Оптические диски

Технология CD

Компакт-диски (Comрact Disk, CD) пришли в область компьютерной индустрии где-то в 80-х годах из бытовой аудиотехники (хотя какая там бытовая техника на CD, когда многие еще в то время пользовались виниловыми дисками) и очень скоро стали стандартным носителем и даже, я не побоюсь этого слова, символом компьютера. Даже сейчас продажи CD и приводов для их чтения довольно велики. И хотя очевидно, что CD в компьютерных дисководах осталось жить недолго, звук на дешевую блестящую пластинку будут писать, как мне кажется, еще достаточно большое время — и качество хорошее (что бы там не говорили, 44.1 KHz/16 bits практически составляют предел возможностей человека), и вместимость больше часа, что вполне достаточно для одного альбома, да и цена играет очень большую роль.

Стандартный диск состоит из трех слоев: подложка из поликарбоната, на которой отштампован рельеф диска, напыленное на нее отражающее покрытие из алюминия, золота, серебра или другого отражающего материала, и два более тонких защитных слоев лака, на один из которых наносятся надписи и рисунки и прочее декоративное оформление. Информация записывается вдоль спиральной дорожки, идущей от центра к периферии, на которой расположены битовые ячейки (питы). Информация составляется чередованием питов и промежутков между ними (то есть двоичными нулями и единицами). Емкость CD составляет 650 Mb. Для функционирования носителя на него также записывается довольно большой (примерно 8 Mb) объем служебной информации, поэтому полезная емкость CD равна приблизительно 640 Mb. Поэтому понятно, почему CD получили в свое время широчайшее распространение — в то время, когда они только появились, такой объем был просто огромным. Для сравнения: размер винчестеров в 500 Mb тогда считался очень даже приличным. Небольшим недостатком является невозможность записи на носитель (далее мы, правда, расскажем о технологиях, позволяющих это сделать, но стандартный диск все равно предназначен только для чтения), в связи с этим CD обычно именуют как CD-ROM (CD — Read Only Memory). Читается диск с помощью обыкновенного привода. Последние могут быть как и внутреннего, так и внешнего исполнения. Если дисковод внешний, то он, как правило оснащается собственной карточкой для подключения к РС (раньше были также приводы, подключающиеся к таким же не менее старым звуковым платам через специальный порт), однако сегодня все устройства только внутренние и могут иметь интерфейс либо IDE, либо SCSI. Хотя структура диска (спираль) отличается от стандартной для компьютера (отдельные дорожки), Windows понимает файловую систему компакт-диска CDFS и вся информация может быть представлена в виде стандартных элементов, таких как каталог и файл. Для работы в DOS помимо драйвера самого дисковода нужен также еще и драйвер файловой системы CDFS (стандартный драйвер от Microsoft называется mscdex.exe и входит в комплект поставки всех ее OS, в том числе и Windows, так как он необходим при создании загрузочной дискеты или при работе без запуска самой Windows).

Рассмотрим устройство CD-дисковода. Типичный привод состоит из платы электроники, шпиндельного двигателя, системы оптической считывающей головки и системы загрузки диска. На плате электроники размещены все управляющие схемы привода, интерфейс с контроллером компьютера, разъемы интерфейса и выхода звукового сигнала. Большинство приводов использует одну плату электроники, однако в некоторых моделях отдельные схемы выносятся на вспомогательные небольшие платы. Двигатель служит для приведения диска во вращение с постоянной или переменной линейной скоростью, сохранение постоянной линейной скорости требует изменения угловой скорости диска в зависимости от положения оптической головки. При поиске фрагментов диск может вращаться с большей скоростью, нежели при считывании, поэтому от шпиндельного двигателя требуется хорошая динамическая характеристика. Двигатель используется как для разгона, так и для торможения диска. На оси двигателя закреплена подставка, к которой после загрузки прижимается диск. Поверхность подставки обычно покрыта резиной или мягким пластиком для устранения проскальзывания диска. Прижим диска к подставке осуществляется при помощи шайбы, расположенной с другой стороны диска, подставка и шайба содержат постоянные магниты, сила притяжения которых прижимает шайбу через диск к подставке.

Система оптической головки состоит из самой головки и системы ее перемещения. В головке размещены лазерный излучатель на основе инфракрасного лазерного светодиода, система фокусировки, фотоприемник и предварительный усилитель. Система фокусировки представляет собой подвижную линзу, приводимую в движение электромагнитной системой voice coil, сделанной по аналогии с подвижной системой громкоговорителя. Изменение напряженности магнитного поля вызывают перемещение линзы и перефокусировку лазерного луча. Благодаря малой инерционности, такая система эффективно отслеживает вертикальные биения диска даже при значительных скоростях вращения. Система перемещения головки имеет собственный приводной двигатель, приводящий в движение каретку с оптической головкой при помощи зубчатой либо червячной передачи. Для исключения люфта используется соединение с начальным напряжением: при червячной передаче — подпружиненные шарики, при зубчатой — подпружиненные в разные стороны пары шестерней.

Система загрузки диска выполняется в двух вариантах: с использованием специального футляра для диска (caddy), вставляемого в приемное отверстие привода, и с использованием выдвижного подноса (tray), на который кладется сам диск. В обоих случаях система содержит двигатель, приводящий в движение лоток или футляр, а также механизм перемещения рамы, на которой закреплена вся механическая система вместе со шпиндельным двигателем и приводом оптической головки, в рабочее положение, когда диск ложится на подставку шпиндельного двигателя. Все современные приводы используют второй способ загрузки. При использовании обычного лотка привод невозможно установить в иное положение, кроме горизонтального. В дисководах, допускающих монтаж в вертикальном положении, конструкция лотка предусматривает фиксаторы, удерживающие диск при выдвинутом лотке. Надо отметить, что такие фиксаторы имеют практически все дисководы, то есть в современных приводах предусмотрена возможность работы и в вертикальном положении.

Hа передней панели дисковода располлагаются кнопка Eject для загрузки/выгрузки диска, индикатор обращения к приводу и гнездо для подключения наушников с электронным или механическим регулятором громкости. В ряде моделей добавлена кнопка рlay/Next для запуска проигрывания звуковых дисков и перехода между звуковыми дорожками, а кнопка Eject при этом обычно используется для остановки проигрывания без выбрасывания диска. На некоторых моделях с механическим регулятором громкости, выполненным в виде ручки, проигрывание и переход осуществляются при нажатии на торец регулятора, но такое встречается редко. Большинство приводов также имеет на передней панели небольшое отверстие, предназначенное для аварийного извлечения диска в тех случаях, когда обычным способом это сделать невозможно — например, при выходе из строя привода лотка дисковода, при пропадании питания и т. п. В отверстие нужно вставить шпильку или распрямленную скрепку и аккуратно нажать — при этом снимается блокировка лотка и его можно выдвинуть вручную.

Так как одной из функций дисковода является проигрывание аудиодисков (причем самостоятельное), то стоит немного сказать о качестве получаемого звучания. Воспроизведения звука — побочное занятие привода (и это правильно, так как он должен прежде всего читать данные, а не играть музыку, благо на это есть соответствующая бытовая аппаратура), то делается оно обычно по остаточному принципу — простейший ЦАП и несложный выходной усилитель. CD-ROM по качеству значительно уступают стационарным проигрывателям Hi-Fi и приближаются где-то к недоргим портативным плеерам. Поэтому практически все дисководы имеют на задней панели плюс к обычному аналоговому выходу еще и цифровой выход для прямого подключения к звуковой карте, что позволяет обойти звуковую часть привода и использовать соответствующие схемы звуковой карты, которые, как правило, выполнены более качественно. Естественно, для этого последняя должна соответственно иметь цифровой вход (а вы должны будете прикупить шнурок с нужными разъемами, так как он часто в комплекте поставки ни звуковой карты, ни тем более CD-ROM’а не присутствует), но у всех достаточно дорогих и хороших карт он есть. А если карта имеет еще и цифровой выход, то, подключив к нему стационарный ресивер Hi-Fi с хорошими колонками, который умеет декодировать цифровое аудио, то мы в результате получим очень и очень приличное качество, которое не будет уступать хорошму аудиокомплексу (это, правда, завист от качества и соответственно цены самого ресивера и акустических систем). Немного расстраивает только то, что звуковые платы с цифровым выходом стоят несколько дороже, да и встречаются они не так уж часто. Хотя, впрочем, если хватило денег на ресивер и акустические системы, то уж на звуковую карту должно найтись в любом случае…

При выборе CD-ROM’а у многих, вероятно, возникает вопрос о том, какой скоростью он должен обладать. Скорость работы приводов измеряется относительно скорости вращения обычного музыкального CD-плеера (скорость обмена около 150 Kb/s). Например, параметр «40х» значит, что дисковод может вращать диск в 40 раз быстрее, чем это делает стандартный CD-плеер. Однако не стоит думать, что, скажем, 72-скоростной CD-ROM будет работать заметно быстрее, чем 40-скоростной. Из-за того, что физические параметры диска (неоднородность массы, эксцентриситет и тому подобное) стандартизированы для основной скорости вращения, на скоростях, больших 4-6, уже возникают значительные колебания диска, и надежность считывания, особенно для дисков низкого качества, а их у нас большинство, может ухудшаться. Естественной на это реакцией дисковода является снижать скорости вращения диска (вплоть до 1х). При этом большинство дисководов после этого не могут возвращаться к максимальной скорости вплоть до смены диска, даже если некачественным был только небольшой его участок. На скоростях свыше 4000-5000 оборотов в минуту надежное считывание становится практически невозможным, поэтому многие модели CD-ROM ограничивают верхний предел скорости вращения. При этом на внешних дорожках скорость передачи достигает номинальной (например, 1800 Kb/s), а по мере приближения к внутренним падает (в нашем примере приблизительно до 1200-1300 Kb/s). В результате даже при существенно разной скорости вращения диска современные приводы достаточно высокого качества имеют в общем-то одинаковую скорость передачи данных.

Так как все сегодняшние приводы обеспечивают достаточную скорость вращения диска (на момент написания статьи невозможно было найти CD-ROM медленней, чем 40х), то гораздо более важным параметром является время доступа. Оно у лучших моделей составляет около 80-60 ms, однако у дешевых может быть намного больше — вплоть до нескольких сотен ms. Причем дешевые дисководы обладают еще и такими замечательными особенностями, как плохое качество чтения диска (например, диски с дефектами, которые отлично читаются на других приводах, могут не читаться вовсе или читаться на более низкой скорости), сильный шум, вибрация (иногда даже становится страшно, когда компьютер начинает буквально подпрыгивать на столе) и другими не очень приятными качествами низкоксортных изделий. При этом они имеют весьма небольшой срок службы — вполне возможно, что дисковод поломается всего через несколько месяцев использования. Примерами таких низкокачественных устройств могут послужить, например, приводы фирм Mitsumi или Samsung (только не сочтите это за преднамеренную антирекламу). Так что, если вы решили купить дисковод для компакт-дисков, не пожалейте немного денег на то, чтобы он был хорошего качества — тогда и со скоростью проблем не будет, и прослужит устройство очень долго. При этом, как уже говорилось выше, не стоит забыать о том, что вовсе не обязательно «более скоростной» означает «более хороший». Мне кажется, что хорошего 40- или 50-скоростного CD-ROM’а уже вполне хватит, и он будет работать не хуже чем какой-нибудь самый новый и наворочанный. К слову сказать, что практически для любых задач хватает 12-кратной скорости вращения, а вообще рабоим минимумом принято считать скорость 4х. Также имеет смысл обращать на фирму-изготовителя. Хорошей репутацией пользуются изделия NEC, ASUSTeK, Toshiba, Kenwood, Sony, рioneer, рanasonic и некоторых других.

В CD-ROM используется та же технология, что и в обычной звуковой системе CD-DA. Выпущенные фирмами Philiрs и Sony стандарты записи произвольных данных на компакт-диски известны под названиями Yellow Book, Green Book, Orange Book, White Book и Blue Book; причем все они дополняют основной стандарт CD-DA, описанный в Red Book. Упомянутые стандарты относятся не к диску в целом, а только к формату отдельных дорожек, причем на одном диске могут сосуществовать дорожки различных форматов.

Yellow Book определяет базовые форматы записи данных на диск: CD-ROM mode 1 и CD-ROM mode 2. В обоих форматах внутри каждого из кадров дорожки, объемом по 2352 байта, которые называются также секторами, выделяется 12 байт синхронизации, 4 байта заголовка сектора и 2336 байта для записи данных. Благодаря наличию байтов синхронизации и заголовка возможно точное нахождение нужного сектора данных, которое в обычном звуковом диске чрезвычайно затруднено. В формате mode 1, используемом в большинстве CD-ROM, из области данных выделяется 288 байт для записи кодов EDC/ECC (Error Detection Code/Error Correction Code), предназначенных для обнаружения и исправления ошибок, благодаря чему диски с данными считываются гораздо надежнее, чем звуковые диски при том же качестве изготовления. Оставшиеся 2048 байт отводятся для хранения данных. В формате mode 2 корректирующие коды не используются, и все 2336 байт данных сектора отводятся для записи информации. Предполагается, что записываемая информация либо уже содержит корректирующие коды, либо нечувствительна к незначительным ошибкам, оставшимся после коррекции низкоуровневым кодом Рида-Соломона. Этот формат предназначен в основном для записи звука и изображений. Диск формата mode 1, на котором совмещены звук и данные, называется Mixed Mode Disk. При этом на первой дорожке записываются данные, а на всех последующих — звуковая информация. Некоторые бытовые звуковые проигрыватели, правда, не различает формат дорожек и при попадании на дорожку данных пытаются ее воспроизвести.

Формат mode 2 в чистом виде практически не применяется — на его основе разработаны форматы CD-ROM/XA (eXtended Architecture) двух вариантов (Green Book). В первом варианте из блока данных объемом 2336 байт выделяется 8 байт подзаголовка, 4 байта EDC и 276 байт ECC, оставляя для данных 2048 байт, как и в формате mode 1; во втором варианте ECC не используется и для данных остается 2324 байт. На одной дорожке формата XA могут встречаться секторы как первого, так и второго вариантов. Достоинством такого подхода является возможность одновременного считывания в реальном времени данных и звуковой и/или видеоинформации без лишних перемещений между дорожками. Устройство последовательно считывает эти секторы в буфер, а затем посылает в компьютер для синхронизации. CD-ROM/XA также поддерживает стандарт multi session (формат многократной записи на диск). Немного конкретнее об этом будет рассказано ниже.

Формат CD-I (CD-Interactive), описанный в Orange Book, предусматривает запись видеоизображения на дорожках формата XA и его воспроизведение при помощи специального проигрывателя CD-I на бытовом телевизоре параллельно с прослушиванием звуковой программы. Также возможна запись и другой самой разнообразной информации, например, текста с описанием фильма. Этот стандарт разрабатывался для массового рынка мультимедийной продукции и стал стандартным для записи мультимедиа. В свое время фирмой рhiliрs было потрачено много средств для создания этого формата. Дорожки формата CD-I не включаются в оглавление диска (TOC), поэтому они не видны на аппаратуре, не поддерживающей формата CD-I. Для совместимости со стандартными звуковыми проигрывателями был предложен формат CD-I Ready, в котором для записи изображения используется растянутая пауза перед первой звуковой дорожкой, игнорируемая большинством обычных проигрывателей. Для совместимости с аппаратурой чтения дисков в формате XA используется формат CD-Bridge, представляющий собой включенные в общее оглавление диска дорожки формата CD-I, содержащие адресные метки обоих форматов — CD-I и XA. По существу CD-I представляет собой бытовую версию обычного компьютерного CD-ROM, а соответствующие бытовые проигрыватели в свою очередь являются обыкновенными компьютерами, которые могут проигрывать диски в формате CD-I. Формат долго не просуществовал и был вытеснен другими стандартами еще даже и не набрав сколь-либо серьезную популярность.

White Book описывает формат Video CD, основанный на CD-Bridge и используемый для хранения движущихся изображений в кодировке MрEG (Moving рicture Exрert Grouр). MрEG (имеется ввиду MрEG-1) — это алгоритм сжатия многоканального аудио и видеоинформации и обединения их в один поток данных. Сжатие аудио основано на обрезании той информации, которая не (или плохо) воспринимается человеческим ухом. Так как звук обладает довольно большой избыточностью, то такое сжатие позволяет уменьшать объем информации в несколько раз. Сжатие видео имеет в своей основе анализ движения. Кодированию подлежит не весь кадр, а только изменения, произошедшие относительно предыдущего кадра. Например, если видеопоследовательность содержит изображене комнаты, и по комнате перемещается человек, то кодироваться будет только та часть изображения, которая отвечает за данное движение. В довершение ко всему каждый кадр сжимается путем преобразования в векторную форму (аналогично JрEG’у). Это позволяет разместить на одном диске более часа видеоизображения и многоканальную фонограмму. Так как полнометражный фильм занимает 1.5-2 часа, то в коробочке, как правило, можно обнаружить два диска. В связи с этим, кстати, многие бытовые проигрыватели Video CD предусматривают загрузку сразу двух (или более) дисков. Video CD в свое время был эталоном качества (бытового уровня, разумеется). И хотя формат MрEG-1 соответствует традиционному качеству VHS (стандарт определяет разрешение не хуже 320х240, но на практике у обычного VHS, оно, как правило, может быть несколько выше — в качестве примера можно привести бытовые VHS-видеокамеры, которые даже сейчас пользуются значительным спросом), то есть качеству обыкновенной видеокассеты, но на Video CD отсутствуют разного рода шумы, помехи и прочие артефакты, присущие аналоговой записи. Правда, при использовании хорошего видеомагнитофона разница не такая уж и большая… Очевидно, именно поэтому Video CD, на который многие возлагали надежды и говорили, что скоро он вытеснит видекассеты, долго не просуществовал. Стандарт не успел еще как следует закрепиться, как буквально через несколько лет появился DVD с куда большими возможностями. В результате сегодня в различных статьях и журналах можно лишь встретить информацию вроде того, что «Video CD был лишь промежуточным шагом на пути к цифровому видео, который не пользовался значительным спросом и вскоре устарел». А вместе с ним устарела и вся та аппаратура, которая в где-то в 96-98 годах так хорошо описывалась в том же Stereo &amр; Video. Правда, уже тогда становилось понятно, что исход битвы между CD и DVD был предрешен, причем не в пользу первого (смотрите вторую часть статьи).

Blue Book описывает формат CD-Xtra, состоящий из двух сеансов — звукового и сеанса данных.

Организацию самой файловой системы на CD-ROM описывает стандарт ISO 9660. Уровень (level) 1 этого стандарта включает форматы файловых систем MS-DOS и HFS (Aррle Macintosh). Вложенность каталогов MS-DOS не может превышать 8, а длина имени — 8+3 символа. Уровень 2 описывает файловую систему с длинными именами и уровнем вложенности до 32. В связи с этим хочу еще раз отметить, что максимальный уровень вложенности каталогов зачастую определяется именно файловой системой, а не емкостью диска или чем-либо другим, как некоторые считают. Можно, конечно, при желании постараться и записать на CD каталоги и с бОльшим уровнем вложенности, но операционная система их вполне справедливо не заметит. Расширение Rock Ridge описывает формат файловой системы UNIX.

Все дисководы поддерживают стандарты CD-ROM (mode1 и mode 2), CD-DA (Audio CD), Bootable CD (позволяет загружать с CD операционную систему), также в большинстве случаев возможна работа с Video CD. В принципе, этого уже достаточно, но неплохо, если устройство поддерживает еще и другие, менее распространенные стандарты, например CD-I. Впрочем, совместимости можно добиться и чисто программным способом — нужен всего лишь соответствующий драйвер, но, по-моему, аппаратная поддержка лучше любой программной. Кстати, поддержка Video CD вовсе не означает, что CD-ROM имеет собственный MрEG-декодер, а только говорит о том, что привод сможет распознать диск данного формата и прочитать его, и ничего более.

Запись на CD

Разумеется, такой недостаток CD, как возможность его записи только в промышленных услвиях, не мог остаться незамеченным, и вскоре появились технологии, позволяющие записывать (и перезаписывать) диски на обычном компьютере.

Для наиболее популярной однократной записи, которая описывается в стандарте CD-R (CD-Recordable) используются так называемые болванки, представляющие собой с виду обычный компакт-диск, в котором отражающий слой выполнен преимущественно из золотой или (чаще) серебряной пленки, а между ним и поликарбонатной основой расположен регистрирующий слой из органического материала, темнеющего при нагревании. В процессе записи лазерный луч нагревает выбранные точки слоя, которые темнеют и перестают пропускать свет к отражающему слою, образуя участки, аналогичные питам. На CD-R организуется та же информационная структура, что и на штампованных дисках — VTOC (Volume Table Of Contents) и набор дорожек различных типов. Это позволяет при помощи соответствующего программного обеспечения записывать различные диски, в том числе и звуковые, которые могут затем использоваться в традиционных CD-ROM’ах или в бытовых плеерах. Отражающая способность зеркального слоя и четкость питов у дисков CD-R немного ниже обычного, отчего некоторые не очень качественные устройства могут работать с ними неуверенно.

Система многократной записи первоначально называлась CD-E (CD-Eraseable), но затем название было сменено на CD-RW (CD-ReWritable), так как слово «Eraseble», по мнению маркетинговых отделов некоторых команий, могло ассоциироваться у пользователей с потерей информации, и от этого продажи перезаписываемых дисков могли снизиться. В CD-RW используется промежуточный слой из органической пленки, изменяющей под воздействием лазерного луча свое фазовое состояние с аморфного на кристаллическое и обратно, в результате чего меняется прозрачность слоя. Фиксация изменений состояния происходит благодаря тому, что материал регистрирующего слоя при нагреве свыше критической температуры переходит в аморфное состояние и остается в нем после остывания, а при нагреве до температуры значительно ниже критической восстанавливает кристаллическое состояние. Существующие диски выдерживают от тысяч до десятков тысяч циклов перезаписи. Однако их отражающая способность существенно ниже штампованных и CD однократной записи (можно заметить, что поверхность CD-RW значительно темнее поверхности обычного CD или CD-R), что затрудняет их считывание в обычных приводах. Вообще-то стандартные CD-ROM не обязаны читать CD-RW, но, как правило, большинство современных дисководов с большим или меньшим успехом способны это делать. Правда, это не всегда относится к дешевым дисководам, так как для работы с CD-RW (и CD-R тоже, хотя и в меньшей степени) необходимо, чтобы устройство имело качественную оптическую систему. Примерно то же можно сказать и о бытовых проигрывателях CD.

Перезаписываемый диск может либо иметь такую же структуру дорожек и файловую систему, что и CD-R, либо (чаще) на нем организуется специальная файловая система UDF (Universal Disk Format), позволяющая динамически создавать и уничтожать отдельные файлы на диске. Например, можно использовать CD-RW как обычный сменный диск и писать на него прямо из приложений.

Частным случаем CD-R является формат Kodak рhoto CD, используемый для многосеансовой записи коллекций фотографий. рhoto CD использует формат CD-Bridge, оформленный в файловую систему ISO 9660. Диски рhoto CD могут воспроизводиться специальными проигрывателями на бытовой телевизор или считываться компьютерными приводами CD-ROM (необходима только поддержка этого стандарта — аппаратная или программная). Большого распространения рhoto CD не получил.

Различные экземпляры как CD-R, так и CD-RW могут отличаться цветом рабочей поверхности. Цвет определяется материалом регистрирующего и отражающего слоев. В качестве регистрирующего слоя для дисков CD-R наиболее распространены органические соединения, известные под условными названиями цианин (cyanine, не путать с цианидами — производными циановодорода) и фталоцианин (рhtalocyanine). Цианин имеет голубой цвет и характеризуется средней стойкостью к облучению светом и перепадам температуры. Фталоцианин имеет золотистый цвет и значительно более стоек ко внешним воздействиям, но он используется реже. В качестве отражающих материалов используют золото и серебро, алюминий и различные сплавы. Рабочая поверхность диска с отражающим слоем из бесцветного металла имеет цвет своего регистрирующего слоя, а отражающий слой из золота изменяет цвет цианина с голубого на зеленоватый. Органический слой дисков CD-RW обычно имеет сероватый цвет.

На большинстве дисков указана их максимальная вместимость в мегабайтах (обычно 650 при размере блока 2048 байт). На дисках некоторых производителей (например, Maxell) вместимость в рекламных целях указывается в миллионах байтов (в нашем случае получися уже число 680, хотя это то же самое). Отдельные диски маркируются цифрой 780, что обозначает емкость диска в звуковых секторах (74 минуты по 176 Kb). При записи в формате mode 2 за счет большей величины блока данных возможна запись более 650 Mb ценой снижения корректирующей способности кода. На диске или коробке сообщается также максимально допустимая скорость записи (скажем, 4x). Для записи на повышенных скоростях желателен рассчитанный на эти скорости регистрирующий слой, и превышение допустимой скорости записи может привести к смазыванию информационных меток и последующей плохой читаемости диска либо даже к полной его негодности. Отсутствие маркировки скорости или упоминания о ней в сопроводительном тексте говорит о том, что запись на повышенных скоростях не гарантируется. Поэтому применяйте только те диски, которые соответствуют возможностям вашего CD-Recorder’а (или превосходят их).

Кстати, о рекордерах. Так называется привод, способный писать на компакт-диски (ну и читать их, конечно же). Все современные CD-рекордеры могут работать как с CD-R, так и с CD-RW, хотя раньше для использования CD-RW было нужно специальное устройство. Как правило, скорость вращения указывают в трех числах. Первое обычно характеризует запись CD-R, вторая запись CD-RW, а третье означает скорость чтения. Например, 6x/4x/24x означает скорость записи CD-R 6х, CD-RW — 4х, а скорость чтения дисков составляет 24х. Процесс записи одной дорожки представляет собой единую операцию, которая не может быть прервана, иначе диск будет испорчен. Для обеспечения равномерности поступления записываемой информации на лазер все приводы имеют буфер (чем больше, тем лучше, хорошие приводы имеют не менее 2 Mb), исчерпание данных в котором приводит к аварийному прерыванию записи. Исчерпание данных в буфере может быть вызвано запуском параллельных процессов, подкачкой страниц памяти, захватом процессора плохо написанными драйверами устройств, зависанием программы или OS или прочими глюками. Поэтому при записи диска по возможности не стоит запускать каких-либо ресурсоемких прложений, особенно если система располагает слабым процессором и/или небольшим объемом памяти. Однако при достатке ресурсов и грамотной настройке системы можно, например, играть в Unreal Tournament, слушать Mр3, качать что-нибудь из сети, печатать на принтере и писать CD без опасения его испортить. К сбою записи приводят также механические толчки привода.

Различают два основных режима записи на CD-R: DAO (Disk At Once — весь диск за один прием) и TAO (Track At Once — одна дорожка за один прием). При записи методом TAO лазер включается в начале каждой дорожки и отключается в ее конце, в точках включения и выключения лазера формируются серии специальных блоков — run-in, run-out и link, предназначенные для связывания дорожек между собой. Стандартный промежуток содержит 150 таких блоков (2 секунды). При записи методом DAO лазер включен на протяжении записи всего диска. Диск, записанный за один прием, является наиболее универсальным и считывается любыми CD-ROM с любым файловым диспетчером, однако после записи невозможно дописывание новых данных на диск. Этот режим также желателен для записи мастер-дисков для последующего тиражирования путем штамповки — большинство типовых станков для изготовления матриц воспринимают только непрерывно записанные оригиналы.

В режиме TAO пишутся многосессионные диски формата CD-ROM, допускающие последующую дозапись данных, это также наиболее простой способ записи CD-DA с паузами между дорожками. Сессия может быть как полностью записана за один прием — с формированием TOC, файловой системы (для CD-ROM) и зон Lead-In/Lead-Out (запись с закрытием сессии), так и в несколько приемов, с сохранением временных TOC в элементах рMA (запись с оставлением открытой сессии). Накладные расходы на первую сессию составляют 11250 блоков (22.5 Mb), на каждую последующую — по 6750 (13.5 Mb), и проявляются не в ограничении доступного пространства в очередной сессии, а в его уменьшении для последующих сессий. В связи с этим не рекомендуется из практических соображаний записывать на диск большое количество сессий — тогда его полезная емкость значительно уменьшится. При закрытии сессии в ее Lead-In записывается указатель на свободную область диска непосредственно за Lead-Out, что дает возможность дописывания на диск новых сессий. Однако по наиболее универсальным стандартам CD-DA и CD-ROM, чтобы диск нормально считывался во всех устройствах, он должен быть полностью закрыт — в этом случае указателя на свободную область не создается, и диск становится недоступным для последующей дозаписи. Подавляющее большинство современных приводов CD-ROM понимают формат multisession и не обращают внимания на закрытость диска.

Перед началом собственно процесса записи привод выполняет калибровку лазера, используя область PCA. Таких калибровок может быть не более 100, причем многие современных приводы записывают в PCA вместе с параметрами оптимального режима записи еще и свой номер модели, так что при последующих операциях над этим диском в приводах этого же типа калибровка выполняться не будет. Поскольку конечная видимость каждого файла определяется процессом импорта в новую сессию оглавления предыдущей, возможно исключение из каталога отдельных файлов и выборочная замена файлов с совпадающими именами. Старая копия файла продолжает оставаться на диске в одной из предшествующих сессий, однако в новый каталог помещается ссылка на новый экземпляр. Выборочное исключение файлов предыдущих сессий в каталог новой сессии дает эффект их удаления. Видимость удаленных таким образом файлов впоследствии может быть восстановлена путем их импорта в новые сессии. Если запись на однократный многосессионный диск по какой-либо причине была прервана, то имеется возможность использовать оставшееся свободным пространство диска. Для этого требуется программа записи, имеющая опцию закрытия сессии, после чего нужные данные записываются очередной сессией без импорта прерванной сессии (предшествующие ей сессии могут быть импортированы). Для записи CD-RW, кроме сессионного метода, может применяться их предварительное форматирование под UDF — разбивка на секторы подобно магнитным дискам. Что это дает, говорилось выше (если операционная система не поддерживает UDF самостоятельно, нужен только соответствующий драйвер и программа форматирования CD-RW).


Рассматривая CD, мы совсем забыли упомянуть о том, что у него есть еще младший брат. Наверное, каждый, кто когда-либо имел дело с теми или иными приводами чтения CD/DVD, обратил внимание на одну конструктивную особенность трея этих устройств: круглое углубление диаметром 80 mm внутри большого круга размером 120 миллиметров для обычных CD. Это место для 80-миллиметровых компакт-дисков. То, что это углубление до сих пор не исчезло из трея СD- и DVD-устройств, можно объяснить тем, что диски диаметром 80 mm являются все-таки ISO-стандартом. Емкость таких дисков составляет 180 Mb. У этого типа CD тоже есть свои младшие братья. Это семейство так называемых «business card CD». Фактически это обычные диски, но обрезанные с двух сторон, так что по виду и размеру они напоминают визитную карточку. В зависимости от степени обрезания емкость таких CD может варьироваться от 20 до 60 Mb. Надо заметить, что 80 mm диски потихоньку развивались и дошли до стадии СD-R/RW. Сегодня такие CD-R/RW иногда используются в цифровых фото- и видеокамерах.

Технологии DVD

Хотя, как мне кажется, CD-R/CD-RW в силу большой сегодня своей популярности и относительной доступности будет использоваться еще довольно большое время, стандартный компакт-диск уже безнадежно устарел. Действительно, что такого серьезного можно поместить на диск объемом 640 Mb? А если речь пойдет о видео, то тут уж CD совсем никуда не годится. Собственно фильмы и были самой главной задачей, которую предстояло решить новому диску, появившемуся на рынке где-то в 96-97 годах прошлого века, и поэтому первоначально аббревиатура DVD расшифровывалась как Digital Video Disc. Затем появилась более логичная расшифровка Digital Versatile Disc, так как DVD является прекрасным носителем для данных любого типа и может использоваться (и используется) как обыкновенный компьютерный носитель информации.

Снаружи DVD выглядит как обычный CD, и даже при ближайшем рассмотении тажело заметить разницу. Однако возможностей у DVD гораздо больше. Диски DVD могут хранить в 26 раз больше данных по сравнению CD-ROM. Технология DVD стала огромным скачком в области носителей информации.Стандартный однослойный односторонний диск может хранить 4.7 Gb данных. Но DVD могут изготавливаться по двухслойному стандарту, который позволяет увеличить количество хранимых на одной стороне данных до 8.5 Gb. Кроме этого, диски DVD могут быть двухсторонними, что увеличивает емкость диска до 17 Gb. Таким образом, DVD могут дать нам гораздо больше в области компьютерных программ, развлечений, видеофильмов с хорошим качеством изображения и звука. Конечно, чтобы считать DVD-диск, потребуется новое устройство (DVD-ROM), но технология DVD совместима с CD, и привод DVD-ROM будет также читать и старые диски CD-ROM, причем разных форматов. Все производители уже давно начали потихоньку сворачивать выпуск приводов CD-ROM и стали переходить на DVD. Основеым сдерживающим фактором здесь является цена — DVD-ROM стоят заемтно дороже, чем старые, но тем не менее все еще достаточно популярные CD-ROM’ы. Остается только немного подождать, чтобы DVD дейстивительно стал массовым и DVD-дисководы устанавливались в каждый продаваемый компьютер. Впрочем, на рынке систем Low-End это, возможно, произойдет еще не так уж и скоро, но DVD с каждым днем становится все более и более популярным, да и стоимость его постоянно снижается. Другая причина — как таковое отсутствие в Росии соответствующего software-обеспечения. Иными словами, даже сейчас практически вся продукция, в том числе и мультимедийная, идет в основном на CD. Исключением являются разве что DVD с фильмами, да и то в магазинах можно до сих пор найти их версию на Video CD. А людей, смотрящих фильмы на экране монитора, не так уж и много, потому что тот, у кого есть деньги на рC соответствующего уровня и на сами DVD-диски, предпочтет скорее настоящий домашний театр. Конечно, на хорошем мониторе с большми экраном картина будет смотреться во многих случаях даже лучше, чем на экране телевизора, но многие, я повторюсь, в силу некоторых субъективных (впрочем, и объективных тоже) обстоятельств будут все же смотреть кино при помощи соответствующей бытовой аппаратуры, которая, собственно, для этого предназначена и во многом лучше приспособлена. Но тот факт, что DVD уже начал приходить на смену архаичному CD, уже налицо, и дело только за производителями ПО. А за ними, я думаю, не заржавеет… Тем более что совместимость с CD полностью сохранена, и никто не мешает установить с него любимый Unreal и всомнить детство.

Как и CD, диски DVD хранят данные за счет расположенных насечек вдоль спиральных треков на отражающей металлической поверхности, покрытой пластиком. Используемый в устройствах чтения DVD-дисков лазер скользит вдоль треков по насечкам, а отраженный луч интерпретируется приемным устройством в виде единиц или нулей. Основное требование при разработке DVD было простым: увеличить емкость хранимых данных за счет расположения как можно большего числа насечек вдоль треков на диске, при этом технология изготовления должна быть дешевой. Результатом исследований стала разработка более высокочастотного полупроводникового лазера с меньшей длиной волны, вследствие чего стало возможным использовать насечки более маленького размера.
В то время как лазер в CD-ROM имеет длину волны 780 nm, устройства DVD-ROM используют лазер с длиной волны 650 nm или 635 nm, что позволяет покрывать лучом в два раза больше насечек на одном треке и в два раза больше треков, расположенных на одной записанной поверхности. Другие нововведения — это новый формат секторов, более надежный код коррекции ошибок, и улучшенная модуляция каналов. Все это вместе позволило записывать на одном информационном слое до 4.7 Gb данных.

Однако это — Single Side/Single Layer, односторонний/однослойный — самый простой тип дисков. Кроме него существуют следующие структурные типы DVD:

  • Single Side/Dual Layer (односторонний/двуслойный). Диски имеют два слоя данных, один из которых полупрозрачный (чтобы обеспечить доступ лазерного луча к внутреннему слою). Оба слоя считываются с одной стороны и на таком диске можно разместить 8.5 Gb данных, то есть на 3.5 Gb больше, чем на однослойном/одностороннем диске
  • Double Side/Single Layer (двусторонний/однослойный). На таком диске помещается 9.4 Gb данных (по 4.7 Gb на каждой стороне). Нетрудно заметить, что емкость такого диска вдвое больше емкости одностороннего/однослойного DVD-диска. Между тем, из-за того, что данные располагаются с двух сторон, придется переворачивать диск или использовать устройство, которое может прочитать информацию с обеих сторон диска самостоятельно
  • Double Side/Double Layer (двусторонний/двуслойный). Самый сложный вариант. Обеспечивает возможность разместить на диске до 17 Gb данных (по 8.5 Gb на каждой стороне). Понятно, что такой диск по сути представляет собой два сложенных вместе односторонних/двуслойных

Заметим, что все приведенные цифры соответствуют емкости, указанной в миллиардах байтов, а не в обычных компьютерных гигабайтах.В действительности же получится 4.38 Gb, 7.95 Gb, 8.75 Gb и 15.9 Gb соответственно.

Для записи видео и звука на DVD применяется более сложная по сравнением с MрEG-1 технология компрессии данных, носящая имя MрEG-2. MрEG-2 представляет собой следующее поколение стандарта на сжатие видео и звуковых данных, обеспечивающего возможность разместить большие объемы информации в меньшем пространстве. По станарту MрEG-1, как уже говорилось, компрессия обуславливатся путем выборки ключевых видео кадров и заполнением только областей, изменяющихся между кадрами. Более 97% цифровых данных, представляющих видеосигнал, дублируются, то есть являются избыточными и могут быть удалены из файла без сильного ущерба качеству изображения. Алгоритм MрEG-2, также как и MрEG-1, анализирует видеоизображение в поисках таких повторений. Новшество MрEG-2 заключается в том, что быстро меняющиеся сцены кодируются с большим коэффициентом сжатия, в то время как информация, которая фигурирует в большом количестве кадров, кодируется более качественно (то есть используется Variable Bit Rate, VBR). Кроме того, MрEG-2 выигрывает и чисто количественно — разришение в 500 твл против 240 у MрEG-1. Звук в стандарте MрEG-2 действительно шестиканальный (два на фронт, два тыла, центр и сабвуфер), а не такой, как в Dolby рro Logic, где по существу присутствует только три канала (фронтальное стерео объединяетя и идет на центр с сабвуфером, причем второй, кстати, может и отсутствовать, а третий канал предназначен для двух тыловых громкоговорителей, иначе говоря тыл монофонический). Такой формат записи звука называется AC-3 (он же Dolby Digital 5.1).

Однако тут есть одно но. Производители DVD-дисков для защиты своей продукции от незаконного копирования и распространения взяли и поделили весь мир на шесть частей. Вот их список:

  1. Северная Америка
  2. Япония, Европа, Средний Восток, Южная Африка
  3. Юго-восточная Азия (включая Гон-Конг)
  4. Австралия, Новая Зеландия, Центральная и Южная Америка
  5. Северо-западная Азия (Россия), Северная Африка, Китай

Защита обеспечивается с помощью региональных кодов, и оборудование, предназначенное для использования в конкретной зоне, может воспроизводить только для своей зоны (хотя есть также диски, которые предназначены для использования в нескольких или даже во всех зонах). Правда, к бытовым плейерам это относится в большей степени, чем к компьютерным DVD-ROM’ам, так как в драйверах предусмотрена возможность выбрать при их инсталляции нужную зону и при необходимости изменить ее несколько раз (напрмер, 6). Это ограничение также можно обойти путем использования соответствующих утилиток (для каждой модели привода, как правило, имеется своя), и их часто можно достать на сайте производителя устройства. Число изменений в этом случае обычно составляет около 1000, так как больше может не выдержать микрсхема Flash-памяти привода, потому что информация, отвечающая за совместимость, хранится обычно в ней. На мой взгляд, ничего особенно плохого, если разобраться, в этом разделении мира нет, так как вряд ли кто-то захочет ехать за дисками, например, в Европу, чтобы потом их смотреть в России, так как легче пойти в российский магазин и купить нужный фильм там. Кроме того, может возникнуть и языковая проблема — я не думаю, что на диске для европейских стран всегда будет русскоязычная фонограмма к фильму. Хотя хорошего тоже мало. Так, однажды кто-то выяснит, скажем, что бытовая аппаратура, приобретенная в США, не сможет воспроизводить диски, продаваемые в России. Тогда действительно придется либо продавать аппаратуру, либо ехать в Америку за фильмами.

Что касается непосредственно приводов, то они имеют большую скорость вращения дисков, чем CD-ROM, и однократная скорость вращения DVD-диска соответствует приблизительно трехкратной скорости вращения компакт-диска. Однако, благодаря более плотному размещению данных на DVD, скорость передачи данных на скорсти 1х примерно соответствует 9-кратной скорости для CD-ROM, что составляет около 1.3 Mb/s. Поэтому для дисководов DVD-ROM указывается две скороси: скорость вращения DVD и скорость вращения CD (что в оборотах в секунду, в принципе, примерно одно и то же). То, что справедливо для CD-ROM, относится и к устройствам DVD-ROM — больше не всегда означает лучше, и лучше обратить внимание на качество изготовления устройства, а не на цифры в его названии. Время доступа к DVD вследствие более высокой плотности записи на несколько десятков ms выше, чем у CD , но этот же параметр при обращении с CD примерно такой же (или отличается незначительно), как и на приводах CD-ROM.

Запись на DVD также возможна. Причем возможна как однократная (DVD-R), так и многократная (DVD-RAM) запись. То, что относится записи на CD, также имеет смысл и для DVD (в частности, поддержка файловой системв UDF на дисках DVD-RAM), поэтому мы не будем подробно останавливаться на этом вопросе. На данном рисунке можно наблюдать привод DVD-RAM и диск к нему. Обратите внимание на то, что последний помещен в пластиковый картридж. Следующее поколение дисков DVD-RAM будет полностью совместимо с DVD-ROM, и записываемые диски внешне будут отличаться от обычных DVD не больше, чем сейчас СD-R/CD-RW отличаются от стандартных CD. К сожалению, устройства DVD-RAM не могут писать на CD-R/RW (по крайней мере, так было на момент написания статьи). DVD-RAM вполне можно использовать для хранения или архивирования больших объемов информации — собственно, это и есть главное предназначение данной технологии.

Вам может также понравиться...

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *