История взлёта и падения, или Компакт-диск умер, да здравствует…. Компакт-диск (компьютеры и интернет)

Любой компакт-диск состоит из нескольких слоев, соединенных в единую круглую тонкую пластину. Диаметр подавляющего большинства компакт-дисков составляет 120 миллиметров, что равняется пяти дюймам. Стандартный пятидюймовый диск содержит 650 мегабайт информации, хотя имеются диски и большего объема. Допускается использование дисков диаметром 80 миллиметров, то есть трехдюймовых. Однако на практике такие диски встречаются крайне редко, хотя в некоторых случаях их малый размер был бы очень полезен. На такие диски помещается около 180 мегабайт.

Иногда встречаются необычные диски, называемые business card CD – компакт-диск, в виде визитной карточки. Фактически, это обрезанные с двух сторон трехдюймовые диски. Они напоминают визитную карточку, как по внешнему виду, так и по размеру. На такой диск записывается от 10 до 70 мегабайт, в зависимости от степени обрезания краев диска. В настоящее время такие диски являются большой редкостью. CD-ROM, созданный промышленным способом, часто называют штампованным. Он состоит из трех слоев. Основа диска, созданная из прозрачного поликарбоната, занимает большую часть диска. При изготовлении основы, методом штамповки на нее наносится информационный узор. В результате получается прозрачная пластиковая пластина. С одной стороны она гладкая, а с другой стороны на ней нанесено множество микроскопических углублений. Далее на основу напыляется отражающий металлический слой. Чаще всего в штампованных дисках для этих целей используется алюминий, хотя могут использоваться и другие металлы или сплавы. Сверху на диск наносится защитный слой из тонкой пленки поликарбоната или специального лака. На защитный слой часто наносится полиграфия – различные красочные рисунки и надписи.

Обратите внимание, что отражающий и защитный слои достаточно тонкие, и их можно легко поцарапать. Некоторые недобросовестные производители экономят на защитном слое, используя для него нестойкий лак, причем наносится этот лак чрезвычайно тонким слоем. После создания всех слоев, диск готов к использованию. Информация считывается с рабочей стороны диска, через прозрачную основу. Штампованный информационный узор и отражающий слой отражают луч считывающего лазера по-разному в разных участках.

Записываемые и перезаписываемые компакт-диски имеют дополнительно еще один слой. У них основа не имеет информационного узора, но между основой и отражающим слоем расположен регистрирующий слой. Он может менять прозрачность под воздействием высокой температуры. При записи лазер разогревает заданные участки регистрирующего слоя, создавая информационный узор. Участки регистрирующего слоя, к которым было применено температурное воздействие, темнеют. В качестве материала для регистрирующего слоя используются различные сложные органические соединения. Часто используются цианин (Cyanine) и фталоцианин (Phtalocyanine). Считается, что фталоцианин более надежен и долговечен. Для отражающего слоя в CD-R и CD-RW используется золото или серебро, хотя могут быть использованы и сложные сплавы. Из-за наличия регистрирующего слоя требования к отражающему слою у записываемых и перезаписываемых дисков выше, чем у штампованных, поэтому вместо алюминия приходится применять более дорогие материалы.

В зависимости от комбинации веществ, используемых в регистрирующем и отражающем слоях, рабочая сторона диска может иметь различный цвет. Раньше многие диски имели золотистую рабочую поверхность, поэтому часто все записываемые диски называют «золотыми». В настоящее время золотистые диски почти не встречаются. Чаще всего поверхность имеет светло-зеленый цвет. Иногда встречаются диски синего или темно-зеленого цвета. Диски CD-RW имеют серо-коричневый цвет рабочей поверхности. Возможно, с внедрением новых технологических процессов появятся диски с рабочей поверхностью других цветов.

Как отмечалось выше, из-за наличия регистрирующего слоя, записываемые диски имеет более низкий коэффициент отражения, чем штампованные. Из-за этого некоторые устаревшие проигрыватели звуковых компакт-дисков могут воспроизводить такие диски менее надежно, чем диски заводского производства. Старые модели CD-ROM также могут отказываться работать с записываемыми дисками. Перезаписываемые диски имеют еще более низкий коэффициент отражения, и большинство музыкальных центров не способны работать с ними. К сожалению, устаревшие модели CD-ROM также, скорее всего, не смогут прочитать информацию, записанную на диск CD-RW. Однако все дисководы CD-ROM, разработанные в последние пять лет, не имеют проблем с чтением любых дисков. Так что, любой записанный вами диск без проблем будет прочитан на не слишком устаревшем компьютере.

Логическая структура и форматы компакт-дисков

Как штампованные, так и записываемые или перезаписываемые компакт-диски, имеют одинаковую структуру хранения информации. Все данные записаны на спиральной дорожке, идущей от центра диска к его периферии. Вдоль дорожки располагаются углубления, называемые питами (pit – углубление). На дисках CD-R и CD-RW питы имитируются темными пятнами регистрирующего слоя, получившимися в результате нагрева нужного участка лазером. Чередованием углублений и промежутков между ними и кодируется любая информация.

В зависимости от вида информации, различают разные форматы компакт-дисков. Непрерывная последовательность углублений и промежутков между ними может быть разбита t на отдельные сессии. В начале сессии расположена специальная начальная запись, называющаяся Lead In (Ввести). В конце сессии располагается запись Lead Out (Вывести). Сессия, в свою очередь, может состоять из одной или нескольких дорожек. Чаще всего сессия состоит из одной дорожки. Стандарты из различных «цветных» книг описывают информацию, размещающуюся в каждой дорожке. В конце диска располагается специальная запись, после которой не могут располагаться никакие другие данные.

На одном диске могут располагаться сессии различных форматов, однако чаще все сессии на диске имеют один формат. Наличие множества сессий позволяет записывать информацию отдельными частями, превращая CD-R и CD-RW в удобное средство ведения рабочего архива. Однако следует помнить, что запись первой сессии требует дополнительно двадцать два мегабайта, а запись каждой последующей сессии отнимает тринадцать мегабайт. Впрочем, это не так много, учитывая, что на диск можно записать 650-700 мегабайт информации, а на некоторые современные диски и еще больше.

Не все дисководы и операционные системы могут работать с мультисессионными дисками. В ДОС обычно видна только первая сессия, а в Windows 95 – последняя. На устаревших дисководах CD-ROM часто также видна только первая сессия. Если сессия не закрыта, то есть, не записаны специальные данные в конце сессии, она не будет видна многими дисководами.

Звуковая дорожка представляет собой немного преобразованный файл в распространенном формате РСМ, что расшифровывается как Pulse Code Modulation -импульсно-кодовая модуляция. Этот же формат используется в звуковых файлах формата WAV, повсеместно используемых в Windows. Можно сказать, что на компакт-диски записываются немного модифицированные WAV-файлы. Используется частота дискретизации 44.1 килогерц, кодирование звука с использованием 16 бит и два стереоканала. Если же на дорожке записаны произвольные данные, к ним добавляется каталог. В каталоге записываются полное имя файла и его местонахождение, а также другая служебная информация. При записи нескольких сессий есть возможность записать в каталог информацию о файлах из предшествующей сессии. Также можно «стереть» некоторые файлы, не записывая информацию о них в новый каталог или «перезаписать» файл, включив в новую сессию новый; файл с идентичным именем. С помощью этих средств мультисессионные диски удобно использовать для ведения рабочего архива.

При записи файлов на компакт-диски сектор данных всегда равен двум килобайтам. Размер дисков принято обозначать временем звучания звука, так как изначально компакт-диски создавались для воспроизведения песен и музыки. Стандартные диски содержат 75 секторов на секунду. Если размер диска равен 74 минутам, то, умножив соответствующие цифры, получим максимальный объем записываемой информации – 650 мегабайт. Для дисков размером 80 минут этот объем составит 700 мегабайт. Следует отметить, что формат CD-DA и CD-ROM различен, и на звуковых дисках CD-DA записано меньше вспомогательной информации. Благодаря этому на такие диски можно записать 747 мегабайт WAV-файлов. А если использовать диски размером 80 минут, общий объем WAV-файлов превысит 800 мегабайт. Кстати, в последнее время – появились диски размером 90 минут.

Хотя имеется множество форматов записи на компакт-диски, подавляющее большинство дисков использует всего несколько форматов. Можно выделить два основных типа CD: CD-ROM – компьютерный диск, содержащий различные файлы, и CD-DA, также называемый Audio CD, -музыкальный компакт-диск. Еще два типа дисков являются расширением предыдущих. Записываемый диск, содержащий несколько сессий, называется мультисессионным – Multisession CD-ROM. Иногда на компакт-диск записываются данные и музыка, причем музыка может быть воспроизведена на обычном музыкальном проигрывателе компакт-дисков, а данные вместе с музыкой можно прочитать на компьютере. Такие диски называются Mixed-mode CD (Компакт-диски смешанного типа). Они часто используются в мультимедийных играх. Другие типы дисков, например Video CD или CD-I, используются значительно реже.

Компьютерные диски с данными могут быть загрузочными. Если BIOS вашего компьютера поддерживает возможность загрузки с CD-ROM, то, используя такой диск, вы можете загрузить в компьютер нужную операционную систему. При создании диска на нем располагается образ загрузочного диска. Создав загрузочную дискету, вы можете записать ее образ на компакт-диск и загружаться в дальнейшем с него. Также можно создать образ жесткого диска. При этом жесткий диск должен быть меньшего размера, чем CD-ROM.

Вы наверно заметили, что многие компакт-диски автоматически запускаются при вставке их в устройство чтения дисков. Создать компакт-диск с функцией автозапуска в Windows достаточно просто. Для этого следует разместить в корневом каталоге текстовый файл с именем autorun.inf. В нем располагаются команды автозапуска. С их помощью можно создавать достаточно сложные сценарии, но для начала вполне достаточно использовать такие команды:

Icon=myicon.ico

open=myprogram.exe

Естественно, следует указать названия ваших собственных файлов вместо myicon.ico и myprogram.exe. Команда open запускает нужную программу, а команда icon меняет значок диска в проводнике Windows. Конечно, данные файлы также должны быть расположены на компакт-диске.

При создании CD-ROM вы можете использовать различные варианты файловой системы, поддерживаемые разными операционными системами. Набор символов лучше использовать ISO 9660, чтобы они читались в различных операционных системах. Файловая система ISO Level 1 поддерживается всеми ОС, однако в ней нельзя использовать длинные имена файлов. Система ISO Level 2 допускает длинные имена. Однако если вы планируете читать диски в операционной системе Windows 95/98/NT 4.0/2000/Me/XP, лучше использовать файловую систему Joliet, которая допускает использование пробелов, русских букв и специальных символов в длинных именах файлов. Различают варианты CD-ROM: Mode 1 и Mode 2/XA. Второй вариант формата компакт-диска обеспечивает более гибкий подход к записи информации, поэтому предпочтительнее.

Формат UDF позволяет использовать записываемые и перезаписываемые компакт-диски как обычные жесткие диски, записывая, редактируя и удаляя любые файлы. При этом используется специальное программное обеспечение. Однако диски, записанные в формате UDF, не будут читаться в большинстве операционных систем, если не установлен дополнительный драйвер.

Все программы записи на компакт-диски позволяют записывать в разных форматах, поэтому вы должны точно знать, какой формат диска вам нужен. Выбрав неудачный формат, вы не сможете в дальнейшем прочитать информацию с записанного диска на другом компьютере. Фактически, заготовка компакт-диска будет испорчена.

Коротко о главном

«СиДи-Ультра» - это полный спектр услуг по тиражированию и печати дисков (CD, DVD а также тиражирование mini CD и CD-визитки). Команда профессионалов компании занимается производством и тиражированием CD, тиражированием DVD, нанесением изображения на диски (печать дисков, печать cd) с 2000 года и обладает огромным опытом.

История компакт-диска

Первая всемирная презентация Philips CD Audio 9 марта 1979 г. На фото Joop Sinjou, глава "Philips CD-Lab".

Лабораторная работа №5

Компакт-диски (CD). Способ изготовления и принцип хранения информации. Принцип чтения информации. Технология CD-R. Принцип оптической записи. Технология CD-RW. Принципы записи и перезаписи. Отличия CD-RW от CD-R и CD. DVD диски. Основные отличия от компакт-дисков. Виды DVD дисков.

Компакт-диски – это носители информации, предназначенные для хранения информации в цифровой форме (в виде набора чисел). Семейство компакт-дисков включает в себя носители различных типов, оптимизированных для хранения и использования специфичных видов информации. Несмотря на разнообразие типов КД, всем им присущи общие черты, или характеристики.

Физические характеристики компакт-диска: Геометрические размеры. Все члены семейства КД представляют собой диск диаметром 120 мм, имеющий в центре отверстие диаметром 15 мм. Толщина диска – 1.2 мм.

Конструкция компакт-диска: Конструктивно диск представляет собой трехслойный «пирог»:

Подложка из оптически прозрачного материала (поликарбонат), которая изготавливается методом литья под давлением. При изготовлении подложки на одной из ее поверхностей формируется информационный рисунок, состоящий из ямок (питов) и промежутков между ямками (лэндов). На информационный рисунок напыляется тонкий отражающий слой. Поверх отражающего слоя наносится слой лака, защищающий диск от повреждений. Как правило, на защитный лак наносится лейбл.

Способы изготовления:

Существует два принципиально разных метода нанесения информации на кусок пластика, который впоследствии становится полноценным компакт-диском. Это штамповка (репликация) и запись на болванки .

1.1. Метод заводского штампа (для CD и DVD). Другие названия этого метода - штамповка, литьё, репликация. Самый распространенный метод производства компакт-дисков. Информационная спираль, которая содержит Вашу информацию, физически выжигается лазерным лучом на куске металла. Этот кусок металла называется "матрица" или "стампер" и используется как пресс-форма для выпрессовывания информационной спирали в куске горячего поликарбоната. Далее, поликарбонат охлаждается, покрывается слоем металлизации и слоем защитного лака. После этого на нерабочую поверхность диска наносится изображение (накатка), и компакт-диск готов.

Достоинства: Информационная спираль физически "выбита" в пластике и её дальнейшая сохранность определяется лишь аккуратностью хранения и правильностью обращения с компакт-диском. Все диски в пределах одного тиража будут абсолютно одинаковы. Низкая себестоимость больших тиражей.

Недостатки: Высокая стоимость матрицы делает экономически нецелесообразным изготовление штампованных тиражей компакт-дисков количеством менее 500 штук. Нет никакой возможности изменить информацию на середине тиража или дописать что-то на диск впоследствии.

1.2. Запись на болванки (для CD и DVD). Другие названия этого метода - нарезка, прожиг. Метод записи на болванки дешев, доступен в домашних условиях и позволяет добавлять информацию. Однако, по всем техническим параметрам (как по качеству, так и по скорости) он существенно уступает методу заводской штамповки. Болванка - это компакт-диск содержащий внутри, помимо поликарбоната и металлизации, специальный слой, чувствительный к лучу лазера определенной мощности и длины волны. На слой поликарбоната уже нанесена информационная спираль, но она не содержит конкретной информации, а является лишь направляющей для лазерного луча.

Существует два, основных, вида болванок - это записываемые и перезаписываемые.

Записываемые - предназначены для одноразовой записи, хотя существует возможность производить дозапись (при условии, наличия свободного места, и открытой мультисессии). Перезаписываемые - предназначены для многократной перезаписи. При записи, огромное значение имеет качество используемых болванок. Нанесение изображения (накатка) на нерабочую поверхность болванки, тоже может производиться в домашних условиях, при условии использования специальных "Printable" болванок, или при помощи специальных наклеек.

Достоинства: Доступность и возможность делать очень маленькие, и даже единичные тиражи. Возможность самостоятельного нанесения изображения на диск.

Недостатки: Метод записи на болванки не даёт того уровня качества и физической стабильности носителя, как метод заводского штампа.

Принцип хранения информации на компакт-диске (CD и DVD). Информация кодируется с помощью последовательности нулей и единиц. Физически это углубления различного вида на спиралевидной дорожке диска. Лазерный луч, проходящий по дорожке, отклоняется на разные углы, и читающий привод принимает решение о том, был ли это ноль или единица. Нули и единицы (биты) объединяются в байты, байты в сектора, к секторам добавляются служебные коды и контрольные суммы для проверки правильности и корректировки ошибок чтения. На более высоком уровне эта информация объединяется в набор файлов и папок, в музыкальные треки и т.п.

Принцип считывания информации: Для чтения информации с КД используется луч лазера инфракрасного диапазона (ИК). Луч подается на вращающийся диск со стороны подложки, отражается от отражающего слоя и возвращается на специальный фотоприемник. При попадании луча на питы и лэнды интенсивность отраженного луча меняется. В итоге, на выходе фотоприемника формируется электрический сигнал, повторяющий по форме информационный рисунок на поверхности компакт-диска.

Особенности оптического способа считывания информации - Успешное считывание информации зависит от состояния поверхности КД. Царапины, пыль и загрязнения затрудняют, а иногда и делают невозможным считывание информации с КД.

- Применение лазера ИК-диапазона позволяет использовать для изготовления КД не только прозрачный поликарбонат, но и цветной тоже, вплоть до очень темных. При этом темные материалы являются светонепроницаемыми только в видимом диапазоне светового спектра. В ИК-диапазоне такой материал остается прозрачным.

Технология CD - R :

CD-R (Compact Disc-Recordable, Записываемый Компакт-Диск) - разновидность компакт-диска (CD), разработанная компаниями PhilipsиSonyдля однократной записи информации. CD-R поддерживает все возможности стандарта «Red Book» и плюс к этому позволяет записать данные.

Технические детали: Обычный CD-R представляет собой тонкий диск из прозрачного пластика - поликарбоната - толщиной 1,2 мм, диаметром 120 мм (стандартный)вес 16-18гр. или 80 мм (мини) . Ёмкость стандартного CD-R составляет 74 минуты аудио или 650 МБ данных.

Поликарбонатный диск имеет спиральную дорожку для направления луча лазера при записи и считывании информации. С той стороны, где находится эта спиральная дорожка, диск покрыт записывающим слоем, который состоит из очень тонкого слоя органического красителя и затем отражающим слоем из серебра , его сплава или золота . Этот отражающий слой покрывается защитным фотополимеризуемым лаком и отверждается ультрафиолетовым излучением . И уже на этот защитный слой наносятся различные надписи краской.

Чистый CD-R не является полностью пустым, на нём имеется служебная дорожка с сервометками ATIP - Absolute Time In Pregroove - абсолютное время в служебной дорожке. Эта служебная дорожка нужна для системы слежения, которая удерживает луч лазера при записи на дорожке и следит за скоростью записи (то есть следит, чтобы длина пита была постоянной). Помимо функций синхронизации, служебная дорожка также содержит информацию об изготовителе этого диска, сведения о материале записывающего слоя, длине дорожки для записи и т. п. Служебная дорожка не разрушается при записи данных на диск и многие системы защиты от копирования используют её для того, чтобы отличить оригинал от копии.

Методы записи

Чистые «болванки» CD-R имеют служебную дорожку с записанными данными. Эта дорожка содержит временны́е метки и используется при записи, чтобы луч лазера записывал по спиральной дорожке как и на обычных компакт дисках. Вместо печати питов как физических углублений в материале «болванки» как в случае CD, при записи CD-R данные записываются на диск лучом лазера повышенной мощности, чтобы физически «прожечь» органический краситель записывающего слоя. Когда краситель нагревается выше определённой температуры, он разрушается и темнеет, изменяя отражательную способность «прожжённой» зоны. Таким образом при записи, управляя мощностью лазера, на записывающем слое получают чередование тёмных и светлых пятен, которые при чтении интерпретируются как питы.

При чтении лазер имеет значительно меньшую мощность, чем при записи, и не разрушает краситель записывающего слоя. Отражённый от отражающего слоя луч попадает на фотодиод , а если луч попадает на тёмный - «прожжённый» - участок, то луч почти не проходит через него до отражающего слоя и фотодиод регистрирует ослабление светового потока. Во время чтения «болванка» в приводе крутится на шпинделе, а читающий луч остаётся неподвижным и направляется следящей системой на дорожку с данными. Чередующиеся светлые и тёмные участки дорожки порождают изменение светового потока отражённого луча и переводятся в изменение электрического сигнала, который далее и преобразуется в биты информации электрической системой привода - «декодируется».

Прожигание записывающего слоя является необратимым химическим процессом, то есть однократным. Поэтому записанную на CD-R информацию нельзя стереть, в отличие от CD-RW. CD-R, однако, можно записывать по частям, которые называют сессиями.

Существует несколько методов записи данных на CD-R:

Disc-At-Once, DAO (Диск за раз) - весь диск записывается одной сессией, от начала до конца без перерывов. Сначала на диск записывается специальная информация, обозначающая начало записи (англ. lead-in), после этого «прожигаются» данные, а затем диск «закрывается», то есть записывается специальная последовательнось битов, которая сообщает о невозможности добавления информации на эту «болванку» (англ. lead-out). Такой способ хорошо подходит для записи концертных выступлений «вживую», без пауз между песнями, а также в качестве мастер-дисков для последующего тиражирования на заводе.

Track-At-Once, TAO (Дорожка за раз) - данные пишутся по одной дорожке (сессии) за раз и оставляется «открытым» (то есть запись о «закрытии» диска не делается), что говорит о возможности дальнейшей записи информации на этот диск. Кроме того, это позволяет записывать аудио-диски с дополнительной «компьютерной» дорожкой. Аудио-диск сможет читаться на CD-плеере только после того, как будет записана таблица содержания (TOC - Table Of Content). После записи TOC добавление дорожек становится невозможным.

Packet Writing(Пакетная запись) - не очень распространённый вид записи, при котором диск «форматируется» и в дальнейшем на него можно записывать данные или делать ранее записанные данные «невидимыми», то есть такой CD-R становится похожим на диски с произвольным чтением и записью. Однако при любом изменении данных (удаление, запись, изменение) на диске необходимо записывать дополнительные пакеты, и после того как все пакеты будут записаны, диск станет недоступным для дальнейших изменений - только для чтения. Поддерживается не всеми приводами, что приводит к проблемам совместимости.

Session-At-Once, SAO (Сессия за раз) - режим SAO применяется при записи форматаCD-Extra . При использовании данного формата, на диске возможна запись как аудио-информации (CD-DA), так и программной части. При записи сначала «прожигаются» аудио-треки, а затем данные.

Multisession(Мультисессия) - режим записи, позволяющий в дальнейшем добавлять информацию на диск. Каждая сессия содержит информацию начала сессии (lead-in), затем данные и информацию о конце сессии (lead-out). При записи в режиме мультисессии, информация о структуре предыдущих записей копируется в новую сессию и может быть отредактирована. Таким образом, пользователь может уничтожить информацию о структуре уже ненужных или устаревших записей, не включив её в новую таблицу содержания (TOC - Table Of Content). Есть возможность «стирать» ненужную ему информацию с компакт-диска, хотя на самом деле физически она продолжает оставаться на CD диске. Информация может быть восстановлена с помощью специального программного обеспечения.

Технология CD-RW (Compact Disc-Rewritable , Перезаписываемый компакт-диск) - разновидность компакт-диска (CD), разработанный в 1997 году для многократной записи информации.

Технические детали: CD-RW является дальнейшим логическим развитием записываемого лазерного компакт-диска CD-R, однако, в отличие от него, позволяет многократно перезаписывать данные. Этот формат был представлен в 1997 году и в процессе разработки назывался CD-Erasable (CD-E, Стираемый Компакт-Диск). CD-RW во многом похож на своего предшественника CD-R, но его записывающий слой изготавливается из специального сплава халькогенидов, который при нагреве выше температуры плавления переходит из кристаллического агрегатного состояния в аморфное. Фазовые переходы между различными состояниями вещества всегда сопровождаются изменением физических параметров среды. Нормальным состоянием твердых тел и основным в окружающей нас природе является кристаллическое. В этом отношении аморфные тела - редкость, так как стеклообразное (аморфное) состояние реализуется только при затвердевании переохлажденного расплава. От других аморфных состояний стекла отличаются тем, что процессы перехода расплав - стекло и стекло - расплав обратимы. Эта их особенность чрезвычайно важна для создания реверсивных носителей оптической записи, то есть обеспечивающих многократную перезапись. Основным условием образования стекловидных состояний, в том числе металлов, является охлаждение, настолько быстрое, что атомы не успевают занять отведенные им места в кристаллических ячейках и «замирают» как попало, когда тепловая релаксация атомов сопоставима или становится меньше межатомных расстояний. При толщине активного слоя оптического диска в 0,1 мкм создать условия для сверхбыстрого охлаждения не трудно. Полный цикл: запись - многократное воспроизведение - стирание - новая запись выглядит следующим образом. Подогревая лазером, рабочий слой оптического диска, находящийся в кристаллическом состоянии, переводят в расплав. За счет быстрой диффузии тепла в подложку расплав быстро охлаждается и переходит в фазу стекла. Считывание производится при пониженной интенсивности излучения лазера, не влияющей на фазовые переходы. Для новой записи необходимо вернуть рабочий слой в исходное кристаллическое состояние. Для этого используется двухступенчатая модуляция (короткий мощный импульс для расплава активного слоя и длинный импульс для постепенного охлаждения вещества) мощности лазера. Перегрев замедлит процесс диффузии тепла и создаст условия для возврата в кристаллическую фазу. Активный слой обычно изготовляют из халькогенидного стекла- сплава серебра (Ag), индия (In), сурьмы (Sb) и теллура (Te).

Современные CD-RW диски позволяют перезаписывать информацию порядка 1000 раз.

DVD (ди-ви-ди́, англ. Digital Versatile Disc - цифровой многоцелевой диск) - носитель информации в виде диска, внешне схожий с компакт-диском, однако имеющий возможность хранить бо́льший объём информации за счёт использования лазера с меньшей длиной волны, чем для обычных компакт дисков.

Отличия DVD от обычных CD-ROM: Самое основное отличие - это, естественно, объем записываемой информации. Если на обычный CD-диск можно записать 640 Мб (хотя в последнее время встречаются болванки и на 800 Мб, но далеко не все приводы смогут прочитать то, что записано на таком носителе), то на один DVD-диск влезет от 4,7 до 17 Гб.

В DVD используется лазер с меньшей длиной волны, что позволило существенно увеличить плотность записи, а кроме того, DVD подразумевает возможность двухслойной записи информации, то есть на поверхности компакта находится один слой, поверх которого наносится еще один, полупрозрачный, и первый считывается сквозь второй параллельно. В самих носителях тоже отличий больше, чем кажется на первый взгляд.

Из-за того, что плотность записи существенно возросла, а длина волны стала меньше, изменились и требования к защитному слою - для DVD он составляет 0,6 мм против 1,2 мм у обычных CD. Естественно, что диск такой толщины будет значительно более хрупким, по сравнению с классической болванкой.

Поэтому еще 0,6 мм обычно заливаются пластиком с двух сторон, чтобы получились те же 1,2 мм. Но самый главный бонус такого защитного слоя в том, что благодаря его малому размеру на одном компакте стало возможным записывать информацию с двух сторон, то есть удваивать его емкость, при этом оставляя размеры практически прежними.

Виды DVD дисков.

Однослойные DVD (DVD-5). Это самый простой и самый распространенный вид DVD. По своей внутренней структуре диски напоминают обычные CD. Они содержат один информационный слой, на который помещается 4.7Gb информации (отсюда и название - DVD-5). Это почти в 7 раз больше объема стандартного CD.

Двуслойные DVD (DVD-9). Эти диски устроены значительно сложнее, чем DVD-5. Они содержат два информационных слоя. Лазерный луч считывающего устройства, фокусируясь на разной глубине диска, в состоянии получить доступ к обоим слоям. Суммарный объем помещающейся на двух слоях информации составляет 8.5Gb (отсюда и название - DVD-9). Это более, чем в 12 раз больше объема стандартного CD. Технология штамповки этих дисков, хотя по своей сути такая же, тем не менее значительно сложнее технологии штамповки CD или DVD-5. В двух разных кусках пластика при помощи двух разных матриц (стамперов) выпрессовываются два информационных слоя, которые покрываются определенными промежуточными слоями, а после этого склеиваются. Помимо необходимости изготовления второй матрицы, само используемое оборудование также значительно сложнее и дороже, чем оборудование для штамповки однослойных дисков. Поэтому диски DVD-9 существенно дороже дисков DVD-5. Что касается записи на болванках, то этот вид оптических носителей, стремительно набирает популярность.

Двусторонние DVD (DVD-10). Двусторонние диски - это не что иное, как два диска DVD-5, склеенные между собой нерабочими поверхностями (естественно, с соответствующей корректировкой толщины пластика, чтобы диск DVD-10 получился аналогичной толщины, что и DVD-5). Суммарный объем, помещающейся на обе стороны диска DVD-10, информации в точности равен удвоенному объему DVD-5, т.е. 9.4Gb (отсюда и название - DVD-10). Это почти в 14 раз больше объема стандартного CD. Как и при штамповке DVD-9, для диска DVD-10 необходимо изготовить две матрицы (стампера) и совершить два цикла штамповки с этих матриц, поэтому стоимость DVD-10 и DVD-9, как правило, одинаковая. Несмотря на все минусы (необходимость переворачивать компакт-диск в ручную, невозможность нанесения полноценного изображения), этот вид оптических носителей отлично подходит для записи методом нарезки (благодаря большой емкости, при относительно недорогой цене болванки).

Двусторонние двуслойные DVD (DVD-18). Двусторонние двуслойные диски - два диска DVD-9, склеенные между собой нерабочими поверхностями (по аналогии с DVD-10). Суммарный объем информации, помещающейся на обе стороны диска DVD-18, равен 17Gb!

Новые форматы:

Blu - ray Disc , BD (англ.blue ray - голубой луч и disc - диск) - формат оптического носителя, используемый для записи и хранения цифровых данных, включаявидео высокой чёткостис повышенной плотностью. Стандарт Blu-ray был совместно разработан консорциумомBDA.

Blu-ray (букв. «голубой-луч») получил своё название от использования для записи и чтения коротковолнового(405нм) «синего» (технически сине-фиолетового)лазера. На международной выставке потребительской электроники Consumer Electronics Show (CES), которая прошла в январе2006 года, было объявлено о том, что коммерческий запуск формата Blu-ray пройдёт весной 2006 года.

Защита Blu-ray была взломана 20 января 2007 года. В ответ на это Ассоциация BDA ускорила время выпуска BD-Plus (Blu-Disc +), который был взломан в сентябре 2008 года

HD DVD (англ.High-Density DVD - DVD высокой ёмкости) - технология записи оптических дисков, разработанная компанией Toshiba,NECиSanyo. HD DVD (как иBlu-ray Disc) использует диски стандартного размера (120 миллиметров в диаметре) и голубой лазер сдлиной волны405нм.

19 февраля2008 годакомпания Toshiba объявила о прекращении поддержки технологии HD DVD в связи с решением положить конец войне форматов

Однослойный диск HD DVD имеет ёмкость 15 GB , двухслойный - 30 GB. Toshiba также анонсировала трёхслойный диск, который может хранить до 45 GB данных. Это меньше, чем ёмкость основного соперника Blu-ray , который поддерживает 25 GB на один слой и 100 GB на четыре слоя. Оба формата используют одни и те же методики сжатия видео: MPEG-2 , Video Codec 1 (VC1, базируется на формате Windows Media 9) и H.264 . Важным фактором привлекательности HD DVD по сравнению с Blu-ray является также тот факт, что большая часть оборудования для производства DVD может быть переоснащена для производства HD DVD, так как использует ту же технологию производства.

Кинокомпания Warner Bros, принадлежащая американской медиакомпании Time Warner Inc., объявила о том, что откажется от формата HD DVD в пользу конкурирующей технологии Blu-ray

Война форматов

Противостояние двух форматов HD DVD и Blu-ray , неофициально названное «Война форматов» разрешилась в пользу последнего. Компания Toshiba (основной сторонник HD DVD) официально отказалась от данного формата и прекращает его производство. Важным аргументом в этом споре выступило то, что ряд голливудских киностудий и, в частности, Warner Bros отказались от формата HD DVD в пользу Blu-ray.

Министерство образования Республики Беларусь

ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ ЯНКИ КУПАЛЫ

Реферат на тему:

Структура

компакт диска

по предмету “Системное программное обеспечение”

подготовил студент математического

факультета 5группы 2курса

КрижакАлександр Станиславович

Преподаватель Ливак Елена Николаевна

Гродно 2003

Введение

Компакт-диски (CD-ROM), изначально разработанные для любителей высококачественного звучания, прочно обосновались теперь на рынке компьютерных устройств. Благодаря своим малым размерам, большой емкости, надежности и долговечности они с успехом применяются в качестве устройств внешней памяти.

Музыкальные оптические компакт-диски пришли на смену виниловым ("грампластинкам") в 1982 году примерно в то же время, когда появились первые персональные компьютеры фирмы IBM. Двумя гигантами электронной промышленности - японской фирмой Sony и голландской Philips был разработан специальный стандарт, известный как "Красная Книга" (Red Book), согласно которому компакт-диск должен быть рассчитан всего на 74 минуты звучания, а точнее на 74 минуты и 33 секунды. Когда 74 минуты пересчитали в байты, то получилось как раз 640 Мбайт.

Две вышеназванные фирмы сыграли также ведущую роль при разработке первой спецификации цифровых компакт-дисков - так называемой "Желтой Книги" (Yellow Book). Она послужила основой для создания компакт-дисков с комплексным представлением информации, то есть способных хранить не только звуковые, но также текстовые и графические данные (CD-Digital Audio, CD-DA). Вторым стандартом для цифровых компакт-дисков стала спецификация HSG (High Sierra Group), или просто High Sierra. Этот документ был предложен основными производителями цифровых компакт-дисков с целью обеспечить хотя бы некоторую совместимость. Данная спецификация определяла уже как логический, так и файловый форматы компакт-дисков.

Принятый несколько позже международный стандарт ISO 9660 для цифровых компакт-дисков в принципе совпадал с основными положениями HSG. Заметим, что все компакт-диски, соответствующие требованиям стандарта ISO 9660, который определяет их логический и файловый форматы, являются совместимыми друг с другом. В частности, этот документ определяет, каким образом найти на компакт-диске его содержание Volume Table Of Contents (VTOC ).

Физическая структура компакт-диска

В структуре компакт диска можно выделить четыре основных слоя (пятый - изображение, нанесенное на поверхность диска), наносимых поэтапно.

Пойдем по пути изготовления диска. Изначально изготавливается пластмассовая основа диска - поликарбонат (Е), которая составляет основную часть CD-R и придает ему необходимую прочность и форму. Далее, на готовую пластмассовую форму наносится активный слой (D) (dye). Именно этот слой позволяет осуществлять запись на диск и определяет его надежность и качество считывания информации в дальнейшем (в простых CD - ROM дисках данный слой отсутствует, а запись необходимой информации происходит непосредственно на предприятии-изготовителе). На сегодняшний день широко используется два типа активного слоя: цианин и фталоцианин.

После того, как на поликарбонатовую заготовку был нанесен dye, диск покрывается специальным слоем светоотражающего материала (C). В обычных CD-ROM для этой цели применяется алюминий, в CD-R дисках же применяется чистое серебро, позволяющее добиться 65-80%-го коэффициента отражения.

Завершающим этапом изготовления диска является нанесение защитного слоя (В), на который в дальнейшем возможно нанесение изображений (А). Наиболее распространенным и простым в изготовлении защитным слоем является специальный лак. Лакировка диска не дает 100%-ной гарантии сохранности данных при воздействии внешних механических или химических воздействиях. Тем не менее, многие китайские "производители" часто экономят на лаке, либо наносят его так, что на диске образуются концентрические разводы в виде волн, что свидетельствует либо о неправильно рассчитанной скорости нанесения, либо о неправильном режиме сушки, что делает диски практически беззащитными от влияния внешних воздействий.

Формат компакт-диска

Все CD - ROM имеют один и тот же физический формат изготовления и емкость 650 Мбайт. Диск диаметром 120 мм, толщиной 1,2 мм и центральным отверстием диаметром 15 мм. Центральная область вокруг отверстия шириной 6 мм называется зоной крепления ( Clamping ). После нее расположена калибровочная ( Program Calibration ) зона. Она используется в CD - R дисках для настройки мощности лазера записывающим устройством. Область регистрации ( Program Memory ) также имеется только в записываемых дисках. Сюда временно записываются координаты начала и конца каждого трека при извлечении диска из записывающего устройства без закрытия сессии. За ней непосредственно следует заголовочная область ( Lead - in ), содержащая оглавление диска ( TOC - Table Of Content ), -- кольцо шириной 4 мм (диаметр 46-50 мм) ближе к центру диска (до 4500 секторов, 1 минута, 9 MB). Состоит из 1 дорожки (Lead-in Track). Содержит TOC (абсолютные временные адреса дорожек и начала выводной области, точность - 1 секунда). Далее расположена область шириной 33 мм, предназначенная для хранения данных и физически представляющая собой единый трек. Завершающей является терминальная область ( Lead - out )шириной 1 мм. Кроме того, имеется также внешний (защитный) обод диска шириной 3 мм.

Область хранения данных логически может содержать от 1 до 99 треков, однако разнородная информация не может быть смешанна на одном треке. Цифровая информация хранится на CD - ROM в виде чередующихся по ходу спирали ямок, нанесенных на поверхность полиуглеродного пластика. Ямка воспринимается лучом лазера как логический ноль, а гладкая поверхность как логическая единица.

Каждый байт данных (8 бит) кодируется 14-битным символом на носителе (кодировка EFM). Символы отделяются 3-битными промежутками, выбираемыми так, чтобы на носителе не было более 10 нулей подряд.

Из 24 байтов данных (192 бита) формируется кадр (F1-frame), 588 битов носителя, не считая промежутков:

· синхронизация (24 бита носителя)

· символ субкода (биты субканалов P, Q, R, S, T, U, V, W)

· 12 символов данных

· 4 символа контрольного кода

· 12 символов данных

· 4 символа контрольного кода

При декодировании могут использоваться различные стратегии обнаружения и исправления групповых ошибок (вероятность обнаружения против надежности коррекции).

Последовательность из 98 кадров образует сектор (2352 информационных байта). Кадры в секторе перемешаны, чтобы уменьшить влияние дефектов носителя. Адресация сектора произошла от аудиодисков и записывается в формате A-Time - mm:ss:ff (минуты:секунды:доли, доля в секунде от 0 до 74). Отсчет начинается с начала программной области, т.е. адреса секторов вводной области отрицательные. Биты субканалов собираются в 98-битные слова для каждого субканала (из них 2 бита - синхронизация). Используются субканалы:

· P - маркировка окончания дорожки (min 150 секторов) и начала следующей (min 150 секторов).

· Q - дополнительная информация о содержимом дорожки:

o число каналов

o данные или звук

o можно ли копировать

o признак частотных предыскажений (pre-emphasis): искусственный подъем высоких частот на 20 дБ

o режим использования подканала

§ q-Mode 1: во вводной области здесь хранится TOC, в программной области - номера дорожки, адреса, индексы и паузы

§ q-Mode 2: каталоговый номер диска (тот же, что на штрих-коде) - 13 цифр в формате BCD (MCN, ENA/UPC EAN)

§ q-Mode 3: ISRC (International Standard Recording Code) - код страны, владельца, год и серийный номер записи

§ CRC-16

Последовательность секторов одного формата объединяется в дорожку (трек) от 300 секторов до всего диска. На диске может быть до 99 дорожек (номера от 1 до 99). Трек может содержать служебные области:

· пауза - только информация субканалов, нет пользовательских данных

· pre-gap - начало трека, не содержит пользовательских данных и состоит из двух интервалов: первый длиной не менее 1 секунды (75 секторов) позволяет "отстроиться" от предыдущего трека, второй длиной не менее 2 секунд задает формат секторов трека

· post-gap - конец трека, не содержит пользовательских данных, длиной не менее 2 секунд

Вводная цифровая область должна завершаться постзазором. Первый цифровой трек должен начинаться со второй части предзазора. Последний цифровой трек должен завершаться постзазором. Выводная цифровая область не содержит предзазора.

Существует множество стандартов и форматов компакт-дисков – в зависимости от назначения и производителей. Приведу для примера далеко не все существующие : Audio CD (CD-DA), CD-ROM (ISO 9660, mode 1 & mode 2), Mixed-mode CD, CD-ROM XA (CD-ROM eXtended Architecture, mode 2, form 1 & form 2), Video CD, CD-I (CD-Interactive), С D-I-Ready, CD-Bridge, Photo CD (single & multi-session), Karaoke CD, CD-G, CD-Extra, I-Trax, Enhanced CD (CD Plus), Multi-session CD, CD-Text, CD-WO (Write-Once).

Файловая структура CD -ROM

Инициирующая дорожка данных на компакт-диске начинается со служебной области, необходимой для синхронизации между приводом и диском. Далее расположена системная область, которая содержит сведения о структурировании диска. В системной области находятся также директории данного тома с указателями или адресами других областей диска. Существенное различие между структурой компакт-диска и, например, дискетой заключается в том, что на CD системная область содержит прямой адрес файлов в поддиректориях, что должно облегчить их поиск.Международный стандарт ISO 9660 описывает файловую систему на CD-ROM. ISO 9660 первого уровня напоминает файловую систему MS-DOS: имена файлов могут содержать до восьми символов, расширение имени файла (состоящее из трех символов) отделяется от имени файла точкой. Имена файлов не могут содержать специальных символов ("-", "~", "=", "+"). При именовании файлов используются символы только верхнего регистра, цифры и символ "_". Имена каталогов не могут иметь расширений. Каждый файл имеет версию - номер версии отделяется от расширения символом ";". Каталоги могут иметь глубину вложенности 8. Стандарт ISO 9660 второго уровня позволяет использовать в именах файлов до 32 символов, накладывая описанные выше ограничения. Диски, созданные с использованием такого стандарта, не могут использоваться в ряде операционных систем, включая и MS-DOS.

Отметим, что для большинства компакт-дисков вся хранимая впоследствии на них информация заносится за один технологический цикл, или сеанс (single session). Как уже говорилось оглавление диска, то есть указатель того, где и как на нем хранится информация, содержится в VTOC. Однако после того как появилась технология позволяющая дописывать информацию на специальные (дописываемые) CD-ROM, речь пошла уже о многосеансовых компакт-дисках и соответствующих приводах (multi session).

Основными элементами файловой структуры CD-ROM являются:

· первичный дескриптор тома (PVD - Primary Volume Descriptor); он всегда находится в шестнадцатом секторе сеанса и содержит ссылки на таблицу путей (PT - Path Table) и корневой каталог (RD - Root Directory);

· таблица путей (PT) содержит адреса каталогов (DF - Directory Files).

Если файловая структура охватывает более одного сеанса, то ссылки из корневого каталога последующих сеансов включают в себя ссылки на каталоги предыдущих сеансов и таким образом каталоги предшествующих сеансов становятся доступными в последующих сеансах. На этом базируется возможность обновления файлов. Несмотря на невозможность стирания, эффект "перезаписи" сохраняется для пользователя: это достигается путем перезаписи в последующем сеансе каталогов, содержащих ссылки на замещаемый файл. Файл, разумеется, также записывается в последующем сеансе, и в новую редакцию каталога включается ссылка на него. При стандартном доступе к файлам будут использоваться ссылки из корневого каталога последнего сеанса, и файл будет выглядеть обновленным, хотя возможность доступа к предшествующей версии при помощи специальной ссылки сохранится.

Возможен также вариант, когда записываемый позже сеанс является независимым, в этом случае ссылки на сеансы будут аналогичны ссылкам на различные разделы физического диска. Для нормальной работы файловой системы с CD-R весьма желателен накопитель, "понимающий" многосеансовые диски. Проверить, обладает ли накопитель такими способностями, легко - достаточно посмотреть каталог многосеансового диска: примитивный проигрыватель "увидит" только каталоги и файлы первого сеанса.

Как видим, форматы записи оказываются довольно тесно связанными с устройством накопителя CD-ROM.

CD - RW диски

Термином CD - RW обозначают сравнительно новый тип записываемых дисков, поступивших в широкую продажу в 1997 году. В отличие от CD - R дисков (т.е. дисков на которые информацию можно только дозаписывать), CD - RW диски позволяют не менее 1000 раз частично или полностью стирать/перезаписывать информацию. Основной принцип перезаписи основан на том, что вещество, используемое в качестве рабочего слоя может находится в одном из двух устойчивых состояний - кристаллическом или аморфном, соответственно пропускающем луч лазера до отражающего слоя и обратно или же рассеивающем свет.

Если вещество находится в первом (кристаллическом состоянии), то считывающий луч лазера беспрепятственно проходит сквозь рабочий слой, отражается от отражающего слоя и в итоге попадает на фотоприемник, что соответствует логической "1". Если же вещество находится в аморфном состоянии, луч рассеивается, не попадая в итоге на фотоприемник, что соответствует логическому "0".

Для перевода вещества из одного состояния в другое используютсяспециальные режимы нагрева и охлаждения лазерным лучом. Вначале вещество нагревается до высшей температуры T 1,при этом оно теряет свою структуру, локально в точке фокусировки луча лазера становясь аморфным; если затем полностью выключить лазера, т.е. произвести резкое охлаждение T 1 >> T комн. , то вещество остывая так и останется в аморфном состоянии. Если же лазер не выключить, а только уменьшить его мощность и полностью выключить только через какое-то время, то за счет 2-ух ступенчатого охлаждения T 1 >> T 2 >> T комн., вещество рабочего слоя успевает кристаллизоваться.

Заключение

Существующие сегодня CD-ROM "родились" от аудиодисков, технологическая готовность выпуска которых существует уже более 15 лет. За это время возникли и новые технологические возможности, и достаточный рынок для создания устройства, ориентированного на эффективное хранение данных, и удобные средства доступа к ним. Возможности формата, основанного на Красной книге, почти исчерпаны (одно только хранение оглавления в Q-фрейме подканала при пустующих секторах рубит под корень возможности использования небольших сеансов). Естественно, что мир стремится к созданию более современных CD. Такие CD давно ждут на рынке, для них не только придумали название (High Density Compact Disk - HD CD), но и успели поменять его на MMCD (Multi Media CD). Ожидается, что за счет уменьшения длины волны считывающего лазера удастся уменьшить размеры пита и расстояние между дорожками. В совокупности с улучшением структуры хранении информации и более современными средствами коррекции ошибок, возможно, удастся достичь емкости 3,7 ГБ на диск. Еще большую емкость обещает мультиповерхностная технология, при которой запись осуществляется на нескольких (для начала на двух) слоях, расположенных один над другим. Выбор считываемого слоя обеспечивается фокусировкой луча именно на нем, а чрезвычайно короткофокусная оптика позволяет уменьшить помеху от другого слоя до приемлемой величины.

Таким образом,компакт-диски прочно укоренились в нашей жизни,т.к. являются пока самыми универсальными носителями информации в современном информационном мире, и подробный осмотр структуры этих устройств является неотъемлимой частью при изучении этой загадочной компьютерной Вселенной.

Литература

1. http:// referat 2000. bizforum . ru / komp /25. htm

2. http :// www . ixbt . com / storage / cdr . shtml

3. http :// blhard . narod . ru / books / cd . html

4. http :// referat . ru / document /12944

5. http :// www . comizdat . com /3/4/90/363/378/

6. http :// www . transelectro . ru / glossary / cdrw . html

2011-05-03T00:55

Все права в отношении данного текста принадлежат автору. При воспроизведении текста или его части сохранение Copyright обязательно. Коммерческое использование допускается только с письменного разрешения автора.

Как устроен компакт-диск?

Конструкция диска CD-DA (Compact Disk - Digital Audio, компакт-диск - цифровой звук) и способ записи звука на нем описывается стандартом предложивших его фирм Sony и Philips, изданным в 1980 году под названием Red Book (Красная Книга).
Стандартный компакт-диск (CD) состоит из трех слоев: основы, отражающего и защитного. Основа выполнена из прозрачного поликарбоната, на котором методом прессования сформирован информационный рельеф. Поверх рельефа напыляется металлический отражающий слой (алюминий, золото, серебро, другие металлы и сплавы). Отражающий слой покрывается сверху защитным слоем поликарбоната или нейтрального лака - так, чтобы вся металлическая поверхность была защищена от контакта со внешней средой. Общая толщина диска - 1.2 мм.
Информационный рельеф диска представляет собой непрерывную спиральную дорожку, начинающуюся от центра и состоящую из последовательности углублений - питов (pits). Промежутки между питами носят название lands. Чередованием питов и промежутков различной длины на диске записывается закодированный цифровой сигнал: переход от промежутка к питу и наоборот обозначает единицу, а длина пита или промежутка - длину серии нулей. Расстояние между витками дорожки выбирается от 1.4 до 2 мкм, стандарт определяет расстояние в 1.6 мкм.

Каким образом на диске представляется звуковой сигнал?

Исходный стереофонический звуковой сигнал подвергается оцифровке в 16-разрядные отсчеты (линейное квантование) с частотой дискретизации 44.1 кГц. Полученный цифровой сигнал носит название PCM (Pulse Code Modulation - импульсно-кодовая модуляция, ИКМ), так как каждый импульс исходного сигнала представляется отдельным кодовым словом. Каждые шесть отсчетов левого и правого каналов оформляются в первичные кадры, или микрокадры, размером 24 байта (192 бита), поступающие со скоростью 7350 штук в секунду, которые подвергаются кодированию при помощи двухуровневого кода CIRC (Cross Interleaved Reed-Solomon Code - избыточный код Рида-Соломона с перекрестным перемежением) по схеме: перемежение с задержкой на 1 байт, кодирование уровнем C2, перекрестное перемежение с переменной задержкой, кодирование уровнем C1, перемежение с задержкой на 2 байта. Уровень C1 предназначен для обнаружения и коррекции одиночных ошибок, C2 - групповых. В результате получается блок длиной 256 бит, данные в котором снабжены разрядами обнаружения и коррекции ошибок, и к тому же "размазаны" до блоку, что приводит к записи смежных звуковых данных в физически несмежных областях диска и снижает влияние ошибок на отдельные отсчеты.
Код Рида-Соломона имеет избыточность 25% и позволяет обнаруживать до четырех ошибочных байтов и корректировать до четырех потерянных или двух ошибочных байтов. Максимальная длина полностью исправляемого пакета ошибок - около 4000 бит (~2.5 мм длины дорожки), однако не любой пакет такой длины может быть полностью исправлен.
После второго перемежения к каждому полученному блоку добавляются разряды субкодов - P, Q, R, S, T, U, V, W; каждый блок получает восемь субкодных битов. Затем каждые 98 блоков с субкодами оформляются в один сверхкадр длительностью 1/75 сек (объем чистых звуковых данных - 2352 байта), называемый также сектором, в котором субкоды первых двух блоков служат признаком синхронизации, а оставшиеся 96 разрядов каждого субкода образуют P-слово, Q-слово и т.д. На протяжении всей дорожки последовательность субкодных слов называют также субкодными каналами.
Слова или каналы субкодов используются для управления форматом записи, индикации фрагментов фонограммы и т.п. - например, канал P служит для пометки звуковых дорожек и пауз между ними (0 - пауза, 1 - звук), а канал Q - для пометки формата дорожек и секторов, записи оглавления TOC (Table Of Contents - таблица содержимого) и временнЫх меток, по которым отслеживается время воспроизведения. Канал Q может использоваться также для записи информации в ISRC (International Standard Recording Code - международный стандартный код записи), предназначенном для представления сведений о производителе, времени выпуска и т.п., а также - для разделения дорожки на отдельные фрагменты (всего на звуковом диске может быть до 99 звуковых дорожек, каждая из которых может включать до 99 фрагментов).
В конце концов оформленные таким образом кадры подвергаются канальному кодированию в терминах "пит - промежуток" с использованием избыточного кода 8/14 (Eight to Fourteen Modulation - EFM), в котором исходные байты кодируются 14-битными словами, повышающими разборчивость сигнала. Между словами вставляется по три связующих бита для соблюдения ограничений на количество смежных нулей и единиц, что облегчает демодуляцию и уменьшает постоянную составляющую сигнала. В результате из каждого первичного микрокадра получается 588 канальных битов, и полученный битовый поток записываются на диск со скоростью 4.3218 (588 x 7350) Мбит/с. Поскольку EFM-кодирование дает цифровой поток, в котором нулей больше, чем единиц, и была выбрана система представления единиц границами пита и промежутка, а количества нулей между единицами - длиной пита или промежутка соответственно.
В начале диска располагается так называемая вводная (lead-in) зона, содержащая информацию о формате диска, структуре звуковых программ, адресах фрагментов, названиях произведений и т.п. В конце записывается выводная (lead-out) зона (дорожка с номером AA), выполняющая роль границы записанной области диска; бит P-кода в этой зоне изменяется с частотой 2 Гц. Ряд бытовых проигрывателей не может опознать диск без этой зоны, однако многие могут обходиться без нее. Между вводной и выводной зонами записывается программная область (Program Memory Area - PMA), содержащая собственно звуковые данные. Программная область отделена от вводной зоны участком из 150 пустых блоков (2 секунды), играющим роль зазора (pre-gap).
Общая длительность записи на компакт-диске - 74 минуты, однако при уменьшении стандартного шага дорожки и расстояния между питами можно достичь увеличения времени записи - за счет снижения надежности считывания в стандартном дисковом приводе.

Как записываются и изготавливаются компакт-диски?

Основной способ изготовления дисков - прессование с матрицы. Оригинал формируется с исходной цифровой мастер-ленты, содержащей уже подготовленный и закодированный цифровой сигнал, специальным высокоточным станком на стеклянном диске, покрытом слоем фоторезиста - материала, изменяющего свою растворимость под воздействием лазерного луча. При обработке записанного оригинала растворителем на стекле возникает требуемый рельеф, который методом гальванопластики переносится на никелевый оригинал (негатив), который может служить матрицей при мелкосерийном производстве, либо основой для снятия позитивных копий, с которых, в свою очередь, снимаются негативы для массового тиражирования.
Штамповка выполняется методом литья под давлением: с негативной матрицы прессуется поликарбонатная подложка с рельефом, сверху напыляется отражающий слой, который покрывается лаком. Поверх защитного слоя обычно наносятся информационные надписи и изображения.
Диски с возможностью записи (CD-R, "болванки") изготавливаются таким же методом, но между основой и отражающим слоем располагается слой органического вещества, темнеющего при нагревании. В исходном состоянии слой прозрачен, при воздействии лазерного луча образуются непрозрачные участки, эквивалентные питам. Для облегчения слежения за дорожкой при записи на диске в процессе изготовления формируется предварительный рельеф (разметка), дорожка которого содержит метки кадров и сигналы синхронизации, записанные со сниженной амплитудой и впоследствии перекрываемые записываемым сигналом.
Записываемые диски за счет наличия органического фиксирующего слоя имеют более низкий коэффициент отражения, чем штампованные, отчего некоторые проигрыватели (Compact Disk Player - CDP), рассчитанные на стандартные алюминиевые диски и не имеющие запаса по надежности чтения, могут воспроизводить диски CD-R менее надежно, чем обычные.

Как воспроизводятся компакт-диски?

При воспроизведении звуковой компакт-диск вращается с постоянной линейной скоростью (Constant Linear Velocuty - CLV), при которой скорость дорожки относительно воспроизводящей головки приблизительно равна 1.25 м/с. Система стабилизации скорости вращения поддерживает ее на таком уровне, чтобы обеспечить скорость считанного цифрового потока равной 4.3218 Мбит/с, поэтому в зависимости от длины питов и промежутков действительная скорость может изменяться. Угловая скорость диска при этом изменяется от 500 об/мин при чтении самых внутренних участков дорожки до 200 об/м на самых внешних.
Для считывания информации с диска используется полупроводниковый лазер с длиной волны около 780 нм (инфракрасный диапазон). Луч лазера, проходя через фокусирующую линзу, падает на отражающий слой, отраженный луч попадает в фотоприемник, где происходит определение питов и промежутков, а также проверка качества фокусировки пятна на дорожке и его ориентации по центру дорожки. При нарушении фокусировки происходит перемещение линзы, работающей по принципу диффузора громкоговорителя (voice coil - звуковая катушка), при отклонении от центра дорожки - перемещение всей головки по радиусу диска. В сущности, системы управления линзой, головкой и шпиндельным двигателем в приводе являются системами автоматической регулировки (САР) и находятся в режиме постоянного слежения за выбранной дорожкой.
Полученный от фотоприемника сигнал в коде 8/14 демодулируется, в результате чего восстанавливается результат кодирования по CIRC с добавленными субкодами. Затем производится отделение субкодных каналов, деперемежение и декодирование CIRC на двухступенчатом корректоре (C1 - для одиночных ошибок и C2 - для групповых), в результате чего обнаруживается и исправляется большая часть ошибок, внесенных нарушениями при штамповке, дефектами и неоднородностью материалов диска, царапинами на его поверхности, нечетким определением пита/промежутка в фотоприемнике и т.п. В итоге поток "чистых" звуковых отсчетов направляется на ЦАП для преобразования в аналоговую форму.
В звуковых проигрывателях после корректора имеется также интерполятор различной сложности, приближенно восстанавливающий ошибочные отсчеты, которые не удалось исправить в декодере. Интерполяция может быть линейной - в простейшем случае, полиномиальной или с использованием сложных гладких кривых.
Для выполнения деперемежения любое CD-читающее устройство имеет буферную память (стандартный объем - 2 кб), которая заодно используется для стабилизации скорости цифрового потока. Для декодирования может использоваться несколько различных стратегий, в которых вероятность обнаружения групповых ошибок обратно пропорциональна надежности их коррекции; выбор стратегии отдается на усмотрение разработчика декодера. Например, для CD-проигрывателя с мощным интерполятором может выбираться стратегия с упором на максимальное обнаружение, а для CDP с простым интерполятором или привода CD-ROM - на максимальную коррекцию.

Каковы параметры звукового сигнала на CD?

Стандартные параметры оцифровки - частота дискретизации 44.1 кГц и разрядность отсчета 16 - определяют следующие теоретически вычисленные характеристики сигнала:
Диапазон частот: 0..22050 Гц
Динамический диапазон: 98 дБ
Уровень шума: -98 дБ
Коэффициент нелинейных искажений: 0.0015% (на максимальном уровне сигнала)

В реальных устройствах записи и воспроизведения CD верхние частоты нередко обрезаются на уровне 20 кГц для создания запаса по крутизне АЧХ фильтра. Уровень шума может быть как меньше 98 дБ в случае линейного ЦАП и шумного выходного усилителя, так и больше - в случае передискретизации на более высокой частоте с использованием ЦАП типа Delta-Sigma, Bitstream или MASH и малошумящих усилителей. Коэффициент нелинейных искажений сильно зависит от применяемого ЦАП выходных цепей и качества источника питания.
Динамический диапазон в 98 дБ определяется для CD, исходя из разницы между минимальным и максимальным уровнем звукового сигнала, однако на малом сигнале значительно возрастает уровень нелинейных искажений, отчего реальный динамический диапазон, внутри которого сохраняется приемлемый уровень искажений, обычно не превышает 50-60 дБ.

Что такое jitter?

Джиттер - быстрое по отношению к длительности периода дрожание фазы цифрового сигнала, когда нарушается строгая равномерность следования фронтов импульсов. Такое дрожание возникает из-за нестабильности тактовых генераторов, а также в местах выделения синхросигнала из комплексного сигнала методом PLL (Phase Locked Loop - петля с захватом фазы, или фазовая автоподстройка частоты - ФАПЧ). Такое выделение имеет место, например, в демодуляторе сигнала, считанного с диска, в результате чего образуется опорный синхросигнал, который путем коррекции скорости вращения диска "подгоняется" к эталонной частоте 4.3218 МГц. Частота синхросигнала, а следовательно - его фаза и фаза информационного сигнала - при этом непрерывно колеблются с различной частотой. Дополнительный вклад может вносить неравномерность расположения питов на диске, порожденная, например, некачественным прессованием или нестабильной записью.
Однако неравномерности сигнала с диска полностью компенсируются входным буфером декодера, так что любое дрожание и детонация, возникшие до помещения сигнала в буфер, на этом этапе уничтожаются. Выборка из буфера управляется стабильным генератором с фиксированной частотой, однако таким генераторам тоже присуща определенная, хотя и гораздо меньшая, нестабильность. В частности, она может быть вызвана помехами по цепям питания, которые, в свою очередь, могут возникать в моменты срабатывания САР и коррекции скорости диска или положения головки/линзы. На дисках низкого качества эти коррекции происходят чаще, давая ряду экспертов повод напрямую связывать стабильность выходного сигнала с качеством диска, хотя на самом деле причиной является недостаточно хорошая развязка систем CDP.

Что означают аббревиатуры AAD, DDD, ADD?

Буквы этой аббревиатуры отражают формы звукового сигнала, использованные при создании диска: первая - при исходной записи, вторая - при обработке и сведении, третья - конечный мастер-сигнал, с которого формируется диск. "A" обозначает аналоговую (analog) форму, "D" - цифровую (digital). Мастер-сигнал для CD всегда существует только в цифровой форме, поэтому третья буква аббревиатуры всегда "D".
И аналоговая, и цифровая формы сигнала имеют свои достоинства и недостатки. При записи и обработке сигнала в аналоговой форме наиболее полно сохраняются его "тонкие элементы", в частности - высшие гармоники, однако возрастает уровень шума и искажаются амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики (АЧХ/ФЧХ). При обработке в цифровой форме высшие гармоники принудительно обрезаются на половине частоты дискретизации, а часто и еще ниже, однако все дальнейшие операции выполняются с предельно возможной для выбранного разрешения точностью. Сигнал, прошедший аналоговую обработку, ряд экспертов оценивает, как более "теплый" и "живой", однако многие современные методы обработки сигнала приемлемо реализуются только в цифровом варианте.

Могут ли два одинаковых диска звучать по-разному?

Прежде всего, необходимо убедиться, что диски действительно содержат идентичный цифровой звуковой сигнал. Полное двоичное совпадение двух дисков на уровне конфигурации питов и промежутков практически невозможно за счет мелких дефектов материала и искажений при обработке матриц и прессовании, однако благодаря избыточному кодированию подавляющее большинство этих ошибок исправляется при декодировании, обеспечивая один и тот же цифровой поток "высокого уровня".
Сравнить цифровое содержимое дисков можно путем чтения их в приводе CD-ROM, поддерживающем режим Read Long или Raw Read - считывания "длинных секторов", которые на самом деле являются сверхкадрами CD-DA объемом 2352 байта каждый. Подробнее об этом можно прочитать в FAQ по CD-ROM или в руководстве к программам считывания звука (CD-DA Grabbers/Rippers). Сравнить диски можно также на студийной аппаратуре, умеющей читать диски в цифровом виде на DAT-магнитофон.
Причин для возникновения цифровых различий между похожими на слух дисками может быть несколько. Некоторые приводы CD-ROM и другие аппараты цифрового чтения CD-DA могут в целях недопущения прямого копирования вносить в сигнал малозаметные на слух искажения (например, применяя сглаживающие полиномы), а большинство приводов, поддерживающих команды чтения полных кадров, делают это неаккуратно и неточно. При изготовлении копий (перепечаток) звуковых дисков, особенно пиратским способом, они нередко копируются с передискретизацией на другую частоту (например, 48 кГц в DAT) с последующей передискретизацией на исходную, либо вовсе через аналоговый тракт с двойным преобразованием цифра/аналог. Ряд версий записывающих программ для CD-R также намеренно или случайно искажает исходные данные, так что копия не совпадает с оригиналом.
Надо отметить, что даже если цифровое содержимое двух дисков совпало при их сравнении в некоторой системе (CD-ROM, специальные устройства для сравнения оригинала/копии и т.п.), это вовсе не означает, что на том или ином CDP с них также будут декодироваться идентичные цифровые сигналы. Поэтому наиболее надежным способом выяснения причины различий в звуке будет использование CDP с цифровым выходом, с которого во время прослушивания обоих дисков ведется запись на какое-либо устройство хранения. Последующее цифровое сравнение полученных сигналограмм покажет, в каком месте проигрывателя в сигнал вносятся слышимые ухом изменения.
Разумеется, перед сравнением оригинала и копии таким способом необходимо убедиться в повторяемости результатов многократного считывания одних и тех же дисков. Различные цифровые сигналограммы в этом случае могут свидетельствовать о ненадежном считывании диска или плохой работе цифровых интерфейсов (приемник, передатчик, кабель, разъемы). Идентичность цифровых данных при повторных воспроизведениях нескольких дисков можно считать достаточным признаком надежности как самих дисков, так и систем считывания, декодирования и межмодульной передачи.
Слуховое сравнение звучания дисков должно быть корректным - наиболее признанным является двойной слепой тест (double-blind test). Суть метода состоит в том, что эксперт (слушатель) не должен видеть манипуляций с аппаратурой и производящего их человека, а сам этот человек, произвольным образом меняющий диски, не должен знать особенностей их содержимого. Таким образом максимально исключаются любые влияния, в том числе "тонкие" и неизученные, людей на аппаратуру и друг на друга, а мнение эксперта считается предельно непредвзятым.

Что такое HDCD?

High Definition Compatible Digital - "сверх-система" кодирования звука на CD, использующая стандартный формат CD-DA. Звуковой сигнал с более высокой разрядностью и частотой дискретизации подвергается цифровой обработке, в результате которой из него выделяется основная часть, кодируемая, как обычно, методом PCM, а дополнительная информация, уточняющая мелкие детали, кодируется в младших битах отсчетов (LSB) и маскируемых спектральных областях. При проигрывании диска HDCD на обычном CDP используется только основная часть сигнала, а при использовании специального CDP со встроенным декодером и процессором HDCD из цифрового кода извлекается вся информация о сигнале.

Как обращаться с компакт-дисками?

Избегая механического повреждения любой из поверхностей, попадания на диск органических растворителей и прямого яркого света, ударов и перегибов диска. Надписи на записываемых дисках допускается делать только карандашами или специальными фломастерами, исключая нажим и использование шариковых или перьевых ручек.
При извлечении диска из коробки следует остерегаться его перегиба. Один из удобных и безопасных методов требует участия двух рук - большой палец левой руки слегка нажимает на фиксатор, ослабляя его, в то время как другая рука снимает диск с фиксатора. Метод с использованием одной руки, когда указательный палец ослабляет фиксатор, а большой и средний снимают диск, требует более точного согласования усилий, без которого легко перегнуть диск или сломать лепестки фиксатора.
Загрязненный диск можно мыть теплой водой с мылом или неагрессивным поверхностно-активным веществом (шампунь, стиральный порошок), либо специально выпускаемыми жидкостями. Неглубокие царапины на прозрачном слое можно заполировать - полирующими пастами, не содержащими органических растворителей и масел, или обычной зубной пастой.

Что такое "зеленый фломастер" и зачем он нужен?

Многие пользователи и эксперты утверждают, что обработанный таким образом диск дает более чистое звучание в аппаратах высокого класса, приписывая это более точному считыванию цифровой информации с диска, который в своем исходном виде якобы не может быть достоверно считан в большинстве приводов. Однако тщательно выполненная система (привод и декодер) в состоянии правильно считывать не только необработанные диски, но и диски среднего качества, и даже слегка загрязненные и поцарапанные, поэтому возможные причины улучшения звучания следует искать не в диске. Наиболее вероятными объяснениями этого феномена представляются те же факторы, которые создают различное звучание совпадающих по цифровому содержимому экземпляров дисков.

Где найти более подробную информацию по компакт-дискам?

Эпоха компакт-дисков медленно, но верно уходит в прошлое. Сейчас большинство современных пользователей и знать не знают, и чем они отличаются от стандартных R и ROM. Для того чтобы понять, в чем разница, нужно вспомнить историю их создания. Только потом можно будет определить их главное отличие от классических компакт-дисков.

История развития оптических носителей CD

Первый компакт-диск был разработан компанией Philips. Именно они считаются пионерами в этой области. Сначала оптические диски имели довольно мало места для размещения данных. Изначальный объем такой "болванки" составлял 640 мегабайт. Но со временем он увеличился до 700. Первые оптические диски формата "компакт" имели название CD-R. Это означало, что на них можно было записать данные только один раз. Долгое время именно они использовались в качестве носителей. Однако шло время, технологии развивались, и очень скоро производители представили перезаписываемый компакт-диск CD-RW. Эта аббревиатура (RW) пошла от английского слова Rewritable (с возможностью перезаписи). Такие оптические носители стали нереально популярными среди пользователей. Сама идея многоразовой записи на диск казалась невероятной. Но был один минус. Скорость записи на такие носители была ну очень маленькой. Если стандартный диск R записывался со скоростью х53, то диски RW Classic требовалось писать со скоростью х6. Но это продолжалось недолго, так как стандартные компакт-диски скоро вышли из моды.

Появление DVD

Упадок классических "компактов" напрямую связан с появлением нового формата - DVD-R. Эти оптические накопители отличались гигантским объемом (по сравнению с CD). Они могли уместить в себе 4,5 гигабайта информации. Это был прорыв. Как положено, некоторое время спустя после успешного старта классических ДВД, появились DVD-RW-диски, позволяющие записывать на тот или иной носитель несколько раз. И такое решение стало невероятно популярным.

Диски ДВД использовались практически везде: на них записывали программы, операционные системы, фильмы и прочую информацию. Даже музыку в форматах без потери качества писали именно на ДВД-болванки. И в этом плане DVD-RW-диски выглядели наиболее универсальным решением. А вскоре появились двухслойные ДВД, которые вмещали почти 10 гигабайт информации. Вот это было действительно прорывом. Долгое время ДВД использовались повсеместно. Были выпущены и специальные проигрыватели. Они умели читать и RW, поэтому пользователи записывали на них несколько фильмов сразу. А когда они надоедали - перезаписывали. Так продолжалось довольно долго. Но и эпохе ДВД пришел конец.

Эра Blu-Ray

На смену классическим и двухслойным ДВД-дискам пришли Blu-Ray-носители. Они отличались повышенной емкостью. На один такой диск помещалось около 25 гигабайт информации. Это очень много. Примерно в то же время появились и форматы HD-видео. Фильмы в таком формате отлично умещались на BD. Это и определило область применения таких оптических носителей - киноиндустрия.

Действительно, держать библиотеку на BD было как-то неправильно. Тем более что в это же время стремительными скачками развился интернет и появились USB-накопители большого объема. Диски стали никому не нужны, лишь BD еще держались на плаву. И то только благодаря тем, кто любит смотреть фильмы в максимальном качестве в домашнем кинотеатре. Со временем (как и положено) появились двухслойные BD- и BD-RW-диски. Последние позволяли перезаписывать на себя информацию. Но учитывая объем Blu-Ray-носителя и низкую скорость записи на RW, такой вариант не обрел популярности. По сей день BD-RW остается лишь занятной технологией. Но не более того.

В настоящее время переосмысляется и актуальность технологии Blu-Ray. Появились новые разрешения видео - 2К и 4К. А они требуют гораздо больше места и на классическую "болванку" BD ни за что не влезут. Вероятно, скоро и эра Blu-Ray успешно завершится. Но это уже совсем другая история.

Заключение

Итак, мы рассказали об особенностях RW-дисков и рассмотрели историю развития оптических носителей. Классические компакт-диски уже используются исключительно в музыкальной индустрии. О ДВД давно уже никто не слышал. Сейчас правит бал технология Blu-Ray. Но судя по последним тенденциям в мире мультимедийных развлечений, дни вышеописанной технологии сочтены. Возможно, сейчас производители разрабатывают новый тип оптических носителей. Но о том, что будет дальше, мы расскажем как-нибудь в следующий раз...