Обобщенная структурная схема проигрывателя компакт-дисков

В зависимости от модели проигрывателя реализация тех или иных узлов и про­грамм обработки при воспроизведении информации бывает различной, но общая структура неизменно сохраняется. Обобщенная структурная схема проигрывате­ля компакт-дисков (рис.4.21 включает в себя устройства, осуществляющие:

• реализацию алгоритмов обработки сигнала, содержащего аудиоинформацию;
• реализацию алгоритмов обработки данных субкода;
• реализацию алгоритмов обработки сервосигналов для слежения за скоростью вращения, фокусировкой, радиальным трекингом и позиционированием оп­тического адаптера; о загрузку компакт-дисков.

В соответствии с этим схему можно разделить на две основные части: тракт обработки информационного сигнала и тракт обработки сервосигналов, обслуживающий механические устройства.

По степени сложности и важности одним из главных устройств является оп­тический адаптер, на выходе которого формируются высокочастотные электри­ческие сигналы A-D, Е, F, соответствующие оптическим импульсам, считанным с компакт-диска. Принципы построения адаптера рассмотрены в разделе 4.2.2. Пе­ремещение адаптера вдоль поверхности компакт-диска в процессе воспроизведе­ния информации осуществляется специальным электродвигателем позициониро­вания.

Процессор сигналов адаптера включает в себя усилители и формирователи высокочастотных сигналов, из которых затем получаются информационный сиг­нал EFM и сигналы ошибок фокусировки FER и трекинга TER, а также схему управления мощностью излучения лазерного диода.

Аналоговые сигналы преобразуются обычно в цифровую форму, и вся дальней­шая обработка происходит в цифровом процессоре сигналов.

Из сигналов ошибок в результате обработки получаются сигналы управле­ния электродвигателем позиционирования и обмотками катушек фокусировки и трекинга, обеспечивающими перемещение самого адаптера и его оптической системы. Предварительно такие воздействия усиливаются каскадами схемы управ­ления.

В схеме разделения данных тракта обработки информационного сигнала вы­деляются синхроимпульсы, необходимые как для последующей обработки ин­формации, так и для работы схемы контроля скорости вращения диска, выход (ОЗУ). При этом информационные слова подвергаются такой процедуре, в ре­зультате которой из цифровых сигналов с упомянутой выше частотой дискре­тизации Fд = 44,1 кГц искусственно формируются аналогичные сигналы, но с ча­стотой дискретизации в целое число раз большей указанного значения (88,2 кГц, 176,4 кГц и т.д.), чтобы снизить уровень искажений (особенно, высокочастот­ных) при получении непрерывного аудиосигнала после цифро-аналогового пре­образования. Иногда такую процедуру обозначают термином «передискретизация». В результате требования к параметрам низкочастотной фильтрации значитель­но снижаются, о чем будет сказано немного ниже.

Процесс цифро-аналогового преобразования заключается в формировании не­прерывного колебания, мгновенные значения которого соответствуют двоичному коду цифрового сигнала, в данном случае 16-разрядного. Эту операцию произво­дит цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Так как время действия одного цифрового слова на его входе равно периоду частоты дискретизации, в первом приближении на выходе ЦАП непрерывный сигнал будет выглядеть в виде сту­пенчатой функции времени. Длины его ступенек также равны периоду частоты дискретизации. Для сглаживания формы волны сигнала на выходе ЦАП устанав­ливается фильтр нижних частот (ФНЧ). Он прозрачен в полосе спектра аудио­сигналов (до 20 кГц) и не пропускает составляющие с частотой дискретизации Fд. Естественно, что чем больше разница между Еди полосой пропускания ФНЧ, тем лучше осуществляется фильтрация и, кстати, легче реализуется этот фильтр.

Рис. 4.21. Структурная схема проигрывателя компакт-дисков

Стремление уменьшить уровень шумов преобразования и снизить разрядность ЦАП (и, следовательно, повысить быстродействие) привело некоторых разработ­чиков аудиоаппаратуры к созданию преобразователей на основе дельта-сигма модуляции, при которой цифровой поток несет в себе информацию не о мгновен­ном значении аналогового сигнала, а о направлении его изменения (увеличения или уменьшения). Такая информация может быть одноразрядной, но частота ее по­ступления должна быть гораздо выше, чем при обычном способе оцифровывания сигнала с помощью многоразрядного АЦП. При использовании дополнительного фильтра-преобразователя часть спектра шума квантования смещается в высоко­частотную область и легко отфильтровывается.

Подобные процедуры используются в ЦАП фирм Matsushita (система многосту­пенчатого преобразователя шума MASH - multi stage noise shaping) и Philips (сис­тема BIT STREAM). Схемы ЦАП и ФНЧ в таких случаях существенно упрощают­ся при сохранении высокого качества обработки сигналов. Заметим, что в системе BIT STREAM цифро-аналоговый преобразователь работает только с двухуровне­вым сигналом, а в системе MASH число уровней входного сигнала ЦАП может быть равно двум, трем, пяти, семи и одиннадцати.

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

Сформированные таким образом аналоговые колебания поступают для даль­нейшего усиления и регулировки в низкочастотный тракт.

Цифровые данные субкода, поступающие вместе с аудиоинформацией, обраба­тываются отдельно по специальным алгоритмам. Субкод содержит как общие све­дения о диске, так и текущие данные. Общая информация считывается в начале воспроизведения с нулевой дорожки, а текущая используется в процессе работы для управления устройствами обработки. При обработке субкода операции ин­терполяции и деперемежения не нужны, так как в отличие от аналогового сигна­ла байты и слова в этих импульсных последовательностях независимы, поэтому применение перемежения не дает никакого выигрыша. Сигналы, получаемые в результате декодирования субкода, используются контроллером системы управ­ления проигрывателя компакт-дисков и обеспечивают выполнение многих управ­ляющих и сервисных функций.