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Les lecteurs optiques laser
samedi 30 avril 2011, par gerla
Article en référence au livre

Résumé de ce qui a fait le lecteur optique laser, cet article est une très brève introduction aux techniques mises en œuvre dans ces équipements. Aujourd’hui, la maintenance des lecteurs laser ne présente en elle-même plus de développements mais il n’est reste pas moins que les techniques développées sont toujours d’actualité.

Aussi bien dans le domaine des systèmes électroniques grand public que dans les applications professionnelles, les asservissements sont largement utilisés et il est bon d’en connaître les principes. Il en va de même des techniques liées à la diffusion/transmission de contenus numériques. En cela, le contenu du livre associé à cet article est un support ressource toujours d’actualité.

1ère étape du développement, le CD audio

C’est à partir des années 1970 que PHILIPS et SONY développent le principe d’une gravure binaire à lecture optique (red book). Le support de l’information est un disque de 120mm de diamètre en matière plastique transparente. La diode laser utilisée pour la lecture rayonne dans l’infrarouge et la limite du rouge. Le disque (dit compact en référence à la cassette à bande magnétique de Philips) audionumérique (CD-DA ou Compact Disc - Digital Audio ) est le premier support à connaître une très large diffusion.

La vitesse de rotation du CD-DA est de 1,2 à 1,4 m/s environ. La vitesse linéaire de lecture est constante et permet d’obtenir un débit des informations audionumériques de 176 400 octets par seconde (soit encore 1,4 Mb/s). L’enregistrement est lu à partir du début de la piste située vers le centre du disque. La première plage placée au centre du disque contient la table des matières (T.O.C. = Table Of Contents) ou sommaire (MENU). Pour pouvoir lire le disque, le lecteur doit obligatoirement avoir lu le menu.

Aux données audionumériques placées sur le disque, il faut ajouter les données de service et système nécessaires au fonctionnement du lecteur. Il est nécessaire de procéder à une réduction du débit binaire lors du codage de l’information audionumérique.

Les octets contenant le message sont transposés selon une table numérique en mots de 14 bits (transposition E.F.M. = Eight to Fourteen Modulation) complétés par des mots de liaison de 3 bits (...).L’enregistrement des données inscrites sur le disque est organisé en TRAMES de 24 octets de données audio. Les trames sont regroupées en SECTEURS.

2ième étape : le CD-ROM et CD-ROM XA

Développés à partir du standard CD-DA, ces disques ( eXtended Architecture Compact Disc - Read Only Memory ) sont des mémoires de masse pour micro-ordinateur (les premiers CD-ROM sont crées en 1985). Ces mémoires sont de type ROM, c’est-à-dire à lecture seule. La capacité est d’environ 700 Mo. La structure du CD-ROM est décrite dans le yellow book.

A la différence du CD-DA dont la lecture ne peut être que linéaire (les secteurs d’une plage sont lus à la suite les uns des autres), le CD-ROM, dédié à l’archivage de données, supporte une architecture de type informatique permettant un accès rapide à une donnée spécifique. Les enregistrements sont encore organisés en SECTEURS. Chaque secteur comporte 2352 octets organisés selon le mode 1 ou le mode 2 (...).

Les disques sont à vitesse linéaire constante (CLV = Constant Linear Velocity ) ou à vitesse angulaire constante (CAV = Constant Angular Velocity ). Le standard CD-ROM XA autorise la gravure du disque en plusieurs séquences, indépendantes les unes des autres. Il est possible d’ajouter de nouveaux fichiers tant que la capacité totale du disque n’est pas atteinte. Le disque est dit multisession.

Remarque : Les lecteurs de salon (lecteur audio) ou embarqués dans les véhicules ne lisent en général que les disques finalisés . La session doit être fermée. Il n’est alors plus possible d’ajouter d’autres enregistrements sur le disque. Les logiciels de gravure proposent cette option.

Apparaissent ensuite les CD ré-enregistrables, le Photo-CD, le CD-I, le Video-CD, le MD (MiniDisc, enregistrable et ré-enregistrable, données audio compressées ATRAC autorisant une lecture discontinue).

3ième étape : la compression vidéo et l’augmentation des volumes de stockage

Les techniques de compression vidéo (JPEG, MPEG) sont à l’origine de nouvelles générations de disques offrant un volume de stockage de plus en plus important afin de permettre (entre autres) une amélioration de la qualité du contenu audiovisuel diffusé. Le DVD ( Digital Versatil Disc ) puis le BD ( Blu-ray Disc ) répondent à ces exigences.

Sur ces disques, la densité des informations augmente très largement. Les pistes sont plus fines et plus serrées. Il est alors nécessaire d’utiliser des diodes laser fonctionnant dans le rouge orangé (lecteur DVD) et dans le bleu (BD). La vitesse de lecture est également augmentée afin d’obtenir des débit de données encore plus importants (...).

La lecture laser

Quelque soit le lecteur laser considéré, le chargement du disque est assurée par un tiroir animé par un moteur (moteur tiroir, tray motor ou slider motor ). Une fois le disque (CD, DVD ou BD) mis en place, le laser est allumé et le chemin optique est établi (focus, tracking et rotation) afin de lire le menu (TOC ou User TOC quand le support est enregistrable) et déterminer le type de contenu (images, sons ou données).

La figure suivante reprend l’algorithme de démarrage d’un lecteur laser.

 (JPG)

Chacun des asservissements assure un rôle particulier :
-   asservissement laser (diode laser et moniteur)  : maintenir un flux lumineux constant pendant la lecture (ou la gravure) ;
-   asservissement de focalisation (actuateur de focus, tilt)  : maintenir la position relative du bloc optique par rapport à la surface du disque ;
-   asservissement de suivi de piste (moteur chariot et actuacteur de tracking)  : suivre la piste ou aller d’une plage de lecture à une autre, saut de plage) ;
-   asservissement de débit (moteur disque ou turntable motor et traitement numérique)  : permettre la capture et la restitution des données ou des contenus audiovisuels à la vitesse souhaitée.

La figure suivante reprend le schéma général d’un asservissement.

 (JPG)

Toutes les opérations de fonctionnement du lecteur laser sont contrôlées par un microcontrôleur. Une interface utilisateur permet de recevoir les consignes de l’utilisateur ou de l’environnement de fonctionnement système et de rendre compte de l’état de fonctionnement du lecteur à l’utilisateur. Cette structure microinformatique vient en complément des circuits de traitement numérique (traitement trame et compression/décompression). La figure suivante donne le schéma synoptique partiel d’un leur laser (il manque les éléments du groupe I « énergie et environnement »).

Synoptique lecteur laser (JPG)

Le livre

(JPG)

L’ouvrage reprend et développe l’ensemble des principes de la lecture laser, les standards originaux, les asservissements et modes de fonctionnement, la conversion numérique/analogique (CNA, bruit de quantification, suréchantillonnage, bit stream et Mash, delta), les bases du traitement numérique (dont en particulier le traitement des trames et la notion de sous-code (mots de service). Chaque analyse des fonctions du lecteur optique s’accompagne d’études de schémas proposés par les principaux constructeurs européens. Il s’y ajoute une analyse des dysfonctionnements et une mise en oeuvre des instruments de diagnostic.

Sommaire Standards, organisation fonctionnelle, gestion à microcontrôleur. Considérations générales. Évaluation des standards. Lecture optique. Lecture optique : organisation fonctionnelle. Gestion à microcontrôleur d’un lecteur optique. Mécanique et circuits associés. Analyse de fonctionnement au démarrage. Asservissements. Optique des lecteurs CD et MD. Asservissement de focalisation. Asservissement de suivi de piste. Procédure de lecture du TOC ou menu. Traitement numérique. Traitement ; trame. Convertisseur N-A, filtre. Lexique. Bibliographie. Documentation.

Ce livre est disponible aux éditions Dunod et dans les librairies techniques sur demande.

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