Оптический диск - это новая быстрораспространяющая в сфере домашнего видео технология, которая стала популярной с появлением звуковых компакт-дисков. Сегодня существует множество форматов данных, которые помимо звука могут хранить на оптических дисках дополнительную информацию, графику и фрагменты настоящего видео. В начале мы рассмотрим технологические основы оптических дисков, а затем - некоторые форматы хранения информации на оптических дисках и аппаратуру для них.
Цифровая технология
В оптических дисках в противоположность аналоговым аудио- и видеоносителям типа виниловых пластинок и магнитных видеокассет приходится использовать цифровую обработку сигналов. Но почему цифровую?
При передаче аналогового сигнала любой дефект в момент приема, хранения или при воспроизведении записи снижает качество аудио- и/или видеосигнала. Например, в испачканной записи появляется шум, появляются детонации звука при неравномерном вращении или непостоянной скорости, изношенная игла или загрязненные головки также вносят искажения. Все эти дефекты отсутствуют в цифровой форме записи (более подробная и глубокая информация по базовым принципам технологии компакт-дисков представлена в "Справочнике по звуковым технологиям").
От аналогового сигнала к цифровому
В оптических дисках аналоговые сигналы преобразуются в цифровые. Исключение составляют видеоинформация на лазерных дисках, о чем будет рассказано дальше. Во время этого процесса аналоговый (аудио и/или видео) сигнал измеряется по частям и преобразуется в набор значений, называемый выборкой. Вообразите себе волну, представляющую аудио- или видеосигнал, измеренную на интервалах. Мощность и полярность сигнала может быть выражена десятичными числами (1, 2, 3 и т.д.), которые обозначают силу и полярность (+ или -) сигнала между точками измерений. Частота, с которой производятся измерения сигнала, определяет точность регистрации формы исходного сигнала. Следовательно, эти шаги должны быть очень маленькими. Измерения осуществляется с точностью до десятых долей милливольт.
Процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой и обратно в аналоговый.
Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) переводит десятичные значения в двоичную (битовую) форму. Биты составляются только из нулей и единиц. Десятичные числа могут быть однозначно выражены в двоичной форме в виде различных комбинаций из нулей и единиц. Ниже представлены некоторые выражения в двоичной форме записи (из трех бит):
Десятичная Двоичная
1 001
2 010
3 011
4 100
5 101
6 110
7 111
Таким образом аналоговый сигнал становится сигналом цифровым, который представляет собой набор импульсов: единица обозначается наличием импульса, а ноль - его отсутствием. На оптических дисках эти импульсы посредством лазерного луча записываются на поверхности диска в виде микроскопических впадин и выступов. Впадина означает 0, а выступ - 1. В большинстве типов записывающей аппаратуры каждое значение (44,100 значений в секунду) преобразуется в строку из 16 бит (вместо 3 бит, приведенных в примере). В результате имеем свыше миллиона бит в секунду. 16-разрядное число из нулей и единиц означает 65,536 различных значений (2 значения в каждом разряде = 2e16 = 65,536 вариантов). Подробнее этот вопрос изложен в "Справочнике по звуковым технологиям".
Сканирование диска
Подобно пластинкам с граммзаписью информация на оптических дисках записывается по спиральной дорожке. Лазер начинает "чтение" от внутренней дорожки и завершает на внешней. При воспроизведении лазерный луч направляется на впадины и выступы. Когда луч лазера попадает на выступ, он отражается на свето-чувствительный элемент. Когда луч залетает во впадину, на свето-чувствительный элемент попадает лишь слабый сигнал. Таким способом свето-чувствительный элемент принимает наборы световых импульсов, соответствующие впадинам и выступам на диске. Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) преобразует набор импульсов в двоичное представление, а затем в десятичное представление. Теперь может быть восстановлен исходный аналоговый сигнал.
Поперечное сечение лазерного механизма. В зависимости от вида рельефа, куда попадает луч лазера (на выступ или во впадину), он по-разному отражается и попадает на свето-чувствительный элемент.
Чередующийся код Рида-Соломона (CIRC)
Механизм CD-плейера. Лазерный механизм считывает содержимое с нижней стороны диска.
Благодаря оптической системе сканирования между лазерным лучом и диском нет механического трения. В результате диск не изнашивается, как бы часто его не использовали для воспроизводения. Тем не менее компакт-диски требуют бережного обращения с ними, так как царапины, и пыль могут могут поглотить или рассеять свет лазерного луча, вызывая пропуск или искажение целых серий импульсов. Эта проблема может быть решена, если к процессу записи добавить чередующийся код Рида-Соломона (CIRC). Код CIRC относится к системам коррекции ошибок, которая автоматически вставляет любую потерянную или искаженную информацию за счет математических расчетов. Без такой системы исправления ошибок не выпускается ни одна модель CD-плейера для оптических дисков, так как даже малейшая вибрация основы, на которой расположен плейер, вызывает искажения звука и изображения.