Проект системи запису/відтворення для супер - диску (SACD)

НАЦІОНАЛЬНИЙ  АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Інститут  комп’ютерних інформаційних технологій

Кафедра комп'ютерних мультимедійних технологій

 

 

КУРСОВИЙ  ПРОЕКТ

(ПОЯСНЮВАЛЬНА  ЗАПИСКА)

з дисципліни "Цифрова обробка  аудіо та відео інформації"

 

Тема: «Проект системи запису/відтворення для супер - диску (SACD)»

 

 

 

 

Виконав: студентка ВП-328             Манорик Є.П.

Прийняв: старший викладач кафедри КММТ   Таран В.М.

 

 

 

Київ 2013 
НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Інститут  комп’ютерних інформаційних технологій

Кафедра комп'ютерних мультимедійних технологій

ЗАВДАННЯ

             на виконання курсової роботи

студентка групи ВП-328 Манорик Є.П.

 

Тема курсової  роботи: ПРОЕКТ СИСТЕМИ ЗАПИСУ/ВІДТВОРЕННЯ ДЛЯ СУПЕР-ДИСКУ (SACD)

Термін виконання роботи: з _________2013 р. до ________2013 р.

1. Вихідні дані до роботи: тема  «Проект системи запису/відтворення для супер-диску (SACD)»:

• літературні джерела;
• опис постановки завдання, вимоги до виконання.

 

2. Етапи виконання курсової роботи:

• аналіз теми завдання;
• первинний пошук інформації;
• створення плану виконання;
• підготовка теоретичного матеріалу;
• редагування малюнків та опрацювання знайденої інформації;
• оформлення пояснювальної записки курсової роботи.

 

3. Перелік обов’язкового матеріалу:

• електронний варіант пояснювальної записки;
• мультимедійна презентація.

 

4. Завдання видав _______________ В.М. Таран

        ^{(підпис керівника)}

____  _____________ 2013р.

5. Завдання прийняв до виконання _____________  Манорик Є.П.

     ^{(підпис студента)}

Курсова робота захищена з оцінкою 

Голова комісії: ________М. Луцький 

Члени комісії:   ________М. Мелешко 

________І. Малінкін 

 

 

 

Київ 2013

УМОВНІ ПОЗНАЧЕННЯ

ACMS – Active Copy Manipulation System (активна система управління копіюванням)

CD – Compact Disk (компакт-диск)

DSD – Direct Stream Digital (однобітовий аудіо формат)

DST – Direct Stream Transfer (пряма передача потоку)

DVD-A – DVD-Audio

ECC – Error-Correcting Code (код керування помилок)

HD – High Definition (висока чіткість)

PCM – Pulse Code Modulation (імпульсно-кодова модуляція)

PDM – Pulse-Density Modulation (імпульсна модуляція щільності)

RSPC – композиційний код  Ріда-Соломона

SACD – Super Audio Compact Disk (супер-диск)

АЦП – Аналогово-цифровий перетворювач

НЗЗ – Негативний зворотний зв'язок  

РЕФЕРАТ

Мета даної курсової роботи полягає у закріпленні засвоєних теоретичних та практичних знань, які були отримані студентом під час процесу вивчення дисципліни «Цифрова обробка аудіо та відео інформації» протягом семестру. У ході виконання даної курсової роботи було виконано всі методи та засоби, які були викладені протягом семестру. Результатом виконання є проект системи запису/відтворення для супер-диску (SACD).

До  пояснювальної записки входять теоретичні відомості відповідно до теми курсової роботи та, у якості додатку, - мультимедійна презентація, яка повно розкриває тему курсової роботи.

Результати курсового проекту  можуть бути використані у навчальному  процесі, під час проходження  першого модуля, в якому основна увага приділяється аудіообробці інформації, дисципліни «Цифрова обробка аудіо та відео інформації».

Технічні засоби: Adobe Photoshop CS5, текстовий редактор MS Word 2010, MS Power Point 2010.

Обсяг пояснювальної записки – 27 ст; Кількість ілюстрацій – 15; Кількість літературних джерел – 4.

 

 

ЗМІСТ

ЗАВДАННЯ 2

УМОВНІ ПОЗНАЧЕННЯ 3

РЕФЕРАТ 4

ВСТУП 6

ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ 8

1. ОСОБЛИВОСТІ SACD ДИСКІВ 8

1.1. Технічні характеристики і розміри 8

Пристрій оптичного блоку 9

Типи дисків 11

Визначення типу диска 12

1.2. Водяні знаки 13

Видимі водяні знаки 13

Невидимі водяні знаки 13

1.3. Кодування та формат сектору 14

2. СТРУКТУРА SACD ДИСКУ 18

3. DST-СТИСК ДАНИХ 21

4. СУПЕР-ДИСК ТА АУДІО ФОРМАТ НА DVD 23

4.1. Технічні відомості про DVD-Audio 23

4.2. Порівняння DVD-A та SACD 23

DSD - PCM 24

ВИСНОВКИ ТА РЕКОМЕНДАЦІЇ 26

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ 27

 

 

ВСТУП

Оскільки  компакт-диск, розроблений на початку 1980-х років, вже майже досяг  своїх верхніх меж якості звучання, фірми Sony і Philips ще раз об'єдналися для розробки нової системи з надзвичайно високою якістю звучання, переважаючою граничний рівень, що забезпечується компакт-диском. Для розгляду пропозицій три основних торгових асоціацій промисловості звукозапису – Асоціація промисловості грамзапису США, Асоціація промисловості грамзапису Японії і європейська Міжнародна федерація фонографічної промисловості – сформували міжнародний підготовчий комітет.

У травні 1996 року підготовчий комітет  випустив список рекомендацій з розробки нового формату. Ключовими положеннями  цих рекомендацій є:

• активна система управління копіюванням (ACMS);

• захист авторських прав (copyright protection);

• захист від несанкціонованого копіювання (anti-piracy measures);

• сумісність;

• можливість зберігання звуку, відео  та комп'ютерних даних;

• умовний доступ;

• високу якість звучання і можливість багатоканальності;

• перенесення архівних і записів  з майстер-стрічок без втрати якості звучання;

• розширені функціональні можливості диска, включаючи текст;

• герметичне виконання (можливість використання без футляра або картриджу);

• зносостійкість (більша, ніж у компакт диска, стійкість до подряпинам);

• переважно односторонній диск;

• переважний діаметр 12 см.

У той же самий час, коли розроблявся  формат SACD, на основі тих же рекомендацій тієї ж групи організацій розроблявся  також формат DVD-Audio. Ці формати дуже схожі і конкурують між собою  за отримання схвалення всередині однієї і тієї ж групи споживачів. Технологія та основні принципи побудови цих форматів також мають багато спільного.

У кінці 1999 р. фірма Sony випустила свій новий програвач звукових супер-дисків, що задовольняє всім вимогам рекомендацій підготовчого комітету. Новий формат SACD перевершує звичайний компакт-диск головним чином динамічним і частотним діапазонами, які значно ширше. Під використанням нової технології DSD в якості основи SACD мається на увазі висока якість аналого-цифрового і цифро-аналогового перетворення.

Крім  супер-дисків програвачі SACD можуть відтворювати стандартні компакт-диски.

Починаючи з моделей SCD1 і SCD-S, фірма Sony представила перше покоління програвачів супер-дисків, які володіли можливістю відтворення сигналів з частотами до 100 кГц з динамічним діапазоном понад 120 дБ у звуковій області. Щоб уникнути високочастотних проблем при під’єднанні програвача супер-дисків до стандартних звукових систем пристрій забезпечений перемикачем для вибору стандартного і спеціального режимів. Стандартний режим повинен вибиратися при підключенні програвача до стандартного підсилювача. У цьому положенні високочастотні компоненти понад 50 кГц послаблюються, оберігаючи звукові системи, не призначені для обробки таких високочастотних сигналів, від можливого пошкодження.

Спеціальний (SACD) режим може бути вибраний, коли програвач приєднаний до попереднього підсилювача ТА-Е1, підсилювача потужності ТА-N1 і акустичним системам SS-M9ED фірми  Sony. У цьому випадку вихідний частотний діапазон буде максимальним.

З випуском програвача SCD-XB940 в квітні 2000 р. фірма Sony представила друге покоління програвачів супер-дисків.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

1. ОСОБЛИВОСТІ SACD ДИСКІВ

Запис на SACD-диску може містити від 1 до 6 звукових каналів. Для відтворення SACD потрібен спеціальний програвач, сумісний з цим форматом. Однак  на SACD-диску може міститися додатковий CD-шар (тільки стерео) для сумісності зі звичайними програвачами, такі диски  називаються гібридними (англ. Hybrid SACD) і їх можна слухати на будь-яких звичайних програвачах компакт-дисків. Приблизно половина випущених SACD-дисків є гібридними.

Тривалість  звучання Super Audio CD може досягати 109 хвилин за умови, що він містить дві SACD-зони з різними параметрами запису. При використанні тільки однієї SACD-зони тривалість звучання перевищує 2 години.

Ємність диску SACD збільшилася в 6 разів за рахунок зменшення довжини хвилі  випромінювання лазера і збільшення апертури об'єктива. Завдяки цьому  діаметр зчитувальної плями світла зменшився до 1 мкм. Це, у свою чергу, дозволило зменшити розміри інтервалів між ними і крок доріжки.

Для дисків SACD в якості матеріалу відбиваючих  шарів використовується золото (на відміну від CD-DA, де використовується алюміній; хоча зустрічаються і «золоті» CD, найчастіше для подарункових і  колекційних видань - через свій «багатий» зовнішній вигляд).

1. Технічні  характеристики і розміри

У табл. 1 наведено порівняння основних параметрів систем на основі CD, DVD-Audio та SACD.

Таблиця 1. Порівняння основних параметрів систем на основі CD, DVD-Audio та SACD

	CD	DVD-Audio	SACD
Формат	16 біт PCM	16-, 20-, 24 біт PCM	1 біт DSD
Частота дискретизації	44.1 кГц	44.1 — 192 кГц	2.8224 МГц
Динамічний діапазон	96 dB		120 дБ
Частотний діапазон	20 Гц — 20 кГц	до 96 кГц	20 Гц — 50 кГц
Ємність диску	700 MB	4,7—8,5 GB	4,7—8,5 GB
Тривалість звучання	80 хв.		>180/109 хв.
Стерео	Так	Так	Так
Surround Sound	Ні	5.1	5.1

Пристрій оптичного  блоку

У порівнянні з оптичним блоком компакт-диска, двокоординатний пристрій в SACD-системі набагато точніше. З іншого боку, числова апертура (NA) фокусує лінзи вище. Вплив більш високої числової апертури крім зменшення глибини різкості і розмірів фокальної плями проявляється також у зменшенні допусків на викривлення і товщину диска (вимоги по допусках стають суворіше).

Ще  однією відмінністю є те, що замість  одного 4-сегментного фотодетектора  головної плями (для реєстрації інформаційного ІЧ-сигналу) і двох фотодетекторів бічних плям (для відстеження доріжки), що використовуються при зчитуванні інформації з компакт-диску, в SACD-системі застосовані два однакових фотодетектора (РD1 і РD2) з чотирма сегментами кожен.

Для фокусування і стеження виконуються  різні додавання і віднімання сигналів сегментів цих детекторів, щоб визначити напругу помилки.

На  рис. 1 представлена ​​ситуація, коли промінь знаходиться у положенні "на доріжку». Якщо промінь лазера зміщується в положення «поза доріжкою», положення плями відображення відносно фотодетектора також змінюється, що призводить до появи сигналу помилки.

Рис. 1. Слідкування за доріжкою

 

Фокусування здійснюється за трьохсегментним диференціальним (D-3DF) принципом. Використовуються ті ж самі фотодетектори, але сегменти В1 і В2 (В1' і В2') об'єднуються в один сегмент.

На  рис. 2 показана ситуація, коли отриманий хороший фокус. У цьому випадку обидві плями відображення рівні за розмірами і вихідна напруга дорівнює нулю.

Рис. 2. Правильне фокусування

 

Якщо  лазерний пучок «не в фокусі» (рис. 3), пляма відображення на першому фотодетекторі (РD1) відрізнятиметься від плями відображення на другому (РD2) і з'явиться напруга помилки.

Рис. 3. Лазерний пучок «не у фокусі»

Типи дисків

        Супер-диск має той же діаметр, що і компакт-диск. Максимальні розміри опуклостей відрізняються від використовуваних в компакт-диску. Ці опуклості в супер-диску набагато менше (0,4 мкм), ніж у компакт-диска (0,83 мкм), а ширина доріжки становить приблизно половину від ширини доріжки компакт-диску. Шар з цими характеристиками називається шаром високої щільності (НD).

Очевидно, що інформаційна ємність такого шару набагато вище. Для одношарового диску вона приблизно в сім разів вище, ніж у стандартному компакт-диску. Фізична структура супер-диску дуже схожа на структуру цифрового універсального диску (DVD).

Існують три різновиди супер-дисків.

Одношаровий (single-layer, SL) диск (рис. 4). Містить один шар високої щільності, має інформаційну ємність 4,7 Гбайт.

Двошаровий (dual-layer, DL) диск (рис. 5). Містить два шари високої щільності для збільшення часу відтворення. Інформаційна ємність такого диску приблизно 8,5 Гбайт. Товщина диску така ж, як у одношарового диску (1,2 мм). Два шари відстають один від одного на 0,6 мм.

Гібридний диск (рис. 6). Сумісний зі стандартним компакт-диском. Це унікальна властивість забезпечується завдяки тому, що диск складається з двох абсолютно різних верств. Один шар є шаром високої щільності і може бути відтворений тільки на програвачі SACD. Другий шар, компакт-диск, може бути прочитаний як на програвачі супер-дисків, так і на стандартному програвачі компакт-дисків. Така можливість зворотної сумісності є основною властивістю, яка виокремлює формат SACD серед інших форматів. Товщина гібридного диску також становить 1,2 мм. Шар високої щільності розміщений всередині диску, або на відстані 0,6 мм від поверхні. Шар високої щільності гібридного диску є напівпрозорим і невидимим для променя лазера компакт-диску з його числовою апертурою 0,45 і довжиною хвилі 780 нм. Цей шар стає відбиваючим тільки для променя лазеру SACD.