Transcript EFM modulace
Slide 1
Tato prezentace byla vytvořena
v rámci projektu
Orbis pictus
21. století
Slide 2
Orbis pictus 21. století
CD, DVD přehrávače:
Elektronické obvody
Obor:
Elektrikář
Ročník:
3.
Vypracoval:
Ing. Martin Slanina, Ph.D.
OB21-OP-EL-ELZ-SLA-U-3-007
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Slide 3
CD: struktura dat
• Nejmenší jednotkou dat je rámec, který obsahuje 24 datových bajtů:
šest kompletních 16-bitových stereo vzorků
(2 bajty x 2 kanály x 6 vzorků = 24 bajtů dat)
• Protichybové zabezpečení a synchronizace (viz. dále) přidávají dalších 9 bajtů
(24 bajtů dat + 9 bajtů = 33 bajtů)
• Pomocí modulace osm ku čtyřem (EFM, viz. dále) se každé osmibitové slovo
převede na čtrnáctibitový kód. Mezi jednotlivá kódová slova se vkládají 3
spojovací bity
(8 bitů => 17 bitů)
• Nakonec se přidá 27-bitové synchronizační slovo
=>
24 bajtů (192 bitů) dat je při záznamu kódováno do:
(33 x 17) + 27 = 588 bajtů - tj. nárůst na 306 %
Slide 4
CD: kanálové kódování
• Kanálové kódování zajišťuje přizpůsobení zaznamenávaných dat přenosovému
médiu a zabezpečuje detekci a korekci náhodných a shlukových chyb.
data
Kanálové
kódování
skramblování
deskramblování
kódování C2
sekód. C2
prokládání
prokládání
kódování C1
dekód. C1
parita
parita
EFM modulace
EFM demod.
data
Kanálové
dekódování
Slide 5
CD: korekce chyb
• Pro korekci chyb se v systému CD používá technika „CIRC“:
Cross-Interleaved Reed Solomon Coding
• 24 bajtů dat (1 rámec) vstupuje do kodéru. Kodér C2 přidává
další 4 paritní (kontrolní) bajty.
skramblování
kódování C2
prokládání
• V prokladači se mění pořadí bajtů mezi 108 po sobě
následujícími rámci. Tím se přemění shlukové chyby na chyby
náhodné (shluky chyb = chyby v několika po sobě jdoucích
bajtech se špatně opravují)
• Kodér C1 přidává další 4 paritní bajty.
kódování C1
parita
EFM modulace
Slide 6
CD: EFM modulace
• EFM (Eight to Fourteen Modulation) – modulace osm ku čtrnácti.
• Cílem je změnit strukturu dat zapisovaných na disk tak, aby:
1 (jedničky binárního zápisu) byly odděleny nejméně dvěma a nejvýše deseti
nulami.
• Důvod: pro fyzický zápis se používá NRZI modulace
- binární 1 je zaznamenána jako změna (land->pit nebo pit-> land),
- binární 0 je zaznamenána jako stav beze změny.
=> pro zápis opakujících se jedniček je potřeba zaznamenat velmi malé plošky,
což nevhodně zvyšuje nároky na čtecí zařízení
• Řešení: Osmibitové slovo je před záznamem převedeno na 14-bitový kód, který
splňuje výše uvedené požadavky. Pro realizaci se používá vyhledávácí tabulka.
• Aby byly zajištěny požadavky na počet nul
mezi binárními jedničkami, vkládá se mezi
jednotlivá 14-bitová kódová slova 3-bitová
sekvence „spojovacích bitů“.
=> každých 8 bitů dat je zaznamenáno na
17 bitech místa na disku.
EFM modulace
Slide 7
CD: EFM modulace
• Časový průběh EFM signálu lze snadno zkontrolovat s využitím osciloskopu:
připojení na výstupní svorky vysokofrekvenčního zesilovače. V případě
nefunkčního zaostření paprsku nebo sledování stopy nebude na výstupu
zesilovače signál k dispozici.
blok
optického
snímání
osciloskop
zesilovač
sonda
k digitálnímu
signálovému
procesoru
Slide 8
DVD: struktura dat
• Nejmenší jednotkou dat je uživatelský sektor (2048 bajtů).
• Ke každému sektoru se přidává celkem 16 bajtů dat identifikačních informací
(číslo sektoru, copyright, …)
• Korekce chyb je podobná jako u CD: jsou použity dva Reed-Solomonovy
blokové kódy s prokladačem. Po přidání paritních informací je velikost
uživatelského sektoru 2418 bajtů.
• Namísto EFM (8/14 modulace) se u DVD používá modulace 8/14 (EFMPlus, viz.
dále).
=> fyzická velikost každého sektoru je 4836 bajtů (236 % velikosti uživatelského
sektoru)
Slide 9
DVD: kanálové kódování
• EFMPlus
• Metoda EFMPlus je založena na stavovém automatu.
• Osmibitová slova se převádí do šestnáctibitových kódových slov.
Přitom platí podmínka stejná jako pro EFM: mezi po sobě následujícími
binárním jedničkami musí být nejméně 2 a nejméně 10 nul.
• Ve vyhledávací tabulce je kromě příslušného 16-bitového slova uveden příští
stav stavového automatu.
• Díky ošetření po sobě následujících kódových slov není nutné vkládat spojovací
bity.
Slide 10
Integrované obvody
• V současné době jsou dostupné
integrované obvody, sdružující funkci
pro řízení servomotorů a zpracování
signálu z optického snímače.
• Pro ilustraci: blokové schéma Philips
SAA7327 pro CD
Slide 11
Literatura
[1] ECMA. Data Interchange in Read-Only 120 mm Optical Data Disks (CD-ROM). Standard ECMA – 130, 2nd Ed.
Geneva (Switzerland), 1996.
[2] YAMAUCHI, H. et al. A 24-Speed CIRC decoder for a CD-DSP/CD-ROM decoder LSI. IEEE Transactions on
Consumer Electronics, 1997, vol. 43, no. 3, p. 483-490.
[3] DAVIDSON, H. L. Consumer Electronics Troubleshooting and Repair Handbook. New York: McGraw-Hill, 1999.
[4] Philips Semiconductors. SAA7327 Digital Servo Processor and Compact Disc Decoder with Integrated DAC for
Video CD (CD7 II) – katalogový list. Eindhoven: Philips, 2000.
Slide 12
Děkuji Vám za pozornost
Martin Slanina
Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Tato prezentace byla vytvořena
v rámci projektu
Orbis pictus
21. století
Slide 2
Orbis pictus 21. století
CD, DVD přehrávače:
Elektronické obvody
Obor:
Elektrikář
Ročník:
3.
Vypracoval:
Ing. Martin Slanina, Ph.D.
OB21-OP-EL-ELZ-SLA-U-3-007
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Slide 3
CD: struktura dat
• Nejmenší jednotkou dat je rámec, který obsahuje 24 datových bajtů:
šest kompletních 16-bitových stereo vzorků
(2 bajty x 2 kanály x 6 vzorků = 24 bajtů dat)
• Protichybové zabezpečení a synchronizace (viz. dále) přidávají dalších 9 bajtů
(24 bajtů dat + 9 bajtů = 33 bajtů)
• Pomocí modulace osm ku čtyřem (EFM, viz. dále) se každé osmibitové slovo
převede na čtrnáctibitový kód. Mezi jednotlivá kódová slova se vkládají 3
spojovací bity
(8 bitů => 17 bitů)
• Nakonec se přidá 27-bitové synchronizační slovo
=>
24 bajtů (192 bitů) dat je při záznamu kódováno do:
(33 x 17) + 27 = 588 bajtů - tj. nárůst na 306 %
Slide 4
CD: kanálové kódování
• Kanálové kódování zajišťuje přizpůsobení zaznamenávaných dat přenosovému
médiu a zabezpečuje detekci a korekci náhodných a shlukových chyb.
data
Kanálové
kódování
skramblování
deskramblování
kódování C2
sekód. C2
prokládání
prokládání
kódování C1
dekód. C1
parita
parita
EFM modulace
EFM demod.
data
Kanálové
dekódování
Slide 5
CD: korekce chyb
• Pro korekci chyb se v systému CD používá technika „CIRC“:
Cross-Interleaved Reed Solomon Coding
• 24 bajtů dat (1 rámec) vstupuje do kodéru. Kodér C2 přidává
další 4 paritní (kontrolní) bajty.
skramblování
kódování C2
prokládání
• V prokladači se mění pořadí bajtů mezi 108 po sobě
následujícími rámci. Tím se přemění shlukové chyby na chyby
náhodné (shluky chyb = chyby v několika po sobě jdoucích
bajtech se špatně opravují)
• Kodér C1 přidává další 4 paritní bajty.
kódování C1
parita
EFM modulace
Slide 6
CD: EFM modulace
• EFM (Eight to Fourteen Modulation) – modulace osm ku čtrnácti.
• Cílem je změnit strukturu dat zapisovaných na disk tak, aby:
1 (jedničky binárního zápisu) byly odděleny nejméně dvěma a nejvýše deseti
nulami.
• Důvod: pro fyzický zápis se používá NRZI modulace
- binární 1 je zaznamenána jako změna (land->pit nebo pit-> land),
- binární 0 je zaznamenána jako stav beze změny.
=> pro zápis opakujících se jedniček je potřeba zaznamenat velmi malé plošky,
což nevhodně zvyšuje nároky na čtecí zařízení
• Řešení: Osmibitové slovo je před záznamem převedeno na 14-bitový kód, který
splňuje výše uvedené požadavky. Pro realizaci se používá vyhledávácí tabulka.
• Aby byly zajištěny požadavky na počet nul
mezi binárními jedničkami, vkládá se mezi
jednotlivá 14-bitová kódová slova 3-bitová
sekvence „spojovacích bitů“.
=> každých 8 bitů dat je zaznamenáno na
17 bitech místa na disku.
EFM modulace
Slide 7
CD: EFM modulace
• Časový průběh EFM signálu lze snadno zkontrolovat s využitím osciloskopu:
připojení na výstupní svorky vysokofrekvenčního zesilovače. V případě
nefunkčního zaostření paprsku nebo sledování stopy nebude na výstupu
zesilovače signál k dispozici.
blok
optického
snímání
osciloskop
zesilovač
sonda
k digitálnímu
signálovému
procesoru
Slide 8
DVD: struktura dat
• Nejmenší jednotkou dat je uživatelský sektor (2048 bajtů).
• Ke každému sektoru se přidává celkem 16 bajtů dat identifikačních informací
(číslo sektoru, copyright, …)
• Korekce chyb je podobná jako u CD: jsou použity dva Reed-Solomonovy
blokové kódy s prokladačem. Po přidání paritních informací je velikost
uživatelského sektoru 2418 bajtů.
• Namísto EFM (8/14 modulace) se u DVD používá modulace 8/14 (EFMPlus, viz.
dále).
=> fyzická velikost každého sektoru je 4836 bajtů (236 % velikosti uživatelského
sektoru)
Slide 9
DVD: kanálové kódování
• EFMPlus
• Metoda EFMPlus je založena na stavovém automatu.
• Osmibitová slova se převádí do šestnáctibitových kódových slov.
Přitom platí podmínka stejná jako pro EFM: mezi po sobě následujícími
binárním jedničkami musí být nejméně 2 a nejméně 10 nul.
• Ve vyhledávací tabulce je kromě příslušného 16-bitového slova uveden příští
stav stavového automatu.
• Díky ošetření po sobě následujících kódových slov není nutné vkládat spojovací
bity.
Slide 10
Integrované obvody
• V současné době jsou dostupné
integrované obvody, sdružující funkci
pro řízení servomotorů a zpracování
signálu z optického snímače.
• Pro ilustraci: blokové schéma Philips
SAA7327 pro CD
Slide 11
Literatura
[1] ECMA. Data Interchange in Read-Only 120 mm Optical Data Disks (CD-ROM). Standard ECMA – 130, 2nd Ed.
Geneva (Switzerland), 1996.
[2] YAMAUCHI, H. et al. A 24-Speed CIRC decoder for a CD-DSP/CD-ROM decoder LSI. IEEE Transactions on
Consumer Electronics, 1997, vol. 43, no. 3, p. 483-490.
[3] DAVIDSON, H. L. Consumer Electronics Troubleshooting and Repair Handbook. New York: McGraw-Hill, 1999.
[4] Philips Semiconductors. SAA7327 Digital Servo Processor and Compact Disc Decoder with Integrated DAC for
Video CD (CD7 II) – katalogový list. Eindhoven: Philips, 2000.
Slide 12
Děkuji Vám za pozornost
Martin Slanina
Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky