Płyta kompaktowa audio CD. Historia Nośnik płyta CD Format danych - kodowanie Czytnik CD Głowica odczytująca Napędy i sterowanie

Transkrypt

1 Płyta kompaktowa audio CD Historia Nośnik płyta CD Format danych - kodowanie Czytnik CD Głowica odczytująca Napędy i sterowanie 1

2 Historia opracowania 1978 w firmie Philips rozpoczęto prace nad nośnikiem cyfrowych danych audio z odczytem optycznym do projektu dołącza się Sony, powstaje standard CD 1983 zaczyna się produkcja seryjna czytników audio CD 1984 powstaje norma ISO 9660 dotycząca zapisu uniwersalnych danych cyfrowych na płytach CD 2

3 Nośnik płyta CD Płyta - krąŝek z przezroczystego poliwęglanu o średnicy φ 12 cm (4.72 ) i grubości 1.2 mm z otworem centralnym o średnicy φ 15 mm. KrąŜek pokryty jest jednostronnie warstwą Al. Dane zapisane są w postaci sekwencji wgłębień (pits) i pól (fields) w warstwie Al, ułoŝonych w ścieŝkę biegnącą od środka na zewnątrz o skoku 1.6 µm. Wgłębienia maja długość µm µm, szerokość 0.5 µm i głębokość 0.11 µm. Odczyt ma stałą prędkość liniową (CLV) 1.2m/s lub 1.4m/s. 3

4 Nośnik płyta CD - c.d. Prędkość obrotowa zmienia się dla CLV 1.2m/s od rpm, a dla 1.4m/s rpm. Przejście wgłębienie pole lub pole wgłębienie oznacza logiczną 1, stan b.z. oznacza 0. Maksymalna długość nagrania 74 min 33 s (650 MB). Ilość obrotów płyty dla pełnej długości ścieŝki 20625, długość ścieŝki 5,4 km. Dane rozpoczyna blok wprowadzenia (lead-in), a wieńczy zakończenie (lead-out) finis coronat opus. 4

5 Obraz mikrograficzny powierzchni płyty CD Autor : Freiermensch Wikipedia: 5

6 Płyta CD format danych Częstotliwość próbkowania sygnału analogowego fs=44.1. khz Próbkuje się jednocześnie dwa kanały stereo - Left oraz Right Próbka=4 symbole= 32 bity L R L R Ramka=6 próbek=192 bity S1 S2 S3 S4 S5 S6 Dalej następuje skomplikowane kodowanie kolejnych ramek 6

7 Kodowanie danych I etap Cross-Interleaved Reed-Solomon Coding - CIRC Próbki 24 symbole S1 S2 S3 S4 S5 S Subkod Enkoder P Enkoder Q symbole 7

8 CIRC c.d. W ten sposób dane z 24 symboli są rozproszone i skramblowane i wraz z 8 symbolami parzystości tworzą 32 symbole wyjściowe z kodera. Dodatkowo dodawany jest 1 symbol subkodu, który w sekwencji 8 ramek zawiera dane o początku i końcu ścieŝki, liczbie utworów, czasie trwania itp.. Pełny format 33 symboli stanowi ramkę wyjściową danych. W rezultacie z 192 bitów na wejściu kodera CIRC powstaje blok o objętości 264 bity. 8

9 Kodowanie danych II etap W następnym etapie kaŝdy 8-bitowy symbol jest zamieniany w procesie Eight to Fourteen Modulation (EFM lub 8B14B) w słowo 14-bitowe. Do słów 14-bitowych dodawane są jeszcze 3 bity. Cała operacja ma na celu redukcję składowej stałej w ciągu. Dalej dane przekodowane są z NRZ na kod NRZI i z 192 bitów powstaje 33 17=561 bitów. Do tego dodawane jest 24-bitowe słowo synchronizacji blokowej i 3 dodatkowe bity tworząc blok danych =588 bitów. Początkowe dane akustyczne stanowią < 1/3 strumienia. 9

10 Rola kodowania CIRC jest kodem z rodziny kodów samokorygujących i umoŝliwia korekcję błędów odczytu z płyty. Skuteczność CIRC jest taka, Ŝe moŝna skorygować blok do błędnie odczytanych bitów tzw. Burst Error. Korygowane są równieŝ błędy rozproszone. Jeśli Burst Error ma >4 000 a < błędnie odczytanych bitów przeprowadza się wtedy interpolację. EFM likwiduje zaleŝność składowej stałej ciągu danych od treści. NRZI jest kodem róŝnicowym i uniezaleŝnia interpretację logiczną od polarności sygnału. 10

11 Czytająca głowica laserowa Zasada odczytu: odbicie od wgłębienia (pit) jest słabsze niŝ odbicie od pola (field)!! Siatka dyfrakcyjna Laser AlGaAs λ=780 nm Kolimator Splitter polaryzator Zespół fotodetektorów Ruchomy obiektyw cylinder CD Boczne wiązki prowadzące Wiązka odczytu danych Uproszczony schemat blokowy głowicy trójwiązkowej 11

12 Sygnały i zespół fotodetektorów A B E F + _ E-F Błąd śledzenia D C _ + A+C-(B+D) Błąd ogniskowania -1 + _ A+B+C+D Sygnał danych 12

13 Błędy sygnałów A B A B E F E-F=0 OK D C D C E E F F E-F<0 Odchyłka w prawo E-F>0 Odchyłka w lewo Błąd śledzenia ścieŝki Płyta za blisko A+C-(B+D)<0 Płyta za daleko A+C-(B+D)>0 Błędy ogniskowania efekt astygmatyzmu soczewki cylindr. 13

14 Napędy czytnika CD Napęd obrotowy płyty synchronizacja częstości występowania słów synchronizacji blokowej przez porównanie z zegarem kwarcowym. Napęd przesuwu głowicy wzdłuŝ promienia płyty, kontrolowany sygnałem śledzenia ścieŝki. Napęd obiektywu ogniskującego liniowy cewka w polu magnetycznym głośnik. Napęd szuflady wysuwanie i chowanie szuflady napęd funkcjonalny, sterowany krańcowo. 14

15 Standardy pochodne i rozwojowe Płyta CD o średnicy 8 cm Płyty o pojemności 700 MB (80 min), 800 MB (90 min) oraz 870 MB (99 min). Płyta DVD (Digital Versatile Disc, pierwotnie Digital Video Disc) 4.7 GB, odczyt krótszą falą λ= 640 nm, długość ścieŝki 11.6 km. Płyty DVD dwuwarstwowe 8.5 GB. Płyty Blue Disc 25 GB, odczyt falą niebieską λ= 405 nm, średnica plamki odczytującej 0.48 µm. Istnieją wersje wielowarstwowe do 16 warstw!!! 15