Giáo trình XỬ LÝ TÍN HIỆU AUDIO VÀ VIDEO - Chương 4 doc

Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
Chương 4
XỬ LÝ AUDIO-VIDEO KHI GHI VÀ PHÁT
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 sẽ được 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 sẽ định 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
sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện và giải điều chế thành tín hiệu tương tự.

120mm
15mm


Lớp nhựa
trong suốt
Lớp nhựa
bảo vệ
Lớp phản

quang




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
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 vệ đĩa. Nhãn đĩa ghi các thông tin về đĩa 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 cố định 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 mở đầu 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 từ đĩa 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 nghệ đĩa 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
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
CD-ROM (bộ nhớ chỉ đọc CD). Định dạng khối 588 bit của CD-DA được sửa đổi
để tạo ra hai chế độ hoạt động cho CD-ROM, chế độ một cung cấp phần phát hiện
sửa lỗi mở rộng như nêu ở trên còn chế độ 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 chế độ thứ nhất.
Hình 4.2 trình bày cấu trúc của khối CD-ROM cho chế độ 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 ở đỉnh của khối CD-
DA và phần phát hiện sửa lỗi của cả hai mức đầu là tích cực, cả hai chế độ đều đưa

ra mã đồng bộ 12 byte cộng với một header 4 byte, header này có chứa một chế độ
riêng và mã ghi địa chỉ khối 3 byte. Chế độ 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, chế độ một có dung lượng dữ liệu là
675.840.000 byte. Chế độ 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 ổ đĩa 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 trợ động 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.


2048 byte dữ liệu sử dụng
288 byte dữ
liệu
p
hụ

2336 byte dữ liệu sử dụng
Đồng bộ
(
12
)

Header
(
4

)

Chế độ 2
Chế độ 1
2352 byte







Hình 4.2. cấu trúc khối dữ liệu của chuyển đổi-ROM chế độ 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
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 ổ đĩa 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 trợ động 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 chế được sử dụng với cơ cấu trợ động 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 độ điển 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 chế độ hỗn hợp. Vệt từ đầu tiên bao giờ cũng phải là vệt từ
của CD-ROM, còn các vệt từ khác trên đĩa có thể định dạng CD-DA. Loại đĩa như

91
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 từ đầu 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 từ đầu tiên và hiểu được sự có mặt
của audio số cùng với dữ liệu máy tính ở trên đĩa. Ổ đĩa 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 cứ điều 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 chỉ để 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 số ứng 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 thị đầy đủ màn hình.

92
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 thể được 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 ổ đĩa. Điều này tạo ra 8,5Gb/mặt hai lớp (mật độ trên lớp được giảm nhẹ để
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 như được 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
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 tụ đọc 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 tự động 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) sẽ được phân thành một tia chính và hai tia phụ dựa trên hiện tượng nhiễu xạ
của ánh sáng.

Laser diode
Diffraction
grating lens
Collimation
lens

λ/4 wave
plate lens
Object lens
Concave lens
Cylinder lens
Photo
diode
Half prism
Beam spliter
Compact
Dics











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
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 sẽ được
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
này sẽ lệch pha đi 90
0
, 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 sự điều 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 tụ đúng 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 quá đúng 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
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
D C
+
_

0
V+

A
B
D C
+
_

A
B
D C
+
_
V-
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.








A B

C D
E
F
Tracking
servo
Focus servo và
Khuếch đại RF

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 để điều
chỉnh hội tụ của chùm tia trên CD. Hai diode cảm quang EF nhận ánh sáng phản xạ
từ hai tia phụ để 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
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 xạ được 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

Diode
laser

Vật kính
Tia laser
Lớp cảm quang
Trong suốt
Pit
Hình 4.7. Ghi tín hiệu trên CD
Khi ghi, chùm tia laser do tín hiệu được điều biến dạng số được 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 từ trong ra ngoài.
4.4.2. Phát lại tín hiệu trên CD
Khi phát lại, chùm tia laser từ đầu 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 90
0
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 tự để phục hồi

lại tín hiệu như nguyên mẫu.


97
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video








Diode
laser

Vật kính
Tia laser
Lớp cảm quang
Trong suốt
Pit
Diode cảm
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 số đó 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 từ độ dài của pit này đến pit kế tiếp không nhỏ hơn
0,278μm. Chất lượng của tín hiệu đọc từ đĩa quang phụ thuộc vào cấu trúc hình học
của các pit trên CD.











1,6
μ
m
0,5μm
Tia laser
≅ 2μm
0,833-
3
,
054
μ
m
Hình dạng các track trên CD
Hình 4.9. Cấu trúc dữ liệu trên các track CD

98
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

Tạo khung
Mã hóa qui tắc Reed solomon
Sắp xếp lại trật tự dữ liệu
Mã hóa qui tắc điều
khiển và hiển thị
Điều biến EFM và mã
hoá các pit ghép
Mã hoá các qui
tắc đồng bộ

Tín hiệu ghi
Biến đổi
D/A
Đan xen
dữ liệu
Biến đổi
EFM
Lấy mẫu
Lượng tử hóa
Mã hóa
Lấy mẫu
Lượng tử hóa
Mã hóa
















Hình 4.10. Sơ đồ khối xử lý tín hiệu khi ghi

99
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
1
, t
2
, t
3
, t
4
…tức là chia nhỏ các mức tín hiệu theo trục thời
gian (trục hoành), các mẫu tín hiệu được tạo ra là cơ sở để 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.

t
0 t
1
t
2
t
3

t
4
. . . .
Mức tín hiệu




Hình 4.11. Biểu diễn mẫu tín hiệu
Định lý lấy mẫu (sampling theorem): giả định 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:
x(t)
=
∑
∞
−∞=
−
−
n
)nWt2(
)nWt2(sin
)W2/n(x
π
π
(4.1)
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
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.




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
s
> 2f
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
s
> 2f
c
, sẽ có hiện tượng
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.
Như đã được đề cập trước đây, liên quan đến mối quan hệ f
s
> 2f
c
, thì sự khác
biệt giữa f
s
và f
c
, dù lớn bao nhiêu đều được phép. Tuy nhiên, khi khối lượng thông
tin gia tăng thì đặc tính mật độ ghi lại bị ảnh 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 trị đã 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
1
, t
2
, t
3
… sẽ được lượng tử bằng một mức tín hiệu có giá trị
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
f
C
f
S
f
C
f
S >
2f
C
MHz MHz
f
S <
2f
C
f
C
f
S
MHz

101
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
MSB
1
2SB
1
3SB
1
4SB
1
5SB
1
6SB
0
7SB
1
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 2
16
từ được tạo ra. Với số lượng 2
16
từ đủ để 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.








0 1 0 0 0 01 0 0 0 0 0 0 1 0 0
1 symbol
word = 8bit
1 sample data
word = 16bit
1 Frame
t
L
0
R
0

t
0
t
5
Mức tín
hiệu
Rch
Lch
L
0
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
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 sẽ được 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
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 sẽ được 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 ở đầu 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 sẽ được thực hiện điều chế EFM (Eight to Fourteen
bit Modulation) tức mỗi ký tự 8 bit sẽ được 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 2
8
=256 ký tự được tạo ra, còn ký tự 14 bit thì ta có tất cả
2
14
=16.384 ký tự, trong số ký tự 14 bit này thì có 267 ký tự thỏa qui luật EFM còn

104
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
các ký tự còn lại thì không thỏa. Nên 267 ký tự này đủ để 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 đủ để 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 tự 8 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) sẽ được 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 bị đảo mức xung tín hiệu. Ví dụ ứng 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

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), để đảm 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


* * *
Bit ghép
Ký tự sau Ký tự đầu



10 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0


* * *
Bit ghép
Ký tự sau Ký tự đầu


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 số đạt được khi chuổi bit hệ thống diễn
tiến dưới giả định 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




DVS = +2 - 7 + 2 -2 + 2 –2 +2 – 4 +4 = -1 tại t
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 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




Bit gheùp
+2 -7 +2
-2
+2 +2 +4 - 2 - 4
t
0
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 sẽ được đưa
thêm vào một mã đồng bộ hay còn gọi là tín hiệu đồng bộ khung. Tín hiệu đồng bộ
khung được đặt ở đầu 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
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 f
FCK
mà
biết được vận tốc quay hiện tại của đĩa, nó là cơ sở dùng để điều chỉnh vận tốc quay
đĩa của mạch Spindle servo.
Sync = 24 bit có dạng : 100000000001000000000010

Tần số đồng 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.



Sync C&D Data1 CIRC-Q Data2 CIRC-P
1 Frame = 588 bit

M

M

M
M
M

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 số đồng 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
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video
Như vậy thời gian đọc một khung dữ liệu là: 135,05 μs
Suy ra thời gian đọc 1 bit dữ liệu
st
μ
23,0
588
05,135
==

Tần số xung đồng bộ khung chính bằng số khung đọc được trong một giây

Hzf 7350
05,135
1
==
Tần số xung điếm bit
:
MHzf 3218,4
05,135
588
==
Tín hiệu này còn gọi là xung BCK hay f
BCK
= 4,3218MHz
Từ tín hiệu audio điều biến dạng số sẽ đưa đến khối đầu quang để điều 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

11T
3T
Xung NRZI
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 tự được 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 số để phục chế lại tín hiệu audio
tương tự.
Như biểu diễn ở sơ đồ mạch xử lý như biệu diễn ở hình 4.15, khi phát lại chùm

tia laser từ đầu 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 90
0

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 tự để phục hồi lại tín hiệu như nguyên mẫu.

108
Chương 4: Ghi phát tín hiệu audio và video











I/V
converter

I/V
converter
add
D/A

convert
Asymetry
EFM
Focus
servo
Focus
servo
Data
strobe
DSP

EFM demod
Error correct
Timing control
Digital filter
Data mute


A



Hình 4.15. Sơ đồ 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 sở để phục chế lại tín
hiệu audio.

Hình 4.16. Sơ đồ 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

A B
C D
I/V
converter
I/V
converter
add
Wave
sharper
Asymetry
EFM out
Focus
servo
Focus
servo
B
D C
RAM
Wave
sharp
S/H

S/H
Muting LPF
Muting LPF
Digital I/O
Giao
tiếp
với vi
xử lý
Data
BCK
RLCK
Data BCK RLCK
L out
R out
Digital
out

109
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 vụ đổi 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.

LPF
+
_
+
_

Điện áp
trung bình
RF
in

Điện áp
sai
EFM
out
Wave sharp
Asymetry

Hình 4.17. Sơ đồ 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.





Data
strobe
Giải mã
NRZI
Sync
detector
EFM data
Đến mạch
DSP
EFM
Bit clock
Frame sync

Hình 4.18. Sơ đồ mạch Data strobe

110
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 thế được tạo ra có thể tái tạo các bit clock nhờ vào việc kiểm
soát tần số dao động của VCO.

Delay
Phase
comparision
LPF
VCO
4,3218M
EFM in EFM
Clock out
Tách dò cạnh







Hình 4.19. Sơ đồ 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 sẽ đổi 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 thể được nhận diện.

111
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 thế để bổ sung vào phần tín hiệu đồng bộ đã 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.






Sync signal
Pattern det
Supplementary
Signal
g
enerator
Time gate
generator

-
+
EFM
Sync signal
Hình 4.20. Sơ đồ 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 bộ đã mất hoặc bị sai.
4.5.2.4. Mạch xử lý tín hiệu số (Digital Signal Processor)








RAM
write control
EFM
Demodulatior
Error
correction
RAM
ROM
RAM
read control
Subcode
separation

RAM
EFM
signal
To system
control
Digital
output
Data
BCK
LRCK
Sync signal
Bitclock

Hình 4.21. Sơ đồ 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