Технологии завтрошнего дня

В наши дни записывающие дисководы CD-ROM – стандартный элемент комплектации новых компьютеров, а все больше любителей звукозаписи покупают к своим стереосистемам отдельные устройства записи компакт-дисков. Менее чем за пять лет компакт-диски вытеснили магнитофонные кассеты с рынка аудиозаписей.

Из этой статьи вы узнаете, как песни и другую информацию записывают на пустые компакт-диски. Мы также расскажем вам о технологии перезаписываемых компакт-дисков, о том, как компонуются файлы данных и как с помощью устройства записи компакт-дисков самому записывать диски с музыкой.
Основные принципы работы компакт-диска. Выпуклости

Если вы читали статью о том, как работают компакт-диски, то, наверняка, уже знакомы с основной идеей, заложенной в эту технологию. В компакт-дисках музыкальные и другие файлы хранятся в цифровой форме, то есть, информация записывается на диске в виде серии единиц и нулей (подробности смотрите в статье о том, как действует цифровая запись). В обычных компакт-дисках этим единицам и нулям соответствуют миллионы крошечных выпуклостей и плоских участков на отражающей поверхности диска. Выпуклости и плоские участки формируют непрерывную дорожку шириной около 0,5 микрона и длиной 3,5 мили (5 километров).

Для считывания этой информации в проигрывателе компакт-дисков над дорожкой проходит луч лазера. Когда лазер проходит над плоским участком дорожки, луч отражается прямо в направлении датчика лазерной головки. Оборудование проигрывателя интерпретирует такой отклик как единицу. Когда луч проходит над выпуклостью, он отражается в сторону от оптического датчика. Такой отклик воспринимается как ноль.

Основные принципы работы компакт-диска. Форма дорожки

Выпуклости располагаются по спирали, начинающейся в центре диска. При считывании проигрыватель вращает диск, одновременно с этим лазерная головка перемещается в направлении от центра диска к его периферии. При постоянной скорости вращения выпуклости на периферии диска проходят мимо любой неподвижной точки с большей скоростью, чем выпуклости у центра. Чтобы выпуклости проходили возле лазерной головки с одинаковой скоростью, по мере удаления лазерной головки от центра диска скорость вращения диска должна уменьшаться.

Вот так в общих чертах работает проигрыватель компакт-дисков. Реализация этой идеи довольно сложная, поскольку запись и считывание спирали требует неимоверной точности, однако в основу работы устройства заложен очень простой процесс.

Считывание компакт-дисков

Вы уже знаете, что в обычных компакт-дисках цифровые данные хранятся в виде последовательности выпуклостей и плоских участков, формирующей длинную спиральную дорожку. В машине для изготовления компакт-дисков мощный лазер выжигает лунки для выпуклостей в фоторезисте, нанесенном на стеклянную пластину. С помощью специального процесса штамповки полученный рельеф впечатывается в акриловые диски. Затем диски покрывают алюминием (или другим металлом), чтобы образовалась пригодная для считывания отражающая поверхность. В завершение диск покрывают слоем прозрачного пластика, который защищает отражающий металл от трещин, царапин и мусора.

Как вы видите, это очень сложная, точная работа, состоящая из многих этапов и требующая использования нескольких разных материалов. Так же, как и другие очень сложные технологические процессы (такие как печать газет или сборка телевизоров), традиционная технология создания компакт-дисков непригодна для использования в домашних условиях. Ее могут применять только производители, изготовляющие сотни, тысячи или миллионы копий.

В итоге обычные компакт-диски, так же, как виниловые пластинки или обычные диски DVD, остались для рядового потребителя средствами хранения информации, на которых самому ничего нельзя было записать. Любители музыки, привыкшие к перезаписываемым магнитофонным кассетам, и пользователи компьютеров, сытые по горло ограниченным объемом памяти дискет, рассматривали такую особенность как один из главных недостатков технологии компакт-дисков. В начале 1990-х годов все больше потребителей и профессионалов искали пути создания собственных цифровых записей с качеством звучания, сравнимым со звучанием компакт-диска.

Запись компакт-дисков

В ответ на возникшую потребность производители электроники разработали альтернативный тип компакт-дисков, на которые информация записывалась в несколько несложных этапов. В таких записываемых дисках, или CD-R, вообще нет чередования выпуклостей и плоских участков. Вместо этого они содержат гладкое металлическое покрытие с отражающей поверхностью, нанесенное поверх слоя светочувствительного красителя.

Когда на диске нет записи, краситель прозрачен: свет может проходить через него и отражаться поверхности металла. Однако если нагреть участок слоя красителя направленным светом определенной частоты и интенсивности, краситель становится светонепроницаемым: он темнеет до такой степени, что не пропускает свет.

Избирательно затемняя определенные участки, располагающиеся вдоль дорожки компакт-диска и оставляя другие участки красителя прозрачными, можно создать цифровую последовательность, которая считывается стандартным устройством воспроизведения компакт-дисков. Свет луча лазера отражается обратно к датчику только тогда, когда в месте его попадания краситель оставлен прозрачным, точно так же, как отражается луч от плоских участков обычного компакт-диска. Таким образом, хотя диск CD-R не содержит впрессованных в него выступов, он реагирует на луч лазера точно так же, как стандартный диск.

Запись компакт-дисков. Лазерная головка

В предыдущем разделе говорилось о том, что в устройствах записи путем создания на диске CD-R микроскопических непрозрачных участков записывается цифровая последовательность прозрачных и непрозрачных участков, информация с которой может читаться стандартным проигрывателем компакт-дисков. Поскольку данные нужно кодировать в виде таких очень малых участков, система записи должна быть очень точной. Однако основной процесс проходит довольно просто.

В устройстве записи компакт-дисков имеется подвижная лазерная головка, точно такая же, как в обычном проигрывателе компакт-дисков. Однако помимо стандартного "считывающего лазера" в головке имеется "записывающий лазер". Записывающий лазер мощнее считывающего, поэтому он взаимодействует с диском по-другому: его излучение не просто отражается, а изменяет свойства светочувствительной поверхности. Излучение считывающего лазера недостаточно интенсивное для того, чтобы вызвать потемнение материала красителя, поэтому при воспроизведении диска CD-R в дисководе записанная на этом диске информация не разрушается.

Запись компакт-дисков. Записывающий лазер

Записывающий лазер проходит точно по той же траектории, что и считывающий: Синхронно с вращением диска он движется от центра диска к его краю. В нижнем пластиковом слое имеются предварительно впрессованные канавки, направляющие лазер по требуемой траектории. Благодаря калибровке скорости вращения диска в зависимости от смещения лазерной головки, в записывающем устройстве лазерная головка движется вдоль дорожки с постоянной скоростью. Для записи данных схема записи просто включает и выключает записывающий лазер синхронно с появлением нулей и единиц. Чтобы записать 0, лазер делает материал непрозрачным, для записи 1 – оставляет его прозрачным.

Большинство устройств записи компакт-дисков могут осуществлять запись на разных скоростях. При скорости 1x компакт-диск вращается с той же скоростью, с какой он будет считываться в проигрывателе. Это значит, что для записи 60 минут музыки потребуется также приблизительно 60 минут. При скорости записи 2x запись 60 минут музыки займет приблизительно полчаса, и так далее. Для осуществления записи на более высокой скорости требуется наличие более совершенной системы управления лазером и большая скорость обмена информацией между компьютером и записывающим устройством. Кроме того, нужен пустой диск, допускающий запись на желаемой скорости.

Основное преимущество дисков CD-R в том, что они совместимы почти со всеми проигрывателями и дисководами компакт-дисков, которые сегодня являются наиболее распространенными медиаплеерами. Помимо того, что диски CD-R совместимы со многими типами устройств, они еще и сравнительно дешевы.

Главный их недостаток этого стандарта состоит в том, что диски нельзя использовать повторно. После осуществления цифровой записи данные невозможно стереть и перезаписать. В середине 1990-х годов производители электронной аппаратуры внедрили новый формат компакт-дисков, призванный решить эту проблему. В следующем разделе будут рассмотрены особенности перезаписываемых компакт-дисков, сокращенно называемых CD-RW, и их отличия от стандартных дисков CD-R.
Стирание компакт-дисков

В предыдущем разделе была рассмотрена наиболее распространенная технология записываемых дисков, CD-R. Такие диски способны хранить большое количество данных, совместимы с большинством проигрывателей компакт-дисков и довольно дешевы. Однако в отличие от дискет и многих других накопителей данных, на диске, который был однажды полностью записан, невозможно осуществить перезапись информации.

В стандарте дисков CD-RW идея записываемых компакт-дисков была усовершенствована. Добавилась функция стирания, благодаря которой на месте данных, которые больше не нужны, можно записывать новую информацию. В этих дисках используется технология изменения фазового состояния вещества. В дисках CD-RW в качестве материала с изменяемым фазовым состоянием применяют химическое соединение серебра, сурьмы, теллура и индия. Подобно любому другому материалу, это соединение может менять свое состояние под воздействием нагрева до определенной температуры. Когда его разогреть до температуры, выше температуры плавления (приблизительно 600 градусов по Цельсию), оно становится жидкостью, а при температуре кристаллизации (около 200 градусов по Цельсию) превращается в твердое вещество.

Материалы с фазовым превращением

В материалах с фазовым превращением такие сдвиги состояния можно осуществлять на ограниченном участке. Изменения сохраняются даже после охлаждения материала. Если нагреть активное покрытие диска CD-RW до температуры плавления и резко охладить, оно останется в аморфном, похожем на жидкое, состоянии даже при температуре ниже температуры кристаллизации. Чтобы материал с фазовым превращением кристаллизовался, нужно определенное время поддерживать его температуру на уровне температуры кристаллизации. Когда он превратится в твердое кристаллическое вещество, температуру понижают.

Кристаллическая форма используемого в дисках CD-RW вещества прозрачная, тогда как аморфная жидкая форма поглощает большую часть падающего света. В новом, чистом компакт-диске весь материал в зоне записи находится в кристаллической форме, свет проходит через этот слой, попадает на расположенное выше отражающее металлическое покрытие и отражается в сторону светочувствительного датчика. Для переноса информации на диск в записывающем устройстве компакт-дисков используется записывающий лазер, достаточно мощный для того, чтобы нагреть рабочее вещество до температуры плавления. Эти "расплавленные" пятна выполняют те же функции, что выпуклости в обычном компакт-диске или светонепроницаемые пятна в диске CD-R: задерживают луч "красного" лазера, вследствие чего этот луч не может отразиться от металлического покрытия. Каждый участок, не обеспечивающий отражения луча лазера, соответствует нулю цифрового кода. Каждый участок, на котором рабочее вещество находится в кристаллической форме, по-прежнему способен отражать свет и соответствует единице.

Стирающий лазер

Считывающий лазер, как и в случае использования дисков CD-R, обладает недостаточной мощностью, чтобы изменить состояние материала записывающего слоя – его мощность намного меньше, чем у записывающего. Мощность стирающего лазера занимает промежуточное положение. Она недостаточно большая, чтобы расплавить материал, но достаточная, чтобы нагреть его до точки кристаллизации. Поддерживая температуру кристаллизации выбранного участка материала записывающего слоя определенное время, стирающий лазер восстанавливает кристаллическое состояние, что приводит к стиранию записанных на диске нулей. Такая операция позволяет очистить диск и создает условия для повторной записи.

Диски CD-RW не отражают свет так хорошо, как компакт-диски более старого образца, поэтому не читаются большинством старых проигрывателей компакт-дисков и приводов CD-ROM. В некоторых современных приводах и проигрывателях, в том числе во всех устройствах с возможностью записи по стандарту CD-RW, считывающий лазер может подстраиваться для работы с компакт-дисками различных форматов. Однако поскольку диски CD-RW не читаются многими проигрывателями компакт-дисков, их лучше не использовать для записи музыкальных компакт-дисков. Чаще всего такие диски применяют для резервного хранения компьютерных файлов.

Как уже отмечалось, отражающие и неотражающие участки компакт-диска очень малы, кроме того, они очень быстро записываются и считываются движущимся лучом лазера. В такой системе очень высока вероятность ошибки записи и считывания данных. Ниже мы рассмотрим некоторые методы компенсации записывающими устройствами компакт-дисков различных проблем, которые могут возникать при переносе данных на диск.
Форматы компакт-дисков

В предыдущих разделах рассматривались основные идеи, заложенные в технологию изготовления компакт-дисков и устройств для их записи. Используя прецизионные лазеры или металлические пресс-формы, можно создавать комбинацию участков с высоким и низким коэффициентом отражения, соответствующих последовательности единиц и нулей. Система настолько проста, что с ее помощью можно кодировать практически любую цифровую информацию. В системе нет ограничений, не допускающих запись на диск тех или иных комбинаций знаков.

Однако для того, чтобы информацию смог прочесть другой привод для чтения компакт-дисков (или проигрыватель), ее нужно закодировать в понятной форме. Общепризнанная форма музыкальных компакт-дисков, закрепленная стандартом ISO 9660, послужила основой для создания других форматов компакт-дисков. Разработчики этого формата особое внимание уделили вопросу сведения к минимуму влияния ошибок данных.

Кодирование данных

Чтобы проигрыватель смог произвести считывание с компакт-диска, при изготовлении последнего следует учесть следующие важные аспекты:

• Дорожка компакт диска размечена разновидностью временного кода, по которому проигрыватель определяет, какая часть диска воспроизводится в любой момент времени. Также на диске записывается содержание, располагающееся в начале дорожки (центр диска), по которому проигрыватель может определить, в каком месте диска записаны искомые музыкальные записи (или файлы).

• Полезные данные чередуются на дорожке с символами-заполнителями, благодаря которым не создаются длинные последовательности единиц и нулей. В отсутствие частых переходов от единиц к нулям и наоборот могли бы образоваться большие участки, на которых не происходило бы изменение коэффициента отражения. Это может привести к тому, что считывающий лазер "теряет свое положение" на диске. Данные заполнителей делают на таких больших участках вставки с чередованием коэффициента отражения.

• Для распознавания и устранения ошибок вводятся дополнительные биты данных. Если считывающий лазер неправильно прочитает один бит, электронная схема плеера способна решить проблему, используя записанные на диске дополнительные данные.

• Записываемая информация не переносится на диск последовательно, а чередуется в заданном порядке. Это уменьшает риск потери больших блоков данных. Если из-за царапины или попадания мусора на диск часть дорожки нельзя будет считать, вместо повреждения целого блока информации произойдет потеря отдельных битов данных, относящихся к разным частям звуковой записи или файла. Поскольку нечитаемыми оказываются только небольшие участки каждого сегмента файла, проигрывателю компакт-дисков легче решить эту проблему или восстановить информацию с диска.

На практике информация на музыкальных дисках распределяется по очень сложной схеме. А для дисков CD-ROM, на которых записываются компьютерные файлы, а не звуковые дорожки, применяют даже более сложные системы коррекции возможных ошибок. Такой подход вызван тем, что ошибка в одном компьютерном файле может привести к неработоспособности целой программы, тогда как небольшая неисправленная ошибка, имеющаяся на музыкальном компакт-диске, может вызвать появление небольшого постороннего звука или кратковременного шума. Если вас интересуют различные методы размещения данных на компакт-дисках разных типов, рекомендуем почитать статью о записи и считывании данных на аудиодисках.

Чтобы записать информацию на записываемые диски некоторых типов, перед началом записи следует подготовить всю необходимую информацию. Такое ограничение тесно связано с исходным форматом компакт-диска и с физической конструкцией самого диска. Ведь на длинной дорожке диска образуется единая непрерывная вереница единиц и нулей, разделить ее на отдельные части трудно. В более новых форматах предусмотрена возможность записи "пакетами", причем после каждой сессии на диск записываются также таблица содержания и другие объединяющие структуры.

Устройства записи компакт-дисков представляют собой замечательные высокотехнологичные устройства, а наблюдение за скоординированной работой его элементов просто завораживает. Однако типичного пользователя компьютера интересуют прежде всего функциональные возможности этих устройств. В следующем разделе вы найдете информацию о том, как работать с этой технологией и делать собственные записи.
Как создать собственный компакт-диск. Программное обеспечение

Хотя на CD-R можно хранить все виды цифровой информации, в наше время наиболее часто такие диски используют для создания подборок музыкальных записей. Если вы новичок и не разбираетесь в вопросах записи дисков, это может показаться очень сложной задачей. Однако если есть необходимое программное обеспечение и вы знаете, что нужно делать, процедура оказывается очень простой.

Если устройство записи уже подключено, первым шагом в создании компакт-диска является загрузка нужного программного обеспечения. Программа управления музыкальными записями выполняет несколько функций:

• Преобразует музыкальные произведения в формат, требуемый для записи.
  
• Позволяет расположить произведения, выбранные для записи на диск, в нужном порядке.
  
• Управляет кодированием при записи на компакт-диск.

Большинство записывающих устройств сейчас комплектуются одной или несколькими программами работы с музыкой, однако такие программы можно также купить или загрузить через Интернет. Чтобы во время работы управлять различными элементами, могут понадобиться разные мультимедийные приложения, однако есть несколько хороших программ, которые могут самостоятельно выполнять все необходимые действия (смотрите ниже).

Как создать собственный компакт-диск. Музыка

Найдя все требуемые программы, можно заняться подбором музыки. Может оказаться, что вы захотите переписать музыку прямо с коллекции компакт-дисков. Для этого нужно скопировать содержимое компакт-диска на жесткий диск компьютера. Возможно, для этого понадобится специальная программа считывания. Чтобы скопировать определенный музыкальный фрагмент, вставьте компакт-диск во встроенный привод CD-ROM (либо даже в само записывающее устройство) и в программе считывания выберите нужный фрагмент. Программа считает музыку и переведет ее в пригодный для дальнейшего использования формат. Законом разрешено копировать принадлежащие вам музыкальные записи, при условии, что копии предназначаются для вашего личного пользования.

Кроме того, можно скачать файлы MP3 из Интернета. MP3 можно загрузить с сайтов, на которых продаются музыкальные записи, или скачать с помощью программ обмена файлами. Некоторые записи MP3 бесплатны и их можно вполне законно загружать и копировать на компакт-диск. Однако большинство – незаконные копии. Загружая и записывая их на диск, вы нарушаете закон.

Файлы MP3 являются уплотненными, для записи на компакт-диск их нужно развернуть (декодировать). Декодирование можно выполнить с помощью стандартных программ для работы с музыкой. Если под рукой нет нужной программы, некоторые из таких программ декодирования можно скачать из Интернета.

Собрав интересующие вас музыкальные произведения, можно подключить к работе программу для работы с музыкой и расположить их в требуемом порядке. Имейте в виду, что в вашем распоряжении имеется на диске только ограниченное пространство. Диски CD-R могут иметь разную емкость, которая измеряется как в мегабайтах, так и в минутах Современные диски CD-R рассчитаны на 74 минуты либо на 80 минут. Перед началом процесса записи следует проверить, не занимает ли собранная коллекция больше места, чем есть на диске.

Как создать собственный компакт-диск. Прожиг

Когда музыкальная коллекция полностью готова и сохранена, следует ввести чистый диск CD-R в устройство записи и в программе работы с музыкой выбрать функцию "Прожиг" или "Запись". При этом нужно обязательно выбрать режим "Музыкальный компакт-диск", а не "Компакт-диск с данными", поскольку при выборе второго варианта диск нельзя будет воспроизводить с помощью обычных проигрывателей компакт-дисков. Кроме того, нужно выбрать скорость, на которой нужно записывать диск. Как правило, если выбрать меньшую скорость, вероятность появления при записи серьезной ошибки будет ниже.

При прожиге компакт-диска может возникать множество различных проблем, поэтому не удивляйтесь, если некоторые диски не удастся нормально записать. Поскольку перезапись дисков CD-R невозможна, при каждой необратимой ошибке весь диск придется выбросить. Компьютерщики называют это "Сделать подставку для стакана", поскольку этим почти исчерпываются варианты использования испорченного диска.

Если при записи дисков проблемы возникают постоянно, причина может быть в неисправном приводе или в неполадках компьютерной программы работы с музыкой. Прежде чем нарекать на устройство записи, попробуйте использовать другие программы, чтобы посмотреть, не решит ли это вашу проблему.

Чтобы записать диск CD-ROM, нужно проделать такие же действия, но записать диск как диск с данными, а не музыкальный. Некоторые современные проигрыватели компакт-дисков и DVD могут читать непреобразованные файлы данных, поэтому, имея в своем распоряжении такую технику для воспроизведения, можно создавать диски CD-ROM с коллекциями музыки. Поскольку файлы MP3 сжаты, их на диске может уместиться намного больше и музыку с такого диска можно слушать намного дольше. Очевидный недостаток такого подхода состоит в том, что диски с файлами MP3 не будут распознаваться большинством проигрывателей компакт-дисков.

Устройства записи компакт-дисков открыли для рядового пользователя персонального компьютера совершенно новый мир. С их помощью можно записывать музыку, которую сможет воспроизводить почти любой проигрыватель, либо составлять диски CD-ROM с фотографиями, веб-страницами или фильмами. Располагая оборудованием с габаритами автомобильной магнитолы и ценой дешевого велосипеда, вы можете создать собственную компанию по производству мультимедийных компакт-дисков!
pcwork.ru