Извлечение цифрового звука

Подробности

Родительская категория: Устройства оптического хранения данных

Категория: Записывающие накопители на компакт-дисках

Практически все накопители CD-ROM могут воспроизводить CD-DA формата Red Book, но далеко не все из них могут читать диски этого типа. Разница, на первый взгляд, почти не заметна, но весьма существенна. Если вы увлекаетесь музыкой и намерены воспользоваться компьютером для создания собственной музыкальной коллекции, то наиболее важной функцией накопителя CD-ROM или DVD окажется возможность считывания оцифрованных звуковых данных. Благодаря этому можно достаточно легко сохранять, обрабатывать и копировать музыкальные записи.

Накопители CD-ROM, установленные в компьютере, могут использоваться и для воспроизведения музыкальных компакт-дисков. Порядок действий достаточно прост: вставьте CD-DA в накопитель и, используя соответствующее приложение для воспроизведения компакт-дисков (например, проигрыватель, входящий в состав Windows), обращайтесь с ним так, как со стандартным плеером. Во время воспроизведения диска аналоговый звуковой сигнал передается по тонкому стереофоническому кабелю (который обычно называется CD-кабелем) от накопителя CD-ROM к звуковой плате компьютера. Такой же сигнал подается на гнездо наушников, расположенное на передней панели накопителя или на звуковой плате. Аналоговый сигнал усиливается звуковой платой, после чего подается на колонки или наушники, которые могут быть подключены к накопителю или звуковой плате.

Чтобы переписать песню с компакт-диска на жесткий диск, когда-то было необходимо воспроизводить ее на обычной скорости, передавая сигнал на звуковую карту с помощью четырехжильного кабеля, соединяющего ее с приводом, и при этом использовать программу звукозаписи. К счастью, теперь все гораздо проще. Более современные модели приводов компакт-дисков поддерживают технологию, которая называется извлечением цифрового звука (Digital Audio Extraction — DAE). С ее помощью накопители считывают с компакт-диска секторы цифровых звуковых записей (объемом 2352 байт), и вместо преобразования их в аналоговый сигнал передают непосредственно на процессор компьютера через интерфейсный кабель (ATA, SATA, SCSI, USB или FireWire). При этом не происходит преобразования цифровых данных в аналоговый сигнал и обратно, и в результате получаются практически те же данные, которые были записаны на оригинальном компакт-диске (в пределах ограничений стандартов коррекции ошибок CD-DA). В сущности, происходит прямое копирование цифровых звуковых данных на жесткий диск компьютера.

Существует еще одна важная особенность процесса извлечения цифрового звука, состоящая в том, что скорость копирования данных может достигать полной скорости считывания накопителя (метод получил неофициальное название “ripping” — от слова “rip”, “нарезать”). Как вы помните, прослушивание музыкальных компакт-дисков происходит со скоростью 1х. В действительности далеко не все накопители могут извлекать цифровой звук (DAE) с полной номинальной скоростью. Обычно скорость этой операции находится в диапазоне от одной второй, до двух третьих номинальной скорости считывания. Например, для накопителя 40х скорость извлечения звуковых данных может достигать всего 28х. Но это все-таки лучше, чем скорость 1х при использовании накопителя, не поддерживающего DAE (не говоря уже о цифроаналоговом и обратном аналого-цифровом преобразованиях, которые приводят к потере информации).

Практически все наиболее современные накопители CD/DVD позволяют выполнять извлечение цифрового звука. Скорость и точность этой операции зависят от конкретной модели. Многие думают, что цифровая копия той или иной звуковой дорожки (песни) должна полностью совпадать с оригиналом, но так бывает далеко не всегда. Формат CD-DA предназначен не для передачи данных со стопроцентной точностью, а, в первую очередь, для воспроизведения музыки. При появлении ошибок, выходящих за пределы возможностей перемежающегося кода Рида–Соломона (CIRC), используемого в формате CD-DA, встроенные программы накопителя интерполируют (т.е. оценивают) отсутствующие данные. Кроме того, погрешности генератора тактовых импульсов могут привести к проблемам, связанным с синхронизацией считывания кадров сектора (т.е. к неустойчивой синхронизации). Могут также возникать различные неприятности, связанные с несовместимостью внутреннего программного обеспечения накопителя (встроенных программ) и используемых драйверов.

Формат CD-DA разрабатывался не для считывания отдельных секторов, а для работы с непрерывным потоком данных (для их воспроизведения). Секторы CD-ROM содержат 2352 байт, которые включают в себя 2048 байт данных плюс 304 байт синхронизации, заголовка и дополнительного кода коррекции ошибок (ЕСС), которые используются для управления позиционированием и безошибочного считывания. В звуковых секторах данные синхронизации, заголовка или ЕСС отсутствуют; вместо этого все 2352 байт используются для хранения исключительно звуковых данных. Для адресации звукового сектора используются данные подкода Q (о подкодах мы говорили в начале главы). Точность позиционирования большинства стереосистем при использовании подкодовой информации достигает 75 секторов (1 секунда). Накопители CD-ROM, поддерживающие извлечение оцифрованного звука, имеют более высокую точность. Для записи звуковых данных используется перекрестноперемежающийся метод, поэтому накопитель должен постоянно выполнять точное позиционирование звукового сектора, с которого начинается дорожка.

Все это приводит к появлению несоответствий или отличий между разными извлечениями одной и той же звуковой дорожки (песни). Возможны, конечно, и абсолютно точные цифровые копии, но достичь этого совершенства невероятно трудно. Например, пыль или царапины на поверхности диска могут ощутимо сказаться на качестве цифровой копии. Чтобы проверить возможности накопителя, попробуйте несколько раз выполнить извлечение одной и той же дорожки, используя новый, идеально чистый компакт-диск и сохраняя полученные цифровые копии под разными именами. После этого воспользуйтесь командной строкой и введите команду FC (это программа сравнения файлов), что позволит сравнить созданные копии. Если эти файлы точно соответствуют друг другу, значит, существующее сочетание аппаратных средств и программного обеспечения позволяет создавать совершенные или почти совершенные цифровые копии.

Если вы намерены серьезно заниматься извлечением звука, обратите внимание на то, какое аппаратное и программное обеспечение используется для создания цифровых копий. На сайтах Tom's Hardware (www.tomshardware.com) и Anandtech (www.anandtech.com) можно найти тесты производительности и качества извлечения звука для различных устройств DVD (и CD).

Подводя итоги, повторим, что технология DAE (Digital Audio Extraction) предоставляет возможность извлекать звуковые дорожки данных, сохраняя их на жестком диске в виде файлов с расширением .WAV. Созданные файлы .WAV можно воспроизводить “как есть” или преобразовывать в файлы другого, более сжатого формата, например .MP3 (MPEG-1/2, уровень III), для дальнейшего использования с проигрывателями MP3.

---

Примечание!

Частота дискретизации извлеченных файлов WAV равна 44,1 кГц, что соответствует частоте, используемой при записи компакт-дисков. Это составляет 176400 байт/с, т.е. одна минута музыки занимает почти 10,6 Мбайт рабочего пространства жесткого диска. Формат сжатия MP3 позволяет уменьшить размер файлов в шесть и более раз без ощутимой потери качества записи.

---

Накопители CD-R/RW, поддерживающие извлечение цифровых звуковых записей, могут быть использованы как для создания копии музыкального компакт-диска, так и для выборочной записи песен, что позволяет собрать собственную коллекцию лучших хитов, которую можно записать на собственный компакт-диск.

Кодирование данных на диске

Подробности

Родительская категория: Устройства оптического хранения данных

Категория: Оптические технологии на основе компакт-дисков

Теперь разберемся в завершающей части процесса записи данных на компакт-диск. После того как все 98 блоков скомпонованы в один сектор (звуковой или сектор данных), начинается заключительный процесс кодирования информации, получивший название EFMмодуляция, т.е. процесс преобразования каждого байта (8 бит) в 14-разрядное значение. Эти 14-разрядные коды преобразования разработаны таким образом, что не могут содержать менее двух и более 10 смежных битов, имеющих нулевое значение (0). Эта форма кодирования с ограничением длины поля записи (Run Length Limited — RLL) получила название RLL 2,10 (в общем виде — RLL x,y, где x — минимальное, а y — максимальное значение поля нулевых битов). Такая схема позволяет избежать появления длинных строк нулевых битов (нулей), которые могут быть считаны неправильно, а также ограничить минимальную и максимальную частоты переходов, существующих на носителе. С учетом того, что единичные биты (1) в записи должны быть отделены друг от друга не менее чем двумя и не более чем десятью нулями (нулевыми битами), минимальным расстоянием между единицами являются три временных интервала (обозначаемые обычно как 3Т), а максимальным — 11 временных интервалов (11T).

Некоторые коды EFM начинаются и заканчиваются единицей (1) или более чем пятью нулями (0), поэтому после каждого 14-разрядного значения EFM, записанного на диске, добавлены три дополнительных бита, называемые объединяющими битами (merge bits). Обычно объединяющие биты являются нулями (0), но могут в случае необходимости содержать и единицы (1), используемые для разбиения длинной строки смежных нулей (0), образованной соседними 14-разрядными значениями EFM. В дополнение к образованному 17-разрядному значению (EFM плюс объединяющие биты) к началу каждого блока добавляется 24-разрядное число синхронизации (плюс еще три объединяющих бита). В общей сложности в каждом блоке диска содержится 588 бит (73,5 байт). С учетом того, что в каждом секторе расположено 98 блоков, получаем, что в нем содержится 7203 байт. Таким образом, 80-минутный диск содержит примерно 2,6 Гбайт фактически записываемых данных. После декодирования и удаления кодов коррекции ошибок и другой информации остается примерно 737 Мбайт (703 мебибайт) реально используемого пространства диска.

Основные параметры EFM-кодированных блоков и секторов приведены в таблице нижн.

Чтобы лучше во всем этом разобраться, обратите внимание на следующую таблицу, в которой приведены способы представления данных после их записи на компакт-диск. В качестве примера взяты символы “N” и “O”.

На рисунке ниже представлены эти символы после записи на компакт-диск.

Границы впадин преобразуются в двоичные биты, значение которых представлено единицей (1). Первичный 8-разрядный код каждого символа преобразован в 14-разрядный, и каждый 14-разрядный код EFM отделен от последующего тремя объединяющими битами (в этом примере — все нули). Длины впадин, показанных на рисунке, равны соответственно 4T (четыре перехода), 8T и 4T. Строка нулей (0) и единиц (1) в верхней части рисунка указывает, как будет выполняться чтение данных. При этом обратите внимание, что единица (1) считывается при переходе “впадина–площадка”. Следует заметить, что приведенный рисунок выполнен в относительном масштабе, т.е. длина и ширина впадин пропорциональны друг другу. Если на поверхность компакт-диска посмотреть через микроскоп, то слово “NO”, записанное на диске, будет выглядеть примерно так, как на предыдущем рисунке.

Диски CD-R/RW ‘‘For Music Use Only’’

Подробности

Родительская категория: Устройства оптического хранения данных

Категория: Записывающие накопители на компакт-дисках

В соответствии с положениями акта AHRA (Audio Home Recording Act — Акт о домашней звукозаписи) 1992 года потребительские накопители записываемых дисков и носители, предназначенные непосредственно для записи музыки, должны иметь определенную защиту от копирования дисков, главным образом SCMS. Это означает, что записывающие устройства могут создавать цифровые копии только оригинальных дисков. Можно скопировать и ранее созданную копию, но в этом случае записываемые данные будут преобразованы из цифровой формы в аналоговую и обратно в цифровую, что приведет к определенной потере качества.

В этих устройствах должны использоваться строго определенные носители. Они работают только со специальными дисками, имеющими отметку “For Music Use” или “For Consumer” (“Только для музыки” или “Для потребителя”). На верхней части такого диска находится хорошо всем известный стандартный логотип Compact Disk Digital Audio Recordable, ниже которого расположена дополнительная строка “For Consumer”. Особенностью таких дисков является специальная дорожка, предварительно записанная на диске, которая распознается потребительским звукозаписывающим устройством. В стоимость AHRA-совместимых носителей также входит определенная часть авторского гонорара, защищаемого этой дорожкой. Носители такого типа стоят примерно в шесть раз дороже, чем обычные диски CD-R/RW. Следует заметить, что стандартные AHRA-несовместимые диски CD-R/RW не распознаются накопителем. Кроме того, эти записывающие устройства не позволяют копировать диски CD-ROM или диски данных.

Сразу отмечу, что все это не относится к накопителям CD-R/RW, установленным в компьютерных системах. Для ПК не обязательно использование AHRA-совместимых устройств или специальных дисков с пометкой “For Music Use” для копирования или записи музыкальных дисков. Кроме того, можно создавать цифровые копии ранее сделанных копий — SCMS тоже не работает. Подводя итог, напомним, что не следует приобретать AHRA-совместимые диски для накопителя CD-R/RW, установленного в вашем компьютере. Если вы все-таки приобрели такие диски, то, несмотря на отметку “For Music Use Only”, они могут использоваться в накопителях CD-R/RW, как обычные диски CD-R/RW, применяемые для создания музыкальных записей и хранения данных. Дополнительная информация, определяющая AHRA-совместимость, попросту игнорируется.

Уход за оптическими носителями

Подробности

Родительская категория: Устройства оптического хранения данных

Категория: Оптические технологии на основе компакт-дисков

Некоторые пользователи считают, что диски и приводы CD-ROM так же устойчивы к повреждениям, как магнитные накопители. На самом деле современный компакт-диск гораздо менее надежен, чем современный жесткий диск. Этот недостаток присущ всем переносным накопителям, и CD-ROM/DVD-ROM не является исключением.

Чаще всего проблемы, связанные с дисками и приводами CD-ROM, бывают вызваны царапинами и загрязнением. Небольшие царапины и отпечатки пальцев на нижней стороне компакт-диска, возможно, не принесут серьезного вреда, поскольку лазер фокусируется на точке внутри диска, но грязь и глубокие царапины могут вызвать проблемы (диск может просто не читаться).

Для очистки диска от пыли и других загрязнений необходимо использовать очень мягкую ткань, чтобы не поцарапать его. Лучше всего протирать компакт-диск от центра к краям, так как царапины, перпендикулярные дорожкам, наносят меньше вреда. Большинство средств для мытья окон идеально подходят для удаления грязи и отпечатков пальцев с диска и не повреждают пластик. Даже глубокие царапины чаще всего можно отполировать.

Рекомендую использовать очистители для пластика, которые продаются в магазинах автозапчастей и предназначены для очистки наборов пластиковых инструментов и линз задних фар. Этот тип очистителей, или полировщиков, имеет очень мягкий абразив и хорошо полирует пластиковую поверхность. Обычные очистители рассчитаны на устранение более глубоких царапин, а полировщики применяются после очистителя и могут устранить только совсем неглубокие царапины. Поэтому обычные очистители и полировщики не подходят для очистки компакт-дисков.

Большинство пользователей достаточно осторожно относятся к нижней части диска, поскольку лазер считывает данные именно оттуда. Но не забывайте о том, что верхняя часть более уязвима! Это связано с тем, что она покрыта слоем лака, толщина которого достигает всего 6–7 микрон (0,24–0,28 тысячных дюйма). Шариковая ручка, например, может продавить лаковое покрытие и повредить нижележащий отражающий слой, что приведет к повреждению диска. Не забывайте также о том, что некоторые маркеры содержат растворитель, который может проесть лаковый слой. Поэтому используйте только фломастеры, имеющие специальные чернила, или маркеры Sharpie и Staedtler Lumocolor, которые предназначены непосредственно для выполнения записей на компакт-дисках. В любом случае не забывайте о том, что царапины или вдавливания на верхней части диска более опасны, чем на нижней.

Ошибки чтения также могут возникать, если засорилась линза накопителя CD-ROM. Можно попробовать очистить накопитель потоком воздуха или использовать специальное средство для очистки, которое можно купить в специализированных магазинах.

Иногда слишком малый объем данных на диске тоже может вызвать проблемы. Это связано с тем, что некоторые старые накопители используют произвольную точку на поверхности диска для настройки механизма чтения: если в этой точке не окажется данных, механизм не будет настроен. К счастью, данная проблема обычно решается с помощью программноаппаратных средств или модернизации накопителя.

Если возникают проблемы при считывании данных с носителя на старом устройстве, а программные обновления для него уже не выпускаются, подумайте о модернизации привода. В наше время, когда высокоскоростные приводы CD/DVD с возможностью записи по стоимости не превышают полусотни долларов, не имеет смысла тратить время на поиск решения проблем совместимости со старым устройством. В любом случае замена устройства новым обойдется дешевле, чем ремонт.

Если проблемы возникают только при работе с дисками конкретного типа или производителя, возможно, выбор торговой марки был не очень удачным. Посмотрите в документации или на сайте изготовителя привода, какие типы и марки дисков он рекомендует.

Когда проблемы возникают только при воспроизведении данных с конкретного диска, их причиной, вероятно, является не накопитель, а некачественный диск. Чтобы узнать, насколько справедливо это предположение, замените диск и посмотрите, возникнут ли какие-нибудь проблемы в этом случае.