Устройства оптического хранения данных

Обработка ошибок чтения

При разработке стандарта компакт-дисков Red Book основное внимание было уделено обработке ошибок. Для уменьшения влияния возможных ошибок в компакт-дисках используются методы контроля четности и чередования, получившие название перемежающего кода Рида–Соломона (CIRC). Эта технология работает на уровне блоков (кадров). При сохранении информации 24 байт данных каждого блока сначала обрабатываются шифратором Рида– Соломона, создающим 4-байтовый код контроля четности (так называемый Q-контроль четности), который добавляется к исходным 24 байт данных. Полученные в результате этой операции 28 байт передаются второму шифратору, использующему другую схему, который, в свою очередь, создает дополнительный 4-байтовый код контроля четности (Р-контроль четности). Этот код добавляется к 28 байт, полученным при предыдущем кодировании, что составляет 32 байт (24 исходных байта данных плюс байты Q- и P-контроля четности). Затем вводится дополнительный подкодовый байт данных (информация о дорожке), в результате чего получается 33 байт для каждого блока. Следует отметить, что байты P- и Q-контроля четности не имеют никакого отношения к ранее упомянутым подкодам P и Q.

Для того чтобы минимизировать влияние царапин или физических дефектов, которые могут привести к повреждению смежных блоков, непосредственно перед записью блоков проводится несколько операций чередования. С помощью линий задержки осуществляется перекрестное чередование 109 блоков, т.е. эти блоки располагаются в различных кадрах и секторах. Такой подход снижает вероятность воздействия царапин и дефектов на смежные данные, так как запись данных осуществляется, по сути, непоследовательно.

Схема CIRC, используемая в музыкальных компакт-дисках и дисках данных CD-ROM, позволяет исправлять ошибки длиной до 3874 бит, что составляет 2,6 мм длины дорожки. Кроме того, с помощью метода интерполяции можно исправлять ошибки длиной до 13282 бит (или 8,9 мм по длине дорожки). Интерполяция представляет собой процесс приблизительного вычисления или усреднения данных, позволяющий восстановить отсутствующие данные. Этот метод, конечно, не годится для компьютерных дисков CD-ROM, поэтому он применяется только в музыкальных компакт-дисках. Стандарт компакт-дисков Red Book определяет частоту блоков с ошибками (BLER) как отношение количества блоков с какими-либо ошибками (98 блоков в каждом секторе) ко времени их считывания, выраженному в секундах. Необходимо, чтобы полученное значение не превышало 220. Если это условие соблюдается, то компакт-диск, содержащий до 3% блоков с ошибками, все еще будет работоспособен.

Для музыкальных проигрывателей компакт-дисков и накопителей CD-ROM характерно наличие дополнительного уровня обнаружения ошибок и схемы коррекции. Музыкальные проигрыватели преобразуют цифровые данные, хранящиеся на компакт-диске, в аналоговые сигналы, обрабатываемые стереофоническим усилителем. При использовании этой схемы некоторая неточность воспроизведения данных вполне допустима, так как человеческое ухо просто не в состоянии это услышать. В свою очередь, накопители CD-ROM не могут допустить какую-либо ошибку, так как каждый бит данных должен считываться предельно точно. Поэтому CD-ROM, наряду с основными данными, содержат большой объем дополнительной информации ЕСС. Код коррекции ошибок (ЕСС) позволяет выявлять и исправлять большинство мелких ошибок, повышая тем самым надежность и точность обработки данных до приемлемого уровня.

При воспроизведении музыкального компакт-диска отсутствующие данные могут быть интерполированы, т.е. существует определенный шаблон данных, позволяющий “угадать” отсутствующие значения. Например, если три значения данных музыкального компактдиска выражены серией последовательных чисел 10, 13 и 20, а среднее значение из-за повреждения или загрязнения поверхности диска пропущено, то его можно с достаточной степенью точности определить как 15, т.е. среднее арифметическое чисел 10 и 20. Хотя значение восстановлено неточно, слушатель может не заметить этой погрешности при воспроизведении звуковой записи. Если же аналогичные значения будут на CD-ROM в исполняемой программе, то определить правильное значение средней выборки просто невозможно. Метод интерполяции здесь не применим, так как команды или данные исполняемой программы должны быть безошибочными; в противном случае произойдет повреждение приложения или неверное считывание данных, необходимых для выполнения вычислений. Использовать ранее описанный метод при считывании исполняемой программы с CD-ROM практически невозможно.

Наряду с основными данными, CD-ROM содержит дополнительную информацию, введенную в каждый сектор и применяемую для выявления и исправления ошибок, а также для более точного определения секторов данных. Для этого из 2352 байт каждого сектора, используемых первоначально для хранения звуковых данных, 304 байт применяются для синхронизации (синхронизирующие биты), идентификации (биты идентификации), кода коррекции ошибок (ЕСС), обнаружения и исправления ошибок (EDC). Фактически в каждом секторе остается 2048 байт пользовательских данных. За одну секунду на стандартном устройстве (1х) считывается 75 секторов, поэтому базовая скорость считывания данных с CD-ROM достигает 2048 × 75 = 153600 байт/с, что составляет 153,6 Кбайт/с, или 150 Кибайт/с.


Примечание!

Некоторые схемы защиты от копирования, которые используются в музыкальных компакт-дисках, смешиваются со звуковыми данными и перемежающимся кодом Рида-Соломона (CIRC) таким образом, что информация, записанная на оригинальном диске, воспроизводятся корректно, а проигрывание копий звуковых файлов или всего диска сопровождается шумом и различными помехами. Более подробно о защите от копирования звуковых компакт-дисков и дисков данных, а также о том, где можно найти программное обеспечение, позволяющее обойти эту защиту, речь идет далее.

Яндекс.Метрика