Sunday, February 19, 2012

кратък аудио наръчник - глава 9 - Как работи СД


CD е технология, която днес е навсякъде. Независимо дали става дума за информация, снимки, текстове, аудио, видео или каквото се сетите съдържание, компакт дисковете бързо са наложиха като надежден начин за пренос на големи количества информация. Компакт дисковете се евтини за производство, произвеждат се бързо и лесно. Компютрите вече стандартно имат CD записвачка, така че записването на дискове с каквато и да било информация вече е лесно и достъпно за всички.
       
Стандартните CD могат да поберат до 74 минути музика

44,100 семпли/канал/секунда x 2 байта/ семпъл x 2 канала x 74 минути x 60 секунди/минута = 783,216,000 байта

За да поберат 650 мегабайта информация върху диск който е 12 cm в диаметър се изисква голяма точност и прецизност. За да можете да видите повърхността на компакт диск ви трябва микроскоп.

CD е кръг от пластмаса с диаметър 12 CD и дебелина 1,2 мм. Повечето дискове ползват за основа отливка от прозрачна поли карбонатна пластмаса. По време на производството на дисковете се напечатва една спирала от вдлъбнатини, която спирала е адски дълга. След като вдлъбнатините са разположени, се постава тънък слой алуминий, и се покрива с акрилна смола за защита. Рисунките и надписите на диска се отпечатват върху акрилната смола.

При CD спиралата започва отвътре и завършва по периферията на диска. Спиралата на диска е невероятно фина самата спирала е широка 0,5 микрона, а разстоянието между 2 пътеки в спиралата е 1,6 микрона, издатините на алуминиевото фолио което покрива дупките в поли карбонатната пластмаса са невероятно малки минималната дължина на една издатина на алуминия е 0.83 микрона а нейната дълбочина е 125 нанометра. Сега ако погледнете диска отгоре ще са дупчици, но ако го обърнете отдолу, откъдето го чете лазера са издатини. Ако цялата тази спирала я разпънете в права линия и измерите нейната дължина тя ще излезе към 5 километра.

За да се прочете нещо толкова фино ви трябва нещо доста прецизно.

CD плейъра се заема с тази сериозна задача. CD устройството се състои от три основни компонента

Основен електромотор, който върти диска. Тук има малка особеност че при постоянна ъглова скорост – постоянни обороти, във външните си части, спиралата увеличава своята линейна скорост. За да се компенсира това, и да се чете с постоянна линейна скорост, моторчето променя своите обороти. Контролер регулира оборотите според позицията на лазера. В началото диска се върти с 500 оборота и главата чете в центъра, с отдалечаване от центъра и приближаване на периферията, оборотите плавно се намаляват до 200 за най-крайните пътеки от периферията, за да може да се поддържа постоянна линейна скорост на пътеката, и да се чете равномерно.

Лазер и Фото диод, които се използват за четене

Свръх фин механизъм който позволява лазера да се позиционира прецизно на всяка част от спиралата.

Вътре в CD плейъра има и ЦАП – Цифрово Аналогов Преобразувател, който има задачата да преобразува сигнала от цифров в аналогов.

Общо взето работата е проста – лазерният лъч се фокусира върху пътеката, която изгражда спиралата, и лазерният лъч идва от долната страна, минава през пластмасовата подложка, отразява се в алуминия и обратно през пластмасовата подложка в светло диода. НО светло диода не винаги получава светлина. Издатините отразяват лъча така че отразеният лъч попада върху светло диода, и тогава светло диода пропуска ток, което е всъщност бинарната единица. Когато лъча попадне не на изданията той се отразява различно и не попада на светло диода. Това се счита за бинарна 0. Устройството чете отделните битове 1 и 0 вече знаете как се получават и ги събира в групи по 8, 8 бита правят 1 байт и така за единият канал, същото важи и за другият канал заради това че е стерео има ляв и десен канал, и се получават 16 бита 2 байта по един за ляв и десен канал. Получената информация отива в цифрово аналоговият преобразувател и се обръща в аналогов сигнал.

Най-трудната част от четенето е следенето на пътеката. Лазера трябва да е прецизно наместен над пътечката. Това е работа на позициониращият механизъм. Позициониращият механизъм трябва постоянно да измества лазера навън, докато върви процеса на четене. Тук изниква друг проблем. Проблемът при постоянна ъглова скорост – постоянни обороти, във външните си части, спиралата увеличава своята линейна скорост. За да се компенсира това, и да се чете с постоянна линейна скорост, моторчето променя своите обороти. Контролер регулира оборотите според позицията на лазера. В началото диска се върти с 500 оборота и главата чете в центъра, с отдалечаване от центъра и приближаване на периферията, оборотите плавно се намаляват до 200 за най-крайните пътеки от периферията, за да може да се поддържа постоянна линейна скорост на пътеката, и да се чете равномерно. При четене има още един проблем. Понеже лазера следи издатините и не може де има прекалено големи места без издатини. Ако се чене нормално, се получава грешка при четене, за това данните се пре-модулират в система осем четиринадесети, и 8 битовите сигнали се прекодират като 14 битови и с помощта на ЕСС Error Correction Code се проверява кои от тези битове трябва да са 1 и кои да са 0, след като се променят, които е необходимо на 1 които е необходимо на 0.

За нуждите на плейъра, той винаги трябва да знае точно в коя част на спиралата се намира лазера за това се използва допълнителна информация наречена sub channel Data в която се описват координати, които казват на плейъра точно къде е лазера в момента. В тази пътека има и допълнителна информация, която се използва от ECC – Error Correcting Code. Понеже във всеки един момент, някоя издатина може да не бъде отчетена коректно, и може да се получи грешка в четенето, за да се избегне този проблем, служи допълнителната информация в sub channel Data. Чрез нея декодера може да улови лошо прочетена издатина и да я коригира навреме.

Понякога заради дефект или драскотина или пукнатина, цяла поредица от битове не могат да се прочетат. Това е Burst error. За тази цел данните на диска не са наредени последователно а през няколко издатини. Устройството чете информацията не постоянно а на пакети, по един пакет наведнъж, обработва го и тогава, прочита следващият.

Ако тази грешка се получи на музика – не е фатално. Голямата работа, ще се чуе пуканка по време на просвирването. Обаче ако е файл с данни, това може да има катастрофални последици. За това за CD-ROM с данни се използват допълнителни и много по съвършени ECC системи, и допълнителна и по-пълна sub channel информация.

No comments:

Post a Comment

Note: Only a member of this blog may post a comment.