1. ZÁZNAM A REPRODUKCE ZVUKU
2. část
Základy audiotechniky a videotechniky
Ing. Josef Bartoněk
Olomouc 2012

2. Digitální záznam
Digitální záznam zvuku vyžaduje, aby byl nejdříve anagový signál
převeden v A/D převodníku na digitální
-vzorkování – periodické snímání vzorků (samplů) okamžitých diskrétních
hodnot analogového zvukového signálu. Aby nedocházelo ke znatelnému
zkreslení, musí samplovací frekvence fs splňovat podmínku ve vztahu
k maximální frekvenci zvuku f zvmax
fs  2 f zvmax
pokud by tato podmínka
nebyla splněna, dojde
k tzv. aliasingu -rušení

3. -kvantování (bitová hloubka)
- převod úrovně vzorku signálu
na jednu z definovaných úrovní,
na kterých převodník pracuje
- kódování
- převod okamžitého
počtu kvant na binární slovo
LSB (least significant bit)
– nejmenší kvantizační krok
-chyby - chyba v nejvyšším významovém
bitu způsobí ve výstupním analogovém
signálu skok napětí rovný polovině
rozsahu, proto se přidává paritní
(kontrolní) bit.

4. Některé pojmy:
-jitter -nepředvídatelné krátké rušivé zákmity, při zpětném převodu D/A
-dither -přídavný bílý šum
-přebuzení záznamu - dojde-li k tvrdé limitaci signálu, proto se zmenšuje
dynamika nahrávaného signálu
Požadavky na digitální záznam:
-omezit nepoužívané pásmo dolnofrekvenční propustí
-dostatečný počet vzorků fs analogového signálu (fs  2 f zvmax)
-převod na dostatečný počet hladin (kódování)
-převod velikost vzorků do binárního kódu (dvojkové soustavy)
-systém binárního kódu zvolit tak, aby umožňoval opravu chyby
-uložit výstupní data na zvolené medium (CD, DVD, FLASH DISC…)
Požadavky na digitální reprodukci:
-sejmutí digitálního záznamu z daného media
-oprava případné záznamové (přenosové) chyby
-vybrat a sestavit původní binární slovo
-převést binární slova na analogový signál (D/A)
-vyfiltrovat signál na spojitou funkci dolnofrekvenční propustí

5. Optický disk
disk (převážně) o  120 mm, tloušťce 1,2 mm,
má jedinou spirálovitou stopu začínající u
středu disku se stejně dlouhými sektory.
Logické hodnoty jsou realizovány odraznými
ploškami (pole, land) a rozptylovými
dírami (pity)
Snímání u CD
-otáčky disku jsou proměnné
500 – 200 ot/min., aby byla obvodová
rychlost konstantní 1,25 m/s, záblesky
laseru jsou po 0,28 m, Stoupání
spirály 1,6 m, délka drážky
je cca 6 km

6. Rozdělení optických pamětí:
podle typu záznamového média
CD (Compact Disc)
DVD (Digital Versatile Disc)
BD (Blu-Ray Disc)
podle možnosti zápisu
ROM (Read Only Memory) – výhradně pro čtení
R (Recordable) – informaci lze jednorázově zapsat
RW (Rewritable) – umožňuje vymazání původní informace a zapsání nové
(cca 1000x)
podle počtu vrstev
jednovrstvá média (SL = single layer)
dvouvrstvá média (DL = dual layer) mají dvě nezávislé vrstvy oddělené
polopropustnou vrstvou, (mají dvojnásobnou kapacitu)

7. Logická struktura optického disku:
-Kalibrační oblast (PCA) -obvykle hned na začátku, slouží ke kalibraci
výkonu laseru pro vypálení daného disku
-Program Memory Area (PMA) -obsahuje informaci o počtu stop a jejich
umístění, -stopa (track)
-Session -zapsaný segment CD, může obsahovat jednu (nebo více tracků)
Každá session má tzv. lead-in a lead-out.
-Lead In – oblast na začátku každé session vyhrazená pro zápis TOC
(Table Of Contents -tabulka oblastí)
-Lead Out -oblast, která ukončuje každou session
Rychlost čtení/zápisu
CD -základní rychlost 1x -čtení dat 150 kB/s (i u středu média)
CAV (Constant Angular Velocity) -metoda čtení s konstantní rychlostí
CLV (Constant Linear Velocity) -plynulá rychl. otáčení (200 - 500 ot/min.)
Pro DVD je základní rychlost čtení 1x stanovena na 1,385 MB/s, u Blue-ray
je 1x rychlost čtení 6,74 MB/s.

8. Klady optických pamětí:
-velká kapacita
-přenositelnost
-stabilita uložené informace
-bezkontaktní snímání i zápis
-nízká cena nosných médií i mechanik
-použití pro data, audio i video
-odolnost vůči magnetickému poli
-mechanika využívá stejný řadič jako HDD (ATA, SATA, SCSI…)
Zápory optických pamětí:
-nutnost speciální mechaniky
-není zpětná kompatibilita formátů CD, DVD, Blu-Ray
-možnost mechanického a tepelného poškození
-malá přenosová rychlost
-hlučnost

9. Kompaktní disky CD (Compact Disc)
Nejstarší varianta optické paměti z roku 1980 (standard CD-DA) pro
záznam zvuku v digitální podobě, 1985 standard CD-ROM -záznam dat
Pohon disku
využívá buď konstantní rychlost otáčení CAV (Constant Angular
Velocity), nebo CLV (Constant Linear Velocity), s plynulou změnou
Sledování stopy
protože obsahuje reflexní místa i díry, vytvoří na fotosnímači menší signál
než reflexní plocha mimo stopu což je využito i pro navádění hlavy
Ostření paprsku – srovnáváním dvou dílčích svazků fotodetektoru vytváří
chybový signál, který mění ohniskovou vzdálenost čočky

10. Elektronika (řadiče, paměti, registry, rozhraní (ATA, SATA, USB…),
musí především zabezpečit
-řízení rychlosti otáčení disku
-řízení posuvu hlavičky nad stopou
-zajištění operace čtení
-správa vyrovnávací paměti (cache) a její optimalizace
-zpracování snímaných signálů z hlavy a konverzi na úrovně L a H
Zpracování snímaného signálu
-průběžná detekce binární informace ze snímací hlavy
-dekódování: identifikace a oprava poškozených dat
-zápis dat (po dékódování) do vyrovnávací paměti
Postup při přehrávání
-po zapnutí se zapne laser, nájezd hlavy na vnitřní část disku
-zaostření objektivu (z krajní polohy)
-roztočení disku a hlava se posune do zaváděcí oblasti, zapne se servo
sledování stopy

11. blokové schéma
přehrávače CD
Další typy nosičů:
CD-R (Recordable) – zapisovatelný disk (1988) -jednorázový zápis, bez
možnosti mazání. Z důvodu kompatibilyty s CD má stejné základní
rozměry
CD-RW (Recordable writedable) - umožňuje vymazání původní informace
a zapsání nové. Čtení a zápis dat je shodný se standardem CD-R.

12. DVD disky (Digital Versatile Disc) -nástupce CD
původně určený pro ukládání videa v digitální podobě, rozměry shodné s
formátem CD. Větší hustota záznamu a dvouvrstvá varianta, kapacita d4,7
GB až 8,54 GB -2vrstvé.
srovnání parametrů
CD a DVD
Typy DVD:
DVD-video -k uložení videozáznamu, MPEG-2, zvuk Dolby Digital (AC-3)
DVD-audio -náhrada audio CD disku, velká kapacita, vyšší kvalita
DVD-ROM -Read Only -vyráběny lisováním, nástupce formátu CD-ROM
DVD-R/RW (R-Recordable, RW-ReWritable) -kompatibilní s lisovanými DVD
DVD+R/RW -novější standard, větší odolnost proti chybám
DVD-RAM – kapacita 4,7 GB, přepisovatelné (až 100.000x), jeví se jako
další pevný disk

13. Blu-Ray disky (BD)
-nástupce DVD disků, původně pro ukládání videa ve vysoké kvalitě (HD)
včetně prostorového zvuku. Rozměrově shodné s formáty CD a DVD.
Zmenšením pitů a vlnové délky laseru na 405 nm (modofialová barva)
umožnilo zvýšit základní kapacitu jednovrstvého BD disku je 25 GB,
50 GB u dvouvrstvého disku a až 80 GB u oboustranného dvouvrstvého
disku. Kapacitou a vysokou přenosovou rychlostí je formát BD optimální
pro filmy. Pro HDTV rozlišení se používá buď kompresní standard MPEG-2
(stejně jako u DVD) nebo novější H.264.
Základní formáty Blu-Ray:
BD-ROM (Blu-Ray Read Only Memory)
BD-R (Blu-Ray Recordable)
BD-RE (Blu-Ray REwritable)