CD-R диски, технология изнутри.
Основной идеей этой публикации явилось упорядочение и доступное изложение информации по CD-R технологии – именно в 1998 году CD рекордеры и CD-R диски стали активно входить в нашу жизнь (в первую очередь, за счет резкого понижения цен на носители и приводы); в том же 1998 году стали продаваться первые CD-RW диски.
Интересно, что на тот момент в книжных магазинах нельзя было найти ни одной книги на русском языке по CD-R технологии, публикации в Интернет были скудны и противоречивы (особенно в Рунет). Сложилась ситуация, когда технология уже довольно широко использовалась, а ее изученность была крайне низкой.
С тех пор многое изменилось: оснастить свой компьютер CD рекордером может практически каждый; изменились сами CD-R диски и рекордеры. Поэтому в 2001 году была опубликована вторая, исправленная и дополненная версия статьи «CD-R диски, основы технологии». Но по сию пору информационная ситуация в этой области не претерпела существенных изменений – полки магазинов отнюдь не изобилуют литературой, информация в Рунет стала еще более противоречивой – многих пользователей уже вряд ли удовлетворит уровень рассмотрения материала, который был принят в статье. Явно ощущается потребность понимания функционирования CD-R дисков (как основы CD-R технологии) уже на уровне четких параметров и измерений, требуется направленность описания внутрь, «в тело» диска, а не сравнительный анализ производителей и торговых марок, а также описание принципов в самом общем виде.
Предлагаемая вашему вниманию статья «CD-R диски, технология изнутри» состоит из двух частей: часть 1 – описание параметров и их стандартных значений, которыми определяется качество CD-R дисков; часть 2 – сравнительный анализ CD-R дисков, которые получили распространение в России, в том числе диски новых производителей: Уральский электронный завод (Екатеринбург, Россия), «Росток» (Киев, Украина).
ЧАСТЬ 1.
Как бы хорошо не был сделан CD или CD-R диск, ему присуще некоторое количество ошибок, которые неизбежно будут появляться в процессе считывания информации. Следовательно, если описать возможные ошибки, измерить их количественные значения, то судить о качестве дисков можно совершенно объективно.
В настоящее время используются две технологии изготовления компакт-дисков:
1. Литье под давлением или инжекционное литье (часто используется термин «replication» – «репликация»). изготовление cd происходит на специально оборудованной фабрике с использованием сложного и дорогостоящего (сотни тысяч USD) оборудования.
2. Запись лучом лазера или CD-R технология (часто используется термин «duplication» – «дубликация»). В простейшем случае, для того, чтобы сделать один или несколько компакт-дисков достаточно иметь персональный компьютер (ПК), оборудованный CD рекордером – устройством, которое сейчас можно купить менее чем за $100. При массовом тиражировании используются специальные устройства – дубликаторы компакт-дисков, обеспечивающие высокое качество и производительность.
Такой технологии изготовления дисков, как «штамповка» не существует – часто, но ошибочно употребляемый термин. Так же часто, (уже с точки зрения русской орфографии) встречается неверное написание слов «дупликация» и «дупликатор» – следует писать «дубликация» и «дубликатор».
В случае репликации, качество дисков определяется производителем, т.е. используемыми материалами и технологическим процессом фабрики, где диски изготавливаются. В случае дубликации сложнее, т.к. в этом случае качество дисков определяется на двух принципиально разных этапах: изготовление самого CD-R диска на фабрике (1), запись CD-R диска пользователем (2). Понятно, что если высококачественный CD-R диск записывается на неисправном оборудовании, то ожидать столь же высокого конечного качества не приходится. И наоборот: какое бы хорошее оборудование не использовалось при записи, для достижения хорошего конечного результата (как обязательное условие) требуется качественный CD-R.
Технология изготовления CD-R дисков некоторым образом напоминает технологию изготовления обычных CD, но налагает повышенные требования на точность оборудования и технологии; используются более дорогостоящие материалы. Запись CD-R – очень тонкий термодинамический процесс, который осуществляется внутри обычного на вид 5-дюймового устройства (рекордера) и происходит на активном (регистрирующем) слое CD-R диска.
Описание изготовления CD и процесса записи CD-R выходит за рамки настоящей статьи. Более подробную информацию по этой теме можно найти на www.media-r-us.com/technology или на веб-сайтах оригинальных производителей дисков и приводов.
Технология компакт-дисков (вне зависимости от метода их производства – инжекционное литье или запись лазером) использует базовую систему коррекции ошибок, которая называется «Перемежающийся код Рида-Соломона» (CIRC – Cross Interleaved Reed Solomon Code). Алгоритм CIRC реализован на программно-аппаратном уровне во всех устройствах, позволяющих читать компакт-диски: аудио плееры, видео плееры, компьютерные приводы CD-ROM, прочие встраиваемые приводы. При этом исполняет алгоритм коррекции специальный чип, а микропрограмма по которой он работает называется «firmware» и обычно записывается в ПЗУ или ППЗУ привода.
CIRC состоит из двух уровней коррекции ошибок: C1 и C2. На этих двух уровнях могут появляться ошибки, обозначаемые как E11, E21, E31, E12, E22, E32. CIRC использует два принципа обнаружения и коррекции этих ошибок: избыточность (redundancy) и перемежение (interleaving).
Избыточность составляет около 25% от полезной информации. Это значит, что для хранения, скажем, 4 Мб полезной информации используется около 5 Мб дискового пространства. Перемежение заключается в том, что логически единая информация делится на блоки и располагаются не подряд, а на относительно большой площади компакт-диска. Так, например, один информационный блок (frame) из 24 байт физически хранится в 109 блоках.
Вышеуказанные меры по коррекции ошибок предпринимаются из-за того, что, как уже упоминалось, изготовить на 100% читаемый компакт-диск невозможно. Т.е. появление ошибок во время считывания данных с диска является нормальным явлением и учитывается технологией.
Ошибки первого уровня (Level 1).
Ошибки E11, E21 и E31 обнаруживаются на первом уровне коррекции, обозначаемом как C1. Появление E11 означает, что был обнаружен один неверно декодированный символ (байт) на уровне C1. Соответственно, появление ошибки E21 указывает на два неверных байта, а E31 на три байта. После обнаружения ошибки происходит ее коррекция. На уровне C1 возможно исправить ошибки E11 и E21. Ошибка E31 не может быть исправлена на C1 и передается для коррекции на второй уровень.
Таким образом, при обозначении ошибки используется индекс E (от «error» – «ошибка») и двухзначный индекс, где первая цифра обозначает количество неверно считанных символов, а вторая цифра указывает на тот уровень коррекции, на котором эта ошибка обнаруживается и корректируется.
Ошибки второго уровня (Level 2).
Ошибки E12, E22 и E32 обнаруживаются на втором уровне коррекции, обозначаемом как C2. Появление E12 означает, что был обнаружен один неверно декодированный символ (байт) на уровне C2. Соответственно, E22 указывает на два байта, E32 на три байта. Ошибки E12 и E22 могут быть скорректированы на C2. Ошибка E32 является фатальной и не может быть исправлена.
В настоящее время выпускается несколько моделей высококачественных CD-ROM приводов, использующих особо точный алгоритм обнаружения и коррекции ошибок, которые способны исправить (точнее сказать – маскировать) даже E32. Но ни один из таких приводов не может гарантировать 100% коррекцию всех обнаруженных ошибок E32. Поэтому вне зависимости от формата записи диска – будь то звук или данные, – а также не зависимо от технологии, по которой диск был изготовлен – литье под давлением или запись лазерным лучом – диски с ошибкой E32 считаются дефектными.
Дополнительные сложности наличие ошибки E32 вызывает в случае ее появления на мастер-дисках (оригиналах, которые присылаются на завод в качестве прототипа, с которого выполняется тираж). Во-первых, E32 приводит к невозможности точного считывания данных, что ставит под угрозу отбраковки весь тираж. Во-вторых, оборудование мастеринга, обнаружив E32 в процессе работы, может просто остановиться и весь процесс потребуется начинать заново, что приводит к увеличению расходов на изготовление матрицы (литьевой формы, с которой изготавливается тираж) и затягиванию сроков изготовления тиража в целом.