Особенности стандарта Красной книги

Во время введения этого стандарта компакт-диск рассматривался только как средство передачи музыки в цифровом формате. Компания Sony экспериментировала с лентой для цифрового аудио и получила преобразование аналогового звука в цифровое представление, имевшее много преимуществ перед аналоговыми методами хранения информации. Исследования по оптической лазерной технологии продемонстрировали возможность точно записывать сигналы с плотностью, которая легко поддерживала требования на запись и воспроизведение аудиокомпакт-диска (44,1 Кбит/с). Намереваясь избежать проблем, которые могли возникнуть в связи с появлением лазерных видеодисков, компании Sony и Philips выработали стратегию по унификации и стандартизации требований к данным для компакт-дисков, чтобы все плееры могли хорошо воспроизводить любой компакт-диск. И их стратегия заработала.

Аудиоданные, согласно Красной книге, разделяются на дорожки (максимум 99 дорожек на диске). Содержимое каждой дорожки может представлять одну песню, либо 10-минутную речь, либо 30-секундный звуковой клип переговоров дельфинов. Эти дорожки находятся на непрерывной спирали на поверхности диска, начинаясь в области у оси диска, где таблица содержания указывает местонахождение каждой дорожки. В адресе указываются код времени, задающий минуты, секунды и номер сектора для точного указания начала дорожки.

Секторы (иногда называемые блоками) можно читать со скоростью 75 секторов в 1 с. Другими словами, блок содержит 1/75 с воспроизведения аудиоданных. Аудиоданные всегда воспроизводятся накопителями CD-ROM на стандартной скорости (150 Кбайт/с) даже на накопителях, поддерживающих 2-, 4- или 6-кратную скорость.

Красная книга затем каждый сектор делит на группу кадров. Каждый сектор содержит 98 кадров, а каждый кадр - 24 байт. Метод, известный как EFM (Eight-to-Fourteen Modulation - модуляция 8-14), используется для кодирования цифровых выборок аудиоволн в ряд переходов, наносимых на поверхность диска с образованием впадин и выступов (гл. 2). При воспроизведении эти данные декодируются обратно в цифровое представление аудиосигнала, которое затем пропускается через аналого-цифровой преобразователь, посылающий сигналы на динамики.

Цифровая выборка образует основу любой аудиоинформации, хранимой на компакт-диске. Для точного представления характеристик всех звуковых волн в диапазоне слышимости человека (приблизительно от 20 до 20000 Гц) была использована теорема Найквиста, по которой частота выборки должна вдвое превышать наивысшую частоту записываемого сигнала. Таким образом, чтобы охватить все особенности волновой картины, частота выборки была взята равной 44100 Гц. В каждой точке выборки записывается 16-разрядное число, соответствующее значению волновой картины в данный момент, при этом может быть обеспечено максимум 65536 дискретных значений. Такой уровень разрешения позволяет гладко и точно воспроизводить звуковые волны. Комбинация указанных двух элементов - частота выборки 44,1 кбит/с и 16-разрядные значения каждого отсчета - называется звуком CD-качества.

Когда WAV-файлы, оцифрованные с частотой, меньшей 44,1 кбит/с, переносятся на компакт-диск, они сначала должны быть преобразованы в формат, соответствующий 44,1 кбит/с. Многие из программных приложений для CD-R включают утилиту такого преобразования.

Методы коррекции ошибок

Хотя Красная книга не рассматривает коррекцию слишком изощренных ошибок (так как реально этого не требуется для аудиоданных), она определяет схему коррекции CIRC (Cross-Interleaved Reed-Solomon Code - перекрестный перемежающийся код Рида-Соломона), которая может обнаружить и исправить до 220 испорченных кадров в каждом секторе. CIRC рассматривается как схема коррекции ошибок первого уровня, и она достаточна для компенсации мелких царапин и других мелких дефектов поверхности диска.

Красная книга также рассматривает и более существенные ошибки, определяя методы для аппроксимации любых ошибочных данных, к которым нельзя применить CIRC. В действительности данные такого рода восстанавливаются либо путем копирования значений, соответствующих предыдущим данным с заполнением места испорченных данных значениями, усредненными по значениям, находящимся с каждой стороны от испорченных данных, либо полным заглушением испорченных данных. В любом из таких случаев, так как речь идет о времени в несколько миллисекунд, человек, вероятно, не услышит результатов коррекции.

Аудиокорни CD-ROM

Без аудиоСD не было бы и CD-ROM. Эта технология была создана компаниями Sony и Philips и внедрена в промышленность в 80-х годах.

Первая работа, сделанная Sony и Philips, первоначально использовала преимущества цифровой записи музыки, что было более легкой задачей, чем цифровая запись компьютерных данных. Цифровое представление звуковых волн композиции Эрика Клэптона для гитары или мелодии синтезатора, исполняемой Питером Гэбриэлем, не требует полной свободы от ошибок. Если несколько битов испортятся здесь или там, есть шансы, что вы даже не почувствуете этого при воспроизведении. Цифровые же компьютерные данные требуют абсолютной точности. Компьютерные данные часто состоят из инструкций, которые непосредственно управляют работой компьютерного процессора. Выпадание даже только одного бита из инструкции может изменить в корне ее природу. Вместо выполнения логической операции OR (или) над содержимым двух внутренних регистров, например, процессор может внезапно выполнить команду RESET (сбросить) и прекратить работу. В результате программа, запущенная на компьютере, может вызвать фатальный сбой.

На первой волне энтузиазма, вызванной успехом осуществления цифровой записи на компакт-диске, исследователи компаний Sony и Philips заметили, что частота возникновения ошибок в записанных цифровых данных была чрезвычайно низкой. Вскоре они осознали, что если такая низкая частота возникновения ошибок будет поддерживаться и в процессе изготовления и тиражирования, то компакт-диски можно было бы легко адаптировать для хранения данных, так же как и для оцифрованной музыки. Из этого простого открытия родился CD-ROM, и в дополнение к аудиостандартам Красной книги были разработаны стандарты Желтой книги.

Желтая книга, называемая также стандартом на CD-ROM, открыла компакт-диск в качестве носителя для хранения компьютерных данных (в противоположность просто аудиоинформации). Формат физического сектора был модифицирован и включал дополнительные поля для коррекции ошибок. Желтая книга также определяет методы хранения и поиска данных. Стандарт смешанного режима - расширение Красной и Желтой книг - комбинирует аудио (в формате Красной книги) с компьютерными данными. Последующее расширение CD-ROM XA чередует аудио, видео и компьютерные данные для обеспечения более быстрого доступа.