Накопители информации на компакт дисках и CD

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