《现代视听技术》-第5章 VCD影碟机

第5章VCD影碟机67938105.6EFM调制与激光刻录原理5.7机芯结构与芯片组5.8激光头及数码伺服电路工作原理5.9数字信号处理与控制电路工作原理5.10常用MPEG-1解码芯片简介上一页返回下一页第5章VCD影碟机115.11VCD常见故障分析上一页返回5.1VCD影碟机的概述音频信号采用CD技术实现了数字化，将模拟记录改为数字记录，使音频信号传输在信噪比、保真度、抖晃率等指标上得到了极大的提高，使CD光盘成为高质量音乐记录媒体。如何实现视频信号的数字化是继音频信号数字化后影视技术的主要课题。由于视频信号与音频信号差异太大，单纯依靠CD技术已无法完成。国际标准化组织ISO于1988年设立活动图像专家组MPEG(MovingPictureExpertsGroup，其任务是研制视频压缩、音频压缩及各种压缩数据流的复合和同步方面的国际标准。在1992年，经过多方努力，活动图像专家组正式发布MPEG-1标准。该标准是一种全活动图像的压缩标准，一也是VCD(VideoCD)技术的核心。1993年3月日本索尼公司和荷兰飞利浦公司推出了基于该压缩标准的卡拉OK-CD。日本JVC等公司使卡拉OK-CD进一步实用化，将其改称为VCD1.0版本。同年8月飞利浦、JVC、索尼、松下等四家公司一致同意在卡拉OK-CD的规格基础上加以发展，加入视频索引新功能，制定了VCD标准，称为VCD1.1版本。1994年8月索尼和松下等公司在原来的基础上，增加了PBC(PlayBackControl)播放控制即下一页返回5.1VCD影碟机的概述交互式功能和高精度静止图像两种功能，增加了菜单和九画面浏览功能，从菜单中可随意调出静止画面或动画画面，还能快速调出和检索，称为VCD2.0版本。1997年在VCD2.0版本的基础上，增加了交互动画功能，推出VCD3.0版本。

VCD是全部采用数字化技术的激光视盘系统，它不仅包含有一对数字立体声音频信号，还包括一路全活动的数字图像信号。虽然VCD系统的图像清晰度不及原来的LD(LaserVisionDisc)系统(LD光盘直径达12in，两面都可以记录信息，采用模拟处理方式记录音频和视频信号)，但它实现了从模拟到数字的一次飞跃，而且通过压缩技术将长达74min的数字化活动图像和伴音信号刻录在一张直径只有12cm的VCD盘上。由于VCD盘比LD要便宜得多，且与CD兼容，因此VCD一经问世，便迅速进入千家万户。上一页下一页返回5.1VCD影碟机的概述

1993年7月，MPEG发布了适用于高清晰度的图像和环绕立体声的MPEG-2标准。1998年9月29日我国国家信息产业部颁布“超级VCD”新标准，超级VCD采用MPEG-2技术，视频部分采用MPEG-2，达到了LD的图像质量，同时提供高质量的环绕立体声。上一页返回5.2MPEG-1编码原理

MPEG-1(ISO/IEC11172)标准，它定义了压缩的音频和视频数据比特流，数据传输率为1.5Mb/s，适用于CD-ROM和VCD。5.2.1帧图像编码原理

1.图像分割活动的电视图像是由一幅一幅的静止画面组成的，相邻两幅画面在内容上有很多相同的部分，当它们快速、连续变化时，就变成活动的图像了。电视图像根据制式不同，其变换的频率不同。NTSC制电视信号每秒传输30幅画面(帧)，PAL制和SECAM制都是每秒传输25幅画面。为了对图像进行数字化处理，必须对每帧图像进行分割。在数字激光视盘系统中，一帧图像的分割方法如图5-1所示，具体分割步骤如下。

(1)将一帧图像横向切成若干条(PAL制式:18条;NTSC制式:15条)，每一条称为一片。下一页返回5.2MPEG-1编码原理

(2)每一片再纵向切成22块(PAL制式和NTSC制式)，称之为宏块，一也称之为大块。

(3)将每个宏块分为3层，一层为亮度Y信号，另两层分别为红色色差信号CR和蓝色色差信号CB。(4)入的视觉要求亮度清晰度比色度清晰度更高，所以将宏块的亮度部分又细分成4个像块。

(5)最后再将每个像块细分为64个(8x8)像素小块。

2.帧间压缩原理帧间压缩技术是将不同时间的各帧图像加以比较，对其中的信息冗余进行舍弃，从而使图像数据得到压缩。这种帧间数据压缩是针对不同时间的信息冗余，又称时域冗余压缩。我们知道，在彩色电视中，为了保证图像的连续感，避免跳动和闪烁现象，每秒传输25一30帧图像，相邻帧间的变化是很小的，背景和主体上一页下一页返回5.2MPEG-1编码原理只有少许差异，背景差异更小，整帧图像换新的相邻帧是几乎没有的。MPEG-1标准把要传输的帧图像划分为三种不同类型，即帧内图像(I帧)、前向预测图像(P帧)、双向预测图像(B帧)。

(1)I帧图像:它为独立的，是场景更换后的第一帧画面，是产生后续其他画面的基础，不需要其他的图像作参考进行编码，采用全帧编码，用静止图像压缩的方法进行处理。I帧图像的数据压缩率比较小，编码信息量最大。

(2)P帧图像:采用预测编码和运动补偿技术，以它前面的I帧图像作为参考画面，对其中如背景等重复的信息不予传输，只传输与它前面I帧图像的差值图像信息，该差值信息可以看成是图像的变化(运动)部分。P帧是在I帧的基础上获得的，P帧的前面如果不是I帧而是P帧，一也可以由前面的P帧获得预测误差。同时，当前的P帧又可作为后续P帧或下面将要介绍的B帧的参考帧，因此P帧的错误具有扩散性。一旦出现错误，则其错误要传递到下一个I帧为止。上一页下一页返回5.2MPEG-1编码原理运动矢量—包含帧图像中的同一元素的运动方向和运动距离大小。如图5-2(c)中的帧图像元素(卡车)，从A点运动到B点，运动的方向是水平向右，运动的距离为D。可以用运动矢量表示帧图像元素的运动情况。运动补偿—指以帧图像中某元素为基准，根据运动矢量就可以得出一帧运动补偿图像。如图5-2(d)，已知A点卡车图像，根据运动矢量D可预测运动卡车在B点位置的图像。预测差值图像—指包含运动矢量和当前帧与前一帧图像的不同信息的图像。如图5-3中，差值图像为运动矢量D和不同图像元素(太阳)。

(3)B帧图像:也采用预测编码和运动补偿技术，根据它前、后的I帧或P帧图像来获得预测误差。图像编码信息量最小，不能作为其他帧的参考帧，当然一也不会引起解码错误的扩散。

MPEG-1将一串连续相关的图像分为三种类型后，由于P,B图像几乎不传输反映实物的像素，使传输的信息量大大的减少。MPEG-1标准允许编码器自行选择I帧的使用频率和在视频中的位置，选择的原则是上一页下一页返回5.2MPEG-1编码原理基于随时存取的应用需要和视频序列中场景切换的位置，并推荐在最大2s的距离内编入一帧I图像。编码器同样在一对参考图像(I帧、P帧)之间自行选择B帧的数目。通常在I帧图像之后相隔两帧设置一个P图像，在I,P之间都为B图像。主体变化大时，两个I图像之间的帧数较少，变化小时，I图像的间隔可适当大些。图5-4是典型的I,B,P帧图像序列。

3.帧内压缩编码原理从信息的角度观察一帧图像，同一画面也存在相当多的信息冗余，通常一帧画面其背景处于次要地位，线条比较粗糙，人物或主体处于主要部位，线条较背景清晰。对于处于主要部位的人物画面，各个部位的描述其清晰度一也是不同的，人们关注的眼、唇部位，线条描述比较细致，面部侧面描述就比较平淡。由此可见，细致部位用较多的数据量传送，粗糙平淡部位用较少的信息量传送，使图像数据得以压缩。这种方法是在同一帧图像中的不同空间部位进行的压缩。称为空域冗余压缩。上一页下一页返回5.2MPEG-1编码原理帧内压缩的方法是以8x8像素块为处理单位，进行数据采样和编码变换。

(1)离散余弦变换离散余弦变换(DiscreteCosineTransform)简称为DCT。离散余弦变换是利用数学处理方法把原来的图像采样值变换成一种更利于进行统计编码的新序列，即将空域内的8x8像素转换成频率域。其目的是减少代表图像亮度或色度层次的数据信息，以压缩信息量。DCT处理方法不仅可以用来将图像编码，而且在编码的过程中能够发现图像的细节所在，以删除或略去对视觉不敏感的部分，突出视觉敏感的部分，可有效地组织重要数据以便传输和重视。

图5-5所示为一图像的区块，分为8x8像素的64格阵列，经过逐点取样，编码成64个8b数字信号，为了表示方便，8b数字信号用10进制数表示，将各点的亮度值列于图5-5(a)中。对这些数据值采用Z字形扫描，就得到了按扫描顺序排列的数字系列，这样就将二维平面的数据变为一维数据串，从而便于编码传送。上一页下一页返回5.2MPEG-1编码原理对于一个周期性非正弦波来讲，都可以通过傅里叶变换，用一系列不同幅度的正弦波来表示，为傅里叶级数。此级数的第一项系数为波形的平均值;第二项为与原波形频率相同的正弦波(基波)，该项的系数为波幅;第三项是频率为原波形频率2倍的正弦波，即二次谐波，该项的系数为二次谐波的波幅值;第四项为三次谐波……这些不同谐波的正弦波合成为原信号。将Z字形扫描得到的一维数据串的值以坐标来表示，那么亮度值Y成为扫描路程、的函数，即Y=f(s)。DCT采用类似谐波分析方法，将Y值的变化波形用许多不同频率的余弦波之和来代表，第一项为平均直流成分，相当于Y值波形的平均值，第二项系数为频率最低的余弦波幅值，第三项为频率较第二项高的余弦波幅值，其类推。并按照Z字形扫描顺序将各次波幅值列于各扫描点处，重新形成一组不同频率的余弦波幅值的64点阵列，称为64个DCT系数，如图5-5(b)所示。这样就将64个点的Y值采样数据组成阵列。变为由一个直流值和63种不同频率的余弦上一页下一页返回5.2MPEG-1编码原理波幅值组成的64点阵列，即DCT系数矩阵。从频率角度来看，区块通过DCT变换后，分解成64个频率分量的信号。观察图5-5(b)，第一项是直流成分，图中为负值的点表示该种频率的余弦波相位与幅值为正的余弦相差1800。由图可见，只有频率较低的余弦波幅值较大，而频率高的幅值均很小，接近于零。这表明该区块的亮度变化不大，其主要数据量集中在低频和直流成分处，高频处很少。综上所述，8x8像素构成的区块，经Z字形扫描、DCT变换处理，将空间二维图像变为一串由直流成分和各次余弦波幅值所组成的一维串行数码，其数据代表了该区块的图像清晰度情况。

DCT变换的意义在于:一是从第一项的直流成分数值即可知道该区块的平均亮度或色度;二是从1一63各系数的分布和大小，则可知道该区块亮度或色度起伏变化的剧烈程度。若各次高频成分幅值较大，则说明该区块亮度起伏较大;若各次高频成分幅值较小，则表明该区块内亮度基本一致，变化平缓。细节多处，数据总和值大，细节少自然该区块总数据量少，从数据量和分布情况便于进行数据对比运算。上一页下一页返回5.2MPEG-1编码原理

(2)DCT数据的量化处理

8x8像素构成的区块，其亮度或色度经DCT变换处理，分解成64个频率分量的信号，即反映为64个频率不同的基本波形。实验证明，入眼对不同频率的波纹视觉感觉不同，对不同频率成分的分辨力或感知度可以用视觉阀值来度量，直流和低频视觉阀值低，视觉较敏感;而频率越高则阀值越高，视觉越不敏感。利用这一视觉特性，对每一种频率设立一定的折算值将DCT数据进行折算，以突出对视觉效果影响大的成分，而略去影响小的成分，可以进一步压缩数据，这种方法称为量化处理。相对应于DCT系数64种频率有64个不同的折算值，构成量化表，如图5-5(c)所示。图中的折算值又称量化值或量化器步长。量化处理就是使用量化器电路将区块的DCT系数除以量化表中对应位置的量化值，再进行四舍五入取整数，得到经量化处理后的64个新数值。显然，量化值越大，商数值越小，压缩比越大。图5-5(b)的数值经量化处理后如图5-5(c)所示。图中量化处理后的上一页下一页返回5.2MPEG-1编码原理DCT系数，只有左上角一部分数据还存在，而右下角部分因除以较大的量化值后，其商数均小于“1"，取整数后则都变为“0”值。这就大大地减少了传输的数据量，使图像信息得到压缩，同时又保留了区块的主要视觉信息。

(3)可变长度编码可变长度编码简称VLC，它采用两种措施来进一步压缩数据量。首先VLC根据数据出现的概率，分配不同长度的码字来代表:对出现频繁的数据，分配较短的码字:而对不经常出现的数据则分配较长的码字。这样就减少了传输时的总码率。其次DCT系数经量化后，Z字形扫描使DCT系数串尾部出现许多<,0”值，虽然减少了传输数据总量，但仍占用码位，VLC编码可以在传输完主要数据后不再逐位传输零值，而只传送代表零的个数的码。重放时再据此恢复零位，填满64位矩阵，比如“000000”编码为“60”，解码时再恢复为“000000”。

总结帧内冗余压缩技术，可以归纳为离散余弦变换、DCT量化处理、上一页下一页返回5.2MPEG-1编码原理可变长度编码三个步骤。先将图像分为8x8像素构成的区块，用Z字形扫描方式，进行DCT变换，得到64个DCT系数。再根据视觉心理特性量化表，对DCT系数进行量化，使低频系数值减小，部分高频系数值为“0”值。再进行可变长度编码处理，以短码代表常用码，以零的个数代替所有的零位，使图像数据大为压缩。采用帧间压缩技术和帧内压缩技术，时域压缩和空域压缩的作用，使图像各帧之间的信息冗余和帧内的信息冗余大大减少，图像码率进一步压缩，图像压缩比最大可接近200倍。

4.视频压缩编码器为了使图像数据得到大量的压缩，MPEG的视频编码方式不是采用每帧图像依次完全传送的方法，而是采用一种专门设计的图像交互编码方法。为了能对图像进行及时编辑，MPEG标准规定每6帧或5帧图像为一组，称之为帧组GOP,NTSC制式和PAL制式的帧组排列示意图如图5-6所示。上一页下一页返回5.2MPEG-1编码原理显然，在一个帧组中数据量最多的I帧只有一个，其余均为数据量少的P帧和B帧，大大减少了数据传输的信息量，达到视频信号压缩的目的。

MPEG-1视频编码器就是要按照MPEG-1视频编码标准将输入的帧组转换为串行输出的码流，在经过其他处理之后刻录到光盘上。MPEG-1视频编码器主要由帧重排、I帧编码、P帧编码、B帧编码和图像复用编码器组成。其结构框图如图5-7所示。

(1)帧重排帧重排是指在编码前应将上述帧组中的5个或6个帧的顺序重新排列，便于解码器对P帧和B帧的处理。以图5-6为例，帧组的排列次序是IBPBP，若不进行帧重排，则先读出的是I帧，后读出的是B帧，再其次才是P帧……由于在获得B帧时，尚未得到P帧，故此时的B帧是不能解码的，因为B帧的解码必须借助于其前后两帧信息。帧重排后的顺序应是IPBPB。上一页下一页返回5.2MPEG-1编码原理

同理，NTSC制式帧重排前的顺序是IBBPBP,重排后的顺序应为IPBBPB。(2)I帧图像编码在图5-7中，当I帧图像输入时，编码开关S，置于I的位置，S,和S3都置于I,P的位置。首先对帧图像块进行DCT变换，将空域中的每块8x8像素值变换成频率值，送量化器量化成频率系数矩阵，然后从量化器分两路输出到Z形扫描器:Z形扫描器扫描读出，一路经VLC编码后，送到缓冲器存储，形成视频压缩码流输出:另一路经S3送入反量化器和反离散余弦逆变换器(反DCT变换)还原成变换前的I帧图像的数据并存入I帧存储器，作为后面P帧和B帧图像比较用。

(3)P帧图像编码当P帧图像输入时，编码开关S，置于P,B的位置，S,和S3都置于I的位置。P帧图像块输入运动估值器，同时参考帧存储器将I帧图像编码时上一页下一页返回5.2MPEG-1编码原理存入的I帧图像数据输入运动估值器。运动估值器根据P帧图像在I帧图像中找到与之最接近的图像部分，逐个进行比较，产生运动矢量，从运动估值器输出的运动矢量分为两路传送:一路送到VLC编码器控制编码器编码;另一路送到运动补偿预测器，同时I帧存储器将I帧图像编码时存入的I帧图像数据也输入运动补偿预测器。运动补偿预测器对运动矢量和I帧图像进行处理后，输出运动补偿帧图像分两路输出:一路直接送到减法器，与输入的P帧图像相减，获得预测误差，该预测误差经S,,DCT和量化器输出量化频率系数，经Z形扫描器扫描输出，送至VLC编码器;另一路经开关S,与反量化和反离散余弦变换后还原得到的预测误差数据在加法器相加，形成P帧图像数据，存入P帧存储器供B帧图像编码用。

(4)B帧图像编码当B帧图像输入时，编码开关S，置于P,B的位置，S,和S3都置于B的位置。B帧图像输入运动估值器，存储器的I帧图像和P图像也输入运动估值器，运动估值器对B帧图像和P帧图像进行处理后，产生的运动上一页下一页返回5.2MPEG-1编码原理矢量分两路输出:一路送到VLC编码器控制编码器编码;另一路送到运动补偿预测器，同时I帧图像存储器和P帧图像存储器将各自的图像信号输入运动补偿预测器，经处理后输出的运动补偿帧图像(I或P帧图像)，只送到减法器与B帧图像相减，获得预测误差，经DTC,量化、Z形扫描器扫描后送到VLC编码器形成B帧图像码流。5.2.2音频数据压缩编码原理

1.音频压缩原理音频压缩的基本原理是基于人耳对音频信号有不同的听觉灵敏度这一客观规律，即人耳对不同频段或不同声压级的伴音有特殊的敏感性。在音频数据压缩过程中，MPEG音频标准主要利用了人耳听觉的阀值特性和掩蔽效应。

(1)ICI值特性上一页下一页返回5.2MPEG-1编码原理人耳刚刚感觉不到的声压称为最小可闻闽，它与声音的频率有关。例如，人耳对频率为4kHz的声音最为敏感，对频率达20kHz的声音却听不到。在音频压缩编码过程中，对不同频段的声音数据进行分级量化处理，即对人耳不敏感的声音频段采用粗量化，尽量减少次要信息，使数据得到压缩;而在人耳比较敏感的声音频段采用细量化，保留主要信息，确保光盘重放时的声音效果。

(2)掩蔽效应掩蔽效应指一个声音的听觉感受受到另一个声音影响的现象，分为时间掩蔽和频率掩蔽。例如，当一个较强的声音停止后，要过一会儿才能听到另一个较强的声音，这就是时间掩蔽效应。频率掩蔽是指一个声音对与其同时存在的临近频率的声音产生的影响。根据人耳的掩蔽效应，若将大响度音频信号附近的小音频信号舍弃，则可进一步压缩伴音数据的总量。上一页下一页返回5.2MPEG-1编码原理

2.音频压缩编码器音频信号的压缩，在对听觉最低阀值的声音、被强音掩蔽的弱音不进行编码时，至少可进行4:1的压缩。在MPEG-1中，对音频压缩规定了三种模式，即层I、层II(即MUSICAM，又称MP2)、层IQ(又称MP3),VCD中使用的音频压缩方案是MPEG-1层II。

在VCD光盘上伴音信号编码的基本处理过程如图5-8所示。音频信号用数字滤波器分成犯个子带信号，同时用快速傅里叶变换将数字音频信号变换到频率域。根据心理声学模型计算各个子带信号的掩蔽阀值，对各个子带进行比特分配和量化，最后将量化阶等信息以及哈夫曼码打包成比特流输出。上一页返回5.3MPEG-1解码原理5.3.1图像解码原理

MPEG-1图像解码过程就是图像解压缩的过程，完成。图5-10所示是MPEG-1图像解码原理框图。帧图像的各自解码过程分解为三个子图来介绍。

1.I帧解码如图5-11所示，当I帧图像压缩数据输入时，是图像编码的逆过程，由解压缩芯片为了理解方便，我们对I,P,B三种经缓冲器、VLC解码器后取出量化步长、量化表来控制反量化得到频率系数，再经离散余弦变换器处理后恢复为空间域数据，分为两路输出:一路经I帧重排恢复成为编码前的帧排列顺序输出，另一路送入I帧存储器，作为后续P帧或B帧解码时的基准。下一页返回5.3MPEG-1解码原理

2.P帧解码如图5-12所示，当P帧图像压缩数据输入时，经缓冲器、VLC解码器后取出量化步、量化表来控制反量化，同时VLC解码器输出运动矢量送入I帧存储器，以便得到与I帧相关的数据;P帧误差数据从VLC解码器输出经反量化、离散余弦变换后得到预测误差数据，该预测误差数据在加法器和与I帧相关的数据相加，得到P帧图像，经P帧重排恢复成为编码前的P帧排列顺序输出，另一路送入P帧存储器，作为后续B帧解码时的基准。

3.B帧解码器如图5-13所示，当B帧图像压缩数据输入时，经缓冲器、VLC解码器后取出量化步长、量化表来控制反量化，同时VLC解码器输出两个运动矢量分别送入I帧存储器和P帧存储器，以便得到与I帧、P帧相关的数据;B帧误差信息从VLC解码器输出经反量化、离散余弦变换后得到预测误差数据，该预测误差数据在加法器和与I帧、P帧相关的宏块数据相加，得到B帧图像，经B帧重排恢复成为编码前的B帧排列顺序输出。上一页下一页返回5.3MPEG-1解码原理5.3.2音频解码原理

MPEG-1音频解码电路框图如图5-14所示，它是按编码器相反的处理过程来解压缩的音频信号，音频信号的解码是在解压缩电路中进行的。重放时，首先激光头从VCD光盘上读出的信号经过前端信号电路处理后，得到的音频数据是压缩的音频编码比特流，编码比特流经多路器进行比特流分离后，得到规模系数、比特流分配和抽样数据分别送到逆比例、逆量化和动态比特、比例因子解码，得到32个子带信号，并通过合成滤波器合成得到PCM音频信号，再进行D/A变换就可以还原变成声音信号。上一页返回5.4VCD光盘的结构与数据格式

VCD光盘规格由荷兰飞利浦公司、日本索尼、松下、胜利公司共同制定，其逻辑结构主要包括光盘结构、轨道结构、视频编码格式、音频编辑格式。5.4.1物理结构与盘区的划分

1.物理结构标准的盘片直径为120mm(4.72in，中心孔为15mm,厚度为1.2mm。盘片共有三层:由聚碳酸酷做成的透明衬底层、反射激光的铝反射层、保护层。

2.盘区的划分

CD一ROM盘划分为三个区:导入区、用户数据区、导出区，如图5-15所示。在这三个区都含有物理光道。所谓物理光道是指连续螺旋形光道，在光道中，有些含有信息，有些不含信息。含有信息的光道称为信息光道，下一页返回5.4VCD光盘的结构与数据格式用户数据记录在用户数据区中的信息光道上。光盘的光道是螺旋形的，光盘转动时要求线速度不变，故光盘的角速度在内外光道区是不同的，保证在读取盘片内外圈时有大致相同的数据传输率。5.4.2信息格式及数据结构

1.信息格式

VCD光盘的信息内容是这样安排的:在光盘的导入区录制目录信号(TOC)，在曲目1中录制有音乐片段名称、文字信息、采用的程序和VCD开始播放的辅助信息:播放控制信息(播放用的信息表和选择表)、区段播放信息(条日静止画面和咨询画面)。从曲目2至曲目N录制音频、视频数据信号，为动态画面和伴音信息。在各段的开头都录有引头信号。曲目的内容包括原始音量解说符(PVD),卡拉OK信息、VCD信息、区段播放信息以及CD一I应用的信息等。上一页下一页返回5.4VCD光盘的结构与数据格式

2.数据结构

VCD采用帧编码数据结构，每帧有588个通道位，其中24B用于传输压缩的音、视频数据，98帧组成一个扇区，每个扇区有98x24=2352B的音、视频数据。音、视频数据采用打包方式传输，如图5-16所示。封包是数据传送的基本单位，由封包头和数据组成。3个封包组成一个捆包，5个捆包组成一个扇区，一个扇区总共有15个封包，其中有14个封包存放视频数据，1个封包存放音频数据。编码时在每一个捆包前还加上捆包头。上一页返回5.5错误的产生与纠错技术5.5.1错误的产生光盘与磁盘磁带等其他的数据记录媒体一样，受到制作材料的性能、生产技术水平、驱动器的摆动、激光头的老化、伺服跟踪的不准以及光盘表面有污垢、损伤等因素影响，会导致从盘上读出的数据出现错误。我们知道VCD采用压缩编码，读盘系统获得一个误码，解压缩后的影响却会扩大近100倍。视频信号的出错会产生图像模糊、闪烁或“马赛克”现象。音频信号的出错会引起脉冲噪声，甚至刺耳的尖叫。据有关研究机构测试和统计，一片未使用过的只读光盘，其原始误码率约为3x10-4，有伤痕的盘约为5x10-3。从出错的性质来分，通常有以下两种类型的误码:随机性误码(比较容易纠正，对重放质量影响不大)和群误码(检错和纠错比较复杂，对光盘重放的效果影响很大。针对这些情况，光盘存储采用了功能强大的错误检测码和错误纠正码，共有三种。下一页返回5.5错误的产生与纠错技术

1.错误检测码EDC

采用CRC码可以检测读出的数据是否有错，但不能纠正错误，CRC码有很强的检错功能。

2.错误纠正码ECC

采用里德-所罗门(R时码，可对读出的错误数据进行纠错，RS码是性能很好的纠错码。

3.交又交错里德一所罗门码CIRC

它在里德一所罗门(RS)码的基础上，增加二维纠错编码外，还将源数据打散，并根据一定的规律进行扰频和交错编码，使数据相互交叉交错，即使数据发生错误也很难连续起来，大大提高整体的纠错能力。

VCD采用交叉交错里德一所罗门码，按一定的规则对数据进行扰频和交错编码，使数据相互交叉交错，万一数据发生错误也很难连续起来，从而达到纠错的目的。上一页下一页返回5.5错误的产生与纠错技术如图5-17简单地以第4帧的4个数据进行交叉交错处理为例加以说明。从图中可以看出，数据在交叉交错前从第4帧至第7帧的数据排列顺序为13,14,15…27,28，根据规则进行交叉交错处理后，第4帧的4个数据之中，除了第1个数据(13)的位置保持不变外，第2个数据(14)被移至第5帧的第2个数据的位置上，同理，第4帧的数据(15,16)也分别移至第6,7帧的3,4个数据的位置上，可见数据原来的顺序被扰乱了。5.5.2错误的纠正我们以图5-18来说明交叉交错提高纠正错误的能力。假设光盘上记录第7帧数据的位置被刮伤，如果不采用交叉交错的方法将会使第7帧的数据全部出错。采用交叉交错的方法重放时，7帧位置被损坏的数据群(25,22,19,16)被读出，经过去交叉交错后，我们发现原来连在一起的4个被损坏的数据(25,22,19,16)被分配到不同的帧当中，即除了数据(25)仍保留在原来的位置外，其他3个分别分配在第6,5,4帧上一页下一页返回5.5错误的产生与纠错技术中。可见群损伤的风险被分担到各个帧内，这样便于采用纠错方法进行帧内纠错，从而减少数据的误码率。此外，VCD对于不能纠正的差错还会进行掩饰，以尽量减少误码对图像和声音的影响，这种措施叫做掩错。常用的掩错方法有:(1)静噪法当出现不可纠正的音频信号时，干脆封锁音频输出电路，使扬声器不能发出声音。

(2)前值保持法用误码信息的前一个正确字节来代替误码。

(3)线性内插法用误码信息的前一个数据和后一个数据的平均值来取代误码。上一页下一页返回5.5错误的产生与纠错技术5.5.3C1、C2编/解码原理

1.C2,C1编码过程原理数据在编码的过程中，为了保证帧数据的可靠性，在每个原始数据帧(24B)都要插入8B的校验码(Q校验码和P校验码，各占4B)。所谓C2,C1编码，其实质是由C2,C1编码器分别产生P,Q校验码，并将其插入到帧的过程。校验码的插入分为两步完成，编码的顺序为C2编码在前，C1编码在后。

(1)C2编码将原始数据帧(24B)分成6个大组，奇数组不延迟，偶数组延迟2B，然后进行交错，使前后帧数据交叉并且顺序交错(称为扰频交错编码)。交错得到的数据插入C2编码器生成的4BQ校验后变为28B的数据，C2编码后的第一个字节不延迟，第二个字节则将延后4帧，第三字节将延后8帧·一如此反复直至第28B，将被延后108帧。也就说，C2编码后的28B，将被有规律地分散到109个帧中。上一页下一页返回5.5错误的产生与纠错技术

(2)C1编码

C2编码完成后，数据将进行4B的延迟(即延迟4帧)，在28B数据的基础上再插入由C1编码器生成的4BP校验码，使数据变为32B，再经过1B的延迟后输出。由此可见，C1编码的对象中包含了C2编码，也承担了对Q校验码进行保护的任务。2.C1,C2解码过程原理解码过程就涉及了纠错，解码顺序与编码顺序相反，即C1先解码，C2后解码，原先延迟的，解码时不延迟，而原先不延迟的则根据规则进行延迟以反交叉交错进行数据还原。来自EFM解调器的32B的数据，经1B的延迟，进入C1解码器进行解码纠错，随后经4B的延迟、C2解码器纠错、2B的延迟、反交错还原出该帧原始24B的数据。在测试系统中，专门为C1与C2设置了状态标记，用来了解当前的纠错状态。见表5-1所示。上一页返回5.6EFM调制与激光刻录原理5.6.1EFM调制

1.数字信号为什么要进行调制我们知道，在VCD光盘上，凹坑与凸面的边沿表示数码位“1"，而非边沿表示数码，’0”。压缩编码的二进制数不能直接记录到光盘上，是因为当数码位连续出现“0”或“1"情况时会引起下列问题。

(1)数码位连续为“1”的情况在进行数据刻录时，如果出现连续的“1"，那就意味着凹坑与凸面要连续突变多次，造成三个方面的不利影响:一是刻录的激光束通断频率升高容易引起激光强度不稳定，使误码增加，也影响激光器的寿命;二是使刻录得到的凹坑长度变短，给光盘制作工艺带来困难;三是重放时长时间的“1"，经积分电路会产生直流电平，造成伺服电路工作不稳定。

(2)数码位连续为“0”的情况如果出现连续的“0"，会造成以下几个问题:一是光盘上长时间的凹坑会使激光影碟机对信息纹迹的跟踪能力有所下降;二是长时间没有出现下一页返回5.6EFM调制与激光刻录原理“1"，可能会破坏激光影碟机解码电路中的压控振荡器的工作稳定性。

2.EFM调制

EFM调制技术(即8一14调制)是索尼公司和飞利浦公司共同提出的。为什么会使用这样的编码对源数据进行处理呢?为了在物理介质上存储数据，必须把数据转换成适于在介质上存储的通道码，VCD和CD-ROM,CD-DA一样，也采用8-14调制编码。把一个8位数据转换成14位的通道码，在刻录时利用通道码来确定光盘凹坑与凸面的长度。采用“游程限制RLL”的编码规则，可以防止出现连续的“1"，并且又能把连续出现的“0”的长度限制在可识别的范围之内。下面结合图5-19所示，以3个8位原始数据的EFM调制编码过程为例加以说明。上一页下一页返回5.6EFM调制与激光刻录原理根据“游程限制”的编码规则，为保证不会有连续的“1”出现，且连续出现的“o”也被控制在2~10个之间，即两个逻辑“1”之间，最多有连续的to个“o”,最少有连续的2个“o”。首先将3个8位原始数据扩展成为14位数据，随后在两个相邻的14位数据之间加入3位藕合码，以保证扩展后的数据符合“游程限制”的要求，结果是原始的8位数据最后变成了17位数据。(注:8位二进制数与14位EFM调制代码对应关系可查阅相应的变换表。)5.6.2激光刻录原理激光刻录的过程原理是:

模拟信号一采样一量化一数字信号一CIRC处理一插入子码(校验码、控制码、同步码)->EFM调制一形成通道码一刻录光盘。刻录时，利用经过EFM调制得到的通道码(数据)来控制激光的通或断，使高功率的激光照射到染料层，使其发生化学变化，在光盘上形成代表上一页下一页返回5.6EFM调制与激光刻录原理记录信息的一系列凹坑，VCD激光刻录原理与CD刻录原理类似，下面以图5-20所示CD刻录过程为例加以说明。首先生成一个帧的原始数据，24B，称为初始帧;在初始帧的基础上进行第1步插入，即将校验码Q，P，各占4B插入到初始帧中;然后进行第2步、第3步插入，即先后分别将控制码(也称为子码，1B)和同步码(3B)插入到数据帧中;得到用于刻录的数据帧(总容量为36B)，经过EFM调制，把8位数据扩展为14位数据并加入3位藕合码形成共17位的通道码(数据帧结构如图5-21所示)，用它来控制刻录机激光的通与断，从而将通道码转变成为光盘上一系列的凹坑与凸面，实现了记录。下面再进一步分别介绍控制码和同步码的特点和作用，控制码分别用P,Q,R,S,T,V,八个字母表示每一位，其作用是控制重放的时间、记录信息的总轨迹数、光盘版本信息、刻录方式等。一般在VCD中只使用P,Q这两位，其中P位包含有信息帧开始时的展示时标、单个信息帧的展示时标、静噪信息等;Q位包含有总播放时间、总轨迹数、播放画面结束上一页下一页返回5.6EFM调制与激光刻录原理标志、去加重、版本、曲目号、曲目的引入点和引出点、节目之间的长度、每个节目的运转时间等信息。在每一帧数据的起始位置都插入一个同步码，同步码为3B，共24位，它有两个方面的作用:一是指出等待处理的数据的起点，以便解码;二是作为重放时碟片旋转速度伺服控制电路的比较信号，保证主轴电机旋转的线速度恒定。上一页返回5.7机芯结构与芯片组5.7.1影碟机机械系统、激光头简介

VCD影碟机是众多光盘存储系统中的一种，不同类型的光盘存储系统的机械系统(机芯)的结构和机理有较大差异，但所完成的功能都是快速、准确地读取光盘信息。机械系统可划分为如下机构:伺服调节机构、托盘进出机构、光盘装卸机构、光盘旋转机构、光头进给机构、物镜机构等，下面对各个部分进行简要介绍。

1.伺服调节机构在光盘存储系统中，激光头发出的读/写光斑的实际位置总是或多或少地在与盘片信号面垂直的方向、盘片圆周的半径方向及切线方向偏离所要的正确落点位置(即日标轨迹)，而出现聚焦误差、径向跟踪误差及切向跟踪误差。各种光盘系统在三个方向上的允许偏差是根据光学读/写原理及所存储的信息的类型而定。通常，在聚焦方向的允许误差约为1(0.5一1)}.,rn，径向跟踪允许误差约为10.15N.,m，切向跟踪下一页返回5.7机芯结构与芯片组允许误差约为10.15N.,m。如此小的容许偏差显然不能单靠提高机械精度的办法来实现，必须在光盘系统中设置能在以上三个方向上确保光点正确跟踪日标轨迹的伺服系统。通常情况下光盘伺服系统包括:聚焦伺服、跟踪伺服及进给伺服、主轴伺服。

2.托盘进出机构作用:加载盘片，完成进出盒动作。

3.光盘装却机构作用:将盘片装上/卸下光盘旋转机构。

4.光盘旋转机构又称转盘机构，或转盘平台，其作用是驱动光盘平稳高速旋转。它是一个摩擦力小、惯量大的精密转台。由空气轴承、直流电机、盘片夹持器、光学编码器等部件构成。上一页下一页返回5.7机芯结构与芯片组

5.光头进给机构激光头进给机构用于使激光头组件水平移动，以读取光盘从内圈到外圈的信息。

6.物镜机构(光学系统)

在光盘存储系统中，信息的写入或读出都由能够将激光束会聚成直径为亚微米级圆形光斑的光学头(简称光头，俗称激光头)来实现。光学头主要有如下两方面的功能:首先是提供一定形状和功率的激光点进行信息的读、写、擦;其次为激光点在光盘信号面上的定位(包括聚焦和跟踪)控制。光学头包含激光器、光探测器、光学系统、激光输出功率控制和光点定位控制系统。国产VCD机多采用两种机芯，即飞利浦CDM12机芯和索尼CDM14机芯。上一页下一页返回5.7机芯结构与芯片组5.7.2飞利浦CDM12机芯结构及其芯片组我国采用飞利浦机芯的有万利达、夏新等品牌VCD机。飞利浦CDM12机芯抗振能力强，机身大范围倾斜仍能正常播放，激光功率自动控制(APC)电路安装在激光头组件中，采用全息照相复合型激光管，简化了激光功率的调整，适合大批量生产。

1.机芯的结构及工作原理

CDM12机芯主要由伺服调节机构、托盘进出机构、光盘装卸机构、光盘旋转机构、光头进给机构、夹持机构、物镜机构等组成，其中进给机构、光盘旋转机构和激光头安装在激光头组件上。激光头组件通过销钉嵌在升降斜槽内，和托盘进出机构、光盘装卸机构、夹持机构共同安装在机芯支架上，CDM12机芯的组成如图5-22所示。

(1)托盘进出机构托盘进出机构由托盘、程序驱动齿轮、皮带轮、加载电机、托盘进出上一页下一页返回5.7机芯结构与芯片组检测装置等组成，依靠加载电机的正、反转来驱动托盘进仓与出仓。在托盘反面有一齿条，并与驱动齿轮啮合，驱动齿轮通过齿条带动托盘水平前后移动。托盘反面右侧设有一个托盘进出检测装置，由检测柱和检测开关组成，用于检测及判断托盘进出的到位情况。此检测开关将信息送到微处理器进行处理，并输出相应的控制指令。当微处理器收到“关闭或CLOSE"指令时，向电机驱动电路送去控制电平，通过电机驱动电路使加载电机逆时针转动，带动皮带轮使驱动齿轮带动齿条将托盘移动，托盘便由机外向机内水平移动。移动过程中，检测开关在检测板和检测柱的机械碰撞作用下闭合一次后又断开，将形成的托盘到位脉冲信号送到微处理器进行到位识别，由微处理器发出电机刹车控制电平，驱动电路停止工作，使托盘到达机内正确位置后停下。当微处理器收到“出仓或OPEN"指令时，向电机驱动电路送去反相控制电平，通过电机驱动电路使加载电机顺时针转动，带动皮带轮使驱动齿轮带动齿条使托盘移动，托盘便由机上一页下一页返回5.7机芯结构与芯片组内向机外水平移动。激光头升降架下降到位后，光盘落入托盘，托盘便开始向机外移动。检测开关被碰压闭合一次后再断开，形成的出盒到位脉冲信号送到微处理器，微处理器发出电机刹车控制电平，驱动电路停止工作，使电机在托盘外移到位后停止转动。

(2)光盘装卸机构光盘装卸机构由微处理器设定的程序驱动齿轮、齿条、升推杆、降推板、提升夹、挡销与机芯支架上的左右侧板来实现装盘和卸盘。其中升推杆在托盘左边齿条的末端，与托盘齿条连成一体;降推板在托盘右边后部和托盘外移动时，推动激光头升降架下降;U形提升夹在激光头升降架后部，与激光头升降架连成一体，与升推杆配合，使激光头升降架上升。同时将托盘锁紧，保证在工作中托盘不会发生位移。光盘装、卸机构加载原理如图5-23所示。上一页下一页返回5.7机芯结构与芯片组托盘将光盘送到机内预定位置后，加载电机继续转动，带动托盘向机内移动，托盘左边尾部的升推杆落入提升夹内的U形槽中，推动激光头升降架沿机芯尾部倾斜面滑动而上升。同时升降架上的4个升降销沿4个侧板上的倾斜槽底部移到高部，将激光头升降架提升;旋转托盘随之升高，将光盘托起至夹持器，光盘被夹持器和旋转盘夹紧，激光头组件也随之升起，此时微处理器根据前述托盘到位检测信号发出指令，加载电机停转，加载完成。光盘的卸载原理如图5-24所示。托盘向外移动初期，托盘左边升推杆离开提升夹的U形槽，托盘右边的降推板接触激光头升降架尾部，随托盘继续移动，推动激光头升降架沿机芯尾部倾斜面向外滑动，4个升降销一也沿倾斜槽从高部滑动到底部，激光头升降架随之下降，使旋转盘上的光盘落入托盘。激光头升降架上的旋转盘与激光头组件一也下降，远离托盘平面由托盘进出机构将托盘送出机外。上一页下一页返回5.7机芯结构与芯片组

(3)光盘旋转机构光盘旋转机构是一个驱动光盘平稳高速旋转的摩擦力小、惯量大的精密转台，由空气轴承、直流电机、盘片夹持器、光学编码器等部件构成。其光学编码器是高精度的主轴旋转速度传感器。该元件通常设在电机内或碟片承载盘下。光盘旋转机构安装在主轴电机的轴上，随激光头升降架而升降，重放时就托起光盘随主轴电机高速、平稳地旋转。

VCD盘片夹持器与旋转盘配合，将光盘固定在旋转盘上，便于光盘高速、稳定地旋转。它由磁环、夹掀起套、卡圈等组成，利用磁性对铁质旋转盘的吸力将光盘夹在中间，通过与碟片中心的定位环配合，保证碟片上信息轨迹圆心与主轴吻合。上一页下一页返回5.7机芯结构与芯片组(4)激光头进给机构激光头进给机构主要由进给电机、减速齿轮、齿条、滑动杆等构成，如图5-25所示。进给电机轴上装有蜗杆，与齿轮、齿条啮合，可传动激光头组件，使激光头在滑动杆上来回移动。装盘结束进给机构上升到位后，进给电机转动，带动激光头组件朝旋转盘方向移动，到达光盘内圈将触碰到进给位置检测开关使其闭合。微处理器根据该信息控制进给电机反转，带动激光头组件外移到光盘零轨位置，然后进给电机刹车而停转，激光头组件准确停留在光盘零轨位置，然后进行碟片识别。在检测到光盘后，收至播放指令，就可以立即读取信息。每次电源接通后，微处理器总要进行同样的动作，使激光头组件触碰进给位置检测开关后回到零轨位置。在搜寻到有碟片并要播放时，进给伺服控制电路输出进给控制电压，进给电机便匀速地通过减速装置带动激光组件沿滑动导轨由光盘内侧向上一页下一页返回5.7机芯结构与芯片组外侧滑动，直到读完光盘内容。当微处理器收到激光头读完光盘信息的识别信号或“OPEN”操作指令后，立即通过进给驱动电路向进给电机输出驱动电流，进给电机马上带动激光头组件迅速返回到初始位置，然后进给电机停止转动。

2.全息激光头组件及工作原理物镜机构(俗称激光头，实际是激光头组件)由聚焦线圈、循迹线圈、聚焦磁铁、循迹磁铁和物镜、激光二极管(LD)等构成。物镜卡紧在绕有聚焦线圈与循迹线圈的塑料骨架中，用4根弹性很强的金属线作为两线圈的引脚。该机构采用电磁驱动，改变聚焦线圈中的电流大小和方向，带动物镜上下移动，对激光束进行聚焦;改变驱动循迹线圈中的电流大小和方向，则可以带动物镜水平径向微动，以校正聚焦的水平位置。该机构在伺服系统控制下始终保证激光焦点精确地投射在日标轨迹的中心线上，以准确地读取光盘的信息并送入电路处理。上一页下一页返回5.7机芯结构与芯片组

(1)光路光头的光学系统有单光束和三光束两种基本形式。单光束式光学系统简单、抗指纹、污迹干扰能力强，但容易受盘片倾斜及信号“凹坑”深度的影响，且伺服电路较复杂。因此，在VCD和DVD播放机中很少采用。常用三光束式光学系统，这种光学系统的特点是采用了可形成三射束的衍射光栅，如图5-26所示。三光束中，主光束用于拾取主信号，两束辅助光束用于检测跟踪误差信号，柱面透镜则是为检测聚焦误差信号而设置。采用这种光学系统可以简化伺服电路，得到稳定的特性。由于需要用衍射光栅进行分束，以便在光电探测器上得到读数光斑及辅助光束光斑，因此，光学系统稍长些。其缺点是容易受光盘上指纹、污迹的影响。此光路在VCD和DVD播放机中得到了广泛应用。根据光路系统和接收结构的不同，常用的激光头可分为三束激光头和全息成像激光头两大类。飞利浦机芯一般采用全息成像激光头，如图5-27所示。上一页下一页返回5.7机芯结构与芯片组这种激光头除了有衍射光栅外，在激光头顶部增加了全息照相镜片，它能将光盘反射回来的三光束折射成六光束，同时使用五分光敏接收器(光敏二极管)作为光电转换器，主光束照射在D2,D3,D4上，形成RF信号和聚焦信号;辅助光束分别照在D1,DS上，产生寻迹信号。

(2)信息拾取原理当激光照射到碟片的凹坑时，反射光最弱，激光照射到平面时，反射光最强。正常播放时，碟片高速旋转，反射光束的强弱变化，经光敏接收器(光敏二极管)对反射光的接收，输出对应的电信号，实现了对光盘记录信息的读取。光头光敏接收器(光敏二极管)输出电信号称为高频信号(HF)或射频依赖(RF)。(3)APC电路(激光功率自动控制电路)激光二极管(LD)发光功率一般为5mW，功率大小由驱动电流的大小决定，该电流约50mAoLD在工作过程中，受到温度等其他因素影响，上一页下一页返回5.7机芯结构与芯片组发光功率会产生波动，为确保半导体激光器光输出功率的恒定，光盘存储系统中，通常采用如图5-28所示的反馈控制装置。该反馈控制装置的特点是采用一个检测装置(例如光敏二极管)监视半导体激光器的输出功率，所检测到的值与设置的基准值比较，形成误差信号去控制半导体激光器的工作电流大小，从而实现对激光二极管输出光功率大小的控制。

3.配套芯片组名称及引脚功能飞利浦数码机芯电路的主要集成块如表5-2所示，其电路组成框图如图5-29所示。上一页下一页返回5.7机芯结构与芯片组5.7.3索尼机CDM14机芯结构及其芯片组

1.机芯的结构及工作原理索尼机CDM14机芯的结构，同样由伺服调节机构、托盘进出机构、光盘装卸机构、光盘旋转机构、光头进给机构、夹持机构、物镜机构等组成。托盘进出机构、光盘装卸机构与夹持机构安装在塑料座上。托盘通过齿条与机座上的托盘进出机构中的主凸轮啮合。托盘电机安装在机座上。光盘旋转机构和进给机构安装在钢制芯座上，由后面的两个销钉通过螺钉固定在机座上。机芯座通过前面的一个销钉嵌在升降凸轮槽内，随着升降凸轮的转动而上下移动。CDM14机芯的构成如图5-30所示。(1)托盘进出机构托盘进出机构主要由托盘齿条、主凸轮、中间轮、皮带轮、进出检测开关及托盘电机等组成。上一页下一页返回5.7机芯结构与芯片组当微处理器收到“CLOSE”操作指令时，便发出装盘指令，送到托盘电机驱动电路，驱动托盘电机反时针转动，在皮带轮、中间轮、主凸轮、托盘齿条作用下，托盘做水平移动。与此同时，托盘左右两边的齿条在同步轮的带动下将托盘由机外向机内移动。在主凸轮上部月牙齿的带动下，将托盘移到机内播放位置。同时，主凸轮上的塑料检测柱碰压检测开关(入盒到位开关)，使其闭合，将此信息送到微处理器的检测信号输入端，微处理发出制动指令，使电机刹车而停转。当微处理器收到“OPEN”操作指令时，发出卸盘指令，送到托盘电机驱动电路，使托盘电机顺时针转动，通过皮带、中间轮，在芯座下降到位，光盘落入托盘后，主凸轮上的月牙齿正好与托盘上的齿条啮合，将托盘从机内向机外移动。到规定位置时，托盘右尾部的托盘长检测杆碰压检测开关(出盒到位开关)使其闭合。将此信息送到微处理器，微处理器发出制动指令，使电机刹车而停转。上一页下一页返回5.7机芯结构与芯片组

(2)光盘装卸机构光盘装卸机构主要由凸轮、升降凸轮、芯座等组成。光盘装卸机构卸盘原理见图5-31所示。当微处理器收到“OPEN”操作指令时，便发出卸盘指令，送到驱动电路，使托盘电机顺时针转动，中间轮反时针转动，主凸轮顺时针转动，内层上的三个齿与升降凸轮上的三个齿啮合，升降凸轮反时针转动，升降销便从最高平台沿倾斜面下移动，当移动至底部时，芯座在下降过程中将光盘送回托盘，芯座上的旋转盘与激光头下降，远离托盘面，再由托盘进出机构将托盘中的光盘送出机外。光盘装卸机构装盘原理见图5-32所示。托盘进出机构将托盘内的光盘送到机内的播放位置后，托盘电机还继续反时针转动，升降销便沿倾斜条向上滑动至最高平台，芯座随之上升，旋转盘便将托盘中的光盘抬起，升至夹持器，将光盘紧压在旋转盘上，主凸轮上的托盘闭合检测柱碰压开关，使其闭合，将光盘加载到位并将上一页下一页返回5.7机芯结构与芯片组信息送至微处理器，使其发出制动指令，使托盘电机刹车而停转。

(3)光盘旋转机构光盘旋转机构主要由上旋转盘、压簧、旋转盘、锁紧片与夹持器构成。其作用是载送光盘高速平稳地旋转。夹持器安装在支架孔中，支架通过两只螺钉固定在机座上。夹持器可在其中自由转动，在装盘过程中，旋转盘上升，将光盘抬起离开托盘，当抵至夹持器时，在磁环的磁力作用下将光盘紧紧地压靠在旋转盘上，使高速旋转的光盘不致产生微小的水平位移。

(4)激光头进给机构进给机构用于将激光沿光盘径向方向移动，主要由进给齿轮、齿条、滑动杆和进给电机组成。进给电机轴上安装有轴齿轮，并与中间齿轮下部的大齿轮啮合，上部小齿轮与进给驱动双齿轮上部的大齿轮啮合。激光头组件通过一根滑动杆固定在芯座上，沿滑动杆可来回移动。上一页下一页返回5.7机芯结构与芯片组装盘结束，芯座上升到位，进给机构也随之上升，微处理器依据输入的装盘结束信息发出反向进给指令，使进给电机反时针旋转一下—激光头内移一点，当激光头组件碰压进给位置检测开关时，此开关闭合，并将此信息送到微处理器，在微处理器控制下，进给驱动电路使进给电机顺时针旋转，激光头向外移动一点回到零轨位置，然后刹车停止转动。此后，微处理器控制伺服电路进行聚焦访问，识读目录后，等待操作指令。若聚焦失效或托盘内无光盘，进给电机停转，激光头便停在该处。

2.三光束型激光组件及工作原理三光束型激光头与全息激光头相比，它只采用衍射光栅将光束分裂为三束光。位于中心的主光束(0次光束)能量最强，用于读取光盘上的信迹，取得RF信号和聚焦信号;两边的辅助光束(11次光束)用于读取循迹信号。而接收器则是6分光敏接收器有6支光敏二极管，A,B,C,D这4只光敏二极管接收主光束的反射光，输出RF信号和聚焦信号;E,F这两只光敏二极管接收士1次光束的反射光，输出循迹信号。其余的情况和全息成像激光头完全一样。上一页下一页返回5.7机芯结构与芯片组

3.配套芯片组名称及引脚功能索尼机芯电路的主要集成电路如表5-3所示，其电路组成框图如图5-33所示。上一页返回5.8激光头及数码伺服电路工作原理5.8.1激光头电路基本工作原理激光头电路如图5-34所示。LD为激光发射管，A,B,C,D,E,F为光敏二极管，PD也是光敏二极管，但作为激光功率检测管。基本工作原理:LD发射的激光被物镜聚焦后射到光盘表面，从光盘上反射回来的激光，经激光头中光敏二极管A,B,C,D,E,F,PD转换为电信号。A,B,C,D信号进行处理后，分别得到4种信号:RFO信号，反映碟片的播放信息;FEO信号，反映激光被物镜聚焦准确与否，用于聚焦伺服控制;TEO信号，反映激光束焦点跟踪碟片信息轨迹准确与否，用于循迹伺服控制;PD为激光功率检测管，用于检测LD发光强弱。LD发光强弱与驱动电流有关，驱动电流越大，激光功率越强，驱动电流一般在50mA左右。下一页返回5.8激光头及数码伺服电路工作原理5.8.2激光头APC电路工作原理激光头APL电路如图5-35所示。PD激光功率检测管，检测LD发光的强弱，将光强度转换为相应的电信号，送入APL自动光功率控制电路的2脚，经放大运算处理后，从1脚输出控制电压到LD驱动电路VD103的基极，由VD103调节LD的电流大小，使LD的发射功率稳定。

D110的2肚口外接的电位器用于调节LD发光功率。D110的19脚与CPU连接，当LD“ON”指令有效时控制D110的1脚输出低电平，使LD发光。上一页下一页返回5.8激光头及数码伺服电路工作原理5.8.3数码伺服电路的工作原理数码伺服电路包括聚焦伺服、循迹伺服、进给伺服和主轴伺服电路。聚焦是使激光束在光盘的信息轨迹上形成焦点;循迹是使激光束的焦点沿着信息轨迹准确地扫描;进给是激光头沿着光盘径向移动;主轴伺服是使主轴旋转稳定，激光扫描的信息轨迹线速度恒定。重放时，激光头读取光盘上信息轨迹的线速度必须恒定不变，才能保证激光头读出信息的正确性以及正确解调处理EFM信号，还原出声音和图像。如果主轴旋转不稳定，使激光扫描的线速度变化，就会造成读出的EFM信号中所含的位时钟频率发生变化，出现误码。另外，如果激光头聚焦不准确，循迹存在偏差，进给不良等，均会造成EFM信号不能被正确解调，无法还原出图像和声音。激光头正确拾取光盘上的信号必须满足下列条件。①激光束的焦点必须落在光盘的信息轨迹上。上一页下一页返回5.8激光头及数码伺服电路工作原理②光盘在旋转过程中，激光束焦点必须沿着信息轨迹准确的扫描。③激光头从光盘的内圈逐渐移动到外圈，光盘每旋转一周，激光束焦点移动一个信息轨迹的间距。④光盘的旋转线速度必须保持恒定。上面四个条件分别由聚焦伺服、循迹伺服、进给伺服和主轴伺服电路来实现。

1.聚焦伺服电路基本原理聚焦伺服基本电路框图见图5-36所示。激光头发射的激光被物镜聚焦后射到光盘上，从光盘上反射回来的激光，经激光头中光敏二极管转换成电信号，送到聚焦误差信号检测器处理成聚焦误差信号，经相位补偿后送到驱动器处理成驱动电流，电流经聚焦线圈形成一定的磁场，推动物镜上下移动，使激光束的焦点准确落在信息轨迹上，这时检测的聚焦误差信号为零。当光盘在旋转过程中，出现上、下抖动，使激光束的焦点不能准确地落在信息轨迹上时，上一页下一页返回5.8激光头及数码伺服电路工作原理聚焦伺服电路便输出与抖动程度成比例的聚焦校正驱动电流，使物镜做相应的移动，保证激光束的焦点总是落在信息轨迹上。开机时，VCD机的系统控制电路先断开聚焦伺服电路，由系统控制电路向聚焦驱动电路送入一个锯齿波状的搜索信号进行聚焦搜索，驱动物镜上、下移动搜索三次，找到焦点再接通伺服电路，同时系统控制电路发出指令使主轴电机转动并进入播放状态。如果物镜上、下移动搜索三次，没有找到焦点，系统控制电路发出指令使显示屏显示“NODISC”。

聚焦搜索有两个作用:一是使物镜进入聚焦伺服电路的控制范围之内;二是判断机内有无光盘。聚焦伺服电路原理分析如图5-37所示。

D110RF信号处理电路芯片CXA1821M的14脚外接的聚焦偏置调整电位器，用来调整聚焦执行机构的偏差，校正盘片与物镜间的距离，稳定聚焦伺服。D110RF信号处理电路芯片CXA1821M的3,4,5,6肚口输入的光敏二极管A,B,C,D的光电信号由运算放大器放大后，形成的上一页下一页返回5.8激光头及数码伺服电路工作原理聚焦误差信号FE=(A+C)-(B+D)以电压形式从15脚输出，送入D109数字信号和伺服信号处理电路芯片CXD2545Q的29脚，经聚焦补偿、伺服放大，从8,10脚输出的FE0信号分别送到D105聚焦驱动芯片BAF6392FP的5,4脚，放大到足够功率后，从其1,2脚输出与聚焦状态相反、大小成比例的聚焦误差驱动电流送入聚焦线圈，自动调节镜头的上、下垂直位置，达到良好的聚焦。

2.循迹伺服电路基本原理循迹伺服的作用是通过改变流过激光头内的循迹线圈的电流来控制物镜做径向移动，保证激光头准确地跟踪盘片信息轨迹。循迹伺服基本电路框图如图5-38所示。从光盘上反射回来的激光经激光头中的光敏二极管转换成电信号，送给循迹误差检测器，处理成为循迹误差信号，经相位补偿和驱动放大后，处理成驱动电流，电流经循迹线圈形成一定的磁场，推动物镜沿光盘直径方向移动，使激光束的焦点准确落在信息轨迹上，这时检出的上一页下一页返回5.8激光头及数码伺服电路工作原理循迹误差信号为零。当光盘在旋转过程中出现偏心，使激光束的焦点不能准确地落在当前播放的信息轨迹上时，循迹伺服电路便输出与偏心程度成比例的循迹校正驱动电流，使物镜做相应的移动，使激光束的焦点落在当前播放的信息轨迹上。那么循迹误差信号是如何检测的呢?我们来分析一下图5-39三光束激光头光敏接收器。在三光束激光头光敏接收器主光束点配置了A,B,C,D共4只光敏二极管，在两侧副光束点各配置了E或F光敏二极管，激光二极管发出的激光被透镜分成三束，中间为主光束，两侧为辅助光束(副光束)，它们经光盘反射投射到光敏接收器上。主光束投射到中间的4只光敏二极管上，转换成的电信号经混合放大后形成RF信号，这四个电信号经运算后，产生聚焦误差信号FE=(A+C)一(B+D)，而辅助光束分别投射到E,F两只光敏二极管上，产生循迹伺服电信号TE=E-F。E和F两只光敏二极管的安装位置是以激光头准确扫描信息轨迹的上一页下一页返回5.8激光头及数码伺服电路工作原理中心线为基准，一个偏左，另一个偏右，三光束的焦点投射到光盘上可能出现图5-38所示的三种情况:一是主光束的焦点准确扫描信息轨迹，此时辅助光束的副光束点E和F的光通量相同，转换成相应的电信号一也相同，循迹误差信号TE=0。二是辅助光束的副光束点E和F相应的光通量不相同，转换成相应的电信号也不相同，循迹误差信号TE>0;三是辅助光束的副光束点E和F相应的光通量不相同，转换成相应的电信号一也不相同，循迹误差信号TE<0。TE信号的大小、正负分别反映主光束焦点偏离信息轨迹的的程度和方向，该信号经放大后驱动循迹线圈修正激光头扫描信息轨迹的偏差。循迹伺服电路原理分析如图5-39所示。激光头输出的E,F信号分别送入D110RF信号处理电路芯片CXA1821M的9脚和8脚，经运算后产生的循迹误差TE信号从13脚输出，送入D109数字信号处理和伺服处理电路CXD2545Q的27脚，经内部电路处理，从其4,6脚输出循迹伺服控制信号，送到D105驱动电路BA6392FP上一页下一页返回5.8激光头及数码伺服电路工作原理的10,9脚，再从其12,13脚输出循迹误差纠正驱动电流，送入循迹线圈，自动调节镜头的位置，进行循迹偏差纠正。

3.进给伺服电路基本原理进给伺服是通过驱使整个激光头在盘片有效工作区内做径向移动，保证激光头的物镜在一定范围内对盘片的信息轨迹加以跟踪，属于跟踪粗伺服，而循迹伺服是通过改变流过激光头内的循迹线圈的电流来控制物镜做径向移动来跟踪盘片轨迹，属于跟踪细伺服。进给伺服误差信号实际上一也是取自循迹误差信号TE，当循迹的误差信号TE超过规定的电平时，进给伺服控制进给