Что такое компакт диск
История создания CD и DVD дисков
Чтож, начнем мы пожалуй с CD диска (он же Compact Disc)
Компакт-диск представляет собой пластиковый диск, имеющий в центре круглое отверстие. На него с помощью лазера записывается и считывается оптическая информация цифрового формата.
Сначала такие диски применялись для хранения цифровых музыкальных записей, нам они знакомы под названием «Аudio CD». Но спустя непродолжительное время диски приспособили для хранения файлов, содержащих цифровую информацию различного формата (видео, текст, программы, музыку, картинки и фото). Такие диски стали называть CD-ROM или «компакт-диск только для чтения», ведь записать на него информацию можно было только один раз, зато считать множество. Еще через несколько лет появляются диски, на которые пользователь мог сам записать информацию (CD-R), а также диски с возможностью перезаписи (CD-RW), информация с которых может быть стерта и записана заново.
Форматы файлов записываемых на Аudio CD и на CD-ROM различны. В связи с этим, проигрыватели, предназначенные для чтения только Аudio CD, не имеют возможности воспроизводить информацию с диска формата CD-ROM, для чего требуется специальное устройство чтения.
История компакт-диска начинается в 70-х годах прошлого века. Впервые он появился в 1979 году. Это была совместная разработка компаний Sony и Philips. Фирма Sony разработала способ кодирования сигналов (аналогичный тому, что использовался в профессиональных цифровых магнитофонах), а за Philips был производственный процесс, в котором применялась их фирменная технология выпуска лазерных дисков.
В промышленных масштабах компакт-диски стали выпускаться в 1982 году в Германии предприятием, расположенном в городе Лангенхагене. Первый музыкальный CD, вышедший в открытую продажу, был представлен в июне 1982 года. На этом диске вышел в продажу альбом группы «АВВА» – «The Visitors». Большое влияние на распространение компакт-дисков оказали такие гиганты, как Apple и Microsoft.
Правда, есть еще одна версия происхождения компакт-дисков, согласно которой их изобретателем был американец Джеймс Рассел из компании «Optical Recording». Уже в 1971 году он показывал свое изобретение, позволяющее хранить информацию. Толчком к разработке Расселом оптических дисков послужило желание не допустить повреждения иглами звукоснимателей виниловых пластинок с его любимыми музыкальными композициями. А уже через восемь лет фирмы Philips и Sony повторили его изобретение.
Компакт-диски имеют толщину 0,12 см и диаметр 12 см. Выполнены они из поликарбоната с нанесенным на него тончайшим металлическим покрытием (как правило, используют серебро, золото, алюминий и т.п.) и слоем лака. На одну сторону диска печатным способом наносится информация и изображения, связанные с содержимым (имена исполнителей, названия альбомов, треков, логотипы и т.д.).
С внешней стороны диска имеется выступ, который опоясывает диск, и не позволяет рабочей поверхности с записанной информацией царапаться. В центре имеется круглое, диаметром в 1,5 см отверстие. Весит компакт-диск чуть менее 16 грамм.
Поначалу на диски записывалась музыка в формате «Red Book». Она была двухканальной и имела частоту дискретизации 44,1 кГц, а также импульсно-кодовую модуляцию, равную 16-ти битам. Небольшие царапины, идущие к краю диска от центра или наоборот, не оказывают влияние на чтение информации с диска. Это возможно благодаря коду Рида-Соломона, который дает возможность коррекции ошибок считывания.
Информация на диск записывается дорожками (питами), закручивающимися в форме спирали. Питы имеют стандартные ширину и глубину равные 500 нм и 100 нм соответственно. А вот по длине питы различаются друг от друга и имеют диапазон вариации от 850 нм до 3,5 мкм.
Существуют следующие типы дисков: CD-RОМ – только для чтения, CD-R – для одноразовой записи, CD-RW – перезаписывающиеся. Для записи информации на компакт-диски применяются специальные пишущие устройства (приводы). Есть еще фигурные диски «Shape CD», представляющие собой оптические носители типа CD-ROM, которые выполнены в форме звезд, сердечек, самолетов, машин и т.д. Как правило, такие диски используют в качестве носителей видео или аудио информации люди, связанные с шоу-бизнесом. «Shape CD» был запатентован немецким продюсером Марио Коссом в 1995 году. Стоит заметить, что диски указанного типа не следует использовать в компьютерных приводах, так как они более скоростные, чем музыкальные, отчего диск может разрушиться и повредить привод
Ну чтож, теперь про DVD
Кажется, что DVD-диски существовали всегда. Однако первый такой носитель был презентован чуть более 20 лет назад, в конце 1996 года. Интересно, что за этим событием скрывается история борьбы и сотрудничества непримиримых конкурентов.
В последнее десятилетие ХХ века к выходу на рынок готовилось сразу два стандарта информационных носителей высокой плотности. Sony и Philips, создатели CD, готовили MMCD — Multimedia Compact Disc. Им противостояло объединение 8 компаний, среди которых были такие гиганты, как Time Warner и Toshiba. Их продукт носил название SD-DVD — Super Density Digital Video Disk.
MMCD состоял из двух наложенных один на другой информационных слоёв, каждый из которых вмещал 3,7 ГБ, что позволяло записать на такой диск 7,4 ГБ в сумме.
SD-DVD отличался, но не сильно. Части его двойного информационного слоя были склеены, что открывало возможность двухсторонней записи. На одну сторону SD-DVD убиралось до 5 ГБ данных.
Несмотря на сходства, форматы были несовместимы. Если бы каждый из них вышел на массовый рынок, пришлось бы развивать сразу два типа проигрывателей, тиражировать аудио- и видеоматериалы на тех и других дисках одновременно. Бизнес требовал от создателей этих стандартов принятия решения: кто остаётся на рынке, а кто — в истории?
Компания IBM помогла решить этот спор, выступив своего рода посредником, объединившим усилия конкурирующих сторон. Этот процесс также был весьма болезненным, но он привел к великолепным результатам. Компромиссным решением стал знакомый нам сегодня формат DVD. При этом выделили сразу три группы дисков:
DVD-Video. Диск для записи видеоматериалов. На носитель убирается до 135 видео в высоком качестве и компрессии MPEG-2. На диск также можно записать 8 звуковых каналов и 32 варианта титров.
DVD-Audio. Диск для записи аудиороликов со статичным или динамичным видеосопровождением (опционально).
DVD-ROM. Диск для записи любой произвольной информации. Его называли увеличенным по объёму аналогом CD-ROM-носителя.
Первое упоминание о DVD в СМИ появляется в сентябре 1995 года. Именно тогда компании-производители анонсировали разработку этого носителя, а также опубликовали первоначальную версию его спецификации. Сегодня изменениями, исправлениями и дополнениями в этом документе занимается организация DVD Forum.
Устройства Pioneer развивались вместе с обновлениями спецификации. Так, версия DVD 1.9 уже предусматривала запись до 4,7 ГБ информации. Во второй версии была введена возможность защиты дисков от незаконного копирования, а также два подформата — DVD-R For General и DVD-R For Authoring.
Authoring-носители можно считать профессиональным стандартом. Их используют в качестве мастер-дисков, когда предполагается массовое тиражирование материала. General-версия была задумана для использования в общих целях. Именно о таком диске мы говорим чаще всего, когда вспоминаем о DVD-R.
Формат DVD-RW — также дело рук инженеров компании Pioneer. Такой носитель оснастили покрытием, материалы которого имеют способность к многократному изменению свойств под воздействием лазерных лучей разной мощности. Теоретически ресурс DVD-RW составляет 1000 циклов перезаписи информации
Что такое CD, DVD, Blu-ray диск
Информация может храниться не только на жестком диске компьютера, но и на других альтернативных носителях: CD, DVD, Blu-ray или USB-накопителях. В отличие от последних, на которые информацию можно сохранить методом копирования, для работы с компакт-дисками необходимы специальные программы, позволяющие осуществлять запись CD, DVD, Blu-ray дисков. Помимо этого данные программы позволяют создавать образы дисков (их точные копии), копировать информацию с диска на диск, создавать виртуальные приводы (CD-ROM).
CD & DVD
CD (си-ди, от англ. Compact Disc — компактный диск) — цифровой носитель, стандартный объем 700 МБ, пришедший на смену floppy-дисков (2,5 МБ).
DVD (ди-ви-ди, от англ. Digital Versatile Disc — цифровой многоцелевой диск или Digital Video Disc цифровой видеодиск) — носитель информации, выполненный в виде диска, внешне схожий с компакт-диском (CD), однако имеющий возможность хранить больший объём информации.
Формат DVD+R и DVD-R
Основное отличие «плюсовых» дисков от «минусовых» заключается в материалах отражающего слоя, применяемых при производстве. На диск DVD+RW можно осуществлять запись поверх существующей информации, исключая утомительное предварительное стирание всего содержимого, а DVD-RW вначале необходимо целиком стереть. Помимо этого, во время использования перезаписываемых «плюсовых» дисков количество ошибок уменьшается, а корректность записи увеличивается, в результате чего сбойный сектор можно с легкостью перезаписать, а не стирать и не записывать весь диск заново.
Ёмкости и номенклатура DVD
| Обозначение | Число сторон | Число слоёв | Диаметр | Ёмкость | |
|---|---|---|---|---|---|
| (см) | (ГБ) | ||||
| DVD-R | SS SL (1.0) | 1 | 1 | 12 | 3.95 |
| DVD-R(W) | SS SL (2.0) | 1 | 1 | 12 | 4.70 |
| DVD-R(W) | DS SL | 2 | 2 | 12 | 9.40 |
| DVD-R(W) | DS DL | 2 | 4 | 12 | 17.08 |
| DVD-R(W) | SS SL | 1 | 1 | 8 | 1.46 |
| DVD-R(W) | SS DL | 1 | 2 | 8 | 2.66 |
| DVD-R(W) | DS SL | 2 | 2 | 8 | 2.92 |
| DVD-R(W) | DS DL | 2 | 4 | 8 | 5.32 |
| DVD+R(W) | SS SL | 1 | 1 | 12 | 4.70 |
| DVD+R(W) | DS SL | 2 | 2 | 12 | 9.40 |
| DVD-RAM | SS SL | 1 | 1 | 8 | 1.46 |
| DVD-RAM | DS SL | 2 | 2 | 8 | 2.65 |
| DVD-RAM | SS SL (1.0) | 1 | 1 | 12 | 2.58 |
| DVD-RAM | SS SL (2.0) | 1 | 1 | 12 | 4.70 |
| DVD-RAM | DS SL (1.0) | 2 | 2 | 12 | 5.16 |
| DVD-RAM | DS SL (2.0) | 2 | 2 | 12 | 9.40 |
Blu-ray Disc
Blu-ray Disc, BD (блю-рей, от англ. Blue ray — синий луч и disc — диск, написание blu вместо blue — намеренное) — формат оптического носителя, используемый для записи с повышенной плотностью и хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости.
Ёмкость Blu-ray носителя варьируется от 23,3 до 33ГБ для однослойного диска и от 46,6 до 66ГБ для двухслойного. На данный момент доступны диски BD-R (одноразовая запись) и BD-RE (многоразовая запись), в разработке находится формат BD-ROM. В дополнение к стандартным дискам размером 120 мм, выпущены варианты дисков размером 80 мм для использования в цифровых фото- и видеокамерах. Планируется, что их объём будет достигать 15 ГБ для двухслойного варианта.
Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library
Персональные инструменты
Компакт-диск
Компакт-диск (Compact disc) (CD) — переносное оптический устройство хранения информации (данных) в цифровом виде круглой формы с отверстием посередине. Изначально диски были разработаны для записи и воспроизведения только звукозаписей, но позже, были приспособлен для хранения данных (CD-ROM).
Позже, с развитием новых технологий, появились новые вещества, позволившие перенести компакт-диски на новый уровень, из-за чего появилось большое разнообразие форматов дисков: однократной записи аудио и хранения данных (CD-R), перезаписываемый носитель (CD-RW), видео компакт-диск (VCD), супер-видео компакт-диск (SVCD), Photo CD, Picture CD, Enhanced Music CD. Аудио CD и аудио проигрыватели компакт-дисков
Начиная с октября 1982 года появились в свободной продаже.
Содержание
История
История начинается с 80-х годов двадцатого века, в фирме «Филипс», которая объявила о совершенной революции в области звуковоспроизведения. Она создала первые лазерные диски и проигрыватели к ним. При этом качество звучания, долговечность звуконосителей, их компактность были несравненны с другими носителями информации. Скромные по сравнению с грампластинками-гигантами размеры в первую очередь стали причиной того, что новое название очень скоро трансформировалось в более привычное сегодня: компакт-диск, си-ди (CD).
Впрочем, будем точны: фильмы на CD все же записывали, пользуясь специальной программой, обеспечивающей более плотное сжатие информации, так называемые форматы MPEG-2, затем MPEG-3 и MPEG-4. Но качество записи было далеко от совершенства, да и просматривать их можно было лишь на экране компьютера. Чтобы перейти ко второму этапу революции, потребовалось почти десять лет и несколько миллиардов долларов, и к нему имели отношение уже не только голландцы.
DVD-диски научились делать: а) двусторонними, б) двухслойными, в)двусторонними и двухслойными одновременно, увеличив полный объем памяти одного диска до 17 гигабайт. Этого вполне хватало, чтобы записать не только «картинку» фильма наивысшего качества, но и звукосопровождение на нескольких звуковых дорожках для создания стереофонического эффекта или озвучивания одновременно на восьми разных языках, демонстрации субтитров на 32 языках, любой из которых пользователь выбирает простым нажатием клавиш на пульте видеопроигрывателя. [Источник 1]
Устройство
Рисунок 1 – Устройство компакт-диска
Стандартные компакт-диски имеют диаметр 120 мм и могут вместить около 80 минут несжатого аудио или около 700 Мбайт данных. Mini CD имеет разные диаметры в интервале от 60 до 80 мм; они иногда используются для CD-синглов записи до 24 минут аудио-файлов, либо используются для установки драйверов устройств. [Источник 3]
Попадая на островок или впадину, луч отражается и считывается фотодиодом, который измеряет его силу и затем преобразует в поток импульсов различной интенсивности и длительности.
Так как диск читается с нижней стороны, каждый пит выглядит для лазера как возвышение. Места, где такие возвышения отсутствуют, называются площадками. Более мощный импульс отражается от площадки и соответствует цифре 1. Лазерный луч, попавший на пит, отражает меньше света. Он соответствует цифре 0.
Затем все отраженные лучи и импульсы обрабатываются, преобразуясь в исходный звук или картинку.
Для наглядного примера представлен рисунок 1. [Источник 4]
Как все начиналось: оптические диски и их история
В общем доступе оптические компакт-диски появились в 1982 году, прототип увидел свет еще раньше — в 1979. Изначально компакты разрабатывали в качестве замены виниловым дискам, как более качественный и надежный носитель. Считается, что лазерные диски являются результатом совместной работы команд двух технологических корпораций — японской Sony и голландской Philips.
При этом базовая технология «холодных лазеров», которая и сделала возможной появление лазерных дисков, была разработана советскими учеными Александром Прохоровым и Николаем Басовым. За свое изобретение они были удостоены Нобелевской премии. В дальнейшем технология развивалась, и в 70-х годах Philips разработала способ записи компакт-дисков, который и положил начало CD. Сначала инженеры компании создали ALP (audio long play) в качестве альтернативы виниловым пластинкам.
Диаметр ALP-дисков составлял примерно 30 сантиметров. Чуть позже инженеры уменьшили диаметр дисков, время проигрывания при этом снизилось до 1 часа. Лазерные диски и воспроизводящее устройство для них впервые были продемонстрированы Philips в 1979 году. После этого компания стала искать партнера для дальнейшей работы над проектом — технология виделась разработчикам как международная, а развить ее до необходимого уровня и популяризовать своими силами было сложно.
Начало всего
Руководство приняло решение попробовать установить контакты с технологическими компаниями из Японии, в то время эта страна находилась на острие hi-end технологий. Для этого в страну отправились делегаты Philips, им удалось встретиться с президентом Sony, который заинтересовался технологией.
Почти сразу была сформирована команда инженеров Philips-Sony, они и разработали первые спецификации технологии. Вице-президент Sony настоял на увеличении объема диска, ему хотелось, чтобы компакт мог вместить девятую симфонию Бетховена, для чего объем диска расшили с 1 часа до 74 минут (есть и мнение, что это просто красивая маркетинговая история). Объем данных, которые умещаются на такой диск, составил 640 Мбайт. Инженеры разработали и параметры качества звука. Например, частота выборки стереосигналов регламентировалась на уровне 44,1 кГц (для одного канала 22,05 кГц) c разрядностью каждого в 16 бит. Так появился стандарт Red Book.
Название новой технологии появилось не вдруг — его выбрали из нескольких вариантов, включая Minirack, Mini Disc, Compact Rack. В итоге разработчики совместили два названия, получив гибридное Compact Disc. Не в последнюю очередь это название было выбрано из-за растущей популярности аудиокассет (технология Compact Cassette).
Philips и Sony также сыграли важнейшую роль в разработке спецификации первых цифровых компакт-дисков, которая получила название Yellow Book или CD-ROM. Новая спецификация дала возможность хранить на дисках уже не только аудио, но и текстовые и графические данные. Определение типа диска производилось в автоматическом режиме при чтении заголовка. Проблема была в том, что компакт-диск, соответствующий стандарту Yellow Book, мог работать только с определенным типом накопителей, которые не были универсальными.
17 августа 1982 года на фабрике Philips в немецком Городе Лангенхаген был выпущен первый CD. На нем был записан альбом The Visitors группы ABBA. Стоит отметить, что лаковое покрытие первых дисков было не слишком качественным, так что покупатели компактов часто их портили. С течением времени качество дисков улучшилось. Первые несколько лет они использовались исключительно в hi-fi аппаратуре, их использовали в качестве замены виниловым пластинкам и кассетам.
Начиная с 2000 года в продаже стали появляться диски объёмом 700 Мбайт, которые давали возможность записывать аудио с общей продолжительностью до 80 минут. Они полностью вытеснили с рынка диски объемом 650 Мбайт. Есть и носители объемом в 800 МБ, но они подходили не для всех приводов, так что такие диски не получили особого распространения. Увеличить объем доступного для хранения данных пространства удалось благодаря снижению расстояния между дорожками. Так, к примеру, у дисков емкостью в 650 МБ расстояние между дорожками равно 1,7 мкм, а у 800 МБ дисков этот показатель снижен до 1,5 мкм. Также у первых скорость составляет 1,41 м/с, а у вторых 1,39 м/с.
Как это работает
Диск состоит из нескольких слоев. Подложка — поликарбонатная, ее толщина 1,2 мм, диаметр — 120 мм. На подложке размещается еще один слой — металл (это может быть золото, серебро или, чаще всего — алюминий). Далее металлический слой защищается при помощи лака, на который наносится графика. Подложка надежно защищает металлический слой, так что считыванию мешают уж очень глубокие царапины. Диаметр отверстия в диске — 15 мм.
Формат хранения данных для дисков — Red Book (о нем говорилось выше). Ошибки при считывании корректируются при помощи кода Рида-Соломона, так что легкие царапины не снижают читаемость диска.
Данные на диск записываются в виде спиральной дорожки из так называемых питов (углублений), которые выдавливаются в поликарбонатной основе. Глубина каждого пита составляет примерно 100 нм, ширина — 500 нм. Длина пита от 850 нм до 3,5 мкм. Питы рассеивают или поглощают свет, подложка — отражает. Таким образом, записанный диск является отличным примером отражательной дифракционной решетки.
Считывается диск при помощи лазерного луча с длиной волны 780 нм, который излучается полупроводниковым лазером. Принцип считывания заключается в регистрации изменения интенсивности отраженного света. Так, лазерный луч сходится на информационном слое, диаметр светового пятна в этом случае составляет 1,2 мкм. Максимальный сигнал регистрируется между питами. В случае попадания на пит регистрируется меньшая интенсивность света. Изменения интенсивности преобразуются в электрический сигнал, с которым и работает аппаратура.
Как создается диск
А что насчет CD-RW?
CD-RW представляет собой разновидность компакт-диска, которая появилась в 1997 году. Изначально стандарт назывался CD-Erasable (CD-E, стираемый компакт-диск).
Это был настоящий прорыв в сфере записи и хранения информации. Ведь получить недорогой и емкий носитель информации было мечтой тысяч инженеров и пользователей. CD-RW похож по структуре и принципу действия на обычный CD, но вот записывающий слой другой — это специализированный сплав халькогенидов. Чаще всего используется серебро-индий-сурьма-теллур. При нагреве выше температуры плавления такой сплав переходит из кристаллического состояния в аморфное.
Фазовый переход в данном случае обратим, что является основой для процесса перезаписи. Толщина активного слоя диска составляет всего 0,1 мкм, так что лазером легко воздействовать на вещество. Процесс записи происходит при воздействии лазерного луча, активный слой в этом случае переходит в расплав (те его области, на которые подействовал лазер). Далее тепло диффундирует в подложку, и расплав переходит в аморфное состояние. У аморфных отрезков меняются такие характеристики, как диэлектрическая проницаемость, коэффициент отражения и, следовательно, интенсивность отраженного света. Она несет информацию о записи на диске. Считывание производится при помощи лазера меньшей мощности, который не может оказать влияния на активный слой. При записи активный слой нагревается до 200 градусов Цельсия, что позволяет ему снова совершить фазовый переход в кристаллическое состояние.
Многократное использование CD-RW приводит к механической усталости рабочего слоя. Поэтому инженеры, разрабатывавшие технологию, использовали вещества с низким коэффициентом накопления усталости. CD-RW может выдержать около тысячи циклов перезаписи.
DVD — еще больше емкости!
Первые DVD появились в Японии в 1996 году, они появились как ответ на запрос пользователей и бизнеса, которым нужны были все более емкие носители. Изначально диски высокой емкости разрабатывались сразу несколькими компаниями. Появилось два независимых направления разработки: Multimedia Compact Disc (Philips и Sony), — Super Disc (8 крупных корпораций, включая Toshiba и Time Warner). Чуть позже оба направления слились в одно под влиянием корпорации IBM. Она убедила партнеров не повторять события времен «войны форматов», когда шла битва за приоритет между стандартами видеокассет «Video Home System» и «Бетамакс».
Технология была анонсирована в сентябре 1995 года, в том же году разработчики опубликовали спецификации. Первый пишущий DVD-привод увидел свет в 1997 году.
Увеличить емкость записи при сохранении прежних размеров удалось за счет использования красного лазера с длиной волны 650 нм. Шаг дорожки при этом в два раза меньше, чем у CD и составляет 0,74 мкм.
Blu-Ray — самый современный оптический носитель
Еще одна разновидность оптического носителя с гораздо более высокой плотностью записи данных, чем у CD или DVD. Стандарт был разработан международным консорциумом BDA. Первый прототип появился в октябре 2000 года.
Технология предусматривает использование коротковолнового лазера (длина волны 405 нм), откуда и произошло название. Букву «е» убрали, поскольку выражение blue ray является общеупотребительным в английском языке и не может быть запатентовано. Использование синего (сине-фиолетового) лазера дало возможность сузить дорожку до 0,32 мкм, увеличив плотность записи данных. Скорость считывания носителя увеличена до 432 Мбит/с.
UDF — универсальный дисковый формат
UDF — это спецификация формата файловой системы, которая не зависит от ОС. Она разработана для хранения файлов на оптических носителях — как СD, так и DVD и Blu-Ray. У UDF нет ограничения в 2 и 4 ГБ для записываемых файлов, так что этот формат идеально подходит для дисков повышенной емкости — DVD и Blu-Ray.
Оптические диски и интернет
Технологические компании продолжают совершенствовать оптические диски. Так, Sony и Panasonic еще в 2016 году смогли увеличить емкость оптических носителей до 3,3 ТБ. При этом работоспособность дисков сохраняется, по словам представителей Sony, вплоть до 100 лет.
Тем не менее, все типы оптических дисков постепенно теряют популярность — с развитием интернета пропадает потребность для пользователей в накоплении данных на дисках. Информацию можно хранить в облаке, что гораздо удобнее (насколько это безопаснее — другой вопрос). Компакт-диски уже далеко не так популярны, как несколько лет назад, но полное забвение (как в случае аудиокассет) им, скорее всего, не грозит — их будут использовать для создания архивов важной для бизнеса информации.
Если терабайтные оптические диски пойдут в серию, то их применение будет ограничено — может быть, с их помощью будут распространять фильмы в 4К и современные игры с набором самых разных бонусов. Но активнее всего они будут использоваться для создания бэкапов. И если в Sony говорят правду о вековой сохранности записанных данных, то бизнес будет использовать новую технологию весьма активно.