DVD影碟机的基本原理PPT资料.ppt
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同时东芝、时代华纳、汤姆逊、松下、日立、先锋和MCA等7家厂商联合推出SD超密度盘的多媒体数字视盘规格。
这两种技术规格图像质量出色,但互不兼容,差异较大。
经过一年的激烈争论,在众多软件公司的协调下,在1995年9月达成协议并将其命名为DVD。
该统一标准包含的专利技术主要有松下、先锋公司发明的光盘粘合技术,松下公司发明的纠错技术,飞利浦公司发明的信号调制技术。
统一后的DVD标准融合了MMCD和SD中的先进技术。
4.1.2DVD的发展n随着DVD标准的统一、关键技术的成熟以及生产厂商与软件制作版权保护的进展,松下、东芝、先锋、飞利浦、三星、三洋等厂商纷纷推出各自的DVD样机与产品。
东芝公司于1996年5月在美国纽约举行的立体音响视听展览会上展示了SD-3006、SD-1006DVD影碟机,并于同年11月在日本上市。
松下公司于1997年推出PD2(将DVD、DVD-ROM、DVD-RAM三合一)放像机和内置DVD影碟机的电视机。
与此同时,先锋公司推出平价的和高级的LD/DVD两用播放机,索尼公司推出DVD/CD播放机。
松下公司还推出了DVD-A100和DVD-A300播放机,它们均兼容CD、VCD光盘,且DVD-A300内置AC-3解码器。
n我国是VCD机生产大国,厂家多达几百个。
随着DVD影碟机的问世,一些知名厂家与科研院校、跨国公司合作,开发、生产出DVD影碟机,如国家计委与江苏江奎集团联合开发DVD机芯,深圳先科、江苏新科电子集团公司、福建实达集团、厦门共和电子公司、TCL集团公司纷纷推出各自品牌的DVD影碟机。
1998年初,原电子工业部三所与美国依雅时公司(ESS)联合开发的DVD机研制成功。
此外,厦新、蚬华、海信、长虹、步步高、万利达、宏图、旭光也相继生产出自己品牌的DVD机。
n由于DVD光盘从单面单层发展到单面双层、双面单层和双面双层,信息存储量由4.7GB扩展到17GB,使其不仅应用于家用视听娱乐设备,还越来越多应用于计算机领域,是可拆卸磁盘的理想替代物,得到了越来越多的软件制作商的支持,并取得了迅猛的发展。
4.2DVD影碟机的技术规格及特点MPEG2是活动图像专家组于1994年制定的视频和音频数据压缩的技术规范和标准,其图像参数如表4.1所示。
表4.1MPEG2技术规格图像参数(隔行扫描)4.2.1DVD光盘nDVD光盘的规格与VCD、CD光盘一样,直径都是12cm,厚度为1.2mm(由两片粘合而成)。
由于采用高密度记录方式,改进了数据压缩和解压缩技术,其存储容量很大。
一张与CD光盘一样大小的DVD光盘,有4.7GB存储空间,相当于CD光盘的7倍,可以存储133min的高清晰度图像;
若为双面双层,最多有17GB存储空间,可提供长达8h的节目。
4.2.2DVD激光头nDVD机是在CD机、VCD机的基础上,通过改进光盘物理结构和读取机构来提高记录密度、存储容量和传输速度的。
由于DVD光盘与VCD,CD光盘外观和尺寸一致,为了实现高密度记录,必然要缩短坑槽长度和轨迹间距。
与VCD,CD光盘相比,DVD光盘的轨道间距为0.74(m(VCD为1.6(m),坑槽长度为0.4(m2(m(VCD最短为0.83(m)。
为了准确读取DVD光盘信息,DVD机激光头采用635nm650nm(CD为680nm)的较短波长,物镜数值孔径加大到0.6(CD为0.45),使其对激光束会聚后的焦点尺寸更小,更易准确找到信号轨迹。
4.2.3MPEG2图像信号压缩技术nDVD光盘采用高密度记录方式,其最低存储量为CD光盘的7倍。
如果仅靠改变光盘轨迹间距和坑槽的长度,将图像信号经A/D转换后直接记录在DVD光盘上,一张光盘最多只能记录几分钟的活动图像信号。
MPEG2是在MPEG1的基础上,通过改进实现的。
它对图像信号的处理主要分为两个过程:
首先确定图像的复杂程度。
对于复杂的频繁的活动图像,采用高比特流传输来提高图像质量;
对于简单图像,在不影响图像质量的前提下,降低比特流量,减少数据冗余量,从而在单位时间内传送更多的图像信号。
其次,MPEG2压缩技术采用了可变比特率(VBR)传输方案。
对于简单图像,用1.5Mb/s传输;
对复杂图像采用11Mb/s传输。
比特率越高,图像质量越高,但比特率太高,占据光盘的存储空间越大。
理论证明,MPEG2的平均视频传输率以3.5Mb/s为宜,这样既可确保得到高画质,又可获得高数据压缩率。
为了获得高质量的图像效果,DVD在采用MPEG2压缩图像信号时,其数据压缩率为1/70,比目前VCD机采用的MPEG1压缩率(1/140)低1倍。
4.2.4MPEG2和杜比AC-3数字音频压缩标准nMPEG音频有MPEG1音频和MPEG2两个标准。
MPEG1是1993年推出的音频国际化标准,它将输入信号分割成32个子带,根据人类听觉特性适当分配比特流,将立体声音频信号编码并压缩到原信号的1/6。
MPEG2音频是为高清晰度电视(HDTV)和高质量数字音频广播推出的一种音频压缩编码方式,它增加了5.1声道功能和8通道多语音功能,可以重放5通道全频域的音频,即L(左),R(右),C(中置),LS(左环绕),LR(右环绕)。
此外,它还增加了8通道语音功能和DOLBY向后兼容性。
MPEG2音频还增加了24kHz、22.05kHz、16kHz的低采样频率,可提高低比特率时的压缩率。
AC-3是杜比数字环绕声的简称,它支持5.1通道(L、R、C、LS、LR及SW),量化精度为20bit,每通道的采样频率分别为32kHz、44.1kHz、48kHz,其声音数据规格与MPEG1、MPEG2音频规格的参数比较如表4.2所示。
杜比数字环绕声(AC-3)也是利用人的听觉特性压缩声音的。
表4.2三种音频规格参数标准对照表4.3DVD激光头及其工作原理nDVD与VCD一样,都是以光盘作为存储图像和声音的载体,采用激光扫描光盘的信息表面来实现重放,如图4.1所示。
nDVD光盘采用MPEG2压缩编码标准,其信息轨迹间距0.74(m,信息面的深度0.6(m,信息坑的最小长度仅0.4(m,刻录密度远大于VCD光盘,这就决定了只能用波长更短(实际用650nm)的激光头来读取。
考虑到DVD机向下兼容CD,VCD,SVCD光盘,因而出现了多种DVD激光头图4.1DVD激光头读取光盘信息示意图n为了使DVD机兼容CD,VCD,SVCD光盘,开发了双镜头式激光头、双焦点式激光头和液晶快门式激光头。
1.双镜头式激光头双镜头式激光头的结构示意图如图4.2所示。
n双镜头式激光头组件中的物镜有两个:
一个焦距较短,用来读取DVD光盘;
一个焦距较长,用来播放VCD,CD光盘。
两个物镜安装在一个可旋转的圆盘上。
当播放VCD或DVD光盘时,通过控制电路带动固定物镜的圆盘旋转,分别切换到相应的镜头来读取信号,其读盘示意图如图4.3所示。
4.3.1DVD激光头的分类图4.2双镜头式激光头结构示意图图4.3双镜头式激光头读盘原理图2.双焦点式激光头n双焦点式激光头是采用全息照相方式的物镜,使激光束有两个焦点,如图4.4所示。
全息镜头从镜头中心向外制成一圈圈同心圆沟槽,其间距为数十微米到数百微米。
全息镜头的表面为一平面镜。
播放VCD或CD光盘时,利用平面镜的1次回折光读取信息;
播放DVD光盘时,激光管发射的激光直接通过物镜的0次光读取信息。
这种光头读取VCD光盘时,光利用率较低,可采用宽范围集光的方法来抑制光通量的下降。
3.液晶快门(光圈)式激光头n液晶快门式激光头如图4.5所示。
这种激光头在物镜的前面安装了一个液晶光圈,光圈大小随光圈外加电压的大小而变化,使激光经可变光圈物镜聚焦后的焦点发生变化。
播放DVD光盘时,环形液晶板透光,物镜有效数值孔径增大到0.6(NA=0.6),激光束聚焦后的焦点落在DVD光盘信息面上;
播放VCD光盘时,控制电压使液晶阀门关闭,物镜的有效数值孔径减小到0.45(NA=0.45),激光束会聚后的焦点落在VCD光盘信息面上。
图4.4双焦点激光头原理图图4.5液晶快门式激光头原理图4.3.2DVD激光头的组成nDVD激光头与VCD激光头在构成上相似,都由激光发射系统、激光传播系统(光路)、激光接收系统组成,如图4.6所示。
n激光发射系统由激光二极管和衍射光栅组成。
和VCD激光管一样,DVD激光管的内部也有一个激光发射二极管LD和一个光敏检测管PD,有M型、P型和N型三种封装形式,如图4.7所示。
激光头加电后,LD发射出单一波长、相位一致的激光,波长为650nm(780nm),激光功率为5mW左右。
PD用来检测LD发射激光的强弱,实现激光自动功率(APC)控制。
衍射光栅将LD发出的单束激光分成三束激光(一条主光束和两条辅助光束)。
图4.6DVD激光头组成示意图图4.7DVD激光管封装形式n激光光路传播系统主要由分光棱镜、准直透镜、1/4波长片、物镜和柱面透镜组成,其中分光棱镜、准直透镜、1/4波长片和物镜组成入射光传播系统;
物镜、1/4波长片、准直透镜、分光棱镜和柱面(圆柱)透镜组成反射光传播系统。
激光接收系统主要由光敏接收二极管组件组成,它能将光盘的反射光信号转变为电信号,并送到RF射频电路进行处理。
4.3.3DVD激光头信息读取原理n由光盘的微观结构知,DVD光盘是以椭圆形的坑槽和镜平面来记录信号的,信号的轨迹按螺旋形状由内圈向外圈排列。
DVD的坑长0.6(m1.6(m,轨迹间距0.74(m,坑槽的表面镀有高反射的铝膜,用来反射激光束。
当激光束照射到光盘上时,在没有坑槽的地方,反射面为一平面,垂直照射到光盘的激光束产生100%的反射,反射光经物镜、1/4波长片到分光棱镜与入射光分开,经柱面透镜后照射到光敏检测器,此时检测到的激光束很强(对应于数字信号“1”);
当激光照射到坑槽上时,激光束照射其背面小凸起的地方,反射光与入射光光程相差(/2,根据光的干涉原理,入射光与反射光将相互抵消,反射光只有30%按原路返回到光敏检测器,此时光敏检测器检测到的激光很弱(对应于数字信号“0”)。
光敏接收器根据光信号的强弱判断光盘上记录的信号是“1”还是“0”。
4.3.4常见DVD激光头参数n我国生产的DVD影碟机采用的机芯和激光头主要有索尼机芯、松下机芯(第一代、第二代、第三代)、日立机芯、三星机芯、蛇口三洋机芯等,激光头型号及其参数如表4.3所示。
表4.3常见DVD机芯、激光头及其参数表4.3常见DVD机芯、激光头及其参数4.4DVD光盘的结构、数据格式及刻录原理nDVD光盘是90年代中期,索尼与飞利浦公司发表的MMCD(下一代高密度多媒体CD)与东芝、华纳、时代等几家公司发表的SD(超密度盘)两种数字视盘规格相争后达成统一标准的产物,并于1995年12月发表了DVD的全部统一规格。
CD,DVD,MMCD,SD光盘的参数及规格如
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