Chip 1996 April

home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search

/ Chip 1996 April / CHIP 1996 aprilis (CD06).zip / CHIP_CD06.ISO / hypertxt.arj / 9407 / CD.CD < prev next >

Wrap

Text File | 1994-11-27 | 25KB | 398 lines

@VCD-ROM meghajtók@N @VCsillogó korongok -- I.@N CD-ROM tesztünk elsô részében a CD meghajtókkal általánosságban foglalkozunk. Az utóbbi idôk multimédia forradalma a CD technológia újrafelfedezéséhez vezetett. ùjrafelfedezés, hiszen a CD lemezek felépítésükben szinte semmit sem változtak az elmúlt 12 év során (a ""szinte" kitételt a multisessionös CD-k indokolják, de errôl majd késôbb) -- és ez szinte példátlan a csúcstechnológia történetében. Persze a lejátszók sokat változtak ez alatt a 12 év alatt. Nagy változást jelentett mindenekelôtt a CD-ROM meghajtók megjelenése. A számítógépes adattárolás új követelményeket állított a lejátszók elé, mivel az ilyen adatok leolvasásánál a legkisebb hiba is végzetes lehet, míg hang-CD-k lejátszása esetén egy-egy bit vagy byte elvesztése könnyen korrigálható, gyakorlatilag feltûnés nélkül. De kihívás ez az alkalmazás a mechanikák számára is, hiszen amíg a hang-CD-k lejátszása általában folyamatosan történik, és ha mégis ugrani kell, akkor sem kritikus az ugrás idôtartama, addig a CD-ROM-oknál igen sok, és minél gyorsabb ugrásra van szükség. îgy gyorsabb és strapabíróbb fej- illetve lemezforgató mechanikákra van szükség. A további részletek elôtt érdekes megismerkedni a CD lejátszók mechanikai felépítésével. Szinte mindenki tudja, hogy a CD ""nagy trükkje" az adatok digitális tárolása optikai, lézerrel leolvasható módon. Nagyon sok érdekesség figyelhetô meg azonban a tulajdonképpeni megvalósításban. Az ""ezüstös korongok" három rétegbôl állnak. Az alsó réteg egy átlátszó, meghatározott sûrûségû (erre azért van szükség, mert a lézersugár fókuszálására felhasználják a mûanyag réteg törési tulajdonságait), és igen egyenletes felületû mûanyag réteg. Ezt sajtolással állítják elô egy mesterlemez segítségével, és ezen már rajta vannak az adatot tároló lukacskák, az úgynevezett pitek. Erre kerül rá a gyártás során a mintegy 40 nm vastagságú alumínium réteg, amit egy 6 MMMm-es mûanyagréteggel vonnak be. Erre nyomtatják rá végül a lemez címkéjét. (A felsô réteg igen vékony, ezért csínján kell vele bánni. Egy jól irányzott karcolás a CD lemez tetején minden adatot villámgyorsan elpusztíthat!) A fent említett pitek tulajdonképpen a lézersugár irányából nézve kiemelkedések, méghozzá nem is kerekek, hanem hosszúkásak (szélességük 0,5 MMMm, mélységük 0,11 MMMm, hosszúságuk 0,833 és 3,56 MMMm között van). Azért hosszúkásak, mert az az adatok felírása olyan formátumban történik, ahol az 1-eseket a pitek kezdete illetve vége jelzi, míg a 0-kat a folyamatos felületek. A piteket ezután spirálisan, a lemez közepétôl kifelé írják fel a CD-kre, úgy, hogy az egész lemezen állandó a pitek sûrûsége. Az állandó sûrûség természetesen csak úgy oldható meg, ha a lemez forgási sebessége állandóan lassul, ahogy a fej halad a lemez külseje felé. Kétféle sûrûség szerepel a szabványban. Az egyikkel 60, a másikkal 75 percnyi hang rögzíthetô a szabvány szerint. A valóságban 75 helyett akár 80 perc is elérhetô, de nem garantált, hogy minden lejátszó képes lesz elolvasni az ilyen lemezt. A lemezek leolvasása egy a lemezre fókuszált lézersugárral történik. Ha a lézersugár pithez ér, arról nem verôdik vissza (a pitek mélysége úgy van kialakítva, hogy a pitekrôl visszavert és a beérkezô fénysugár interferenciálva kioltsák egymást), ahol nincs pit, onnan viszont egyenesen visszaverôdik. A visszavert sugár egy lencserendszeren keresztül a fotodetektorhoz érkezik, aminek kimenetén így a pitmintázat elektronikus formában leolvasható. Minthogy a spirálok között mindössze 1,6 MMMm van, és a lézert állandóan pontosan a spirálon kell tartani, igen finom mozgatásra van szükség (ezenkívül vertikálisan is mozgatni kell a fejet a megfelelô fókusz érdekében). Ezt mechanikusan megoldani igen drága lenne, ezért a tervezôk egy újabb érdekes trükkhöz folyamodtak. A fej egy elektromágnesek által keltett mágneses térben lebeg, és e mágneses tér változtatásával lehet igen precízen mozgatni a fejet. Az így elérhetô maximális mozgás persze nem elegendô az egész lemez leolvasásához, így az elektromágneseket tartalmazó ""csészét" is mozgatni kell. Ehhez azonban már megfelel egy hagyományos mechanikus elem is (az utóbbi idôben többnyire lineáris motort használnak erre a célra). Amikor a ""csészét" elôre mozgatja a lemezjátszó, értelemszerûen maga a fej a sávon maradva visszafelé lebeg. A fej sávon tartására több módszer is létezik. A legegyszerûbb az, mikor a leolvasásnál használt lézernyaláb szélességét egy picit nagyobbra veszik, mint a pitek szélessége, és így amikor az a több szegmensbôl álló fényérzékelôre érkezik, a pit árnyékának helyébôl lehet következtetni a szükséges korrekció irányára. A CD lemezekre nemcsak a ""nyers adat" kerül felírásra, hanem további információk is, amik a lemezjátszó mûködéséhez illetve a hibák esetleges korrigálásához szükségesek. Ezeket az adatokat adatblokkokra osztják. Egy ilyen blokk mérete 588 bit, ami a következôképp épül fel: A blokk elejére kerül 24 szinkronizáló bit (100000000001000000000010), ez a sorozat a sebesség szinkronizálásához szükséges. Ezt követi egy 8 bites alkód 14 bitre átkódolva. Ez az átkódolás azért szükséges, hogy a fent említett minimális pithosszúságot (azaz 2 db 0-t az egyesek között) be lehessen tartani. Ezután következik 336 információs bit -- 2*6 db 16 bites hangminta (vagy 24 adatbyte), szintén 14 bit hosszúságúra átkódolva. Ezek az adatbyte-ok nem sorfolytonosan vannak elhelyezve a lemezen, hanem megkeverve, a késôbbi esetleges hibakorrekciót megkönnyítendô. A blokk végén helyezkednek el az ellenôrzô paritásbitek, szintén átkódolva (112 bit). Ezután a minimális illetve maximális pithosszúságot biztosítandó a szinkronizáló bitsorozat végére, minden 14 bites egység közé, és a blokk végére beiktatnak 3-3 úgynevezett margin bitet (összesen 102 bit). E blokkokat ezután 98-asával úgynevezett frame-ekre osztják. Itt kap jelentôséget az alkód, amelybôl frame-enként összeáll egy vezérlôjel blokk. Egészen pontosan az egyes alkódbyte-ok 1-1 bitje ad ki egy 98 bites vezérlôjel blokkot. Például a második bitekbôl összeálló blokk hordozza a frame idôkódját. A frame-eket ezután trackekre (sáv) osztják (ezek felelnek meg hang-CD-k esetén a számoknak), és a trackek listáját az úgynevezett TOC-ban (Table Of Contents -- tartalomjegyzék) rögzítik. A TOC foglalja el a CD lemezek elsô két másodpercét (elsô 150 frame-jét). Egy lemezen maximum 99 track lehet. Ez a lemezstruktúra viseli a ""Red Book szabvány" nevet. A Red Book elnevezés abból ered, hogy a szabványt rögzítô könyv borítója piros. Mikor a lemez olvasásra kerül, a CD-ROM vagy a CD lemezjátszó kiszûri a ""felesleges" biteket. Tehát egy frame-bôl az ott található 7203 byte-ból csak 2352 byte-nyi (hang-CD esetén ez pontosan 1/75 másodpercnyi hanginformáció) információ jut el a felhasználóhoz. Természetesen maga a lejátszó felhasználja a többi információt is. Olvasásnál ellenôrzi a paritásbiteket, és ha ezek nem stimmelnek, megpróbálja helyreállítani az elveszett adatokat. Hang-CD-knél ez a helyreállítás megoldható úgy, hogy a hibás elôtti és utáni adatból kiszámolt körülbelüli információ kerül lejátszásra (ezért is vannak megkeverve a byte-ok, hogy lehetôleg ne egymás utániak sérüljenek -- és ez az oka annak is, hogy középrôl kifelé célszerû tisztítani a CD lemezeket). Ez az eljárás a CD-ROM-ok esetén nem követhetô, mivel ott az egymás utáni byte-ok semmiféle kapcsolatban nem állnak egymással. Ilyenkor a meghajtó megpróbálja mégegyszer elolvasni az adott blokkot, és ha nem sikerül, hibajelzést küld a kezelô programnak. A CD-ROM lemezek esetén a 2352 byte-nyi frame-enkénti információ különbözô módokon kerülhet feldolgozásra. Az elsô és alapszabvány, a ""Yellow book" a frame-eket 2048 adatbyte-ra, 12 szinkronizáló byte-ra, 4 header byte-ra, egy EDC-nek nevezett 4 és egy ECC-nek nevezett 276 byte-os ellenôrzô blokkra, és egy 8 byte-os üres blokkra osztja. A szinkronizáló byte-ok célja a szektorok beazonosítása, az ellenôrzô blokkok célja pedig még nagyobb biztonság elérése az esetleges hibák kiszûrésében. Az üres blokkot valószínûleg a szabvány ""gépközelivé" tételére alakították ki, hiszen a 2048 byte-os szektort egyszerûbben kezeli a legtöbb operációs rendszer, mint a 2352 byte-ost. (A fenti adatokból kiszámítható, hogy ha a CD-ROM azonos sebességgel olvas, mint a hang-CD játszók, az 75*2048 byte/s-os, azaz pontosan 150 Kbyte/s-os átviteli sebességet eredményez.) A Yellow-book definiál egy úgynevezett Mode 2 felosztást is, amelynél az ellenôrzô és az üres blokk helyére is adat kerül. Erre akkor lehet szükség, ha a plusz hely fontosabb, mint az adatbiztonság. Egy Yellow book lemezen csak egy adat track lehet, viszont ezt követhetik audio trackek. A Yellow bookra épül a Yellow book XA (extended architecture) szabvány. Ez a szabvány lehetôvé teszi a kevert módú tárolást, azaz egy tracken belül lehet hang, kép, és adat információ is. Ezek megkülönböztetését az üres blokk helyére beillesztett al-headerrel oldották meg. Ezenkívül az ellenôrzô kódok elôállításának módját is megváltoztatták. Az XA formátum is specifikál egy másik kiosztást (Form 2), de itt csak a 276 byte-os ECC kód marad el, a EDC nem. Ilyenkor 2324 byte-nyi hasznos információ tárolható egy frame-ben. A Yellow book formátum olvasására alkalmas CD-ROM-ok képesek az XA formátumot is olvasni, mindössze másik driver programra van szükség. A Green book is a Yellow bookra épül. ùj szektorformátumot nem is specifikál, ""csak" egy operációs rendszert ezek kiolvasásához. Ez a CD-I formátum, melyet elsôsorban multimédia alkalmazásokhoz fejlesztettek ki a Sony és a Philips mérnökei. Ez a szabvány elôírja, hogyan kell kezelni a trackben található adatokat, mi a hang, mi a képinformáció, és hol a kezelô program. Az igazi CD-I lemez olvasására a legtöbb CD-ROM drive nem alkalmas, mivel ezeken nem található TOC (vagy ha van, a CD-I track akkor sem szerepel benne). A CD-I lemezek lejátszására tehát speciális, kifejezetten e célra kifejlesztett, videojáték-szerû készülék szükséges. A CD-I-on található program Motorola processzor köré épített speciális hardverre íródott. Globális formátumot specifikál az ISO-9660 is. Ez a leggyakrabban használt directory formátum. Elôírja a file-nevek formátumát, és az ezekben használható karaktereket. A szabvány MS-DOS-hoz igazodó verziója a következôket írja elô: egy file-név egy 8 betûs névbôl, egy 3 betûs kiterjesztésbôl (amit a névtôl pont választ el), és egy pontosvesszôvel elválasztott verziószámból áll (1-32767-ig -- a verziószámot a DOS figyelmen kívül hagyja). A név tartalmazhat betûket A-Z-ig, számokat 0-9-ig, valamint aláhúzás karaktert. A könyvtár (directory) nevekben nem lehet aláhúzás, és legfeljebb 7 szintû aldirectory fa engedélyezett. A High Sierra formátum az ISO-9660 elô-szabványa, igen kicsi a különbség a kettô között. Macintosh gépek számára is létezik egy filestruktúra szabvány, a HFS. Ez igazodik a Macintoshok operációs rendszerének filenév és lemezstruktúra konvenciójához. Az Orange book a CD-R (CD-Recordable -- írható CD) fizikai tulajdonságait, valamint a multi-session formátumot definiálja. 1992-ig -- amikor ez a szabvány megjelent -- az egyetlen mód, ahogy CD lemezt elô lehetett állítani, az volt, hogy az ember elment egy gyárba, ahol pár százezer forintért elôállítottak egy mesterlemezt, majd ennek segítségével legyártottak egy pár lemezt. Ez az eljárás kis tételeknél nagyon drága volt (egy darab lemez gyártása egyáltalán nem érte meg). Ezért született az írható CD szabvány. Itt a lemezt egy nyers-CD-bôl állítják elô, ami abban különbözik a közönséges CD lemeztôl, hogy az alumínium réteg helyét egy aranyréteg, és alatta egy fényérzékeny réteg vette át. A CD-író a nyers-CD fényérzékeny rétegébôl egy viszonylag nagy energiájú infravörös lézerrel kiégeti a felesleges részeket. Az így keletkezett CD a közönséges CD-ROM-ok által ugyanúgy olvasható, mint a gyári. Csak annyiban rosszabb a gyári CD-nél, hogy sokkal fényérzékenyebb, azaz óvni kell a napozástól, mert elveszhetnek a rajta tárolt adatok. Nagy elônye viszont, hogy egy darab elôállítási költsége kis tételek esetén sokkal alacsonyabb, mint a gyári lemezeké (mintegy 2500 Ft a nyersanyag, és 5500 Ft a munkadíj). Hozzá kell tenni azonban, hogy egy CD-író több, mint félmillió forint. A CD-R formátum létrejötte szinte természetesen maga után vonta a multi-session (többmenetes) formátum megjelenését. Azért volt szükség erre a formátumra, mert nem biztos, hogy egyszerre 600 Mbyte felírására van szükség, elôfordulhat, hogy például havonta kellene 100 Mbyte-ot rögzíteni úgy, hogy a régebbi ""adagok" is hozzáférhetôk legyenek lemezcserélgetés nélkül. A többszöri rögzítés lehetôségét úgy oldották meg, hogy minden új session felírásakor, annak kezdetén új TOC-ot írnak fel, amely magában foglalja a régieket is. Emiatt az Orange book szabvány megjelente elôtt készült CD-ROM drive-ok nem képesek elolvasni, csak az elsô sessiont. A multi-session-ös meghajtók a lemez behelyezésekor megkeresik az utolsó TOC-ot, és az alapján kezelik a lemezt. Nyers CD-R-bôl kétfajta kapható, 63 és 74 perces. Az elôbbire körülbelül 553 Mbyte, az utóbbira 640 Mbyte rögzíthetô. Speciális szabvány a Kodak Photo-CD. Ez voltaképp az Orange book származtatott szabványa, amely specifikálja a lemezen található file-ok formátumát is. A Photo-CD-k is multi-sessionben írhatók, így a régebbi meghajtókkal szintén csak az elsô session érhetô el. Ezt a formátumot fényképek tárolására fejlesztették ki. A fenti formátumokon kívül még tucatnyi látott napvilágot (például White book -- Video CD, Blue book -- Laser Disc (analóg), CD+G -- japán grafikai formátum stb.), de ezek hazánkban nem játszanak jelentôs szerepet. Azon formátumoknál, ahol képinformáció is tárolásra kerül, az átviteli sebesség és a ""szûkös" hely miatt általában ez tömörítésre kerül. Erre az úgynevezett MPEG formátum különbözô verzióit használják. Az MPEG egy úgynevezett lossy tömörítési módszert használ. Ez annyiban különbözik a hagyományos (lossless) tömörítô algoritmusoktól -- ahol a tömörített adatok bit pontossággal visszanyerhetôk --, hogy inkább a kép látványát tömöríti, azaz a kipakolt kép csak hasonlít az eredetire. Az algoritmus nagy elônye viszont az, hogy nagymértékben csökkenti a képek méretét. Természetesen különbözô fokozatok vannak. Lehet nagyon nagymértékben tömöríteni, de ilyenkor az eredményül kapott kép már igen ""kockás", vagy lehet kismértékben tömöríteni, ekkor a kép szemmel nem különböztethetô meg, de helyigénye még mindig csak mintegy fele akkora mint az eredeti. Sokszor a hanginformációt is tömörítik (ennek köszönheti kis méretét a MiniDisc). Ez szintén lossy algoritmuson alapul, melynek lényege, hogy azokat a hangrégiókat, amiket az ember úgysem hall, kihagyják a zenébôl (például egy igen erôs basszus mellett egy gyenge, közel esô hang). A változás a gyártók állítása szerint nem érzékelhetô, de azért a vájtfülûek meghallják a különbséget. Az így elérhetô tömörítés általában 1:4. Ez eddig a jelen. A jövô várhatóan a kék lézer technológiáé. Mivel az ultraibolya lézer sokkal jobban fókuszálható, ha sikerül elfogadható áron kék vagy ultraibolya lézert elôállítani, jelentôsen csökkenthetô a pitek mérete, így a CD lemezek kapacitása könnyen megduplázható. Nem tudni tehát, hogy a jelenlegi technológia meddig tart ki, de az biztos, hogy pillanatnyilag virágkorát éli, és bármi jöjjön is, még jó pár évig együtt fogunk élni ezekkel az ezüstös lemezkékkel. @KFalcon@N ┌──────────────────────────────────────────────────────────┐ │ @VMi is az a CD minôségû hang...@N │▒ │ │▒ │ A CD szabványában 16 bites, 2*44,1 kHz-es │▒ │ hangdigitalizálást rögzítettek (a kezdetekben általában │▒ │ az alsó két bitet elhanyagolták az olcsóbb lejátszók │▒ │ érdekében). Azért alakult így a szabvány, mert a │▒ │ hallható hangtartomány körülbelül 20000 Hz-ig terjed, │▒ │ és egy analóg jel megfelelô digitális átviteléhez │▒ │ legalább a maximális frekvencia duplájával kell │▒ │ mintavételezni. │▒ │ │▒ │ A digitális jelsorozatot lejátszáskor egy DAC (Digital │▒ │ Analog Converter -- másnéven D/A vagy DA) alakítja át │▒ │ analóg jellé. DA-ból igen sokféle van, egészen │▒ │ olcsóktól egészen drágákig. A legolcsóbb megoldás egy │▒ │ R-2R típusú ellenállásháló, egy ilyen pár forintból │▒ │ építhetô, de elég gyenge minôségû. A CD │▒ │ lemezjátszókban általában integráló rendszerû, vagy │▒ │ úgynevezett 1 bites DA van. Az elôbbi lényege, hogy │▒ │ egy -- kezdetben kisütött -- kondenzátor addig │▒ │ töltôdik, míg egy számláló el nem éri az aktuális │▒ │ értéket, és a kondenzátor ez idô alatt elért töltése │▒ │ képezi a kimeneti értéket. Ez a módszer nem simítja ki │▒ │ a digitális mintavételezés miatt recéssé váló jelet, │▒ │ ami kis mértékben hallható. Ezen az eljáráson │▒ │ túlmintavételezéssel lehet finomítani. A │▒ │ túlmintavételezés lényege, hogy a lemezrôl leolvasott │▒ │ két érték közé a lemezjátszó elôállít egy vagy több │▒ │ köztes értéket, és azok is lejátszásra kerülnek. îgy a │▒ │ látszólagos mintavételi frekvencia a 44,1 kHz │▒ │ többszöröse. Természetesen az így képzett jel nem │▒ │ ugyanaz, mint ha valóban nagyobb lenne a mintavételi │▒ │ frekvencia 44,1 kHz-nél. │▒ │ │▒ │ Az 1 bites DA esetében elôször a mintát 256-szorosan │▒ │ (esetleg még nagyobb mértékben) túlmintavételezik. îgy │▒ │ az egymás után következô értékek nagy valószínûséggel │▒ │ mindössze egyetlen bit távolságra lesznek. Ezután │▒ │ tulajdonképpen az értékek különbsége képezi az analóg │▒ │ kimenetet, egészen pontosan: ha a következô érték │▒ │ nagyobb, mint az aktuális, a kimeneten lévô │▒ │ kondenzátort picit feljebb tölti a DA, ha pedig kisebb, │▒ │ kicsit kisüti. Ez az eljárás gyakorlatilag sima jelet │▒ │ produkál a kimeneten. │▒ │ │▒ │ Ha meghallgatunk egy-két CD lemezjátszót vagy │▒ │ hangkártyát, könnyen megállapíthatjuk, hogy a CD │▒ │ minôségû hang alatt nem minden gyártó érti ugyanazt. A │▒ │ CD-ROM-ok esetében is igen nagy a szórás a hangminôség │▒ │ terén. Egyes gyártók az alacsony ár elérése érdekében │▒ │ majdnem Sokol rádió minôségû DA-kat építenek │▒ │ termékeikbe, így feltétlenül érdemes nemcsak adat-, │▒ │ hanem hang-CD-vel is megvizsgálni a vételre kiszemelt │▒ │ készüléket. │▒ └──────────────────────────────────────────────────────────┘▒ ▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒▒ @<9407\CD1.GIF>A CD lemez metszeti és felülnézeti képe@N @<9407\CD2.GIF>Az adatok leképezése@N @<9407\CD3.GIF>A fej elvi felépítése: A lambda/4 lemez feladata, hogy az áthaladó fény@N @<9407\CD3.GIF>polarizációs síkját 45 fokkal elforgassa. îgy a lemezrôl visszavert, a@N @<9407\CD3.GIF>polarizálóprizmához érkezô fény polarizációs síkja 2x45, azaz 90 fokot fog@N @<9407\CD3.GIF>bezárni a lézerdiódából kilépô fénysugáréval; a polarizálóprizmán derékszögben@N @<9407\CD3.GIF>megtörik, és a fotodetektorra vetôdik@N