Компакт-диски – общие принципы оптической записи Конструктивные особенности Принципы работы устройств записи и воспроизведения кд

.

Вступление Компакт-диски – это носители информации, предназначенные для хранения информации в цифровой форме (в виде набора чисел).

Семейство компакт-дисков включает в себя носители различных типов, оптимизированных для хранения и использования специфичных видов информации. Несмотря на разнообразие типов КД, всем им присущи общие черты, или характеристики.

Физические характеристики компакт-диска Геометрические размеры. Все члены семейства КД представляют собой диск диаметром 120 мм, имеющий в центре отверстие диаметром 15 мм. Толщина диска – 1.2 мм.

Конструкция компакт-диска Конструктивно диск представляет собой трехслойный «пирог»:

Подложка из оптически прозрачного материала (поликарбонат), которая изготавливается методом литья под давлением. При изготовлении подложки на одной из ее поверхностей формируется информационный рисунок, состоящий из ямок (питов) и промежутков между ямками (лэндов). На информационный рисунок напыляется тонкий отражающий слой. Поверх отражающего слоя наносится слой лака, защищающий диск от повреждений. Как правило, на защитный лак наносится лейбл.

Способ считывания информации Д ля чтения информации с КД используется луч лазера инфракрасного диапазона (ИК). Луч подается на вращающийся диск со стороны подложки, отражается от отражающего слоя и возвращается на специальный фотоприемник. При попадании луча на питы и лэнды интенсивность отраженного луча меняется. В итоге, на выходе фотоприемника формируется электрический сигнал, повторяющий по форме информационный рисунок на поверхности компакт-диска.

Особенности оптического способа считывания информации 1) Успешное считывание информации зависит от состояния поверхности КД. Царапины, пыль и загрязнения затрудняют, а иногда и делают невозможным считывание информации с КД.

2) Применение лазера ИК-диапазона позволяет использовать для изготовления КД не только прозрачный поликарбонат, но и цветной тоже, вплоть до очень темных. При этом темные материалы являются светонепроницаемыми только в видимом диапазоне светового спектра. В ИК-диапазоне такой материал остается прозрачным.

Базовый формат – CD Audio Исторически первым в семействе КД появился Compact Disc Digital Audio (CD DA).

Важно: для того, чтобы отличить диски из семейства компакт-дисков от остальных дисков, используется английское написание Disc (с буквой «C») в отличие от общепринятого написания Disk (с буквой «K»).

Формат CD DA является базовым форматом семейства КД. Все остальные форматы фактически являются надстройкой над этим форматом. Поэтому, практически всё, что будет сказано о структуре CD Audio, может быть отнесено и к остальным форматам.

Требования к характеристикам, структуре и параметрам CD Audio описаны в стандарте Philips / Sony , который называется «Красная Книга»

И нформация на CD Audio (в дальнейшем, КД), как уже было сказано, закодирована в виде последовательности питов и лэндов. Питы и лэнды разной длины, чередуясь, составляют информационную дорожку в виде спирали, которая начинается от внутреннего радиуса КД. Расстояние между витками спирали составляет 1.6 мкм.

При проигрывании КД читающая система следит за дорожкой, при этом скорость вращения диска поддерживается такой, чтобы скорость перемещения дорожки относительно читающей системы оставалась постоянной. Этот параметр называется Скорость Сканирования (Scanning Velocity) и он должен быть в пределах 1.2 – 1.4 м/с. Именно такое значение скорости проигрывания (чтения) принято называть однократной скоростью. Такой режим проигрывания называется CLV (Constant Linear Velocity) – Постоянная Линейная Скорость. Для поддержания постоянной линейной скорости проигрыватель вынужден постоянно менять скорость вращения диска.

С появлением дисков CD-ROM возникла необходимость повышения скорости чтения информации. Появились устройства с 2х, 4х и большими значениями скоростей чтения. На определенном уровне скорости (~ 8х – 10х) выплыли проблемы со скоростью доступа к информации на CD-ROM, связанные именно с режимом CLV. При чтении информации из произвольных участков CD-ROM привод вынужден был постоянно уменьшать или увеличивать скорость вращения диска. Чем тяжелее был диск, и чем выше была скорость чтения, тем больше было время доступа к определенному участку диска.

Решением этой проблемы стало введение режима CAV ( Constant Angle Velocity ) – Постоянная Угловая Скорость. В этом режиме скорость вращения диска остается постоянной, а скорость чтения информации меняется (растет от центра диска к краю). Производители приводов обычно указывают скорость на краю диска (например, для привода Plextor UltraPlex 40 Max при максимальной скорости вращения диска скорость чтения меняется в диапазоне 17х–40х). Режим CAV предъявляет повышенные требования к качеству КД и состоянию его поверхности (особенно на краю диска). Типичная ситуация – отпечаток пальца на краю диска, оставленный при извлечении диска из конверта, приводит при чтении к сбросу скорости вращения диска. При просмотре фильма MPEG 4 это, как правило, вызывает рывки изображения и обрывы звука.

Таким образом, сейчас для чтения информации с КД может применяться два режима: CLV и CAV .

Вернемся к структуре КД.

Информационная дорожка КД разбита на три зоны: вводная дорожка (Lead-In), программная зона (Program Area) и выводная дорожка (Lead-Out).

Информационная дорожка

lead-in

Program Area

Lead-Out

Программная зона (Program Area)

Трек 1

Трек 2

…

Трек 98

Трек 99

Трек

Индекс 0 (пауза)

Индекс 1

Индекс 2

Индекс 99

 

Программная зона содержит треки (от 1 до 99). Минимальная длина трека может составлять 4 секунды.

Трек, в свою очередь, может быть размечен на участки, пронумерованные так называемыми индексами (от 1 до 99). Некоторые проигрыватели КД позволяют перемещаться не только по трекам, но и по индексам. Как минимум, трек содержит один участок с индексом номер 1.

В начале каждого трека может содержаться особый участок, помеченный индексом 0. Это пауза. Обычно ее длина составляет 2 секунды. Пауза – это такой же участок трека, как и все остальные. В ней может содержаться как тишина, так и фонограмма (например, аплодисменты живого концерта). Исключение составляет пауза первого трека – ее длина должна быть не менее двух секунд, она всегда содержит тишину и никогда не проигрывается.

Особенность паузы состоит в том, что отсчет времени в ней идет в обратном направлении, от длины паузы до нуля (2, 1, 0). Вторая особенность – при переходе к треку, содержащему паузу, проигрывание начнется не с начала паузы, а с начала участка с индексом 1.

Пауза длиной не менее 2 секунд обязательна для первого трека диска (обычно ровно 2 секунды).

Доступ к произвольному фрагменту диска (адресация) Информационная дорожка компакт-дисков состоит из небольших блоков, называемых кадрами ( frame ). В случае дисков CD - ROM эти блоки еще называют секторами (по аналогии с секторами дискет и винчестеров). Кадр – это минимально адресуемый участок КД. Обычно говорят, что доступ к произвольному участку КД осуществляется с точностью до кадра. Полный адрес участка КД имеет следующий вид:

M:S:F, где M – минуты, S – секунды, F – кадры

Секунда звучания КД содержит в себе 75 кадров. Минута–60 секунд.

• Диск длиной 74 минуты содержит 74*60*75 = 333000 кадров.

• Диск длиной 80 минуты содержит 80*60*75 = 360000 кадров.

С учетом того, что первые две секунды отводятся под паузу первого трека, реально на 74 минутном диске уместится фонограмма длиной 73мин58сек. То же касается и 80-минутного диска. Для него максимальная длина фонограммы – 79мин58сек. При подготовке диска «под завязку» эта информация крайне полезна, поскольку мы не тиражируем диски более 80 минут.

При формировании структуры компакт-диска адреса всех треков (а точнее, индексов 1 каждого трека) собираются в таблицу в формате MSF и записываются во вводную дорожку КД (Lead-In). Таблица с адресами треков называется TOC (Table Of Content) – таблица содержания диска. В ней же хранится длина диска и служебные параметры каждого трека, в частности тип трека. Выбирая номер трека для прослушивания, мы заставляем проигрыватель обращаться к TOC, читать там адрес трека и перемещать читающую систему к заданной позиции.

Что находится внутри кадра? Внутри кадра находится набор чисел, представляющих закодированный звук.

Процесс преобразования звука в набор чисел описан в Лекции №1а ( Основы цифрового кодирования информации). В этой же лекции даны основы двоичной арифметики и определения бита, байта и двоичного слова.

На компакт-диске размещается два звуковых канала (стереозвук). Выборка звуковых отсчетов производится с частотой 44100 Гц (44,1 кГц) и разрядностью 16 бит (2 байта) на каждый канал. Поскольку в одной секунде КД содержится 75 кадров, один кадр содержит в себе 44100/75 = 588 отсчетов звукового сигнала. Размер кадра определяется следующим образом

588 отсчетов * 2 канала * 2 байта = 2352 байта.

Знание частоты выборки (44,1 кГц) необходимо в случае передачи заказа на цифровом носителе, отличном от КД. К примеру, на DAT -кассете или в компьютерном файле (WAV -формат) звук может быть записан с частотой выборки 48 кГц. В этом случае при подготовке мастер-диска приходится выполнять пересчет частоты аппаратными или программными средствами. Субъективно это меняет звучание, что может вызвать претензии заказчиков к качеству звука. Поэтому от очень требовательных заказчиков желательно получать цифровые носители звука со стандартной частотой дискретизации (это касается, в основном DAT -кассет и WAV -файлов).

Кадры информационной дорожки (главный канал)

2352

2352

2352

2352

2352

Как видно, кадр содержит только звуковые отсчеты. В кадре нет информации об его адресе (MSF). До этого момента шло рассмотрение той части информационной дорожки, которая хранит информацию для главного канала проигрывания, отвечающего за воспроизведение звука. Информация об адресе кадра и ряд служебных параметров при проигрывании выдаются в так называемый канал субкода. Физически информация для обоих каналов размещена на информационной дорожке, но при воспроизведении диска информация для основного канала и для канала субкода разделяются на два отдельных потока – поток звуковых отсчетов и поток данных субкода.

Для размещения информации из этих каналов на одной информационной дорожке при формировании структуры диска выполняется следующая операция: каждый кадр длиной 2352 байта разделяется на 98 маленьких кадров по 24 байта в каждом ( EFM -кадры).

Кадр (1/75 секунды) = 2352 байта
24	24	24	24	24	…	24	24

Одновременно формируется группа из 98 байтов, которые содержат информацию для канала субкода: тип трека, номер трека, номер индекса и адрес данного кадра (два адреса – от начала диска и от начала трека).

Байты для канала субкода ( S )

N байта	P	Q	R	S	T	U	V	W
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
…
S94
S95
S96
S97
98

Биты каждого байта для канала субкода обозначены символами английского алфавита – P, Q, R,…, W.

Бит P используется для распознавания пауз треков (участков трека с индексом 0). В области паузы значение этого бита равно 1. В остальных областях трека P =0. В области выводной дорожки значение бита P начинает меняться (1,0,1,0,1,0,1,…) с частотой 2 Гц, обозначая конец музыкальной программы.

Биты Q всех 98 байт составляют 98-битное Q -слово ( CUE -код), которое и содержит в себе тип трека, номер трека, номер индекса и адрес данного кадра. Также применим термин PQ -код.

Биты R..W каждого из 98 байт формируют 6-битовые слова, которые в настоящее время используются для размещения CD Text ’а.

Перед тем, как сформированные 98 байт субкода добавить к 98 24-байтовым кадрам, производится еще один этап кодирования, повышающий устойчивость чтения информации диска: к каждому из девяноста восьми 24-байтовых кадров добавляется восемь байт избыточной информации, сформированной с помощью специального математического алгоритма (код Рида-Соломона). Таким образом, 25% информации на КД избыточно(24/(24+8) = 0.25). Избыточность необходима для коррекции ошибок чтения. За счет избыточности становится возможным воспроизводить звук достоверно даже при наличии на диске серьезных повреждений (царапины длиной до 2 мм).

После добавления байтов субкода образуется цепочка из 98 блоков следующего вида:

Блок 1			Блок 2				Блок 98
Звук (24)	RC (8)	S (1)	Звук (24)	RC (8)	S (1)	…	Звук (24)	RC (8)	S (1)

где Звук (24) – это 24 байта звуковых отсчетов, RC (8) – 8 байтов с помехозащищающими кодами Рида-Соломона и S (1) – байт субкода.

Образовавшиеся 33-байтовые блоки нескольких последовательно расположенных кадров перемешиваются между собой по определенному алгоритму, что также повышает устойчивость КД к повреждениям.

Последним этапом кодирования информации является преобразование всех байтов в 14-битные слова ( Eight - To - Fourteen Modulation, модуляция 8х14). Получившаяся последовательность единиц и нулей размещается на информационной дорожке компакт-диска в виде питов и лэндов.

Примечание : полезная информация закодирована в длине питов и лэндов, а также в переходах между питом и лэндом.

При проигрывании КД выполняется обратный процесс – процесс декодирования. Коррекция ошибок выполняется с помощью кода Рида-Соломона. Если повреждения диска значительны, и код Рида-Соломона с ними не справляется, проигрыватель использует алгоритмы интерполяции звука, вычисляя примерное значение «выпавшего» звукового отсчета. Чем выше класс проигрывателя, тем лучше в нем реализованы алгоритмы интерполяции звука.

Таково, вкратце, устройство аудио компакт-диска (CD DA)

Диск CD-ROM , его отличия от CD DA Диск CD-ROM унаследовал все черты своего родителя (CD DA), и приобрел новые черты, необходимые для выполнения своих специфичных функций.

Кадр диска CD-ROM

Sync (12)

Header (4)

User Data (2048)

EDC (4)

Blank (8)

ECC (276)

Основное отличие диска CD-ROM от CD Audio – структура кадра. Если для аудио-диска кадр размером 2352 байта полностью занят звуковыми отсчетами, то на CD-ROM для компьютерных данных из 2352 байт отведено только 2048 байт (User Data). Остальное – служебная информация. Чем это вызвано?

1) Для CD-ROM необходим точный доступ к кадру. Для этого в кадр введены разделы Synchro и Header. Synchro необходим для распознавания начала кадра (сектора) CD-ROM, Header – содержит в себе точный адрес сектора в формате MSF.

2) Основная задача аудио-проигрывателя - непрерывное воспроизведение фонограммы. Если при воспроизведении возникают ошибки, проигрыватель пытается исправить их с помощью механизмов избыточности, заложенных при создании диска (код Рида-Соломона). Если механизма избыточности недостаточно для восстановления поврежденной информации, проигрыватель начинает интерполировать звук. При этом, естественно, возникают искажения (слышимые или неслышимые), но воспроизведение продолжается. Для CD-ROM интерполяция информации неприемлема. Информация должна быть или прочитана точно, или не прочитана вообще. Поэтому для CD-ROM предусмотрена дополнительная избыточность и средства детектирования ошибки. Это EDC (Error Detection Code) и ECC (Error Correction Code ), которые принято называть третьим слоем восстановления ошибок. Работая в паре, EDC и ECC позволяют обнаружить и исправить ошибки, которые для аудио-диска были бы фатальными.

Для того чтобы читающее устройство могло определить, какие треки находятся на диске – аудио или компьютерные, было введено такое понятие как тип трека. В стандартах семейства компакт-дисков определены два типа трека: Audio-трек и Data-трек. Тип трека указывается в TOC для каждого трека. Также тип трека указывается в субкоде каждого кадра.

Емкость диска CD-ROM Полезная информация ( User Data ) занимает в кадре 2048 байт (2к). Тогда

Диск 74 мин -> 333000 – 150 (пауза трека 1) = 332850 секторов * 2к = 665700к = 650,09 МВ.

Диск 80 мин -> 360000 – 150 = 359850 секторов * 2к = 719700к = 702,8 МВ.

Принципы доступа к информации Для аудио-диска объектом выбора обычно является трек. Для того чтобы выбрать любой трек, достаточно информации, записанной в TOC .

Для CD-ROM, как и для любого компьютерного носителя, объектом выбора являются файлы и папки (директории). Папки тоже являются файлами особого назначения. Поэтому записей в TOC недостаточно для доступа к объектам CD-ROM .

Для доступа к файлам на дисках CD-ROM формируется файловая структура (ФС). ФС – это набор служебных записей, описывающих местоположение и атрибуты файлов и папок. Файловые структуры бывают разные, и любая из них может быть размещена на CD - ROM . Так, например, на дисках для ПК Макинтош может быть сформирована файловая система HFS ( Hierarchical File System ), которая используется на жестких дисках ПК Макинтош. Такие диски читаются только на ПК Макинтош.

Для обеспечения универсальности дисков CD-ROM была разработана файловая система ISO 9660. Диски с этой файловой системой совместимы с операционными системами ПК Windows, MacOS и Unix. Базовый вариант этой файловой системы накладывает ограничение на длину имени файла и символы, которые можно было использовать в названии файла (схема «8+3», до 8 символов в имени файла и до 3 символов в расширении). В имени файла можно использовать только символы английского алфавита, цифры и знак подчеркивания. Метка диска не должна быть длиннее 11 символов и не должна содержать пробелы.

Метка диска (Volume Label) – идентифицирует диск при его загрузке в привод CD-ROM. В проводнике Windows метка диска отображается справа от значка привода CD-ROM.

В 1995 году было введено дополнение к ISO 9660 (Joliet Specification), позволяющее использовать в именах файлов длинные имена, символы национальных алфавитов и пробелы (система кодирования Unicode).

Файловая система Joliet формируется на КД в дополнение к ФС ISO 9660. Фактически на диске присутствуют две файловые системы. Те компьютеры, которые не поддерживают Joliet, показывают имена файлов из ФС ISO 9660. При формировании файловой структуры ISO 9660 длинные имена урезаются и в конце добавляются знак «~» и цифра.

Есть еще один вариант формирования длинных имен, реализованный в некоторых программах записи. Он называется Extended ISO 9660. Позволяет размещать на диске только одну ФС (ISO 9660), но при этом разрешена длина имени файла до 128 символов. Разрешаются только символы английского алфавита, цифры и знак подчеркивания.

Вернемся к емкости КД. Часто задается вопрос - сколько информации войдет на КД? Однозначного ответа на этот вопрос нет.

Причина этому следующая:

В ISO 9660 минимально адресуемый фрагмент информации называется логическим блоком. По умолчанию он равен размеру полезной информации в кадре (сектору) – 2048 байт. Если, к примеру, файл имеет размер 100 байт, то в блоке (а значит и кадре) остальное место останется незанятым. Если на диске размещается 1000 файлов размером 100 байт, то на диске реально будет занято 1000*2048 = 2048000 байт, а не 100000 байт.

Таким образом, чем больше будет на диске маленьких файлов, тем больше будет размер незанятого пространства.

Для усредненных расчетов можно использовать следующую формулу:

Объем На Диске = Суммарный Размер Файлов + Количество Файлов * (Размер Блока / 2)

Mixed Mode CD Следующий член семейства КД – Mixed Mode CD (диск со смешанными режимами) является прямым потомком двух предыдущих – CD DA и CD-ROM .

На таком диске первый трек всегда имеет тип Data и содержит файловую структуру с компьютерными данными. За Data -треком располагаются аудио-треки. Особенность использования такого диска – аудио-треки начинаются со второго трека. «Умные» проигрыватели не позволят запустить на проигрывание первый трек. Но остается риск того, что простые проигрыватели позволят проигрывать первый трек, а это чревато выходом из строя акустических систем. В настоящее время этот формат используется в основном при создании игровых дисков, для размещения игровых программ с музыкальным сопровождением. Для музыкальных дисков с небольшим добавлением компьютерной информации используется другое решение, о котором будет сказано чуть позже.

При подготовке диска Mixed Mode всегда должно выполняться одно жесткое правило – в конце Data -трека должен быть добавлено 150 пустых кадров (2 секунды), так называемый Postgap , а в начале второго трека обязательно должна быть пауза длиной не менее 2 секунд (а иначе диск на мастеринге не считается). Для дисков CD-ROM паузу принято называть Pregap .

CD-ROM XA (eXtended Architecture) Этот формат является потомком формата CD-ROM. Его появление было вызвано необходимостью обозначать тип цифровой информации, хранящейся в конкретном кадре диска. Связано это было с появлением специализированных проигрывателей мультимедийной информации, способных проигрывать видео со звуком и отображать неподвижные изображения (в частности, проигрыватели Video CD).

Кадры на диске CD-ROM XA имеют более сложную структуру, чем кадр CD-ROM. Есть два вида кадров (или две формы): Form 1 и Form 2. Кадр Form 1 похож на кадр CD-ROM.

Структура кадра CD - ROM XA Form 1

Sync (12)

Header (4)

SubHeader (8)

User Data (2048)

EDC (4)

ECC (276)

Отличие от кадра CD-ROM состоит в том, что появился SubHeader (8 байтов). Назначение SubHeader в том, чтобы указывать проигрывателю, в какой форме хранится информация (Form1  или Form 2), какой тип информации находится в данном кадре (Data, Audio или Video) и должна ли информация из кадра выдаваться на внешнее устройство в конкретный момент времени (Real Time Sector). Связано это с тем, что в цифровых форматах хранения видеофильмов звук и видео чередуются в определенном порядке. При этом они должны выдаваться на воспроизводящие устройства в строго определенные моменты времени, иначе нормального воспроизведения не получится. Кадры Form 1 используются для хранения системной информации, для хранения видео и звука используются кадры Form 2.

Структура кадра CD-ROM XA Form 2

Sync (12)

Header (4)

SubHeader (8)

User Data (2324)

EDC (4)

Кадр Form 2 отличается увеличенным размером зоны пользовательских данных (звук, видео), но реализовано это за счет отказа от кодов коррекции ошибок. В итоге, кадры Form 2 более чувствительны к ошибкам считывания и в этом плане похожи на кадры аудио-диска. Сходство усиливает и алгоритм их воспроизведения. Поскольку кадры Form 2 являются обычно кадрами реального времени (Real Time), для проигрывателя главная задача – вовремя выдать видео и звук на устройства отображения. Если кадр оказывается поврежденным, он пропускается (изображение на экране может «застыть»).

Применение формата CD-ROM XA обязательно при создании диска Video CD. Требования к формату дисков Video CD оговорены в стандарте «Белая Книга». Видео и звук на таком диске закодированы в соответствии со стандартом MPEG 1. Качество изображения видео в формате MPEG 1 примерно соответствует качеству формата VHS. Достоинство формата – стереозвук. Диски могут быть проиграны на специализированных проигрывателях VCD, на DVD -проигрывателях, на проигрывателях LG Karaoke, а также на некоторых игровых приставках.

Развитием формата Video CD стал формат Super Video CD . Отличие в том, что для SVCD видеоряд кодируется в соответствии со стандартом MPEG 2, что позволяет улучшить его качество, практически до качества DVD. Но при этом уменьшается максимальное время проигрывания (около 20-30 минут). Формат SVCD хорошо подходит для издания сборников видеоклипов. Современные DVD -проигрыватели поддерживают формат SVCD .

С появлением формата CD - ROM XA было введено понятие «Тип Диска». Для того чтобы проигрывающие устройства могли отличать диски CD - ROM XA от дисков остальных типов, в таблице содержания ( TOC ) компакт-диска указывается тип диска, который может принимать три значения:

• 00h (0₁₀) – ROM/Audio ( для дисков CD DA, CD-ROM, Mixed Mode CD)

• 10h (16₁₀)– CD-Interactive

• 20h (32₁₀)– CD-ROM XA.

Формат CD-I в настоящее время распространения не имеет (правда, на дисках LG Karaoke в TOC указан именно тип CD-I, но формат LG Karaoke – это собственный закрытый формат фирмы LG).

При подготовке диска важно, чтобы программа записи правильно сформировала тип диска. Например, если диску, содержащему только аудио-треки, будет указан тип диска CD-ROM XA, то проигрыватель Video CD не сможет распознать такой диск.

Встречаются также диски, которые получили название «неправильный XA ». У такого диска тип диска установлен как CD-ROM XA , сектор имеет Form1, но при этом SubHeader не содержит никакой информации. Согласно стандарту на диски CD-ROM XA , пустой SubHeader может быть только в тех областях диска, где нет полезной информации (Postgap). Поэтому привод CD-ROM не обязан читать информацию из кадров с таким SubHeader . И хотя современные приводы читают такие диски, нет 100%-й гарантии, что все модели приводов будут читать такие диски.

Multisession CD Формат CD-ROM XA используется также при создании дисков Multisession .

Термин «сессия» - дословно, сеанс, появился вместе с форматом CD - Recordable (Записываемый Компакт-Диск). Под сессией понимается сеанс записи компакт-диска, то есть запись на диске Lead - In , программной зоны и Lead - Out

Сессия 1			Сессия 2			Сессия 3
Lead-In	PA	Lead-Out	Lead-In	PA	Lead-Out	Lead-In	PA	Lead - Out

Стандартом на записываемые КД разрешается размещение на КД нескольких сессий (до 99). Lead - In каждой сессии содержит свою собственную TOC, которая содержит список треков, входящих в эту и предыдущие сессии. Также в TOC каждой сессии указан тип этой сессии.

Формат Multisession разрешает производить запись на диск, который уже имеет сессию (сессии). Запись возможна при условии, что в TOC последней сессии имеется специальная метка, разрешающая запись еще одной сессии. При записи новой сессии в ней формируется новая файловая система, которая указывает местоположение вновь записываемых файлов и, кроме этого, как правило, указывает на местоположение файлов из предыдущих сессий (хотя может этого и не делать). Также в новой сессии могут быть записаны новые версии файлов, уже имеющихся в предыдущих сессиях (при этом в новой файловой системе указывается местоположение новой версии файла, а ссылка на старый файл не формируется – «псевдостирание»). Для операционной системы компьютера и для пользователя этот процесс выглядит как добавление или замена файлов. Диски, содержащие две сессии с компьютерными данными, крайне желательно не допускать к тиражированию. Для того чтобы понять причину подобного отношения, необходимо рассмотреть, как привод CD-ROM читает диск Multisession .

При записи первой сессии будущего диска Multisession в TOC первой сессии делается специальная метка, говорящая о том, что на диске может быть еще одна сессия ( диск «не финализирован»). Привод CD-ROM , читающий такой диск, обнаружив эту метку, начитает читать ту область КД, где должен находиться Lead - In следующей сессии. Если Lead - In есть, делается попытка прочитать TOC следующей сессии. Если чтение этой области не удается, привод делает вывод, что следующей сессии нет, и работает с TOC первой сессии, показывая её файловую структуру. Если же чтение удается и во второй сессии тоже есть метка, цикл повторяется до тех пор, пока не будет обнаружена последняя сессия.

В случае если Lead - In какой-либо из сессий будет записан некачественно или в области размещения Lead-In будут повреждения, привод CD-ROM может принять ложное решение об отсутствии следующей сессии и показать файловую систему текущей сессии. В этом и состоит опасность тиражирования Multisession дисков с компьютерными данными. При наличии дефектов в области Lead-In второй и следующих сессий пользователь диска может получить старый набор информации с неоткорректированными файлами, либо неполный набор информации.

Формат Multisession при массовом тиражировании должен быть использован только тогда, когда без его применения нельзя обойтись!

Пример этому – диски формата CD Plus (они же Enhanced CD, CD Extra).

Структура таких дисков оговорена стандартом «Голубая Книга».

В первой сессии такого диска, имеющей тип ROM/Audio, размещаются аудио-треки, во второй сессии, имеющей тип CD - ROM XA, размещаются компьютерные данные (например, видеоклип).

Преимущества – аудиопроигрыватели видят только первую сессию, проигрывание начинается с трека 1. Привод CD - ROM всегда обращается к последней сессии, т.е. ко второй и отображает компьютерные данные.

При подготовке такого диска следует учитывать, что Lead-Out первой сессии и Lead-In второй сессии в сумме занимают 2.5 минуты дискового пространства. Для дисков, заполняемых «под завязку», это критично.

Нерассмотренными остались диски Playstation , Sega DreamCast , LG Karaoke. Исследование структуры этих дисков показало, что она отвечает стандартам Philips/Sony. Но формально эти диски не являются членами семейства КД и их структуру описывают соответствующие внутрифирменные стандарты закрытого типа.

Таково, вкратце, описание семейства КД.

Рассмотрим основные принципы записи КД, а также форматы записи КД.

Принципы записи КД. Форматы записи КД Общими для устройств записи компакт-дисков является следующие принципы:

• изменения оптических свойств носителя информации под воздействием лазерного излучения;

• наличие на «чистом» диске специальной направляющей дорожки (groove).

В настоящее время в системе «компакт-диск» существует два вида дисков, позволяющих запись информации. Это CD-Recordable и CD-Rewritable.

Структура записываемого компакт-диска

Этикетка
Защитный лак
	Отражающий слой (серебро, золото)
	Светочувствительный слой ( DYE )
Подложка

В системе CD-Recordable между подложкой и отражающим слоем находится светочувствительное вещество (органический краситель). Изначально это вещество прозрачно. Под воздействием луча лазера определенной мощности вещество теряет прозрачность. Так формируется последовательность псевдо-«питов» и псевдо-«лэндов». Считывание производится с помощью луча лазера меньшей мощности.

Для того чтобы сформировать в процессе записи диска спиральную информационную дорожку, соответствующую всем требования стандарта, на чистом диске изначально присутствует специальная направляющая дорожка – Pregroove. В процессе записи следящая система рекордера ведет записывающую головку точно по этой направляющей дорожке, создавая спиральную информационную дорожку.

Кроме областей, предназначенных для записи сессий, на диске CD - R присутствуют специальные служебные зоны: PCA ( Program Calibration Area ) – зона, используемая для подбора оптимальной мощности лазера перед началом записи, и PMA ( Program Memory Area ) – зона, используемая для временного хранения информации о структуре создаваемого диска (требуется при использовании некоторых режимов записи).

В системе CD-Rewritable светочувствительный слой может находиться в одном из двух устойчивых состояний - кристаллическом или аморфном, соответственно пропуская луч лазера до отражающего слоя и обратно, или же рассеивая свет. Если вещество находится в первом (кристаллическом состоянии), то считывающий луч лазера беспрепятственно проходит сквозь рабочий слой, отражается от отражающего слоя и в итоге попадает на фотоприемник, что соответствует логической "1". Если же вещество находится в аморфном состоянии, луч рассеивается, не попадая в итоге на фотоприемник, что соответствует логическому "0". Для перевода вещества из одного состояния в другое используются специальные режимы нагрева и охлаждения лазерным лучом. Вначале вещество нагревается до высшей температуры T1, при этом оно теряет свою структуру, локально в точке фокусировки луча лазера становясь аморфным; если затем полностью выключить лазер, т.е. произвести резкое охлаждение T1 >> T комн., то вещество, остывая, так и останется в аморфном состоянии. Если же лазер не выключить, а только уменьшить его мощность и полностью выключить только через какое-то время, то за счет двухступенчатого охлаждения T1 >> T2 >> T комн., вещество рабочего слоя успевает кристаллизоваться.

Режимы записи 1) Track - At - Once – Трек За Один Проход – рекордер записывает первый трек, после чего производится запись информации об этом треке в служебную область диска ( PCA ), затем производится запись следующего трека и т.д. В завершение, производится запись вводной и выводной дорожек. При использовании этого метода возможна запись отдельных треков в разное время и на разных рекордерах. Трек при этом оформляется в виде пакета, который начинается пятью блоками «вбегания» ( Run - In Blocks ) и завершается двумя блоками «выбегания» ( Run - Out Blocks ). Между пакетами вставляются связующие блоки ( Link Blocks ), в которых отсутствуют «питы» и «лэнды».

2) Disc - At - Once – Диск За Один Проход – рекордер последовательно записывает вводную дорожку, область программы и выводную дорожку. При этом выключения лазера не происходит. Этот режим наиболее приемлем для записи мастер-диска.

3) Session - At - Once – Сессия За Один Проход – развитие предыдущего режима записи. Абсолютно ему аналогичен за исключением того, что в TOC добавляется информация, разрешающая запись следующей сессии.

4) Incremental Packet Writing – Пакетная Запись с Приращением – похожа на режим TAO , только в пакет заключается не трек, а отдельный файл. Позволяет добавлять на диск по одному файлу за один сеанс записи. Режим удобен для пользователей, но абсолютно не приемлем для записи мастер-диска. Диск с такой структурой не может быть воспроизведен на литом диске. Во-первых, между файлами находятся Link -блоки, в области которых нет модуляции, и при попытке их чтения происходит ошибка записи. Во-вторых, Run - In , Run - Out и Link -блоки в этом формате не учитываются при вычислении адреса блока с информацией, они пропускаются при нумерации секторов. Поэтому, даже если переписать такой диск сектор за сектором в другом режиме, заменив эти блоки нулевыми, вся система адресации сместится и информация станет недоступна.