VCD影碟機基礎(chǔ)知識

1、第1章 VCD影碟機基礎(chǔ)知識本章要點激光影碟機的發(fā)展史；模擬信號數(shù)字化的過程；VCD光盤的數(shù)據(jù)格式及構(gòu)成；MPEG1的編碼與解碼過程;CD影碟機的結(jié)構(gòu)與電路組成及各部分作用；VCD影碟機的基本工作原理；VCD影碟機的故障特點及維修方法 1.1 激光影碟機的發(fā)展概述 激光影碟機是利用激光頭讀取光盤上固化的音頻、視頻信號，經(jīng)電路處理還原為模擬信號并重放的設(shè)備。1948年美國哥倫比亞廣播系統(tǒng)研究所P.哥德馬克研制出了模擬密紋唱片（即RP唱片），1956年美國安培公司研制成功用于廣播電視業(yè)務(wù)的錄像機，1958年雙聲道立體聲唱片問世，1962年荷蘭飛利浦公司研制成功了盒式磁帶錄音機，20世紀70年代中期

2、研制成功了使用1/2英寸磁帶的彩色盒式錄像機。這些系統(tǒng)提供的音質(zhì)和畫質(zhì)越來越高，但是它們無法擺脫機械接觸式拾訊頭易磨損的缺點，同時，信號處理以模擬方式為主，信噪比低。隨著20世紀70年代后期大規(guī)模集成電路、微機技術(shù)、激光技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，迎來了激光數(shù)字音視頻重放設(shè)備的新時代。n由于利用激光頭發(fā)出激光讀取信息時，激光頭與光盤無接觸，因此也就無摩擦和無磨損。光盤存儲的信息容量大，圖像清晰，播放的音質(zhì)好，因而激光影碟機從誕生之日起便有迅猛發(fā)展的勢頭和不可限量的前途。從20世紀70年代初期的LD機到20世紀80年代初期的CD機，發(fā)展到90年代初的VCD機及1996年的DVD機，各種樣式、各種品

3、牌的影碟機層出不窮。1. LD機n20世紀70年代，人們通過對光盤技術(shù)的研究、利用，發(fā)明了LD機。首部LD機是美國音樂公司與荷蘭飛利浦公司聯(lián)合開發(fā)推出的LD影碟激光視盤系統(tǒng)，從此開創(chuàng)了利用光盤技術(shù)的視聽新時代。LD激光影碟以坑點形式記錄圖像、聲音信號，它并不是把模擬的圖像和聲音信號變?yōu)閿?shù)字信號記錄在光盤上，而是將圖像及聲音信號分別調(diào)頻、疊加、限幅，得到周期長短不一的模擬信號的方波，再記錄到光盤上。由于圖像和聲音信號均采用模擬形式，LD影碟機播放的畫面清晰度高達420線水平。LD影碟片有直徑為20cm和30cm兩種形式。新一代的LD影碟機可以兼容CD、VCD影碟片。 2. CD機n隨著音頻信號的

4、數(shù)字化和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，并借助激光光盤技術(shù)，新一代的激光唱機和激光唱盤誕生了，這就是CD方式。CD的全稱是CD-DA，后來被列為數(shù)字小型光盤標準。CD數(shù)字音頻系統(tǒng)與以前音頻系統(tǒng)的區(qū)別就在于該系統(tǒng)的信號記錄和處理是把模擬音頻信號數(shù)字化后進行的，存儲于CD唱片上的聲音信息是“0”、“1”數(shù)據(jù)流，信息讀取采用光學(xué)方式，數(shù)字信號采用了糾錯編碼處理。因此，CD數(shù)字音頻系統(tǒng)解決了模擬音頻系統(tǒng)所存在的拾音頭磨損大、傳輸失真大、信噪比低、抗干擾能力弱等問題，播放的聲音優(yōu)美動聽。3. VCD機n20世紀90年代初，國際標準化組織標準算法的制定和公布，形成了一個數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)向各產(chǎn)業(yè)的新產(chǎn)品迅速轉(zhuǎn)化的起點，從

5、而引發(fā)了一場影視技術(shù)的革命，把現(xiàn)代家用電器帶入了一個數(shù)碼科技的新天地。我國第一臺VCD視盤機是合肥美菱萬燕電子有限責任公司于1993年率先推出的。VCD視盤機是一種集光、電、機械技術(shù)于一體的數(shù)字音像產(chǎn)品，是MPEG數(shù)字壓縮技術(shù)與CD技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，價格低廉、性價比高、軟件節(jié)目豐富，獲得人們的認可。雖然在圖像清晰度和音色方面遜色于LD和DVD，但未影響其進入普通家庭，反而成為家電產(chǎn)品消費的熱點。nVCD視盤機是繼LD影碟機和CD激光唱機之后開發(fā)出的一種新型光盤機，它是一種數(shù)字式音頻、視頻信號的播放設(shè)備。VCD視盤機的機芯、激光頭及其伺服電路、數(shù)字信號處理電路與CD唱機相同，只是在CD機的基礎(chǔ)上增

6、加了一套MPEG解碼電路和視頻D/A變換與編碼電路。因此，VCD視盤機即可播放CD光盤以及VCD光盤。對于VCD視盤機播放出來的圖像質(zhì)量，其水平清晰度為250線，相當于家用錄像機（VHS）重放圖像質(zhì)量水平。實際上，因為VCD視盤機采用了激光束讀取信息方式，光盤與激光頭無磨損，不會因使用時間長使圖像質(zhì)量變差，因此VCD視盤機的圖像質(zhì)量優(yōu)于家用錄像機。 4. DVD機n1996年1月8日，美國拉斯維加斯舉辦一年一度的國際冬季消費電子產(chǎn)品博覽會，日本索尼公司在展廳入口處設(shè)立的DVD影視劇場以其清晰逼真的畫面，現(xiàn)場感十足的音響，將觀眾帶入了身臨其境的三維境界，真正的充滿魅力的影視設(shè)備DVD脫穎而出，出

7、盡了風頭。DVD光盤由于采用MPEG2標準對音視頻圖像信號進行數(shù)字壓縮處理，其記憶容量是CD片的13倍，能在12cm光盤上存儲約4小時的圖像信息，其圖像清晰度達500線以上，音頻采用杜比數(shù)碼（AC3 ） 5.1聲道的環(huán)繞立體聲。1.2 數(shù)字化信號基礎(chǔ)n1.2.1 模擬信號與數(shù)字信號1. 概述在實際應(yīng)用中，電子技術(shù)用到傳輸和處理信號（包括信號的運算、放大、比較等），這里所指的信號是電壓和電流的信號。處理模擬信號的電子電路稱為模擬電路，如放大電路、濾波電路、電壓/電流變換電路等。處理數(shù)字信號的電子電路稱為數(shù)字電路，如邏輯門電路、觸發(fā)器等。n 2. 模擬信號與數(shù)字信號的特點n模擬信號的特點分為：（1

8、）既要隨時間連續(xù)變化又要隨幅度連續(xù)變化。（2）應(yīng)用普遍，如電視信號等。（3）精確測量較為困難。數(shù)字信號的特點分為：（1）是離散的信號。（2）其應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅猛，主要表現(xiàn)在通信、科研、音響設(shè)備等方面。（3）定位、測量比較容易。 1.2.2 模擬信號數(shù)字化n1. 數(shù)字化的作用不論是在唱機中還是在磁帶錄音機中，放音都要用電機來使唱片或磁帶作等速旋轉(zhuǎn)和走帶，以便讀取上面記錄的信號，重放信號的質(zhì)量很大程度上取決于唱針和唱片或磁頭和磁帶的相對速度，如果電機旋轉(zhuǎn)速度不夠穩(wěn)定，重放信號就會產(chǎn)生失真。失真使聲音混濁不清、抖動，影響聽音效果。雖然模擬技術(shù)采用了一些簡單的手段對這種情況加以改善，把這種失真控制在一定

9、范圍內(nèi)，但并沒有解決根本問題。要想獲得更高水準的音頻信號，實現(xiàn)家庭影院的視聽效果，只有通過數(shù)字技術(shù)得以實現(xiàn)即將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，因此將模擬信號數(shù)字化是電子技術(shù)發(fā)展的必然過程。n 2. 什么是模擬信號數(shù)字化n模擬信號數(shù)字化是把模擬信號通過A/D（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換電路變換成數(shù)字信號，如將正弦波電壓信號轉(zhuǎn)換成方波電壓信號、正弦波電壓信號轉(zhuǎn)換成尖峰波電壓信號等。在對信號的數(shù)字處理方式中，最常用的是用脈沖的有和無來代表0和1。無脈沖時為0，有脈沖時為1，在計算機中是這樣，在AV信號的數(shù)字處理中也是如此。 1.2.3 數(shù)字化信號的優(yōu)點n數(shù)字方式由于把模擬信號變換成了數(shù)字信號，即變換成了序列脈沖信號，這些

10、脈沖信號的變化僅指脈沖寬度的變化，而脈沖幅度是不變的。利用限幅器可以輕易地削除在數(shù)字化過程中可能引入的噪聲，使脈沖波形達到非常平整的效果，這比處理模擬信號中的噪聲容易得多。在數(shù)字信號中，脈沖的幅度已不像模擬信號那樣重要，因為數(shù)字電路處理的是脈沖的有無，只要脈沖幅度達到能夠識別的電平值即可；在模擬信號中，則需要知道每一個模擬量的準確值?？偟膩碚f數(shù)字化信號具有以下優(yōu)點：（1）數(shù)字化信號具有極高的穩(wěn)定性及可靠性，依賴元器件與電路穩(wěn)定性的程度降低，電路只要能辨別脈沖的有無即可。只要增加數(shù)字信號的量化位數(shù)，就能獲得高精度。（2）便于用計算機來處理數(shù)字信息和進行各種控制，數(shù)字信號還可以長時間儲存。（3）電

11、路便于大規(guī)模集成化，提高運行速度。 1.2.4 數(shù)字化信號的過程n1. 采樣和量化在時間軸上對模擬信號進行分段，取其分段點的信號電平值，然后將此電平值變換成二進制數(shù)，用0和1表示，在電路中用脈沖的有無表示，這就是數(shù)字化。可見，在數(shù)字化中最關(guān)鍵的是分段信號電平和對電平采用四舍五入法取整后再變換成二進制。在數(shù)字處理技術(shù)中，這幾種處理分別稱為采樣、量化和編碼。采樣就是采集樣本，在這里就是對模擬信號進行分段，取分段點的信號電平值，這一系列的信號電平值就是代表模擬信號的樣本值。用這些離散的樣本值替換原來連續(xù)信號波形的操作稱為采樣。采樣時，在一定的時間范圍內(nèi)，獲得的采樣點的多少取決于時間間隔的大小，時間間

12、隔越小，采樣點越多，反之就越少。在數(shù)字處理技術(shù)中一般用采樣頻率表示樣點的多少，樣點的頻率等于采樣時間間隔的倒數(shù)。這樣，采樣頻率越高，獲得的采樣點就越多。n 2. 編碼n編碼就是將已量化（取整）的各電平值用二進制數(shù)碼表示的過程。在電路中，用脈沖的有無來表示0和1，即1為有脈沖，0為無脈沖。這些脈沖信號必須幅度相等、寬度相同，這樣經(jīng)過編碼的脈沖信號稱為脈沖編碼調(diào)制信號（PCM信號）?？梢?，數(shù)字信號是離散的不連續(xù)的電壓（或電流）的脈沖序列，每個脈沖代表一個信號元素，即二進制數(shù)中的一個位。n3. A/D轉(zhuǎn)換與D/A變換nA/D變換就是模擬/數(shù)字變換，它的作用是把模擬信號變換成數(shù)字信號。首先利用采樣保持

13、電路對輸入的模擬信號采集樣本值，然后進行量化編碼處理。經(jīng)量化編碼處理后，模擬信號就變成了數(shù)字信號，故量化編碼電路又稱為A/D變換器。CD由于采用16位的數(shù)字信號，所以A/D變換器必須具有將模擬信號分解成21665 536個等級的能力，且變換過程必須在1020(s的時間內(nèi)完成。D/A變換就是數(shù)字/模擬變換，即把數(shù)字信號變換成模擬信號。它是A/D變換的逆變換。A/D變換是把模擬信號變換成數(shù)字信號，以便進行各種數(shù)字處理。D/A變換是把處理后的數(shù)字信號還原成模擬信號，這樣才能利用目前的放大器和揚聲器把音響信號重放出來。 1.3 VCD光盤結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)格式n1. VCD光盤結(jié)構(gòu)VCD盤片存儲的內(nèi)容與CD盤

14、片不同，但大小一樣，其直徑為120mm；盤片中央有一內(nèi)孔，用于刻錄與播放的固定，其直徑為15mm；內(nèi)孔之外26mm116mm之間為用戶數(shù)據(jù)區(qū)；用戶數(shù)據(jù)區(qū)之外116mm117mm處為導(dǎo)出區(qū)；117mm120mm之間為盤片的邊沿區(qū)。從盤片的剖面看，盤片分為三層。一層為透明襯底，一般多由聚氯乙烯（PVC）、丙烯基（PMMA）或聚碳酸酯（PC）等構(gòu)成，其中聚碳酸酯作為制造VCD和CD盤片的材料具有耐熱、耐濕及良好的成型性能；中間層為反射層，用金屬薄膜鋁采用蒸鍍方法形成；反射層上面是保護層，一般由硬樹脂制成；保護層上面為商標層。光盤重量在14g33g之間。VCD的視頻信號和音頻信號以二進制的方式存儲在光

15、盤上，“1”和“0”以反射層的“坑”和“島”來表示。在反射層上，每次坑島的跳變處表示數(shù)字1，不跳變處表示數(shù)字0。光盤上的坑和島由內(nèi)向外螺旋延伸，每個坑的深度大約0.1(m，寬度約0.5(m0.6(m，長度約0.83(m3.1(m，相鄰兩圈坑道的寬度為1.6(m。對于一張12cm的CD、VCD光盤來講，其軌跡長度大約5000m。如果對一張光盤的尺寸作一個比喻，那么，人的一根頭發(fā)相當于唱片的30條軌跡；若將一個凹坑或一個凸島的大小看做一粒谷子那么大，則激光唱片的直徑將有800m。n 2. VCD盤片中信號的組織形式nCD光盤上直接記錄PCM信號，由于盤片在制造和使用過程中，可能有灰塵和劃傷或光盤本

16、身存在缺陷，使得在重放時誤碼率升高。因此在記錄信號時，需要糾錯和交叉交織技術(shù)，即組織左右各12個樣本，加上糾錯校驗位、同步碼、控制碼構(gòu)成一個完整的音頻數(shù)據(jù)幀。CD數(shù)據(jù)一幀共588個通道位，這588位數(shù)碼信號大致可以分為兩大部分：即24位同步信號（同步碼），14位（1字節(jié)）控制和顯示信息（控制碼），兩者之間有3個通道位的連結(jié)位（耦合位）作為信號間的分段間隔；第二部分為32字節(jié)數(shù)據(jù)，分兩段配置，每一段中12字節(jié)的音樂數(shù)據(jù)，加上4字節(jié)的CIRC糾錯碼，無論是音樂數(shù)據(jù)或糾錯碼，每個字節(jié)間都有3個通道位的耦合碼。n從以上幀格式可以看出，每幀中只有24字節(jié)用于傳送音樂信息。通常將98個幀組成一個播放段或叫

17、一個扇區(qū)，每一個扇區(qū)有98242 352字節(jié)的音頻數(shù)碼信息。一首歌曲就是由許多個這樣的扇區(qū)組成的。在重放時，不斷地從扇區(qū)各幀取出音頻數(shù)碼信息，存儲到緩沖存儲器形成流暢的音樂。VCD光盤仍采用幀編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，保留了一個扇區(qū)數(shù)據(jù)的容量，即每幀仍為588個通道位，幀內(nèi)的同步碼、控制碼、耦合位格式以及每幀信息數(shù)據(jù)的存儲量仍為24字節(jié)，每98幀為一個扇區(qū)，每一個扇區(qū)仍有2 352字節(jié)的音視頻數(shù)碼信息，與CD相同。但對音視頻數(shù)碼信息的存放區(qū)域和方法作了很大改變，以便于光學(xué)拾音頭迅速找到某一扇區(qū)，其具體方法如下：n（1）將原來每幀用于存放立體聲的24字節(jié)統(tǒng)一安排，用于存放視頻圖像數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)。（2）將視頻

18、圖像數(shù)據(jù)和音頻伴音數(shù)據(jù)采用打包（Packing）方式存放，打包后的每一捆包中包括3個封包（Packet）。封包是傳送數(shù)據(jù)的基本單位。5個捆包（15個封包）構(gòu)成一個扇區(qū)。在一個扇區(qū)中，有14個封包用于存放視頻圖像數(shù)據(jù)，只有一個封包用于存放音頻數(shù)據(jù)。（3）為了辨認各捆包及其中的封包，便于解碼時識別，編碼時在每一個封包前設(shè)有一定字節(jié)長度的“包頭”（即標頭，Header）。包頭包括開始碼、定時信息（SCR、PTS、DTS）、內(nèi)容指示（封包性質(zhì)，即圖像或聲音、緩存器范圍、尺寸、傳輸速率、畫面類型）等。數(shù)據(jù)封包中又分為幾個層面（Layer），各層有不同的標頭以區(qū)別數(shù)據(jù)。1.4 MPEG1編碼原理n1.4.

19、1 MPEG1圖像編碼原理要完整地顯示一幀畫面，在PAL制中，每秒鐘要傳送25幀彩色活動圖像；在NTSC制中，每秒鐘要傳送30幀彩色活動圖像。在PAL制中每幀用625行掃描6MHz帶寬的視頻信號，每行對圖像取樣860點，約有500線的清晰度；而在NTSC制中，每幀用525行進行掃描。若要進行數(shù)字化傳送，必須將有效行的每個圖像取樣點分解成亮度信號和兩個色差信號進行量化。首先將R、G、B三基色彩色圖像信號轉(zhuǎn)變?yōu)榱炼刃盘朰和色差信號U、V，再將圖像細化采樣成88的圖像塊作為二維離散余弦變換DCT的輸入，通過正向DCT變換，使能量集中在少數(shù)幾個系數(shù)上，再進行量化和編碼處理。n1. 分割一幀圖像進行數(shù)字

20、化壓縮、細化采樣n為了提高圖像質(zhì)量，在對視頻模擬信號采樣之前，先要對每幀圖像進行分割處理。首先將每幀圖像從上至下橫向切成若干條，每條稱為圖像片；再將每片縱向切成若干塊，稱為圖像塊（即宏塊）。圖像塊是處理彩色圖像的最基本單元，可分解成一個亮度圖像塊Y和兩個數(shù)字色差圖像塊Cr、Cb。人眼對亮度信號非常敏感而對色度信號不敏感，利用這一特點再把亮度圖像塊平均切割成四份，每一份稱為像素塊。為了便于數(shù)字化處理，將每塊分割成88的取樣矩陣形式，每個取樣元素是構(gòu)成圖像的最小單元，稱為像素點。作為數(shù)字圖像的取樣點，像素越多，圖像越清晰，反之圖像越模糊。用8bit對每一個像素進行量化，則每個點可取得256個等級的

21、高精度及灰度來反映亮度，其信噪比相當高，達到58.8dB，遠遠超過VHS模擬錄像機的圖像質(zhì)量。n兩個色差圖像塊不再分割，直接用88的取樣矩陣形式采樣。每個取樣元素代表色差像素點，每個色差像素點同樣用8bit量化，如圖1.1所示。這種YUV411的取樣格式比采用RGB編碼的取樣格式數(shù)據(jù)信息量減少了50%。這種對亮度信號進行細化采樣，對色差信號進行粗略采樣的方法對一幀圖像實現(xiàn)了第一次壓縮，但由于數(shù)據(jù)流太大，傳輸碼率太高，CD光盤是不能承受的。因此，只有以降低清晰度為代價，采用每行的像素點和每幀中的行數(shù)都取一半的方法，才能形成MPEG1的格式。如表1.1所示，傳輸碼率為30.4Mb/s，水平清晰度2

22、50線。圖1.1 圖像分割、細化采樣表1.1 MPEG1圖像參數(shù)電視制式PAL：625行/50場NTSC：525行/60場行頻15.625kHz15.734kHz取樣頻率亮度：6.75MHz色度：3.75MHz每行亮度取樣點432點/行429點/行色度有效區(qū)像素176像素/行144行/幀176像素/行120行/幀亮度有效區(qū)像素352像素/行288行/幀352像素/行240行/幀像素傳輸速度3.8016兆像素/秒（每像素8bit）碼率（每像素8bit）30.4128Mb/s碼率為4Mb/s時的壓縮比7.6碼率為1.2Mb/s時的壓縮比25.34nMPEG1的圖像壓縮分割流程規(guī)定從上到下，從左到右

23、逐行掃描分割，NTSC制中（525行制），每幀圖像切成15片，每片切成22個圖像塊，共330個圖像塊；在PAL制中（625行制），每幀圖像分割成18片，每片切成22個圖像塊，共396個圖像塊。在圖像塊中，對亮度圖像塊再等分成四份，每份為88的像素矩陣，每個亮度圖像塊共有256個像素點；對兩個色差圖像塊，每個色差圖像塊為88的像素矩陣，共有64個像素點。圖像塊量化編碼的傳送順序為：亮度圖像塊（第一像素塊、第二像素塊、第三像素塊、第四像素塊）色差圖像塊Cr色差圖像塊Cb亮度圖像塊。整個細化采樣過程從左到右，從上至下。n2. 幀間壓縮技術(shù)n幀間壓縮技術(shù)是依據(jù)電視場的相關(guān)性，按每秒傳送2530幀的系列

24、畫面來保證連續(xù)傳送，以避免閃動的重要手段。相鄰幀的相似性很強，相鄰幀的背景與主體的差異很小，背景差異更小，整幀畫面換新的相鄰幀是幾乎沒有的。根據(jù)這一客觀規(guī)律，充分利用人類視覺的非線性，采取減少時域冗余信息的方法進行有損壓縮，是幀間壓縮技術(shù)的理論依據(jù)。幀間壓縮不依次傳送電視的每幀圖像，而是把要傳送的圖像幀定義為3種幀圖像。n第一種幀叫做基準編碼幀，簡稱I幀。I幀包括圖像信號的全部信息，其數(shù)據(jù)代表了畫面背景運動主體的詳情，是其他相鄰幀的參考基準。第二種幀叫做向前預(yù)測編碼幀，簡稱P幀。P幀以I幀作為參考畫面，只傳送主體變化的差值信息，稱為預(yù)測誤差。P幀是在I幀的基礎(chǔ)上獲得的，它是以前面的I幀為參考獲

25、得的預(yù)測誤差，若前面是P幀，也可以前面的P幀為參考獲得預(yù)測誤差。在重放時，依靠幀存儲器將I幀和P幀的差值進行運算，得出新的畫面，與錄像前的運動畫面一模一樣。第三種幀叫做雙向預(yù)測內(nèi)插編碼幀，簡稱B幀。B幀只傳送在它前面的I幀（或P幀）和后面的P幀的差值信息。差值信息是B幀傳送它前面的I幀（或P幀）和后面的P幀的誤差信息，稱為雙向誤差預(yù)測。這種傳送雙向預(yù)測誤差方法是MPEG1特有的，因此I幀和P幀或P幀之間一般可以有兩個B幀。n為了使圖像能及時編輯，在編碼處理時將圖像以幀為單位進行分組，PAL制以5幀為一組，簡稱5幀組；NTSC制以6幀為一組，簡稱6幀組，如圖1.2所示。每組傳送時間為0.2s，每

26、0.2s就產(chǎn)生一個圖像進出的編輯點。可見，在一連串連續(xù)相關(guān)的圖像幀分為I、P、B格式傳送編碼時，只有I幀需全幀圖像編碼傳送，P幀和B幀只有預(yù)測誤差信息量傳送。比起I幀，全幀圖像信息編碼傳送的信息量要少得多。I幀的數(shù)據(jù)大小為19 000Byte，P幀為10 000Byte，B幀為2 8002 900Byte。所以I幀的信息量最大，B幀的信息量最小。這種圖像幀重新定義后，編輯的方法與逐幀依次傳送相比，每6幀中就有5幀只需傳送少量信息數(shù)據(jù)，使傳送的數(shù)據(jù)大大減少，這就是圖像幀間壓縮的結(jié)果。在一個幀組內(nèi)，運動主體運動得越快的場面，P幀和B幀的數(shù)據(jù)量越多，要達到正常的MPEG1標準，其壓縮比越大，所以可用

27、低碼率來傳送活動圖像，這就對器件有了更高的要求，需要較大的存儲容量和較復(fù)雜的編碼方式。因此，在重放光盤中的激烈打斗場面和快速運動場面時，常?？梢钥匆娦》綁K狀的格子出現(xiàn)在運動主體周圍，即馬賽克現(xiàn)象，這是受MPEG1壓縮方式的局限和不合理的編輯造成的。圖1.2 幀組的構(gòu)成n3. 幀內(nèi)壓縮技術(shù)的原理n一幀“新聞聯(lián)播”的畫面，播音員面部和服裝部位的線條與清晰度是各不同的，其面部是受觀眾注意的部位，不僅輪廓變化大，而且線條特別復(fù)雜，亮度、灰度等級差異大；其他部分如衣服、手臂、頭發(fā)等輪廓稍有變化，灰度等級差異不大。這說明同一幀圖像類存在相關(guān)性，有空域冗余的地方，PAL制的每幀圖像有396個圖像塊，NTSC

28、制的每幀圖像有330個圖像塊。每塊內(nèi)各像素的相關(guān)性更強。與其原封不動地全部傳送，不如通過一種技術(shù)處理將主要的部位、變化大的輪廓以細量化傳送，其他部位則以粗量化傳送，以減少信息量，使圖像數(shù)據(jù)得到壓縮。這種技術(shù)可以在同一幀圖像的不同空間位置進行多次壓縮，這是在同一幀內(nèi)進行的，稱為幀內(nèi)壓縮技術(shù)。1.4.2 MPEG1音頻數(shù)據(jù)壓縮編碼原理n為了在一張能播放74分鐘音頻信號的光盤上存儲數(shù)據(jù)量更大的圖像信號和伴音信號，除數(shù)字圖像要進行大幅度（1/1201/130）壓縮外，數(shù)字伴音也要壓縮。數(shù)字伴音的壓縮格式為MPEG-LAYER2，壓縮率為1/6。MPEG1音頻信號與視頻信號的壓縮編碼采用的技術(shù)手段相似，

29、即從信號中消去重復(fù)的（冗余）信息。在對輸入信號進行量化時，對于人耳敏感性較差的音頻信號頻率段進行粗量化，舍去次要信息；對敏感性較強的頻率段采用精量化，用較多的碼位來傳送。一般地，人耳聽不見某一聲級（聲壓）的弱聲，或當一種頻率的強聲出現(xiàn)時會掩蓋另一頻率的弱聲，這是人耳的聲學(xué)特性，也叫最小可聞閾值特性和掩蔽效應(yīng)。據(jù)此將不重要的信息去除，可將大約1.5Mb/s的聲音傳輸碼率壓縮到0.3Mb/s。1.5 MPEG1解碼器的工作原理n1.5.1 MPEG1解碼器的組成MPEG1解碼器內(nèi)部組成方框圖如圖1.3所示。 n圖1.3 MPEG1解碼器組成方框圖n基本電路是解碼器工作必須具備的電路，包含電源電路、

30、復(fù)位電路、時鐘電路。電源電路：向解碼器提供工作電壓。一般為+5V，節(jié)能型解碼器為+3.3V。復(fù)位電路：在通電時對解碼器內(nèi)部電路進行初始化。時鐘電路：產(chǎn)生時鐘脈沖，使用解碼器與各電路同步工作。2. 主接口n主接口為系統(tǒng)控制微處理器（CPU）與解碼器之間傳輸信息的接口，用于CPU與解碼器的通信，如讀/寫控制、初始化、報告狀態(tài)和控制等。3. CD接口nCD接口是數(shù)字信號處理器（DSP）與解碼器傳輸信息的接口，主要接收DSP電路輸出的串行數(shù)據(jù)（DATA）信號、位時鐘（BCK）信號和左右時鐘（LRCK）信號。4. RISC處理器和解壓協(xié)處理器nRISC即精確指令系統(tǒng)計算機，具有MPEG1解碼功能和一些簡

31、單的圖像處理功能。解壓協(xié)處理器是由硬件構(gòu)成的哈夫曼譯運算處理功能塊，協(xié)助RISC處理器工作，并在軟件支持下完成MPEG1解碼，還原壓縮前的數(shù)字音視頻信號。5. 存儲器接口n存儲器接口用于連接外接的存儲器。存儲器配合上述兩個處理器完成解壓縮處理。6. 視頻接口n視頻接口為解碼器還原的數(shù)字視頻信號的輸出口。7. 音頻接口n音頻接口為解碼器還原的PCM數(shù)字音頻信號的輸出口。8. 內(nèi)部總線n內(nèi)部各電路間數(shù)據(jù)傳輸?shù)木€路，包括數(shù)據(jù)線和地址線。各種數(shù)據(jù)在地址指令作用下進行傳送。1.5.2 MPEG1圖像解碼原理nMPEG1解碼是編碼的逆過程，發(fā)生在VCD播放機中。下面將分析各類幀的解碼過程。MPEG1解碼過

32、程即圖像的重放，是在VCD機從旋轉(zhuǎn)的盤片上讀出EFM信號并對其進行解調(diào)和數(shù)字處理，使圖像數(shù)據(jù)還原為采樣量化的數(shù)據(jù)信號后進行的。n1. I幀解碼n當I幀輸入時，首先暫存于緩沖存儲器（簡稱緩存器）中編碼標志所指定的存儲區(qū)中。在主CPU的控制下，先將I幀圖像數(shù)據(jù)送到可變長度碼解調(diào)器（VLD），按照ROM中存放的可變長度碼對查表，逐一將編碼時壓縮的碼位恢復(fù)為壓縮前的DCT量化值；再將此量化值（一個區(qū)塊64個）逐位乘以ROM中存放的64位視覺心理模式量化表的相對位置逆量化參數(shù)，恢復(fù)成DCT頻率系數(shù)，此過程稱為逆量化（Q(1）。逆量化過程將原壓縮數(shù)據(jù)中的值和量化了的直流成分及主要低頻成分按量化表恢復(fù)為非零

33、數(shù)碼。此時與量化前相比會產(chǎn)生誤差，但因為量化表是根據(jù)視覺心理模式制定的，其誤差主要在對視覺影響較小的部分，對圖像質(zhì)量影響不大。逆量化時還需要在選定逆量化器步長時參考從編碼中分離出的量化步長指示參數(shù)，以將編碼時為防止數(shù)據(jù)溢出或緩存器變空而加入的調(diào)整量，通過控制逆量化器步長而修正。n經(jīng)逆量化的數(shù)據(jù)送入離散余弦逆變換器（DCT(1），通過查表法將逆量化值所代表的各頻率余弦分量恢復(fù)為變換前的亮度或色度空域數(shù)據(jù)，得到圖像壓縮前的區(qū)塊信息。4個區(qū)塊信息組成一個大塊，若干個大塊組成一片，若干片組成一幀完整的圖像畫面數(shù)據(jù)，得到I幀畫面，完成I幀解碼。解碼出的I幀空域數(shù)據(jù)經(jīng)加法器分兩路輸出：一路經(jīng)幀重排，恢復(fù)成

34、編碼前的幀排列順序；另一路送入I幀存儲器，作為下面P幀和B幀解碼時的基準。n2. P幀和B幀解碼n解壓縮后的I幀數(shù)據(jù)存入I幀存儲器的同時，在主CPU的控制下，P幀圖像數(shù)據(jù)按序取出，一方面送到與I幀解碼相同的處理電路進行處理，得到P幀空域誤差數(shù)據(jù)；另一方面取出運動矢量送到I幀存儲器，以便在I幀得到相應(yīng)的大塊數(shù)據(jù)。P幀大塊誤差信息經(jīng)反量化和離散余弦逆變換后得到預(yù)測誤差數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)分兩路輸出：一路送到幀重排器；另一路存入P幀存儲器，用于B幀解碼。輸入的B幀信號也是大塊預(yù)測誤差信息，經(jīng)混合（圖像復(fù)用解碼）后取出量化步長，控制逆量化器，同時取出兩個運動矢量分別送入I幀存儲器和P幀存儲器，以便在I幀和P幀

35、中得到相應(yīng)的大塊數(shù)據(jù)。B幀大塊誤差信息經(jīng)逆量化和離散余弦逆變換（DCT(1）后得到預(yù)測誤差數(shù)據(jù)，在加法器中與兩個相應(yīng)大塊數(shù)據(jù)相加，解出B幀大塊數(shù)據(jù)，最后經(jīng)幀重排后輸出。n3. 幀重排n由于在編碼時，首先對輸入的幀進行了重新排列，因此解碼后要將解壓縮的I，P，B幀進行幀重排，恢復(fù)編碼前的順序。先將解壓縮后的I，P，B幀數(shù)據(jù)存入緩沖存儲器（DRAM），再根據(jù)編碼模式的指示和輸出制式的幀頻要求恢復(fù)為IBBPBP或IBPBP的正常播放順序。1.5.3 MPEG1聲音解碼n從DSP電路送來的MPEG1碼流送入封包標頭解碼器解碼，從標頭上辨別數(shù)據(jù)封包的種類。若是視頻封包，送視頻解碼；若是音頻封包，送音頻解

36、碼。音頻壓縮信號先經(jīng)左、右聲道分離，然后每聲道分兩路，一路按數(shù)據(jù)格式分解為32個子頻帶，分別按量化步長信息進行逆量化，再將32個子頻帶信號合成為壓縮前的頻帶，恢復(fù)為壓縮前的PCM碼流存入DRAM。另一路經(jīng)快速傅里葉逆變換分離出位分配數(shù)據(jù)和強弱比例因子，用于控制32個子頻帶的逆量化步長，使解壓后的數(shù)字音頻信號盡量接近壓縮前的頻譜結(jié)構(gòu)。在標頭解碼器中還進行PTS解碼。nPTS是每個I畫面視頻封包和音頻封包前面都具有的展示時標，用來指示此封包內(nèi)的聲圖內(nèi)容的播放開始時間，按PTS指示的時間向DRAM發(fā)出讀取指令，將聲音數(shù)據(jù)從DRAM中讀出，以保證聲音與圖像同步播出。解壓縮后的數(shù)字音頻信號通常以串行方式

37、輸出到數(shù)模變換器DAC，轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號，同時送入DAC的還有BCK和LRCK時鐘信號，如圖1.4所示。圖1.4 音頻解碼原理方框圖1.6 VCD影碟機的結(jié)構(gòu)與電路組成nVCD是英文“VideoCompactDisc”的縮寫，其意為視頻光盤，它是在CD機的基礎(chǔ)上采用MPEG1壓縮編碼技術(shù)，利用激光束讀取光盤信息的音像設(shè)備。國內(nèi)市場流行的VCD機種類較多，按其配制的機芯分為飛利浦數(shù)碼機芯單碟機和多碟機、索尼機芯單碟機和多碟機;按其采用的解碼芯片分為CL48X系列機、CL680機和ES32XX系列機、OTI系列機；按裝碟方式分為單碟機、三碟機和五碟機。VCD機主要由碟片驅(qū)動機芯和電路兩大部分組成

38、，其中電路主要包括光電信號處理器、數(shù)字信號處理器、伺服控制電路、系統(tǒng)控制電路及MPEG解碼電路、電源電路等，如圖1.5所示。圖1.5 VCD機結(jié)構(gòu)示意圖1.6.1 電路部分n（1）光電信號處理器。光電信號處理器由激光頭及RF放大電路等組成。（2）伺服電路。伺服電路包括主軸伺服、聚焦伺服、循跡伺服和進給伺服。（3）數(shù)字信號處理器（DSP）。（4）MPEG1解碼電路，包括MPEG1視頻/音頻解碼器、ROM只讀存儲器、DRAM動態(tài)隨機存儲器、RGB三通道數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、PAL/NTSC制式編碼器及數(shù)字濾波器和音頻數(shù)/模轉(zhuǎn)換器等。（5）系統(tǒng)控制電路。系統(tǒng)控制電路的核心是微處理器（CPU），主要采用單片微

39、處理器，也可以用多個微處理器分別控制機芯電路。還包括解碼電路和鍵盤/顯示驅(qū)動電路。（6）電源電路。電源電路可采用串聯(lián)可調(diào)式穩(wěn)壓電源，也可采用開關(guān)穩(wěn)壓電路。1.6.2 碟片驅(qū)動機芯部分nVCD機的碟片驅(qū)動機芯主要由機械部分和電路部分組成。1. 機械部分（1）激光頭進給機構(gòu)：由進給電機驅(qū)動，使激光頭沿著光盤的信息軌跡從內(nèi)到外平滑移動。此機構(gòu)還可以完成尋曲、靜像、跳躍、重放等功能。（2）加載機構(gòu)：由加載電機驅(qū)動，進行光盤的加載和卸載。（3）主軸驅(qū)動機構(gòu)：由主軸電機驅(qū)動，帶動光盤旋轉(zhuǎn)。n2. 電路部分n機芯的電路部分主要有光電轉(zhuǎn)換電路、前置放大電路和驅(qū)動電路等。1.7 VCD影碟機的工作原理VCD機是

40、通過機芯與電路將光盤上固化的圖像和伴音信息拾取后轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)解壓處理還原成模擬視頻信號和音頻信號，并實現(xiàn)各種播放功能控制。下面分析各部分工作原理。1. 光電信號處理電路n光電信號處理電路主要是將激光頭拾取碟片上數(shù)字音頻和視頻信號轉(zhuǎn)換為電信號（包括RF射頻信號、FE聚焦誤差信號和TE循跡誤差信號），經(jīng)過RF放大器進行前置放大和整形（還包括APC自動激光功率控制）處理后，一路送到鎖相環(huán)（RF-PLL）電路中再生位時鐘信號，作為數(shù)字信號處理器的基準時鐘和主軸線速度伺服誤差節(jié)拍基準；另一路送到伺服電路去與位時鐘進行相位比較，產(chǎn)生使主軸線速恒定的伺服誤差信號和循跡信號。2. 伺服電路n（1）主軸伺服

41、電路。主軸伺服電路的作用是驅(qū)動主軸電動機帶動碟片做恒線速度轉(zhuǎn)動。在播放時，激光頭沿著碟片中心的外邊緣連續(xù)讀取信息，激光束掃描的速度保持1.2m/s1.4m/s不變。碟片由快至慢逆時針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速由500r/m降至200r/m，起動速度486r/m568r/m，停止速度約196r/m228r/m。主軸電動機的控制數(shù)據(jù)按幀存儲在碟片上，碟片的轉(zhuǎn)速反映出讀取EFM信號的頻率大小。為確保主軸電動機工作在恒定的線速度狀態(tài)，系統(tǒng)控制微處理器將用晶體振蕩器的基準頻率與實際讀取的信號頻率相比較，用產(chǎn)生的誤差信號控制主軸電動機的轉(zhuǎn)速。n（2）聚焦伺服電路。 n聚焦伺服電路是用來產(chǎn)生聚焦誤差信號的，通過聚焦線圈控制

42、激光物鏡，使其碟片起伏而做同步垂直方向移動，保證激光束正確聚焦在碟片的信息面上（聚焦誤差不超過0.5(m）。n（3）循跡伺服電路。n循跡伺服電路通過檢測激光束與碟片音軌中心的位移產(chǎn)生循跡誤差信號，用以控制循跡線圈，使物鏡隨碟片音軌的變化面而做同步徑向方向的移動，保證激光束的光點始終對準信息紋跡中心（循跡誤差不超過0.1(m）。n（4）進給伺服電路。n進給伺服電路驅(qū)動和控制進給電動機，使其帶著激光頭沿碟片上的信息軌跡從最內(nèi)圈移動到最外圈，或使激光頭快速移動（因物鏡在碟片的數(shù)據(jù)區(qū)域內(nèi)可移動的范圍僅有1mm）。激光束要想全方位掃描碟片的信號紋跡，光靠物鏡本身動作無法實現(xiàn)，還需通過進給機構(gòu)驅(qū)動激光頭在

43、整個信號記錄范圍內(nèi)不斷地作徑向跟蹤移動。3. 數(shù)字信號處理器（DSP）n數(shù)字信號處理器是用放大后的RF信號（即EFM信號，包含代表數(shù)據(jù)幀的所有信息，如圖像、聲音及控制信息等）控制VCO壓控振蕩器的頻率，再生出位時鐘（BCK或BCLK）信號，識別并選出位于每一信息幀最前面的同步信號（同步字），以保證準確分割編碼。將14bit數(shù)據(jù)通過EFM解調(diào)器采用程序邏輯矩陣進行解調(diào)處理，恢復(fù)為8bit二進制數(shù)據(jù)并進行CIRC糾錯、補償、去交織等運算，以保證傳送的信息與記錄的同步;將幀編碼切換，分離出各種子碼信號、左右聲道時鐘信號（LRCK）及圖像、聲音的數(shù)據(jù)（DATA）單元組合信號，將數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)換成模擬視

44、頻信號并進行制式編碼。4. MPEG1解碼電路n經(jīng)數(shù)據(jù)處理器（DSP）分離處理后的BCLK（位時鐘）、LRCK（左右聲道音頻時鐘）、DATA（圖像、聲音信息及控制數(shù)據(jù)）信號被送到MPEG1解碼器，在微處理器的控制下，根據(jù)ROM中的數(shù)據(jù)進行格式變換，即將CD-DA格式變成CD-ROM、XA格式，再送到DRAM中以信號區(qū)為單位存儲。在讀取時，以信號區(qū)為單位依次讀出，并將串行數(shù)據(jù)變換成8bit的并行數(shù)據(jù)。此串行數(shù)據(jù)經(jīng)MPEG1視頻/音頻解碼器中的門控陣列電路進行視頻/音頻數(shù)據(jù)分離和控制。DRAM動態(tài)隨機存儲器用來存放解碼過程中的當前處理數(shù)據(jù)、準備處理數(shù)據(jù)、處理中間數(shù)據(jù)及處理后按幀順序排列的完整數(shù)據(jù)等

45、。nROM只讀存儲器用來存放解壓縮芯片的指令、工作碼及設(shè)定的DSP與解壓芯片的數(shù)據(jù)接口格式。對于不同型號的DSP芯片，其輸出信號的格式也不相同（如數(shù)據(jù)信息所對應(yīng)的時鐘周期數(shù)、數(shù)據(jù)存放順序及LRCK極性等），故解壓處理時，該時鐘針對不同的輸入信號格式進行相應(yīng)的變換。分離后的視頻信號經(jīng)解碼器進行可變長度解碼、逆量化、逆DCT和圖像處理，恢復(fù)成各為8bit的R（紅）、G（綠）、B（藍）彩色數(shù)據(jù)信號，再經(jīng)RGB三通道數(shù)/模轉(zhuǎn)換器變換成R、G、B三基色信號并進行矩陣運算，形成Y（亮度）信號，最后經(jīng)制式編碼器編為PAL制或NTSC制的彩色全電視信號從VIDEO （視頻）接口輸出。解碼時需要的各類時序脈沖（

46、如幀、行同步脈沖、消隱脈沖等）均由微處理器控制相應(yīng)的輔助電路產(chǎn)生。n音頻數(shù)字壓縮信號經(jīng)解碼器進行逆量化，逆正?；?2頻帶信息組合的合成處理（從輸入的數(shù)據(jù)信息中取出集合數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)），并以8bit為單位分類存入DRAM動態(tài)隨機存儲器。在讀取時，按順序讀出有關(guān)數(shù)據(jù)并對比特分配信息、取樣數(shù)據(jù)和規(guī)模系數(shù)等進行計算，變換和解壓處理，恢復(fù)音頻數(shù)字信號、串行時鐘、LR時鐘信號，再經(jīng)音頻/模轉(zhuǎn)換器進行串/并行轉(zhuǎn)換、去加重、數(shù)字濾波、脈寬調(diào)制等處理，還原左右聲道模擬音頻信號，將壓縮的音、視頻數(shù)據(jù)還原。5. 系統(tǒng)控制電路n系統(tǒng)控制電路的核心是微處理器（CPU），它根據(jù)鍵控信號、機芯的工作情況及ROM存儲器中固化

47、的控制數(shù)據(jù)對整機各部分進行適時控制，同時將有關(guān)信息通過顯示器顯示出來。1.8 VCD影碟機維修概述VCD機不同于一般的彩色電視機，它是集光、機、電于一體，模擬電路與數(shù)字電路于一身的高科技設(shè)備，維修時應(yīng)注意以下幾個方面的問題。1. 正確分析電路n分析電路是維修的前提。分析電路時首先要建立整機方框圖，了解整機結(jié)構(gòu)，明確各單元電路功能和主要器件；然后根據(jù)方框圖理清信號流程，熟悉各單元電路的關(guān)系和各器件的作用；最后分析電路基本工作條件。模擬電路的基本工作條件是直流供電要正常，數(shù)字電路的基本工作條件除直流供電正常外，還必須有正常的時鐘信號和復(fù)位信號。2. 掌握VCD影碟機的故障特點n影碟機的故障主要有兩

48、大類：一類為偶然性故障，即由于某個元件或部件的偶然損壞引起的故障，一般和元件質(zhì)量、工藝、設(shè)計等有關(guān)。對于這類故障的檢修，應(yīng)根據(jù)故障原因查出損壞的元件并予更換。另一類是必然性故障，是由于影碟機使用時間較長或保管不妥當，造成元件磨損、氧化、污染后變質(zhì)。如開關(guān)的磨損和氧化使其接觸不良；各齒輪的磨損使其精度降低；激光頭物鏡及反射棱鏡的積塵或損壞使讀取靈敏度降低等。對于這類故障，應(yīng)在使用中多加注意，盡量推遲故障發(fā)生的時間，如用遙控器操作以代替面板上控制開關(guān)及按鍵的操作，以延長其使用壽命。另外，應(yīng)進行有效地保養(yǎng)和維護，如不要將影碟機放置在灰塵、油煙及污染嚴重的場合，不要在影碟機上堆放重物，使用一段時間后對激光頭物鏡的污垢進行清除等。3. 確定VCD影碟機的維修步驟n根據(jù)VCD機故障的特點，確定檢修步驟：先外圍電路，后集成電路；先模擬電路，后數(shù)字電路；先機械部分，后電路部分；先本控制電