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器
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2
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Q1
Q2
Q3
Q4
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P1
P4
图2.1.3
在光盘上记录信号数据时，以帧为单位，进行交织处理。
它可把光盘损伤等造成的群错码进行分解，可把成片的误码转变为分散的单个误码，以便于使用奇偶校验法来纠正误码。
但在解调时，则应当对经过交织处理的数据进行解交织，将它们还原为原有数据串。
在CD和VCD系统中，纠错技术采用了CIRC和奇偶校验码，它能够自动校正错码，进行相邻量值之间的线性内插补正。
CIRC码是交叉交错里德――索罗门码的英语缩写词。
图2.1.3是CIRC编码原理示意图。
通常，在记录音频信号时，取左右两个声道音频信号的6个取样点作为一帧，每一帧音频信号又含有24个音频字符，每个字符取为8bit。
在进行CIRC编码之前，先将同一帧的24个音频字符经过扰码器处理，将相邻字符打乱并隔离开，作交叉交错变换，并将偶数取样时间的字符延时两帧。
经过变换、延时的PCM码信号共进行两次CIRC编码，然后进行光盘记录。
PCM码首先进入C2编码器，对PCM码进行第1次CIRC编码。
由于音频位流发生位置变换，除最下方2线外，有的音频字符的线位发生变化，已经不在原来同帧的位置了。
经C2编码器，由24个音频字符增加了4个校验码，称为Q码（图中用Q1、Q2、Q3、Q4表示），此时每帧已经变成28个音频字符。
经过第1次编码后，除第1线外，各线数据进行了不同帧数的延迟，随着线位数的增加，延时量也逐渐增加，各线位延时递增数为4帧，可知，至第28个音频字符的最下线位时，延时量已达108帧。
于是，原来同一帧的音频字符已经被分散到108帧范围内相应的帧中。
这些交错、延迟字符被送到交错延迟存储器。
然后，再将28个字符送到C1编码器，进行第2次CIRC编码。
在这里又插入4个校验码，称为P码（图中用P1、P2、P3、P4表示）。
经第2次CIRC编码后，每帧有32个音频字符码。
此时再对各奇数的字符延迟1帧传送，并把奇偶符号倒相输出，最后以全新的数码串顺序和延迟帧数输出。
CIRC纠错处理的核心是交织处理，它使用外设的或者内藏的集成RAM，由RAM进行数据交织处理，按照严格的规定格式对地址进行写入/读出，从而起到纠错作用。
C1和C2纠错系统的差错运算公式、纠错方式相似，但两者功能各有侧重。
当C1、C2纠错良好地相结合后，由于其双重校正作用，因而使纠错能力大大提高，使重放数据的可靠性达到极高的程度。
3、几种补错方式
在重放系统中，通过有关电路和奇偶校验可以发现有错误的数据。
然后，可以通过以下3种方法对错码、漏码予以补正。
第1种是静噪法。
发现、识别差错后，有关电路可使出现差错的地方停止输出数据，即用静噪法掩盖差错。
通常，静噪法仅在连续发生差错的地方使用，在纠错过程中实行静噪。
第2种称为保持前面字法，在重放系统内设置大容量RAM，它对传送的数据进行一个短暂的连续记忆，当发现某个可疑数据时，RAM输出最靠近它的前面的数据值来代替它。
采用前面数据来代替可疑数据，可能存在一些误差，但因传输码率和数据量化比特率较高，一般这种误差是可以忽略的。
第3种是线性内插法。
它是取差错数据前面的数据和后面的数据的平均值，以该平均值代替误码。
存在错误的数据，可近似认为与前一个数据以及后一个数据是连续线性变化的，这种纠错方法的精度相当高。
三、EFM调制与解调
1.
1、采用EFM调制的原因
为了使伺服系统稳定的工作，应尽量减少信号的低频分量和直流平均分量，并排除干扰，在对光盘记录信号之前，需要进行EFM调制，它是8位~14位调制的英语缩写词。
用激光束向光盘写入数据时，可在光盘敏感材料上刻出精细的轨迹。
激光束通、断可在盘面上形成相应的凹坑和凸面，它对应了一定规律的数码。
它规定：
在激光束接通或断开的瞬时，对应数码1；
而对应数字0不直接记录在光盘上，但可由重放电路再生出来。
数据流是由一列数码0和1组合而成，都是相互或基本上相互交替出现的。
但是也可能出现数码连续为0或连续为1的情况，而这两种极端情况将带来一些不良影响。
先看数码连续为1的情况，此时激光束的通断频率最高。
光盘凹坑的长度很短，甚至比凹坑的宽度还要短，致使激光束较长时间照射不到坑。
频繁的数码1经过积分电路后，会产生变化的直流电平，可能引起伺服误差信号的信噪比降低，使伺服系统工作不稳定。
再看数码连续为0的情况，此时凹坑过长，在较长时间内没有出现数码1，会使数字处理电路的压控振荡（VCO）工作不稳定，还将使伺服系统的跟踪循迹性能变坏。
当采用EFM调制技术后，可较好地克服以上矛盾，又能有效地把数据流完全转到光盘上。
2.
2、EFM调制
对16位的数据进行EFM调制时，首先把它分为两个8位的数据字，然后将两个8位数据字分别送到8位~14位变换器，变为14bit的通道位信号。
然后用通道位流在光盘上进行记录。
在EFM调制时遵守如下规定：
在数据流的每一对数码1之间，最少要有2数码0，不能出现连续两个1的情况；
而最多不能超过10个数码0。
对于CD光盘来说，每个通道位的长度约占0.3μm，那么盘面的凹坑和凸面长度可以在0.9μm到3.3μm之间变化。
经过上述处理的光盘，使信号的频带减小了，直流成分也减少了，凹坑和凸面的长度都大于轨迹的宽度，能够保证光盘表面轨迹的连续性。
数码1可规律地出现，其间隔不会超过10个数码0，可使数字信号处理电路的VCO电路稳定工作，提高了伺服误差信号的信噪比。
经计算，在EFM调制前，每个8位二进制数码从全0到全1，共有256种不同组合；
而EFM调制后，每个14位二进制码从全0到1可达到16384种不同的组合。
显然，前后两者无法一一对应。
但是，在上述16384种码型当中，符合前述EFM调制规则的只有267种。
我们选择其中2个作为子码同步信号S0和S1，它们分别是00100000000001和00000000010010的14位数码，还有几个数码的码型在后面进行处理时不易处理，最后取剩余的256个数码，可恰好组成EFM转换的对应码。
国际电工委员会已对256个转换码作出了具体的对应转换规定。
经EFM调制输出14个通道码，在实际调制时，还要在两个相邻的14位通道码之间插入3位附加码，将此3位码称为耦合位或结合码。
插入结合码对EFM调制具有重要意义。
若一个14位数码以1结尾，而下一个14位码又以1开头时，结合码可确保前后两个数码1完全隔离开，以符合EFM调制规则。
结合位在实际的数字解码过程中没有其它用途，可在解码过程中识别出来，并逐位滤除掉。
3、EFM解调
EFM解调是EFM调制的逆处理。
在编码过程中，对模拟信号进行PCM编码、CIRC编码、EFM调制等数字化处理，将数字信号记录在光盘上。
在解码过程中，则要进行EFM解调、反交错、D/A转换等处理，才能还原出所需的模拟信号。
这些处理过程可以统称DSP处理过程。
EFM解调时，需将串行输入的EFM待解调信号进行串/并转换，然后对每个并行的14位数据进行锁存。
这些信号包括256种数据组合和2种子码同步信号，共计为258种组合。
14位输入数据经过14位-8位译码器，还原为8位数据信号。
通常译码器采用程序逻辑矩阵。
四、CD数据信号
1、EFM数码流的内容和顺序
CD信号含有L、R两声道信号，各声道将6个取样数据合编为1帧。
每个取样数据是16位，在传输信号时，将它们分为高8位和低8位，都称为符号或字符。
于是，每帧数据是1帧=6（取样数）×
2（声道符号数）×
2（声道）=24个声音符号，而每个声音符号都是8位数据。
为了达到误码纠错的目的，在24个声音符号基础上需进行交织处理，又附加了4个C2纠错符号，使得连续的误码变为分散的单个误码。
在上述交织处理基础上，再附加4个C1纠错符号，以及1个表示曲目、时间和显示数据的（C和D）符号。
最后，每一帧数码信号包含33个数据符号（尚未记入帧同步信号等）。
然后，还要对各帧的33个符号进行EFM调制，即将各个8位数据的符号转变为14位数据的符号。
于是每帧数据的位数也增加了。
调制前每帧为33×
8=264位数据，调制后每帧为33×
14=462位数据。
此外，还要对每1个14位的字符附加3位的结合位，进行NRZ1（不归零）调制，以便除去EFM调制后的直流成分。
NRZ1调制就是在码流中逢“1”则进行反向的数据调制。
经过如此处理，使8位数据的声音符号最后成17位数据。
经过EFM调制的各帧内，要设置帧同步信号，且同步信号占用24位，位于各帧数据最前端；
其后面要连续用于控制和显示的C和D符号，经EFM调制后，它已变成1个17位的符号；
后面再连续声音数据和纠错符号，由于附加3位结合位，实际上是连接为24个17位的声音数据符号和8个17位的纠错符号；
最后，还要加上3位低频抑制位。
这就是每帧数据信号的内容和连接顺序，将以上各数据相加，可知每帧总计为588位数据。
通常将EFM变换后的位称作为通道位。
每帧各种字符的连接顺序，可见图2.1.4。
CD母盘记录所采用的码流即以上述通道位作记录标准。
同步控制和
（左6右6）
4个
（左6右6）
同步
信号显示
12个声音字符
纠错符
信号
信号
同步
图2.1.4每帧数据所含的字符
由于取样频率是44.1KHZ,一帧含有6个取样数据，可知帧数为44.1/6=7.35（KHZ），每个通道位相隔的时间，可称为通道位周期T，可计算出T=1/（7.35K×
588）≈230ns，而数据率则应为230ns的倒数，即7.35KHZ×
588=4.3218MB/S（兆位/秒），该频率值经常称为位时钟频率。
对于播放时间为75分钟的光盘来说，它所存储的数据容量达到75（分）×
60（秒）×
4.3218MB/秒=19.5Gbit（千兆位）。
制成CD唱片后，每声道字符为17位,则两个声道的立体声信号就为34位；
若所存字符用字节（用byte）表示,则每张唱片存储19500/34=573.5M字节（byte）。
2、EFM调制器的组成
串行输出
同步信号（24个通道位）
控制及显示信号（14个通道位）
控制及显示编码器（数据位）
CIRC
编码器
24个数据符号位
8个奇偶符号位
由ADC来的
16位数据符号
复合器
调制器
图2.1.5
利用EFM调制器可将上述各种信号编辑在一起，图2.1.5是EFM调制器原理图。
由模数转换器（A/D）送来的16位数据字符经CIRC编码器，输出24个8位的数据信息及1个8位的误差检验用的奇偶符号到复合器。
另外，由控制和显示编码来的8位数据也送到复合器,复合器将上述各符号按顺序编组后送入调制器。
同时送入调制器的信号还有24个通道位的帧同步信号及14个通道位的控制及显示同步信号，后者是每98帧输出2个同步码型，它与每帧的帧同步信号不同。
调制器把上述各符号及同步信号编码后，以每帧588个通道位的串行序列输出。
3、帧通道位的帧同步信号
帧同步信号有时简称同步信号。
它用作每帧数据流的起始信号，用来识别待处理数据的起始点，它也用作光盘转动速度控制电路的比较信号。
帧同步信号不同于其它数据信息，是完全确定的24位数码，即100000000001000000000010。
帧同步信号与控制信号、音频数据信号、结合位、纠错位等共同组成一个完整帧。
24位的帧同步信号位于每帧588位的最前头。
该信号丢失或不良，将造成规律性很强的数据流完全混乱、错误。
五、子码信号
1、子码信号的结构
在重放数字信号时，除重放PCM数据信号外，还有子码信号。
该码被置于紧接着帧同步信号的1个字节（即8位）的区域内，并逐位分别称为P、Q、R、S、T、U、V、W，共占用8位，每位占用1bit。
使用子码后，可使CD唱机具有编程放音和各种显示功能。
为了便于取出并使用这些数据，以98帧为单位作子码帧，即以98帧为一组，称作子码帧。
上述子码包括两个方面信息，一方面是时间和控制信息，它由P、Q子码提供；
另一方面是图像文字显示信息，它们是由R～W提供。
因子码帧以98帧为一个重复周期，故子码帧的重复频率应为7.35KHZ/98=75HZ。
子码也要设置同步信号，置于子码信号序列的开头，并用S0、S1表示，它们共占用2位。
1、时间信息和系统控制码
子码中的P码是曲目的编辑信号，用于记录乐曲开头的位置。
编码的方法：
在每首曲子开始的约2秒钟时间置1，其余时间全都置0。
采用P码可以迅速准确地找到乐曲开头的位置。
用P码进行选曲方便快捷，一边使光头快速送进，一边检出P码。
P码没有附加的误差检出符号CRIC，可靠性稍差。
子码中的Q码用途最大。
Q码是为使唱机具有更高级的功能而设置的，可进一步改善整机的操作性能。
它记录了播放曲目的时间及控制信号，它还附加了纠错信号CRIC，可用来控制重放信号。
在98帧98位的Q通道数据中，含有S0、S1两位子码同步信号；
含有4位控制信号，它规定音频信号传输通道数（2通道、4通道等）以及有无预加重，含有4位地址信号；
含有9组8位信号，它们构成两个4位一组的BCD码，表示从00-99（最大）的数字，这72位数码可以记录曲目号数（TNO）、索引（X）、该曲子从开始计算的演奏时间（分、秒、帧）及累计演奏时间（分、秒、帧）等；
最后16位是纠错符CRIC。
在重放Q通道码时，可在显示屏上显示曲目号和时间，还可以对任意曲目进行选取。
选曲时，首先用重放的Q通道码来确定激光头的当前位置，计算从激光头到待选曲目间所需移动的音轨数目，然后指令伺服系统执行音轨跳越跟踪，直到能进行选取读入的位置。
这些动作都是由微处理器进行控制的。
当激光头到达目的音轨位置时，选曲动作宣告结束。
2、图形显示（CDG）码
在S0、S1子码同步信号后面，有96个R～W符号。
R～W子码供显示图像、文字时使用。
这些符号被分为4组，每24个符号为1组。
每组都含有从R至W的6个通道，都是由6位符号数据组成。
在每组24个符号中，前两个6位数据是图示选择及命令，用于表征图像信息记录，它决定后面各符号的含义。
随着激光数字技术的发展，子码R～W的应用范围进一步扩大，可用于CDV、CDG、CD-ROM显示图像、文字信息，可以在显像管屏幕上显示线路图画、电视图画。
经计算，每张唱片可容纳1500-2000幅具有多种辉度和颜色的文字和图画。
利用子码R～W构成的基面结构，可将它们组合或使活字移动，可将画面重叠，可设计出各种各样的利用方法。
例如，可使文字从画面左端出现，像走马灯一样，慢慢地消失在右端，使图画、文字沿横、竖方向连续移动等等。
利用上述图示功能，即能由CD唱机播放歌声和音乐，又能利用电视机屏幕显示歌词、解说词或图画等，具有子码图示功能的唱片称为CD-G唱片。
为了利用R～W子码，应当设置电视或液晶板等显示装置，还要设置子码——文字图像转换电路。
六、左右声道时钟信号
左右声道音频信号均为16位数据信号，为了区别和标志声道的类别，除了设置位时钟、数据之外，还要设置左右时钟（LRCK）信号。
在传输数据时，先传送左声道数据，然后传送右声道数据，即两声道各取样一次，交替取样运行。
利用左右时钟信号可以分离开左右声道信号，分别送往左右声道独立放大器。
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