0003

1.    Compact Disc - płyta kompaktowa - srebrzysty krążek o średnicy 12 cm (czasem 8 cm), i grubości 1.2 mm zrobił oszałamiającą karierę

Parametry odtwarzacza płyt kompaktowych są znakomite-.

-    pasmo przenoszenia częstotliwości 10 Hz - 20 kHz, -r - 0,3 dB.

-    dynamika 96 dB, - stosunek sygnału do szumów większy od 90 dB.

-    tłumienie między kanałami stereofonicznymi większe niż 90 dB

-    zniekształcenia nieliniowe mniejsże niż 0.04'u,

-    różnice wzmocnienia kanałów mniejsze niż 0,3 dB.

-    współczynnik zawartości harmonicznych mniejszy niż 0,005° i.

2.    Budowa CD:

Płyta kompaktowa składa się z 3 warstw. Pierwsza ochronna, licząc od "góry" czyli od warstwy z nadrukiem, ma grubość ok. 30 mikrometrów Poniżej jest warstwa odbijająca w której jest w ytłoczona ścieżka dźwiękowa. Warstwa ta wykonana jest najczęściej z aluminium, srebra, czasem złota Od strony lasera znajduje się warstwa o grubości ok. 1.2 mm z przezroczystego tworzywa która nadaje kształt i sztywność płycie. W warstwie odbijającej znajdują się wgłębienia (ang. pit) o szerokości 0,6 mikrometra i głębokości 0,12 mikrometra. Pity te mogą mieć różną długość. Odstęp między wgłębieniami - a także wgłębienie - wynosi nie mniej niż 0,9 mikrometra. Największa wartość tych wielkości - 3 J mikrometra. Ciąg wgłębień (pitówj stanowi spiralną ścieżkę od środka płyty do zewnątrz, cyfrowo zapisanej informacji.

3.    Działanie odtwarzacza CD:

Światło (ciągłe) wyemitowane przez laser (1), poprzez układ luster (2,3) i skupione w soczewce (4) do średnicy ok ] mikrometra padając na wgłębienia i pola nie zapisane ulega w różnym stopniu odbiciu i polaryzacji. Wracając z powrotem, przechodzi przez lustro półprzepuszczalne (2) i pada na fotodiody odbiorcze (6) gdzie powstaje sygnał modulowany. Logiczne ”1 ” to krawędzie wgłębienia (początek i koniec każdego wgłębienia). Wztfluż wgłębień i w polach czystych między wgłębieniami biegną logiczne "0". Ponieważ 1 bit zapisu na płycie zwanego kanałowym zajmuje na ścieżce 0,3 mikrometry, najkrótsze wgłębienie jest odczytywane jako 1001, a najdłuższe - 100000000001. Odczytany sy gnał cyfrowy jest wzmacniany a następnie poddawany demodulacji, korekcji błędów, rozdzielany na dwa kanały i dopiero wtedy zamieniany w przetworniku cyfrowo-analogowym na sygnał analogowy. Stąd, po wzmocnieniu podawany jest na gniazda wyjściowe. Wartość napięcia sygnału wyjściowego (analogowego) wynosi około 2 V (1.6-3V).

4.    Korygowanie w kicie... Zapis w formacie CD, zawiera oprócz danych muzycznych także dane korekcyjne. Bity korekcyjne zajmują znaczną część zapisanej na płycie informacji. Jest to spowodowane tym, Ze odczyt przebiega w czasie rzeczywistym, laser i układ przetwarzający nie mają możliw ości powrotu i ponownego odczytu błędnie, czy źle zapisanej ścieżki Odtwarzanie nie może być przerwane Za prawidłowe odtwarzanie odpowiedzialny jest proces dekodowania CIRC o którym wspomniałem powyżej. W momencie gdy układ czytający na wskutek zabrudzenia czy zarysowania płyty nie może odczytać danych do pracy przystępuje korekcja błędów . Możliwe są trzy sytuacje.

5.    3 sposoby na korygowanie w locie.

Błąd może być skorygowany - dzieje się tak w większości przypadków. Specjalny algorytm analizuje dane i uzupełnia brakujące. Nie słyszy my nieprawidłowości w odtwarzaniu.

2.    Jeżeli nie da się uzupełnić sygnału za pomocą danych korekcyjnych, sygnał jest interpolowany, czyli uzupełniany. Odtwarzacz tworzy wtedy nową próbkę, która łączy dwie sąsiednie, prawidłowo odczytane. Czasami słyszymy trzask w głośnikach.

3.    Jeżeli uszkodzenie ścieżki jest duże, układ korekcyjny nie może ani skorygować, ani interpolować danych. W głośnikach słychać wtedy chwile ciszy lub przeskakiwanie. Nawet dobrej jakości płyta nie jest wolna od błędów, lecz układ korekcyjny daje sobie z nimi doskonale radę i my nie słyszymy pogorszenia jakości

6.    Do zapisu dźwięku na płytach kompaktowych używa się próbkowania z częstotliwością 44.1 kHz i rozdzielczością 16 bitową. Pasmo przenoszenia zostało ograniczone za pomocą filtru antyaliasingowego do 22.05 kHz. Początkowo sądzono, iż taki format zapisu będzie wystarczający, lecz okazało się, że w miarę rozwoju technologii przetwarzania dźwięku, wychodzą na jaw pewne niedoskonałości tego formatu

7.    Urządzenia cyfrowe pracują na dwójkowym systemie liczbowym.

Kata pomiarowa zawiera przetwornik analogowo-cyfrowy. Jego zadaniem jest zmiana ciągłych wartości wejściow ych (sygnału odpow iadającego mierzonej wielkości fizycznej) na kody binarne. Czynność powyższa (kwantyzacja sygnału analogowego) odbywa się w momentach czasu zdeterminowanych częstotliwością próbkowania

8.    Kody binarne

Do oznaczania wartości sygnału poddawanego kwantowaniu wykorzystywane są całkowite liczby dwójkowe. Do dyspozycji mamy skończony zbiór takich liczb. Liczność zbioru zależna jest od „bitówością" przetwornika (długości słowa).

9.    Bit (Bmory Digit) jak sama nazw a wskazuje jest to cyfra w układzie dwójkowym

Mając do dyspozycji n pozycji w układzie dziesiętnym możemy utworzyć liczb całkowitych:

Do oznaczania wartości sygnału poddawanego kwantowaniu wykorzystywane są całkowite liczby dwójkowe. Do dy spozycji mamy skończony zbiór takich liczb. Liczność zbioru zależna jest od „bitowością” przetw ornika (długości słowa).

10.    III

Szybka transformata Fouriera (ang. FFT od fast Fourier transfonn) to algorytm liczenia dyskretnej transformaty Fouriera oraz transformaty do niej odwrotnej. Najpopularniejszą wersją FFT jest FFT o podstawie 2. Jest to bardzo efektywna operacja, jednak wektor próbek wejściowych (spróbkowany sygnał) musi mieć długość N 2k, gdzie k to pewna liczba naturalna. Wynik otrzymuje się na drodze schematycznych przekształceń, opartych o tak zwane struktury motylkowe. Złożoność obliczeniowa Szybkiej transformaty Fouriera wynosi O(nlogn), zamiast 0(n2) naiwnego algorytmu. Dzięki istnieniu takiego algorytmu praktyczne możliwe stało się cyfrow e przetwarzanie sygnałów (DSP), a także zastosowanie dyskretnych transformat cosinusowych (DCT) (JPEG, MP3 itd.) do kompresji.

11.    Próbkowanie (dyskretyzacja, kwantowanie w czasie) to (poprzcdząący kwantyzację) etap procesu przetwarzania sygnału analogowego na cyfrowy, polegający na przetworzeniu sygnału ciągłego w sygnał impulsowy istniejący tylko w określonych chwilach czasowych.

12.    Sposób przekształcenia - polega ono na tym, że w ustalonych odstępach czasu (impulsowanie) pobierane są tzw. próbki (ang. sampłe) i mierzona jest wartość chwilowa sygnału. Sygnał przekształcony do postaci spróbkowanej nazywa się sygnałem dyskretnym.

13.    Okres i częstotliwość próbkowania

Okres próbkowania T to odstęp czasu pomiędzy pobieraniem kolejnych próbek. Częstotliwość to odwrotność okresu:

f- 1 T

Aby spróbkowany sygnał z postaci cyfrowej dało się przekształcić z powrotem do postaci analogowej musi być spełnione twierdzenie Kotielnikowa-Shannona o próbkowaniu. Mówi ono, że częstotliw ość próbkowania nie może być mniejsza niż podwojona wartość największej częstotliwości występującej w sygnale.

Przykład praktycznego wykorzystania

Ludzkie ucho słyszy dźwięki do częstotliwości około 20 kJlz. Zgodnie z twierdzeniem Kotielnikowa-Shannona, częstotliwość zapisu cyfrowego musi być zatem większa niż 40 kHz aby nie dało się usłyszeć przekłamań. Stąd 44100 próbek na sekundę (44,1 kHz), dla każdego kanału, na płycie CD-Audio jest wartością w zupełności wystarczającą

Aby uzyskać postać cyfrową sygnału, po spróbkowaniu jest on poddawany kwantyzacji.

14.    Kwantyzacja to (drugi po próbkowaniu) etap procesu przetwarzania sygnału analogowego na cyfrowy.

Sygnał analogow y (np. napięcie, prąd) może przyjmować dowolne wartości, systemy cyfrowe natomiast są w stanie przetwarzać tylko sygnały reprezentowane słowami o skończone j liczbie bitów. Taka reprezentacja wymaga ograniczenia zbioru wartości sygnału. Wartości te nazywane są poziomami reprezentacji, natomiast sama kwantyzacja to proces polegający na przypisaniu wartości analogowych do najbliższych poziomów reprezentacji, co wiąże się z nieuniknioną i nieodwracalną utratą informacji.

Każdemu poziomowi reprezentacji przypisywana jest w procesie kodowania określona liczba dwójkowa