Записываемые компакт-диски CD-R (CDrecordable).

На дискиCD-R пользователь может записать с помощью специального дисковода какие-либо данные, однако сделать это можно только один раз.

Перезаписываемые компакт-диски CD-RW (CDrewritable). На эти диски данные можно записывать многократно.

2.2. Компакт-диски CD-R

Первые CD-R можно было записывать только целиком. Затем появилась технология многосессионной записи на эти диски. Дело в том, что если натакой диск записано, к примеру, 300 Мбайт данных, то, по идее, остаётся свободное место ещё как минимум для 400 Мбайт информации. Однако для обеспечения полной совместимости со всеми старыми читающими дисководами на диск должна быть добавлена так называемая закрывающая запись. Без неё данные с диска считываться не будут.

Но проблема была в том, что после закрывающей записи на диск ничего добавить уже нельзя. Т.е. физически записать, конечно, можно, но считывающий дисковод найдёт эту закрывающую запись и сочтёт, что после неё на диске уже ничего нет.

Поэтому и была придумана технология многосессионной записи. Завершая сеанс такой записи, программа записывает на диск закрывающую запись сессии вместо закрывающей записи всего диска. Потом можно будет дописать на этот же диск ещё порцию данных и после неё – закрывающую запись второй сессии, и так далее. В принципе, когда на диске не останется места, можно дописать туда ещё и закрывающую запись диска.

Многосессионная технология записи сразу же расширила возможности применения CD-R, однако и тут не обошлось «без ложки дегтя». Во-первых, многосессионные диски обычно считываются гораздо медленнее, чем записанные за одну сессию. Кроме того, некоторые считывающие дисководы могут быть несовместимы с такими дисками. Например, некоторые из них могут «увидеть» на многосессионном диске только те файлы, которые были записаны в последней сессии, а некоторые– только файлы первой сессии. Правда, это относится лишь к старым моделям дисководов, поскольку все современные устройства делаются уже в расчёте на считывание многосессионных дисков.

Внутреннее строение записываемых дисков несколько отличается от устройства обычных CD. Дело в том, что записываемые диски, в отличие от обычных, состоят не из четырёх, а из пяти слоев (рис. 8.2):

1. основной;

2. регистрирующий;

3. отражающий;

4. защитный;

5. декоративный.

Рис. 2. Структура записываемого компакт-диска

Здесь на основном слое отсутствует информационный узор, но добавлен ещё один слой – регистрирующий. Именно на него записываются данные. Лазерный луч выжигает информационный узор в материале этого слоя, затемняя определённые точки поверхности. При считывании информации луч будет отражаться от этих точек слабее, чем от остальных. Разумеется, при записи компакт-диска лазер дисковода должен работать с большей мощностью, чем при чтении.

Из сказанного следует, что регистрирующий слой записываемого компакт-диска очень чувствителен к свету. Вот почему такие диски нельзя оставлять на свету (особенно рабочей стороной вверх).

2.3. Компакт-диски CD-RW

Теперь немного о перезаписываемых компакт-дисках (CD-RW). На них, как уже говорилось, данные можно записывать многократно. Однако не стоит переоценивать их возможности. Есть два распространённых заблуждения по поводу дисков CD-RW.

Заблуждение первое: при использовании дисков CD-RW можно произвольно стирать и дописывать отдельные файлы. Это утверждение совершенно неверно. Запись на диски CD-RW происходит аналогично записи на CD-R: весь диск сразу или за несколько сессий. Отличие состоит в том, что можно дать команду стирания, в результате выполнения которой весь регистрирующий слой вновь одинаково пропускает световые лучи. При этом никаких данных на диске не остаётся. Таким образом, на диск CD-RW можно записать некоторые данные, возможно, в несколько сессий, затем, когда они станут больше не нужны, очистить весь диск целиком, затем опять записывать данные, и так далее.

Заблуждение второе: стирать старые данные и записывать новые на диск CD-RW можно сколь угодно много раз. Это также совершенно неверно. Правда, существует и обратное заблуждение: некоторые считают, что полный цикл записи и стирания для одного носителя можно произвести не более 10 раз. Именно так для перестраховки утверждали производители первых CD-RW. Спустя некоторое время многие производители стали утверждать, что на диск CD-RW можно произвести до 1000 циклов записи (иногда говорят даже до 10 000). Отсюда и родилось заблуждение второе. Действительно, ведь стираешь Данные с компакт-диска не каждый день. Даже если стирать диск целиком и записывать новые данные приходится каждую неделю (что тоже невообразимо часто), то срока жизни такого диска должно хватить приблизительно на 20 лет (а если считать, что диск выдерживает 10000 циклов записи, то на 200 лет).

Как показывает практика, в большинстве случаев после 25-27-го циклов стирания и повторной записи диск CD-RW начинает читаться с ошибками. Ещё через пару циклов записи считать с него данные становится практически невозможно.

Нужно иметь в виду, что коэффициент отражения у дисков CD- RW намного ниже, чем у обычных дисков и CD-R. Это приводит к тому, что данные с таких дисков могут неверно считываться или не считываться вообще старыми приводами, не рассчитанными на чтение данных с CD-RW. Все современные модели приводов уже делаются с расчётом на диски CD-RW, так что проблем с ними сейчас практически не возникает. Однако бытовые проигрыватели звуковых компакт-дисков и музыкальные центры, как правило, не умеют проигрывать CD-RW, поэтому нельзя использовать такие диски для создания звуковых дисков. Если CD-проигрыватель может читать CD-RW, это обычно указывается где-нибудь на видном месте. Приводы CD-RW могут записывать как диски

CD-R, так и CD-RW.

Объём данных, которые можно записать на один компакт-диск, различен. Стандартными являются диски, объём которых равен 650 Мбайт или 74 минут звучания (если диск записан в формате AudioCD). В настоящее время практически все устройства, как читающие, так и записывающие, могут без проблем работать с дисками увеличенного объёма. На такие диски можно записывать до 700 Мбайт данных или 80 минут звука.

Здесь можно обнаружить некоторое несоответствие: ведь одна минута несжатого звука в формате, использующемся на звуковых компакт- дисках, занимает около 10 Мбайт. Соответственно, на диск объёмом 700 Мбайт, по идее, должно помещаться примерно 70 мин музыки, а на самом деле там помещается 80 мин.

Дело в том, что формат записи звукового диска весьма сильно отличается от формата диска с данными. Так, на диске с данными присутствует больше избыточной информации, которая повышает надёжность и долговечность носителя. Действительно, если некоторое музыкальное произведение умещается на звуковом компакт-диске в виде звуковой дорожки, это ещё не значит, что оно же уместится на нем в виде файла.

Существуют и компакт-диски ещё большей плотности. Некоторые компании разработали диски объёмом 800 и 900 Мбайт и даже 1 Гбайт, а «апофеозом» подобных разработок явился так называемый DDCD – компакт-диск двойной плотности (doubledensitycompactdisc). На такой диск помещается вдвое больше информации, чем на обычный (соответственно 1300 или 1400 Мбайт). Ни один из этих «больших» форматов не получил широкого распространения.

2.4. Форматы CD-DA (CD Audio), Data CD, VideoCD, Super Audio CD (SACD), Super Video CD (SVCD) и смешанные форматы

Формат CD-DA (CD Audio). Компакт-диск изначально появился как носитель для записи и прослушивания музыки на смену виниловым грампластинкам. Наверно поэтому он и был назван «компактным» – физические размеры компакт-диска намного меньше размеров грампластинки. Представление звука на звуковом компакт-диске, соответственно, было первым стандартом для этого носителя.

Стандартный формат для представления звука на компакт-диске называется CD-DA (CompactDisc – DigitalAudio), т.е. «компакт-диск – цифровой звук». Обратите внимание, что в этом названии прослеживается основная цель разработки стандарта компакт-диска – замена грампластинок, которые были, разумеется, аналоговыми.

В качестве стандарта для звуковых компакт-дисков была принята частота дискретизации, равная 44,1 кГц. Что касается амплитудного разрешения, то можно заметить, что с увеличением количества градаций амплитудной шкалы повышается точность воспроизведения. В звуковых компакт-дисках используется 65536 амплитудных градаций. Как известно, для представления чисел в диапазоне от 0 до 65535 необходимо 16 бит информации, поэтому говорят о 16-битном разрешении, или попросту о «16-битном звуке». Это значение тоже сегодня никак не может считаться идеальным, но в своё время, когда сравнения проводились с относительно шумными и искажёнными аналоговыми записями, оно казалось достаточным.

Таким образом, для звуковых компакт-дисков (CD-DA) стандартом является представление звука с частотой дискретизации 44 100 Гц и амплитудным разрешением 16 бит. На такие компакт-диски записывается только стереозвук, т.е. два раздельных звуковых потока для левого и правого каналов.

Что касается структуры звукового компакт-диска, то вкратце можно сказать следующее. Звуковой компакт-диск делится на отдельные звуковые дорожки, число которых может изменяться от 1 до 99. Каждой дорожке соответствует небольшой файл с расширением .cda, который содержит ссылку на физическое расположение звуковых данных на диске. Файлы .cda, таким образом, являются только указателями, а сами звуковые данные не являются частью файловой структуры диска.

Стандарт для хранения данных на компакт-диске сейчас обычно называют DataCD (компакт-диск с данными), хотя раньше обычно употребляли название CD-ROM, т.е. постоянная память на компакт-диске.

Стандарт определяет максимальный объём компакт-диска с данными в 650 Мбайт. Сейчас практически все устройства для чтения компакт-дисков совместимы также с «80-минутными» дисками, на которых в формате DataCD можно записать до 700 Мбайт. Следует учитывать, что закрывающие записи сессий также требуют некоторого количества дискового пространства. Отсюда вывод: если запись данных на диск ведётся за несколько сессий , то, чем больше сессий, тем меньше самих данных поместится на диске.

На диске, записанном в стандарте VideoCD, изображение записывается с качеством, сравнимым с обычными бытовыми видеокассетами (VHS). Так утверждает стандарт, а вот по наблюдениям многочисленных пользователей, как правило, это качество воспринимается немного хуже, чем с кассет VHS.

Звуковая дорожка на дисках стандарта VideoCD записывается с обычным качеством звукового компакт-диска – с частотой дискретизации 44100 Гц и разрешением 16 бит. Таким образом, будучи равными или даже несколько уступая по качеству изображения бытовым видеокассетам VHS, диски VideoCD имеют преимущество в звуке.

Полную спецификацию стандарта VideoCD определяет так называемая «Белая книга» (WhiteBook) 2.0. Там описаны все условия, которые должны быть соблюдены, чтобы записанный диск VideoCD был полноценным, т.е. совместимым со всеми устройствами чтения VideoCD. Вот какие спецификации в частности, определены для дисков стандарта

VideoCD:

− кодирование информации по алгоритму MPEG-1;

− максимальная скорость потока видеоданных – не более 1151959 бит/с;

− максимальная скорость потока звуковых данных – не более 224 кбит/с;

− размер кадра для стандарта PAL – 352×288 пикселей;

− размер кадра для стандарта NTSC – 352×240 пикселей;

− строго определённая структура папок.

Стандарт определяет, что звуковая дорожка для фильма должна быть обязательно двухканальной, т.е. стерео. Оцифровка, как уже говорилось ранее, производится с качеством обычного звукового компакт-диска. Однако если записать звук на компакт-диск в несжатом виде , то для видеоматериала места уже не останется. Поэтому звуковые данные хранятся на диске в сжатом виде, о чём говорит пункт стандарта, определяющий скорость потока звуковых данных не более 224 кбит/сек. Видеоматериал тем более приходится сжимать с помощью алгоритма

MPEG-1.

При соблюдении всех этих условий на один компакт-диск помещается до 74 минут видеоматериала со стереозвуком. Это вполне может быть небольшой художественный или документальный фильм.

Формат SuperAudioCD(SACD), по идее разработчиков – компаний Philips и Sony, – должен со временем заменить обычные звуковые компакт-диски, обеспечивая гораздо лучшее качество звука, а также многоканальное воспроизведение и поддержку текстовой, графической и даже видеоинформации. Интересно, что формат позволяет создавать гибридные диски, которые можно воспроизвести на обычном проигрывателе компакт-дисков (в этом случае с обычным CD-качеством).

SuperVideoCD(SVCD) отличается от VideoCD, прежде всего, лучшим качеством изображения. Вот какие характеристики определены для стандарта SuperVideoCD:

− кодирование информации по алгоритму MPEG-2;

− максимальная скорость потока видеоданных – не более 2550 кбит/с;

− максимальная скорость потока звуковых данных – не более 224 кбит/с/;

− размер кадра для стандарта PAL – 480×576 пикселей;

− размер кадра для стандарта NTSC – 480×480 пикселей;

− как и в стандарте VideoCD, строго определённая структура папок.

К сожалению, наряду с гораздо лучшим в сравнении с VideoCD качеством изображения, диски SuperVideoCD имеют и большой минус. Дело в том, что при степени сжатия, обеспечивающей ширину потока данных 2550 кбит/с, на один компакт-диск может уместиться всего 35 минут видеоматериала.

К смешанным форматам относятся мало отличающиеся друг от друга Mixed-ModeCD (смешанный компакт-диск) и CD-extra (расширенный компакт-диск). Разница фактически состоит в том, что на Mixed-ModeCD в качестве первой дорожки записываются данные, а потом – звуковые дорожки; на диск же формата CD-extra звуковые дорожки и данные можно записывать в произвольном порядке.

Главная особенность этих форматов в том, что они позволяют записать на один и тот же компакт-диск и звуковые дорожки, и обычные данные.

2.5. Файловые системы компакт-дисков

Для организации файловой структуры на каком-либо носителе необходим стандарт на файловую систему для этого носителя. Наиболее распространённой сегодня является система FAT (FileAllocationTable), которая используется на дискетах (FAT 12) и на многих жёстких дисках (FAT16 и FAT32). Кроме того, для винчестеров могут использоваться такие файловые системы, как NTFS и пр.

Для компакт-дисков была разработана специальная файловая система, которая, с одной стороны, отвечает требованиям к расположению данных на компакт-диске, а с другой – обеспечивает совместимость, т.е. позволяет использовать приводы компакт-дисков на различныхаппаратных платформах и под управлением различных операционных систем. Эта система получила название ISO-9660.

В соответствии с требованиями формата DVD-Video для хранения данных на DVD-дисках могут применяться форматы файлов ISO-9660 илиMicro-UDF (UniversalDiscFormat – универсальный формат дисков).

Формат ISO-9660 используется в течение нескольких лет, и большинство компакт-дисков (CD-ROM), которые обладают кросс-платформенной совместимостью, используют именно этот формат.

DVD-диски в настоящее время реализуют гибридную технологию, называемую UDF-Bridge, которая сочетает как новую файловую систему UDF, так и более старую систему ISO-9660 организации файлов на компакт-дисках. Это обеспечивает совместимость DVD-дисков с компьютерными операционными системами, не поддерживающими файловую систему UDF.

Согласно требованиям стандарта DVD-Video данные, хранящиеся на диске, должны размещаться в соответствии со структурой тома. В начале и в конце диска находятся нулевая дорожка и конечная зона, облегчающие синхронизацию DVD-проигрывателей с данными, хранящимися на диске. Для хранения всех данных используются форматы файлов ISO-9660 и Micro-UDF. Элементы видео, аудио, фрагментов рисунков, меню и статичных изображений записываются на диске в зоне DVD-Video. Функции логического упорядочивания данных выполняют область диспетчера видео (VideoManager), служащая для диска таблицей содержания, и до 99 наборов видеоразделов (VideoTitleSet, иначе – набор тайтлов), в которых хранятся отдельные программы или сборки мультимедийных данных.

Технология DVD

1994 году по инициативе ведущих голливудских компаний был создан специальный комитет (MotionPictureStudioAdvisoryCommitte), который сформулировал основные требования к фильмам на компакт-дисках:

­ разрешение видео выше, чем у CD-дисков;

­ звук CD-качества и объемное звучание;

­ не менее 133 мин видео на одной стороне диска;

­ звуковое сопровождение на трех-пяти языках, возможность выбора языка;

­ четыре-шесть вариантов субтитров (возможно на разных языках);

­ различные форматы отображения широкоэкранного видео на экране;

­ возможность запрета просмотра определенных сцен детьми;

- надежная защита от копирования;

- совместимость в отношении воспроизведения с существующими CD-дисками;

− разделение фильма на части и эпизоды и независимый доступ к каждому из них;

− низкая стоимость производства, сравнимая с достигнутой для CD-дисков.

− спецификация DVD включает следующие основные положения:

− высококачественное MPEG-2 видео с многоканальным объемным звуком длительностью 133 мин или более;

− звуковое сопровождение на восьми языках;

− субтитры на 32 языках;

− интерактивное разветвленное меню с произвольным доступом к различным главам и вариантам отображения;

− возможность задания и выбора пользователем до девяти углов зрения на показываемый объект;

− цифровые и аналоговые методы защиты от копирования.

3.1. Устройство DVD

Внешне DVD-диск напоминает CD: оба являются оптическими дисками диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм. Аналогичны они и по принципам записи цифровой информации. Оба состоят из прозрачной полимерной подложки , отражающего слоя и вспомогательного защитного слоя, придающего им необходимую жесткость. В отражающем слое тем или иным образом формируется своеобразная матрица – в виде закрученной в спираль дорожки с «дырками» (питами) . Считывание информации производится лазерным лучом, сканирующим отражающую поверхность. При попадании в дырку луч отражается точно на регистрирующий детектор, его сигнал превышает заданный порог, что и соответствует логической единице. При отсутствии дырки луч рассеивается, сигнал с детектора оказывается ниже заданного порога – фиксируется логический ноль.

CD- и DVD-диски во многом подобны, но их ключевые физические параметры значительно отличаются. Послойная структура одной половины DVD-диска показана на рис. 8.3.

Рис. 3. Послойная структура одной половины DVD-диска

Главное преимущество DVD-дисков – более высокая информационная емкость – стало возможным в силу ряда технологических решений (рис. 8.4):

Рис. 4. Ширина дорожки и размер питов CD- и DVD-дисков

− в два раза уменьшены геометрические размеры пит;

− более чем в два раза уменьшен шаг спирали между соседними дорожками;

− для надежного считывания столь «малых» пит применяются лазерный луч с меньшей длиной волны;

− используются более эффективные схемы модуляции цифровых данных и улучшенная схема коррекции ошибок, что позволило на порядок повысить надежность считывания данных.

Стандарт DVD позволяет реализовать несколько различных конструкций диска. Это односторонние или двусторонние диски, с одним или двумя несущими информацию слоями на каждой стороне. Один слой толщиной 0,6мм может вместить до 4,7 Гбайт информации, а весь диск – до 17 Гбайт. Возможны четыре разновидности DVD-дисков: DVD-5, DVD-9,

DVD-10 и hDVD-18. DVD-5 (рис. 5) – это первая рыночная версия DVDдиска – односторонний диск с однослойной записью и емкостью 4,7 Гбайт.

Рис. 5. Структура диска DVD-5

DVD-9. С каждой стороны диска может быть не один , а два рабочих информационных слоя (рис. 6). Если первый из них – «основной» – выполняется по стандартной технологии создания пит (прессования или выжигания) и напыления отражающего слоя, то второй – полупрозрачный (коэффициент отражения 40%) – наносится поверх первого.

Рис. 6. Структура диска DVD-9

DVD-10. В принципе это два диска DVD-5, соединенные вместе (рис. 8.7). Однослойный двухсторонний диск обеспечивает емкость 9,4 Гбайт. Чтобы считывать информацию с двух сторон диска используется один лазер. На сегодняшний день ни один из производителей оборудования не объявил о Разработке модели, которая позволяла бы воспроизводить такие диски без переворачивания. Впрочем, это и не нужно, так как обычно на таких дисках записываются фильмы в двух версиях: на одной стороне – широкоэкранная версия, на другой – обычная.

Рис. 7. Структура диска DVD-10