数字视听设备原理与维修教案

第一部分数字视听设备的基础知识一.主要教学内容及课时数1.主要内容：数字试听设备的基本知识与基本操作方法。2.课时数：12课时。二.教学目标1.知识与技能：数字技术基础知识，数字视听设备面板上和遥控器的按键作用，数字视听设备的使用方法。2.过程与方法：通过理论学习引导学生掌握数字技术以及数字视听设备的基础知识；通过操作演示和练习，引导学生学会使用数字试听设备，通过项目考核，使学生掌握家庭影院的组装和调试能力。3.情感与态度：培养学生的操作能力、学习的积极主动性，提高学生的学习兴趣。三.教学方法讲解法、演示法、项目教学法、学生操作。四.教学重点与难点数字技术基础知识，数字视听设备影音效果的设置。五.教学工具数字试听设备、电视机、AV线，遥控器、其他音响设备。六.教学内容（一）激光影碟机的发展概述激光影碟机是利用激光头读取光盘上固化的音频、视频信号，经电路处理还原为模拟信号并重放的设备。1948年美国哥伦比亚广播系统研究所P.哥德马克研制出了模拟密纹唱片（即RP唱片），1956年美国安培公司研制成功用于广播电视业务的录像机，1958年双声道立体声唱片问世，1962年荷兰飞利浦公司研制成功了盒式磁带录音机，20世纪70年代中期研制成功了使用1／2英寸磁带的彩色盒式录像机。这些系统提供的音质和画质越来越高，但是它们无法摆脱机械接触式拾讯头易磨损的缺点，同时信号处理以模拟方式为主，信噪比低。随着20世纪70年代后期大规模集成电路、微机技术、激光技术的飞速发展和广泛应用，迎来了激光数字音视频重放设备的新时代。由于利用激光头发出激光读取信息时，激光头与光盘无接触，因此也就无摩擦和无磨损。光盘存储的信息容量大，图像清晰，播放的音质好，因而激光影碟机从诞生之日起便有迅猛发展的势头和不可限量的前途。从20世纪70年代初期的LD机到20世纪80年代初期的CD机，发展到90年代初的VCD机及1996年的DVD机，各种样式、各种品牌的影碟机层出不穷。（二）我国市场上激光音视设备的类型１、LD影碟机（LASERVIDEODISK）20世纪70年代，人们通过对光盘技术的研究、利用，发明了LD机。首部LD机是美国音乐公司与荷兰飞利浦公司联合开发推出的LD影碟激光视盘系统，从此开创了利用光盘技术的视听新时代。LD激光影碟以坑点形式记录图像、声音信号，它并不是把模拟的图像和声音信号变为数字信号记录在光盘上，而是将图像及声音信号分别调频、叠加、限幅，得到周期长短不一的模拟信号的方波，再记录到光盘上。由于图像和声音信号均采用模拟形式，LD影碟机播放的画面清晰度高达４２０线水平。LD影碟片有直径为２０cm和３０cm两种形式。新一代的LD影碟机可以兼容ＣＤ、ＶＣＤ影碟片。２、CD激光唱机(CompactDisc)随着音频信号的数字化和大规模集成电路的发展，并借助激光光盘技术，新一代的激光唱机和激光唱盘诞生了，这就是CD方式。CD的全称是CD－DA，后来被列为数字小型光盘标准。CD数字音频系统与以前音频系统的区别就在于该系统的信号记录和处理是把模拟音频信号数字化后进行的，存储于CD唱片上的声音信息是“0”、“1”数据流，信息读取采用光学方式，数字信号采用了纠错编码处理。因此，CD数字音频系统解决了模拟音频系统所存在的拾音头磨损大、传输失真大、信噪比低、抗干扰能力弱等问题，播放的声音优美动听，音质极好，常用作音源。３、VCD影碟机(VideoCD)20世纪90年代初，国际标准化组织标准算法的制定和公布，形成了一个数据压缩技术向各产业的新产品迅速转化的起点，从而引发了一场影视技术的革命，把现代家用电器带入了一个数码科技的新天地。我国第一台ＶＣＤ视盘机是合肥美菱万燕电子有限责任公司于1993年率先推出的。ＶＣＤ视盘机是一种集光、电、机械技术于一体的数字音像产品，是MPEG－１数字压缩技术与CD技术结合的产物，价格低廉、性价比高、软件节目丰富，获得人们的认可。虽然在图像清晰度和音色方面逊色于ＬＤ和ＤＶＤ，但未影响其进入普通家庭，反而成为家电产品消费的热点。ＶＣＤ视盘机是继LD影碟机和CD激光唱机之后开发出的一种新型光盘机，它是一种数字式音频、视频信号的播放设备。ＶＣＤ视盘机的机芯、激光头及其伺服电路、数字信号处理电路与CD唱机相同，只是在CD机的基础上增加了一套MPEG解码电路和视频D/A变换与编码电路。因此，VCD视盘机即可播放CD光盘以及ＶＣＤ光盘。对于ＶＣＤ视盘机播放出来的图像质量，其水平清晰度为２５０线，相当于家用录像机（VHS）重放图像质量水平。实际上，因为VCD视盘机采用了激光束读取信息方式，光盘与激光头无磨损，不会因使用时间长使图像质量变差，因此ＶＣＤ视盘机的图像质量优于家用录像机。超级VCD影碟机(SVCD)：SuperVCD，国家标准。CVD：ChinaVCD４、DVD影碟机(DigitalVideoDisk)1996年1月8日，美国拉斯维加斯举办一年一度的国际冬季消费电子产品博览会，日本索尼公司在展厅入口处设立的ＤＶＤ影视剧场以其清晰逼真的画面，现场感十足的音响，将观众带入了身临其境的三维境界，真正的充满魅力的影视设备DVD脱颖而出，出尽了风头。ＤＶＤ光盘由于采用MPEG－2标准对音视频图像信号进行数字压缩处理，其记忆容量是ＣＤ片的13倍，能在12cm光盘上存储约4小时的图像信息，其图像清晰度达500线以上，音频采用杜比数码（AC-3）5.1声道的环绕立体声。５、CD－ROM只读存储器：容量650MB～700MB，主要应用于计算机。６、CD－R光盘刻录机（CD－recordable）：利用激光束在光盘上一次性写入信息。DVD－R：DVD光盘刻录机。７、MD微型磁光盘机（mimidisc）：光磁结合。８、MP3播放机：压缩数字音频，采用MPEG－1AudioLayer3标准。９、MP4播放器：全称MPEG-4Part14，是一种使用MPEG－4的多媒体电脑档案格式，以储存数码音讯及数码视讯为主。ＭＰ4又可理解为MP4播放器，ＭＰ4播放器是一种集音频、视频、图片浏览、电子书、收音机等于一体的多功能播放器，可以播放多种格式的视频文件，例如ＭＰ3、MP4、AVI、ASF、ＭPG、WMV、RM、RMVB等。它可以叫做PV（PersonalVideoPlayer个人视频播放器），也可以叫做PMP（PortableMediaPlayer便携式媒体播放器）。市场上多数名为MP4的播放机实际上应该称作能播放视频的MP3或带视频功能的MP3播放机。因为MP4的标准比较高，如容量应该在２０G以上、能播放多种视频格式、分辨率至少在320×240以上、码流达到10Mb/s等。10、光盘录像机、光盘刻录机、硬盘录像机。（三）数字化信号基础1、模拟信号与数字信号（1）概述：在实际应用中，电子技术用于传输和处理信号（包括信号的运算、放大、比较、处理等），这里所指的信号是电压和电流信号。处理模拟信号的电子电路称为模拟电路，如放大电路、滤波电路、电压／电流变换电路等。处理数字信号的电子电路称为数字电路，如逻辑门电路、触发器等。（2）模拟信号与数字信号的特点模拟信号的特点：①既要随时间连续变化又要随幅度连续变化。②应用普遍，如电视信号等。③精确测量较为困难。数字信号的特点：①是离散的信号。②其应用技术发展迅猛，主要表现在通信、科研、音响设备等方面。③定位、测量比较容易。2、模拟信号数字化（1）数字化的作用不论是在唱机中还是在磁带录音机中，放音都要用电机来使唱片或磁带作等速旋转和走带，以便读取上面记录的信号，重放信号的质量很大程度上取决于唱针和唱片或磁头和磁带的相对速度，如果电机旋转速度不够稳定，重放信号就会产生失真。失真使声音混浊不清、抖动，影响听音效果。虽然模拟技术采用了一些简单的手段对这种情况加以改善，把这种失真控制在一定范围内，但并没有解决根本问题。要想获得更高水准的音频信号，实现家庭影院的视听效果，只有通过数字技术得以实现即将模拟信号转化为数字信号，因此将模拟信号数字化是电子技术发展的必然过程。（2）什么是模拟信号数字化模拟信号数字化是把模拟信号通过A/D（模/数）转换电路变换成数字信号，如将正弦波电压信号转换成方波电压信号、正弦波电压信号转换成尖峰波电压信号等。在对信号的数字处理方式中，最常用的是用脉冲的有和无来代表０和１。无脉冲时为０，有脉冲时为1，在计算机中是这样，在AV信号的数字处理中也是如此。３、数字化信号的优点数字方式由于把模拟信号变换成了数字信号，即变换成了序列脉冲信号，这些脉冲信号的变化仅指脉冲宽度的变化，而脉冲幅度是不变的。利用限幅器可以轻易地削除在数字化过程中可能引入的噪声，使脉冲波形达到非常平整的效果，这比处理模拟信号中的噪声容易得多。在数字信号中，脉冲的幅度已不像模拟信号那样重要，因为数字电路处理的是脉冲的有无，只要脉冲幅度达到能够识别的电平值即可；在模拟信号中，则需要知道每一个模拟量的准确值。总的来说数字化信号具有以下优点：①数字化信号具有极高的稳定性及可靠性，依赖元器件与电路稳定性的程度降低，电路只要能辨别脉冲的有无即可。只要增加数字信号的量化位数，就能获得高精度。②便于用计算机来处理数字信息和进行各种控制，数字信号还可以长时间储存。③电路便于大规模集成化，提高运行速度。４、数字化信号的过程在时间轴上对模拟信号进行分段，取其分段点的信号电平值，然后将此电平值变换成二进制数，用0和1表示，在电路中用脉冲的有无表示，这就是数字化。可见，在数字化中最关键的是分段信号电平和对电平采用四舍五入法取整后再变换成二进制。在数字处理技术中，这几种处理分别称为采样、量化和编码。（１）采样（取样）就是采集样本，在这里就是对模拟信号进行分段，取分段点的信号电平值，这一系列的信号电平值就是代表模拟信号的样本值。用这些离散的样本值替换原来连续信号波形的操作称为采样。采样时，在一定的时间范围内，获得的采样点的多少取决于时间间隔的大小，时间间隔越小，采样点越多，反之就越少。在数字处理技术中一般用采样频率表示样点的多少，样点的频率等于采样时间间隔的倒数。这样，采样频率越高，获得的采样点就越多。取样频率：每秒钟的取样次数，常用fs表示，要求大于模拟信号频率上限的2倍，fs≥2fB。如声音信号20Hz～20kHz，则fs≥40kHz，一般CD机的fs为44.1kHz。取样级数：表示信号的二进制数的位数，表达了量化的精细程度。量化级数M＝2n，其中n为取样级数。音频信号n＝16bit，图像信号n＝8bit。（２）量化是采用四舍五入的方法把每个采样值归并到某一个临近的整数，并且用二进制码来表示。采样值与量化值有一定的误差，即量化误差，随之引起量化噪声。减小量化误差的方法：增加量化级数。（３）编码就是将已量化（取整）的各电平值用二进制数码表示的过程。在电路中，用脉冲的有无来表示0和1，即1为有脉冲，0为无脉冲。这些脉冲信号必须幅度相等、宽度相同，这样经过编码的脉冲信号称为脉冲编码调制信号（ＰＣＭ信号）。可见，数字信号是离散的不连续的电压（或电流）的脉冲序列，每个脉冲代表一个信号元素，即二进制数中的一个位。（4）Ａ／Ｄ变换就是模拟／数字变换，它的作用是把模拟信号变换成数字信号。首先利用采样保持电路对输入的模拟信号采集样本值，然后进行量化编码处理。经量化编码处理后，模拟信号就变成了数字信号，故量化编码电路又称为Ａ／Ｄ变换器。ＣＤ由于采用１６位的数字信号，所以Ａ／Ｄ变换器必须具有将模拟信号分解成216＝65536个等级的能力，且变换过程必须在10～20s的时间内完成。Ｄ／Ａ变换就是数字／模拟变换，即把数字信号变换成模拟信号。它是Ａ／Ｄ变换的逆变换。Ａ／Ｄ变换是把模拟信号变换成数字信号，以便进行各种数字处理。Ｄ／Ａ变换是把处理后的数字信号还原成模拟信号，这样才能利用目前的放大器和扬声器把音响信号重放出来。（5）比特、字节、比特流比特（bit)：二进制数的位数。比特流：电路通过的数码信号序列。比特率(码率)：某点每秒钟通过的比特数，bit/s或BPS。字节（Byte）：存储单位，1Byte＝8b