Компакт -диск ( CD ) — это формат хранения данных на цифровых оптических дисках , разработанный совместно Philips и Sony для хранения и воспроизведения цифровых аудиозаписей. В августе 1982 года был изготовлен первый компакт-диск. Затем он был выпущен в октябре 1982 года в Японии под торговой маркой Digital Audio Compact Disc .
Позже формат был адаптирован (как CD-ROM ) для хранения данных общего назначения. В дальнейшем были созданы несколько других форматов, в том числе однократно записываемые аудио и данные для хранения данных ( CD-R ), перезаписываемые носители ( CD-RW ), Video CD (VCD), Super Video CD (SVCD), Photo CD , Picture CD , Compact Disc. -Интерактивный ( CD-i ), Enhanced Music CD и Super Audio CD (SACD), которые могут иметь слой CD-DA .
Стандартные компакт-диски имеют диаметр 120 миллиметров (4,7 дюйма) и рассчитаны на хранение до 74 минут несжатого цифрового стереозвука или около 650 МБ данных. Емкость обычно увеличивается до 80 минут и 700 МБ за счет более плотного размещения данных на диске того же размера. Mini CD имеет диаметр от 60 до 80 миллиметров (от 2,4 до 3,1 дюйма); иногда они используются для CD-синглов , хранения до 24 минут аудио или доставки драйверов устройств .
На момент появления этой технологии в 1982 году компакт-диск мог хранить гораздо больше данных, чем жесткий диск персонального компьютера , объем которого обычно составлял 10 МБ. К 2010 году жесткие диски обычно предлагали столько же места для хранения, сколько тысяча компакт-дисков, а их цены упали до товарного уровня. В 2004 году мировые продажи аудио-CD, CD-ROM и CD-R достигли около 30 миллиардов дисков. К 2007 году во всем мире было продано 200 миллиардов компакт-дисков. [3]
Компакт-диск изготовлен из поликарбонатного пластика толщиной 1,2 миллиметра (0,047 дюйма) и весит 14–33 грамма. [4] Компонентами от центра наружу являются: отверстие центрального шпинделя (15 мм), первая переходная зона (зажимное кольцо), зажимная зона (укладочное кольцо), вторая переходная зона (зеркальная лента), программа. (данные) область и ободок. Внутренняя программная область занимает радиус от 25 до 58 мм.
На поверхность наносится тонкий слой алюминия или, реже, золота , что делает ее отражающей. Металл защищен пленкой лака, обычно наносимой методом центрифугирования непосредственно на отражающий слой. Этикетка печатается на лаковом слое, обычно методом трафаретной или офсетной печати .
Данные компакт-диска представлены в виде крошечных углублений, известных как питы , закодированных в спиральной дорожке, отформованной в верхней части слоя поликарбоната. Области между ямами известны как земли . Каждая яма имеет глубину примерно 100 нм , ширину 500 нм и длину от 850 нм до 3,5 мкм . [5] Расстояние между дорожками ( шаг ) составляет 1,6 мкм. [6] [7] [8]
При воспроизведении аудио компакт-диска двигатель проигрывателя компакт-дисков вращает диск со скоростью сканирования 1,2–1,4 м/с ( постоянная линейная скорость , CLV), что эквивалентно примерно 500 об/мин внутри диска и примерно 200 об/мин. у внешнего края. Дорожка на компакт-диске начинается изнутри и движется по спирали наружу, поэтому диск, воспроизводимый от начала до конца, замедляет скорость вращения во время воспроизведения.
Площадь программы составляет 86,05 см 2 , а длина записываемой спирали 86,05 см 2 / 1,6 мкм = 5,38 км. При скорости сканирования 1,2 м/с время воспроизведения составляет 74 минуты или 650 МБ данных на компакт-диске. Диск с данными, упакованными немного более плотно, воспринимается большинством проигрывателей (хотя некоторые старые не справляются). Использование линейной скорости 1,2 м/с и более узкого шага дорожки 1,5 мкм увеличивает время воспроизведения до 80 минут, а емкость данных — до 700 МБ. Также увеличивается время воспроизведения до 90 минут, емкость данных до 800 МБ и 99 минут, а также емкость данных до 870 МБ.
CD считывается путем фокусировки полупроводникового лазера с длиной волны 780 нм ( ближнего инфракрасного диапазона ) через нижнюю часть слоя поликарбоната. Изменение высоты между ямами и площадками приводит к разнице в способе отражения света. Поскольку ямки вдавлены в верхний слой диска и считываются через прозрачную поликарбонатную основу, при чтении ямки образуют неровности. [9] Лазер попадает на диск, создавая круг света, более широкий, чем модулированная спиральная дорожка, отражаясь частично от площадок и частично от вершин любых выступов, где они присутствуют. Когда лазер проходит над ямкой (выступом), его высота означает, что часть света, отраженная от его пика, на 1/2 длины волны сдвинута по фазе со светом, отраженным от земли вокруг него. Это вызывает частичную компенсацию отражения лазера от поверхности. Измеряя изменение отраженной интенсивности с помощью фотодиода , модулированный сигнал считывается с диска.
Чтобы разместить данные по спирали, лазер размещается на подвижном механизме внутри лотка для дисков любого проигрывателя компакт-дисков. Этот механизм обычно имеет форму салазок, которые движутся по рельсам. Сани могут приводиться в движение червячной передачей или линейным двигателем . При использовании червячной передачи второй линейный двигатель с более коротким ходом в виде катушки и магнита выполняет точную регулировку положения для отслеживания эксцентриситета диска на высокой скорости. В некоторых приводах компакт-дисков (особенно тех, которые производились Philips в 1980-х и начале 1990-х годов) используется поворотный рычаг, аналогичный тому, который можно увидеть на граммофоне. Этот механизм позволяет лазеру считывать информацию от центра к краю диска, не прерывая вращение самого диска. [ нужны дальнейшие объяснения ]
Ямы и земли не представляют напрямую 0 и 1 двоичных данных . Вместо этого используется инвертированное кодирование без возврата к нулю : изменение с ямы на землю или с земли на яму указывает на 1, а отсутствие изменений указывает на серию нулей. Между каждой единицей должно быть не менее двух и не более десяти 0, что определяется длиной ямы. Это, в свою очередь, декодируется путем обращения модуляции от восьми к четырнадцати , используемой при мастеринге диска, а затем обращения перекрестно-чередующегося кодирования Рида-Соломона , наконец, раскрывая необработанные данные, хранящиеся на диске. Эти методы кодирования (определенные в Красной книге ) изначально были разработаны для CD Digital Audio , но позже они стали стандартом практически для всех форматов компакт-дисков (таких как CD-ROM ).
Компакт-диски подвержены повреждениям во время обращения и воздействия окружающей среды. Ямки расположены намного ближе к стороне диска с этикеткой, что позволяет дефектам и загрязнениям на прозрачной стороне быть не в фокусе во время воспроизведения. Следовательно, компакт-диски с большей вероятностью пострадают от повреждения этикеточной стороны диска. Царапины на прозрачной стороне можно устранить, заполнив их аналогичным преломляющим пластиком или тщательно отполировав. Края компакт-дисков иногда не полностью герметизированы, что позволяет газам и жидкостям проникать в компакт-диск и разъедать металлический отражающий слой и/или мешать фокусировке лазера на ямках - состояние, известное как гниение диска . [10] Было обнаружено, что гриб Geotrichum candidum в условиях высокой температуры и влажности поедает поликарбонатный пластик и алюминий, содержащиеся в компакт-дисках. [11] [12]
Целостность данных компакт-дисков можно измерить с помощью поверхностного сканирования ошибок , которое позволяет измерить частоту различных типов ошибок данных, известных как C1 , C2 , CU , а также расширенных (более мелких) измерений ошибок, известных как E11 , E12 , E21 . E22 , E31 и E32 , из которых более высокие показатели указывают на возможное повреждение или загрязнение поверхности данных, низкое качество носителя, ухудшение качества носителя и записываемого носителя, записанного неисправным устройством записи компакт-дисков .
Сканирование ошибок может надежно предсказать потери данных, вызванные ухудшением качества носителя. Поддержка сканирования ошибок различается в зависимости от производителя и модели приводов оптических дисков , а расширенное сканирование ошибок (известное как «расширенное сканирование ошибок» в Nero DiscSpeed ) до сих пор было доступно только на Plextor и некоторых оптических приводах BenQ по состоянию на 2020 год . ] [14]
Цифровые данные на компакт-диске начинаются в центре диска и продолжаются к краям, что позволяет адаптировать их к различным доступным размерам. Стандартные компакт-диски доступны в двух размерах. На сегодняшний день наиболее распространенным является диаметр 120 миллиметров (4,7 дюйма), емкость звука 74, 80, 90 или 99 минут и емкость данных 650, 700, 800 или 870 МБ (737 280 000 байт). Диски имеют толщину 1,2 миллиметра (0,047 дюйма) и центральное отверстие диаметром 15 миллиметров (0,59 дюйма). Размер отверстия был выбран Йоопом Синджоу на основе голландской монеты номиналом 10 центов: дуббельтье . [15] Philips/Sony запатентовали физические размеры. [16]
В официальной истории Philips говорится, что исполнительный директор Sony Норио Ога указал, что емкость может содержать всю Девятую симфонию Бетховена на одном диске. [17]
По мнению Кеса Имминка , это миф , поскольку формат кода EFM еще не был определен в декабре 1979 года, когда был принят размер 120 мм. Внедрение EFM в июне 1980 года позволило увеличить время воспроизведения на 30 процентов, что составило бы 97 минут для диска диаметром 120 мм или 74 минуты для диска размером всего 100 миллиметров (3,9 дюйма). Вместо этого плотность информации была снижена на 30 процентов, чтобы сохранить время игры на уровне 74 минут. [18] [19] [20] Диаметр 120 мм был принят в последующих форматах, включая Super Audio CD , DVD , HD DVD и Blu-ray Disc. Диски диаметром 80 миллиметров (3,1 дюйма) (« Мини-компакт-диски ») могут содержать до 24 минут музыки или 210 МБ.
Логический формат аудио компакт-диска (официально Compact Disc Digital Audio или CD-DA) описан в документе, выпущенном в 1980 году совместными создателями формата, Sony и Philips. [21] Этот документ в просторечии известен как « Красная книга CD-DA» по цвету его обложки. Формат представляет собой двухканальное 16-битное кодирование PCM с частотой дискретизации 44,1 кГц на канал. Четырехканальный звук должен был быть допустимой опцией в формате Красной книги , но так и не был реализован. Монофонический звук не имеет стандарта для компакт-дисков Red Book ; таким образом, исходный мономатериал обычно представлен как два идентичных канала в стандартной стереодорожке Red Book (т. е. зеркальное моно ); компакт -диск MP3 может иметь форматы аудиофайлов с монозвуком.
CD-Text — это расширение спецификации Red Book для аудио-CD, которое позволяет хранить дополнительную текстовую информацию (например, название альбома, название песни, исполнителя) на совместимом со стандартами аудио-CD. Информация хранится либо в начальной области компакт-диска, где доступно примерно пять килобайт свободного места, либо в каналах субкода от R до W на диске, которые могут хранить около 31 мегабайта.
Компакт-диск + графика — это специальный аудиокомпакт-диск, который помимо аудиоданных на диске содержит графические данные. Диск можно воспроизводить на обычном проигрывателе аудио-CD, но при воспроизведении на специальном проигрывателе CD+G он может выводить графический сигнал (обычно проигрыватель CD+G подключается к телевизору или монитору компьютера); эта графика почти исключительно используется для отображения текстов песен на телевизоре, которым караоке -исполнители могут подпевать. Формат CD+G использует каналы от R до W. Эти шесть битов хранят графическую информацию.
CD + Extended Graphics (CD+EG, также известный как CD+XG) — это улучшенный вариант формата Compact Disc + Graphics (CD+G). Как и CD+G, CD+EG использует базовые функции CD-ROM для отображения текстовой и видеоинформации в дополнение к воспроизводимой музыке. Эти дополнительные данные хранятся в каналах субкода RW. Дисков CD+EG было выпущено очень мало, если вообще вообще были.
Super Audio CD (SACD) — это формат оптических аудиодисков высокого разрешения, доступный только для чтения, который был разработан для обеспечения более высокого качества воспроизведения цифрового звука, чем Red Book . Представленный в 1999 году, он был разработан Sony и Philips, теми же компаниями, которые создали Красную книгу . SACD вел войну форматов с DVD-Audio , но ни один из них не заменил аудио компакт-диски. Стандарт SACD называется стандартом Scarlet Book .
Заголовки в формате SACD могут выпускаться как гибридные диски; эти диски содержат аудиопоток SACD, а также стандартный слой аудио компакт-диска, который воспроизводится на стандартных проигрывателях компакт-дисков, что делает их обратно совместимыми.
CD- MIDI — это формат, используемый для хранения данных музыкального исполнения, которые при воспроизведении выполняются электронными инструментами, синтезирующими звук. Следовательно, в отличие от оригинального компакт-диска Red Book CD-DA, эти записи не представляют собой аудиозаписи в цифровом формате. Формат CD-MIDI определяется как расширение оригинальной Красной книги .
В течение первых нескольких лет своего существования компакт-диск использовался исключительно для аудио. В 1988 году Sony и Philips установили стандарт CD-ROM «Желтой книги» , который определил энергонезависимый оптический компьютерный носитель данных, использующий тот же физический формат, что и аудиокомпакт-диски, читаемый компьютером с приводом CD-ROM.
Видео компакт-диск (VCD, View CD и цифровое видео компакт-диска) — это стандартный цифровой формат для хранения видеоносителей на компакт-диске. VCD-диски воспроизводятся в специальных проигрывателях VCD, большинстве современных проигрывателей DVD-Video , персональных компьютерах и некоторых игровых консолях. Стандарт VCD был создан в 1993 году компаниями Sony, Philips, Matsushita и JVC и называется стандартом Белой книги .
Общее качество изображения должно быть сопоставимо с видео VHS . Плохо сжатое видео VCD иногда может быть более низкого качества, чем видео VHS, но VCD демонстрирует блочные артефакты, а не аналоговый шум, и качество не ухудшается при каждом использовании. Разрешение 352×240 (или SIF ) было выбрано потому, что оно вдвое меньше вертикального и половины горизонтального разрешения видео NTSC. 352×288 — это разрешение PAL/SECAM, равное одной четверти. Это приблизительно соответствует (общему) разрешению аналоговой ленты VHS, которая, хотя и имеет вдвое больше (вертикальных) строк развертки, имеет гораздо более низкое горизонтальное разрешение.
Super Video CD (Super Video Compact Disc или SVCD) — это формат, используемый для хранения видеоносителей на стандартных компакт-дисках. SVCD был задуман как преемник VCD и альтернатива DVD-Video и находится где-то посередине с точки зрения технических возможностей и качества изображения.
Разрешение SVCD на две трети превышает разрешение DVD и более чем в 2,7 раза превышает разрешение VCD. На одном диске CD-R может храниться до 60 минут видео стандартного качества в формате SVCD. Хотя спецификация не устанавливает конкретного ограничения на длину видео SVCD, необходимо снизить битовую скорость видео и, следовательно, качество, чтобы вместить очень длинные видео. Обычно трудно уместить более 100 минут видео на один SVCD без значительной потери качества, и многие аппаратные проигрыватели не могут воспроизводить видео с мгновенной скоростью передачи данных ниже 300–600 килобит в секунду.
Photo CD — это система, разработанная компанией Kodak для оцифровки и хранения фотографий на компакт-диске. Выпущенные в 1992 году диски были предназначены для хранения около 100 высококачественных изображений, отсканированных отпечатков и слайдов с использованием специальной собственной кодировки. Компакт-диски с фотографиями определены в Бежевой книге и также соответствуют спецификациям CD-ROM XA и CD-i Bridge. Они предназначены для воспроизведения на проигрывателях CD-i, проигрывателях Photo CD и любом компьютере с подходящим программным обеспечением (независимо от операционной системы ). Изображения также можно распечатать на фотобумаге с помощью специального аппарата Kodak. Этот формат не следует путать с Kodak Picture CD , который является потребительским продуктом в формате CD-ROM.
Зеленая книга Philips определяет стандарт для интерактивных мультимедийных компакт-дисков, предназначенных для проигрывателей CD-i (1993 г.). Диски CD-i могут содержать звуковые дорожки, которые можно воспроизводить на обычных проигрывателях компакт-дисков , но диски CD-i несовместимы с большинством приводов CD-ROM и программного обеспечения. Спецификация CD-i Ready была позже создана для улучшения совместимости с проигрывателями аудио компакт-дисков, а спецификация CD-i Bridge была добавлена для создания CD-i-совместимых дисков, к которым можно получить доступ с помощью обычных приводов CD-ROM.
Компания Philips определила формат, аналогичный CD-i, под названием CD-i Ready , который помещает программное обеспечение и данные CD-i в предварительный пробел дорожки 1. Предполагалось, что этот формат будет более совместим со старыми проигрывателями аудио компакт-дисков.
Enhanced Music CD, также известный как CD Extra или CD Plus, представляет собой формат, который объединяет звуковые дорожки и дорожки данных на одном диске, помещая звуковые дорожки в первый сеанс , а данные — во второй сеанс. Он был разработан Philips и Sony и определен в Синей книге .
VinylDisc представляет собой гибрид стандартного аудио-CD и виниловой пластинки . Виниловый слой на стороне этикетки диска вмещает около трех минут музыки.
В 1995 году стоимость материала составляла 30 центов за футляр для драгоценностей и от 10 до 15 центов за компакт-диск. Оптовая стоимость компакт-дисков составляла от 0,75 до 1,15 доллара, тогда как типичная розничная цена предварительно записанного музыкального компакт-диска составляла 16,98 доллара. [22] В среднем магазин получал 35 процентов розничной цены, звукозаписывающая компания — 27 процентов, артист — 16 процентов, производитель — 13 процентов и дистрибьютор — 9 процентов. [22] Когда были представлены 8-дорожечные картриджи , компакт-кассеты и компакт-диски, каждый из них продавался по более высокой цене, чем формат, в котором он преуспел, даже несмотря на то, что стоимость производства носителя была снижена. Это было сделано потому, что воспринимаемая ценность увеличилась. Это продолжалось и с граммофонных пластинок , и с компакт-дисков, но было нарушено, когда Apple начала продавать MP3 по цене 0,99 доллара, а альбомы — по 9,99 доллара. Однако дополнительные затраты на производство MP3 незначительны. [23]
Записываемые компакт-диски, CD-R , изготавливаются методом литья под давлением с «чистой» спиралью данных. Затем наносится светочувствительный краситель, после чего диски металлизируются и покрываются лаком. Лазер записи устройства записи компакт-дисков меняет цвет красителя, чтобы позволить лазеру чтения стандартного проигрывателя компакт-дисков видеть данные, как если бы это было со стандартным штампованным диском. Полученные диски могут быть прочитаны большинством приводов CD-ROM и воспроизведены на большинстве проигрывателей аудио компакт-дисков. CD-R соответствуют стандарту Orange Book .
Записи CD-R предназначены для постоянного хранения. Со временем физические характеристики красителя могут измениться, вызывая ошибки чтения и потерю данных, пока считывающее устройство не сможет восстановиться с помощью методов исправления ошибок. Ошибки можно предсказать с помощью поверхностного сканирования ошибок . Расчетный срок эксплуатации составляет от 20 до 100 лет в зависимости от качества дисков, качества записывающего привода и условий хранения. [24] Тестирование продемонстрировало такую деградацию некоторых дисков всего за 18 месяцев при нормальных условиях хранения. [25] [26] Этот отказ известен как гниль диска , и существует несколько причин, в основном экологических. [27]
Записываемый аудио компакт-диск предназначен для использования в бытовых устройствах для записи аудио компакт-дисков. Эти бытовые устройства записи аудио компакт-дисков используют SCMS ( систему управления серийным копированием ), раннюю форму управления цифровыми правами (DRM), соответствующую AHRA ( Закон о домашней аудиозаписи ). Записываемый аудио компакт-диск обычно несколько дороже, чем CD-R, из-за меньших объемов производства и 3-процентного гонорара AHRA , используемого для компенсации музыкальной индустрии за изготовление копии. [28]
Записываемый компакт-диск большой емкости — это формат записи с более высокой плотностью записи, который может содержать на 20 % больше данных, чем обычные диски. [29] Большая емкость несовместима с некоторыми записывающими устройствами и программным обеспечением для записи. [30]
CD-RW — это перезаписываемый носитель, в котором вместо красителя используется металлический сплав. В этом случае записывающий лазер используется для нагрева и изменения свойств (аморфных или кристаллических) сплава и, следовательно, изменения его отражательной способности. CD-RW не имеет такой большой разницы в отражательной способности, как прессованный компакт-диск или компакт-диск CD-R, и поэтому многие более ранние аудиоплееры компакт-дисков не могут читать диски CD-RW, хотя большинство более поздних аудиоплееров компакт-дисков и автономных проигрывателей DVD могут . CD-RW соответствуют стандарту Orange Book .
ReWritable Audio CD предназначен для использования в бытовых устройствах для записи аудио компакт-дисков, которые (без модификации) не принимают стандартные диски CD-RW. Эти потребительские устройства записи аудио компакт-дисков используют систему управления серийным копированием (SCMS), раннюю форму управления цифровыми правами (DRM), соответствующую Закону США о домашней аудиозаписи (AHRA). ReWritable Audio CD обычно несколько дороже, чем CD-R, из-за (а) меньшего объема и (б) 3-процентного гонорара AHRA , используемого для компенсации музыкальной индустрии за создание копии. [28]
Аудиоспецификация Красной книги , за исключением простого заявления о защите от копирования в подкоде, не включает в себя какой-либо механизм защиты от копирования . По крайней мере, еще в 2001 году [31] звукозаписывающие компании предприняли попытки вывести на рынок «защищенные от копирования» нестандартные компакт-диски, которые нельзя скопировать или скопировать на жесткие диски или легко преобразовать в другие форматы (например, FLAC) . , MP3 или Vorbis ). Одним из основных недостатков этих дисков, защищенных от копирования, является то, что большинство из них не воспроизводятся ни на компьютерных приводах CD-ROM, ни на некоторых автономных проигрывателях компакт-дисков, использующих механизмы CD-ROM. Компания Philips заявила, что на таких дисках не допускается использование логотипа Compact Disc Digital Audio, являющегося торговой маркой , поскольку они нарушают спецификации Красной книги . Многим системам защиты от копирования можно противопоставить легкодоступное, часто бесплатное программное обеспечение или даже простое отключение автоматического автозапуска , чтобы предотвратить запуск исполняемой программы DRM.
{{cite news}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)Появилось небольшое количество 90-минутных и 99-минутных заготовок [...] Есть признаки того, что многие записывающие устройства и некоторое программное обеспечение не работают с более длинными дисками.
