hiệu số cung cấp điện áp điều khiển vận tốc quay của Spindle motor. Khối này phải
đảm bảo vận tốc quay đĩa theo hệ thống CLV tức vận tốc dài không đổi nhưng vận
tốc gốc thay đổi từ 500 vòng/phút khi cụm quang học ở trong cùng và giảm dần còn
200 vòng/phút khi cụm quang học di chuyển ra ngoài biên.
Khối hiển thị: khối này có nhiệm vụ hiển thị các chếđộ làm việc của máy: thời
gian phát bản nhạc, số bản nhạc, đếm số track đang phát ...
Khối xử lý: khối này có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các khối đưa vềđể xuất ra
các lệnh điều khiển các hoạt động của máy theo các chếđộ làm việc tương ứng.
Ngoài ra khối xử lý còn có nhiệm vụ tạo ra các tín hiệu data, clock để giao tiếp với
các mạch DSP, mạch servo ...
4.7. MÁY PHÁT VCD
Máy VCD (Video Compact Disc Player) là thiết bị dùng để phát lại tín hiệu
trên đĩa hình VCD. Về cấu tạo, máy đọc đĩa CD nhạc và VCD có các bộ phận giốnh
nhau như: cụm quang học, khối RF amp, khối DSP và khối servo. Trên thực tế, máy
đọc VCD luôn kèm theo chức năng đọc đĩa nhạc CD một cách tựđộng.
Trên máy VCD người ta thiết kế mạch giải nén tín hiệu hình MPEG, đổi tín
hiệu hình từ số ra tương tự (video DA) và khối giải mã R,G,B cấp cho ngõ ra video.
Bên cạnh đó, người ta còn thực hiện các chức năng giải mã âm thanh hai kênh trái
phải, xử lý karaoke, ngắt lời, tăng giảm tone…để cấp cho ngõ audio out. Tất cả các
115
----------------------- Page 29-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
tiêu chuẩn của máy CD đều đúng đối với máy VCD. Tuy nhiên, đối với máy VCD
còn có những tiêu chuẩn khác như:
- Tín hiệu NTSC 3,58/PAL (có thể thay đổi được trên mạch giải nén).
- Mức tín hiệu video ở ngõ ra: 1VPP.
- Trở kháng: 75Ω, không cân bằng.
- Thời gian phát tối đa: 74 phút
Đĩa compact
RF Amp DSP DRAM
Servo Data signal
processing
ROM
Data BCK RLCK Video
Focus out
Servo Video RGB OSD
MPEG D/A encod
Decoder
Tracking L- out
Servo LPF
Audio
D/A
Head
process
Sled phone
Servo
Spindle
motor Video and audio processor LPF R- out
Spindle
Servo
Sled System control Key matrix
Servo
Loading
motor Display Sensor Power
Hình 4.23. Sơđồ khối máy VCD
Do tín hiệu video có dải tần rộng và dung lượng dữ liệu lớn nên trước khi ghi
tín hiệu lên đĩa người ta phải tiến hành nén phổ tần lại cho thích hợp, trong quá trình
phát lại người ta phải tiến hành giải nén tín hiệu. Sơđồ khối mạch giải nén tín hiệu
khi phát lại được biểu diễn ở hình 4.24.
Hiện nay, người ta đã thống nhất tiêu chuẩn nén hình trong VCD là MPEG-1
với hình ảnh có độ phân giải là 252×288 và tần số quét dọc là 25Hz đối với hệ PAL,
độ phân giải 352×240 và tần số quét dọc là 30Hz đối với hệ NTSC.
116
----------------------- Page 30-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
Máy VCD có khả năng đưa ra hình ảnh có hệ màu PAL và NTSC nhờ sự can
thiệp vào phím ấn đổi hệ trên remote control hoặc phím trước mặt máy. Vì vậy, khi
sử dụng máy VCD ta không cần quan tâm đến hệ màu và tiêu chuẩn dòng quét, tần
số quét, bản thân đĩa VCD cũng không phân biệt các chuẩn này. Việc đổi các chuẩn
sẽđược thực hiện bởi các mã thông tin trên các đường dữ liệu mà khối giải mã
MPEG nhận được.
MPEG Video RGB Video
Video DAC Encoder out
Decoder R,G,B
Laser RF
Pickup Amp DSP OSD RF Video
Data clock converter out
Mạch xử
lý audio (μp)
Hình 4.24. Sơđồ mạch xử lý tín hiệu video trong máy VCD
4.7.1. Khối giải nén MPEG video
Khối giải nén MPEG làm nhiệm vụ giải nén tín hiệu video và audio khi phát
lại, do trong lúc ghi cả hai tín hiệu này cùng được nén và ghi lên VCD. Khối giải
nén cũng là bộ phận khác nhau căn bản giữa máy CD và VCD.
Tín hiệu từ khối DSP cấp cho khối giao tiếp chủ (host interface) theo ba đường
tín hiệu, sau đó cấp cho khối DRAM controller, tại khối này có nhiều đường data
(dữ liệu), address (địa chỉ), điều khiển (control) liên lạc với bộ nhớ RAM ở bên
ngoài. Cuối cùng, khối video display là khối giao tiếp với mạch D/A của bộ phận
hình ảnh.
Data Internal MPEG
FIFO processor decording
Data Host DRAM Video Data
BCK interface controller display unit control
LRCK
Colour space
converter
DRAM BUS
Hình 4.25. Sơđồ khối mạch MPEG
117
----------------------- Page 31-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
4.7.2. RAM và ROM sử dụng trong máy VCD
DRAM (Dynamic Random Access Memory): bộ nhớ truy xuất trực tiếp loại
động, gọi tắt là RAM động. Các bộ nhớ RAM động sử dụng trong VCD thường có
dung lượng từ 1M đến 16Mbyte, trong khi đó bộ nhớ ROM thường được sử dụng
với dung lượng khoảng 1Mbyte. Chúng thường sử dụng kèm với mạch giải nén
MPEG để lưu trữ dữ liệu và tăng tốc độ xử lý trên IC giải nén.
MD, MA
A – A
0 n
MPEG MD
D – D
DECODER 0 n
ROM
OE
Hình 4.26. Sơđồ giao tiếp IC ROM và MPEG
ROM (Read Only Memory) là bộ nhớ chỉđọc, ROM sử dụng trong VCD
thường có dung lượng nhỏ hơn DRAM, chúng cũng được liên lạc trực tiếp lên khối
giải nén video. Các chân địa chỉ A (address) có thể là các tuyến địa chỉ nhớ MA
(memory address) hoặc dữ liệu nhớ MD (memory tata) liên lạc với mạch giải nén.
4.7.3. Khối RGB-DAC
Khối RGB-DAC có nhiệm vụ chuyển đổi các bit dữ liệu chứa hình ảnh bao
gồm các thông tin về chói, màu, đồng bộ…thành tín hiệu dạng tương tựđể có thể
cung cấp cho ngõ vào của máy thu hình (màn hình thử). Sơđồ khối của mạch RGB-
DAC được thể hiện như hình 4.26.
Digital Input RGB
input buffer encoder Latch Buffer D/A C output
Hình 4.27. Sơđồ khối RGB-DAC
Thông thường người ta đưa dữ liệu theo ba tuyến khác nhau, mỗi tuyến chứa 8-
16 bit đổi thành các tín hiệu R,G, B dạng tương tự.
4.7.4. Khối giải mã RGB
Khối giải mã RGB có nhiệm vụ lấy các tín hiệu R,G,B dạng tương tự tại ngõ ra
để tái tạo các tín hiệu truyền hình, các tín hiệu đồng bộ ngang (H.sync), đồng bộ dọc
(V.sync)..
118
----------------------- Page 32-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
4.7.5. Khối giải ném âm tần
Trong máy đọc đĩa hình, ngoài khối giải nén tín hiệu hình, người ta thiết kế
khối chức năng giải nén tín hiệu âm thanh nhằm tái tạo tín hiệu âm thanh đã được
nén cùng với tín hiệu hình. Sơđồ khối của khối giải nén âm tần như hình 4.27.
LPF L out
MPEG MPEG
D/A Audio
VIDEO AUDIO R out
SW
LPF
RAM
Hình 4.28. Sơđồ khối mạch giải nén âm tần
Ngõ ra tín hiệu âm thanh này được lấy từ dữ liệu của khối giải nén hình ảnh
MPEG, sau đó được xử lý giải nén, chuyển đổi D/A, tách hai kênh trái phải riêng
biệt sau đó khuếch đại cấp cho hai ngõ audio out L-R. Ngoài ra, trên khối giải nén
âm tần người ta còn thực hiện các chức năng dành cho karaoke bao gồm các tầng
mix giữa các ngõ vào micro và âm nhạc nền, tăng âm tone cho phần mic…
4.7.6. Khối vi xử lý chủ
Khối vi xử lý chủ (host μcom) trên máy đọc VCD có nhiệm vụ giao tiếp với
khối giải nén hình thông qua các đường liên lạc HA (host address), HD (host data).
Giao tiếp với khối giải nén âm thanh, giao tiếp với các bộ nhớ ROM/RAM và giao
tiếp với khối vi xử lý chính của máy.
4.8. KHỐI SERVO MÁY CD
Khối servo trong máy CD gồm có bốn mạch servo chính: focus servo, tracking
servo, sled servo, spindle servo, làm nhiệm vụđiều chỉnh vận tốc quay và pha quay
của các motor, đồng thời điều chỉnh chùm tia laser của đầu đọc, đảm bảo cho việc
ghi phát tín hiệu trên CD luôn được trung thực.
4.8.1. Focus servo
Sơđồ mạch focus servo như biểu diễn ở hình 4.28. Khối này nhận tín hiệu từ
RF, điều chỉnh cuộn dây hội tụ, làm dịch chuyển vật kính theo phương thẳng đứng
để chùm tia hội tụđúng trên bề mặt CD để tín hiệu phát lại là trung thực nhất.
Tùy thuộc vào vị trí của vật kính so với CD mà chùm sáng có các hình dạng
khác nhau. Cường độ sáng nhận được từ các diode A+C và B+D được đưa đến
mạch khuếch đại so sánh để tạo ra tín hiệu sai lệch hội tụ (FE), sau đó đến mạch so
119
----------------------- Page 33-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
pha, mạch khuếch đại thúc cấp điện áp sai lệch cho cuộn dây hội tụ sẽ tạo ra từ
trường di chuyển vật kính theo phương thẳng đứng sao cho khoảng cách của vật
kính đúng với bề mặt CD để chùm tia hội tụ lên CD thành một điểm cực nhỏ khi đó
tín hiệu phát lại là trung thực nhất.
Bán lăng Pit
kính
Laser Tia phụ E
diode
Đĩa
Tia chính
compact
Focus
Phương coil
đứng
B + D
I/V
converter
A B +
Phase
Drive
correc
D C _
I/V Focus
converter A + C Error
Hình 4.29. Sơđồ khối mạch Focus servo máy VCD.
Khi khoảng cách vật kính đúng với CD thì chùm sáng hội tụ lên các diode cảm
quang là vệt sáng hình tròn, khi đó cường độ sáng nhận được của A+C=B+D làm
cho áp sai lệch hội tụ tạo ra từ mạch khuếch đại so sánh bằng 0, tức là vật kính đã
đúng không cần điều chỉnh.
A B + Vật kính
0 đúng với CD
_
D C
Khi khoảng cách vật kính quá gần với CD thì chùm sáng hội tụ lên các diode
cảm quang là vệt sáng hình elip đứng, khi đó cường độ sáng nhận được của diode
A+C > B+D làm cho áp sai lệch hội tụ tạo ra từ mạch khuếch đại so sánh có giá trị
dương (+), điện áp này cấp cho cuộn dây tạo từ trường di chuyển vật kính xa CD.
A B + V+ Vật kính quá
_ gần CD
D C
120
----------------------- Page 34-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
Khi khoảng cách vật kính quá xa với CD thì chùm sáng hội tụ lên các diode
cảm quang là vệt sáng hình elip ngang, khi đó cường độ sáng nhận được của diode
A+C < B+D làm cho áp sai lệch hội tụ tạo ra từ mạch khuếch đại so sánh có giá trị
âm (-), áp này cấp cho cuộn dây tạo từ trường di chuyển vật kính gần lại CD.
+
A B V-
_ Vaät kính
D C quaù xa CD
4.8.2. Tracking servo
Khối này nhận tín hiệu từ mạch RF cấp điện áp thay đổi cuộn tracking làm
dịch chuyển vật kính theo phương nằng ngang để chùm tia laser luôn đọc đúng các
track. Khi phát lại, hai chùm tia laser phụ E và F chiếu lên bề mặt CD gặp các pit
phản xạ trở lại, khi đến bán lăng kính chùm tia đổi phương 900 sau đó rọi lên 4
diode cảm quang ABCD. Tùy thuộc vào vị trí của chùm tia chính so với các đường
track, mà chùm sáng phản xạ lại của E và F có cường độ khác nhau.
Bán lăng Pit
kính
Laser Tia phụ F
diode
Đĩa
Tia chính
compact
Tia phụ E Tracking
Phương coil
ngang
E
I/V
converter
+
Phase Drive
E F correct
_
I/V Tracking
converter F Error
Hình 4.30. Sơđồ khối mạch Tracking servo máy VCD
Cường độ sáng của diode E và F được đưa đến mạch khuếch đại so sánh sẽ tạo
ra tín hiệu sai lệch tracking (TE), sau đó đến mạch so pha, mạch khuếch đại thúc
cấp điện áp sai lệch cho cuộn dây hội tụ tạo ra từ trường di chuyển vật kính theo
121
----------------------- Page 35-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
phương nằm ngang sao cho chùm tia chính luôn đọc đúng các track để tín hiệu phát
lại là trung thực nhất.
E E E
F F F
• •
+ - + - + -
0 - +
Hình 4.31. Biểu diễn vị trí lệch của các tia phụ
Khi chùm tia chính đúng đọc đúng track, khi đó ánh sáng phản xạ của hai tia
phụ lên hai diode E và F có cường độ bằng nhau, khi đó áp sai lệch tracking từ mạch
so sánh bằng 0 tức là vị trí của vật kính đã đúng không cần điều chỉnh
Khi chùm tia chính lệch sang bên trái, khi đó ánh sáng phản xạ của hai tia phụ
lên hai diode E và F có cường độ khác nhau, cường độ sáng nhận được của diode
E>F khi đó áp sai lệch tracking từ mạch so sánh có giá trị âm (-), áp sai lệch này cấp
cho cuộn dây tạo từ trường di chuyển vật kính sang bên phải giúp cho tia chính đọc
đúng track để tín hiệu phát lại là trung thực nhất.
Khi chùm tia chính lệch sang bên phải, khi đó ánh sáng phản xạ của hai tia phụ
lên hai diode E và F có cường độ khác nhau, cường độ sáng nhận được của diode
E<F khi đó áp sai lệch tracking từ mạch so sánh có giá trị dương (+), áp sai lệch này
cấp cho cuộn dây tạo từ trường di chuyển vật kính sang bên trái giúp cho tia chính
đọc đúng track để tín hiệu phát lại là trung thực nhất.
4.8.3. Mạch Spindle servo
Mạch này có nhiệm vụ nhận tín hiệu phản hồi từ mạch xử lý tín hiệu số DSP
cung cấp điện áp điều khiển vận tốc quay và pha quay của Spindle motor. Khối này
phải đảm bảo vận tốc quay đĩa theo hệ thống CLV tức vận tốc dài không đổi từ 1,2
đến 1,4 m/s nhưng vận tốc gốc thay đổi từ 500 vòng/phút khi cụm quang học ở
trong cùng và giảm dần còn 200 vòng/phút khi cụm quang học di chuyển ra ngoài
biên. Mạch tựđộng điều chỉnh vận tốc quay motor nhưở hình 4.32.
122
----------------------- Page 36-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
LPF L- out
RF D/A
DSP
LPF R- out
fFCK tách được
Frequency
M MDA comparison
XTAL
7350Hz
Hình 4.32. Sơđồ khối mạch điều chỉnh vận tốc quay Spindle motor
Để thực hiện được điều này mạch điều chỉnh vận tốc lấy tín hiệu đồng bộ
khung (fFCK) tách được khi đọc lại để so sánh với vận tốc chuẩn tạo ra từ dao động
thạch anh, kết quả tạo ra áp sai lệch vận tốc cấp cho mạch MDA đểđiều chỉnh lại
vận tốc quay motor.
Mạch điều chỉnh phase quay: mạch này phải đảm bảo pha quay của motor
quay luôn được ổn định, tức làm đảm bảo sau cho pha của xung clock tương ứng
với data khi phát lại (BCK) phải cùng pha với xung clock chuẩn đưa vào tri xuất dữ
liệu.
LPF L- out
RF D/A
DSP
LPF R- out
FBCK = 4,3218MHz
Frequency
M MDA comparison
XTAL
4,3218MHz
Hình 4.33. Sơđồ khối mạch điều chỉnh phase quay Spindle motor
Để thực hiện được điều này mạch điều chỉnh pha quay motor lấy tín hiệu so
sánh là pha của xung clock tương ứng với dữ liệu khi phát lại (fBCK) có tần sốđã ổn
định bởi mạch điều chỉnh vận tốc, để so sánh với pha của xung clock chuẩn
f0SC=4,3218MHz tạo ra từ dao động thạch anh chuẩn, kết quả tạo ra áp sai lệch về
pha cấp cho mạch MDA đểđiều chỉnh lại pha quay của motor.
4.8.4. Mạch Sled servo
123
----------------------- Page 37-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
Khối này nhận tín hiệu điều khiển từ mạch tracking servo đểđưa ra điện áp
điều chỉnh sled motor, tạo tác động điều chỉnh cụm quang học theo từng bước trên
các track từ phía vùng tâm đĩa ra ngoài, sau cho chùm tia luôn đọc đúng các track.
Mạch sled servo còn gọi là mạch chỉnh thô, ngoài ra trên máy CD còn trang bị các
hệ thống nạp đĩa hoặc đưa đĩa ra ngoài. Toàn bộ vận hành của máy được điều khiển
bởi khối vi xử lý.
TEO
Tracking Driver Mạch tích Tầng so Tầng M
servo phân sánh lái
Hình 4.34. Sơđồ khối mạch Sled servo máy VCD
Điện áp trung bình của tín hiệu tracking error (TE) từ mạch tracking servo đưa
tới, có giá trị răng theo thời gian, tín hiệu này được đưa tới mạch tích phân để sửa
dạng tính hiệu sau đó đưa tới tầng so sánh để so sánh với thành phần chuẩn kết quả
áp sai lệch sled motor tạo ra để lái sled motor sau cho vật kính được giữ trong tầm
điều chỉnh so với điện áp chuẩn ngay tại tâm của hệ cơ.
4.9. KHỐI VI XỬ LÝ
Khối vi xử lý là bộ phận trung tâm, làm nhiệm vụđiều hành tất cả các hoạt
động trong máy, bằng cách tác động điều khiển trực tiếp đến tất cả các khối giúp
cho việc ghi phát tín hiệu diễn ra một cách đồng bộ.
Tác động đến khối cơ: điều khiển sự hoạt động của các phần tử trong khối cơ
để thực hiện việc nạp đĩa vào, lấy đĩa ra, quay đĩa…
Tác động đến khối nguồn, điều khiển việc cấp nguồn PC (power control) cho
các mạch điện trong máy.
Tác động đến khối tín hiệu, điều khiển việc xử lý tín hiệu khi ghi và phát tương
ứng với từng chếđộ làm việc của máy.
Tác động đến khối chỉnh cơ, thực hiện việc điều khiển vòng quay của các
motor giúp cho việc ghi phát tín hiệu diễn ra bình thường.
Để tiện lợi cho việc khảo sát khối vi xử lý trong máy người ta phân chia ra
thành từng khu vực khác nhau. Dựa vào chức năng hoạt động của khối, người ta
phân chia khối vi xử lý ra làm 3 khu vực khảo sát chính như sau:
Khu vực phục vụ chính cho vi xử lý: là các điều kiện cần thiết để cho vi xử
lý làm việc như: nguồn AT (5V), xung clock chuẩn, mạch Reset...
Khu vực các lệnh ngõ vào: có thể phân ra làm 3 loại
124
----------------------- Page 38-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
Các lệnh ngõ vào từ các phím điều khiển, các phím nằm phía trước mặt máy,
thông qua các phím nhấn này thì lệnh được đưa về vi xử lý. Các lệnh ngõ vào từ các
cảm biến (sensor), thông thường các lệnh này được thiết kếđể làm các mạch bảo vệ
trong máy hoặc thực hiện các chuyển động nối tiếp trong máy. Lệnh vào từ mạch tín
hiệu, là các lệnh được đưa về vi xử lý đểđiều khiển từng chếđộ làm việc của máy.
Khu vực các lệnh ngõ ra: có thể chia làm 4 loại.
Lệnh ra điều khiển hoạt động của các motor trong các chếđộ làm việc như:
play, close/open, stop...Lệnh ra đều khiển đóng mở các mạch điện tín hiệu trong các
chếđộ làm việc nhưđiều khiển mạch data strobe, mạch DSP mạch công tắc E–E,
mạch xử lý audio...Lệnh ra điều khiển các mạch đèn chỉ thị nhưđiều khiển các đèn
hiển thịở các chếđộ làm việc của máy…Lệnh ra điều khiển các nguồn PC (nguồn
điều khiển) để cung cấp các mức nguồn cho mạch điện hoạt động.
4.9.1. Khu vực phục vụ chính vi xử lý
Cấp nguồn cho vi xử lý: trước hết là nguồn áp AT(5V) cung cấp cho vi xử lý,
nguồn này sẽ xuất hiện ngay khi mới cấp điện vào để vi xử lý sẵn sàng làm việc khi
tiếp nhận các lệnh mới.
Nguồn xung clock chuẩn: vì hoạt động bằng xung nên vi xử lý phải được
cung cấp một xung chuẩn thật ổn định gọi là xung clock. Thông thường xung clock
chuẩn này được tạo ra từ mạch dao động thạch anh. Thực ra, bên trong vi xử lý là
tập hợp của các mạch điện dạng số như các bộđếm, các thanh ghi dịch... cho nên
xung clock là cơ sởđể tạo ra các số nhị phân và để truy xuất các dữ liệu trong khi
xử lý. Thạch anh tạo xung dao động cấp cho vi xử lý có thể nằm trong hoặc ngoài vi
xử lý như hình 4.33.
OSC Clock in
OSC
Vi xử lý
Vi xử lý
Hình 4.35. Cấu trúc của mạch dao động thạch anh
Đối với loại mạch sử dụng dao động thạch anh ngay bên trong vi xử lý, ta có
thể nhận dạng được nhờ chân lệnh clock nối ra bên ngoài. Đối với mạch sử dụng
dao động từ bên ngoài, ta có thể nhận dạng nhờ chân clock in.
Lệnh reset (chân ALC): chân lệnh này nhằm trả dữ liệu của vi xử lý trở về
trạng thái ban đầu khi mới cấp điện vào để vi xử lý sẵn sàng tiếp nhận các lệnh mới.
125
----------------------- Page 39-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
Ví dụ máy đang hoạt động ở chếđộ play, lúc đó dữ liệu trong vi xử lý tương
ứng với trạng thái play, bổng nhiên bị cúp điện. Khi có điện trở lại thì chân lệnh
reset sẽ tác động trả dữ liệu trong vi xử lý về trạng thái ban đầu.
4.9.2. Khu vực các lệnh vào vi xử lý
4.9.2.1. Lệnh vào từ các phím điều khiển
Lệnh vào từ các phím điều khiển (key input) là những lệnh vào tác động thông
qua các phím điều khiển nằm phía trước mặt máy như: play, close/open, FF... hoặc
các phím điều khiển từ remote cotrol đểđưa về vi xử lý. Để thực hiện được các lệnh
điều khiển loại này người ta thường dùng phương pháp ma trận phím như hình 4.34.
Xung địa chỉ Xung địa chỉ
Vi AD1
AD1 xử lý AD2
AD2
AD3
AD3
KE1
KE1 Data KE2
KE2 Clock KE3
KE3 Ready
IC giải mã
Hình 4.36. Sơđồ mạch giải mã phím lệnh
Ở phương pháp này, người ta thiết lập các đường xung địa chỉ AD , AD ,
1 2
AD ...và các đường nhận xung lệnh ngõ vào KE , KE , KE ...Các xung địa chỉ có
3 1 2 3
độ rộng khác nhau từ vi xử lý đi ra rồi lại đi vào vi xử lý thông qua các phím điều
khiển như: play, close/open, stop...từđó vi xử lý sẽ hiểu được phím lệnh nào đã
được tác động. Ví dụ khi ngõ vào KE1 nhận được xung có độ rộng nhỏ nhất thì đó là
phím Eject được nhấn, cũng ngõ vào KE2 nhưng nếu nhận được xung AD3 có độ
rộng lớn nhất thì đó là lệnh stop được tác động.
4.9.2.2. Lệnh vào từ các cảm biến
Cảm biến vị trí khay đĩa (tray sensor): có nhiệm vụ nhận dạng vị trí khay đĩa
đang ở ngoài hay trong máy nhờ một khoá điện hoặc một cảm biến quay. Khay đĩa
dịch chuyển theo rãnh trượt thông qua chuyển động quay của loading motor. Vị trí
của khay đĩa ở trong hay ngoài hệ cơđược nhận diện bởi tray SW, có khi còn được
gọi là open hay close SW dựa vào các mức cao hay thấp do các khoá điện tác động
tạo ra.
126
----------------------- Page 40-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
Chốt định vị
khay đĩa
SW 2
SW 1
Rãnh trượt
khay đĩa
Hình 4.37. Sơđồ cảm biến vị trí khay đĩa
Sử dụng khóa điện: bình thường SW hở, vi xử lý nhận mức cao H. Khi đĩa đã
vào trong máy, SW đóng vi xử lý nhận mức thấp, ra lệnh ngắt motor loading.
5V
R1
Open
Close
SW R1
MDA
Motor
Vi xử lý
Hình 4.38. Sơđồ mạch cảm biến vị trí khay đĩa dùng khóa điện
Sử dụng photo transistor: người ta dựa vào khoảng che của hệ cơđể nhận biết
trạng thái của khay đĩa. Chẳng hạn, khi đĩa ở vị trí ngoài cùng, ánh sáng từ led hồng
ngoại không đến được photo transistor, transistor ngưng hoạt động, chân tray sensor
ở mức cao. Khi đĩa ở vị trí trong cùng, ánh sáng đi đến photo transistor làm
transistor dẫn, vi xử lý nhận mức thấp, lệnh điều khiển MDA làm ngắt động cơ.
5V
R1 R2
Open
Close
R3
MDA Motor
Vi xử lý
Hình 4.39. Sơđồ mạch cảm biến vị trí khay đĩa dùng bộ cảm quang
Cảm biến nhận diện vị trí cụm quang học: trong máy cụm quang học được
bố trí trên hệ cơ chuyển động tịnh tiến từ trong ra ngoài hoặc từ ngoài vào trong
127
----------------------- Page 41-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
theo phương vuông góc với các đường tròn đồng tâm của đĩa. Để dịch chuyển cụm
quang học, người ta sử dụng sled motor. Khoá điện nhận dạng vị trí cụm quang học
được sử dụng để khống chế chuyển động của khối này khi ở vị trí trong cùng hoặc
ngoài cùng so với đĩa. Ví dụ trong các máy Sony, khoá điện up/down được trang bị
để nhận dạng trạng thái của cụm quang học với mạch điện được minh hoạ như hình
4.40.
5V
Đĩa R1
compact UP
SW 1 R1
Cụm Thanh
quang học trượt 5V Vi xử lý
R1
DOW
SW 2 R2
Sled
Hình 4.40. Sơđồ cảm biến nhận diện vị trí cụm quang học
Mạch cảm biến điều khiển từ xa: thông thường khối giải mã tín hiệu hồng
ngoại được bố trí ngay bên trong vi xử lý. Để nhận tín hiệu từ bộđiều khiển từ xa
tới, người ta sử dụng bộ thu tín hiệu hồng ngoại IR (infrared receiver). Mô hình
mạch có thểđược biễu diễn như hình 4.41.
5V
R/C in
Vi xử lý
Hình 4.41. Sơđồ mạch điều khiển từ xa
4.9.3. Khu vực các lệnh ra
4.9.3.1. Lệnh ra điều khiển mở nguồn PC
Tương tự như máy VCR, trên máy CD, VCD người ta thiết kế mạch điều khiển
đóng mở nguồn cung cấp bằng cách tác động lệnh power on/ off. Điện áp ở ngõ ra
có thểđược sử dụng để cung cấp cho các khối servo, DSP…và còn có thểđược
dùng để cung cấp cho khối hiển thị.
4.9.3.2. Các lệnh điều khiển motor
128
----------------------- Page 42-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
Các lệnh điều khiển motor thường tồn tại dưới dạng một đường lệnh hay tổ
hợp nhiều đường lệnh điều khiển thể hiện dưới dạng mức logic (L/H). Thông tường
đểđiều khiển các motor thực hiện nhiều chếđộ làm việc người ta thiết kế các mã
lệnh điều khiển bằng cách tổ hợp tuyến tính các chân lệnh điều khiển từ vi xử lý.
4.9.3.3. Lệnh mở nguồn Diode laser
Để tăng tuổi thọ của diode laser cũng như bảo vệ mắt khi chưa có đĩa vào máy,
người ta không cấp nguồn cho diode laser khi khay ở vị trí bên ngoài, bằng cách
thiết kếđường lệnh mở nguồn cho diode laser.
Khi chân LD on = L, transistor Q dẫn, nguồn cấp cho diode laser, đây là mô
hình chung nhất, thường gặp nhất trong các máy CD. Mạch tựđộng điều chỉnh công
suất phát ta laser (APC) cơ bản thường được dùng trong các máy CD có cấu trúc
như hình 4.43.
+5V Q
Mạch APC
LD ON LD MD
CPU
Hình 4.42. Sơđồ mạch điều khiển đóng mở diode laser
Lệnh điều khiển đóng mở nguồn cấp tia laser xuất phát từ vi xử lý gọi là LD on
tác động ở mức thấp, thường được sử dụng mạch có cấu trúc như hình 4.43.
C151 R152
LD MD R102 R106 LD on
R104
R153
C105
R101 R103 R105 C106 R107
VR151
Hình 4.43. Sơđồ mạch điều điều chỉnh công suất phát tia laser
129
----------------------- Page 43-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
4.9.3.4. Lệnh câm âm thanh
Lệnh mute (audio mute) xuất phát từ khối vi xử lý thường được dùng để làm
câm tín hiệu âm thanh ngõ ra bằng cách ngắt âm thanh ở ngõ ra, nối mass ngõ ra
hoặc khống chế khối DSP. Các dạng làm câm âm thanh ở ngõ ra.
Làm câm bằng mức logic: ởđây người ta sử dụng mức logic H hoặc L để ngắt
âm thanh. Khi chân mute = H, Q ngưng, Q và Q dẫn, nối mass âm thanh ở ngõ ra.
1 2 3
+ -
L- out
• •
+5V Q1
Q2
Mute
CPU + -
• •R- out
Q3
Hình 4.44. Sơđồ mạch làm câm tín hiệu audio.
Làm câm bằng chương trình: phương pháp này được thực hiện trên các máy
hiện đại. Khi sản xuất, người ta nạp chương trình ngắt vào bộ nhớ. Trong trường
hợp ngắt, một chuỗi xung nối tiếp được cấp vào IC DSP, bằng cách tách dò xung
làm ngắt (bằng số lượng xung, căn cứ vào sựđột biến về cạnh hoặc mức logic) mà
khối DSP sẽ hoạt động hay bị khoá. Mô hình hoạt động của phương thức này được
minh hoạ như hình 4.45.
CPU DSP
Hình 4.45. Sơđồ mạch làm câm tín hiệu audio.
4.9.3.5. Lệnh ra điều khiển khối giải mã hiển thị
Khối giải mã hiển thị (display) hiện nay được thiết kế theo hai dạng: bố trí
ngay bên bên ngoài ngoài hoặc trong vi xử lý.
130
----------------------- Page 44-----------------------
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
-Vcc 3VAC
CPU +
DISPLAY
G - G
0 m
DISPLAY
S - S
0 m
3VAC
Hình 4.46. Sơđồ mạch giao tiếp điều khiển và hiển thị.
Khối giải mã hiển thị bố trí chung với vi xử lý: khi đó ở bên ngoài người ta bố
trí các chân giao tiếp với đèn hiển thị, đó là các chân G (grid), S (segment). Sơđồ
giao tiếp được minh hoạ như hình 4.46.
Khối hiển thịở bên ngoài: trong trường hợp này người ta thiết kế các chân dữ
liệu (aata), xung nhịp (clock), báo sẵn sàng (ready)…để giao tiếp giữa vi xử lý và
mạch giải mã hiển thị (display decoder). Mô hình hoạt động được biểu diễn như
hình 4.47.
5V -Vcc VAC
Data
Clock DECODER
CPU G - G DISPLAY
0 m
S - S
0 m
VAC
Hình 4.47. Sơđồ mạch giao tiếp điều khiển và hiển thị.
131
Bạn đang đọc truyện trên: Truyen2U.Pro