Содержание
1. Введение
2. Появление CD-ROM
3. Внешний вид и устройство CD-ROM
4. Технические характеристики CD-ROM
5. Принцип действия CD-ROM приводов
6. Компакт диски: CD/R/RW
7. Преимущества оптических носителей и их устройство
8. Форматы и стандарты компакт дисков
9. Виды стандартов компьютерных CD-ROM
10. Перспективы развития CD-ROM приводов и компакт дисков
11. Список литературы
Введение
Всеобщее развитие технологий повлекло компьютеризацию производства и быта. В настоящее время невозможно представить повседневную жизнь и современную науку без цифровых технологий, которые тесно связаны со всеми современными разработками. Компьютеры проникли в производственные и повседневные дела людей и открыли новые возможности для их развития. Быстродействие и возможность длительное время хранить информацию – вот главные качественные характеристики компьютеров в целом.
Представление о развитии этих технологий было бы не полным, без упоминания огромного вклада Жореса Ивановича Алфёрова, который стал автором фундаментальных работ в области физики полупроводников, открыл первые «идеальные» гетероструктуры арсенид алюминия – арсенид галлия (AlAs-GaAs). Предложил и создал полупроводниковые лазеры на основе двойных гетероструктур и реализовал непрерывный режим генерации при комнатной температуре.
Появляются новые технологии, которые превосходят предшествующие на несколько порядков. Ярким примером служит создание компакт дисков и DVD, которые превзошли дискеты и постепенно вытесняют их с современного рынка. Качественные характеристики и техническая реализация моделирования любой ситуации в режиме реального времени существенно выросли, причем виртуальную реальность бывает очень сложно отличить от реального мира.
Многогранное освещение данной темы необходимо для полного представления современного мира цифровых технологий.
Появление CD-ROM
В начале 80-х годов голандская фирма " Philips "объявила о совершенной ею революцией в области звуковоспроизведения.
Ее инженеры придумали то, что сейчас пользуется огромной популярностью – это лазерные диски и проигрыватели.
В чем же состоит главное преимущество лазерного или компакт-диска? Прежде всего, это необычайно высокое качество звучания при воспроизведении лазерных фонограмм. Поскольку при проигрывании компакт-дисков считывающим устройством является лазерный луч, а, следовательно, между ним и диском нет механического контакта, то полностью отсутствуют посторонние шумы, шуршанье и треск, свойственные обычным грампластинкам.
Внешний вид и устройство CD приводов
CD-привод предназначен. Для считывания информации с дисков CD-ROM, CD-R, CD-RW и для проигрывания обычных аудио-дисков (CD-DA). Управление приводом осуществляется зачастую с помощью только одной кнопкой Eject; на некоторых моделях имеется кнопка Play, позволяющая прослушивать звуковые композиции с аудио-дисков даже без подключения интерфейсного кабеля. Обычно эта кнопка является двухфункциональной (например, Play/Next) и служит еще для перехода между звуковыми дорожками. Изредка встречаются модели, имеющие широкий выбор управления проигрыванием аудио-CD (перемотки песен в обе стороны, пауза, стоп), фирма Creative выпускает также серию приводов Infra с дистанционным ИК-пультом. На передней панели также располагаются разъем для подключения наушников и регулятор громкости. На задней располагаются разъемы для подключения питания, интерфейсного шлейфа, звуковой и иногда цифровой (S/PDIF) выходы. Большинство приводов также имеет на передней панели небольшое отверстие, предназначенное для аварийного извлечения диска в тех случаях, когда обычным способом это сделать невозможно - напpимеp, пpи пpопадании питания и т.п. В отверстие нужно вставить шпильку, иглу или pаспpямленную скрепку и аккуратно нажать - пpи этом снимается блокировка лотка и его можно выдвинуть вручную. Система загрузки диска выполняется в трех вариантах: с использованием специального футляра для диска (caddy), вставляемого в приемное отвеpстие привода, с использованием выдвижного лотка (tray) - таких, кстати большинство - на который кладется сам диск, и с применением механизма щелевой загрузки диска резиновыми роликами (Slot-In).
Как же устроен CDD-ROM (здесь и далее CDD-ROM означает CD-привод от Compact Disk Drive, в отличие от CD-ROM - Compact Disk)? Привод состоит из платы электроники, шпиндельного двигателя, оптической системы со считывающей головкой и системы загрузки диска. На плате электроники размещены процессор, ПЗУ, в котором находится служебная программа (firmware), схема управления лазерной головкой, силовые микросхемы для управления двигателями и интерфейс с контpоллеpом компьютера. Шпиндельный двигатель служит для приведения диска во вращение с постоянной линейной (CLV) или угловой (CAV) скоростью. Сохранение постоянной линейной скорости требует изменения угловой скорости диска в зависимости от положения оптической головки (удалённости её от края диска).
Система оптической головки состоит из собственно самой головки и системы ее перемещения. В головке размещены лазерный излучатель на основе инфpакpасного лазерного светодиода, система фокусировки, фотоприемник и пpедваpительный усилитель. Лазерный луч имеет длину волны 780 нанометров. Система фокусировки представляет собой подвижную линзу, приводимую в движение электромагнитной системой Voice Coil (звуковая катушка), сделанной по аналогии с подвижной системой гpомкоговоpителя. Изменение напряженности магнитного поля вызывает перемещение линзы и пеpефокусиpовку лазерного луча.
Технические характеристики CD-ROM.
Максимальная емкость обычного компакт-диска приблизительно равна 700Mb. 24x, 32x, 36x, 40x, 45x, 48x, 50x, 52x" - это скорость чтения (или скорость вращения диска), которая рассчитывается исходя из кратности по отношению к стандартной единице, равной 150Kb/sec. Это скорость передачи данных, соответствующая скорости вращения стандартного аудиодиска. Как правило, скорости 4x вполне достаточно для большинства программ. Но дисководов CD-ROM с такой скоростью уже не встретишь. Более того, в настоящее время устройства со скоростью менее 32x уже не производят.
Современные приводы CD-ROM достигли высоких скоростей считывания информации с лазерного компакт-диска благодаря внедрению технологии CAV (Constant Angular Velocity- постоянная угловая скорость). В этом режиме частота оборотов диска остается постоянной, соответственно на периферийных участках данные считываются с большей скоростью (4-7.8Mb/sec). Средняя скорость считывания при этом гораздо ближе к минимальным значениям, поскольку запись на диске начинается с внутренних областей.
На реальных задачах разница в производительности приводов, имеющих скорости в диапазоне 24-40x, для пользователя практически неощутима и может быть измерена только специальными тестами. Более скоростные приводы обладают преимуществом лишь в случае считывания большого объема непрерывно расположенных данных, например, при установке программного обеспечения. В настоящее время производители CDD-ROM достигли скоростей свыще "50x (52х, 56х). Например 50х - привод имеет максимальную скорость считывания 7500Kb/sec. Эта величина соответствует частоте вращения 10400 оборотов в минуту. На таких скоростях начинают сильно сказываться дефекты производства дисков - искажения геометрии, неравномерность массы. Чтобы уменьшить паразитные биения, производители прибегают к различным ухищрениям, например, оборудуют приводы CDD-ROM специальными демпфирующими устройствами.
Поскольку дальнейшее повышение производительности CDD-ROM за счет увеличения частоты вращения крайне затруднено из-за ограничений по механике, сейчас ведутся исследования в других направлениях.
Следует отметить, что скорость чтения зависит не только от модели дисковода CD-ROM, но и от качества диска и уровня проработки контроллера дисковода. Если контроллер при чтении обнаруживает ошибку, он или несколько раз перечитывает сбойный участок, или уменьшает скорость вращения диска. Чем хуже диск, тем меньше средняя скорость чтения.
Скорость доступа (access time) определяет среднее время (в миллисекундах), необходимое для обнаружения и загрузки первого блока данных во внутренний буфер. Стандарт MPC 1 устанавливает такое время в одну секунду или менее, но большенство современных приводов имеют скорость доступа около 0.3 с. Разумеется, этот параметр не включает в себя время, необходимое для выхода двигателя на рабочий режим.
Скорость передачи данных (dats-transfer rate) зависит от двух факторов - плотности данных и скорости вращения диска. Под плотностью в данном случае понимают количество бит (впадин) на дюйм (или миллиметр). Так, для 16-битного стереосигнала качества аудио-CD (частота 44.1 кГц) скорость должна быть 1.4 Мбита/с. Разделив это значени на число бит в байте (8), мы получим 176.4 Кбайта/с - усредненное значение для скорости передачи данных.
Стандарт МСР1 определяет скорость передачи данных как 150 Кбайт/с, МСР 2 - 300 Кбайт/с. В настоящее время наибольшее распространение получили приводы, использующие технологию удвоения скорости вращения диска. Именно в этом случае скорость передачи достигает значения 300 Кбайт/с. Подобные устройства удовлетворяют спецификации МСР 2, поскольку имеют время поиска менее 400 мс.
Сравнительно недавно появились модели приводов с утроенной, учетверенной и даже ушестеренной скоростью вращения. Пионером в технологии увеличения скорости являются, например, фирмы NEC и Plextor.
Под размером блока данных (data block size) понимают минимальное количество байт, которые передаются на компьютер черезинтерфейсную карту. Иначе говоря, это единица информации, с которой оперирует контроллер привода. Минимальный размер блока данных в соответствии со спецификацией МРС равен 16 Кбайт. Поскольку файлы на компакт-диске обычно достаточно большие, то промежутки между блоками данных ничтожно малы.
Размер буфера - размер внутреннего буфера (кэш-памяти),в который считываются файлы перед их передачей. Стандарт МРС устанавливает размер буфера в 64 Кбайт, а это в буфере будет находиться около 0.4 секунды 16-битного стереосигнала качества CD-Audio (частоты 44.1 кГц). Для скоростных устройств размер буфера может достигать 256 Кбайт и даже 1 Мбайта.
Поддержка проигрывания аудиодисков означает, что с помощью при- вода CD-ROM вы сможете слушать обычные музыкальные компакт-диски. Этой возможностью обладают практически все современные модели приводов. Некоторые модели не требуют для этого специальных программ - воспризведение аудио-CD выполняется на "аппаратном" уровне. Для включения этого режима на передней панели привода имеется специальная кнопка.
Поддержка формата CD-ROM/XA.Подразумевается использование дисков формата ХА, поддерживающего хранение аудио- и видеоданных единым блоком, в который также включается информация о синхронизации звука. Данные на аудиодисках и CD-ROM хранятся на дорожках, вмещающих 24-байтовые "кадры", проигрываемые со скоростью 75 кадров в секунду. Хранящиеся данные могут включать звук, текст, статические и динамическое изображения. При содержании в обычном
формате каждый тип должен располагаться на отдельной дорожке, когда в формате ХА данные различного типа могут храниться на одной дорожке.
Тип загрузки диска. Существует два типа приводов CD-ROM. В первом случае диск устанавливается напрямую (например, в приводах Mitsumi). Во втором случае для установки диска используется специальная кассета, называемая кэдди (caddy). Недорогие односкоростные модели с прямой установкой диска обычно представляют собой версии аудио-CD-плэйеров. Для прослушивания аудиодисков на приводе CD-ROM, последний должен обеспечивать эту возможность.
Если есть возможность выбора, то лучше остановиться на моделях с автоматической очисткой линз и протиркой диска при его загрузке. Обычно эти опции существенно не влияют на цену.
Принцип действия CD приводов
Аббревиатура CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) переводится на русский язык как постоянное запоминающее устройство на основе компакт-диска. Принцип действия этого устройства состоит в считывании числовых данных с помощью лазерного луча, отражающегося от поверхности диска. Если бы не был изобретен лазер, не было бы и CD-ROM. Своим интенсивным и узким сфокусированным лучом лазер позволяет точно обнаруживать и регистрировать прохождение миллионов крошечных отпечатков на поверхности быстро вращающегося диска. Процесс протекает без трения, так как работа основана на фазовых сдвигах отраженного света. Этот метод позволяет очень плотно упаковывать данные, так как хорошо сфокусированный лазерный луч способен со скоростью света реагировать на мельчайшие изменения на поверхности диска. Процесс создания CD-ROM возможен не только потому, что лазер способен считывать сигналы таким образом, но и прежде всего потому, что лазер можно использовать для точной записи отпечатков на диск, являющейся частью процедуры изготовления диска. Свет, полученный из обычных естественных или искусственных источников, состоит из фотонов, движущихся в хаотичных волновых пакетах, даже когда они получены из луча света одной и той же частоты. Световые лучи такого рода называются некогерентными, что означает распространение волн во всех направлениях. Напротив, луч света от лазера является когерентным. Когерентный луч представляет собой чистые упорядоченные распространяющиеся волны, что делает его полезным для многих научных приложений. Когерентный свет создается благодаря вынужденному излучению, что и отражено в слове лазер (laser - light amplification by stimulated emission of radiation - усиление света в результате вынужденного излучения). Лазерный луч создается, когда источник энергии вводится в так называемую активную среду. Два зеркала, расположенные по обеим сторонам активной среды, используются для канализации части излучения, испытывающего многократные отражения между зеркалами. В данном устройстве использовался внутренний фотоэффект (увеличение электропроводимости полупроводников или диэлектриков под действием света), вызывающий изменение сопротивления фотодиода, при подаче на него, запирающего напряжения.
Обычно в качестве фотодиода используют полупроводниковые диоды с p-n переходом, который смещен в обратном направлении внешним источником питания.
При поглощении квантов света в p-n переходе или в прилегающих к нему областях образуются новые носители заряда. Не основные носители заряда, возникшие в областях, прилегающих к p-n переходу на расстоянии, не превышающей диффузионной длины, диффундируют в p-n переход и проходят через него под действием электрического поля. То есть обратный ток при освещении возрастает. Поглощение квантов непосредственно в p-n переходе приводит к аналогичным результатам. Величина, на которую возрастает обратный ток, называется фототоком. Фотодиод обладает малой инерциальностью, а значит, есть возможность увеличить скорость передачи сигнала. Активной средой может быть смесь газов (таких, как гелий и неон) или ионы в кристаллической решетке (такой, как в арсенид-галлиевых лазерах, обычно используемых в записывающих и считывающих накопителях CD). Материалы и источники энергии, используемые для получения такого света, определяют мощность и интенсивность результирующего луча. Лазер накопителя CD-ROM направлен на вращающийся диск, а отраженный свет проходит через линзу и попадает на светодиод. Данные на поверхности диска записаны в виде впадин (углублений в диске "pit") и выступов (их уровень соответствует поверхности диска "land"). Логические схемы, подключенные к светодиоду, могут регистрировать разность между расстоянием, пройденным светом до поверхности диска, и расстоянием, пройденным светом до углубления. Указанная разность обнаруживается в виде фазового сдвига в световом луче. Этот метод используется для хранения данных на CD-ROM и считывания их с него. Как и все в цифровом мире, совокупность впадин и выступов (соответствующая последовательности единичных и нулевых сигналов на выходе светодиода) может представлять значительно более сложные аналоги, такие, как звуковой волновой пакет или прохождение форм и цвета в видеосегменте.
Компакт диски: CD-ROM/R/RW
Компакт-диск имеет диаметр 4,72 дюйма (120 мм) и весит примерно 14 г. Отражающая поверхность - противоположная от наклейки (этикетки, маркировки) сторона диска создает призматический эффект, если ее поместить на свет. Медленно поворачивая диск под ярким светом, можно наблюдать разноцветные радужные картинки.
Что же представляет собой CD-диск и как производится чтение с него данных? Стандаpтный диск состоит из тpех слоев: подложки из пластмассы (поликаpбоната), на котоpой отштампован pельеф диска, напыленного на нее отpажающего покpытия из алюминия, золота, сеpебpа или дpугого сплава, и более тонкого защитного слоя поликаpбоната или лака, на котоpый наносятся надписи и pисунки. Компакт-диски в основном изготавливаются из пластмассы, известной как поликарбонат. Это чудо химии обычно поставляется на фабрики по тиражированию дисков в виде маленьких шариков, которые расплавляются до консистенции меда, а затем выдавливаются в формы. Последние уже имеют неровности поверхности - впадины и выступы, - соответствующие данным, которые были записаны с помощью лазера на стеклянный мастер-диск. Когда жидкий поликарбонат заполняет форму, он приобретает ту же самую картину углублений. Получаемый в результате пластмассовый диск, изготовленный в основном из материала, составляющего CD-ROM, называется пластмассовой подложкой. Как уже говорилось выше, углубления в пластмассовой подложке, называемые питами, располагаются в виде непрерывной спирали, выходящей из области вблизи оси диска и попадающей на внешнюю границу области записи данных. Участки между питами называются лендами. На эту поверхность напыляется алюминиевое покрытие, которое в точности сохраняет всю "географию" питов и лендов. Отражающий слой алюминия настолько тонкий, что измеряется ангстремами (один ангстрем равен одной миллиардной доли метра). Толщина алюминиевого слоя составляет несколько сотен ангстрем. Для предохранения алюминия от царапин и других повреждений, которые бы привели к потере данных, записанных на диске, поверх алюминия наносится прозрачный слой лака. Лазерный луч считывает данные через этот слой, без труда различая микроскопические отпечатки на поверхности диска. Последним шагом в процессе создания диска является нанесение образа с названием на другую сторону диска.
CD-R имеют некоторые важные отличия от стандартных CD, выпускаемых массовыми тиражами. Хотя CD-R и является чистым, на нем уже есть спиральная канавка, нанесенная на подложку из поликарбоната, задающая для лазерной головки записывающего накопителя путь, по которому она будет следовать при прожигании шаблона данных. Вместо алюминиевого слоя, имеющегося в стандартных CD, CD-R имеет слой серебра. При этом серебро не только создает хорошо отражающую поверхность, но также обеспечивает очень высокую стойкость против коррозии. Еще один слой, выполненный из органического красителя и расположенный между подложкой из поликарбоната и слоем серебра, служит в качестве среды для осуществления записи. Как и в случае стандартных CD-ROM, дополнительная степень защиты от царапин и повышение срока службы диска обеспечиваются нанесением слоя лака на его поверхность. ЗАМЕЧАНИЕ. Основные принципы работы накопителя CD-ROM и накопителя CD-R одинаковы, однако в накопителе CD-R используется сильнее сфокусированный и более интенсивный лазерный луч, способный прожигать слой красителя в записываемом компакт-диске. В процессе записи луч лазера накопителя CD-R проходит через пластмассовую подложку и нагревает краситель, выбивая шаблон данных на диске. В местах нагрева краситель вспучивается, образуя холмики, продавливающие слой серебра. Образовавшиеся холмики соответствуют впадинам на стандартным образом записанном CD-ROM. Лазерный луч отклоняется при попадании на них, и холмики читаются накопителем CD-ROM точно так же, как впадины, хотя они выступают, а не образуют впадины. Срок службы компакт-дисков - исключительно долгий по сравнению с жесткими магнитными дисками и дискетами, хотя тоже ограничен. CD требуют осторожного обращения с ними и хороших условий их хранения. Они могут стать нечитабельными из-за искривления поверхности или других повреждений, а их возможности в качестве среды для архивирования ограниченны из-за окисления. Хотя методы переработки вышедших из строя дисков еще не очень эффективны, некоторые исследования показывают, что пути для повышения эффективности существуют. Кроме того, замена бумажных материалов на значительно более компактные материалы служит делу охраны окружающей среды. Один диск может вместить информацию, содержащуюся во всех гражданских и деловых телефонных справочниках для целой страны. Очевидно, что легче изготавливать и хранить диск из пластмассы и алюминия весом около 14 г, чем многокилограммовые бумажные телефонные справочники.
Преимущества оптических носителей и их устройство.
Преимущества оптической памяти
CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory - память на компакт-диске только для чтения) принадлежит семейству оптических устройств хранения данных. В отличие от магнитных методов хранения, в которых используется разная поляризация сигналов для записи и чтения на магнитной поверхности, в устройствах оптической памяти используется лазерный луч для распознавания отпечатков на отражающей поверхности диска. Другой представитель указанного семейства - накопитель WORM (Write Once, Read Many - однократная запись, многократное чтение) - также "совершил" несколько попыток закрепиться в области архивирования и хранения данных. Однако несовместимость и отличающиеся стандарты ограничили возможности его использования в качестве основной среды обмена данными. Магнитооптический (МО) накопитель также принадлежит рассматриваемому семейству. Он обладает тем преимуществом, что с помощью оптических методов позволяет осуществлять многократную запись данных на один и тот же носитель. Такие характеристики CD-ROM, как его малый вес, прочность, долгий срок службы и высокая емкость, привели к большой и все возрастающей популярности его как среды для архивирования различных типов данных. Дни использования магнитной ленты для архивного хранения как в картриджах, так и на бобинах, быстро оказались сочтены. Кроме прочности и компактности CD-ROM также обладает решающим преимуществом в качестве среды для массового хранения данных: CD-ROM обеспечивает произвольный доступ к любой хранимой на нем информации. Для сравнения линейные методы хранения данных, такие, как ленточные устройства, использующие картриджи или катушки, не могут обеспечить легкий доступ к блоку данных, если он не расположен в непосредственной близости к текущему положению головки считывания или записи относительно ленты. Если попытаться считать блок данных, записанных в конце ленты, а головка считывания находится в начале, нужно промотать ленту вперед. А если следующая порция данных находится в начале ленты, опять требуется время для обратной перемотки.
Целостность данных
Оптические носители обеспечивают такую степень точности и целостности данных при хранении, которую трудно получить от магнитных носителей. Так как в оптической памяти данные представляются в форме отпечатков на поверхности носителя, единственную опасность для целостности данных представляет коррозия или физическое повреждение поверхности (которое может быть вызвано царапинами или чрезмерным перегревом). Магнитные же носители подвергаются медленному, но неизбежному старению из-за постепенного размагничивания начиная с того дня, когда на них первый раз что-либо записали. Соседние намагниченные участки, такие, как участки на поверхности жесткого магнитного диска, оказывают со временем влияние друг на друга, а также могут сильно изменяться при попадании в область сильного магнитного поля (например, поля, создаваемого ручным пылесосом, если переусердствовать с чисткой внутри корпуса компьютера). Время жизни данных, хранимых на магнитной ленте, колеблется от 6 до 12 лет. Оценки времени жизни для CD-R составляют 100 лет устойчивого хранения данных! CD-ROM, созданные методами массового тиражирования, не являются столь долговечными в основном из-за материала подложек. Для таких CD-ROM известные оценки срока службы колеблются от 10 до 25 лет. Так как диски, используемые для хранения компьютерных данных, начали появляться не так давно, мы, возможно, начнем получать отчеты о реальных сроках службы CD-ROM только по прошествии определенного времени. Врагом компакт-дисков является коррозия алюминия. Когда микроскопические впадины, появляющиеся на поверхности диска из-за коррозии, станут сравнимыми со впадинами, несущими полезную информацию, то возникнет серьезная опасность потери данных. Слой серебра, используемый в CD-R, обладает гораздо большей устойчивостью к коррозии, что является основной причиной для более долгого срока службы среды CD-R
Вопрос «как делаются CD-R диски?», пожалуй, самый простой. Можно ответить всего одной фразой: CD-R делаются на заводе. Впрочем, вряд ли кто-нибудь собирается наладить самостоятельное изготовление CD-R на собственной кухне. Гораздо большее количество людей волнует вопрос «откуда же берутся плохие диски?». Всем ведь уже порядком надоело, что процесс записи диска со стороны напоминает шаманский обряд. Поэтому некоторые «производственные секреты», от которых больше всего зависит качество изготовленного диска, мы чуть позже рассмотрим. Но для начала давайте разберёмся, как этот диск всё же устроен. И начнём издалека, с устройства ближайшего родственника CD-R – «штампованного» CD-ROM.
Питы в «алюминиевых» дисках
Всем известно, что информация на компакт-диске («настоящем», который называется CD-ROM) представляется в виде «питов» (pit – яма, углубление). Внешний вид основы (до нанесения отражающего слоя) приведён на рис. 2. Трёхмерное изображение поверхности основы CD-ROM построено по результатам измерений, проведенных в лаборатории атомно-силовой микроскопии Института физики полупроводников Национальной академии наук Украины. Измерения выполнены с помощью атомно-силового микроскопа (Atomic Force Microscope) NanoScope IIIa фирмы Digital Instruments.
Каждый пит – это не биты записанной информации, нельзя питы и ленды связывать с «1» или «0».
Каждый пит или ленд представляет сразу несколько бит информации. Дело в том, что информация, подготовленная к размещению на компакт-диске, подвергается ряду сложных преобразований. В первую очередь это мощная система помехоустойчивого кодирования. Помехоустойчивое кодирование и особенно система, примененная в компакт-дисках, – это очень интересная, но и весьма сложная тема. В рамках данной статьи мы её касаться не будем. Для правильного понимания дальнейшего материала нам важно вспомнить только два момента. Во-первых, то, что информация представлена в последовательном коде. Во-вторых, то, что после всех преобразований, связанных с помехоустойчивым кодированием, непосредственно перед размещением информации на компакт-диске осуществляется ещё одно, так называемое канальное кодирование. В компакт-дисках применяется канальный код EFM (Eight to Fourteen Modulation). Этот код разработан фирмой Philips специально для лазерной звукозаписи. Суть канального кодирования EFM заключается в том, что каждый байт информации заменяется 14-разрядным словом из специальной таблицы преобразования. К полученному таким образом 14-разрядному слову по определённому правилу добавляется ещё три так называемых соединительных разряда. В результате канального кодирования получается непрерывная последовательность бит, причём между двумя единицами никогда не может быть меньше двух или больше десяти нулей. Именно эта последовательность бит, в которой между двумя единицами не меньше двух и не больше десяти нулей, и представлена на компакт-диске питами. Причём питы и ленды чередуются в моменты, соответствующие началу бита, равного «1». Если до этого был, например, «ленд», то становится «пит», и наоборот. Таким образом, питы и ленды с точки зрения представления информации равнозначны и характеризуют только временные интервалы между двумя единицами в последовательности бит. Поскольку состояние (ленд или пит) изменяется в моменты, соответствующие именно началу бита, равного «1», то протяженность каждого участка (и пита, и ленда) лежит в пределах от 3 периодов тактовой частоты (это называется интервалом 3Т) до 11 периодов (11Т), т.е. включает и длительность одного бита, равного «1» (рис. 3).
От участка, который называется «ленд», свет лазера отражается и попадает в фотоприёмники. От участков, которые называются «пит», свет, конечно, тоже отражается, но из-за расфокусировки луча в фотоприёмники не попадает.
Размеры каждого пита чрезвычайно малы, меньше диаметра сфокусированного пятна лазера. Поэтому ток фотоприёмника не мгновенно появляется и исчезает, а плавно изменяется от минимального до максимального значения. Это так называемый высокочастотный информационный сигнал.
Чтобы можно было выделить информацию, высокочастотный информационный сигнал преобразуется компаратором в последовательность прямоугольных импульсов. Длительность каждого из полученных таким способом прямоугольных импульсов кратна периоду следования битов последовательного кода (рис. 2г). Каждые 14 последовательных периодов декодируются в один байт информации, соединительные разряды просто отбрасываются.
Такая сложная система появилась, конечно, не от хорошей жизни. Питы, кроме того, что в их расположении на диске содержится записанная информация, выполняют и другие, очень важные для считывания этой информации функции.
Дело в том, что на компакт-диске информация упакована с очень высокой плотностью. Размеры каждого пита очень малы – порядка 0,6 мкм, а шаг спирали – всего 1,6 мкм. При таких размерах точно позиционировать считывающую головку можно только с помощью замкнутой системы автослежения. Все приводы CD-ROM имеют достаточно сложный механизм автослежения (автотрекинга). Причём какой-либо дополнительной разметки на диске нет. Слежение осуществляется за самой дорожкой с данными и именно за расположенными по спирали питами. Управляющий сигнал для системы автослежения может вырабатывается только тогда, когда присутствуют тёмные участки (питы), поскольку ленд – это на самом деле вся остальная (кроме питов) поверхность диска, и какая-либо информация на ней отсутствует.
Благодаря описанному выше способу представления информации тёмные участки (питы) не могут отсутствовать больше, чем 10 периодов тактовой частоты. Этого вполне достаточно, чтобы следящая система успевала своевременно корректировать положение головки.
Вторая трудная задача, которая возникает при считывании информации с компакт-диска, – это точное выделение временных интервалов, соответствующих периоду следования символов последовательного кода. Ведь на самом деле период следования символов зависит от скорости вращения диска. Поддерживать скорость вращения диска с требуемой точностью практически невозможно. Поэтому было принято другое решение: скорость вращения диска только примерно соответствует требуемой, а временные интервалы определяются периодом следования встроенного тактового генератора. Частота и фаза этого генератора подстраивается под реальную скорость поступления информации с помощью инерционной системы автоподстройки. Благодаря инерционности этой системы корректировать частоту и фазу генератора не обязательно каждый период. Но периодическая коррекция всё же требуется, и канальный код EFM как нельзя лучше подходит для данной задачи.
CD-R в разрезе
По своему устройству диск CD-R (заготовка для записи), также как и его «штампованный» собрат, напоминает слоёный пирог (рис. 4) и отличается только наличием активного (регистрирующего) слоя. Для записи информации служит активный слой. Однако качественные характеристики CD-R определяются всеми слоями. Поэтому давайте просто рассмотрим CD-R последовательно, слой за слоем.
Главной «деталью» CD-R диска является основа. От качества изготовления. основы зависит почти половина качества всего диска. Правда, к характеристикам материала, из которого выполнена основа, особых требований не предъявляется, применяется тот же поликарбонат, который используется и при изготовлении CD-ROM. Но вот рельеф основы намного сложнее, чем у записанного диска (CD-ROM).
Трудности начинаются с того, что «чистая», незаписанная заготовка не содержит никакой информации и, соответственно, на ее поверхности не должно быть никаких питов. Но ведь питы – это не только хранимая информация, но и источник данных для работы следящей системы. Как же на незаписанной заготовке удержать записывающую головку на воображаемой спирали с достаточной точностью? Для этого основа CD-R диска при изготовлении получает разметку – сплошную спиральную канавку (Pregroove).
Трёхмерное изображение поверхности основы CD-R, построенное по результатам измерений, также выполненных в лаборатории атомно-силовой микроскопии Института физики полупроводников Национальной академии наук Украины, приведено на рис. 5.
Рис. 6. Так канавка превращается в питы
Точные значения ширины, глубины и даже угла наклона боковых стенок – это и есть самое большое ноу-хау фирмы, выпускающий CD-R.
Эта направляющая канавка заполняется органическим красителем. Благодаря красителю луч лазера несколько ослабляется, поэтому от самой канавки в фотоприёмники попадает меньше света, чем от остальных участков диска. Этого достаточно для надёжной работы следящей системы устройства записи. Конечно, краситель не может быть очень тёмным. Ведь его наличие не должно в дальнейшем мешать считывающим устройствам, которые могут и не предполагать наличие спиральной разметки. Но следящая система записывающего устройства специально разработана для отслеживания положения относительно слабоконтрастной дорожки.
В CD-ROM питы не только содержат полезную информацию и позволяют следить за информационной дорожкой, но и служат для синхронизации частоты своего тактового генератора с частотой следования битов считываемого последовательного кода. Отсутствие питов у незаписанного CD-R заставляет применять весьма хитроумные технические решения для синхронизации частоты тактового генератора (в данном случае со скоростью вращения диска). В частности, в CD-R канавка выполнена не в виде ровненькой спирали, как её представлял себе Архимед, а с микроскопическими отклонениями – вобуляцией (рис. 6).
Частота колебаний канавки относительно спиральной траектории составляет 22,05 кГц (для скорости вращения диска 1х). Соответственно, один период этих колебаний занимает 60 мкм спиральной траектории. Амплитуда колебаний всего 0,03 мкм, значительно меньше ширины самой канавки, но этого достаточно, чтобы выделить колебания с частотой 22,05 кГц и синхронизировать этими колебаниями частоту своего тактового генератора.
К сожалению, на этом трудности с определением местоположения записывающей головки не заканчиваются. Как известно, информация на CD-ROM записана отдельными порциями – кадрами (секторами, блоками). В заголовке каждого кадра содержится служебная информация, в том числе и о номере текущего кадра. Номер кадра представляется двоично – десятичным кодом в формате (минута):(секунда):(номер кадра в пределах данной секунды). Каждая секунда содержит 75 кадров. Пока на CD-R не записано ни одного кадра, информации о номере кадра не может быть. Но она ведь нужна!
На самом деле эта информация есть и на девственно чистом CD-R. Запрятана она также в форме канавки. Это так называемое действительное время по разметке (ATIP – Actual Time In Pregroove). Вся спиральная разметка разбивается на фреймы, каждый из которых по длительности соответствует одному кадру информации. Информация о номере фрейма (будущего кадра) представлена на разметке путем сдвига частоты вобуляции на 1 кГц от значения 22,05 кГц, т.е. реально частота вобуляции принимает значения 21,05 кГц или 23,05 кГц. То или иное текущее значение частоты вобуляции играет ту же роль, что и питы и ленды на поверхности CD-ROM. Номер фрейма – это 42 последовательных временных интервала, закодированных рассмотренным выше кодом EFM. Серия из 42 временных интервалов декодируется в 3 байта, из них один байт (две десятичные цифры) – это минута, один байт (две десятичные цифры) – секунда и один байт (также две десятичные цифры) – номер фрейма в текущей секунде.
Спиральная канавка у CD-R начинается несколько ближе к центру диска, чем у обычного CD-ROM начинается последовательность питов. На этом начальном участке, недоступном, как правило, для считывающих приводов CD-ROM, расположены две служебные области: для калибровки мощности лазера перед записью PCA (Power Calibration Area) и для временного хранения таблицы содержания диска PMA (Program Memory Area). PCA используется для выбора оптимальной мощности лазера перед каждой записью, а PMA – для временного хранения таблицы содержимого диска в процессе записи.
PCA и PMA являются таблицами фиксированной длины ёмкостью по 99 элементов каждая, что и ограничивает возможное количество сессий.
На этом участке существует также специальная таблица, в которой содержатся некоторые сведения, характеризующие данный CD-R. Таблица содержит специальную информацию, которая присутствует всегда, и дополнительную информацию, которая может быть на диске, а может и не быть. Специальная информация – это, например, сведения об производителе матрицы, с которой изготовлена основа данного CD-R, сведения о применяемом красителе и оптимальной мощности лазера, код применения (например, для бытовых аудиорекордеров). Дополнительная информация – это, например, максимальная и минимальная скорость записи. Таблица выполнена путем формирования самых настоящих «питов» и «лендов», как в CD-ROM, т.е. не может быть изменена никаким способом. Но она может быть прочитана. Для этого существуют различные программы, например, cdr_identifier_152.exe (одна из самых удачных и широко распространённых).
К сожалению, такие программы довольно часто бесполезны, особенно для новых CD-R. Дело в том, что точное содержание таблицы и коды производителей матрицы определяются Orange Forum – организацией, занимающейся стандартизацией в области CD-R. Раньше вся эта информация была общедоступной. Сейчас ссылка на эту информацию на сайте Orange Forum выглядит очень даже обидно:
Disc Identification Method (Orange Forum Members Only).
Активный слой
Активный слой – на самом деле это и есть тот краситель, которым заполняется направляющая канавка. Так он и задумывался. Но, несмотря на то, что сейчас мы рассматриваем этот слой только как заполнение красителем специальной канавки, это все же слой. Почему это так, нам станет предельно понятно после того, как мы разберемся с технологическими особенностями изготовления CD-R. Сейчас же давайте только посмотрим, каким же образом осуществляется запись информации на CD-R, или, другими словами, как канавка превращается в питы.
Прожиг информации
В процессе записи на отдельных участках мощность лазера увеличивается от 0,7 мВт (мощность при считывании) до величины порядка 8 мВт (для первой скорости). Энергия лазерного луча поглощается органическим красителем и преобразуется в тепло. Иногда этот процесс называется «прожигание». Термин «прожигание» не совсем точен и в некотором смысле даже вреден. Создается впечатление, что в отражающем слое или где-то ещё создаются «дырки». На самом деле под действием выделяющегося тепла происходят различные изменения (рис. 7).
В результате нагрева краситель обугливается и в нём появляются микроскопические газовые пузырьки. В процессе выделения газов увеличивается объём красителя и деформируется отражающий слой. Краситель нагревается до температуры, превышающей температуру плавления поликарбоната, вследствие чего и сама основа в данной точке плавится и деформируется.
Для разных дисков и разных режимов записи могут преобладать те или иные эффекты. Это не столь важно, в любом случае прозрачность такого участка с точки зрения лазера
Рис. 6. Так канавка превращается в питы
значительно ухудшается, что эквивалентно «питу» в обычном CD-ROM. Возникает только путаница, как это всё назвать. Ведь под термином «ленд» понимается вся поверхность диска, не занятая питами. Собственно, слово-то land и переводится с английского как «поверхность». И в дисках CD-R есть самый настоящий ленд: это участки поверхности между витками направляющей канавки. Поэтому канавка у незаписанного диска CD-R называется просто канавка (groоve), а после записи вся канавка считается разбитой на ряд питов. Только одни питы обозначают питы (pit marks pits), а другие питы обозначают ленды (land marks pits).
После того, как диск записан, надобность в канавке с ATIP отпадает. Обычные приводы CD-ROM даже не догадываются о её существовании, а просто анализируют тёмные и светлые участки диска. При этом, когда привод читает записанный диск, то следить за дорожкой ему даже легче. Даже на участках, соответствующих ленду на «алюминиевом» диске, т.е. светлых участках, сама дорожка немного темнее остальной поверхности. Но вот считывать записанную информацию труднее, чем с CD-ROM. Это и меньший коэффициент отражения из-за наличия дополнительного слоя, это и качество формирования питов лазерным лучом. Качество формирования питов зависит, конечно, в первую очередь от свойств красителя, поэтому рассмотрим этот вопрос подробнее.
В действительности взаимодействие луча лазера с активным слоем намного сложнее. Но более строго мы сможем рассмотреть влияние параметров активного слоя на качественные характеристики CD-R только после краткого анализа особенностей технологического процесса изготовления CD-R, что и будет сделано в продолжении данной статьи. Сейчас же мы можем обсудить характеристики красителей только как вещества, которое заполняет направляющую канавку и «прожигается» в процессе записи.
Подробности о красителях
В настоящее время на рынке представлены первоклассные модели CD-R дисков с различным активным слоем. Конечно, каждый тип активного слоя обладает своими специфическими характеристиками. И производители CD-R на этом основании проводят мощные рекламные акции для доказательства того, что применяемый данной компанией активный слой самый активный в мире. Taiyo Yuden гордится тем, что она первая применила активный слой на основе цианина, и именно он лег в основу стандарта под названием «Оранжевая книга», в котором описывается, каким должен быть CD-R. Ей вторит TDK, которая говорит что только цианин хорош для Audio CD (подразумевается, наверное, не просто цианин, а именно цианин от TDK). Концерн Mitsubishi Chemical разработал краситель Metal Azo и почти убедил нас в том, что только диски Verbatim, использующие краситель Metal Azo, пригодны для записи. А в это время Mitsui Advanced Media, Inc. запатентовала по крайней мере два типа красителей на основе фталоцианина и утверждает, что её диски – это «диски третьего тысячелетия». Где же правда?Если оставить в стороне рекламную шумиху вокруг данного вопроса, то окажется, что существует только две разновидности красителей: на основе цианина и на основе фталоцианина.
Цианин – это краситель, который исторически первым начал применяться в CD-R. Своё название он получил из-за цвета (cyan – голубой). Никакого отношения к ядовитым цианидам он не имеет, так что не пытайтесь скормить испорченный CD-R любимой тёще. В чистом виде цианин никогда не применялся в CD-R. Сам по себе этот краситель очень чувствителен к солнечному свету, поэтому всегда требует применения стабилизирующих добавок. Цианин имеет достаточно тёмный цвет. Поэтому направляющая дорожка оказывается очень контрастной, и любое записывающее устройство изначально с успехом справлялось с задачей отслеживания этой дорожки. Но из-за тёмного цвета коэффициент отражения света даже на тех участках, которые должны быть светлыми, получается не очень высок. Это являлось основной причиной того, что «золотые диски» плохо читались в обычном приводе CD-ROM. Конечно, за время существования CD-ROM и записывающие устройства, и читающие приводы, и сам краситель стали уже не те, что были 20 лет назад. В современных заготовках на основе цианина какие-либо проблемы, связанные с цветом красителя, практически исключены. Единственной действительной проблемой является чувствительность цианина к ультрафиолетовым лучам. Диск, эксплуатируемый в солнечных помещениях, может довольно быстро растерять все записанные на него битики.
Кроме того, цианин идеально работает при записи на первой скорости, но при увеличении скорости записи качество записи, как правило, оставляет желать лучшего. Поэтому исследования, направленные на улучшение эксплуатационных характеристик цианина, продолжаются и сейчас. Наиболее значительная разработка в этом плане – это краситель Metal Azo.
Краситель Metal Azo разработан концерном Mitsubishi Chemical и применяется только в дисках с торговой маркой Verbatim. Это тоже цианин, но с уникальными патентованными стабилизирующими добавками. Диски Verbatim имеют очень приятный насыщенный синий цвет. Приятно брать в руки, и ни с какими другими не спутаешь. Но главное достоинство этих дисков, конечно, не в красоте. Благодаря добавкам удалось значительно повысить стойкость красителя к ультрафиолетовым лучам и теплу. Кроме того, значительно расширился диапазон скоростей записи. Именно поэтому диски Verbatim пользуются заслуженным уважением.
Фталоцианин разработан одним из самых известных производителей CD-R – фирмой Mitsui. Одной из целей разработки было именно понижение чувствительности к ультрафиолетовым лучам. Фталоцианин сам по себе намного стабильнее, чем цианин, и поэтому не требует никаких дополнительных стабилизирующих добавок. Преобладающим эффектом при записи диска с активным слоем на основе фталоцианина является выделение газов с образованием пузырьков и сопутствующей деформацией отражающего слоя. Поэтому фталоцианин требует меньшей мощности лазера при записи (рис. 8).
Рис. 8 Требуемая мощность лазера при записи (по данным Mitsui Toatsu)
Фталоцианин, в противоположность цианину, очень хорошо работает на повышенных скоростях записи и плохо – на первой скорости.
Фталоцианин имеет золотистый цвет и значительно светлее цианина. Более того, даже после записи диск остается почти прозрачным. На этом основании многие испытывают предубежденность к нескромно-светлым дискам. Но реальных причин для беспокойства всё же нет. Это мы видим, какого цвета краситель у CD-R. Лазер же по своей природе дальтоник. Он «не понимает» цвет. Для него существуют только яркие участки и тёмные. Более того, лазерная головка определяет яркость только в инфракрасной области света, которую мы не видим. Поэтому мы с лазером никогда и не поймём друг друга. Остаётся полагаться только на обещания разработчиков красителя, что с точки зрения лазера краситель достаточно тёмный. Что же касается того факта, что диск остается светлым после записи, то и здесь ничего удивительного нет. Поскольку основным эффектом при записи для фталоцианина является образование газовых пузырьков и практически отсутствует потемнение, то сформированные питы в основном просто рассеивают свет. Мы-то видим и рассеянный свет, но лазеру, чтобы что-то увидеть, нужно очень точно этот свет сфокусировать. Поэтому лазеру записанные на фталоцианине питы всё равно кажутся абсолютно чёрными.
Конечно, когда первые диски с фталоцианиновым активным слоем только появились, с ними были реальные проблемы. Но проблемы были связаны не с худшими характеристиками красителя, а с тем, что эти характеристики не такие, как у цианина. Устройства записи не были готовы к работе с такими дисками. Во-первых, по всей видимости, не только для нас, но и для лазера фталоцианин несколько прозрачнее цианина. Некоторые записывающие устройства, похоже, просто теряли канавку в процессе записи и безнадежно портили заготовки. Но главное, даже если запись и происходила успешно, прочитать записанный диск можно было только на отдельных приводах CD-ROM. Низкое качество записи было связано чаще всего с тем, что записывающий привод или не понимал, какую мощность должен развить его лазер, или просто не мог стабильно поддерживать пониженный уровень мощности. Но это был период, когда для каждого привода приходилось подбирать тип заготовок, на которых запись проходила более-менее успешно. Ну и что, компьютерщики со стажем могут вспомнить период, когда обычные дискетки хорошо читались только в том приводе, на котором были записаны. Время то прошло. Сейчас, благодаря активной деятельности Orange Forum, такой проблемы не существует в принципе. И диски с надписью Mitsui, использующие фталоцианиновый краситель, считаются если не самыми лучшими, то уж, по крайней мере, одними из лучших в мире.
Одно из самых перспективных направлений в развитии красителей на основе фталоцианина – это технология Supergreen, разработанная концерном CIBA (Швейцария). Диски с красителем Irgafor, созданном на базе технологии Supergreen, выпускаются очень многими предприятиями, в том числе и киевским заводом «Росток-СД». Основным направлением разработки было создание красителя, способного работать при любой скорости записи. Особенно большой проблемой для фталоцианиновых красителей было низкое качество записи на первой скорости. Компьютерщиков этот вопрос, конечно, мало волнует. Им хочется записывать на скорости не меньше 16х. Но в мире существует огромное количество бытовых аудиорекордеров, которые записывают музыкальные произведения прямо на CD-R. По самой сути работы эти рекордеры должны работать на первой скорости. Поэтому одно время серьезно обсуждалась необходимость разделить все виды CD-R на две большие группы: для скоростей записи 1х .8х и для более высоких скоростей. Более того, диски были лучше всего оптимизированы для определенной скорости. Если на упаковке диска значилось 12х, то на этот диск можно было отлично записывать именно на скорости 12х. На более низких скоростях тоже можно писать, но уже несколько хуже. На коробках с дисками, изготовленными по технологии Supergreen, Rostok Media завода «Росток-СД», значится 1х .52х. Такие диски можно записывать на любой скорости.
Существуют и другие типы красителей. В частности, Kodak применяет свой краситель Formazan, который представляет собой гибридную смесь цианина и фталоцианина.
Качество диска – это способность без существенных ошибок записать информацию и способность достаточно долго ее хранить без увеличения частоты ошибок чтения записанной информации.
Другие слои CD-R
Отражающий. От параметров отражающего слоя также в большой степени зависит качество заготовки. Но здесь всё же у производителей CD-R не так много возможностей для маневра. Первые CD-R выпускались только с отражающим слоем из настоящего золота. Самой большой проблемой было обеспечить более-менее приемлемую отражающую способность, которая зависит как от свойств отражающего слоя, так и от свойств красителя.
Благодаря исследованиям специалистов компании Tajyo Yuden было найдено удачное сочетание: золото по цианину. И до сих пор многие предпочитают диски именно с таким отражающим слоем. Но на самом деле для покупателей этот вопрос должен стоять на последнем месте. Это только со стороны кажется, что если в конструкции чего-либо применяется золото, то это хорошо. В действительности же лучше получается, когда каждому времени свой овощ. Золото применялось вынуждено, когда и технология производства самих дисков еще не устоялась, и применяемые красители не позволяли использовать другие металлы. По ряду же параметров серебряное покрытие для CD-R предпочтительнее, особенно для заготовок, предназначенных для записи дисков на высоких скоростях и применяющих «прозрачные» красители. Могут применяться и специальные сплавы, обеспечивающие в ряде случаев даже лучшее качество (для конкретного красителя, разумеется), чем чистое серебро.
Таким образом, сейчас можно встретить диски с отражающим слоем из чистого золота, из чистого серебра и из блестящей фольги, состав которой от нас скрывают. Причем скрывают не потому, что в применении специально разработанной для этих целей фольги есть что-то нехорошее, а из популистских соображений. Нам ведь кажется, что лучше всего применять золото. Ну, в крайнем случае, серебро. Как же производитель может громко сказать, что он применяет не то, что мы хотим! А ведь покупаем то мы не золото и не серебро, а весь диск целиком.
Защитный Защитный слой практически не участвует в процессе записи. Но при эксплуатации качество защитного слоя гораздо важнее качества любого даже самого активного слоя. Ведь отражающий слой очень тонок. Да и держится он, честно говоря, больше на честном слове, чем на предшествующем ему активном слое. Любое повреждение отражающего слоя приведёт к тому, что лучу лазера не от чего будет отражаться, и с его точки зрения в этом месте образовался один сплошной пит гигантских размеров. Для механической защиты отражающего слоя и введён защитный слой. Понимая важность защитного слоя для эксплуатации, многие производители CD-R считает своим долго написать на своём диске или хотя бы на упаковке что-то вроде «Scratch resistant». Но защитный слой служит не только для механической защиты. Если мы сделаем на поверхности отражающего слоя надпись очень мягким фломастером, то слой, может быть, и не повредится. Но кто же знает, какими чернилами заправлен фломастер. А для лазера, в общем-то, всё равно, соскоблили мы отражающий слой или аккуратно растворили в чём-нибудь.
Декоративные слои Декоративные слои могут не иметь для «живучести» диска никакого значения. По крайней мере если мы записываем один диск для себя и вообще не делаем на самом диске поясняющих надписей. Однако, если речь идет об изготовлении партии дисков, то покрытие должно позволять нанести на его поверхность рисунок и поясняющие надписи. А то ведь и защитный слой может не помочь. Но эти вопросы относятся скорее к технологии нанесения рисунков и надписей на поверхность компакт-диска
Форматы и стандарты компакт дисков
Самым простым из форматов для компакт-дисков (определенных стандартом, называемым Красной книгой) является формат для ayдиoCD. Архитектура ayдиoCD, в отличие от архитектуры CD-ROM для компьютерного использования, содержит только два слоя: 0 и 1. Самый нижний слой - слой 0 - является логическим слоем. Он определяет структуру разрядов, задающую способ, по которому разряды комбинируются для образования байтов. Слой 1, являющийся физической блочной структурой, определяет основную адресуемую единицу компакт-диска - блок, который иногда также называют сектором. Блок подразделяется на кадры, а каждый кадр состоит из 24 байт. При 98 кадрах в блоке легко подсчитать, что каждый блок содержит 2352 байт. Это значение остается без изменений при переходе от стандарта к стандарту, хотя способы, по которым используются указанные 2352 байт, в некоторых важных аспектах отличаются друг от друга.
Логические и физические компоненты стандартов
Стандарты, определяющие способы хранения и организацию файлов на CD-ROM, имеют как логические, так и физические компоненты:
Логическое форматирование определяет используемые единицы измерения и систему организации данных. Это форматирование делает данные доступными для компьютера, к которому подключен накопитель CD-ROM.
Физическое форматирование определяет, как данные структурируются на физическом носителе, т. е. механизмы записи и извлечения данных с поверхности компакт-диска.
Эти компоненты составляют основу различных стандартов, разработанных для контроля производства компакт-дисков - от aудио-CD до компьютерных CD-ROM.
Но если каждый блок содержит так много байтов информации, то как накопитель узнает, где найти отдельные участки данных внутри блока? Это как раз то место, где аудиокорни компакт-диска становятся особенно очевидны:
данные расположены в этих рамках в формате, который комбинирует адрес блока с указателем времени. Другими словами, адрес определяется с использованием формата вида минута:секунда:сектор. (Этот формат называется схемой абсолютного времени.) Начало самого первого блока на компакт-диске находится по адресу 0:0:0. Десятая секунда в этом блоке имеет адрес 0:10:0. Аналогично, адресом данных, соответствующих десятой секунде во втором блоке, является 0:10:1. При скорости передачи данных в ayдиoCD, равной 150 кбайт/с, за 1с можно прочитать 75 блоков. Используя формат абсолютного времени, т.е. формат минута: секунда: сектор, можно найти любой блок, находящийся на компакт-диске, и точно указать музыкальные данные внутри блока.
До сих пор мы описывали схему адресации, позволяющую начинать воспроизведение музыки, записанной в любом месте на компакт-диске. Однако, что изменится, если речь пойдет о компьютерных данных?
Стандарты компьютерных CD-ROM
Архитектура компьютерного CD-ROM состоит из четырех слоев: два слоя определяют физическое упорядочивание данных на диске, а два других слоя стандартизируют логическую компоновку файлов и другую информацию, требуемую для размещения файлов. Слой 0 остается таким же, как и для стандарта аудиоCD, однако слой 1 претерпел усовершенствования, предназначенные для снижения вероятности появления ошибок при хранении данных (мы обсудим это более подробно в гл. 3). Слои 2 и 3 определяют организацию файлов на CD-ROM: слой 2 определяет логическую организацию секторов на диске, а слой 3 создает логическую файловую структуру. Все указанные четыре слоя образуют основу для хранения и обеспечения доступа к оцифрованному звуку и компьютерным данным на компакт-диске.
Эти дополнительные спецификации были введены в стандарт, называемый Желтой книгой (но введены продуманно), для расширения возможностей компакт-диска - от просто записей как цифрового фонографа до серьезной среды для хранения данных. Дополнения, сделанные в Желтой книге, для схемы обнаружения и исправления ошибок поставили CD-ROM в начало списка устройств, обеспечивающих высокую надежность хранения данных.
С появлением Желтой книги потребовалось расширить и переопределить спецификации, чтобы обеспечить поддержку приложений для CD-ROM, которых ранее нельзя было себе представить. Эти изменения первоначального стандарта привели к некоторым несоответствиям. Однако по сравнению с другими баталиями по поводу стандартов в компьютерной индустрии эволюция стандартов по CD-ROM протекала в разумно благопристойной и упорядоченной форме. В результате сейчас можно вставлять большинство даже старых CD-ROM в накопитель с уверенностью, что они будут воспроизводиться, как ожидается. Однако вам как разработчику необходимо ознакомиться с изменениями стандартов, правильно выбрать подходящий для того или иного проекта, чтобы быть уверенным, что результаты работы дойдут до предполагаемой аудитории. Вам также не следует забывать о воспроизводящих устройствах, как ваших собственных, так и вашего заказчика, а также о компьютерных платформах.
Выбор правильного стандарта.
Первоначальный стандарт для компакт-дисков - Красная книга - постепенно изменялся, вбирая в себя все больше и больше стандартов, увеличивая число совместимых платформ и расширяя типы данных для хранения на CD-ROM. Эволюция возникавших стандартов протекала так, что некоторые из них отмирали в процессе, но ситуация становилась все более благоприятной для разработчиков, желающих охватить как можно больший сектор рынка.
Стандарты для компакт-дисков были разработаны с целью зафиксировать наиболее эффективные способы хранения различных типов данных, файловые структуры, позволяющие обращаться к файлам с нескольких платформ, индексирование каталогов, позволяющее производить записи более чем за один сеанс, и другие модификации и ухищрения, предназначенные для выдвижения CD-ROM на передний край постоянно расширяющегося мультимедиа-ориентированного мира. Невидимые войны все еще продолжаются в связи с появлением предложений по новым стандартам, таким, как методы двустороннего хранения видео (DVD), новые схемы сжатия данных и альтернативные размеры дисков. Однако десятки миллионов недорогих накопителей CD-ROM у пользователей много делают для того, чтобы новые стандарты "уважали" существующие и были совместимы с ними.
Если вы собираетесь "прожигать" диски, то вы должны будете знать как существующие, так и перспективные стандарты для CD-ROM. Возможно, вы уже слышали термины, звучащие подозрительно похоже на раскрашенные книги и упоминаемые в связи с использованием CD-R: Красная книга, Белая книга, Голубая книга и т. д. Если вы еще не знаете их важности для тех записей, которые вы хотели бы выполнить, то на нашем сайте вы найдете полное описание важных форматов, связанных со стандартами для CD-ROM, а также наиболее эффективные пути использования указанных стандартов при осуществлении записей.
Красная книга, иногда называемая CD-DA (сокращение от слов Compact Disk Digital Audio - цифровой аудиокомпакт-диск), была первым стандартом для компакт-дисков. Специалисты компаний Sony и Philips разработали спецификации для способов записи CD и, таким образом, музыкальная индустрия получила второе рождение в цифровой форме. Красной книге соответствуют практически все прежние накопители CD-ROM, хотя некоторые расширения для добавления графики на диск стандарта Красной книги (компакт-диск плюс графика или CD+G) не так легко было использовать или поддерживать.
Применения
Одним из основных применений стандарта CD-DA является запись музыки, звуковых эффектов и голоса. Благодаря этому стандарту стала возможной запись не только цифрового аудио для музыкальных альбомов, но и запись с добавлением музыки и голоса в приложения, работающие в смешанном режиме.
Поддерживаемые типы данных
Красная книга определяет запись аудиосигналов, которые оцифровываются с использованием формата импульсно-кодовой модуляции (Pulse Code Modulation или РСМ). Это несжатый формат, получаемый выборками из звуковых волн на дискретных интервалах и дающий 16-разрядное значение для каждой выборки.
Реализация
Обычно, если звуковые дорожки на компакт-диске записываются по Красной книге, то весь диск должен быть записан за один сеанс. Многосеансовый режим отсутствует, и запись по фрагментам не поддерживается стандартом Красной книги. Так как область данных (2352 байт) длиннее, чем по другим стандартам, основное беспокойство при записи компакт-диска по этому стандарту вызывает скорость передачи данных.
В расширенной форме, называемой смешанным режимом, Красная книга не устраняет все проблемы для разработчиков. Аудиоданные, отформатированные по Красной книге (в несжатой РСМ-форме), существуют отдельно от компьютерных данных, представляющих программы и изображения. Накопитель CD-ROM не может читать компьютерные данные во время обращения к аудиоинформации, и наоборот. Это приводит к проблеме синхронизации, так как трудно соответствующим образом синхронизовать аудиосегменты в области, соответствующей Красной книге, с материалами, воспроизводимыми из области расположения компьютерных данных. Считывающая головка лазера должна попеременно прыгать то вперед, то назад между двумя областями, чтобы найти и прочитать необходимые дорожки. Поэтому было разработано расширение к стандарту смешанного режима, названное CD-ROM XA. Это расширение, обсуждаемое ниже в данной главе, позволяет чередовать компьютерные данные и аудио для обеспечения более быстрого доступа к ним.
Особенности стандарта Красной книги
Во время введения этого стандарта компакт-диск рассматривался только как средство передачи музыки в цифровом формате. Компания Sony экспериментировала с лентой для цифрового аудио и получила преобразование аналогового звука в цифровое представление, имевшее много преимуществ перед аналоговыми методами хранения информации. Исследования по оптической лазерной технологии продемонстрировали возможность точно записывать сигналы с плотностью, которая легко поддерживала требования на запись и воспроизведение аудиокомпакт-диска (44,1 Кбит/с). Намереваясь избежать проблем, которые могли возникнуть в связи с появлением лазерных видеодисков, компании Sony и Philips выработали стратегию по унификации и стандартизации требований к данным для компакт-дисков, чтобы все плееры могли хорошо воспроизводить любой компакт-диск. И их стратегия заработала.
Аудиоданные, согласно Красной книге, разделяются на дорожки (максимум 99 дорожек на диске). Содержимое каждой дорожки может представлять одну песню, либо 10-минутную речь, либо 30-секундный звуковой клип переговоров дельфинов. Эти дорожки находятся на непрерывной спирали на поверхности диска, начинаясь в области у оси диска, где таблица содержания указывает местонахождение каждой дорожки. В адресе указываются код времени, задающий минуты, секунды и номер сектора для точного указания начала дорожки.
Секторы (иногда называемые блоками) можно читать со скоростью 75 секторов в 1 с. Другими словами, блок содержит 1/75 с воспроизведения аудиоданных. Аудиоданные всегда воспроизводятся накопителями CD-ROM на стандартной скорости (150 Кбайт/с) даже на накопителях, поддерживающих 2-, 4- или 6-кратную скорость.
Красная книга затем каждый сектор делит на группу кадров. Каждый сектор содержит 98 кадров, а каждый кадр - 24 байт. Метод, известный как EFM (Eight-to-Fourteen Modulation - модуляция 8-14), используется для кодирования цифровых выборок аудиоволн в ряд переходов, наносимых на поверхность диска с образованием впадин и выступов (гл. 2). При воспроизведении эти данные декодируются обратно в цифровое представление аудиосигнала, которое затем пропускается через аналого-цифровой преобразователь, посылающий сигналы на динамики.
Цифровая выборка образует основу любой аудиоинформации, хранимой на компакт-диске. Для точного представления характеристик всех звуковых волн в диапазоне слышимости человека (приблизительно от 20 до 20000 Гц) была использована теорема Найквиста, по которой частота выборки должна вдвое превышать наивысшую частоту записываемого сигнала. Таким образом, чтобы охватить все особенности волновой картины, частота выборки была взята равной 44100 Гц. В каждой точке выборки записывается 16-разрядное число, соответствующее значению волновой картины в данный момент, при этом может быть обеспечено максимум 65536 дискретных значений. Такой уровень разрешения позволяет гладко и точно воспроизводить звуковые волны. Комбинация указанных двух элементов - частота выборки 44,1 кбит/с и 16-разрядные значения каждого отсчета - называется звуком CD-качества.
Когда WAV-файлы, оцифрованные с частотой, меньшей 44,1 кбит/с, переносятся на компакт-диск, они сначала должны быть преобразованы в формат, соответствующий 44,1 кбит/с. Многие из программных приложений для CD-R включают утилиту такого преобразования.
Методы коррекции ошибок
Хотя Красная книга не рассматривает коррекцию слишком изощренных ошибок (так как реально этого не требуется для аудиоданных), она определяет схему коррекции CIRC (Cross-Interleaved Reed-Solomon Code - перекрестный перемежающийся код Рида-Соломона), которая может обнаружить и исправить до 220 испорченных кадров в каждом секторе. CIRC рассматривается как схема коррекции ошибок первого уровня, и она достаточна для компенсации мелких царапин и других мелких дефектов поверхности диска.
Красная книга также рассматривает и более существенные ошибки, определяя методы для аппроксимации любых ошибочных данных, к которым нельзя применить CIRC. В действительности данные такого рода восстанавливаются либо путем копирования значений, соответствующих предыдущим данным с заполнением места испорченных данных значениями, усредненными по значениям, находящимся с каждой стороны от испорченных данных, либо полным заглушением испорченных данных. В любом из таких случаев, так как речь идет о времени в несколько миллисекунд, человек, вероятно, не услышит результатов коррекции. Аудиокорни CD-ROM
Без аудиоСD не было бы и CD-ROM. Эта технология была создана компаниями Sony и Philips и внедрена в промышленность в 80-х годах.
Первая работа, сделанная Sony и Philips, первоначально использовала преимущества цифровой записи музыки, что было более легкой задачей, чем цифровая запись компьютерных данных. Цифровое представление звуковых волн композиции Эрика Клэптона для гитары или мелодии синтезатора, исполняемой Питером Гэбриэлем, не требует полной свободы от ошибок. Если несколько битов испортятся здесь или там, есть шансы, что вы даже не почувствуете этого при воспроизведении. Цифровые же компьютерные данные требуют абсолютной точности. Компьютерные данные часто состоят из инструкций, которые непосредственно управляют работой компьютерного процессора. Выпадание даже только одного бита из инструкции может изменить в корне ее природу. Вместо выполнения логической операции OR (или) над содержимым двух внутренних регистров, например, процессор может внезапно выполнить команду RESET (сбросить) и прекратить работу. В результате программа, запущенная на компьютере, может вызвать фатальный сбой.
На первой волне энтузиазма, вызванной успехом осуществления цифровой записи на компакт-диске, исследователи компаний Sony и Philips заметили, что частота возникновения ошибок в записанных цифровых данных была чрезвычайно низкой. Вскоре они осознали, что если такая низкая частота возникновения ошибок будет поддерживаться и в процессе изготовления и тиражирования, то компакт-диски можно было бы легко адаптировать для хранения данных, так же как и для оцифрованной музыки. Из этого простого открытия родился CD-ROM, и в дополнение к аудиостандартам Красной книги были разработаны стандарты Желтой книги.
Желтая книга, называемая также стандартом на CD-ROM, открыла компакт-диск в качестве носителя для хранения компьютерных данных (в противоположность просто аудиоинформации). Формат физического сектора был модифицирован и включал дополнительные поля для коррекции ошибок. Желтая книга также определяет методы хранения и поиска данных. Стандарт смешанного режима - расширение Красной и Желтой книг - комбинирует аудио (в формате Красной книги) с компьютерными данными. Последующее расширение CD-ROM XA чередует аудио, видео и компьютерные данные для обеспечения более быстрого доступа.
Особенности стандарта Желтой книги
В 1983 г. специалисты компаний Sony и Philips предложили использовать компакт-диск - их создание для хранения цифровой музыки - для хранения данных. Последовавшие за этим дискуссии и заседания комитета сразу привели к рождению CD-ROM в той форме, которую мы знаем сегодня. Коррекция ошибок была сделана более устойчивой, что было очень важно для носителя, где любой испорченный бит мог привести к фатальной ошибке в программе (в отличие от незначительных "хлопков", в худшем случае, на звуковой дорожке). Хранение данных также предполагает и их извлечение, что привело к созданию некоторой системы быстрой индексации и обнаружения данных. В Желтой книге это тоже учтено. Желтая книга определяет следующую четырехслойную архитектуру: Слои 0. Идентичен определению битовой структуры в Красной книге.
Слои 1. Определяет раскладку сектора, включая обнаружение и коррекцию ошибок.
Слой 2. Определяет логическую организацию сектора. Установленная в терминах физической раскладки сектора, логическая организация обеспечивает гибкость в настройке размеров сектора для обеспечения соответствия требованиям определенных типов программных продуктов.
Слой 3. Представляет логическую организацию файлов для стандартизации доступа к файлам с различных компьютерных платформ. Стандарт ISO 9660 предлагает такой метод организации, который широко поддерживается разработчиками CD-ROM.
Расширенная архитектура Желтой книги
Большие корпорации и правительственные агентства нашли CD-ROM очень удобным хранилищем вместо тонн бумажных документов, которые они ранее хранили в шкафах или ящиках столов в виде подшивок, и поэтому сначала CD-ROM в основном использовались для хранения текстов и баз данных. Первая редакция стандарта Желтой книги хорошо соответствовала как раз для большинства из указанных типов приложений. Хранение и извлечение текста, однако, не могли удовлетворить запросы разработчиков, которые искали новые пути применения компакт-дисков, что приводило к новым методам хранения аудио и видео, отличающимся от стандарта Красной книги. Разработчики обнаружили, что трудно воспроизводить одновременно компьютерное приложение и извлекать аудиоданные из области, записанной по Красной книге. Считывающая головка лазера должна была охватывать слишком большую площадь для извлечения данных. Звуковая дорожка часто воспроизводилась несинхронно с анимацией или видеоклипом, так что губы двигались, а слова не вылетали, или дикторский текст отставал от событий на экране на несколько секунд. Мультимедиа-презентации воспроизводились как плохо скопированные иностранные фильмы.
В это время компания Microsoft вступила в переговоры с Sony и Philips и предложила стандарт CD-ROM XA, который был введен в 1989 г. Первичное расширение CD-ROM XA охватывает переопределение физических секторов для включения специальной формы сжатого аудио. Аудио в этом формате могло размещаться между компьютерными данными, управляющими приложением, - располагаясь на прилегающих секторах, - и к чередующимся аудио и данным можно было теперь обращаться гораздо быстрее. Теперь слова стекали с губ на экране в полном соответствии, а музыкальное крещендо в конце презентационной игры звучало точно по сигналу до финального грохота тарелок.
Компакт-диски, использующие расширенный стандарт, не могли бы сразу воспроизводиться на существующих накопителях CD-ROM. Многие изготовители не видели причины производить ХА-совместимые накопители, потому что для них не было разработано программное обеспечение, а разработчики продуктов на CD-ROM не хотели тратить время и усилия на производство ХА-совместимых произведений, потому что никакие накопители не могли их прочитать.
Сейчас ситуация сильно изменилась, и XA-совместимость стала банальностью. Если разрабатывать приложение, не требующее экстенсивного использования мультимедиа, то мастер-диск CD-ROM можно создавать, используя стандарт Желтой книги. Большинство CD-ROM действительно изготавливаются в границах этого стандарта. Если вы захотите оптимизировать работу для воспроизведения мультимедиа, то, вероятно, попытаетесь использовать соглашения XA. Однако имейте в виду, что этим самым вы сузите рамки вашей аудитории до тех пор, пока ХА-совместимость не станет универсальной.
Сжатая форма хранения аудиоданных (ADPCM), используемая по стандарту CD-ROM XA, позволяет записывать очень длинные монофонические аудиосегменты. Жертвуя некоторым динамизмом звука CD-качества (но получая при этом все же качество выше, чем типичные передачи АМ-радио), можно создать звуковой диск длительностью до 18 ч. Великолепной реализацией этой возможности могли бы быть книги на диске - вместо звуковых книг, распространяемых на кассетах несколькими компаниями. Если эту возможность обеспечить хорошим программным продуктом по навигации голосом, то можно было бы создавать интерактивные справочники или звуковые книги на диске для физически неполноценных людей. Для разработчиков, ищущих достойный уважения проект, этот проект мог бы стать идеальным.
Расширенная версия Желтой книги признает два разных режима хранения данных.
Mode 1 зарезервирован для наиболее чувствительных компьютерных данных, отвечает за схемы коррекции ошибок, введенные в Красной книге (EDC и ЕСС), но увеличивает значение ЕСС на конце сектора до 276 байт для обеспечения более точной коррекции, 12-разрядное поле синхронизации и 4-разрядный заголовок в начале сектора позволяют накопителю CD-ROM идентифицировать и запирать информацию, содержащуюся внутри сектора. Заголовки и поля коррекции ошибок уменьшают доступную область хранения данных в секторе до 2048 байт.
Mode 2 предназначенный для менее критичных типов данных (где бит или два могут быть пропущены без угрозы сбоя программы), использует схему коррекции CIRC.
Особенности стандарта Зеленой книги
Компания Philips ввела Зеленую книгу для обеспечения соответствия ожидаемого потока аппаратуры CD-I и приложений. Шлюзы еще только должны быть открыты. Зеленая книга аналогична во многом CD-ROM ХА и позволяет чередовать аудио и видео на дорожках данных. Операционная система, связанная с воспроизведением CD-I-диска, называется CD-RTOS.
Так как таблица содержания не включает CD-I-дорожку, присутствие такой дорожки надежно скрывается от аудиоплеера. Таким образом, ayдиoCD-плеер никогда не встречает дорожку с компьютерными данными и поэтому обращается с такими дисками без "пронзительного визга", который он бы в противном случае издавал, обнаруживая компьютерные данные вместо аудио.
Соответственно оснащенный плеер формата CD-I может воспроизводить фoтoCD так же, как и ayдиoCD (аудио стандарта Красной книги можно читать в рамках CD-I без проблем). CD-I также поддерживает видeoCD, обеспечивая полноэкранное видео с полноценным движением при наличии правильного адаптера аппаратуры. MPEG 1 первоначально был введен как стандарт сжатия видеоданных, а MPEG 2 является расширением этого стандарта с улучшенной скоростью передачи и повышенным разрешением. Хорошо настроенная система с поддержкой для MPEG 2 может пропускать аудио- и видеокадры со скоростью 10 Мбит/с. MPEG 1 работает существенно медленнее: с максимальной скоростью около 1,5 Мбит/с.
При хранении видеоданных на диске CD-I необходимо использовать секторы в формате Form 2. В этих секторах можно хранить любое из следующих трех множеств MPEG-данных:
MPEG-видеоданные.
MPEG-аудиоданные.
MPEG-данные для неподвижного изображения (также называется MPEG SP).
Аудиодиск CD-I Ready
Примером того, как изготовители свободно приспосабливают каждый из указанных форматов всякий раз, когда они видят что-либо, что будет хорошо идти на рынке, является аудиодиск CD-I Ready, включающий дополнительные возможности при проигрывании на CD-I-плеере. Вы можете помещать на нем графику и текст между аудиоданными и индексировать их таким образом, что они появляются на экране при воспроизведении соответствующего аудиосегмента. Этот дополнительный материал может содержать тексты отдельных песен, истории групп или биографии отдельных исполнителей, фон для спокойного размышления или рекламу других альбомов и продуктов. CD-I Ready не завоевал большой популярности и вытесняется новыми стандартами, которые оказываются более эффективными.
Особенности стандарта Белой книги
Белая книга была разработана компаниями Sony, Philips, JVC и Matsushita. Ее основная цель - создать расширение к существующим стандартам, которое бы разрешало полноэкранное (640х480) воспроизведение видео, записанных в файлах, сжатых по стандарту MPEG-1. Однако Белая книга также влияет на способ, по которому записываются и читаются диски формата Kodak Photo CD.
Photo CD. Методы Photo CD, позволяющие добавлять фотографические изображения на CD-R за несколько сеансов, находятся в числе наиболее важных применений этого носителя. Оцифрованные версии фотографий берутся при нескольких различных разрешениях и записываются на компакт-диск, откуда их можно извлекать для просмотра или вставки в мультимедийные произведения.
Спецификация Photo CD (с помощью компаний Philips и Kodak) выделилась в свой собственный стандарт, иногда называемый Hybrid Standard (Гибридный стандарт). В нем содержатся отдельные элементы Зеленой и Оранжевой книг. Этот стандарт поддерживает широкое разнообразие плееров, в том числе блок 3DO компании Panasonic, и оборудование, работающее только с Photo CD. Наиболее важной платформой (с точки зрения установленной базы) являются устройства, совместимые с форматом CD-ROM XA.
Фирма Kodak придумала эту технологию еще в 1990 г. и постепенно получала все большее и большее одобрение как со стороны потребителей, которые в формате Photo CD могут просматривать портреты своих собак Бинго по телевидению, так и от профессионалов-графиков в компьютерной индустрии, которые могут легко хранить и извлекать высококачественные графические изображения.
Компания Kodak активно сотрудничает с рядом компаний для получения еще большего одобрения этого формата хранения. Она работает с фирмой Adobe, чтобы обеспечить поддержку формата Photo CD в продуктах Photoshop и PageMaker, а с фирмой Hewlett-Packard - улучшить цветную печать фотографий на струйных принтерах. Их программный продукт Build-It позволяет записывать изображения в формате Photo CD на компакт-диск с использованием их нового стандарта хранения Portfolio II. Компания также ищет решения для обеспечения быстрой передачи изображений по компьютерным сетям. Она работает с Kinko над разработкой авторских пакетов на CD для тех, кто не имеет компьютеров, но хочет создавать Photo CD-диски. Kodak, по-видимому, склонна к упрощению инструментов для работы с цифровыми фотографическими изображениями и возврату к своим корням. Как любил говорить Джордж Истман (George Eastman), основатель компании Kodak, в конце прошлого года: "Вы нажимаете кнопку, а мы делаем все остальное".
Компакт-диски, записанные для Photo CD-приложений, используют только раскладку сектора Mode 2/Form 1 стандарта CD-ROM XA. Это создает проблему для многократных сеансов, основанных на формате Mode, как определено в Оранжевой книге, потому что некоторые накопители и программные продукты, предназначенные для многосеансового использования в формате Photo CD, не могут читать многосеансовые записи, созданные с использованием Mode I. В идеале оборудование и программное обеспечение для подготовки CD-R должны поддерживать оба режима.
Спецификации Photo CD включают 5 категорий изображений, которые можно хранить в этих рамках:
Медицинские изображения. Эта категория включает рентгеновские снимки, данные сканирования томографа и данные с магниторезонан-сных сканеров. Их хранение на компакт-диске обеспечивает легкое распространение и удобное архивирование.
Pro. Формат Pro обеспечивает среду хранения данных для профессиональных фотографов. Он включает пленки большинства крупных размеров: 4х5, 8х10 дюйм и 35-мм пленку.
Catalog. Формат хранения Catalog включает набор, который может обращаться более чем с 6000 изображениями в подключенной среде, так что из меню можно выбирать любое из них. Как можно догадаться по названию, этот формат полезен для создания интерактивных каталогов, требующих высокого качества изображений продуктов.
Portfolio II. Этот стандарт заменил прежний стандарт Portfolio. Portfolio II поддерживает файлы Image Рас компании Kodak и файлы с оцифрованным звуком. Новый формат охватывает большую часть области, с которой имели дело прежние форматы, и включает инструменты для создания презентаций, сопровождаемых звуком, и для манипулирования заархивированными изображениями. Диски в формате Portfolio II можно создавать на рабочем столе, используя программы Build-It компании Kodak и накопитель CD-R.
Master. Диск в формате Photo CD Master хранит 100 изображений при нескольких различных разрешениях. Это категория, которую большинство людей связывают с Photo CD, когда они размещают заказ на обработку их пленки.
Video CD. Пока Белая книга определяет использование Video CD в качестве метода хранения и воспроизведения видеофильмов, использующих схему сжатия MPEG. Стандарт уже вытесняется новыми форматами хранения и, возможно, новыми формами компакт-дисков. Проблема состоит в том, что, даже используя MPEG, можно хранить только 74 мин полноэкранного видео с полноценным движением. Этого достаточно для короткометражных документальных фильмов или снимков с анимацией, однако большинство полнометражных картин идут более 100 мин (и, таким образом, требуется по крайней мере два диска). MPEG также требует определенного типа контроллера для воспроизведения, чтобы работать с быстрой распаковкой (восстановлением), необходимой для поддержки 30 видеокадров размером 640 х 480 в 1 с при звуковом сопровождении. На рынке сейчас имеется ряд произведений, показывающих возможности Video CD, но будущее, по всей видимости, за новым стандартом.
Особенности стандарта Оранжевой книги
Компания Philips разработала стандарт Оранжевой книги в 1990 г. Этот стандарт имеет дело не только с CD-R (которые в стандарте называются как Compact Disc Write-Once или сокращенно CD-WO - компакт-диск с однократной записью), но и с магнитооптическими методами записи (CD-МО).
Теоретически Оранжевая книга гарантирует, что носитель, записанный согласно спецификациям этого стандарта, будет воспроизводиться в самом широком диапазоне устройств. На практике, однако, остаются еще некоторые трудности.
Часть I Оранжевой книги описывает запись на системы с магнитооптическими компакт-дисками (CD-МО). Хотя это может быть увлекательным чтением, мы не будем обсуждать детали в этом разделе.
Часть II применяется к CD-WO (компакт-дискам с однократной записью), которые просто являются псевдонимами для CD-R. Эта часть стандарта охватывает как односеансовые, так и многосеансовые операции записи. Разметка диска, согласно Оранжевой книге, содержит некоторые дополнительные области, предназначенные для удовлетворения повышенных требований к записи. Область записываемых данных.на диске включает участок калибровки программы (Program Calibration Area или РСА). Этот участок позволяет проводить калибровку операции лазерной записи перед тем, как начнется более экстенсивная запись. Следующей областью является участок памяти программы (Program Memory Area или РМА), содержащий список дорожек со ссылками на их начальные и конечные точки.
В начале области данных находится область входа. Программная область представляет часть диска, зарезервированную для записываемых данных. В конце операции записи создается область выхода, указывающая на конец сеанса записи. Таблица содержания, находящаяся на внутренней (ближайшей к оси) дорожке, остается не записанной до тех пор, пока все требуемые сеансы записи не будут завершены и диск зафиксируется. Только после этого создается таблица и обеспечивается полный доступ ко всем сеансам.
При односеансовой записи таблица содержания создается сразу же после окончания записи данных. Это, по существу, "закрывает" диск для любых дальнейших операций записи. Многосеансовая запись оставляет таблицу не записанной от сеанса к сеансу до окончания последнего сеанса, когда диск фиксируется.
Чтобы накопителю CD-ROM прочитать незафиксированный многосеансовый диск (т.е. диск баз таблицы содержания), драйвер устройства накопителя должен распознать последний сеанс записи, обратиться к нему и исследовать структуру каталогов в этом сеансе. Другими словами, чтобы обратиться к информации, записанной в несколько сеансов, драйвер устройства должен быть в состоянии реконструировать содержание диска по информации отдельного сеанса. Многие более ранние накопители CD-ROM (и их драйверы) не могут этого делать. А те, которые все же могут выполнить указанную операцию, собирают связи и представляют всю группу сеансов, как будто это была односеансовая запись. При наличии соответствующего воспроизводящего оборудования пользователь CD-ROM, записанного указанным образом, никогда не узнает, что диск был записан по многосеансовой технологии.
Многотомные диски. Многотомная запись относится к многосеансовой записи, но у нее есть одно существенное отличие. Хотя тома создаются в процессе отдельных сеансов записи, они логически не связаны друг с другом и по существу представляют собой независимые группы файлов.
Запись и воспроизведение многотомных дисков требуют аппаратных и программных средств, которые специально включают эту возможность. Например, программный продукт GEAR фирмы Electroson может записывать многотомные диски, но их воспроизведение требует специального драйвера устройства сторонней фирмы, который способен выбирать отдельные тома, когда CD-ROM устанавливается в дисковод. Многие простые программы не обеспечивают указанной возможности.
Еще одним программным приложением, которое может записывать многотомные диски, является CD Creator фирмы Adaptec. Чтобы воспроизводить многотомный диск, используя другой продукт фирмы Adaptec - Easy SCSI, можно использовать утилиту Change Session, позволяющее обращаться к отдельным томам. Аналогичные утилиты имеются и в других программных приложениях.
Режимы и многосеансовый блюз. Один из источников неприятностей при обеспечении многосеансовой совместимости между записываемыми дисками и плеерами уходит корнями в маленький пропуск в стандарте Оранжевой книги. Из сделанных выше описаний раскладок физических секторов в Желтой книге можно увидеть, что этот стандарт определил два режима: Mode 1 и Mode 2, каждый из которых по-разному обращается с данными в пределах дорожки.
Когда Оранжевая книга описывает многосеансовую запись, она определяет, что какой бы тип дорожки (Mode 1 или Mode 2) ни использовался для записи вначале, тот же тип должен быть последовательно использован и далее. Вопрос в том, как определить, какой тип использовался вначале? Оранжевая книга хранит молчание по этому вопросу, в результате чего последний по-разному интерпретируется изготовителями дисководов и программных продуктов.
Компания Kodak реализовала стандарт Photo CD, который использует расширение формата сектора CD-ROM XA (как описано в стандарте Белой книги), потому что оцифровываемые фотографии требовалось записывать на диск в многосеансовом режиме. Один ролик пленки не давал достаточное количество изображений, чтобы полностью заполнить ими один CD-ROM. Чтобы не тратить зря остающееся место на CD-ROM, Kodak придумала метод для осуществления более одной операции записи на диск. Когда заказчик приносил второй ролик пленки, изображения с него можно было добавлять на тот же диск, где была записана предыдущая порция изображений.
Некоторые изготовители дисководов отреагировали на популярность стандарта Photo CD тем, что обеспечили поддержку для многосеансовых данных режима Mode 2 (XA), но не обеспечили возможность отзываться на многосеансовые записи на диске в режиме Mode 1. Их дисководы (и драйверы) могут обнаруживать только первый сеанс в режиме Mode 1 на многосеансовом диске. В некоторых случаях, однако, все же можно обновить драйвер устройства, чтобы заставить дисковод распознавать остальные сеансы.
Как при таких обстоятельствах можно гарантировать, что совместимость между записью диска и его воспроизведением остается? Боб Демоулин, менеджер корпорации Ricoh по продуктам, связанным с CD-R, дает следующие советы:
"Во-первых, выясните, какой тип многосеансового диска - в формате XA или Mode I - создает ваше программное обеспечение для макетирования CD-ROM.
Во-вторых, узнайте, какой тип многосеансовой записи отыскивает ваш накопитель CD- ROM.
В-третьих, вспомните, как вы создавали многосеансовый диск? Большинство программных пакетов для макетирования содержат функцию "загрузить дорожку" или "нарастить многосеансовый CD", которая позволяет загружать предыдущие сеансы, добавлять в них новые данные, а затем записывать новый сеанс на диск. Почти во всех случаях данные из предыдущих сеансов не перезаписываются в новый сеанс. Программа помещает указатели, которые "рассказывают" накопителю CD-ROM, где найти данные в предыдущих сеансах.
Помните, что накопители многосеансовых CD-ROM сначала читают самый первый сеанс. Если вы образовали новый сеанс, взяв данные существующих сеансов, то в нем появятся указатели на исходные сеансы. Если вы не объединяли данные предыдущих сеансов, то вы получили многотомный диск, в котором сеансы не связаны друг с другом. В этом случае для получения доступа к отдельным сеансам потребуется соответствующий программный драйвер. Наилучшее решение - выбрать такой накопитель CD-ROM, который будет читать многосеансовые диски независимо от формата дорожки, использованного при ее записи и при наращивании числа сеансов".
Еще один совет Боб дает для тех людей, которые обмениваются CD-R:
"Если вы готовите диск, чтобы послать его кому-либо еще, но вы не знаете, какой накопитель CD-ROM у этого человека, не посылайте ему многосеансовый диск. У него могут возникнуть проблемы, которые мы только что обсудили. Пошлите односеансовый диск - и все будет хорошо".
Области входа и выхода, требующиеся для записи нескольких сеансов, существенно увеличивают расходы емкости диска. Сеанс, записанный первым, требует для указанных областей почти 24 Мбайт. Последующие сеансы используют еще приблизительно по 15 Мбайт для областей входа и выхода. Если вы планируете записывать много сеансов, эти области могут, очевидно, существенно сократить полезную емкость диска. Предел составляет около 40 сеансов. В этом случае области входа и выхода займут более половины всего пространства, имеющегося на диске с общей емкостью 650 Мбайт. Если требуется записать значительный объем данных, то, вероятно, придется ограничиться не более 20 сеансами или даже меньшим числом.
Особенности стандарта Голубой книги
Один из самых последних стандартов Голубая книга обеспечивает средства для комбинирования возможностей интерактивного мультимедиа CD-ROM с универсальными возможностями звукового воспроизведения компакт-дисков. Диски, созданные по Голубой книге, можно воспроизводить на любом плеере компакт-дисков. Но если такой диск вставить в накопитель CD-ROM на компьютере, то он может предложить дополнительный материал в виде клипов музыкальных исполнителей в формате MPEG, QuickTime или AVI, интервью с обсуждением отдельных звуковых дорожек, цифровые эквиваленты примечаний к музыкальным сборникам, анимацию, дающую графическую перспективу содержимого диска, или что-либо еще, что творческие разработчики могут добавить для обогащения содержания музыкального CD. Поэтому к CD-ROM рассматриваемого формата часто применяется термин обогащенный CD (Enhanced CD).
Предыдущие попытки комбинирования звука и мультимедиа базировались на стандарте Желтой книги, причем данные мультимедиа помещались на первую дорожку диска. Однако при этом возникала проблема, состоявшая в том, что плеер звуковых CD не знает, что делать с мультимедийными данными, когда он обращается к первой дорожке. В этом случае либо слышится щелканье или беспорядочные хлопки, когда плеер пытается обработать такие данные как музыку, либо наступает гробовое молчание. Голубая книга решает эту проблему, отделяя звуковые дорожки и мультимедийные данные в двух независимых сеансах на диске. К этому методу создания диска, воспроизводимого как на CD-плеерах, так и на компьютерных накопителях CD-ROM, применяется термин проштампованная многосеансовость (Stamped multsescion). В результате, если у вас нет компьютера с накопителем CD-ROM, вы тем не менее на CD-плеере можете прослушивать звуковые дорожки, не встречаясь с содержимым области данных мультимедиа.
Официально лицензированная версия формата Голубой книги называется CD Plus. Компании Philips, Sony, Apple и Microsoft полностью поддерживают его, гарантируя законность этого стандарта в промышленности. Хотя воспроизведение на накопителях CD-ROM требует специальных драйверов (которые иногда отсутствуют на ранних операционных системах), современное поколение операционных систем, таких, как Windows 95 и Macintosh OS, включает поддержку воспроизведения проштампованных многосеансовых дисков.
Применения
Компакт-диски, созданные по стандарту Голубая книга, выпускались многими крупными фирмами звукозаписи, а их маркетинг проводился по каталогам "товары почтой" и в розничной торговле. Терминология, связанная с этим форматом, еще не устоялась, поэтому на рынке можно увидеть диски, маркированные как Enhanced CD, CD-Enhanced, CD Plus или с другими похожими названиями.
Поддерживаемые типы данных
Область звукового сеанса диска Голубой книги содержит цифровые аудио-данные в формате РСМ, точно таком же, какой используется в ayдиоCD стандарта Красной книги. Область сеанса, зарезервированная для данных CD-ROM, может содержать любые элементы данных, поддерживаемые стандартом Желтой книги.
Реализация
Многие современные приложения по записи CD включают встроенную поддержку для создания дисков в формате CD Plus. Однако еще не все фабрики тиражирования адаптировали свое оборудование и технологию для производства указанных дисков. Другими словами, даже если вы и сможете создать соответственно отформатированный диск CD Plus, используя накопитель CD-R и вашу любимую программу макетирования, вам, возможно, еще придется поискать фабрику, которая сможет выпустить ваш единственный CD-R массовым тиражом.
Так как по стандарту Голубой книги данные помещаются во внешние области диска, оставляя более быстро адресуемые внутренние дорожки для аудиоматериала, доступ к данным осуществляется медленнее, что может иногда создавать проблемы для мультимедиа-приложений, включающих воспроизведение видео. Этот вопрос производительности становится менее актуальным при появлении все большего количества накопителей CD-ROM с 24- и 32-кратной скоростью. Однако пользователи, которые попытаются обращаться к таким данным на дисководах с 12-кратной скоростью, могут найти эту производительность неприемлемой.
ISO 9660 обеспечивает логическую структуру для межплатформенного использования дисков CD-ROM. Этот стандарт создал условия для быстрого роста промышленного производства CD-ROM, позволяя разработчикам охватывать CD-ROM, работающие на таких платформах, как DOS, Windows, Macintosh, OS/2, UNIX и VAX. Большинство программных инструментальных средств макетирования CD-R полностью поддерживают ISO 9660 и часто содержат тестовые утилиты для получения гарантии, что образ диска не выходит из ограничений этого стандарта. Значительная часть стандартных дисков CD-ROM производится с использованием ISO 9660 для организации их файловой структуры. ISO 9660 охватывает два логических слоя четырех-слойной архитектуры CD-ROM, преобразуя данные, содержащиеся в отдельных секторах, в иерархическое расположение файлов, каталогов и томов.
ФРАНКФУРТСКАЯ ГРУПП
В 1991 г. во Франкфурте (Германия) собрались девять компаний, обеспокоенных будущим CD-R. Этими компаниями были Sun Microsystems, Jet Propulsion Laboratory, DEC, Sony, Philips, Meridian Data, Hewlett-Packard, Ricoh и Kodak. Они решили устранить некоторые недостатки первоначальной спецификации Оранжевой книги путем более подробного описания процесса записи, а также расширить некоторые аспекты файловой системы стандарта ISO 9660. Это совещание разработало документ, известный как предложение франкфуртской группы.
Проблема осуществления многократных записей на диск, который обычно имеет фиксированную файловую структуру, решалась следующим образом:
Вместо одного фиксированного набора, описывающего содержание диска и расположенного в секторе 16 первой дорожки, для записи паспорта тома разрешалось использовать сектор 16 каждой дорожки.
Дорожка 1 остается пустой до тех пор, пока не будет записано все содержимое диска, после чего эта дорожка может быть заполнена главным паспортом тома.
Согласно этому предложению, накопитель CD-R должен иметь возможность чтения существующих данных и записи новых, чтобы он мог обнаруживать содержимое, соответствующее уже проведенным сеансам записи. Прежние записывающие и воспроизводящие накопители CD часто не могут читать ничего, кроме первого сеанса, и поэтому их нельзя использовать при новом подходе к процессу записи.
Франкфуртская группа также предложила схему поддержки файлов системы UNIX. Эта часть предложения установила порядок использования определения расширенных атрибутов, которое требуется для UNIX, чтобы работать с каталогами и файлами. Еще одно расширение, названное Rock Ridge Extensions, уточняет стандарт ISO 9660 для его использования с UNIX, применяя метод, известный как System Use Sharing Protocol (протокол совместного использования систем). Эта конструкция позволяет всем расширениям файловых систем сосуществовать на одном и том же компакт-диске, и файловая структура на нем становится более гибкой и устойчивой.
Применения
ISO 9660 почти повсеместно используется как основная файловая система для хранения данных на CD-ROM независимо от используемой платформы. Если у вас нет веской причины для использования файловой структуры определенной операционной системы или если вам не нужно разрабатывать собственное приложение для специальной цели, мы рекомендуем макетировать все CD-ROM, используя ISO 9660.
Реализация
Для обеспечения независимости от платформ ISO 9660 налагает ряд ограничений на имена файлов (с правилами, касающимися разрешенных символов и длин имен файлов) и содержит другие соглашения по файловым системам. Многие из программных приложений для макетирования дисков обеспечивают вывод на экран образа CD-ROM или виртуального образа, чтобы убедиться, что данные, записанные на CD по стандарту ISO 9660, не нарушают его спецификаций. Проверьте, обеспечивает ли ваш программный пакет вывод образа диска на экран до начала сеанса записи. Если нет, то проверьте ограничения, описываемые ниже в этом разделе.
Особенности стандарта ISO 9660
ISO 9660 представляет собой единую файловую систему, предназначенную для использования под управлением многих различных операционных систем. В отличие от обычной файловой системы, которая должна динамически обновляться и изменяться, когда операционная система добавляет или удаляет файлы, ISO 9660 описывает среду только для чтения, а именно CD-ROM.
Первоначальное описание ISO 9660 должно было расшириться в Оранжевой книге, чтобы учесть дополнительные возможности реализации записываемого компакт-диска. Это расширение позволяет магнитооптическим носителям принимать изменения в структуре файлов и проводить многосеансовые записи на компакт-диск (где файловая структура изменяется по мере завершения каждой операции записи в течение сеанса).
Первоначальные спецификации для ISO 9660 претерпели ряд изменений, улучшающих поддержку файлов операционных систем UNIX и Macintosh, a также делающих доступ к дискам CD-ROM под управлением указанных систем более прозрачным.
Одна файловая система - много платформ
Проблемы, которые встали перед разработчиками стандарта ISO 9660, имели двойную природу:
Накопители CD-ROM не могут обращаться к данным очень быстро, а извлечение файлов происходит гораздо дольше, чем из накопителей на жестких дисках.
Каждая из обозначенных для поддержки платформ использует свои собственные соглашения для файлов, каталогов и томов.
Как вы, возможно, помните данные, хранимые на компакт-диске, располагаются с использованием абсолютного времени, - комбинации времени (минуты и секунды) и номера сектора (от 0 до 98). Эта система точного указания местоположения данных должна быть согласована с файловой системой, которая может поддерживать требования большинства компьютерных операционных систем.
Главный паспорт тома, находящийся в логическом секторе 16 (или 00:02:16 по абсолютному времени) содержит главные характеристики диска формата ISO 9660 и дает указатели на начало корневого каталога (к которому привязана иерархическая файловая система) и таблицу пути (индексированный список содержимого каталогов на диске). Таблица пути служит в качестве ускоренного способа нахождения пунктов каталога.
В этой структуре применяются следующие основные правила и соглашения: Имена файлов и каталогов в ISO 9660 ограничены 8 символами для уровня 1 и 30 символами для уровней 2 и 3.
Файлы могут иметь 3-символьное расширение, но расширения нельзя использовать в именах каталогов (в отличие от DOS, которая это позволяет).
Разрешенными символами являются следующие: от А до Z, от 0 до 9 и символ подчеркивания (_). Заметьте, что буквенные символы должны быть прописными.
Структура каталогов может включать максимум 8 уровней.
Номера версий, следующие за именем файла, являются необязательными. Номера версий могут лежать в пределах от 1 до 32767. (Номера версий, появляющиеся после имен файлов, отделяются точкой с запятой. Так как UNIX не допускает использование точки с запятой как части имени файла, разработчики обычно используют некоторую форму преобразования, чтобы замаскировать эти символы от операционной системы UNIX.)
Общее число символов, определяющих путь к файлу в последовательности подкаталогов, равно 256.
Каталоги сортируются в алфавитно-цифровом порядке. Первыми сортируются цифровые части (от 0 до 9). Последними сортируются подчеркивания (_).
Есть два способа, которыми файл может быть найден в указанной файловой структуре. Контроллер накопителя CD-ROM может либо следовать по пути в иерархии каталогов, пока требуемый файл не будет найден, либо обратиться к независимо скомпилированному списку путей, который служит указателем для всех файлов на диске.
Организация файлов на многоплатформенных дисках
При создании многоплатформенного диска по стандарту ISO 9660 обычно требуется создать группу подкаталогов для заключения в них исполняемых файлов для каждой поддерживаемой операционной системы. Типами приложений, хранимых в подкаталогах, соответствующих определенным операционным системам, будут инструменты поиска и считывания, плееры для программ мультимедиа, а также любые файлы, характерные для конкретной платформы и процессора.
Данные файлов, доступные для каждой операционной системы, могут храниться в общем подкаталоге или связке подкаталогов. Используя эту систему, пользователь платформы Macintosh сможет двойным щелчком открыть папку, содержащую инструменты доступа, и просмотреть область данных на диске. Пользователь UNIX будет обращаться к другому подкаталогу. Пользователь DOS найдет необходимые инструменты доступа в еще одном каталоге. Другими словами, первый уровень подкаталогов от корня может расчленять второй уровень файловой системы, чтобы обеспечить точки входа для пользователей каждой операционной системы.
Расширения операционных систем
Для завершения логической структуры, позволяющей читать диски CD-ROM независимо от платформы, требуется еще один элемент: расширение к каждой операционной системе, которое может связать требования системного программного обеспечения с аппаратными операциями низкого уровня накопителя CD-ROM и его единственной средой хранения. В среде DOS программной составляющей является драйвер устройства, известный как MSCDEX (Microsoft CD Extensions). MSCDEX служит в качестве моста между двумя средами, позволяет DOS видеть содержимое CD-ROM как том DOS и освобождает разработчиков от необходимости понимать индивидуальные операции устройства для каждого поддерживаемого накопителя CD-ROM. Аналогичная функция выполняется на платформе Macintosh расширением под названием Foreign File Access. С этим расширением, установленным в папке Extensions, которая, свою очередь, находится в папке Mac System, взаимодействие с накопителем CD-ROM проходит гладко. Аналогичные программные компоненты существуют для каждой операционной системы, которая может обращаться к дискам ISO 9660.
Достоинства стандарта ISO 9660
ISO 9660 решил проблемы, упомянутые в начале этого раздела, путем стандартизации средств, которыми секторы и маркеры их абсолютного времени могли быть логически связаны с томом, каталогом и структурой файлов, применимой для большинства операционных систем. Эта система работала так хорошо, что она была почти повсеместно принята всеми, кто выпускает диски CD-ROM. А в тех областях, где она не решила полностью эти проблемы, комитеты заняты работой над расширениями.
Проблема сравнительно низкой производительности накопителей CD-ROM и вопросы доступа к файлам были решены путем создания структуры, в которой все связи с файлами и данными хранятся у центра диска в прилегающих секторах. Так как теперь не требуется извлекать эту информацию из различных мест на диске, время доступа к файлам может быть существенно сокращено.
Перспективы развития CD-ROMприводов и компакт дисков
В настоящий момент емкости CD-ROM не хватает для мультимедиа продуктов нового поколения. Для увеличения емкости CD-ROM, способного хранить больший объем данных, упакованных по стандарту MPEG-2, необходимы более высокие скорости считывания. Разрабатываемый сейчас новый формат CD-ROM (HD-CD или High Density CD) способен обеспечить пятикратное увеличение объема компакт-дисков без каких-либо особых технических ухищерений. При этом ужесточаются требования на физическую разметку диска, а именно уменьшается расстояние между соседними треками и размер ямок.
Длина волны считывающего луча уменьшается с 780 нм до 635 нм, однако возможность использования все тех же дешевых лазеров, работающих в красной области спектра, остается. Структура данных также становится более эффективной за счет более совершенной логической системы коррекции ошибок, что увеличивает информационную емкость диска на 10-15%.
Комбинация указанных новшеств позволит довести объем записываемой информации до 3,7 Гбайт. В технологию HD-CD так же вводится концепция переменной скорости считывания информации с компакт-диска. Вместо того чтобы заносить на диск какую-либо короткую видео запись, оставляя на нем массу свободного места, можно будет записывать данные с меньшей плотностью. При этом предусматривается возможность динамического регулирования этого процесса.
Например, плотность записи может быть изменена для различных последовательностей битов в случае различной сложности кодирования информации. По мнению специалистов процесс производства HD-CD мало чем будет отличаться от производства обычных компакт-дисков, за исключением гораздо более сложных допусков. Наибольшую трудность, вероятно, будет представлять изготовлениме матрицы компакт-диска высокой плотности. Дисководы HD-CD появятся по всей видимости в этом году.
В настоящее время ведутся работы над мультиповерхостным CD-ROM. Суть этой технологии заключается в наличии двух слоев, содержащих записанные данные и находящихся один над другим. Лазерный луч может фокусироваться как на нижнем так и на верхнем слое. Первый вариант таких систем, выпущенных фирмой 3М, вмещает до 7,8 Гбайт информации при двухслойной записи, хотя не существует никаких припятствий, мешающих дальнейшему увеличению количества слоев. В свою очередь основная идея дальнейшего повышения скорости работы дисководов CD-ROM связана с использованием двух лазерных лучей.
Это может сделать данные устройства значительно дороже, поэтому некоторые производители считают целесообразным усовершенствовать технологию производства приводов CD-ROM и выпуск в ближайшее время относительно дешевых моделей с 8-ми кратной скоростью при использовании одного считывающего луча. Наличие дисков с высокой плотностью записи в сочетании имеющихся дисководов с четырех - шести- и восьмикратной скоростью дает возможность встраивать мультимедиа данные в любые приложения.
Список литературы:
Книги и периодические издательства:
1. Бэрри Нанс. «Основы компьютерных технологий». М.: Микроинформ, 1995.
2. А.К.Гультяев. «Самое главное о… Запись CD и DVD».-С-П.:Питер, 2004
3. О.Звелто. «Принципы действия лазеров».-М.:Мир, 1984
4. Климов А.С. «Форматы CD». Киев: НИПФ Диа-Софт Лтд. , 2002.
5. БорзенкоА., Федоров А. «Мультимедиа для всех». М.: Компьютер-Пресс, 1995.
6. Журнал «Hard и Soft» №5, Май 1995
7. Журнал «Upgrade» №2, Январь 2001
8. Журнал «Laser Focus World» No 4, 5, 6, 7, 2000, Vol. 36
9. Журнал «Semiconductor Optical» No 6, 2001
Ресурсы Интернета:
1. http://www.optoelectronics-world.com
2. http://www.computermaster.ru/articles/cdrwrabota.html
3. http://dp.nn.ru/Disk/cd/ustr.htm
4. http://www.people.kstu.edu.ru/CSN/cd-rom/cd0disk.html
5. http://www.ixbt.com/optical.shtml
6. http://zstu.edu.ua/base/home/rpf/lib/periph/hole/Spr/cdrom.htm