Строение CD.

Строение DVD.

Правила эксплуатации компакт-дисков.

Привод CD/DVD.

В конце 1970-х годов компании Sony и Philips начали совместную разработку единого стандарта оптических носителей информации. Philips создала лазерный проигрыватель, а Sony разработала технологию записи на оптических носителях информации. По предложению корпорации Sony размер диска был равен 12 см, так как данный объем позволял записать целиком Девятую симфонию Бетховена. В 1982 году в документе, названном Red Book (Красная книга), был опубликован стандарт обработки, записи и хранения информации на лазерных дисках, а также физические параметры диска.

Примечание.

Существует легенда, что документ Red Book (Красная книга) назвали так из-за обложки, в которой его хранили. Все дальнейшие стандарты компакт-дисков получили названия книг разных цветов: Yellow Book (Желтая книга), Orange Book (Оранжевая книга), White Book (Белая книга), Blue Book (Синяя книга), Green Book (Зеленая книга).

В стандарте Red Book (Красная книга) были определены следующие параметры.

Физический размер диска.

Структура диска и организация данных.

Примечание.

Все данные на диске разделены на фреймы (frames). Каждый фрейм состоит из 192 бит для музыки, 388 бит для данных модуляции и коррекции ошибок и одного контрольного бита. 98 фреймов составляют один сектор (sector). Секторы объединяются в дорожку (track). На диске может быть записано максимум 99 дорожек.

Запись данных единым потоком от центра к периферии.

Чтение данных с постоянной линейной скоростью (Constant Linear Velocity, CLV).

Примечание.

Во время записи и считывания информации при перемещении луча лазера от центра к периферии скорость вращения диска уменьшается. Это необходимо для обеспечения возможности считывать и записывать один и тот же объем информации за одно и то же время. Поэтому без применения технологии CLV при воспроизведении, например музыкальных произведений, происходило бы изменение скорости исполнения.

Из-за относительно небольшого размера лазерных дисков по сравнению с виниловыми пластинками их стали называть компакт-дисками, или сокращенно CD (Compact Disk). Первые компакт-диски предназначались для записи и воспроизведения музыки (собственно говоря, они для этого и создавались) и позволяли хранить до 74 минут высококачественного стереозвука. Стандарт таких дисков был назван CD-DA (Compact Disk Digital Audio – компакт-диск цифрового аудио).

С развитием компьютерной индустрии появилась потребность в технологии, позволяющей хранить на компакт-дисках не только цифровой звук, но и различные данные. Компьютерные программы не могли поместиться на дискетах, а объемы пользовательских файлов становились все больше и больше.

В 1984 году был опубликован стандарт, названный Yellow Book (Желтая книга). Компании Sony и Philips реорганизовали структуру компакт-дисков и стали применять новые коды коррекции ошибок – EDC (Error Detection and Correction) и ECC (Error Correction Code). Основной единицей размещения данных стал сектор. Один сектор содержит: 12 байт для синхронизации, 4 байта для заголовков, 2048 байт для данных пользователя и 288 байт для коррекции ошибок.

Для считывания компьютерных данных была разработана технология CAV (Constant Angular Velocity – постоянная угловая скорость). Технология CAV позволяет считывать информацию с диска быстрее, чем технология CLV, так как при перемещении луча лазера от центра к периферии поток данных увеличивается. Современные приводы компакт-дисков поддерживают обе технологии.

Компьютерные лазерные диски были названы CD-ROM – Compact Disk ReadOnly Memory (дословно – «память только для чтения на компакт-дисках»). В конце 1990-х годов привод компакт-дисков стал стандартным компонентом любого компьютера и подавляющее большинство программ стали распространяться на компакт-дисках.

Потребительский рынок стремительно расширялся, объемы производства возрастали, и крупнейшие производители занялись разработкой технологии, позволяющей пользователю самостоятельно записывать любую информацию на компакт-диск. В 1988 году компанией Tajyo Yuden был выпущен первый в мире CD-R (Compact Disk Recordable – записываемый компакт-диск). Самой большой трудностью, с которой столкнулись разработчики записывающих приводов компакт-дисков, – это поиск материалов, имеющих высокую отражающую способность. Компания Tajyo Yuden с успехом справилась с поставленной задачей. Сплав золота и цианина, который они использовали для производства таких приводов, обладал отражающей способностью свыше 70 %. Этой же компанией был разработан метод нанесения активного органического слоя на поверхность диска, а также технология разделения диска на дорожки.

Компакт-диск (Compact Disk, CD) – это диск диаметром 120 мм (4,75 дюйма) или 80 мм (3,1 дюйма) и толщиной 1,2 мм. Глубина штриха равна 0,12 мкм, ширина – 0,6 мкм. Штрихи расположены по спирали, от центра к периферии. Длина штриха – 0,9–3,3 мкм, расстояние между дорожками – 1,6 мкм. Компакт-диски состоят из трех-шести слоев.

Для размещения пяти– и трехдюймовых дисков в лотке привода компакт-диска имеются специальные углубления – соответственно 5 и 3 дюйма.

Примечание.

В устной речи, а также в печати чаще всего употребляются округленные значения диаметра диска: вместо 4,75 дюйма – 5, вместо 3,1 дюйма – 3.

Стандартный пятидюймовый диск может содержать 650–700 Мбайт информации, 74–80 минут высококачественного стереозвука с частотой дискретизации 44,1 кГц и глубиной оцифровки 16 бит или огромное количество звука в формате MP3.

На трехдюймовые диски помещается около 180 Мбайт информации.

Иногда встречаются диски, называемые «визитной карточкой» (business card) (рис. 1.1). По внешнему виду и размеру они напоминают визитную карточку, а фактически являются трехдюймовыми дисками, обрезанными с двух сторон. На такой компакт-диск записывается от 10 до 80 Мбайт, в зависимости от степени обрезания краев диска.

Рис. 1.1. Компакт-диск «визитная карточка».

Основой диска, предназначенного для записи информации промышленным способом, служит прозрачный поликарбонат, на который наносят тонкий слой из сплава алюминия, затем покрывают его защитным слоем лака и наносят полиграфическое изображение (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Структура CD.

Диски DVD, DVD-R, DVD-RW, CD, CD-R, и CD-RW производятся различными фирмами: AMD, Amedia, Digitex, HP, Imation, MBI, Memorex, Philips, Smartbuy, Sony, TDK, Verbatim.

При покупке компакт-дисков следует обращать внимание на следующие тонкости.

Наличие потеков лака на гранях диска может вызвать дополнительную вибрацию и, как следствие, ошибки при считывании и записи данных.

При отсутствии добавочных слоев краски диск просвечивается, не стоит надеяться на продолжительный срок службы такого изделия.

Если диск просвечивается, обратите внимание, как нанесен отражающий слой. При просмотре на свет на компакт-диске не должно быть разводов, отражающий слой должен быть одинаковым на всей поверхности.

Поликарбонатная основа должна быть однородной, без пузырьков воздуха.

Большинство продающихся в магазинах компакт-дисков с играми, фильмами или программами изготовлены методом штамповки.

Запись DVD и CD промышленным способом происходит в восемь этапов.

1. Подготавливают данные, которые необходимо записать на компакт-диск.

2. На поверхность обработанного с высокой точностью специального полированного стекла в виде диска наносят светочувствительный фоторезистивный слой определенной толщины. С помощью лазерного луча, управляемого компьютером, засвечивают определенные участки фоточувствительного слоя.

3. После проявки в специальных растворах на стекле остаются небольшие впадины, называемые pits (питы), и выпуклые места – lands. Полученная таким способом матрица, или стампер, называется Glass Master (стеклянная основа).

4. С помощью специальных реактивов или вакуумного напыления на Glass Master наносят тонкий слой никеля или серебра. Таким образом мы получаем Metal Master (мастер-диск).

5. Создают негатив мастер-диска. На месте выступов образуются впадины, и наоборот, на месте впадин образуются выступы.

6. Из высокопрочного материала создают штамп, в центре которого просверливают отверстие.

7. Штамп помещают в пресс-машину и изготавливают копии.

8. На копии наносят алюминиевую пленку, предназначенную для отражения лазерного луча. Толщина пленки составляет сотые доли микрометров. Диск покрывают лаком и наносят на него полиграфическое изображение.

CD-R (CD Recordable – записываемый компакт-диск) – имеет более сложную структуру. На его поверхность добавляется еще один слой, на который и производится запись. Активный, или регистрирующий, слой расположен между основой и отражающим слоем (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Структура CD-R.

Чистый CD-R, или «болванка», имеет спиральную дорожку (Pre-groove), которая содержит специальные метки и сигналы синхронизации. Во время записи предварительная разметка помогает движению лазера по нужной траектории. Кроме того, программы для записи компакт-дисков сами «читают» некоторые параметры используемого CD-R, что упрощает настройку пользователем этих программ. Сигналы синхронизации записываются с пониженной амплитудой и впоследствии перекрываются записываемым сигналом.

Во время записи луч лазера движется по спиральной дорожке и в момент своей активности расплавляет дополнительный слой. Под воздействием лазера этот слой меняет свою структуру. Таким образом получаются ячейки (питы), соответствующие данным, записывающимся на компакт-диск. После этого этапа изменение структуры активного слоя диска невозможно, и данные, записанные на диск, удалению не подлежат.

Примечание.

Питы – это сквозные отверстия в дополнительном слое.

Активный слой изготавливают из органических соединений: цианина (Cyanine) и его производной – фталоцианина (Phtalocyanine). Считается, что фталоцианин более надежен и долговечен, так как менее чувствителен к солнечному свету. Но еще менее чувствительны к солнечному свету диски с активным слоем MetalAZO, разработанные компанией Mitsubishi Chemical.

Требования к светоотражающему слою CD-R, по сравнению со штампованными дисками, достаточно высоки из-за наличия регистрирующего слоя. Поэтому для изготовления отражающего слоя используются более дорогие материалы – промышленное золото и серебро, – а также сложные сплавы.

Рабочая поверхность CD-R в зависимости от комбинации веществ, используемых в регистрирующем и отражающем слоях, может быть различного цвета. Раньше многие диски имели золотистую рабочую поверхность из-за применения золота.

В настоящее время для изготовления светоотражающего слоя используют серебро, так как этот материал дешевле и обладает более высоким коэффициентом отражения. Чаще всего рабочая поверхность бывает прозрачной, темно-синего или светло-зеленого цвета. Срок службы таких дисков, в зависимости от материала изготовления, составляет от 10 до 100 лет.

CD-RW (Compact Disk Re-Writable – перезаписываемый компакт-диск) (рис. 1.4) – имеет, кроме описанных выше, еще два термозащитных слоя. Наличие дополнительных слоев позволяет записывать на такой диск более 1000 раз.

Рис. 1.4. Структура CD-RW.

Во время «прожига» (записи диска) луч лазера нагревает участки промежуточного слоя. При последующем охлаждении эти участки переходят из кристаллической формы в аморфную. Если информацию с CD-RW необходимо стереть, луч лазера нагревает промежуточный слой менее интенсивно, и аморфные участки кристаллизуются.

В декабре 1995 года 10 компаний, объединившихся в союз DVD Consortium, официально объявили о создании единого унифицированного стандарта – DVD. Аббревиатура DVD сначала расшифровывалась как Digital Video Disc (Цифровой видеодиск), но впоследствии ее значение было изменено на Digital Versatile Disc (Цифровой двухсторонний диск). Диск был полностью совместим со стандартами Red Book (Красная книга) и Yellow Book (Желтая книга).

DVD внешне идентичен CD, но позволяет записывать информацию, большую по объему в 24 раза, то есть до 17 Гбайт. Это стало возможным благодаря изменению физических характеристик диска и применению новых технологий. Расстояние между дорожками уменьшилось до 0,74 мкм, а геометрические размеры пит – до 0,4 мкм для однослойного диска и 0,44 мкм для двухслойного диска. Увеличилась область данных, уменьшились физические размеры секторов. Нашел применение более эффективный код исправления ошибок – RSPC (Reed Solomon Product Code), стала возможной более эффективная битовая модуляция.

Технология DVD предоставляет огромное количество форматов и четыре типа конструктивного исполнения двух размеров. Диск такого стандарта может быть как односторонним, так и двухсторонним. На каждой стороне может быть один или два рабочих слоя. Рассмотрим основные характеристики DVD различных типов.

Размер диска – 80 мм (3,1 дюйма).

– DVD-1 (Single-sided, single-layer) – односторонний и однослойный диск. Может содержать до 1,36 Гбайт информации (рис. 1.5).

– DVD-2 (Single-sided, double-layer) – односторонний двухслойный диск. Содержит до 2,48 Гбайт информации (рис. 1.6).

– DVD-3 (Double-sided, double-layer) – двухслойный диск с одним информационным слоем на каждой стороне. Емкость – до 2,74 Гбайт информации (рис. 1.7).

– DVD-4 (Double-sided, double-layer) – диск с двумя информационными слоями на каждой стороне. Емкость такого диска – до 4,95 Гбайт (рис. 1.8).

Размер диска – 120 мм (4,75 дюйма).

– DVD-5 (Single-sided, single-layer) – односторонний однослойный диск. Содержит до 4,7 Гбайт информации.

Рис. 1.5. Структура DVD-1 и DVD-5.

– DVD-9 (Single-sided, double-layer) – односторонний и двухслойный диск. Емкость – до 8,5 Гбайт.

– DVD-10 (Double-sided, double-layer) – двухслойный диск с одним информационным слоем на каждой стороне. Содержит до 9,4 Гбайт информации.

– DVD-18 (Double-sided, double-layer) – двухслойный диск с двумя информационными слоями на каждой стороне. Способен вместить до 17 Гбайт информации.

Рис. 1.6. Структура DVD-2 и DVD-9.

Рис. 1.7. Структура DVD-3 и DVD-10.

Рис. 1.8. Структура DVD-4 и DVD-18.

Примечание.

Число в наименовании диска– DVD-1, DVD-4, DVD-10 и т. д. – это округленное значение емкости.

Запись однослойных DVD аналогична записи CD, а вот запись двухслойных дисков существенно отличается от описанного ранее процесса.

Двухслойные диски типов DVD-2 и DVD-9 имеют два рабочих слоя для записи информации. Эти слои разделяются с помощью специального полупрозрачного материала. Для выполнения своей функции такой материал должен обладать взаимоисключающими свойствами: хорошо отражать лазерный луч в процессе считывания наружного слоя и одновременно быть максимально прозрачным при считывании внутреннего слоя. По заказу корпораций Philips и Sony компания 3M создала материал, удовлетворяющий таким требованиям: обладающий коэффициентом отражения 40 % и необходимой прозрачностью.

Во время считывания информации с такого диска лазерный луч сначала проходит сквозь полупрозрачный слой, фокусируясь на треках внутреннего слоя. Считав всю информацию внутреннего слоя, лазерный луч автоматически меняет свою фокусировку и считывает информацию с полупрозрачного слоя. Наличие в приводе DVD буфера и возможность быстрой смены фокусировки позволяет непрерывно подавать данные на материнскую плату.

При изготовлении двухслойного диска сначала штампуется первый слой, основанный на поликарбонатах. Затем наносится полупрозрачный материал, который в свою очередь покрывается пленкой фотополимерного материала. С помощью ультрафиолетового излучения фотополимеру придается жесткость, и DVD заливается поликарбонатом, который служит диску защитным слоем.

DVD имеют толщину 0,6 мм. Для физической совместимости с CD на DVD дополнительно приклеивалась поликарбонатная подложка толщиной 0,6 мм. С целью не только увеличить толщину DVD до 1,2 мм, но и одновременно улучшить его функциональность, увеличив емкость носителя в два раза, компанией Toshiba был создан двухсторонний диск (типы DVD-3 и DVD-10). Чтобы получить диск типа DVD-3, достаточно склеить между собой со стороны этикеток два DVD-1; для получения же DVD-10 соединяются два DVD-5. Таким образом, склеивая между собой два диска толщиной 0,6 мм, мы получаем один диск, по толщине равный CD и обладающий возможностью записать вдвое больше информации.

Для получения дисков типа DVD-4 следует склеить два DVD-2, для DVD-18 – соответственно два DVD-9.

Принцип записи информации на DVD-R (Digital Versatile Disk Read-only – однократно записываемый DVD) и считывания с него аналогичен записи и считыванию CD-R. Во время записи DVD в специальных рекордерах лазерный луч повышенной мощности «прожигает» в активном слое отверстия (питы). При считывании информации лазерный луч обычной мощности, свободно проходя сквозь образовавшееся отверстие, отражается от металлизированного слоя и попадает на фотодатчик, а потом на микропроцессор.

Для записи и считывания информации с DVD-RW (Digital Versatile Disk ReWritable – перезаписываемый DVD) применяется технология Phase Change Technology (метод изменения фазы). Лазерный луч во время записи движется по спиральной дорожке. В период повышенной активности луча регистрирующий слой меняет свою структуру, переходя из кристаллического состояния в аморфное. При считывании информации детектор распознает, от какой поверхности отразился лазерный луч – кристаллической или аморфной, – и преобразует данные в цифровой поток. Под воздействием лазерного луча определенной мощности активный (регистрирующий) слой возвращается в исходное состояние, и диск может быть перезаписан множество раз.

Материал, способный неоднократно менять свою структуру, был разработан компанией TDK и получил название AVIST (Advanced Versatile Information Storage Technology – современная универсальная технология запоминания информации).

Примечание.

Материал AVIST в кристаллическом состоянии обладает 25–35 %-ной отражающей способностью, а при переходе в аморфное состояние темнеет и не отражает лазерный луч.

Для DVD-ROM, VideoDVD, AudioDVD и т. д. применяется файловая система UDF (Universal Disk Format – универсальный дисковый формат), разработанная ассоциацией OSTA (Optical Storage Technology Association – ассоциация по поддержке технологии хранения данных на оптических носителях). Данная файловая система является развитием файловой системы CD-ROM (CDFS или ISO 9660).

Изначально технология DVD разрабатывалась для записи и воспроизведения фильмов. VideoDVD должны обеспечивать следующие возможности:

Воспроизведение фильмов длительностью не менее 133 минут;

Различные варианты отображения широкоэкранного видео;

До 32 вариантов субтитров на различных языках;

Объемный звук;

Защиту от копирования и региональное кодирование;

Интерактивность просмотра.

Навигационные данные;

Объекты воспроизведения.

Объекты воспроизведения делятся на видео, аудио и графику.

Для воспроизведения цифрового видео требуется цифровой поток скоростью 167 Мбит/с. Следовательно, на диске объемом 4,7 Гбайт могут вместиться четыре минуты оцифрованного видео. Чтобы сохранить не менее 133 минут качественного изображения, применяется сжатие данных. Видео кодируется в специальном формате MPEG-2, разработанном группой MPEG (Moving Picture Experts Group – экспертная группа по движущимся изображениям).

Во время просмотра фильмов вы, наверное, обращали внимание на то, что задний план, на фоне которого двигаются герои, как правило, остается неизменным. Дело в том, что примерно 95 % повторяющихся изображений заднего плана могут быть исключены при оцифровке без заметной потери в качестве, при этом значительно снижается объем цифрового потока.

Звук кодируют и сжимают с помощью различных технологий: Dolby Digital, MPEG-1 и MPEG-2. В AudioDVD используется технология LPCM (Linear Pulse Code Modulation – линейная импульсно-кодовая модуляция), в которой не применяется компрессия. Формат LPCM позволяет наиболее качественно и точно передать звуковые волны (частота дискретизации – 48 или 96 кГц, глубина оцифровки – 16, 20 или 24 бит), используя от одного до восьми звуковых каналов, и получить динамический диапазон записи до 120 дБ. При этом цифровой поток данных может составлять 6,144 Мбит/с.

Компрессия звукового сигнала с применением технологии Dolby Digital – AC-3 (Audio Cannels) – обеспечивает звук по схеме 5.1 (5 основных звуковых каналов и один низкочастотный) с диапазоном 20–20 000 Гц. Для компрессии звука используется разработанный компанией Dolby специальный алгоритм, получивший название Multichannel Perceptual Coding (многоканальное перцепционное кодирование). Человеческий слух, в зависимости от пола и возраста, с разной чувствительностью воспринимает звуки в различных частотных диапазонах. Кроме того, существуют определенные частоты и тембры, плохо различаемые всеми людьми. При применении технологии Dolby Digital некоторые частотные диапазоны, с трудом воспринимаемые человеческим ухом, подавляются, что приводит к определенным потерям данных. Однако в результате значительно уменьшается цифровой поток, например для шести каналов достаточно всего 348 Кбит/с.

Компрессия звукового сигнала с применением технологий MPEG-1 и MPEG-2 также связана с потерей данных. Формат MPEG-1 предназначен только для моно– или стереозвучания. Формат MPEG-2 может быть многоканальным и способен обеспечивать объемный звук по схеме 5.1 или 7.1.

Компрессия звукового сигнала с применением технологии DTS (Digital Theatre System – цифровой театр с окружающим звуком), разработанной в США, является альтернативой Dolby Digital. Качество звука при этом несколько выше, восприятие звуковых эффектов пространственно более реалистично, но поток данных в этом случае может достигать 1536 Кбит/с.

Для контроля за распространением дисков и защиты авторских прав производители DVD разделили мир на шесть географических зон и разработали специальные пиктограммы и коды для каждой зоны. Использование такого регионального кодирования как самих дисков, так и проигрывателей для них сделало невозможным воспроизведение дисков одной зоны на DVD-приводах другой зоны.

Зона 1 – США и Канада.

Зона 2 – Западная Европа, Япония, ЮАР, Ближний Восток.

Зона 3 – Юго-Восточная и Восточная Азия, включая Тайвань и Гонконг.

Зона 4 – Латинская Америка, Южная Америка, Карибские острова, Австралия и Новая Зеландия.

Зона 5 – страны бывшего Советского Союза, Африка (кроме ЮАР), Индия, Пакистан, Монголия и Северная Корея.

Зона 6 – Китай.

В настоящее время производители проигрывателей DVD выпускают так называемые «мультизонные» устройства, поддерживающие большинство форматов.

Компакт-диск – это достаточно сложное устройство, требующее правильного обращения и ухода.

Не допускайте загрязнения рабочей поверхности. Держите диск за края, не трогайте рабочую поверхность руками. Для удаления случайно попавшей на диск пыли и ваших отпечатков пальцев применяйте мягкую, чистую и сухую тряпочку, изготовленную из натуральных тканей и не обладающую абразивными свойствами. Движения не должны быть сильными, протирать диск следует от его центра к краю. Не применяйте для чистки рабочей поверхности растворители: ацетон, бензин, керосин и т. д.

Не допускайте повреждения рабочей поверхности. Не роняйте, не царапайте и не изгибайте диск.

Храните компакт-диски в специальной пластмассовой упаковке при комнатной температуре и не допускайте попадания прямого солнечного света на их рабочую поверхность.

Не пишите на этикетке компакт-диска шариковыми и перьевыми ручками, а также твердыми карандашами, так как вы можете поцарапать тонкое защитное покрытие. Используйте для этой цели мягкие карандаши или фломастеры или делайте пометки на упаковке, в которой хранится диск.

Во избежание смещения центра тяжести и повышения вибрации при вращении компакт-диска в приводе не наклеивайте на диск дополнительных этикеток.

Приводы компакт-дисков могут быть внутренними или внешними. Они могут подключаться с помощью SCSI-устройства, и такой способ подключения является самым эффективным, надежным и качественным по следующим причинам:

Позволяет работать в фоновом режиме во время записи;

Привод не конфликтует с другими устройствами;

Используется меньше ресурсов компьютера;

Не требует оптимизации операционной системы.

Недостатки такого подключения следующие:

Стоимость;

Необходимость покупки дополнительного контроллера, к которому можно подключить от семи до пятнадцати различных устройств;

Более сложная установка.

Внешние приводы, подключаемые через шины FireWire или USB, работают намного медленнее внутренних приводов с интерфейсом IDE, но их можно подключать и отключать во время работы компьютера, не выключая сам компьютер и не перезагружая операционную систему.

Примечание.

Пропускная способность USB 2.0 – 480 Мбит/с. При установке привода компакт-дисков в операционных системах Windows XP и Windows 2000 не требуется наличия дополнительного программного обеспечения. USB 2.0 позволяет подключать до 127 устройств. Подключаемое устройство определяется автоматически. Программный драйвер, необходимый для каждого периферийного устройства, включается без вмешательства пользователя.

Кроме разъема SCSI, внутренние модели могут подключаться к разъемам IDE (ATAPI), расположенным на материнской плате, с помощью 80-штырькового шлейфа. Подавляющее большинство устройств записи компакт-дисков используют IDE-интерфейс, так как он присутствует во всех современных компьютерах. Большинство современных материнских плат позволяют подключать четыре IDE-устройства с помощью двух шлейфов. Приводы DVD или CD подключаются как один из жестких дисков, при этом BIOS самостоятельно распознает тип подключенного оборудования. Но если по каким-то причинам BIOS не определит один из приводов, то эту неисправность можно устранить, воспользовавшись утилитой BIOS Setup.

Для доступа к утилите BIOS CMOS Setup Utility во время загрузки компьютера необходимо нажать клавишу Delete. Сделать это следует после загрузки BIOS видео, перед загрузкой Windows. Если возникают проблемы с определением момента нажатия клавиши Delete, можно начать нажимать и отпускать ее сразу после включения компьютера. Если все сделано правильно, появится синий экран с надписями на английском языке. Выберите пункт Standard CMOS Features (Стандартные настройки) и нажмите клавишу Enter.

Примечание.

Чтобы выбрать нужный пункт меню, достаточно переместить красный прямоугольник на требуемое название и нажать клавишу Enter. Двигаться по пунктам меню влево, вверх, вниз и вправо можно с помощью клавиш управления курсором: , ^ и v. Для возврата или отмены действия применяется клавиша Esc. Если несколько раз нажать клавишу Esc (количество нажатий зависит от того, насколько глубоко вы успели зайти в BIOS), на экране появится диалоговое окно Quit Without Saving (Y/N) – эту короткую фразу можно перевести как «выйти из программы, не сохраняя произведенных в ней изменений». Данное окно предоставляет незаменимую для начинающего пользователя возможность покинуть программу, оставив в ней параметры, которые были установлены до входа в BIOS Setup.

В раскрывшемся меню нас интересуют четыре параметра:

IDE Primary Master ;

IDE Primary Slave ;

IDE Secondary Master ;

IDE Secondary Slave .

Примечание.

Названия, данные в квадратных скобках, будут соответствовать устройствам вашего компьютера.

К материнской плате можно подсоединить два шлейфа, к каждому из которых подключаются два устройства. Например, к первому разъему первого шлейфа (Primary Master) вы можете подключить один жесткий диск (в нашем случае это ), ко второму разъему первого шлейфа (Primary Slave) можно подключить еще один жесткий диск или не подключать ничего (в рассматриваемом случае к этому разъему как раз ничего не подключено, поэтому в квадратных скобках вы видите ).

К первому разъему второго шлейфа, который называется Secondary Master, можно подключить привод компакт-дисков (в рассматриваемом случае это ). Ко второму разъему второго шлейфа, который называется Secondary Slave, подключается еще один привод CD или DVD или не подключается ничего (в нашем случае данный разъем занят ).

Иногда в целях экономии средств к материнской плате подсоединяют один шлейф и к нему подключают жесткий диск и привод компакт-дисков, но в любом случае, если вы подключаете к одному шлейфу два устройства, одно устройство будет главным (Master), а второе зависимым (Slave).

Как правило, BIOS правильно определяет подключение устройств, и в настройках ничего самостоятельно менять не нужно. Если же система по каким-либо причинам не может определить новое устройство, необходимо самостоятельно указать, к какому разъему оно подключено. Это делается с помощью параметров Primary Master, Primary Slave, Secondary Master, Secondary Slave.

Наиболее распространенной ошибкой начинающих пользователей является неправильная установка перемычки на самом устройстве. Перемычка – это небольшая металлическая скоба, вставленная в разъемы, которые расположены на задней панели привода CD или DVD. Если к одному шлейфу подключены два устройства, положение перемычки должно строго разграничивать их уровни: одно устройство – Master (Главное), а другое – Slave (Зависимое).

Выберите параметр Advanced BIOS Features (Дополнительные настройки) и нажмите клавишу Enter. В раскрывшемся меню обратите внимание на четыре параметра, характеризующие последовательность проверки устройств. Такую последовательность BIOS не всегда устанавливает правильно.

First Boot Device (устройство, с которого будет загружаться операционная система в первую очередь) – . Доступен выбор:

FloppyHDD-1USB-ZIP;

LS120 HDD-2USB-CDROM;

HDD-0HDD-3USB-HDD;

SCSIZIP100LAN;

CDROMUSB-FDDDisabled.

Second Boot Device (устройство, с которого будет происходить загрузка операционной системы во вторую очередь) – . Для выбора доступны те же устройства, что и в параметре First Boot Device.

Third Boot Device (устройство, с которого будет загружаться операционная система в третью очередь) – . Для выбора доступны те же устройства, что и в параметре First Boot Device.

Во время проверки компьютера перед загрузкой операционной системы BIOS поочередно опрашивает привод компакт-дисков, жесткий диск, дисковод именно в той последовательности, в которой вы определите. Если на компьютере установлена операционная система Windows XP, то для параметра First Boot Device следует задать значение CDROM. Если компьютер по умолчанию начнет загружаться с жесткого диска, он «зависнет». В этом случае «вылечить» операционную систему с помощью компакт-диска будет достаточно тяжело. Инсталляция операционных систем Windows автоматизирована, и от пользователя требуется только установить параметры BIOS таким образом, чтобы привод компакт-дисков определялся раньше жесткого диска. Дальнейшие действия BIOS выполнит совершенно самостоятельно, пользователю необходимо лишь соглашаться со всеми предложениями. В квадратных скобках приведенного выше примера указаны устройства для Windows XP.

Если на вашем компьютере установлена система Windows 95 или 98, то параметру First Boot Device следует задать значение Floppy (дисковод), так как аварийную загрузку в данных операционных системах чаще всего производят с дискеты. Параметру Second Boot Device следует присвоить значение CDROM, иначе инсталляцию операционной системы придется проводить, используя командную строку, что не всегда приводит к желаемым результатам. В параметре Third Boot Device следует выбрать жесткий диск.

Настроив необходимые параметры, нажмите клавишу F10. В результате появится окно Save & Exit Setup (Y/N) – эту фразу можно перевести как «выйти из программы, сохранив произведенные настройки». Нажимаем клавишу Y (Да), а затем Enter. Компьютер продолжит загрузку.

На качество работы записывающего привода компакт-дисков существенно влияет тактовая частота процессора и объем оперативной памяти. Работать в системах Windows 2000 или ХР при оперативной памяти менее 128 Мбайт не рекомендуется, в таком случае во время записи будут возникать ошибки, что приведет к порче заготовок. Во избежание нежелательных последствий записывать диски на малопроизводительных компьютерах следует, предварительно отключив неиспользуемые приложения.

Схема работы устройства чтения – записи компакт-дисков достаточна проста.

1. Лазерный диод излучает маломощный пучок света длиной 730–780 нм, который, проходя через направляющую призму и разделитель луча, попадает на отражающее зеркало.

Примечание.

Во время записи мощность лазерного луча значительно возрастает, а при стирании данных уменьшается.

2. Подчиняясь командам микропроцессора, каретка с отражающим зеркалом перемещается к нужной дорожке.

3. Лазерный луч отражается от диска, попадает на зеркало, затем на разделитель луча и далее на направляющую призму.

4. Из призмы луч попадает в фотодатчик, фотодатчик посылает сигналы во встроенный в привод компакт-дисков микропроцессор, где данные обрабатываются и передаются по шлейфу на материнскую плату.

Приводы компакт-дисков выпускаются различными фирмами: Yamaha, Plextor, Hitachi, HP, Sony, Ricoh, Philips, Panasonic, ТЕАС, AOpen, Mitsumi и др. Стоимость CD– и DVD-приводов зависит от качества модели, уровня фирмы-производителя, функций и технических характеристик. Для примера рассмотрим технические характеристики некоторых приводов CD, DVD, а также комбоприводов и их значения.

CD-ROM Samsung SC/H152 (OEM).

– Скоростная формула – 52х.

– Размер буфера – 128 Кбайт.

– Время доступа к данным – 80 миллисекунд.

– Поддерживает форматы: CD-ROM, Audio CD, Video CD, CD-i/FMW, CD-R, CD-RW, CD-Extra, Photo CD, Karaoke CD.

– Интерфейс – IDE (ATAPI).

CD-ROM SONY CDU 415.

– Интерфейс – SCSI.

– Механизм загрузки компакт-дисков – tray (лоток).

– Поддерживает форматы: CD-DA, CD Extra, CD-ROM (Mode1), CD-ROM XA (Mode 2 Form 1 & 2), CD-I (Mode 2 Form 1 & 2), CD-I Ready, CD Bridge, Photo CD (single и multisession), Video CD.

– Размер буфера – 0,25 Мбайт.

– Время наработки на отказ – 100 тыс. часов.

– Размеры – 14,6 х 4,1 х 20,3 см.

Benq CB523B комбопривод.

– Интерфейс – E-IDE (ATAPI).

– Механизм загрузки компакт-дисков – tray (лоток).

– Скорость чтения CD/CD-R – до 7800 Кбайт/с (52x max CAV).

– Скорость чтения DVD – до 2100 Кбайт/с (16x max CAV).

– Поддерживает форматы: CD-I, CD-ROM, Audio CD, Video CD, CD-R, CD-RW, Photo CD, Karaoke CD, Text CD, Enhanced CD, Bootable CD, Data CD, DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW, DVD+R DVD+RW.

– Форматы записи – TAO (Track at Once), DAO (Dick at Once), SAO (Session at Once), Multi-Session, Packet Writing, UDF.

– Время доступа к данным CD -120 миллисекунд, DVD – 140 миллисекунд.

– Размер буфера данных – 2048 Кбайт, используется технология предотвращения ошибки опустошения буфера Seamless Link.

– Поддерживаемые размеры дисков – 8 и 12 см в диаметре.

– Время наработки на отказ – 125 тыс. часов.

– Размеры – 146 х 42 х 198 см.

Writemaster TS-H552.

– Интерфейс – IDE (ATAPI).

– Механизм загрузки компакт-дисков – tray (лоток).

– Скорость чтения CD-RW – 32x max.

– Скорость чтения DVD -16x max.

– Скорость чтения DVD-R, DVD+R DVD-RW, CD-RW, DVD+R DL – 16x max.

– Скорость записи CD-R – 40x max.

– Скорость записи CD-RW – 32x max.

– Скорость записи DVD+RW – 4x max.

– Скорость записи DVD-RW – 4x max

– Скорость записи DVD+R – 16x max.

– Скорость записи DVD-R – 12x max.

– Скорость записи DVD+R DL – 2,4x max.

– Поддерживает форматы для CD – CD-ROM, CD-ROM XA, CD-DA, Video CD, Photo CD, Text CD, CD-R, CD-RW.

– Поддерживает форматы для DVD – DVD-ROM (Single/dual layer), Video DVD, DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW, DVD+R, DVD+R DL, DVD+RW.

– Время доступа к данным: CD – 110 миллисекунд, DVD – 130 миллисекунд.

– Поддерживаемые размеры дисков – 8 и 12 см в диаметре.

– Размеры – 148,2 х 42 х 184 мм.

– Интерфейс – IDE (ATAPI, UDMA/33).

– Механизм загрузки компакт-дисков – tray (лоток).

– Скорость чтения CD/CD-R – 48x max.

– Скорость чтения DVD – 16x max.

– Скорость записи CD-R – 24x max.

– Скорость записи CD-RW – 6x max.

– Скорость записи DVD+RW – 8x max.

– Скорость записи DVD+R/DVD-R – 16x max.

– Скорость записи DVD+R/-R DL – 4x max.

– Поддерживает форматы для CD – CD-DA, CD-ROM, CD-ROM/XA, Photo CD, Video CD, CD Extra, Text CD, Bridge CD.

– Поддерживает форматы для DVD – DVD single/dual layer, DVD-R/+R, DVD-RW/+RW, DVD+R9/-R9.

– Форматы записи – TAO with Zero gap, DAO (Dick at Once), SAO (Session at Once), Multi-Session, Fixed and Variable Packet.

– Время доступа к данным: CD – 120 миллисекунд, DVD – 140 миллисекунд.

– Размер буфера данных – 2 Мбайт.

– Поддерживаемые размеры дисков – 8 и 12 см в диаметре.

– Размеры – 148 х 42 х 190 мм.

ASUS CRW-5232AS-U. Внешний привод компакт-дисков.

– Интерфейс – USB 2.0 (USB 1.1).

– Механизм загрузки компакт-дисков – tray (лоток).

– Скорость чтения CD-ROM – до 7800 Кбайт/с (52x max CAV).

– Скорость записи CD-R – до 7800 Кбайт/с (52x max P-CAV).

– Скорость записи CD-RW – до 4800 Кбайт/с (32x max P-CAV).

– Скорость оцифровки звуковых дорожек – 52x max.

– Поддерживает форматы: Audio CD, CD-ROM, CD-ROM/XA, Photo CD, CD Extra, Video CD, Text CD, Karaoke CD, I-Trax.

– Размер буфера данных – 2 Мбайт.

– Поддерживаемые размеры дисков – 8 и 12 см в диаметре.

– Способ установки – вертикальный и горизонтальный.

– Размеры – 156 х 50 х 226 мм.

Рассмотрим параметры, влияющие на качество работы привода компакт-дисков.

Скоростная формула для CD. Изначально компакт-диски разрабатывались для записи и хранения музыки, и скорость считывания данных составляла 153 600 байт/с. С появлением приводов компакт-дисков, предназначенных для компьютерных данных, скорость увеличилась, но по-прежнему осталась кратной 153 600 байт/с. В дальнейшем скорость считывания информации с дисков увеличивалась, но при этом так и оставалась кратной этой начальной величине. Исходя из этого можно вычислить скорости, присущие современным приводам: если ваш привод имеет скорость считывания 52х, то, умножив 52 на 153 600 байт/с, мы получим 7987200 байт/с. Если скорость записи вашего привода 24х, то это соответственно 24 х 52 = 3 686 400 байт/с.

Примечание.

Часто для простоты расчетов за скорость первого привода компакт-диска принимают 150 Кбайт/с, а не 153 600 байт/с.

Аналогичным способом попробуем вычислить скорость считывания данных для приводов DVD. За первую скорость в этом случае следует взять девять скоростей CD. Следовательно, 153 600 х 9 = 1 382 400 байт/с, или, округленно, 1385 Кбайт/с. Соответственно скорость считывания данных для DVD 16x равна 16x1382 400 = 22 118 400 байт/с. С помощью этих несложных математических вычислений можно высчитать поток данных при любой скорости.

Механизм загрузки компакт-дисков может быть нескольких видов.

– Tray – лоток. Выдвижной механизм загрузки компакт-дисков.

– Caddy – помощник. Сначала вставляется диск в специальную коробку, а затем эта коробка вставляется в приемное устройство привода. Такой механизм загрузки компакт-дисков более надежен, но менее удобен.

– Slot-in – можно приблизительно перевести как «входная щель». Диск непосредственно вставляется в щель привода. Загрузка компакт-диска таким способом напоминает загрузку обычной дискеты.

Размер буфера.

Во время записи данные всех видов должны непрерывно поступать на записывающее устройство, в случае прерывания этого процесса заготовка будет испорчена. Для обеспечения безошибочной работы все современные приводы имеют специальный набор микросхем, куда заранее помещается информация, предназначенная для записи. Это и есть буфер. Существует три типа буферов.

– Статический буфер – сохраняет в памяти всю информацию, поступающую в привод компакт-диска.

– Динамический буфер – увеличивает скорость передачи фрагментированных данных и небольших по размеру файлов.

– Буфер с опережающим чтением – данные заранее заносятся в буфер и передаются на записывающее устройство по мере необходимости. Компьютер как бы предугадывает, какой файл будет необходим для записи.

Чем больше размер буфера, тем качественнее и надежнее привод компакт-дисков.

Время доступа к данным. Это задержка между получением команды на считывание данных и непосредственным считыванием данных. Этот параметр существенно влияет на запись сильно фрагментированных файлов, а также большого числа данных малого размера, находящихся на разных участках жесткого диска.

В паспорте привода указывается среднее время доступа к данным. На внутренних дорожках задержка будет больше, а на внешних – меньше указанной в характеристиках. Чем меньше время доступа к данным, тем быстрее работает привод компакт-дисков.

Приводы компакт-дисков могут поддерживать следующие форматы CD.

– Audio CD, или CD-DA. Red Book (Красная книга) – формат, разработанный для записи музыкальных компакт-дисков. После записи такой диск можно прослушивать на бытовом CD-проигрывателе.

– CD-ROM. Yellow Book (Желтая книга) – формат, разработанный для записи и хранения компьютерных данных. Такие компакт-диски производятся на специальном оборудовании методом штамповки.

– Video CD – формат для записи и хранения видеоданных.

– CD-R – привод компакт-дисков может воспроизводить и записывать одноразовые диски.

– CD-RW – привод воспроизводит и записывает диски для многоразового использования.

– CD Extra – привод компакт-дисков позволяет создавать диски, способные содержать как аудиоданные, так и компьютерные.

– Photo CD – формат, разработанный фирмой Kodak. Используется для записи коллекций фотографий.

Форматы DVD, с которыми могут работать приводы компакт-дисков, следующие.

– DVD-ROM – диск, записанный промышленным способом методом штамповки.

– DVD-R – DVD-Recordable – однократно записываемый диск, от фабричного DVD-ROM отличается наличием специального пигментного слоя между прозрачной подложкой и отражающей поверхностью. Отверстия (питы) в таком слое не штампуются, а выжигаются лазерным лучом повышенной мощности.

– DVD+R – аналогичен формату DVD-R. Форматы DVD+R и DVD-R схожи между собой, их технические характеристики одинаковы. Отличие этих форматов только в том, что в качестве красителей для них используются разные органические вещества. Наличие таких схожих форматов вызвано конкуренцией среди фирм-производителей.

– DVD-RW – перезаписываемые диски. Формат разработан фирмой Pioneer.

– DVD+RW – аналог формата DVD-RW. Разработан компаниями Sony и Philips.

Время наработки на отказ. Это промежуток, в течение которого ваш привод компакт-дисков должен бесперебойно работать согласно стандарту MTBF. По истечении данного времени детали привода выработают свой ресурс, и фирма-производитель не может дать гарантии, что изделие будет и дальше работать правильно и качественно. Чем больше времени сможет проработать привод компакт-дисков, тем лучше, он не может работать бесконечно.

Главными врагами качественной работы приводов являются вибрация и нагрев. После штамповки профиль диска обычно представляет собой кривую линию с двумя характерными изгибами, и только центральная часть соответствует норме. Этого недостатка не лишены даже очень дорогие диски. Чтобы продлить срок службы привода компакт-дисков, необходимо правильно его эксплуатировать.

– Старайтесь не создавать большое количество копий компакт-дисков подряд. Бытовые записывающие приводы сильно нагреваются во время записи, что может привести к преждевременному износу механизма. Рекомендуется делать максимум две-три копии подряд, затем приводу необходимо дать отдохнуть полчаса, после чего можно сделать еще две-три копии, и т. д. Во время перерыва лучше отключать компьютер от сети.

– Не используйте сильно деформированные или поцарапанные компакт-диски. Помните: стоимость привода компакт-дисков значительно больше стоимости диска.

– При сильном загрязнении привода компакт-дисков сам привод может царапать диски. Царапины в таком случае расположены по окружности.

Чтобы предотвратить сильное загрязнение приводов, необходимо использовать программу PMC Clean.

Купите в магазине компакт-диск для чистки привода. На рабочей стороне такого диска расположена небольшая щеточка. Нанесите на щеточку одну каплю специальной жидкости, входящей в комплект, вставьте компакт-диск в привод. Выполните команду Пуск > Мой компьютер. Двойным щелчком мышью на значке привода откройте содержимое чистящего диска. Найдите значок запуска программы PMC Clean и запустите ее двойным щелчком. Выберите язык, на котором будут отображаться команды. В появившемся окне нажмите кнопку START, после чего заиграет музыка и начнется чистка привода (рис. 1.9). По завершении чистки нажатием кнопки TEST следует запустить программу тестирования. Ознакомившись с результатами, можно выйти из программы чистки привода, нажав кнопку END.

Второй способ работы с PMC Clean состоит в инсталляции программы на жесткий диск и запуске ее с помощью ярлыка, который можно поместить на Рабочий стол. Как вы понимаете, чистящий диск все равно придется вставить в привод. После установки программы можно настроить ее автоматический запуск. При этом, например, через неделю после чистки привода на экране вашего компьютера после загрузки операционной системы появится окно с напоминанием о необходимости произвести профилактические работы.

Рис. 1.9. Чистка привода компакт-дисков.

Внимание!

Запускать программу для чистки привода компакт-дисков следует только по мере необходимости. Излишнее усердие в этом случае может только повредить.

Еще один способ продлить срок службы привода компакт-дисков заключается в установке программ, позволяющих создавать виртуальные приводы компакт-дисков и виртуальные компакт-диски.

FAQ по звуковым компакт-дискам (CD-DA)

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 (588×7350) 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?

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

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...

2011-05-03T00:55

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?