Kompaktní disk Digitální zvuk - Compact Disc Digital Audio

Digitální zvuk kompaktního disku
CDDAlogo.svg
Typ média Optický disk
Kódování 2 kanály LPCM audio, každý podepsané 16- bitové hodnoty vzorku na 44100  Hz
Kapacita až 74–80 minut (až 24 minut pro mini 8 cm CD)
 Mechanismus čtení Polovodičový laser (vlnová délka 780 nm)
Standard IEC 60908
vyvinuty  by Sony a Philips
Používání Úložiště zvuku
Rozšířeno  na DVD-Audio
Vydáno 1980

Compact Disc Digital Audio ( CDDA nebo CD-DA ), také známý jako digitální audio kompaktní disk nebo jednoduše jako audio CD , je standardním formátem pro zvukové kompaktní disky. Standard je definován v červené knize , jedné ze série duhových knih (pojmenovaných podle jejich vazných barev), které obsahují technické specifikace pro všechny formáty CD .

První komerčně dostupný audio CD přehrávač , Sony CDP-101 , byl vydán v říjnu 1982 v Japonsku. Formát získal celosvětové uznání v letech 1983–84, kdy se za ty dva roky prodalo více než milion přehrávačů CD, aby bylo možné přehrát 22,5 milionu disků.

Počínaje rokem 2000 byly disky CD stále více nahrazovány jinými formami digitálního ukládání a distribuce, což mělo za následek, že do roku 2010 klesl počet prodaných zvukových disků CD v USA o 50% od svého vrcholu; nicméně zůstaly jednou z hlavních distribučních metod pro hudební průmysl . V roce 2010 se výnosy z digitálních hudebních služeb, jako jsou iTunes , Spotify a YouTube, poprvé shodovaly s příjmy z prodeje fyzického formátu. Podle zprávy RIAA o polovině roku v roce 2020 tržby z gramofonových rekordů poprvé od 80. let překonaly příjmy z CD.

Dějiny

Optophone, poprvé představený v roce 1931, byl rané zařízení, které používalo světlo jak pro záznam, tak pro přehrávání zvukových signálů na průhledné fotografii . O více než třicet let později se americký vynálezce James T. Russell zasloužil o vynález prvního systému pro záznam digitálního videa na optickou průhlednou fólii, která je zezadu osvětlena vysoce výkonnou halogenovou lampou, nikoli laserem. Russellova patentová přihláška byla podána v roce 1966 a patent mu byl udělen v roce 1970. Po soudních sporech Sony a Philips licencovaly Russellovy patenty pro nahrávání, nikoli část pro přehrávání (tehdy drženou kanadskou společností Optical Recording Corp.) 80. léta 20. století. Je diskutabilní, zda Russellovy koncepty, patenty a prototypy podnítily a do určité míry ovlivnily design kompaktních disků.

Kompaktní disk je evolucí technologie LaserDisc , kde je použit zaostřený laserový paprsek, který umožňuje vysokou hustotu informací požadovanou pro vysoce kvalitní digitální zvukové signály. Na rozdíl od dosavadního stavu techniky od Optophonie a Jamese Russella jsou informace na disku čteny z reflexní vrstvy pomocí laseru jako světelného zdroje přes ochranný substrát. Prototypy byly vyvinuty společnostmi Philips a Sony nezávisle na konci 70. let minulého století. Ačkoli byl původně odmítnut vedením společnosti Philips Research jako triviální pronásledování, CD se stalo hlavním zaměřením společnosti Philips, protože formát LaserDisc se potýkal s problémy . V roce 1979 založily společnosti Sony a Philips společnou pracovní skupinu inženýrů, která navrhla nový digitální zvukový disk. Po roce experimentování a diskuzí byl v roce 1980 vydán standard Red Book CD-DA. Po jejich komerčním vydání v roce 1982 byly kompaktní disky a jejich přehrávače extrémně populární. Navzdory tomu, že to stálo až 1 000 $, bylo ve Spojených státech prodáno více než 400 000 CD přehrávačů v letech 1983 až 1984. V roce 1988 prodeje CD ve Spojených státech překonaly prodeje vinylových LP a v roce 1992 prodeje CD překonaly prodeje předem nahraných hudebních kazet. Úspěch kompaktního disku byl připsán spolupráci mezi společnostmi Philips a Sony , které se společně dohodly a vyvinuly kompatibilní hardware. Sjednocený design kompaktního disku umožnil spotřebitelům zakoupit jakýkoli disk nebo přehrávač od jakékoli společnosti a umožnil CD bezkonkurenčně ovládnout domácí hudební trh.

Prototypy digitálního zvukového laserového disku

V roce 1974 zahájil Lou Ottens, ředitel audio divize společnosti Philips , malou skupinu pro vývoj analogového optického zvukového disku o průměru 20 cm (7,9 palce) a kvalitě zvuku, která je lepší než u vinylových desek. Kvůli neuspokojivému výkonu analogového formátu však dva výzkumní inženýři společnosti Philips doporučili digitální formát v březnu 1974. V roce 1977 pak společnost Philips založila laboratoř s posláním vytvořit digitální zvukový disk. Průměr prototypu kompaktního disku společnosti Philips byl stanoven na 11,5 cm (4,5 palce), úhlopříčku zvukové kazety.

Heitaro Nakajima , který vyvinul raný digitální zvukový záznamník v rámci japonské národní veřejné vysílací organizace NHK v roce 1970, se stal generálním ředitelem audio oddělení Sony v roce 1971. Jeho tým vyvinul digitální videorekordér s adaptérem PCM pomocí videorekordéru Betamax v roce 1973. Poté, v roce 1974, byl snadno proveden skok k ukládání digitálního zvuku na optický disk. Společnost Sony poprvé veřejně předvedla optický digitální zvukový disk v září 1976. O rok později, v září 1977, společnost Sony ukázala lisu 30 cm (12 palců) disk, který dokázal přehrát hodinu digitálního zvuku (vzorkovací frekvence 44 100 Hz a 16bitový rozlišení) pomocí MFM modulace. V září 1978 společnost předvedla optický digitální zvukový disk s 150minutovou dobou přehrávání, vzorkovací frekvencí 44 056 Hz, 16bitovým lineárním rozlišením a kódem pro opravu chyb s křížovým prokládáním -specifikace podobné těm, které byly později ustáleny pro standardní kompaktní formát disku v roce 1980. Technické detaily digitálního zvukového disku Sony byly představeny během 62. úmluvy AES , konané ve dnech 13. – 16. března 1979 v Bruselu . Technický dokument Sony AES byl zveřejněn 1. března 1979. O týden později, 8. března, společnost Philips veřejně předvedla prototyp optického digitálního zvukového disku na tiskové konferenci s názvem „Philips Introduce Compact Disc“ v nizozemském Eindhovenu . Výkonný ředitel společnosti Sony Norio Ohga , pozdější generální ředitel a předseda představenstva společnosti Sony, a Heitaro Nakajima byli přesvědčeni o komerčním potenciálu formátu a přes rozsáhlou skepsi tlačili na další vývoj.

Spolupráce a standardizace

Nizozemský vynálezce a hlavní inženýr společnosti Philips Kees Schouhamer Immink byl součástí týmu, který v roce 1980 vyrobil standardní kompaktní disk

V roce 1979 založily společnosti Sony a Philips společnou pracovní skupinu inženýrů, která navrhla nový digitální zvukový disk. Výzkum vedený inženýry Keesem Schouhamerem Imminkem a Toshitadou Doiem posunul vpřed technologii laserových a optických disků . Po roce experimentování a diskusí pracovní skupina vytvořila standard Red-Book CD-DA. Poprvé vydána v roce 1980, norma byla formálně přijata IEC jako mezinárodní norma v roce 1987, přičemž různé změny se staly součástí normy v roce 1996.

Společnost Philips vytvořila termín kompaktní disk v souladu s dalším zvukovým produktem, kompaktní kazetou , a přispěla obecným výrobním procesem založeným na technologii video LaserDisc. Philips také přispěl modulací osm až čtrnáct (EFM), zatímco Sony přispěla metodou korekce chyb CIRC , která nabízí určitou odolnost vůči vadám, jako jsou škrábance a otisky prstů.

Příběh kompaktního disku , vyprávěný bývalým členem pracovní skupiny, poskytuje základní informace o mnoha provedených technických rozhodnutích, včetně výběru vzorkovací frekvence, doby přehrávání a průměru disku. Pracovní skupina se skládala z přibližně 6 osob, ačkoli podle společnosti Philips byl kompaktní disk „kolektivně vynalezen velkou skupinou lidí pracujících jako tým“.

Počáteční spuštění a přijetí

Společnost Philips založila závod Polydor Pressing Operations v Langenhagenu poblíž německého Hannoveru a rychle prošla řadou milníků.

Po japonském uvedení na trh následovalo 14. března 1983 zavedení přehrávačů CD a disků do Evropy a Severní Ameriky (kde CBS Records vydalo šestnáct titulů). Rostoucí přijetí CD v roce 1983 znamená začátek populární digitální audio revoluce. Nový zvukový disk byl přijat s nadšením, zejména v časně přijímajících komunitách klasické hudby a audiofilů , a jeho kvalita zpracování získala zvláštní uznání. Jak cena hráčů postupně klesala a se zavedením přenosného Discmanu začalo CD získávat na popularitě na větších trzích populární a rockové hudby. S nárůstem prodeje CD začaly prodeje nahraných kazet na konci 80. let klesat; Prodej CD předběhl prodej kazet na začátku 90. let.

Prvním umělcem, který prodal milion kopií na CD, byl Dire Straits s albem Brothers in Arms z roku 1985 . Jeden z prvních trhů s CD se věnoval znovu vydávání populární hudby, jejíž komerční potenciál byl již prokázán. Prvním významným umělcem, který nechal celý svůj katalog převést na CD, byl David Bowie , jehož prvních čtrnáct studiových alb (tehdy) šestnácti vydalo vydavatelství RCA Records v únoru 1985 spolu se čtyřmi alby největších hitů; jeho patnácté a šestnácté album již bylo vydáno na CD společností EMI Records v roce 1983 a 1984. Dne 26. února 1987, první čtyři britská alba od Beatles byla vydána v mono na kompaktním disku. V roce 1988 vyrobilo 400 milionů disků CD 50 lisoven po celém světě.

Další vývoj

Přenosný CD přehrávač Sony Discman D-E307CK s 1bitovým DAC.

Brzy přehrávače CD používaly binárně vážené převodníky digitálního signálu na analogový (DAC), které obsahovaly jednotlivé elektrické komponenty pro každý bit DAC. I při použití vysoce přesných komponent byl tento přístup náchylný k chybám při dekódování, což ještě zhoršil „problém přechodu nuly“. Dalším problémem bylo chvění, nikoli amplituda- ale porucha související s časem. Tváří v tvář nestabilitě DAC se výrobci zpočátku zaměřili na zvýšení počtu bitů v DAC a použití několika DAC na audio kanál, průměrování jejich výstupu. To zvýšilo náklady na přehrávače CD, ale nevyřešilo základní problém.

Průlom koncem 80. let vyvrcholil vývojem „1bitového“ DAC , který převádí nízkofrekvenční digitální vstupní signál s vysokým rozlišením na vysokofrekvenční signál s nižším rozlišením, který je mapován na napětí a poté vyhlazen analogovým filtrem. Dočasné použití signálu s nižším rozlišením zjednodušilo návrh obvodu a zlepšilo účinnost, a proto se od počátku 90. let stalo dominantní v přehrávačích CD. Společnost Philips použila variantu této techniky nazývanou pulzní hustota (PDM), zatímco Matsushita (nyní Panasonic ) zvolila pulzně šířkovou modulaci (PWM) a inzerovala ji jako „MASH“, což je zkratka odvozená z jejich patentovaného vícestupňového noiSe -sTvarování topologie PWM.

CD bylo primárně plánováno jako nástupce vinylové desky pro přehrávání hudby, nikoli jako médium pro ukládání dat. Disky CD se však rozrostly o další aplikace. V roce 1983, po představení CD, Immink a Joseph Braat představili první experimenty s vymazatelnými kompaktními disky během 73. úmluvy AES . V červnu 1985 byl představen počítačem čitelný disk CD-ROM (pouze pro čtení) a v roce 1990 záznam na disk CD . Zapisovatelné disky CD se staly alternativou k pásku pro záznam a distribuci hudby a mohly být duplikovány bez zhoršení kvality zvuku. Jiné novější formáty videa, jako jsou DVD a Blu-ray, používají stejnou fyzickou geometrii jako disky CD a většina přehrávačů DVD a Blu-ray je zpětně kompatibilní se zvukovým diskem CD.

Prodeje disků CD ve Spojených státech dosáhly vrcholu do roku 2000. Počátkem roku 2000 CD přehrávač z velké části nahradil audiokazetový přehrávač jako standardní vybavení v nových automobilech, přičemž rok 2010 byl posledním modelovým rokem pro jakékoli auto ve Spojených státech, které mělo továrnu. -vybavený kazetovým přehrávačem.

Pokles

S příchodem a popularitou internetové distribuce souborů ve ztrátově komprimovaných zvukových formátech, jako je MP3 , začal prodej CD v roce 2000 klesat. Například mezi lety 2000 a 2008, navzdory celkovému růstu prodejů hudby a jednomu neobvyklému roku nárůstu, prodeje CD velkých značek celkově poklesly o 20%, ačkoli podle údajů zveřejněných 30. března 2009 lze lépe sledovat prodej nezávislých a domácích prodejců hudby. a CD se stále velmi prodávají. Od roku 2012 tvořily disky CD a DVD pouze 34% prodejů hudby ve Spojených státech. Do roku 2015 bylo ve Spojených státech zakoupeno pouze 24% hudby na fyzických médiích, z nichž 2/3 tvoří CD; ve stejném roce v Japonsku však bylo více než 80% hudby zakoupeno na discích CD a jiných fyzických formátech. V roce 2018 činil prodej CD v USA 52 milionů kusů - méně než 6% maximálního objemu prodeje v roce 2000. Ve Velké Británii se prodalo 32 milionů kusů, téměř o 100 milionů méně než v roce 2008.

Rostoucí popularita solid-state médií a hudebních streamovacích služeb způsobila výměnu automobilových CD přehrávačů ve prospěch minijack pomocných vstupů, kabelového připojení k zařízením USB a bezdrátového připojení Bluetooth .

Navzdory rychle klesajícím prodejům meziročně tato technologie na nějaký čas zůstala, přičemž společnosti umísťovaly disky CD do lékáren, supermarketů a obchodů se smíšeným zbožím a zaměřovaly se na kupce, kteří nejméně využívají internetovou distribuci. V roce 2018 Best Buy oznámila plány na snížení jejich zaměření na prodej CD, ale zároveň bude pokračovat v prodeji desek, jejichž prodeje během oživení vinylu rostou .

Ocenění a ocenění

Sony a Philips obdržely pochvalu za vývoj kompaktního disku od profesionálních organizací. Mezi tato ocenění patří

  • Technická cena Grammy pro Sony a Philips, 1998.
  • Cena IEEE Milestone, 2009, pouze pro společnost Philips s citací: „Dne 8. března 1979 společnost NV Philips Gloeilampenfabrieken předvedla pro mezinárodní tisk kompaktní přehrávač zvuku. Demonstrace ukázala, že je možné reprodukovat pomocí digitálního optického záznamu a přehrávání zvukové signály s vynikající stereofonní kvalitou. Tento výzkum společnosti Philips stanovil technický standard pro digitální optické záznamové systémy. “

Standard

Red Book specifikuje fyzikální parametry a vlastnosti CD, optické parametry, odchylky a míra chybovosti, modulační systém ( eight-to-čtrnáct modulace , EFM) a korekce chyb zařízení ( cross-prokládány Reed-Solomonův kódování , OBĚHOVÉ) a osm kanálů subkódů . Tyto parametry jsou společné pro všechny kompaktní disky a využíván všemi logických formátů: audio CD, CD-ROM , atd. Norma také určuje podobu digitálního audio kódování (2-kanálový podepsal 16- bitovou LPCM odebrány vzorky na 44,100 Hz ). Ačkoli se tato specifikace používá jen zřídka, umožňuje, aby disky byly zvládnuty s určitým důrazem .

První vydání červené knihy vydali v roce 1980 společnosti Philips a Sony ; byl přijat výborem pro digitální audio disky a ratifikován technickou komisí Mezinárodní elektrotechnické komise (IEC) 100 jako mezinárodní standard v roce 1987 s odkazem IEC 60908. Druhé vydání IEC 60908 bylo vydáno v roce 1999 a nahrazuje první vydání, dodatek 1 (1992) a korigendum k dodatku 1. IEC 60908 však neobsahuje všechny informace o příponách, které jsou k dispozici v červené knize, například podrobnosti o CD-Text , CD+G a CD+EG .

Tento standard není volně dostupný a musí být licencován. Je k dispozici od společnosti Philips a IEC. Od roku 2013 společnost Philips outsourcuje licencování standardu společnosti Adminius, která účtuje 100 USD za červenou knihu a 50 USD za přílohy Subcode Channels RW a CD Text Mode .

Formát zvuku

Audio obsažené v CD-DA se skládá ze dvou kanálu podepsal 16- bitovou LPCM odebrány vzorky na 44,100 Hz a písemné formě málo endian prokládané proud s levý kanál na prvním místě.

Vzorkovací frekvence je upraven z které je dosaženo při nahrávání digitálního zvuku na videokazetě s PCM adaptérem , dřívější způsob ukládání digitálního zvuku. Audio CD může představovat až do frekvencí 22,05 kHz, na Nyquist frekvence na 44.1 kHz vzorkovací frekvence.

Dlouho se debatovalo o použití 16bitové (Sony) nebo 14bitové (Philips) kvantizace a 44 056 nebo 44 100 vzorků/s (Sony) nebo přibližně 44 000 vzorků/s (Philips). Když pracovní skupina Sony/Philips navrhla kompaktní disk, Philips již vyvinul 14bitový D/A převodník (DAC), ale Sony trvala na 16bitovém. Nakonec Sony vyhrálo, takže převládalo 16 bitů a 44,1 kilosamplů za sekundu. Společnost Philips našla způsob, jak produkovat 16bitovou kvalitu pomocí 14bitového DAC pomocí čtyřnásobného převzorkování .

Některá CD jsou zpracována s pre-důrazem , umělou podporou vysokých zvukových frekvencí. Pre-dôraz zlepšuje zjevný poměr signálu k šumu tím, že lépe využívá dynamický rozsah kanálu. Při přehrávání hráč použije filtr pro odstranění zdůraznění, aby obnovil křivku frekvenční odezvy na celkově plochou. Časové konstanty před zdůrazněním jsou 50 µs a 15 µs (zesílení 9,49 dB při 20 kHz) a binární příznak v subkódu disku instruuje hráče, aby v případě potřeby použil filtrování bez zdůraznění. Přehrávání takových disků v počítači nebo „kopírování“ do souborů WAVe obvykle nebere v úvahu předběžné zvýraznění, takže se tyto soubory přehrávají se zkreslenou frekvenční odezvou.

Kapacita úložiště a doba přehrávání

Tvůrci CD původně mířili na dobu přehrávání 60 minut s průměrem disku 100 mm (Sony) nebo 115 mm (Philips). Sony viceprezident Norio Ohga navrhla rozšířit kapacitu na 74 minut, aby se přizpůsobila nahrávku Wilhelm Furtwängler vodivý Ludwig van Beethoven je devátá symfonie u 1951 festivalu v Bayreuthu . Dodatečná 14minutová hrací doba následně vyžadovala změnu na 120 mm disk. Kees Schouhamer Immink , hlavní inženýr společnosti Philips, to však popírá a tvrdí, že nárůst byl motivován technickými úvahami a že ani po zvětšení velikosti by záznam Furtwängler nepasoval na jedno z prvních CD.

Podle rozhovoru Sunday Tribune je příběh o něco více zapojen. V roce 1979 společnost Philips vlastnila společnost PolyGram , jednoho z největších světových distributorů hudby. Společnost PolyGram zřídila v německém Hannoveru velkou experimentální továrnu na CD , která dokázala vyrobit obrovské množství disků CD o průměru 115 mm. Společnost Sony dosud takové zařízení neměla. Pokud by se Sony dohodla na 115mm disku, Philips by měl na trhu značnou konkurenční výhodu. Dlouhá hrací doba Beethovenovy Deváté symfonie vnucená Ohgou byla využita k tomu, aby společnost Philips přijala 120 mm, takže PolyGram společnosti Philips ztratil výhodu při výrobě disků.

74minutová doba přehrávání CD, která je delší než 22 minut na stranu typických pro dlouhohrající (LP) vinylová alba , byla často využívána k výhodě CD v prvních letech, kdy CD a LP soupeřily o komerční prodej. CD se často vydávají s jednou nebo více bonusovými skladbami, které lákají spotřebitele ke koupi disku CD pro další materiál. Pokusy kombinovat dvojité LP na jedno CD však občas vedly k opačné situaci, kdy CD místo toho nabídlo méně zvuku než LP. Jeden takový příklad byl s DJ Jazzy Jeff & The Fresh Prince ‚s dvojitým album On je DJ, jsem Rapper , ve kterém počáteční CD vydání alba už více stop upravovat dolů k délce, aby se vešly na jednom disku; nedávné reedice CD ve výsledku zabalí album na dva disky. Vznik 80 minutových CD povolených pro některé dvojalbum, které byly již dříve upravili pro délku nebo balené jako dvojité CD být re-povolený na jednom disku, jako je například 1999 od Prince v případě bývalého a Tommym podle The Who v případě posledně jmenovaného.

Hrací doby delší než 74 minut jsou dosaženy snížením rozteče stopy (vzdálenost oddělující stopu při otáčení disku). Většina hráčů však stále může pojmout data s větší vzdáleností, pokud jsou stále v tolerancích červené knihy . Současné výrobní procesy umožňují, aby zvukový disk CD obsahoval až 80 minut (variabilní z jednoho replikačního zařízení do druhého), aniž by tvůrce obsahu vyžadoval podepsání výjimky, která zbavuje vlastníka zařízení odpovědnosti, pokud je vyrobené CD okrajově nebo zcela nečitelné některým zařízením pro přehrávání . V současné praxi se maximální doba přehrávání CD vplížila vyšší snížením minimálních technických tolerancí.

Postup v maximální délce vydaných zvukových disků CD
Titul Umělec Označení Vydáno Čas
Mise Barmy (kompilace) Mise Barmy Rykodisc 1988 80:08
Pozdní romantická mistrovská díla Andrew Fletcher Mirabilis Records 1990 80:51
JS Bach, Das Orgelbüchlein Richard Marlow Mirabilis Records 1990 82:04
Bruckner 's Fifth (live) Mnichovská filharmonie kond. Christian Thielemann Deutsche Grammophon 477 5377 2004 82:34
Chopin & Schumann Etudes Valentina Lisitsa Decca 478 7697 2014 85:16
So80s představuje Alphaville Alphaville Kurátor Blank & Jones Soulfood 2014 85:10 a 85:57
Mozartovy houslové koncerty (Mozart 225 Box Set, CD75) různí umělci Decca / Deutsche Grammophon 478 9864 2016 86:30
Bast jako Zemři Ärzte Žhavé akční záznamy - 930 003 - 2 2006 179: 26 na dvou CD

Technické specifikace

Kódování dat

Každý zvukový vzorek je podepsané 16bitové dvojkové celé číslo komplementu s hodnotami vzorků v rozmezí od −32768 do +32767. Zdrojová zvuková data jsou rozdělena do rámců, z nichž každý obsahuje dvanáct samplů (šest levých a šest pravých samplů, střídajících se), celkem tedy 192 bitů (24 bytů) zvukových dat na snímek.

Tento proud zvukových rámců jako celek je poté podroben kódování CIRC , které segmentuje a přeskupuje data a rozšiřuje je o kódy pro opravu chyb způsobem, který umožňuje detekci a opravu příležitostných chyb čtení. Kódování CIRC prokládá zvukové rámce na disku do několika po sobě jdoucích rámců, takže informace budou odolnější vůči chybám shluku . Proto fyzický rámec na disku bude ve skutečnosti obsahovat informace z více logických zvukových rámců. Tento proces přidá do každého rámce 64 bitů dat pro opravu chyb . Poté je do každého z těchto kódovaných rámců přidáno 8 bitů subkódových nebo subkanálových dat , které se používají k ovládání a adresování při přehrávání disku CD.

Kódování CIRC plus bajt subkódu generují 33bajtové dlouhé rámce, nazývané rámce „data kanálu“. Tyto rámce jsou pak modulovány pomocí modulace osm až čtrnáct (EFM), kde je každé 8bitové slovo nahrazeno odpovídajícím 14bitovým slovem určeným ke snížení počtu přechodů mezi 0 a 1. Tím se sníží hustota fyzických jam na disku a poskytuje další stupeň tolerance chyb. Tři „slučovací“ bity jsou přidány před každé 14bitové slovo pro disambiguation a synchronizaci. Celkem je zde 33 × (14 + 3) = 561 bitů. 27bitové slovo (24bitový vzor plus 3 slučovací bity) je přidáno na začátek každého rámce, aby pomohlo se synchronizací, takže čtecí zařízení může snadno vyhledávat rámce. Tím skončí rámec obsahující 588 bitů „kanálových dat“ (které jsou dekódovány pouze na 192bitovou hudbu).

Rámce dat kanálu jsou nakonec zapsány na disk fyzicky ve formě jam a pozemků , přičemž každá jáma nebo země představuje řadu nul a body přechodu-okraj každé jámy-představují 1. Kompatibilní s červenou knihou CD-R má skvrny ve tvaru jámy a půdy na vrstvě organického barviva místo skutečných jam a ploch; laser vytváří skvrny změnou reflexních vlastností barviva.

Kvůli slabší struktuře sektoru korekce chyb používané na audio CD a video CD ( režim 2 forma 2 ) než na datových discích ( režim 1 nebo režim 2 forma 1 ) nejsou chyby C2 opravitelné a znamenají ztrátu dat. I při neopravitelných chybách interpoluje přehrávač kompaktních disků ztrátu dat s cílem učinit poškození neúnosným.

Datová struktura

Některé z viditelných funkcí zvukového disku CD, včetně úvodní části, programové oblasti a výstupní linky. Mikroskopická spirála digitální informace začíná poblíž středu disku a postupuje směrem k okraji.

Datový tok zvukových dat na zvukovém disku CD je souvislý, ale má tři části. Hlavní část, která je dále rozdělena na přehrávatelné zvukové stopy, je programová oblast . Této sekci předchází zaváděcí stopa a za ní následuje zaváděcí stopa. Stopy zavádění a zavádění kódují pouze tichý zvuk, ale všechny tři sekce obsahují datové toky subkódů .

Subkód zavádění obsahuje opakované kopie Obsahu disku (TOC) disku, který poskytuje rejstřík počátečních poloh skladeb v programové oblasti a zavádění. Pozice skladeb jsou odkazovány absolutním časovým kódem , vztaženo na začátek programové oblasti, ve formátu MSF: minuty, sekundy a zlomkové sekundy nazývané rámce . Každý rámec časového kódu je jedna sedmdesát pětina sekundy a odpovídá bloku 98 rámců dat kanálu-v konečném důsledku bloku 588 párů levých a pravých zvukových vzorků. Časový kód obsažený v datech subkanálu umožňuje čtecímu zařízení vyhledat oblast disku, která odpovídá časovému kódu v TOC. TOC na discích je analogický s tabulkou oddílů na pevných discích . Nestandardní nebo poškozené záznamy TOC jsou zneužívány jako forma ochrany proti kopírování CD/DVD , např. Ve schématu key2Audio .

stopy

Největší entita na disku CD se nazývá stopa. Disk CD může obsahovat až 99 skladeb (včetně datové stopy u disků se smíšeným režimem ). Každá skladba může mít až 100 indexů, ačkoli hráči, kteří tuto funkci ovládají, jsou vzácní. Drtivá většina skladeb je zaznamenána pod indexem 1, přičemž pre-gap je index 0. Někdy jsou skryté stopy umístěny na konec poslední stopy disku, často pomocí indexu 2 nebo 3. To je také případ některých disky nabízející „101 zvukových efektů“, přičemž 100 a 101 jsou indexovány jako dvě a tři na stopě 99. Rejstřík, je -li použit, je občas zařazen do seznamu skladeb jako desetinná část čísla stopy, například 99,2 nebo 99,3. ( Informační společnost ‚s Hack byl jedním z mála CD verzí, jak toho dosáhnout, po propuštění se stejně nesrozumitelným CD + G funkce.) Skladba a index struktura CD byly převedeny do formátu DVD jako hlav a kapitol, resp.

Stopy jsou zase rozděleny do rámců časových kódů (nebo sektorů), které jsou dále rozděleny do rámců kanálových dat.

Rámečky a rámečky časových kódů

Nejmenší entitou na disku CD je datový rámec kanálu , který se skládá z 33 bajtů a obsahuje šest úplných 16bitových stereofonních vzorků: 24 bajtů pro zvuk (dva bajty × dva kanály × šest vzorků = 24 bajtů), osm chyb CIRC -bajty opravy a jeden bajt subkódu . Jak je popsáno v části „Kódování dat“, po modulaci EFM je počet bitů v rámci celkem 588.

Na zvukovém disku CD Red Book jsou data adresována pomocí schématu MSF s časovými kódy vyjádřenými v minutách, sekundách a dalším typem rámců (mm: ss: ff), kde jeden snímek odpovídá 1/75 sekundy zvuku: 588 páry levého a pravého vzorku. Tento rámec časového kódu je odlišný od 33bajtového rámce dat kanálů popsaného výše a používá se pro zobrazení času a umístění čtecího laseru. Při úpravách a extrahování zvuku z disku CD je tento časový rámec nejmenším adresovatelným časovým intervalem pro zvukový disk CD; hranice stopy se tedy vyskytují pouze na těchto hranicích rámců. Každá z těchto struktur obsahuje 98 kanálových datových rámců, celkem 98 × 24 = 2 352 bytů hudby. CD se přehrává rychlostí 75 snímků (nebo sektorů) za sekundu, tedy 44 100 vzorků nebo 176 400 bajtů za sekundu.

V devadesátých letech zavedla technologie CD-ROM a související technologie digitální zvukové extrakce (DAE) termín sektor pro označení každého časového rámce, přičemž každý sektor byl identifikován sekvenčním celočíselným číslem začínajícím na nule a se stopami zarovnanými na hranicích sektorů. Sektor zvukového disku CD odpovídá 2 352 bytům dekódovaných dat. Red Book se nevztahuje na sektory, ani rozlišit příslušné části datového toku na disku s výjimkou „rámy“ v režimu MSF adresování.

Následující tabulka ukazuje vztah mezi stopami, rámci časového kódu (sektory) a rámci dat kanálu:

Úroveň stopy Track N
Rámeček časového kódu nebo úroveň sektoru Rámeček časového kódu nebo sektor 1 (2 352 b dat) Rámeček časového kódu nebo sektor 2 (2 352 b dat) ...
Úroveň rámce dat kanálu Datový rámec kanálu 1 (24 b dat) ... Datový rámec kanálu 98 (24 b dat) ... ...

Přenosová rychlost

Přenosová rychlost zvuku pro audio CD Red Book je 1 411 200 bitů za sekundu (1411 kbit/s) nebo 176 400 bytů za sekundu ; 2 kanály × 44 100 vzorků za sekundu na kanál × 16 bitů na vzorek. Zvuková data přicházející z disku CD jsou obsažena v sektorech, každý sektor má 2 352 bajtů a 75 sektorů obsahuje 1 sekundu zvuku. Pro srovnání je bitová rychlost „1 ד disku CD-ROM definována jako 2 048 bajtů na sektor × 75 sektorů za sekundu = 153 600 bajtů za sekundu. Zbývajících 304 bajtů v sektoru je použito na dodatečnou opravu chyb dat.

Přístup k datům z počítačů

Na rozdíl od disku DVD nebo CD-ROM neexistují na zvukovém disku CD Red Book žádné „ soubory “ ; existuje pouze jeden souvislý tok zvukových dat LPCM a paralelní, menší sada 8 datových toků subkódů . Počítačové operační systémy však mohou poskytovat přístup ke zvukovému disku CD, jako by obsahoval soubory. Například Windows představuje obsah disku CD jako sadu souborů CDA ( Compact Disc Audio Track ), přičemž každý soubor obsahuje informace o indexování, nikoli zvuková data. Naproti tomu Finder v systému macOS prezentuje obsah disku CD jako skutečnou sadu souborů s rozšířením AIFF , které lze kopírovat přímo, náhodně a jednotlivě podle stopy, jako by se jednalo o skutečné soubory, ve skutečnosti systém macOS provádí vlastní needed-ripy na pozadí zcela transparentní pro uživatele. Zkopírované stopy lze plně přehrávat a upravovat na počítači uživatelů.

V procesu zvaném kopírování lze software pro extrakci digitálního zvuku použít ke čtení zvukových dat CD-DA a jejich ukládání do souborů. Mezi běžné formáty zvukových souborů pro tento účel patří WAV a AIFF, které jednoduše předmlouvají data LPCM krátkou hlavičkou ; FLAC , ALAC a Windows Media Audio Lossless , které komprimují data LPCM způsoby, které šetří místo, a přesto umožňují jejich obnovení beze změn; a různé ztrátové , percepční kódovací formáty jako MP3 , AAC , Opus , které upravují a komprimují zvuková data způsoby, které nevratně mění zvuk, ale využívají rysy lidského sluchu, aby změny bylo obtížné rozeznat.

Variace formátu

Vydavatelé nahrávek vytvořili disky CD, které porušují standard Red Book . Někteří to dělají za účelem prevence kopírování pomocí systémů jako je Copy Control . Někteří tak činí pro další funkce, jako je DualDisc , který zahrnuje vrstvu CD i vrstvu DVD, přičemž vrstva CD je mnohem tenčí, 0,9 mm, než vyžaduje červená kniha , která stanoví nominální 1,2 mm, ale nejméně 1,1 mm . Společnost Philips a mnoho dalších společností uvedlo, že zahrnutí loga Compact Disc Digital Audio na tyto nevyhovující disky může představovat porušení ochranné známky.

Super Audio CD byl standard vydaný v roce 1999, jehož cílem bylo poskytnout lepší kvalitu zvuku na discích CD. DVD Audio se objevilo přibližně ve stejnou dobu. Formát byl navržen tak, aby obsahoval zvuk s vyšší věrností. Používá vyšší vzorkovací frekvenci a používá 650 nm lasery. Žádný formát nebyl široce přijímán.

Problémy s autorskými právy

Nahrávací průmysl učinil kroky, aby zvukové disky CD (Compact Disc Digital Audio) nebylo možné přehrávat na jednotkách CD-ROM v počítači , aby se zabránilo kopírování hudby. To se provádí záměrným zaváděním chyb na disk, které mohou integrované obvody na většině samostatných zvukových přehrávačů automaticky kompenzovat, což však může zaměňovat jednotky CD-ROM. Obhájci práv spotřebitelů v říjnu 2001 prosadili, aby na kompaktních discích, které neodpovídají oficiálnímu standardu Compact Disc Digital Audio (často označovanému jako červená kniha ), požadovali výstražné štítky, které by spotřebitele informovaly, které disky neumožňují úplné spravedlivé využívání jejich obsahu.

V roce 2005 byla společnost Sony BMG Music Entertainment kritizována, když mechanismus ochrany proti kopírování známý jako Extended Copy Protection (XCP) použitý na některých jejich zvukových discích CD automaticky a tajně nainstaloval do počítačů software pro ochranu proti kopírování (viz skandál rootkitů ochrany proti kopírování BMG společnosti Sony ). Takové disky nelze legálně nazývat CD nebo kompaktní disky, protože porušují standard Red Book upravující disky CD a Amazon.com je například popisuje jako „disky chráněné proti kopírování“, nikoli jako „kompaktní disky“ nebo „CD“.

Viz také

Reference

externí odkazy