Тракт обработки информационного сигнала

Последовательность операций над сигналом, несущим аудиоинформацию, изоб­ражена в виде структурной схемы на рис. 4.18.

Суммарный высокочастотный сигнал фотодиодной матрицы EFM = A + B + C + D (рис. 4.18) проходит через усилитель, выравнивающий фильтр и формирователь импульсов. В результате получается сигнал EFMI прямоугольной формы. Такое представление сигнала значительно упрощает все последующие процедуры обра­ботки в цифровом процессоре сигналов.

Выделение тактовых синхроимпульсов, следующих с частотой 4,3218 Мбит/с, производится узкополосной системой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Кроме того, из последовательности прямоугольных импульсов методом сравне­ния с образцовыми комбинациями выделяются кадровые синхросигналы, и в ре­зультате весь поток данных раскладывается на информационные кадры, экви­валентные формировавшимся при записи. Далее синхронизированные EFMI данные из 14-битного формата в EFM демодуляторе переводятся в 8-битный формат (символы).

Рис. 4.18. Последовательность операций при обработке сигнала, несущего аудиоинформацию

Чтобы устранить возможную детонацию звука при воспроизведении компакт- дисков, в схемах обычно используется временное хранение считанной информации в буферном оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) или запоминающем устройстве с произвольной выборкой (ЗУПВ). При этом данные, поступающие с диска, записываются в него с частотой, необязательно стабильной во времени, а считываются с частотой, стабильность которой определяется внутренним квар­цевым генератором синхроимпульсов. Эффективность данного алгоритма зави­сит от размера буферной памяти. Когда объемы памяти большие (несколько ме­габайтов), возможна организация систем электронной защиты от ударов (система «Antishock»). В этом случае при каких-либо механических воздействиях, возни­кающих, например, в переносных аппаратах или автомобильных аудиосистемах, на то время, когда оптический адаптер теряет возможность правильного считы­вания, используется информация, сохраненная в буферной памяти. Одновремен­но включается алгоритм ускоренной ориентации адаптера.

Символы данных, формируемые EFM-демодулятором, подвергаются операции деперемежения, строго обратной процедуре перемежения, которая применялась при записи. В результате разбросанные участки сигнала возвращаются на свои места. Эффективность перемежения/деперемежения иллюстрируется рис. 4.19 Для сравнения здесь же приведена процедура обработки сигнала без перемежения.

На рис. 4.19а изображен некоторый фрагмент записываемого аудиосигнала, от­счеты которого после аналого-цифрового преобразования перемежаются, напри­мер, поблочно по закону 1-3-5-4-2 (рис. 4.12б). Это означает, что в каждом блоке размером по 5 отсчетов вместо естественного порядка следования 1-2-3-4-5 будет порядок 1-3-5-4-2. Пусть при наличии какого-либо дефекта компакт-диска в считы­ваемом сигнале происходит выпадение части информации (рис. 4.19в). После де­перемежения по обратному закону выпавшие отсчеты оказываются разгруппи­рованными (рис. 4.19г). Эти одиночные ошибки легко исправляются, например, линейной интерполяцией (пунктирные линии). Процедура линейной интерпо­ляции описана ниже. На рис. 4.19 видно, что при обработке без перемежения/ деперемежения большой участок выпадения информации остался не исправ­ленным.

Рис. 4.19. Алгоритм обработки сигналов с использованием операции перемежения/деперемежения

После деперемежения производится декодирование информации с помощью перекрестного контроля избыточности. Алгоритм декодирования здесь не приво­дится, однако отметим, что в нем используются дополнительные проверочные биты, введенные в сигнал при записи. Выявленные ошибки по возможности ис­правляются декодером. Количество этапов деперемежения/декодирования рав­но числу обратных операций, выполненных над информационным потоком при записи.

При невозможности исправления какой-либо ошибки дефектное слово Сдеф отмечается, и его дальнейшая коррекция производится в устройстве интерполя­ции. Задача такого устройства в том, чтобы оценить значение слов С, предше­ствующего дефектному, и С+, идущего после него, а затем вычислить их среднюю величину и заменить ею дефектное слово Сдеф = Сср (рис. 4.20). Такой способ исправления дефектного слова, при котором учитываются только соседние символы, называет­ся линейной интерполяцией (или интерполяцией первого порядка). В более сложных устройствах могут применяться алгоритмы, учитывающие значения нескольких предыду­щих и последующих символов. Естественно, точность такой интерполяции значительно выше.

Рис. 4.20. Исправление ошибки с помощью линейной интерполяции

При искажениях сигнала большой длитель­ности из-за сильных царапин на поверхности диска, недопустимых детонаций за счет внеш­них воздействий и т.п., когда дефектными оказываются несколько символов подряд, ис­пользуется процедура, называемая приглуше­нием. Она заключается в следующем: значения символов в начале искаженного блока (до 30 штук) заменяются смоделирован­ными значениями, уменьшающимися по закону косинуса от величины после­днего правильного символа до нуля, а в конце искаженного блока - смоделирован­ными значениями, увеличивающимися по тому же закону от нуля до величины первого правильного символа. Таким образом, шумы в производимой фонограмме заменяются на плавные замирания звука, менее раздражающие слушателя. Почти такой же эффект достигается при запоминании и повторении информации, предшествующей момен­ту выпадения, в течение некоторого времени, перекрывающего время действия помехи.

Следующий этап обработки скорректированной информационной последова­тельности символов носит название цифровой фильтрации. Ее алгоритмы доволь­но сложны и здесь не приводятся. Отметим только, что все операции выполняются специальным цифровым сигнальным процессором с использованием арифметико-логического устройства (АЛУ) и оперативного запоминающего устройства одинаковым, а плотность записи увеличивается. Кроме того, происходит сдвиг спектра записываемого сигнала в более высокочастотную область, что снижает воздействие на него низкочастотных помех и шумов. Отметим, что после EFM преобразователя, сигналом которого в конечном итоге и модулируется лазерный луч записывающего устройства, минимальный размер пита на дорожке компакт-диска соответствует трем двоичным разрядам информационной последовательности.

Соответствие 8-битного и 14-битного кодов устанавливается специальной таб­лицей преобразования, копия которой находится в устройствах обработки сигна­ла при воспроизведении.

Чтобы в непрерывном потоке информации при воспроизведении можно было отделить один кадр от другого, в начало каждого из них добавляется кадровая синхрогруппа, состоящая из 24 канальных разрядов. Комбинация элементов синхрогруппы выбрана такой, чтобы она заведомо не встречалась в информационном потоке.