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第7章KTV包厢影音系统 7 1卡拉OK系统的组成7 2数字混响电路分析7 3杜比降噪原理7 4KTV包厢影音系统 1 7 1卡拉OK系统的组成 卡拉OK分为磁带和机器两部分 磁带包括卡拉OK标准带和游戏带 标准带仅录制伴奏音乐 游戏带则是一个声道录制伴奏音乐 另一声道录制歌声 这样既可单独播放伴奏音乐 也可单独聆听歌声 又可放出歌曲 7 1 1卡拉OK机的组成及功能1 卡拉OK机的主要组成图7 1所示为卡拉OK机的主要组成及工作原理 在图7 1中 演唱者的歌声经过话筒的拾取 送入话筒放大器放大后 再经过电子混响器的处理与伴奏音乐进行相加 最后进入功率放大器放大推动扬声器 就可以得到美妙的歌声 当然 这些只是卡拉OK机的主要组成 为了取得最佳的效果 仍然需要其它的辅助电路 下一页 返回 2 7 1卡拉OK系统的组成 2 卡拉OK机的功能卡拉OK机的基本功能是混音 即把磁带伴奏音乐声 卡拉OK声 与传声器 话筒 拾取的演唱歌声等进行混合 因此它包括话筒前置放大器 混合放大器和歌声消除电路等 其中歌声消除电路是用来除去卡拉OK音乐信号中的歌声而保留伴奏或背景伴唱等信号 卡拉OK机的另一基本功能是混响延迟效果 它是用来模拟产生类似音乐厅演唱的回声效果 以美化音色 增加乐趣 为了进行卡拉OK演唱 需要把歌曲中原唱者的声音消除 或减弱 只留下伴奏音乐 这就是 歌声消除 歌声消除有 硬件 和 软件 两种方法 硬件方法是设置一个专门电路 根据左右信号抵消的原理 以消除歌曲中原唱者的声音 其电路方框图如图7 2所示 上一页 下一页 返回 3 7 1卡拉OK系统的组成 图7 2中 由线路输入端送入的L R立体声信号送到集成运算放大器IC1作减法运算 来消除节目源的歌声信号 为了保证低音成分 用IC2取出 L R 信号 经低通滤波器 截止频率为200HZ 取出低频成分 在IC3中与 L R 信号相加并输出 由此可见 在输出端的中高音成分为 L R 而低音成分变为 L R L R 2L 即经过歌声消除处理 节目源的立体声信号就变为了单声道信号 7 1 2卡拉OK系统1 家用卡拉OK系统随着DVD价格的下降 功放机性能的增强 家用卡拉OK系统的性价比得到很大的提高 更为重要的是 许多功放增加了Hi Fi直通功能 可以把主机设置为一台纯功放 以满足音乐发烧友的需求 这样的家用卡拉OK系统如图7 3所示 上一页 下一页 返回 4 7 1卡拉OK系统的组成 2 专业卡拉OK系统专业卡拉OK系统由扬声器 伴奏节目源 放大器 效果器 音箱 歌声消除器 电视机或投影电视 变调器以及其它特殊功能组成 下面以卡拉OK厅中卡拉OK系统为例进行介绍 卡拉OK厅中的卡拉OK系统如图7 4所示 专业卡拉OK系统比家用卡拉OK系统更注重功放与音箱的性能 卡拉OK厅中的卡拉OK系统往往都配有调音台 均衡器 效果器 电视机等设备 使得系统能达到最佳的效果 上一页 返回 5 7 2数字混响电路分析 我们知道 在音乐厅中欣赏音乐时 除了能听到舞台方向传来的直达声外 还可听到一系列反射声这些反射声相对直达声有不同的延迟 因此 在声源停止发声后 聆听者还可以听到连续不断的余音 使声音的音色更加丰满 这种因多次反射而形成连续不断的余音称为混响声 声源停止发声后 声压级降低60dB所需的时间称为混响时间 现在 人们越来越多地利用人工方法对环境的混响特性进行控制 以达到人工模拟混合的目的 使听者在余音缭绕中感觉到模拟音乐厅的效果 增强声音的丰满度和临场感 这种人工模拟混响的装置就是混响器 混响器按种类可分为机械混响器和电子混响器两大类 机械混响器有弹簧混响器 钢板混响器和金箔混响器 电子混响器按结构不同可分为模拟电子混响器和数字电子混响器 由于电子混响起具有混响量控制准确 体积小 操作方便等优点 因此获得越来越广泛的应用 按照对信号处理的方式不同 电子混响器可分为模拟混响器和数字混响器 下一页 返回 6 7 2数字混响电路分析 7 2 1BBD电路原理模拟电子混响器主要是利用BBD器件对声频信号进行延迟处理来获得回声和混响效果 BBD Bucket BrigadeDevices 兜链器件 和CCD ChargeCoupledDevices 电荷耦合器件 大约在20世纪70年代前后诞生 采用MOS集成电路工艺 利用在适当的脉冲作用下 信号电荷在半导体衬底内的运动转移 它们虽有差别 但通常把它们看成同一类型的固体器件 电荷转移器件 简称CTD 与其它半导体器件相比 BBD和CCD的突出特点是以电荷作为信号 而不是以电流或电压作为信号 它们的基本功能都是电荷存储和电荷移动 上一页 下一页 返回 7 7 2数字混响电路分析 BBD是一种MOS大规模集成电路 其基本单元是MOS电容器和MOS场效应管开关 它在硅片上作成一系列并排的MOS电容器 电容器之间通过这些MOS管进行耦合 起开关和缓冲作用 如图7 5所示 MOS电容器存储的电荷Q与MOS电容器的容量C的关系为Q C V V为MOS栅极外加的电压 通常制作的MOS电容不变 所以电荷量与栅极电压成正比 BBD电路以二相时钟 驱动 在外加时钟脉冲的作用下 BBD的MOS开关不断交替地打开和关闭 在脉冲的正半周对输入信号进行取样并保持 在负半周 即的正半周 则将保持的信号瞬时电平传输给下一个电容 这些MOS管在外加二相时钟脉冲的控制下统一动作 不断地交换掷向 交替地构成充电和放电回路 从而实现电荷的存储和转移 上一页 下一页 返回 8 7 2数字混响电路分析 由于BBD电路对信号有取样过程 因此必须满足取样定理 即信号的最高频率应限制在1 2的时钟脉冲频率内 因此 在BBD电路的输入端和输出端分别接入截止频率为1 2fCP fCP为时钟脉冲频率 的低通滤波器 输出低通滤波器具有平滑的作用 7 2 2由BBD电路构成的卡拉OK混响器利用BBD器件构成的电子混响器的框图如图7 6所示 它将经BBD延迟的输出信号反馈到输入端 从而产生回声和混响效果 K为反馈系数 K的大小可控制回声和混响的幅度 K 1时电路稳定工作 一般K取0 6 0 7 降低时钟脉冲的频率可调节延迟量 但时钟频率不能任意降低 一般不得低于信号中最高频率的两倍 如果频率太低也会影响混响的自然效果 上一页 下一页 返回 9 7 2数字混响电路分析 图7 7是利用BBD混响回声装置构成的卡拉OK混响器 它是利用BBD回声与左右两路的直达声混合相加而形成具有混响效果的电子混响器 该电路具有两个话筒输入端 话筒信号 演唱信号 通过VT1 VT2组成的两路话筒信号放大器 将信号送入VT3混合放大 混合后的信号又分两路输出 一路经VT4的音调控制电路 对话筒信号的频率特性进行补偿和修饰 再分成左 右两路放大输出 另一路送至VT7组成的二阶低通滤波器 然后送入BBD延迟电路MN3207的输入端3脚 MN3207的二相时钟驱动脉冲由MN3201产生并由其2 4脚送往BBD电路 时钟频率fCP由其5 6脚的RC元件值决定 MN3207具有1024级延迟单元 产生约51 2ms延迟量的音频信号由其7 8脚输出 送至由VT8 VT9组成的四阶低通滤波器进行滤波 然后分两路输出 上一页 返回 10 7 3杜比降噪原理 人的听觉有一种特性 当强弱相差悬殊的两个声音同时进入耳朵时 往往只听到大的声音 而察觉不到小的声音 似乎小声被大声所掩盖 这种现象叫掩蔽效应 这里我们把信号当作大的声音 而将噪声当作小的声音 磁带上的噪声电平基本上是不变化的 显然对大信号来说信噪比是不成问题的 而对小信号来说信噪比就显得不够 因此 杜比系统就利用人耳的掩蔽效应 对低电平信号采取了压缩扩张措施 将低电平信号提升后在录到磁带上 放音时再将提升的部分相应衰减 此时磁带的噪声也就受到了响应的衰减 这样既保持了录放综合频率响应不变 又起到了降低磁带噪声的作用 杜比降噪方式的特点是信号越小时 压缩扩张的幅度越大 对大信号一般不进行压缩扩张 以保持较小的失真 下一页 返回 11 7 3杜比降噪原理 杜比降噪电路分为录音处理器和放音处理器 分别接入录音和放音电路中 如图7 8所示 在一般盒式录音机中的处理器都采用录放音转换式 即录音和放音处理器的电路是共用的 以便在压缩扩张过程中能得到等量的互补处理 对录音和放音过程 通过开关进行转换 杜比B型降噪电路原理上是以掩蔽效应为基础 只对高频小信号进行压缩扩张 对高于5kHZ的频率有大约10dB的降噪效果 减小了比较刺耳的高频噪声 其组成框图如图7 9所示 上一页 下一页 返回 12 7 3杜比降噪原理 录音时 输入信号通过放大器A与C后 分为主信号通路和副信号通路 在主信号通路中 输入信号按原样被放大后送往输出端 进入副信号通道中的信号中 由于可变滤波器E的关系 只有低电平的高频成分才能通过 为了得到压缩特性 副信号通道中的输出与主信号通路的信号在加法器D中进行同相位组合 于是在输出端低电平高频信号得到了提升 放音时 副信号通路与主信号通路的信号反相相加 即做减法 获得与录音时相反的特性 图7 10是杜比B型降噪系统可变滤波器及其控制电路 高通滤波器是由C1 R1所组成的固定滤波器以及C2 R2 场效应管漏源之间电阻r所组成的可变滤波器共同合成的两级RC滤波器 上一页 下一页 返回 13 7 3杜比降噪原理 通过高通滤波器的信号经放大器F放大后 一部分经限幅电路G送到放大器D 另一部分通过放大器H后被整流 作为直流电压加在场效应管的栅极 控制管子的漏源电阻r 使r与C2构成的时间常数发生改变 从而使可变滤波器的截止频率移动 同时还因r与R2之比发生改变使得可变滤波器的衰减量也发生变化 因此当大信号输入时 副信号通路可将其输出抑制到一定值 输入信号虽大但高频分量不多时 则可加大高频补偿 输入信号虽小但含较多高频分量时 则使截止频率提高以减小降噪量 这样既巧妙地避免了低频抬升 又消除了听觉上的不快之感 上一页 下一页 返回 14 7 3杜比降噪原理 此外 为了在信号急剧变化时不致因压缩作用过快而使信号受到调制 平滑电路K与二极管VD2共同组成一个非线性积分电路 当信号电平的变化量很小以及变化得较平缓时 增大时间常数 当变化得大而快时 减小时间常数而把上升时间缩短 使副信号得到迅速的衰减 对于瞬时的大信号输入电平来说 为了不使过大的信号在录音输出电路中出现 在副信号通路的输出端一侧还设有电阻与二极管组成的瞬时动作限幅器 上一页 返回 15 7 4KTV包厢影音系统 在包厢式卡拉OK娱乐城中除了大厅以外 一般设有树间或几十间 甚至数十间包厢 每个包厢都有一套卡拉OK设备 这种大规模的包厢式的卡拉OK称为KTV 7 4 1人工播放式点歌播放系统在早期的KTV包厢中 点歌系统大多采用人工播放方式 该系统的组成如图7 11所示 每个KTV包厢中都有一套独立的卡拉OK功率放大器 音箱 彩电 点歌器和话筒 对应的机房中也有一套与之相配的点歌器 影碟机和监视器 当某个包厢点了歌曲 其机房中相应的点歌器就会有相同的数码显示 DJ就根据该数码找到相应的碟片 很明显 如果有几个包厢同时点歌 他们将不能同时得到最快的服务 要想提高服务效率 就得增加DJ 成本也相应增加 计算机技术的发展克服了这个缺点 下一页 返回 16 7 4KTV包厢影音系统 7 4 2计算机视频点播系统1 VOD发展的四个技术阶段视频点播 VOD 是指按需要的视频流播放 用户不必将所观看的视频节目下载到本地 而是将视频节目以数据流的形式用编码器 解码器在线播放 它是伴随视频 音频处理及计算机网络技术的发展而迅速兴起的一门综合性技术 当然 要不间断传输高质量视频的数据流只有在宽带环境下才可以实现 VOD系统在不同的阶段经历不同的技术改革 从技术上大致可以把VOD的发展分为四个阶段 上一页 下一页 返回 17 7 4KTV包厢影音系统 第一阶段的VOD系统主要应用于局域网 采用UDP协议 它需要对服务器进行设置 开发用户少 响应速度较慢 目前仍有部分国内和国外VOD产品继续使用这种传输模式 第二阶段的VOD系统采用TCP协议 此协议占用资源比较大 但是能保证视频高质量的传播 适合局域网 也可在城域网 广域网中应用 但应用此协议的产品响应速度慢 需要昂贵的专业视频服务器 并且对路由器 网关 防火墙进行特殊设置后才能进行远程VOD点播 第三阶段的VOD系统采用RTP协议 目前大多数VOD产品使用该技术 但是需要专用的视频服务器 价格昂贵 响应速度较慢 第四阶段的VOD系统采用HTTP国际标准协议 传输范围广 不仅可以在局域网上使用 也能应用于城域网 广域网 视频流在传输过程中不需要对路由器 网关进行设置 点播响应速度较快 上一页 下一页 返回 18 7 4KTV包厢影音系统 2 系统的组成计算机网络点歌系统的组成如图7 12所示 该系统先把VCD DVD等碟片的图象 声音信号量化 编码后存放于歌曲磁盘库中 各个包厢中的点播信息通过计算机送到视频服务器进行分析后 然后将歌曲磁盘库中对应的歌曲选出 送回到相应的包厢中 在播放时通过解压缩重放图象和声音 1 视频服务器视频服务器是一种对音 视频数据进行压缩 存储及处理的专用计算机网络 它在食品监控 网络教学 视频会议 广告插播及视频节目点播中应用广泛 视频服务器采用M JPEG H 261 H 263 MPEG 2 MPEG 4等压缩格式 在符合技术指标的情况下对食品数据进行压缩解码 以满足存储和传输的要求 它具有多通道输入 输出 多种音视频格式接口 可配