ТЕХНОЛОГИИ: Красный, синий, голубой…
Автор: Юрий Ревич
Возможно, как и винчестеры на основе магнитной записи, оптические диски будут постепенно вытесняться
твердотельными носителями. Но до их полного ухода в отставку еще далеко: по крайней мере в одной области - тиражирования
музыки и кино - они пока вне конкуренции. В общем-то, и конкуренции никакой нет: если не считать прямых продаж через
Интернет, альтернатива оптике здесь попросту отсутствует.
Поэтому развитие оптических технологий
хранения информации издавна находилось под присмотром медиаиндустрии, хотя киностудии и лейблы всегда меньше влияли на
техническую сторону дела, чем им хотелось бы. Вознамерившись исправить ситуацию и целиком поставить функциональность
новых носителей Blu-ray и HD DVD под свой контроль, медиабизнес добился лишь беспрецедентной задержки выхода этих
технологий на рынок - как минимум на два года. Есть мнение, что индустрия вообще промахнулась: подобно тому, как
высококачественный звук в формате DVD-Audio остался уделом исчезающе малого процента меломанов, а всеобщую популярность
завоевал "ущербный" MP3 и его аналоги, так и суперкачественные фильмы с высоким разрешением на носителях Blu-ray вполне
могут остаться лишь дорогой игрушкой для ценителей кино. Особенно если учесть, с одной стороны, ограничения на
копирование, дискриминацию по зонам и прочие сложности, которые медиаиндустрия упорно продвигает в рамках взятого ей
курса на "борьбу с пользователями", а с другой - все расширяющийся сектор интернет-продаж, где компактность играет не
последнюю роль.
Попытаемся отвлечься от всех этих надуманных проблем и подойти к вопросу с чисто технической
стороны: а что, собственно, нам предлагают и как это работает? Для начала посмотрим, как вообще устроены оптические
носители и каковы их основные потребительские свойства.
Привод учится читать
При
чтении луч лазера по-разному отражается от впадин и выпуклостей, что фиксируется чувствительным фотодатчиком через
фокусирующую линзу. Последняя находится на подвижной оси, аналогично головкам жесткого диска, и может, подобно им,
подстраивать свое положение по максимуму сигнала. Скорость работы системы управления фокусирующей линзы такова, что
эффективно отслеживаются вертикальные биения диска даже при значительных скоростях вращения. Однако свыше 4000–5000
об./мин. (что соответствует скоростям чтения 48–52х) диски раскручивать нецелесообразно: из-за неизбежной при массовом
производстве несбалансированности дисков и возникающих при этом вибраций, качество чтения начинает падать в среднем уже
при скоростях выше 40х. Периодическое "завывание" скоростных приводов обусловлено тем, что они ищут оптимальный режим
чтения: свыше некоторой скорости процесс замедляется из-за того, что приходится делать слишком много повторов для
исправления ошибок. Так что если у вас есть возможность, то лучше сразу ограничивать "аппетиты" привода с помощью
программ ограничения максимальной скорости (приблизительно до 32–40х) - "завываний" станет значительно меньше, а время
готовности диска даже снизится.
CD значит "компакт-диск"
Простейший
оптический способ хранения информации, когда нули-единицы кодируются выпуклостями и впадинами на прозрачном
(первоначально стеклянном) диске придуман голландским физиком Классом Компааном в 1969 году. В следующем году Компаан
совместно с инженером Питом Крамером из компании Philips завершил изготовление прототипа, и инженеры пришли к
необходимости использования лазерного луча для чтения информации. Привычный пластмассовый компакт-диск родился позднее -
в 1977 году Mitsubishi, Hitachi и Sony представляют на Токийской выставке первый прототип аудиодиска, а в следующем году
Philips предлагает в качестве основы компакт-диска применять и поныне используемый поликарбонат. В 1981 году с подачи
Sony и Philips был принят первый Compact Disk Standard, известный ныне как CD-DA.
Первые компакт-диски были
предназначены исключительно для распространения музыки. Согласно легенде, емкость аудио-CD (74 минуты 33 секунды
звучания), выпущенного на рынок совместно компаниями Sony и Philips в 1982 году, была обусловлена вкусами супруги
исполнительного директора Sony, очень любившей классическую музыку: именно столько длится 9-я симфония Бетховена.
Разумеется, это не более чем легенда: емкость скорее всего выбиралась так, чтобы соответствовать времени звучания
стандартных музыкальных альбомов, выпускавшихся тогда на виниловых пластинках.
Компакт-диски унаследовали от
винила не только объем, но и способ записи: единой концентрической дорожкой, только от центра к краям, а не так, как на
виниле (и, заметим, на магнитных дисках), - от края к центру. При этом читающий лазер следует за дорожкой, подобно игле
звукоснимателя на традиционном проигрывателе.
Далее сходство заканчивается: в отличие от винила, на компакт-диск
записываются цифровые данные. Согласно стандарту так называемого CD-качества, которое, говорят, устраивает абсолютное
большинство слушателей, звук оцифровывается с частотой 44,1 тысяча отсчетов в секунду, каждый из которых записывается в
двухбайтном формате (то есть с 65536 градациями уровня сигнала). Проделав элементарные арифметические операции, вы
обнаружите, что для передачи такого потока данных нужен канал не менее 86 Кбайт/с, а для стерео - более 170
Кбайт/с. Так что формальная величина "однократной" (1х) скорости для CD, равная 150 Кбайт/с, на самом деле означает
176400 байт/с - именно с такой скоростью данные записываются, а также поступают из привода в программу воспроизведения.
Легко также подсчитать, что аудиодиск должен содержать около 750 Мбайт "чистых" данных.

Реально же количество информации на CD еще много больше, так как данные пишутся не напрямую:
каждые 8 бит кодируются специальным 14-битным кодом EFM (Eight-to-Fourteen Modulation - кодировка 8 в 14). 24 таких
"символа" данных образуют звуковой кадр, содержащий 6 отсчетов (сэмплов) левого канала и 6 отсчетов правого канала (по
16 бит каждый). К каждому кадру добавляется 8 бит коррекции ошибок (используется так называемый помехозащитный код
Рида-Соломона) и один служебный, что в сумме дает 33-битный кадр. С учетом того, что каждый "символ" разделяется тремя
битами, общее число "символов" в кадре составляет 588. Такие кадры, как легко подсчитать, исходя из частоты
дискретизации 44,1 кГц, идут со скоростью 7350 раз в секунду. 98 кадров образуют единовременно считываемую единицу:
звуковой сектор, содержащий 2352 байта данных. Общий поток "физических" данных при скорости 1х, с учетом кодов коррекции
и служебных байт, составляет 4,3 Мбит/с.