home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Floppyshop 2 / Floppyshop - 2.zip / Floppyshop - 2.iso / diskmags / 3565-4.665 / dmg-3609 / news.txt / cd_hist.asc < prev    next >
Text File  |  1989-04-05  |  21KB  |  399 lines

  1.  
  2.                         ##########################
  3.                         #                        #
  4.                         #      COMPACT DISCS     #
  5.                         #      ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯     #
  6.                         #        A HISTORY       #
  7.                         #        ¯¯¯¯¯¯¯¯¯       #
  8.                         ##########################
  9.  
  10.  
  11. I  recently  read  somewhere that Atari were holding  off  from  releasing 
  12. their  CD ROM drive until a standard could be established.  Hasn't  anyone 
  13. told  them  there  is  already  a  standard  available,   and  being  used 
  14. vigourously in the PC world?. 
  15.  
  16. This  alone should convince them that there is no point in waiting for  an 
  17. alternative now.  IBM has already set it.  Remember the battle between  3" 
  18. and  3 1/2" discs?  What happened to 3" discs/drives when Big Blue  choose 
  19. the 3 1/2" version?
  20.  
  21. Anyway, I went trawling the BBSs  and found this article on the history of 
  22. CD  development.  Don't  know who wrote it but thanks if you  are  reading 
  23. this.
  24.  
  25.                                                             Dave Mooney
  26.  
  27.                               ~~~~ sof ~~~~
  28.  
  29.  
  30. Note of Success comes from CD
  31. ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
  32.  
  33. Philips has made more than its fair share of mistakes during the past  ten 
  34. years.  Laservision  video  disc  came too  late.  Metal  audio  tape  was 
  35. announced  too early and withdrawn because of technical problems.  By  the 
  36. time it was ready for relaunch, the trade and public had lost interst.
  37.  
  38. The  N1500  video  recorder came too early and could only  record  for  an 
  39. hour.  Its successor,  the long play N1700 VCR,  came too late to  compete 
  40. with VHS and Beta.
  41.  
  42. V2000 video came even later and died a spectacular death.  The relaunch of 
  43. Laservision  as  CD  Video  has failed,  too.  The  early  promise  of  CD 
  44. Interactive.  a mixed media disc,  has never been honoured.  That, too may 
  45. now arrive too late to succeed.
  46.  
  47. These  disasters tend to obscure the fact that Philips changed  the  world 
  48. in  the 1960s with the compact audio cassette and has changed it again  in 
  49. the 1980s with compact disc audio.
  50.  
  51. Although  Philips  granted licences on the compact  cassette  and  policed 
  52. them  to maintain a world standard,  the Dutch company never made a  penny 
  53. out  of  royalties.  The Japanese only adopted the system  in  return  for 
  54. royalty free licences.
  55.  
  56. But  the  situation  on cd is different.  Philips took Sony  on  board  as 
  57. codedeveloper,  screwed the hardware and software industries to the ground 
  58. and  now  earns a royalty on every disc and player made  anywhere  in  the 
  59. world.  Instead of sitting back and counting the free money that rolls in, 
  60. Philips continues to develop the system.
  61.  
  62. The latest development,  by far the most radical since cd was launched  in 
  63. 1982/83,  is  called bitstream.  This is a grassroots rethink on  the  way 
  64. digital  signals  read by laser from a cd are  decoded.  Several  Japanese 
  65. companies,  for  example Technics,  are working along similar  lines.  But 
  66. Philips appears to be in the lead.
  67.  
  68. Music  is  recorded on a cd in digital code.  This code is  made  up  from 
  69. words,  each  containing 16bits of information.  Each word  describes  the 
  70. original  analogue  signal  which has been measured  or  'sampled'  44,100 
  71. times a second.
  72.  
  73. So  far  cd players have done the logical thing and  converted  the  16bit 
  74. digital words back into an analogue waveform.  Even though the digital  to 
  75. analogue converter is working on 44,100 measurements a second,  the result 
  76. can  never  be  a smooth waveform:  it is stepped  like  a  staircase.  An 
  77. analogue filter must be used to round off the sharp edges.
  78.  
  79. Initially it was thought that this filter must have a very step curve,  to 
  80. slice  off  spurious noise signals above 20kHz,  while leaving  the  music 
  81. below 20kHz untouched.  But steep filters tend to distort the phase of the 
  82. music signal.  So Philips developed a technique called oversampling.  Each 
  83. digital  sample  is processed several times,  to spread the noise  over  a 
  84. wider frequency range and allow the use of a more lazy filter curve.
  85.  
  86. The  Japanese followed the Dutch lead and oversampling is now  a  standard 
  87. trick in cd players. 
  88.  
  89. But a problem still remains.  A conventional 16bit dac has to process some 
  90. bits  with an accuracy 65,536 times greater than for other  bits.  However 
  91. carefully the dacs are made and adjusted at the factory,  and however many 
  92. times  they  oversample the digital signal,  they are still  working  with 
  93. 16bit binary code words.
  94.  
  95. In any digital system that relies on binary code words,  some bits in each 
  96. word  will  be much more 'significant' than others.  Any errors  in  these 
  97. most  significant  bits  (msbs) can make the stepped  output  signal  jump 
  98. wildly up or down, introducing nasty random noises into the music.
  99.  
  100. Each  bit  has equal significance and together they describe the  way  the 
  101. signal is changing.  Up a little,  down a little, down a little more, up a 
  102. little and so on -rather like instructions to a car driver backing into  a 
  103. tight corner.
  104.  
  105. Because  all  bits  have  the  same  'significance',   errors  are   never 
  106. catastrophic  -  they just steer the signal slightly off  course  and  the 
  107. mistake is easily corrected.
  108.  
  109. Obviously,  the faster the bits stream,  the more accurately they describe 
  110. the signal.  BitStream does 256 calculations on each of the 44,100 digital 
  111. words available each second.  This creates a stream of single bits running 
  112. at 11.2MHz, more than 11 million a second. 
  113.  
  114. Taken  together,  the density of the bits paint a highly accurate  picture 
  115. of the waveform,  because each bit is a snapshot of the signal taken at  a 
  116. very brief moment in time.
  117.  
  118. Philips will start using BitStream chips in the most expensive cd  players 
  119. this winter,  and by 1991 all Philips digital audio equipment will rely on 
  120. them.  By  the  mid  1990s all the electronics for a  cd  player  will  be 
  121. integrated into a single BitStream chip.
  122.  
  123.                                 ~~ o0o ~~~
  124.  
  125. One bit wins the decoding race
  126. ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
  127.  
  128. The 'bit race' is officially over.  The four and eight times  oversampling 
  129. systems  used  by  CD players are now 'out',  and so are  18  and  20  bit 
  130. decoding.  One bit decoding is the 'in thing'.  The break with 6 years  of 
  131. CD  tradition  has arisen because the Japanese are offering a  single  bit 
  132. decoder  that  rivals  the  Bitstream  system  designed  by  Philips.  The 
  133. Japanese  system  is  called multistage  noise  shaping  (mash),  and  was 
  134. developed by Nippon Telephone and Telegraph.
  135.  
  136. Bitstream  and  mash do not directly convert the stream of  16bit  digital 
  137. words read from the disc into an analogue waveform by digital to  analogue 
  138. converters  (DACs) usually made by US company,  Burr Brown.  Instead  they 
  139. both   convert  the  words  into  a  more  rapid  stream  of  single   bit 
  140. instructions.
  141.  
  142. Whereas  Bitstream fashions the bits into bunches which vary  in  density, 
  143. mash bits vary in width.  While conventional DACs are referred to as pulse 
  144. code  modulation devices (PCMs),  Bitstream uses pulse density  modulation 
  145. (PDM), and mash pulse width modulation (PWM).
  146.  
  147. Supplier  Technics admits that mash has been ready for more than  a  year, 
  148. but the company has sat on it for fear of creating confusion.  Now Philips 
  149. has  pre-empted Technics with the Bitstream launch.  Technics must  follow 
  150. suit with mash.
  151.  
  152. All   the  major  Japanese  companies  are  following  with   single   bit 
  153. processing.  Most will buy mash chips from Technics,  although Sony  looks 
  154. likely to favour Bitstream - not good news for Burr Brown.
  155.  
  156. According  to  Tadashi  Abe,  the  man in  charge  of  CD  development  at 
  157. Technics:  "Mash  is very difficult to explain - especially after so  much 
  158. talk about oversampling and 20bit decoding.  But it is now well understood 
  159. in  Japan and suddenly popular.  We will now try to explain it in  Europe. 
  160. We  have  to because mash will eventually take over from  'old  type'  DAC 
  161. decoding. 
  162.  
  163. "We  started using mash in some CD players last October but did  not  tell 
  164. anyone. Now we are using it in all but two of our new CD players.
  165.  
  166. Actually  we  wanted to introduce mash one and a half years  ago,  but  we 
  167. were fighting the 18 and 20bit battles - the idea was opposed.  The  sales 
  168. force did not understand the system.  Thanks to Philips, which has started 
  169. to promote the idea of one bit processing, we can now join in."
  170.  
  171. Seiji Kaji,  director of Technic's audio division,  added: "We now want to 
  172. use mash technology for all digital equipment, amplifiers and so on."
  173.  
  174. Firing  the  first  shot in the  single  bit  battle,  Technics'  Japanese 
  175. engineers have produced a simplified explanation of the system,  which  is 
  176. far clearer than the muddled Bitstream documentation from Philips.
  177.  
  178. Technics'  simple  explanation  stems  from  an  analogy  with  water:  it 
  179. compares  conventional  pcm  16bit decoding with filling  a  bucket  using 
  180. water from 16 different sized cups.  In theory each cup's size is an exact 
  181. multiple of the others:  in practice the sizes are never quite  right,  so 
  182. each decoded sample shows an error.
  183.  
  184. This  means  the system is non linear as different  steps  have  different 
  185. errors,  resulting  in  audio distortion.  Technics prefers  to  fill  the 
  186. bucket  many times using one cup only.  That way all cupfuls  are  exactly 
  187. the same size and any error is linear:  the bucket either fills too slowly 
  188. or too fast, which is equivalent to an overall gain error in audio.
  189.  
  190. The  clearest demonstration of non linearity can be given with  a  digital 
  191. recording of music,  recorded at a very low level so that background noise 
  192. becomes  audible.  With PCM decoding the music distorts as quite  passages 
  193. fall into the noise floor. With pdm and pwm there is less distortion.
  194.  
  195. In a mash decoder a digital filter looks at each 16bit word many times  to 
  196. oversample,  or  more accurately resample it.  Mash currently works at  32 
  197. times rate,  but will later work at 64 times and eventually 256 times when 
  198. chips are available which can work fast enough to do all the  calculations 
  199. involved.
  200.  
  201. At 32 times oversampling,  each of the 44 100 words per second is examined 
  202. 32 times.  The filter also looks at the words which came before and  after 
  203. the word under examination and splits the difference between them into  32 
  204. slots.  In this way the filter can construct a smooth curve between words, 
  205. like  a graph with many lightly registered points between the main  points 
  206. on the curve. 
  207.  
  208. This  has  the  beneficial  effect of  spreading  the  random  noise  that 
  209. pollutes  any digital signal.  It is caused by chopping the waveform  into 
  210. discrete  segments over a very wide range.  The noise in the audible  band 
  211. is reduced to one thirty second of its original value.
  212.  
  213. Next  a  noise shaper (the part of the system which is actually  the  mash 
  214. circuit)  pushes  the noise towards the high frequency end  of  the  range 
  215. reducing the amount of noise left in the lower frequency audible band.
  216.  
  217. At  the  same time all the many samples are circulated in  a  mathematical 
  218. calculator  loop,  which  works  like the negative  feedback  loop  of  an 
  219. analogue  amplifier.  It  calculates  the  value  of  each  sample  in  an 
  220. interactive process.
  221.  
  222. A  rapid stream of values describing the signal very accurately comes  out 
  223. of  the  loop.  With  more values there is improved  accuracy  -  but  the 
  224. circuit must work faster,  bringing a cost penalty because consumer  chips 
  225. have a speed ceiling.
  226.  
  227. Each  sample  is represented by a pulse of fixed level but the  width  can 
  228. vary between 11 values,  which is equivalent to a 3.5bit word. This sounds 
  229. a  course  measurement,  because at 32 times the normal  44.1kHz  sampling 
  230. speed  the pulses are streaming so fast they work together  to  accurately 
  231. describe the value of the signal.
  232.  
  233. Because  all the pulses have the same level,  and their speed  is  rigidly 
  234. locked by a quartz clock, there is no risk of non linear distortion.
  235.  
  236. As  a final step the pulses are easily converted into an  analogue  signal 
  237. by passing them through a filter which rolls off high frequencies.
  238.  
  239.                                ~~~ o0o ~~~
  240.  
  241.  
  242. 'No good reason why we can't commercialise this'
  243. ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
  244.  
  245. Industry experts were stunned.  Tandy, a company best known for a chain of 
  246. cut  price electrical stores,  was claiming to have developed an audio  cd 
  247. player that could record and re-record blank discs. It cost just $500.
  248.  
  249. Competitors  were  sceptical  and noted Tandy said it would be  18  to  24 
  250. months  before  it  launched the product.  But the  company  was  defiant. 
  251. "There is no good reason why we can't commercialise the technology,"  John 
  252. Roach, Tandy's chief executive, told the press.
  253.  
  254. Four years later, and Tandy is still finding reasons   why    it    cannot 
  255. commercialise the  technology,  at least not within the time it  promised. 
  256. So the task of bringing cd recorders to the market has been left to  other 
  257. manufacturers.  And although the several products launched in the last few 
  258. months are priced for the professional market,  cd recorders could one day 
  259. become affordable to consumers,  if only those in the top end of the hi-fi 
  260. market.
  261.  
  262. Unlike  Tandy's  dye polymer technology,  which promises cds that  can  be 
  263. written and erased hundreds of times,  the recently launched cd  recorders 
  264. use  a write-once medium.  And while Sony is promoting  its  magneto-optic 
  265. mini  disc as a rewritable cd,  due to be launched this  year,  the  discs 
  266. cannot be played on a conventional cd system.
  267.  
  268. The current generation of cd recorders began to reach the UK in the  first 
  269. half  of  last year,  with Yamaha selling a handful of  its  12,000  pound 
  270. machines to the broadcast industry.
  271.  
  272. Although  that price has dropped to 8000 pounds,  it has taken Philips  to 
  273. bring the cost down to a more realistic level.  This year, the company has 
  274. begun  manufacturing  recorders under its own trade names and  badged  for 
  275. other companies.
  276.  
  277. This  led to a flurry of recorders reaching the market including  a  3,000 
  278. pound  model badged for Micromega of Paris,  a 3,500 system from  Marantz, 
  279. the  trade name Philips uses for its top end audio equipment and  machines 
  280. from Mission, Studer and Meridian.
  281.  
  282. Blank cds cost 29 pounds and the recorders are being marketed for  storing 
  283. radio jingles,  sound effects and other applications that require  digital 
  284. sound  and  random  access.   Matsushita,   Kenwood  and  Ricoh  are  also 
  285. developing recorders or have launched them in the US and Japan.
  286.  
  287. Write-once cds have,  ofcourse,  been available to computer users for some 
  288. years.  But  the  failure of manufacturers to agree on  a  single  optical 
  289. technology and a set of specifications means a disc written on one  system 
  290. can  rarely  be  read by another.  With audio  cds  so  well  established, 
  291. manufacturers  have ensured their recordings are compatible with  existing 
  292. players.
  293.  
  294. There is,  nevertheless,  a move to standardise the recording process  and 
  295. ensure  blank  and  partly  written  discs  can  be  interchanged  between 
  296. recorders.
  297.  
  298. Last October,  Philips and Sony,  joint inventors of audio cd, linked with 
  299. Meridian Data,  Ricoh,  Teac,  Sun Microsystems,  Kodak and other computer 
  300. companies  to form the Frankfurt Consortium,  with the aim of promoting  a 
  301. standard called cd-recordable (cd-r).  Its specifications are enshrined in 
  302. the Orange Book,  a superset of previous cd standards. This means cd-r can 
  303. read and write not only audio cd, but also cd-rom, cd rom-xa and cd-i.
  304.  
  305. "Our objective is to gain international acceptance for cd-r standard  that 
  306. ensures  complete compatibility for the end user," said  Frederick  Meyer, 
  307. the consortium's spokesman.  "Such a standard will enable the end user  to 
  308. place  a  disc  in a cd-r drive knowing it will  work  regardless  of  who 
  309. manufactured the drive or who manufactured the disc."
  310.  
  311. Just  as Philips makes most of the cd-r machines,  so are the blank  discs 
  312. made by a single manufacturer,  the Japanese giant Taiyo Yuden.  It,  too, 
  313. allows  companies  such as Philips and Yamaha to resell them  under  their 
  314. own names.  Kodak is also putting its name on the gold coloured discs  for 
  315. the  Photo CD system it has launched.  TDK has recently developed its  own 
  316. discs, but these are still being evaluated for cd-r specifications.
  317.  
  318. Also  developing  discs  are  Ciba-Geigy  and  the  Cambridge  based  form 
  319. Plasmon.  When  Plasmon approached the Swiss chemicals group for  improved 
  320. coatings for the optical discs it manufactures,  it discovered  Ciba-Geigy 
  321. was  already  working  on a disc that was far  more  stable  than  current 
  322. technology.  So the companies formed a joint venture to produce recordable 
  323. cds guaranteed to retain data for up to 50 years.
  324.  
  325. Bob Longman,  Plasmon's technical director,  said tests show uv light  can 
  326. cause  some  discs to degrade after as little as three  years,  which  can 
  327. cause a loss of data.  The venture aims to have mass production  beginning 
  328. at  Plasmon's UK factory in December.  "It is a major breakthrough,"  said 
  329. Longman.
  330.  
  331. The  companies  are  saying little about the composition  of  the  surface 
  332. chemicals they are developing,  but physically the discs are identical  to 
  333. Taiyo-Yuden's, ensuring they are compatible with the cd-r specification.
  334.  
  335. Blank  cd-r  discs have a transparent plastic substrate  engraved  with  a 
  336. spiralling  grove to guide the laser.  This is covered with a special  dye 
  337. that  forms  the recording layer.  On to this is laid  a  gold  reflective 
  338. layer with a plastic cover forming a protective layer.
  339.  
  340. To  write  data,  the  laser  focuses through  the  substrate  on  to  the 
  341. recording  layer,  heating  a small spot to  about  250  centigrade.  This 
  342. causes the dye to melt,  and the substrate swells to fill the space in the 
  343. recording  layer.  In this way the laser effectively burns a hole  in  the 
  344. dye and builds up a series of pits corresponding to a prerecorded cd.
  345.  
  346. The  way  the  data is arranged differs from a  conventional  cd  in  that 
  347. additional   information  is  written  in  the  innermost   tracks.   This 
  348. information  consists  of  a  program memory  area  (pma)  and  a  program 
  349. calibration area (pca).
  350.  
  351. As a recording is made,  the track numbers and their start and stop points 
  352. are written to the pma.  Parts of the recording,  such as faults,  can  be 
  353. marked invalid in the pma, which will be skipped when the disc is played.
  354.  
  355. The pca is used to test the optimum power the laser needs to write,  which 
  356. for  any one disc can be between 4 and 8mw.  This value is then stored  in 
  357. the pca and read  before every recording.  When the user decides that  the 
  358. recording  is  complete,  the machine writes a table of contents  into  an 
  359. area  corresponding  to the lead-in of a conventional cd.  A  lead-out  is 
  360. also  written  at this time to designate the end of  the  recording.  Only 
  361. then will the disc work on a conventional cd player,  so a music  producer 
  362. cannot,  for example,  take a partially recorded disc home for the weekend 
  363. to play on his hi-fi.
  364.  
  365. One  of  the reasons the 8,000 pound Yamaha player is more than  twice  as 
  366. expensive  as its competitors is that it effectively updates the table  of 
  367. contents as the disc is filled,  rather than waiting until the the end  to 
  368. write it. This ensures the cd can be played on a normal system any time.
  369.  
  370. Cd-r  is a complicated process,  which is why the machines cost  so  much. 
  371. And  as  some of the most sophisticated parts are mechanical  rather  than 
  372. electronic,  the  price is unlikely to fall as fast as early  cd  players, 
  373. said Chris Barron,  technical service manager of HHB,  the UK  distributor 
  374. of the Marantz recorder.
  375.  
  376. "Technologically,  it's  not possible to achieve the level of  pricing  of 
  377. consumer  units,  because of the amount of processing and  servo  assisted 
  378. laser  control  that  are required to achieve the  correct  recording  pit 
  379. size", he said.
  380.  
  381. "Compatibility  is  very  important.  If the pit size  is  not  absolutely 
  382. correct the disc will not play back on many machines".
  383.  
  384. Furthermore,  Barron  does not see the price of blank discs falling  below 
  385. 14  pounds  in the next two years,  because of  the  inherently  expensive 
  386. manufacturing process.
  387.  
  388. So perhaps the greatest hope of a mass market cd recorder still lies  with 
  389. Tandy.  The latest word from the company is that it will introduce a write 
  390. once machine this year "at an affordable price".
  391.  
  392. As  for the $500 erasable system,  don't hold your breath.  "It will be  a 
  393. good product for the 1990s," said Ed Junge,  marketing director.  "We hope 
  394. it will be the early 1990s".
  395.  
  396.  
  397.                               ~~~~ eof ~~~~
  398.  
  399.