2011-05-03T00:55

2011-05-03T00:55

Усі права щодо цього тексту належать автору. Під час відтворення тексту або його частини збереження Copyright обов'язково. Комерційне використання допускається лише з письмового дозволу автора.

Як влаштовувати компакт-диск?

Конструкція диска CD-DA (Compact Disk - Digital Audio, компакт-диск - цифровий звук) і спосіб запису звуку на ньому описується стандартом фірм Sony і Philips, що запропонували його, виданим у 1980 році під назвою Red Book (Червона Книга).

Стандартний компакт-диск (CD) складається з трьох шарів: основи, що відбиває та захисного. Основу виконано з прозорого полікарбонату, на якому методом пресування сформовано інформаційний рельєф. Поверх рельєфу напилюється металевий шар, що відбиває (алюміній, золото, срібло, інші метали і сплави). Відбиваючий шар покривається зверху захисним шаром полікарбонату або нейтрального лаку - так, щоб вся металева поверхня була захищена від контакту із зовнішнім середовищем. Загальна товщина диска – 1.2 мм.

Інформаційний рельєф диска є безперервною спіральною доріжкою, що починається від центру і складається з послідовності заглиблень - пітів (pits). Проміжки між питами звуться lands. Чергуванням піт і проміжків різної довжини на диску записується закодований цифровий сигнал: перехід від проміжку до піта і навпаки позначає одиницю, а довжина чи проміжка - довжину серії нулів. Відстань між витками доріжки вибирається від 1.4 до 2 мкм, стандарт визначає відстань 1.6 мкм.

Як на диску з'являється звуковий сигнал?

Вихідний стереофонічний звуковий сигнал піддається оцифровці 16-розрядні відліки (лінійне квантування) з частотою дискретизації 44.1 кГц. Отриманий цифровий сигнал зветься PCM (Pulse Code Modulation - імпульсно-кодова модуляція, ІКМ), оскільки кожен імпульс вихідного сигналу представляється окремим кодовим словом. Кожні шість відліків лівого та правого каналів оформляються в первинні кадри, або мікрокадри, розміром 24 байти (192 біти), що надходять зі швидкістю 7350 штук в секунду, які піддаються кодуванню за допомогою дворівневого коду CIRC (Cross Interleaved Rede-S -Соломона з перехресним перемежуванням) за схемою: перемежування із затримкою на 1 байт, кодування рівнем C2, перехресне перемежування зі змінною затримкою, кодування рівнем C1, перемежування із затримкою на 2 байти. Рівень C1 призначений виявлення і корекції одиночних помилок, C2 - групових. В результаті виходить блок довжиною 256 біт, дані в якому забезпечені розрядами виявлення та корекції помилок, і до того ж "розмазані" до блоку, що призводить до запису суміжних звукових даних у фізично несуміжних областях диска та знижує вплив помилок на окремі відліки.

Код Ріда-Соломона має надмірність 25% і дозволяє виявляти до чотирьох помилкових байтів та коригувати до чотирьох втрачених або двох помилкових байтів. Максимальна довжина пакета помилок, що повністю виправляється, - близько 4000 біт (~2.5 мм довжини доріжки), проте не будь-який пакет такої довжини може бути повністю виправлений.

Після другого перемежування кожного отриманого блоку додаються розряди субкодів - P, Q, R, S, T, U, V, W; кожен блок отримує вісім субкодних бітів. Потім кожні 98 блоків з субкодами оформляються в один надкадр тривалістю 1/75 сек (обсяг чистих звукових даних - 2352 байта), званий також сектором, в якому субкоди перших двох блоків служать ознакою синхронізації, а 96 розрядів кожного субкоду, що залишилися, утворюють P-слово, Q-слово і т.д. Протягом усієї доріжки послідовність субкодних слів називають також субкодними каналами.

Слова чи канали субкодів використовуються для керування форматом запису, індикації фрагментів фонограми тощо. - наприклад, канал P служить для позначення звукових доріжок і пауз між ними (0 - пауза, 1 - звук), а канал Q - для позначки формату доріжок і секторів, запису змісту TOC (Table Of Contents - таблиця вмісту) та тимчасових міток, якими відстежується час відтворення. Канал Q може використовуватися також для запису інформації в ISRC (International Standard Recording Code - міжнародний стандартний код запису), призначеному для подання відомостей про виробника, часу випуску тощо, а також - для поділу доріжки на окремі фрагменти (всього на звуковому диск може бути до 99 звукових доріжок, кожна з яких може включати до 99 фрагментів).

Зрештою, оформлені таким чином кадри піддаються канальному кодуванню в термінах "піт - проміжок" з використанням надлишкового коду 8/14 (Eight to Fourteen Modulation - EFM), в якому вихідні байти кодуються 14-бітними словами, що підвищують розбірливість сигналу. Між словами вставляється по три сполучні біти для дотримання обмежень на кількість суміжних нулів та одиниць, що полегшує демодуляцію та зменшує постійну складову сигналу. В результаті кожного первинного мікрокадра виходить 588 канальних бітів, і отриманий бітовий потік записуються на диск зі швидкістю 4.3218 (588 x 7350) Мбіт/с. Оскільки EFM-кодування дає цифровий потік, в якому нулів більше ніж одиниць, і була обрана система представлення одиниць межами піта і проміжку, а кількості нулів між одиницями - довжиною піта або проміжку відповідно.

На початку диска розташовується так звана вступна (lead-in) зона, що містить інформацію про формат диска, структуру звукових програм, адреси фрагментів, назви творів і т.п. Наприкінці записується вивідна (lead-out) зона (доріжка з номером AA), яка виконує роль кордону записаної області диска; біт P-коду у цій зоні змінюється із частотою 2 Гц. Ряд побутових програвачів не може впізнати диск без цієї зони, проте багато хто може обходитися без неї. Між вступною та вивідною зонами записується програмна область (Program Memory Area - PMA), що містить власне звукові дані. Програмна область відокремлена від вступної зони ділянкою з 150 порожніх блоків (2 секунди), що грає роль зазору (pre-gap).

Загальна тривалість запису на компакт-диску – 74 хвилини, проте при зменшенні стандартного кроку доріжки та відстані між питами можна досягти збільшення часу запису – за рахунок зниження надійності зчитування у стандартному дисковому приводі.

Як записуються та виготовляються компакт-диски?

Основний спосіб виготовлення дисків – пресування з матриці. Оригінал формується з вихідної цифрової майстер-стрічки, що містить підготовлений і закодований цифровий сигнал, спеціальним високоточним верстатом на скляному диску, покритому шаром фоторезиста - матеріалу, що змінює свою розчинність під впливом лазерного променя. При обробці записаного оригіналу розчинником на склі виникає необхідний рельєф, який методом гальванопластики переноситься на нікелевий оригінал (негатив), який може служити матрицею при дрібносерійному виробництві, або основою для зняття позитивних копій, з яких, у свою чергу, знімаються негативи.

Штампування виконується методом лиття під тиском: з негативної матриці пресується полікарбонатна підкладка з рельєфом, зверху напилюється шар, що відбиває, який покривається лаком. Поверх захисного шару зазвичай наносяться інформаційні написи та зображення.

Диски з можливістю запису (CD-R, "болванки") виготовляються таким же методом, але між основою і шаром, що відбиває, розташовується шар органічної речовини, що темніє при нагріванні. У вихідному стані прозорий шар, при впливі лазерного променя утворюються непрозорі ділянки, еквівалентні питам. Для полегшення стеження за доріжкою при записі на диску в процесі виготовлення формується попередній рельєф (розмітка), доріжка якого містить мітки кадрів та сигнали синхронізації, записані зі зниженою амплітудою і згодом перекриваються сигналом, що записується.

Диски, що записуються, за рахунок наявності органічного фіксуючого шару мають нижчий коефіцієнт відображення, ніж штамповані, чому деякі програвачі (Compact Disk Player - CDP), розраховані на стандартні алюмінієві диски і не мають запасу за надійністю читання, можуть відтворювати диски CD-R менш надійно, ніж звичайні.

Як відтворюватимуться компакт-диски?

При відтворенні звуковий компакт-диск обертається з постійною лінійною швидкістю (Constant Linear Velocuty - CLV), при якій швидкість доріжки щодо голівки, що відтворює, приблизно дорівнює 1.25 м/с. Система стабілізації швидкості обертання підтримує її на такому рівні, щоб забезпечити швидкість ліченого цифрового потоку, що дорівнює 4.3218 Мбіт/с, тому залежно від довжини пітів і проміжків дійсна швидкість може змінюватися. Кутова швидкість диска при цьому змінюється від 500 об/хв при читанні внутрішніх ділянок доріжки до 200 об/м на зовнішніх.

Для зчитування інформації з диска використовується напівпровідниковий лазер із довжиною хвилі близько 780 нм (інфрачервоний діапазон). Промінь лазера, проходячи через лінію фокусування, падає на відбиваючий шар, відбитий промінь потрапляє у фотоприймач, де відбувається визначення пітів і проміжків, а також перевірка якості фокусування плями на доріжці і його орієнтації по центру доріжки. При порушенні фокусування відбувається переміщення лінзи, що працює за принципом дифузора гучномовця (voice coil - звукова котушка), при відхиленні від центру доріжки переміщення всієї головки по радіусу диска. По суті, системи керування лінзою, головкою та шпиндельним двигуном у приводі є системами автоматичного регулювання (САР) та знаходяться в режимі постійного стеження за обраною доріжкою.

Отриманий від фотоприймача сигнал коді 8/14 демодулюється, в результаті чого відновлюється результат кодування по CIRC з доданими субкодами. Потім проводиться відділення субкодних каналів, деперемежування і декодування CIRC на двоступінчастому коректорі (C1 - для одиночних помилок і C2 - для групових), в результаті чого виявляється і виправляється більша частина помилок, внесених порушеннями при штампуванні, дефектами та неоднорідністю матеріалів диска, подряпинами на його поверхні, нечітким визначенням піта/проміжку у фотоприймачі тощо. Через війну потік " чистих " звукових відліків іде на ЦАП перетворення на аналогову форму.

У звукових програвачах після коректора є також інтерполятор різної складності, що приблизно відновлює помилкові відліки, які не вдалося виправити в декодері. Інтерполяція може бути лінійною – у найпростішому випадку, поліноміальною або з використанням складних гладких кривих.

Для виконання деперемежування будь-який CD-читальний пристрій має буферну пам'ять (стандартний об'єм - 2 кб), яка заразом використовується для стабілізації швидкості цифрового потоку. Для декодування може використовуватися кілька різних стратегій, у яких ймовірність виявлення групових помилок обернено пропорційна надійності їх корекції; Вибір стратегії віддається на розсуд розробника декодера. Наприклад, для програвача CD з потужним інтерполятором може вибиратися стратегія з упором на максимальне виявлення, а для CDP з простим інтерполятором або приводу CD-ROM - на максимальну корекцію.

Які параметри звукового сигналу CD?

Стандартні параметри оцифрування - частота дискретизації 44.1 кГц та розрядність відліку 16 - визначають наступні теоретично обчислені характеристики сигналу:

• Діапазон частот: 0..22050 Гц
• Динамічний діапазон: 98 дБ
• Рівень шуму: -98 дБ
• Коефіцієнт нелінійних спотворень: 0.0015% (на максимальному рівні сигналу)

У реальних пристроях запису та відтворення CD верхні частоти нерідко обрізаються на рівні 20 кГц для створення запасу крутизною АЧХ фільтра. Рівень шуму може бути як менше 98 дБ у разі лінійного ЦАП та шумного вихідного підсилювача, так і більше – у разі передискретизації на вищій частоті з використанням ЦАП типу Delta-Sigma, Bitstream або MASH та малошумних підсилювачів. Коефіцієнт нелінійних спотворень сильно залежить від застосовуваного ЦАП вихідних ланцюгів та якості джерела живлення.

Динамічний діапазон 98 дБ визначається для CD, виходячи з різниці між мінімальним і максимальним рівнем звукового сигналу, проте на малому сигналі значно зростає рівень нелінійних спотворень, чому реальний динамічний діапазон, всередині якого зберігається прийнятний рівень спотворень, зазвичай не перевищує 50-60 дБ.

Що таке jitter?

Джиттер - швидке стосовно тривалості періоду тремтіння фази цифрового сигналу, коли порушується строга рівномірність проходження фронтів імпульсів. Таке тремтіння виникає через нестабільність тактових генераторів, а також у місцях виділення синхросигналу з комплексного сигналу методом PLL (Phase Locked Loop - петля із захопленням фази, або фазове автопідстроювання частоти - ФАПЧ). Таке виділення має місце, наприклад, демодуляторі сигналу, зчитаного з диска, в результаті чого утворюється опорний синхросигнал, який шляхом корекції швидкості обертання диска "підганяється" до еталонної частоти 4.3218 МГц. Частота синхросигналу, а отже - його фаза та фаза інформаційного сигналу - при цьому безперервно коливаються з різною частотою. Додатковий внесок може робити нерівномірність розташування пітів на диску, породжена, наприклад, неякісним пресуванням або нестабільним записом.

Однак нерівномірності сигналу з диска повністю компенсуються вхідним буфером декодера, так що будь-яке тремтіння і детонація, що виникли до приміщення сигналу буфер, на цьому етапі знищуються. Вибірка з буфера управляється стабільним генератором з фіксованою частотою, проте таким генераторам теж притаманна певна, хоч і набагато менша, нестабільність. Зокрема, вона може бути викликана перешкодами по ланцюгах живлення, які, у свою чергу, можуть виникати в моменти спрацьовування САР та корекції швидкості диска або положення голівки/лінзи. На дисках низької якості ці корекції відбуваються частіше, даючи ряду експертів привод безпосередньо пов'язувати стабільність вихідного сигналу з якістю диска, хоча насправді причиною є недостатньо хороша розв'язка систем CDP.

Що означають абревіатури AAD, DDD, ADD?

Літери цієї абревіатури відображають форми звукового сигналу, використані при створенні диска: перша - при вихідному записі, друга - при обробці та зведенні, третя - кінцевий майстер-сигнал, з якого формується диск. "A" означає аналогову (analog) форму, "D" - цифрову (digital). Майстер-сигнал для CD завжди існує лише у цифровій формі, тому третя буква абревіатури завжди "D".

І аналогова, і цифрова форми сигналу мають свої переваги та недоліки. При записі та обробці сигналу в аналогової форминайбільш повно зберігаються його "тонкі елементи", зокрема - вищі гармоніки, проте зростає рівень шуму та спотворюються амплітудно-частотна та фазо-частотна характеристики (АЧХ/ФЧХ). При обробці в цифровій формі вищі гармоніки примусово обрізаються на половині частоти дискретизації, а часто ще нижче, проте всі подальші операції виконуються з гранично можливою для обраного дозволу точністю. Сигнал, що пройшов аналогову обробку, ряд експертів оцінює, як "тепліший" і "живіший", проте багато хто сучасні методиобробки сигналу прийнятно реалізуються лише у цифровому варіанті.

Чи можуть два однакові диски звучати по-різному?

Перш за все необхідно переконатися, що диски дійсно містять ідентичний цифровий звуковий сигнал. Повний двійковий збіг двох дисків на рівні конфігурації пітів і проміжків практично неможливий за рахунок дрібних дефектів матеріалу та спотворень при обробці матриць і пресуванні, проте завдяки надмірному кодуванню переважна більшість цих помилок виправляється при декодуванні, забезпечуючи один і той же цифровий потік "високого рівня".

Порівняти цифровий вміст дисків можна шляхом читання їх у приводі CD-ROM, що підтримує режим Read Long або Raw Read - зчитування "довгих секторів", які насправді є надкадрами CD-DA об'ємом 2352 байти кожен. Докладніше про це можна прочитати у FAQ по CD-ROM або у посібнику до програм зчитування звуку (CD-DA Grabbers/Rippers). Порівняти диски можна також на студійній апаратурі, яка вміє читати диски у цифровому вигляді на DAT-магнітофон.

Причин виникнення цифрових відмінностей між схожими на слух дисками може бути кілька. Деякі приводи CD-ROM та інші апарати цифрового читання CD-DA можуть з метою недопущення прямого копіювання вносити в сигнал малопомітні на слух спотворення (наприклад, застосовуючи поліноми, що згладжують), а більшість приводів, що підтримують команди читання повних кадрів, роблять це неакуратно і неточно. При виготовленні копій (передруківок) звукових дисків, особливо піратським способом, вони нерідко копіюються з передискретизацією на іншу частоту (наприклад, 48 кГц в DAT) з подальшою передискретизацією на вихідну, або через аналоговий тракт з подвійним перетворенням цифра/аналог. Ряд версій записувальних програм для CD-R також навмисно або випадково спотворює вихідні дані, тому копія не збігається з оригіналом.

Треба зазначити, що навіть якщо цифровий вміст двох дисків збігся при їх порівнянні в деякій системі (CD-ROM, спеціальні пристрої для порівняння оригіналу/копії тощо), це зовсім не означає, що на тому чи іншому CDP з них також декодуватимуться ідентичні цифрові сигнали. Тому найбільш надійним способом з'ясування причини відмінностей у звуку буде використання CDP з цифровим виходом, з якого під час прослуховування обох дисків ведеться запис на пристрій зберігання. Наступне цифрове порівняння отриманих сигналограм покаже, де програвача сигнал вносяться чутні вухом зміни.

Зрозуміло, перед порівнянням оригіналу та копії таким способом необхідно переконатися в повторюваності результатів багаторазового зчитування тих самих дисків. Різні цифрові сигналограми в цьому випадку можуть свідчити про ненадійне зчитування диска або погану роботу цифрових інтерфейсів(Приймач, передавач, кабель, роз'єми). Ідентичність цифрових даних при повторних відтвореннях кількох дисків можна вважати достатньою ознакою надійності самих дисків, так і систем зчитування, декодування і міжмодульної передачі.

Слухова порівняння звучання дисків має бути коректним - найбільш визнаним є подвійний сліпий тест (double-blind test). Суть методу полягає в тому, що експерт (слухач) не повинен бачити маніпуляцій з апаратурою і людини, що їх виробляє, а сама ця людина, яка довільно змінює диски, не повинна знати особливостей їхнього вмісту. Таким чином максимально виключаються будь-які впливи, у тому числі "тонкі" та невивчені, людей на апаратуру та один на одного, а думка експерта вважається гранично неупередженою.

Що таке HDCD?

High Definition Compatible Digital - "надсистема" кодування звуку на CD, що використовує стандартний формат CD-DA. Звуковий сигнал з більш високою розрядністю і частотою дискретизації піддається цифровій обробці, в результаті якої з нього виділяється основна частина, що кодується, як зазвичай, методом PCM, а додаткова інформація, що уточнює дрібні деталі, кодується в молодших бітах відліків (LSB) і спектральних областях, що маскуються. . При програванні диска HDCD на звичайному CDP використовується лише основна частина сигналу, а при використанні спеціального CDP із вбудованим декодером та процесором HDCD із цифрового коду витягується вся інформація про сигнал.

Як поводитися з компакт-дисками?

Уникаючи механічного пошкодження будь-якої з поверхонь, потрапляння на диск органічних розчинників та прямого яскравого світла, ударів та перегинів диска. Написи на дисках, що записуються, допускається робити тільки олівцями або спеціальними фломастерами, виключаючи натиск і використання кулькових або пір'яних ручок.

При вийманні диска з коробки слід остерігатися його перегину. Один із зручних та безпечних методів вимагає участі двох рук – великий палець лівої руки злегка натискає на фіксатор, послаблюючи його, тоді як інша рука знімає диск із фіксатора. Метод з використанням однієї руки, коли вказівний палець послаблює фіксатор, а великий та середній знімають диск, вимагає більш точного узгодження зусиль, без якого легко перегнути диск або зламати пелюстки фіксатора.

Забруднений диск можна мити теплою водою з милом або неагресивною поверхнево-активною речовиною (шампунь, пральний порошок), або рідинами, що спеціально випускаються. Неглибокі подряпини на прозорому шарі можна заполірувати - пастами, що полірують, не містять органічних розчинників і масел, або звичайною зубною пастою.

Що таке "зелений фломастер" і навіщо він потрібний?

Багато користувачів та експерти стверджують, що оброблений таким чином диск дає більш чисте звучання в апаратах високого класу, приписуючи це більш точному зчитуванню цифрової інформації з диска, який у своєму вихідному вигляді нібито не може бути достовірно рахований у більшості приводів. Однак ретельно виконана система (привід та декодер) в змозі правильно зчитувати не тільки необроблені диски, а й диски середньої якості, і навіть злегка забруднені та подряпані, тому можливі причинипокращення звучання слід шукати не в диску. Найбільш вірогідними поясненнями цього феномена є ті ж фактори, які створюють різне звучання збігаються по цифровому вмісту екземплярів дисків.

Де знайти більш детальну інформацію про компакт-диски?

Оптичні диски – популярний носій інформації. Більшості користувачів знайомі лише CD та DVD диски, насправді видів дисків набагато більше. Країна Рад розповість вам, які бувають види дисків, і допоможе вам розібратися в їхньому різноманітті.

Види CD дисків

CD-диски, або компакт-диски, спочатку були призначені для запису та відтворення музики, але тепер використовуються для зберігання практично будь-якої комп'ютерної інформації. Запис та читання інформації дисків здійснюються за допомогою лазера. Товщина компакт-диска – 1,2 мм, діаметр – 120 мм, ємність – 650 або 700 MB (відповідає 74 або 80 хвилин звучання). Існують міні CDдіаметром 80 мм, але їх ємність менша - 190-200 MB (21 хвилина звучання). Міні CD можна прочитати на будь-якому носії, окрім автомагнітоли. Бувають фігурні компакт-дискирізноманітної форми, їх випускають переважно у комерційних цілях. Такі диски не рекомендують застосовувати в комп'ютерних приводах, тому що на високої швидкостіобертання вони можуть луснути.

CD-диски можна розділити на CD-ROM, CD-R та CD-RW. Цей поділ зумовлений можливістю записати на диск інформацію та призначенням диска. Інформація на диску CD-ROMзаписана виробником, змінити або видалити її не можна, можна лише прочитати дані. На диски CD-R(їх іноді ще називають «болванками») можна записати свою інформацію, але стерти чи змінити її буде неможливо. Якщо на диску залишилося вільне місце, і при записі ви дозволили опцію додавання інформації, можна буде дописати файли на диск. Диски CD-RWпідтримують видалення та перезапис інформації, але такі диски читатимуться не всіма приводами.

Види DVD дисків

DVD дискидозволяють зберігати більший обсяг інформації, ніж компакт-диски завдяки використанню лазера з меншою довжиною хвилі. Місткість DVD диска стандартного розміру(120 мм) може коливатися від 4,7 GB до 17 GB, а ємність міні DVD (80 мм) – 1,6 GB.

Залежно від ємності DVD виділяють такі види дисків:

• DVD-5- Одношаровий односторонній диск, ємність - 4,7 GB
• DVD-9- двошаровий односторонній диск, ємність - 8,5 GB
• DVD-10- Одношаровий двосторонній диск, ємність - 9,4 GB
• DVD-14- двосторонній диск, двошаровий з одного боку та одношаровий - з іншого, ємність - 13,24 GB
• DVD-18- Двошаровий двосторонній диск, ємність - 17,1 GB

Двошарові диски містять два інформаційних шари на одній стороні, вони позначаються абревіатурою DL. Двосторонній диск – це фактично два диски, склеєні неробочими поверхнями. Звичайно, товщина такого диска контролюється, щоб відповідати товщині звичайного одношарового DVD.

По можливості запису, перезапису та видалення інформації DVD диски, як і CD, діляться на ROM, R і RW. Але додатково розрізняють такі види дисків:

• DVD-R для загальних DVD-R(G)— один раз записуваний диск, призначений для домашнього використання.
• DVD-R для авто, DVD-R(A)- Який раз записується диск для професійних цілей.
• DVD-RW- Перезаписується диск. Можна перезаписувати або видалити інформацію до 1000 разів. Але не можна прати частину інформації, можна тільки повністю стерти диск і повністю перезаписати.
• DVD-RAMвикористовують технологію зміни фази. Їх можна перезаписувати до 100 000 разів, теоретичний термін служби - до 30 років. Але вони дорогі, випускаються здебільшого у спеціальних картриджах і не підтримуються більшістю приводів та програвачів.
• DVD+RWзасновані на технології CD-RW та підтримують перезапис інформації до 1000 разів. Цей формат з'явився пізніше за DVD-RW.
• DVD+R— один раз записуваний диск, подібний до DVD-R.

Зрозуміло, що жоден привод чи програвач не підтримує повністю всі DVD-формати. Більшість сучасних приводів підтримують як DVD-R(W), так і DVD+R(W). Але старі приводи та побутові плеєри, випущені до появи формату DVD+R(W), читатимуть лише диски DVD-R(W). Існують "супермульти" приводи, які підтримують усі види дисків, включаючи DVD-RAM.

Інші види дисків

Особняком стоять так звані Dual Discs. У цих дисках поєднані формати CD та DVD. На одній поверхні такого диска записана музика в CD форматі, а на іншій – п'ятиканальний звук, відео, меню, субтитри, зображення тощо у форматі DVD.

Диски HD DVD (DVD високої щільності)можуть мати ємність до 15 GB, а двошарові – до 30 GB. Основний їх конкурент BD, Blu-ray Discвміщує від 23 до 66 Гб залежно від кількості шарів. Анонсовано прототип чотиришарового диска об'ємом 100 GB, планується випуск десятишарових дисків об'ємом до 320 GB.

Протистояння BD та HD DVD отримало назву «боротьби форматів». Але провідні кіностудії відмовилися від використання HD DVD на користь BD дисків, тому випуск та підтримка формату HD DVD офіційно припинено.

Отже, існує безліч видів оптичних дисків. Вибирати диск для запису інформації варто, виходячи з його ємності, можливості перезапису інформації та моделі вашого приводу або побутового плеєра. Знаючи основні види дисків, ви ніколи не заплутаєтеся у їхньому багатому асортименті.

Спочатку компакт-диск був створений для зберігання аудіозаписів у цифровому вигляді (відомий як CD-Audio), проте надалі став широко використовуватися як носій для зберігання будь-яких даних (файлів) у двійковому вигляді (т.з. CD-ROM- англ. Compact Disc Read Only Memory компакт-диск з можливістю лише читання, або КД-ПЗУ- «Компакт-диск, постійний пристрій»). Надалі з'явилися компакт-диски з можливістю як читання одноразово занесеної ними інформації, а й записи ( CD-R- англ. Compact Disc-Recordable , компакт-диск, що записується) і перезапису ( CD-RW- англ. Compact Disc-ReWritable , компакт-диск, що перезаписується).

Першим компакт-диском, який потрапив на прилавки музичних магазинів, був альбом Біллі Джоела 1978 року 52nd Street. Продажі CD із цим записом почалися в Японії 1 жовтня 1982 року.

За даними Philips, за 25 років у світі було продано понад 200 млрд. CD. Незважаючи на те, що все більше людей вважають за краще купувати музичні файличерез Інтернет, за даними IFPI продаж компакт-дисків в 2007 році становили близько 70% всіх продажів музики.

Значний внесок у популяризацію компакт-дисків зробили Microsoft та Apple Computer. У 1987 році Джон Скаллі, на той момент CEO Apple Computer, сказав, що компакт-диски зроблять революцію у світі персональних комп'ютерів. Одним з перших масових мультимедійних комп'ютерів/розважальних центрів, що використовують CD, була Amiga CDTV (Commodore Dynamic Total Vision), пізніше компакт-диски почали використовувати в ігрових приставках Panasonic 3DO та Amiga CD32.

Дев'ята симфонія Бетховена

Очевидці та учасники переговорів про формат CD свідчать, що Philips і Sony до травня 1980 року не мали єдиної думки про зовнішній діаметр диска. З погляду інженерів Sony, був достатній діаметр 100 мм, оскільки він дозволяє мініатюризувати портативний програвач. Від вищого керівництва Philips виходила ідея зробити диск не більший за діагональний розмір стандартної аудіокасети (115 мм), що мала на ринку великий успіх. Крім того, у цьому випадку диск відповідає нормальним рядам лінійних розмірів системи DIN.

Віце-президент корпорації Sony Норіо Ога, музикант, у свою чергу вважав, що диск повинен бути в змозі вмістити Симфонію №9 Бетховена. У цьому випадку, на його думку, на дисках можна буде розповсюджувати до 95% класичних творів. Подальші дослідження показали, що, наприклад, дев'ята симфонія у виконанні філармонічного берлінського оркестру під керівництвом Герберта фон Караяна мала тривалість 66 хвилин. Найбільш тривалим виконанням стала симфонія під керівництвом Вільгельма Фуртвенглера, виконана на байрейтському фестивалі – 74 хвилини. Це і послужило вирішальним аргументом при ухваленні рішення про ємність диска.

«Як і в більшості випадків, гарна історія не має нічого спільного із реальним життям. Ця історія вийшла з-під пера піарників Philips», - вважає колишній інженер Philips Кеєс Іммінк. Реальність, на його думку, була іншою. Під Ганновером Philips вже підготував виробничу лінію з випуску компакт-дисків на заводі PolyGram. У мінімальні терміниможна було запустити виробництво дисків розміром 115 мм. Випуск дисків розміром 120 мм вимагав значних витрат грошей та часу, оскільки був пов'язаний із заміною оснастки. На думку Іммінка, Sony не захотіла змиритися з ситуацією, що Philips отримає перевагу по виходу на ринок.

Як би там не було, у травні 1980 року розчерком пера вищого керівництва фірм було встановлено остаточний розмір диска 120 мм з ємністю 74 хвилини аудіозапису і частотою дискретизації 44,1 кГц. Усі інші технічні параметри перераховувалися, з узгоджених даних.

Об'єм даних, що зберігаються

Компакт-диски мають діаметр 12 см і спочатку вміщали до 650 Мбайт інформації (або 74 хвилини звукозапису). Однак, починаючи приблизно з 2000 року, все більшого поширення набували диски об'ємом 700 Мбайт, які дозволяють записати 80 хвилин аудіо, які згодом повністю витіснили диск об'ємом 650 Мбайт. Зустрічаються і носії об'ємом 800 мегабайт (90 хвилин) і більше, проте вони можуть не читати деякі приводи компакт-дисків. Бувають також сингли діаметром 8,9 см [ ] (не плутати з мінідисками діаметром 8 см), на які вміщується близько 140 або 210 Мбайт даних або 21 хвилина аудіо, і CD, що формою нагадують кредитні картки (т. зв. диски-візитки).

Збільшення ємності інформації, що зберігається, стало можливим завдяки повному використаннюдопусків виготовлення дисків. Так, наприклад, відстань між доріжками за стандартом ECMA-130 становить 1,6±0,1 мікрометра, лінійна швидкість обертання диска 1,2 або 1,4 м/с ±0,01 м/с пропускною здатністю 4,3218 Мбіт/с. Ємність 650 Мбайт відповідає швидкості 1,41 м/с і відстані між доріжками, що дорівнює 1,7 мкм, а ємність 800 Мбайт - швидкості 1,39 м/с [ ] та відстані між доріжками 1,5 мкм.

Технічні деталі

Геометрія диска

Компакт-диск являє собою полікарбонатну підкладку товщиною 1,2 мм і діаметром 120 мм, покриту найтоншим шаром металу (алюміній, золото, срібло та ін), захищеного шаром лаку, на який зазвичай наноситься графічне представлення змісту диска. Принцип зчитування через підкладку дозволяє дуже просто та ефективно здійснити захист інформаційної структури та видалити її від зовнішньої поверхні диска. Діаметр пучка на зовнішній поверхні диска становить близько 0,7 мм, що підвищує перешкодостійкість системи до пилу та подряпин. Крім того, на зовнішній поверхні є кільцевий виступ висотою 0,2 мм, що дозволяє диску, покладеному на рівну поверхню, не торкатися цієї поверхні. У центрі диска розташований отвір діаметром 15 мм (діаметр пальця людини). Вага диска без коробки становить ~15,7 г. Вага диска у звичайній jewel-коробці (не slim) дорівнює ~74 г.

Кодування інформації

Формат зберігання даних на диску, відомий як Red Book ("Червона книга"), був розроблений компанією Sony. Відповідно до нього на компакт-диск можна записувати звук у два канали з 16-бітною імпульсно-кодовою модуляцією (PCM) та частотою дискретизації 44,1 кГц. Завдяки корекції помилок за допомогою коду Ріда – Соломона легкі радіальні подряпини не впливають на читання диска. У разі помилкових значень ІКМ-сигналу, які не могли бути виправлені системою корекції помилок, вони замінюються на приблизні значення, отримані за допомогою інтерполяції вірних даних. Philips також має всі права на знак "Compact disc digital audio", логотип формату аудіо-компакт-дисків.

Інформаційна структура

Інформація на диску записується у вигляді спіральної доріжки з піт (англ. pit - поглиблення), що видавлені в полікарбонатній основі. Кожен піт має приблизно 100 нм завглибшки і 500 нм завширшки. Довжина піта варіюється від 850 нм до 3,5 мкм. Проміжки між питами називаються ленд (англ. land - простір, основа). Крок доріжок у спіралі становить 1,6 мкм. Пити розсіюють або поглинають світло, що падає на них, а підкладка - відбиває. Тому записаний компакт-диск - приклад відбивних дифракційних ґрат з періодом 1,6 мкм. Для порівняння, у DVD період – 0,74 мкм.

Розрізняють диски лише для читання («алюмінієві»), CD-R - для одноразового запису, CD-RW – для багаторазового запису. Диски останніх двох типів призначені для запису на спеціальних приводах, що пишуть. У деяких CD-плеєрах і музичних центрах такі диски можуть не відтворюватися (останнім часом усі виробники побутових музичних центрів та CD-плеєрів включають у свої пристрої підтримку читання CD-R/RW).

Зчитування інформації

Дані з диска читаються за допомогою лазерного променя з довжиною хвилі 780 нм, що випромінюється напівпровідниковим лазером. Принцип зчитування інформації лазером всім типів носіїв полягає у реєстрації зміни інтенсивності відбитого світла . Лазерний промінь фокусується на інформаційному шарі у пляму діаметром ~1,2 мкм. Якщо світло сфокусувалося між питами (на ленді), то приймальний фотодіод реєструє максимальний сигнал. Якщо світло потрапляє на піт, фотодіод реєструє меншу інтенсивність світла.

Відмінність між дисками тільки для читання (CD) і дисками, що перезаписуються (CD-R/RW) полягає в способі формування пітів. У диску тільки для читання піти є якоюсь рельєфною структурою (фазовою дифракційною решіткою), причому оптична глибина кожного піта трохи менше чверті довжини хвилі світла лазера, що призводить до різниці фаз у половину довжини хвилі між світлом, відбитим від піта і світлом, відбитим ленд. В результаті в площині фотоприймача спостерігається ефект деструктивної інтерференції та реєструється зниження рівня сигналу. У разі CD-R/RW піт являє собою область з більшим поглинанням світла, ніж ленд (амплітудні дифракційні грати). В результаті фотодіод також реєструє зниження інтенсивності відбитого від диска світла. Довжина живлення змінює як амплітуду, так і тривалість сигналу, що реєструється.

Швидкість читання/запису CD вказується кратною 150 Кб/с (тобто 153600 байт/с). Наприклад, 48-швидкісний привід забезпечує максимальну швидкість читання або запису, що дорівнює 48 × 150 = 7200 Кб/с (7,03 Мб/с).

Чистий диск

Також існують чистячі компакт-диски, на робочу поверхню якого прикріплено пристрій для чищення лінзи сенсора (див. фото).

Захист від копіювання

Специфікація компакт-дисків не передбачає жодного механізму захисту від копіювання - диски можна вільно розмножувати та відтворювати. Однак, починаючи з 2002 року, різні західні звукозаписні компанії почали робити спроби створити компакт-диски, захищені від копіювання. Суть багатьох методів зводиться до навмисного внесення помилок у дані, записувані на диск, те щоб побутовому CD-плеєрі чи музичному центрі диск відтворювався, але в комп'ютері - немає. У результаті такі диски читаються далеко ще не всіх побутових плеєрах, але в деяких комп'ютерах - читаються; виходить програмне забезпечення, що дозволяє копіювати навіть захищені диски і т. д. Проте звукозаписна індустрія продовжує випробовувати нові методи.

Philips заявила, що на подібні диски, що не відповідають специфікаціям Red book, забороняється наносити знак Compact disc digital audio.

Для дисків із даними існують різноманітні методи захисту від копіювання, наприклад, метод вимірювання позиції даних, технології StarForce, SecurDisc та ін.

Формат CD-Audio (до появи програм cd-граберів) був своєрідним захистом авторських прав і не дозволяв здійснити вилучення аудіофайлів з диска, наприклад, за допомогою програми «Провідник Windows».

Етапи виробництва компакт-дисків

1. Мастеринг – процес підготовки даних для запуску в серію.
2. Фотолітографія – процес виготовлення штампу диска. На скляний диск наноситься шар фоторезиста, на який виконується запис інформації. Фоторезист – полімерний світлочутливий матеріал, який під дією світла змінює свої фізико-хімічні властивості.
3. Запис інформації. Запис проводиться лазерним променем, потужність якого модулюється записуваною інформацією. Для створення живлення потужність лазера підвищується, що призводить до руйнування хімічних зв'язків молекул фоторезиста, внаслідок чого він «задубує».
4. Проявка фоторезисту. Поверхня фоторезиста піддається травленню (кислотному, лужному, плазмовому), у якому видаляються ті області фоторезиста, які були експоновані лазерним променем.
5. Гальванопластика. Виявлений скляний майстер-диск міститься в гальванічну ванну, де на його поверхню виробляється електролітичне осадження тонкого шару нікелю.
6. Штампування дисків методом лиття під тиском з використанням отриманого штампу.
7. Напилення дзеркального металевого (алюміній, золото, срібло та ін) шару на інформаційний шар.
8. Нанесення захисного лаку.
9. Нанесення графічного зображення - лейбла (від англ. Label).

Запис на компакт-диски

Існують і диски, призначені для запису в домашніх умовах: CD-R (Compact Disc Recordable) для одноразового та CD-RW (Compact Disc ReWritable) для багаторазового запису. У таких дисках використовується спеціальний активний матеріал, що дозволяє запис/перезапис інформації. Розрізняють диски з органічним (переважно, диски CD-R-типу) і неорганічним (переважно, CD-RW-диски) активним матеріалом.

При використанні органічного активного матеріалу запис здійснюється шляхом руйнування хімічних зв'язків матеріалу, що призводить до потемніння (зміни коефіцієнта відображення матеріалу). При використанні неорганічного активного матеріалу запис здійснюється зміною коефіцієнта відображення матеріалу в результаті його переходу з аморфного агрегатного стану в кристалічний і навпаки. І в тому, і в іншому випадку запис проводиться модуляцією потужності лазера.

У просторіччя такі записувані диски називаються «болванками». Процес запису називається «пропалом» (від англ. To Burn) диска.

Технологія HD-BURN

Суть технології запису високої щільності полягає у застосуванні двох нових принципів, що дозволяють записувати вдвічі більше інформаціїна звичайному носії – диску CD-R.

1. Довжина на диску зменшується до 0,62 мкм. [ ] Довжина живлення звичайного CD становить 0,83 мкм. [ ] Це означає, що HD-BURN збільшує ємність диска в 1,35 рази. Довжина живлення 0,62 мкм була обрана для того, щоб усі існуючі DVD Video-плеєри та приводи DVD-ROM змогли зчитувати HD-BURN-диски після незначної модернізації.
2. Застосовується інша система корекції помилок: замість CIRC (Cross Interleaved Reed Solomon Code - код Ріда - Соломона, що перемежується) використовується RS-PC (RS-PRODUCT Code) з модуляцією 8-16. Це дозволило збільшити ємність ще 1,49 разу. За повідомленням Sanyo, система корекції помилок RS-PC не тільки компактніша, але й ефективніша, ніж CIRC. [ ]

У результаті ємність одного CD, записаного в режимі HD-BURN, вдвічі перевищує ємність компакт-диска, записаного у звичайному режимі.

Що таке компакт диск

Компакт-диски були винайдені у 1980 р. інженерами фірм Sony та Philips. Спочатку компакт-диски використовувалися для запису аудіофонограм. Стандарт аудіодисків називається CD-DA (Compact Disk – Digital Audio, компакт-диск – цифровий звук). Головна перевага компакт-диска перед традиційними носіями звуку (грамплатівки, магнітна стрічка) полягає в надзвичайно високій якостізвучання під час відтворення фонограм. При програванні компакт-дисків пристроєм, що зчитує, є лазерний промінь, а отже, між ним і диском немає механічного контакту. Тому в фонограмі, що відтворюється, повністю відсутні сторонні шуми, шурхіт і тріск, властиві звичайним грампластинкам.

З розвитком комп'ютерної техніки компакт-диски стали використовувати як пристрій зберігання інформації. Такі диски отримали назву CD-ROM (Compact Disk - Read-Only Memory, компакт-диск - постійний пристрій). З погляду фізичного пристрою CD-ROM диск повністю ідентичний звуковому CD-DA-диску і відрізняється лише логічною структурою доріжки (доріжок).

Стандартний компакт-диск (CD) складається з трьох шарів: основи, що відбиває та захисного. Основу виконано з прозорого полікарбонату, на якому методом пресування сформовано інформаційний рельєф. Поверх рельєфу напилюється металевий шар, що відбиває (алюміній, золото, срібло, інші метали і сплави). Відбиваючий шар покривається зверху захисним шаром полікарбонату або нейтрального лаку - так, щоб вся металева поверхня була захищена від контакту із зовнішнім середовищем. На захисний шар наносять написи та малюнки (методом шовкографії спеціальною хімічно нейтральною фарбою). Загальна товщина диска – 1.2 мм.

Інформація записана на диск у вигляді спіральної доріжки, що йде від центру до краю диска, де розташовані поглиблення (так звані пити). Інформація кодується чергуванням пітів (умовно – логічної 1) та проміжків між ними (умовно – логічних 0). Відстань між витками доріжки вибирається від 1.4 до 2 мкм, стандарт визначає відстань 1.6 мкм. Інформація на диску закодована завадовим кодом Ріда - Соломона з використанням чергування - так що дрібні збої при читанні доріжки ніяк не позначаються на достовірності зчитаної інформації. Доріжка може бути безперервною ЛП. СО ділитися на фрагменти (наприклад, сесії в мультисесійних дисках).

Компакт-диск є пластиковим диском, що має в центрі круглий отвір. На нього за допомогою лазера записується та зчитується оптична інформація цифрового формату.

Спочатку такі диски застосовувалися для зберігання цифрових музичних записів, нам вони знайомі під назвою Audio CD. Але через недовго диски пристосували для зберігання файлів, що містять цифрову інформацію різного формату (відео, текст, програми, музику, картинки і фото). Такі диски стали називати CD-ROM або «компакт-диск тільки для читання», адже записати на нього інформацію можна було лише один раз, натомість рахувати безліч. Через кілька років з'являються диски, на які користувач міг сам записати інформацію (CD-R), а також диски з можливістю перезапису (CD-RW), інформація з яких може бути стерта і записана заново.

Формати файлів, що записуються на Audio CD і на CD-ROM, різні. У зв'язку з цим програвачі, призначені для читання тільки Audio CD, не мають можливості відтворювати інформацію з диска формату CD-ROM, для чого потрібен спеціальний пристрій читання.

Історія компакт-диску починається у 70-х роках минулого століття. Вперше він з'явився 1979 року. Це була спільна розробка компаній Sony та Philips. Фірма Sonyрозробила спосіб кодування сигналів (аналогічний тому, що використовувався у професійних цифрових магнітофонах), а за Philips був виробничий процес, в якому застосовувалася їхня фірмова технологія випуску лазерних дисків.

У промислових масштабах компакт-диски стали випускатися 1982 року у Німеччині підприємством, що у місті Лангенхагене. Перший музичний CD, що вийшов у відкритий продаж, було представлено у червні 1982 року. На цьому диску вийшов у продаж альбом гурту "АВВА" - "The Visitors". Великий вплив на поширення компакт-дисків мали такі гіганти, як Apple і Microsoft.

Щоправда, є ще одна версія походження компакт-дисків, за якою їхнім винахідником був американець Джеймс Рассел із компанії «Optical Recording». Вже 1971 року він показував свій винахід, що дозволяє зберігати інформацію. Поштовхом до розробки Расселом оптичних дисків стало бажання не допустити пошкодження голками звукознімачів вінілових платівок з його улюбленими музичними композиціями. А вже за вісім років фірми Philips і Sony повторили його винахід.

Компакт-диски мають товщину 0,12 см та діаметр 12 см. Виконані вони з полікарбонату з нанесеним на нього найтоншим металевим покриттям (як правило, використовують срібло, золото, алюміній тощо) та шаром лаку. На один бік диска друкованим способом наноситься інформація та зображення, пов'язані з вмістом (імена виконавців, назви альбомів, треків, логотипи тощо).

З зовнішньої сторонидиска є виступ, який оперізує диск, і дозволяє робочої поверхні із записаною інформацією дряпатися. У центрі є круглий, діаметром 1,5 см отвір. Важить компакт-диск трохи менше 16 грам.

Спочатку на диски записувалася музика у форматі Red Book. Вона була двоканальною і мала частоту дискретизації 44,1 кГц, а також імпульсно-кодову модуляцію, що дорівнює 16 бітам. Невеликі подряпини, що йдуть до краю диска від центру чи навпаки, не впливають на читання інформації з диска. Це можливо завдяки коду Ріда-Соломона, який дає можливість коригувати помилки зчитування.

Інформація на диск записується доріжками, що закручуються у формі спіралі. Пити мають стандартні ширину та глибину рівні 500 нм та 100 нм відповідно. А ось по довжині піти різняться один від одного і мають діапазон варіації від 850 нм до 3,5 мкм.

Існують такі типи дисків: CD-RОМ – лише читання, CD-R – для одноразової записи, CD-RW – перезаписывающиеся. Для запису інформації на компакт-диски застосовуються спеціальні пристрої (приводи). Є ще фігурні диски Shape CD, що являють собою оптичні носії типу CD-ROM, які виконані у формі зірок, сердець, літаків, машин і т.д. Як правило, такі диски використовують як носії відео або аудіо інформації люди, пов'язані з шоу-бізнесом. Shape CD був запатентований німецьким продюсером Маріо Коссом в 1995 році. Варто зауважити, що диски зазначеного типу не слід використовувати в комп'ютерних приводах, так як вони більш швидкісні, ніж музичні, тому диск може зруйнуватися і пошкодити привод.