Форматы и стандарты компакт дисков

Самым простым из форматов для компакт-дисков (определенных стандартом, называемым Красной книгой) является формат для ayдиoCD. Архитектура ayдиoCD, в отличие от архитектуры CD-ROM для компьютерного использования, содержит только два слоя: 0 и 1. Самый нижний слой - слой 0 - является логическим слоем. Он определяет структуру разрядов, задающую способ, по которому разряды комбинируются для образования байтов. Слой 1, являющийся физической блочной структурой, определяет основную адресуемую единицу компакт-диска - блок, который иногда также называют сектором. Блок подразделяется на кадры, а каждый кадр состоит из 24 байт. При 98 кадрах в блоке легко подсчитать, что каждый блок содержит 2352 байт. Это значение остается без изменений при переходе от стандарта к стандарту, хотя способы, по которым используются указанные 2352 байт, в некоторых важных аспектах отличаются друг от друга.

Логические и физические компоненты стандартов

Стандарты, определяющие способы хранения и организацию файлов на CD-ROM, имеют как логические, так и физические компоненты:

Логическое форматирование определяет используемые единицы измерения и систему организации данных. Это форматирование делает данные доступными для компьютера, к которому подключен накопитель CD-ROM.

Физическое форматирование определяет, как данные структурируются на физическом носителе, т. е. механизмы записи и извлечения данных с поверхности компакт-диска.

Эти компоненты составляют основу различных стандартов, разработанных для контроля производства компакт-дисков - от aудио-CD до компьютерных CD-ROM.

Но если каждый блок содержит так много байтов информации, то как накопитель узнает, где найти отдельные участки данных внутри блока? Это как раз то место, где аудиокорни компакт-диска становятся особенно очевидны:

данные расположены в этих рамках в формате, который комбинирует адрес блока с указателем времени. Другими словами, адрес определяется с использованием формата вида минута:секунда:сектор. (Этот формат называется схемой абсолютного времени.) Начало самого первого блока на компакт-диске находится по адресу 0:0:0. Десятая секунда в этом блоке имеет адрес 0:10:0. Аналогично, адресом данных, соответствующих десятой секунде во втором блоке, является 0:10:1. При скорости передачи данных в ayдиoCD, равной 150 кбайт/с, за 1с можно прочитать 75 блоков. Используя формат абсолютного времени, т.е. формат минута: секунда: сектор, можно найти любой блок, находящийся на компакт-диске, и точно указать музыкальные данные внутри блока.

До сих пор мы описывали схему адресации, позволяющую начинать воспроизведение музыки, записанной в любом месте на компакт-диске. Однако, что изменится, если речь пойдет о компьютерных данных?

Стандарты компьютерных cd-rom

Архитектура компьютерного CD-ROM состоит из четырех слоев: два слоя определяют физическое упорядочивание данных на диске, а два других слоя стандартизируют логическую компоновку файлов и другую информацию, требуемую для размещения файлов. Слой 0 остается таким же, как и для стандарта аудиоCD, однако слой 1 претерпел усовершенствования, предназначенные для снижения вероятности появления ошибок при хранении данных (мы обсудим это более подробно в гл. 3). Слои 2 и 3 определяют организацию файлов на CD-ROM: слой 2 определяет логическую организацию секторов на диске, а слой 3 создает логическую файловую структуру. Все указанные четыре слоя образуют основу для хранения и обеспечения доступа к оцифрованному звуку и компьютерным данным на компакт-диске.

Эти дополнительные спецификации были введены в стандарт, называемый Желтой книгой (но введены продуманно), для расширения возможностей компакт-диска - от просто записей как цифрового фонографа до серьезной среды для хранения данных. Дополнения, сделанные в Желтой книге, для схемы обнаружения и исправления ошибок поставили CD-ROM в начало списка устройств, обеспечивающих высокую надежность хранения данных.

С появлением Желтой книги потребовалось расширить и переопределить спецификации, чтобы обеспечить поддержку приложений для CD-ROM, которых ранее нельзя было себе представить. Эти изменения первоначального стандарта привели к некоторым несоответствиям. Однако по сравнению с другими баталиями по поводу стандартов в компьютерной индустрии эволюция стандартов по CD-ROM протекала в разумно благопристойной и упорядоченной форме. В результате сейчас можно вставлять большинство даже старых CD-ROM в накопитель с уверенностью, что они будут воспроизводиться, как ожидается. Однако вам как разработчику необходимо ознакомиться с изменениями стандартов, правильно выбрать подходящий для того или иного проекта, чтобы быть уверенным, что результаты работы дойдут до предполагаемой аудитории. Вам также не следует забывать о воспроизводящих устройствах, как ваших собственных, так и вашего заказчика, а также о компьютерных платформах.

Выбор правильного стандарта.

Первоначальный стандарт для компакт-дисков - Красная книга - постепенно изменялся, вбирая в себя все больше и больше стандартов, увеличивая число совместимых платформ и расширяя типы данных для хранения на CD-ROM. Эволюция возникавших стандартов протекала так, что некоторые из них отмирали в процессе, но ситуация становилась все более благоприятной для разработчиков, желающих охватить как можно больший сектор рынка.

Стандарты для компакт-дисков были разработаны с целью зафиксировать наиболее эффективные способы хранения различных типов данных, файловые структуры, позволяющие обращаться к файлам с нескольких платформ, индексирование каталогов, позволяющее производить записи более чем за один сеанс, и другие модификации и ухищрения, предназначенные для выдвижения CD-ROM на передний край постоянно расширяющегося мультимедиа-ориентированного мира. Невидимые войны все еще продолжаются в связи с появлением предложений по новым стандартам, таким, как методы двустороннего хранения видео (DVD), новые схемы сжатия данных и альтернативные размеры дисков. Однако десятки миллионов недорогих накопителей CD-ROM у пользователей много делают для того, чтобы новые стандарты "уважали" существующие и были совместимы с ними.

Если вы собираетесь "прожигать" диски, то вы должны будете знать как существующие, так и перспективные стандарты для CD-ROM. Возможно, вы уже слышали термины, звучащие подозрительно похоже на раскрашенные книги и упоминаемые в связи с использованием CD-R: Красная книга, Белая книга, Голубая книга и т. д. Если вы еще не знаете их важности для тех записей, которые вы хотели бы выполнить, то на нашем сайте вы найдете полное описание важных форматов, связанных со стандартами для CD-ROM, а также наиболее эффективные пути использования указанных стандартов при осуществлении записей.

Красная книга, иногда называемая CD-DA (сокращение от слов Compact Disk Digital Audio - цифровой аудиокомпакт-диск), была первым стандартом для компакт-дисков. Специалисты компаний Sony и Philips разработали спецификации для способов записи CD и, таким образом, музыкальная индустрия получила второе рождение в цифровой форме. Красной книге соответствуют практически все прежние накопители CD-ROM, хотя некоторые расширения для добавления графики на диск стандарта Красной книги (компакт-диск плюс графика или CD+G) не так легко было использовать или поддерживать.

Применения

Одним из основных применений стандарта CD-DA является запись музыки, звуковых эффектов и голоса. Благодаря этому стандарту стала возможной запись не только цифрового аудио для музыкальных альбомов, но и запись с добавлением музыки и голоса в приложения, работающие в смешанном режиме.

Поддерживаемые типы данных

Красная книга определяет запись аудиосигналов, которые оцифровываются с использованием формата импульсно-кодовой модуляции (Pulse Code Modulation или РСМ). Это несжатый формат, получаемый выборками из звуковых волн на дискретных интервалах и дающий 16-разрядное значение для каждой выборки.

Реализация

Обычно, если звуковые дорожки на компакт-диске записываются по Красной книге, то весь диск должен быть записан за один сеанс. Многосеансовый режим отсутствует, и запись по фрагментам не поддерживается стандартом Красной книги. Так как область данных (2352 байт) длиннее, чем по другим стандартам, основное беспокойство при записи компакт-диска по этому стандарту вызывает скорость передачи данных.

В расширенной форме, называемой смешанным режимом, Красная книга не устраняет все проблемы для разработчиков. Аудиоданные, отформатированные по Красной книге (в несжатой РСМ-форме), существуют отдельно от компьютерных данных, представляющих программы и изображения. Накопитель CD-ROM не может читать компьютерные данные во время обращения к аудиоинформации, и наоборот. Это приводит к проблеме синхронизации, так как трудно соответствующим образом синхронизовать аудиосегменты в области, соответствующей Красной книге, с материалами, воспроизводимыми из области расположения компьютерных данных. Считывающая головка лазера должна попеременно прыгать то вперед, то назад между двумя областями, чтобы найти и прочитать необходимые дорожки. Поэтому было разработано расширение к стандарту смешанного режима, названное CD-ROM XA. Это расширение, обсуждаемое ниже в данной главе, позволяет чередовать компьютерные данные и аудио для обеспечения более быстрого доступа к ним.