Служебная информация

Как отмечалось ранее, в каждый кадр информации при записи вставляется особый символ, не имеющий отношения к музыке, но играющий очень важную роль при воспроизведении записи. Этот символ называется служебным. Как и все прочие символы, он состоит из восьми двоичных разрядов. Каждый из этих разрядов обозначается определенной буквой – P, Q, R, S, T, V и W. Последовательности, состоящие из определенных разрядов служебного символа, представляют собой отдельные служебные каналы, в каждом из которых содержится своя информация. Последовательность служебных символов, а значит и все входящие в нее служебные каналы, делятся на блоки. В каждом блоке содержится по 98 последовательных символов. Таким образом, частота следования служебных блоков в 98 раз ниже частоты кадров, которая, как известно, равна 7,35 кГц.

F_бл = F_кадр/98 = 7,35 кГц/98 = 75 Гц

Для отделения одного блока от другого здесь также используются синхрогруппы – по две на каждый блок (S0 и S1). Они представляют собой 14-разрядные группы строго определенной конфигурации и располагаются на первых двух позициях в блоке (рис.2). После них так же, как и после всех прочих символов, преобразованных по правилам кодирования EFM, следуют по три соединительных разряда. Синхрогруппы не являются информационными символами и поэтому в восьмиразрядной форме не существуют, так же как и кадровая синхрогруппа. Информация содержится в оставшихся 96 символах.

В формате CD-Audio из всех служебных каналов используются только P и Q. Другие каналы используются в других разновидностях формата CD и заполнение их в каждом из вариантов свое.

Канал Р

Канал Р является по существу индикатором пауза/музыка. Во время паузы Р = 1, а когда на дорожке присутствует запись музыкального фрагмента, Р = 0.

Продолжительность паузы, когда Р = 1, должна быть, как минимум, 2 секунды. Если он больше, то и Р = 1 должно быть, соответственно, больше.

Кроме того, во время считывания вводной дорожки, где записано оглавление, также Р = 0, как и во время считывания музыкального фрагмента. После чего между вводной дорожкой и первым музыкальным фрагментом тоже должна быть пауза 2-3 секунды, когда Р = 1.

Завершает программу, записанную на диске, выводная дорожка, которая начинается сразу же после окончания последнего музыкального фрагмента. Канал Р за 2-3 секунды до начала выводной дорожки (когда музыка еще не закончилась) должен переключиться в 1, как при паузе, а в момент начала этой паузы снова стать нулем. Спустя еще 2-3 секунды канал Р должен начать периодически переключаться из 0 в 1 и обратно с частотой 2 Гц±2%. Таких циклов должно быть примерно 50 (±10%).

Всякое изменение уровня Р осуществляется только после синхронизирующих групп, т.е. в начале очередного блока.

Канал Q

Канал Q содержит данные хронирования содержимого диска и нужен для обеспечения функций поиска заданного фрагмента, повтора, воспроизведения по программе, а также обеспечивает возможность индикации текущего времени как на диске в целом, так и на каждой дорожке в отдельности. Кроме того, он содержит и другие данные о характере записанного материала. Структура блока канала Q, включая два разряда, занимаемые синхрогруппами, показана на рис.3.

Четыре бита «Управление» предназначены для характеристики записи на диске – числа каналов и наличия/отсутствия преимфазиса. Кодируются они следующим образом:

0000 – двухканальная запись без преимфазиса;

0001 – двухканальная запись с преимфазисом;

1000 – четырехканальная запись без преимфазиса;

1001 – четырехканальная запись с преимфазисом.

Эти данные используются управляющим процессором проигрывателя для автоматического включения соответствующего режима обработки данных и подключения, если это необходимо, цепей деимфазиса.

Четыре бита «Адрес» обозначают режим заполнения данных канала Q, т.е. содержимого той части блока, которая обозначена как «Данные» (72 бита).

И, наконец, последние 16 бит, обозначенные как CRC, представляют собой остаток от деления многочлена, коэффициентами которого являются все предыдущие биты блока, кроме двух, относящихся к синхрогруппам, на порождающий многочлен кода проверки на четность:

Р(Х) = Х¹⁶ + Х¹² + Х⁵ + 1

Полученный остаток должен быть инвертирован.

Эта операция производится для того, чтобы при воспроизведении можно было проверить полученные данные на четность и определить, есть ли в них ошибки. Для этого воспроизведенные данные еще раз делятся на порождающий многочлен Р(Х) и полученный остаток после инвертирования сравнивается с тем, что содержится в принятом блоке. Если остатки совпадают, то ошибок нет. Если не совпадают, то ошибки есть и все данные блока игнорируются как неправильные. Исправления ошибок здесь не производится. В этом нет необходимости, так как блоки много раз повторяются с очень небольшими изменениями.

Как говорилось выше, содержание данных канала Q определяется кодом адреса.

Чаще всего присутствует адрес 0001, определяющий режим 1 заполнения данных. Но и внутри режима 1 возможны два варианта заполнения.

Один вариант используется на вводной дорожке. В нем отображается оглавление. Структура данных этого варианта режима 1 представлена на рис.4.

В этом варианте восемь бит номера музыкального фрагмента (дорожки) являются нулями, что означает вводную дорожку.

В графе «Точка» записываются по порядку номера всех музыкальных фрагментов, присутствующих на диске. Каждый номер повторяется трижды (в трех последовательных блоках).

Одновременно с этим в графе «Начало музыкального фрагмента» записывается время, соответствующее началу – в минутах, секундах и блоках (одна секунда + 75 блокам, номера от 00 до 74) по шкале времени, исчисляемому от начала программной зоны диска (начало первого музыкального фрагмента) до ее (зоны) конца (конец последнего музыкального фрагмента).

В графе «Текущее время на дорожке» отображается текущее время на вводной дорожке – минуты, секунды и блоки.

Все отображаемые числа в двоично-десятичном коде, т.е. восемь разрядов соответствуют двум десятичным числам от 00 до 99. Графа «0» заполняется нулями (00).

Таким образом, во время воспроизведения вводной дорожки управляющий процессор считывает с нее себе в память данные оглавления. После этого проигрыватель готов к работе в любом режиме, заданном пользователем. Он уже все о диске «знает».

Второй вариант режима 1 используется в программной зоне диска. Структура данных этого варианта показана на рис.5.

В этом варианте в графе «Номер дорожки» фиксируется номер той дорожки, которая воспроизводится в данный момент.

В графе «Индекс» фиксируется номер части музыкального фрагмента. Их может быть до 99.

В графе «Текущее время на дорожке» присутствует время, исчисляемое от начала каждой конкретной дорожки до ее конца.

В графе «0» - все нули.

В графе «Текущее время на диске» присутствует время, исчисляемое от начала программной зоны диска до ее конца.

Режим 1 заполнения данных должен присутствовать по крайней мере в каждых 9 из 10 блоков.

Режимы 2 (адрес 0010) и 3 (адрес 0011) используются для записи кодов диска в международной классификации, конкретной записи музыкального фрагмента, страны, владельца авторских прав, года записи, порядкового номера записи. Эти режимы присутствуют в канале Q, по крайней мере, один раз на 100 последовательных блоков.

Компакт-диск

Если посмотреть через микроскоп на зеркальную поверхность компакт-диска (которая и является информационной поверхностью) со стороны прозрачного слоя, то можно увидеть множество концентрических дорожек, состоящих из черточек различной длины. Черточки, которые носят название «пит» - это продолговатые выпуклости на поверхности металлизированного слоя компакт-диска, длина которых есть величина информативная и отражает длину последовательности двоичных единиц записанного на диск информационного сигнала. «Пит» - это, вообще говоря, углубление, которое образовалось на поверхности мастер диска при воздействии лазерного луча во время записи мастер-диска (диска-оригинала). Но после тиражирования углубления преобразуются в выпуклости, хотя название при этом остается от углубления – «пита». Длина промежутка между питами тоже величина информативная и отражает длину последовательности двоичных «нулей». Длина пит, а также промежутков между ними может изменяться от 0,9 до 3,3 мкм. Самый короткий пит соответствует тому самому минимальному интервалу между двумя соседними перепадами уровня, который содержит в себе три канальных единицы кода EFM. Таким образом, легко подсчитать, что один канальный разряд занимает на диске 0,3 мкм, а один кадр, состоящий из 588 канальных разрядов – 176,4 мкм длины дорожки. Общая же длина дорожки на компакт-диске – около 5 км.

Воспроизведение его начинается от центрального отверстия, а не от края, как было в случае винилового диска, и производится против часовой стрелки, если смотреть со стороны прозрачного слоя. Дорожка движется относительно считывающего луча с постоянной линейной скоростью. Виниловый диск вращается с постоянной угловой скоростью.

Постоянная линейная скорость обеспечивается благодаря изменению угловой скорости вращения диска. Когда считывание производится вблизи центрального отверстия диска, он вращается быстрее, а когда ближе к краю, то медленнее. Скорость движения дорожки относительно луча у разных дисков может колебаться в пределах от 1.2 до 1.4 м/с.

Несмотря на свою неприхотливость, компакт-диск является изделием, требующем в производстве соблюдения чрезвычайно строгих технологических норм. Его конструкция и размеры, также как и другие элементы системы CD, жестко определены Международным стандартом и не могут быть изменены произвольно. Иначе диск невозможно будет воспроизвести на стандартном проигрывателе или дисководе.

Внешний диаметр диска D = 120 мм. Диаметр центрального отверстия d = 15 мм. Толщина диска – 1,2 мм.

Вся поверхность диска разделена на зоны. Зона, где записана непосредственно музыка, называется программной зоной. Она располагается между внешним диаметром D_пр и внутренним d_пр. Максимальное значение внешнего диаметра D_пр = 116 мм, внутреннего d_пр = 50 мм. К внутреннему диаметру программной зоны примыкает зона вводной дорожки или зона ввода, ограниченна диаметром 46 мм. В этой зоне записано оглавление. К внешнему диаметру программной зоны примыкает зона выводной дорожки или зона вывода, которая должна иметь внешний диаметр не менее чем на 1 мм больше внешнего диаметра программной зоны.

Кроме того, диск имеет еще так называемую зону прижима, назначение которой ясно из ее названия. Поверхностью этой зоны компакт-диск соприкасается со шпинделем двигателя вращения и прижимной шайбой. Ее размеры: максимальный внутренний диаметр – 26 мм, минимальный внешний диаметр – 33 мм.

Информация, записанная на диск в виде спиральной дорожки из последовательности пит, располагается в программной зоне, а также в зонах ввода и вывода. Расстояние между соседними витками спирали равно 1,6 мкм. Для сравнения: шаг между дорожками у винилового диска – 160 мкм, т.е. в 100 раз больше. Ширина пит может колебаться от 0,6 до 0,8 мкм. Глубина – 0,1…0,13 мкм.

Основной материал компакт-диска – поликарбонат. Это прозрачная пластмасса, устойчивая к короблению и обладающая малым коэффициентом изменения размеров под воздействием влаги. Кроме того, поликарбонат обладает высокой теплостойкостью и высокой ударной вязкостью.