【课题】 第四章 激光唱机（cd机） 第一节 数字音响与cd机的结构 新

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1、【课题】第四章激光唱机（CD机）第一节数字音响与CD机的结构新授课【教学目标】1．知识目标：了解数字音响的优点、数字光盘的物理格式和数字光盘的数据结构，理解A/D变换、CIRC纠错编码、EFM调制的意义，熟悉音频信号数字化存储过程和CD机的结构，掌握A/D变换、CIRC纠错编码、EFM调制的原理。2．能力目标：熟悉音频信号数字化存储过程、数字光盘的数据结构和CD机的结构。3．情感目标：激发学生浓厚的学习兴趣，培养学生严谨的科学态度，锻炼实际分析能力。【教学重点】音频信号数字化存储过程，A/D变换、CIRC纠错编码、EFM调制的意义，CD机的结构。【教

2、学难点】A/D变换、CIRC纠错编码、EFM调制的原理。【教学方法】读书指导法、分析法、演示法、练习法。【课时安排】2课时（90分钟）。【教学过程】一、数字音响概述1.数字音响技术的发展激光唱机是数字音响产品之一。采用数字音响技术——即取样、量化、编码等数字化技术，彻底解决了模拟音响中存在的失真大、信噪比低、动态范围小的问题。2.数字音响的优点与模拟音响相比，数字音响具有保真度高、抗干扰能力强、动态范围大，信噪比高、重放信号流畅稳定、无抖晃、数字音响信号在加工处理、传输、存储、编辑过程中灵活方便，稳定可靠等优点。3.数字光盘存储技术音响信号的记录方法

3、主要有磁记录和光记录两大类。其中光记录即采用了光盘存储技术，即运用激光技术以光学方式将数字化的音响信号在一个称作光盘的塑料介质圆盘上进行信息写读的信息存储技术。利用激光能聚焦成能量高度集中的极小光点这一特性，在直径为120mm的光盘中进行信息高密度存储的研制，采用数字光盘存储技术的数字音响具有音质好、操作编辑方便、盘片存储密度高、信息写、读无机械接触、无磨损、保存时间长、盘片生产工艺简单、成本低等优点。数字光盘存储系统框图如图所示。由图可看出，要将一个模拟信号（音频、视频均可）用光记录方式存储到光盘中，须经过信源编码、格式化编码、信道编码/调制三部分

4、加工处理后，才能通过写光头记录在光盘中。用于数字音响的光盘存储系统框图如图所示。信源编码将连续的模拟信号通过采样、量化和编码三个环节变换成离散的数字信号（即A/D变换、PCM过程），核心问题是解决好保真度（带宽）和传输效率（传输率）这一对矛盾；信道编码/调制的目的是将实现检错、纠错编码，以降低系统误码，提高信噪比，提高系统的可靠性和数字信号转换成适合在塑料盘片上存储的物理形式（如坑点）。框图的下半部分，是读信号处理，它代表了激光唱机（CD机）中信号的处理过程，同时也勾画出了CD机的基本结构。读信号处理过程实质上是写信号处理的逆过程。二、音频信号数字化

5、存储过程1.A/D变换对音频信号数字化首先要经过采样、量化、编码的A/D变换过程，如图所示。采样就是在时间轴上以一定的周期间断地采取模拟信号在这些时刻的值，如图（a）所示；量化就是在幅度上用某种精度的“尺”来测量所采样的值，如图（b）所示；编码就是把幅度上已量化的取样值，用一组“0”与“1”的码来代表，如图（c）所示。A/D变换的结果，是将一个模拟音频信号变成了与它毫无相似之处的一串二进制数码，这正是PCM调制的特点。在波形上它们虽然毫无相似之处，但这一串二进制编码确实包含了模拟音频信号中的所有信息。设音频信号最高频率为fc，理论和实践都证明，当采样

6、频率fs≥2fc时，数字化后它仍可通过D/A转换恢复为原来的模拟信号。音频信号中最高频率fc为20kHz，按照fs≥2fc的原则，CD方式在信源编码中沿用了先于其问世的数字磁记录中的采样频率fs=44.1kHz。量化过程中，由于所用“尺”的精度所限和采用四舍五入的量化方式，使得经量化后的波形与实际波形存在误差，这个误差称之为量化噪声。由于量化噪声的频谱范围极宽，常将它称作白噪声。克服量化噪声是CD机提高信噪比、扩大动态范围必须解决的问题。提高采样频率、增加量化位数是极有效的手段。CD方式的常用量化位数为16bit。编码是将已量化的各电平值用二进制数码

7、表示的过程。在电路中“1”代表有脉冲，“0”代表无脉冲，这些幅度相等的脉冲信号称作脉冲编码调制（PCM）信号。信道编码是采用检错、纠错编码的措施克服数字化加工处理、传输存储过程中产生的误码，使CD方式实用化的技术；信道调制则是一种寻找适合塑料盘片存储的物理形式的技术。CD方式在音乐数据写入盘片时，信道编码采用交叉交织里德索罗门编码，即CIRC纠错编码；信道调制则采用EFM调制，即8-14调制。2.CIRC纠错编码CIRC纠错编码十分繁琐、复杂，它的编码过程可借用上图来说明。请同学们参照该图进行分析。3.EFM调制对于塑料光盘这种存储介质，是以坑点这种

8、物理形式记录音乐数据，但如何根据二进制码转化为适合记录的坑点，则有很多问题要解决。设经过CIRC纠错编码后的