Компакт-диск. Визначення, особливості, види

Технології 03 липня 2022 Перегляди: 84

Компакт-диск — це цифровий оптичний диск для зберігання даних у форматі, розробленому спільними зусиллями компаній «Філіпс» і «Соні», який випустили 1982 року. Він спочатку був розроблений для зберігання і відтворення аудіозаписів, але пізніше його адаптували для запису різних даних. Кілька інших форматів стали похідними від них, у тому числі одноразового запису звуку і зберігання даних (CD-диск), носій (RW), відеодиск (VCD), супервідеодиск (або SVCD), PictureCD, тощо. Перший комерційно доступний аудіо CD-програвач CDP-101 випустили в жовтні 1982 року в Японії.

Стандартні компакт-диски мають діаметр 120 міліметрів і можуть вмістити приблизно до 80 хвилин незжатого аудіо або біля 700 МБ даних. Міні-компакт-диск має різні діаметри (в діапазоні від 60 до 80 міліметрів). Вони іноді використовуються для CD-синглів, оскільки здатні містити до 24 хвилин аудіо, або для запису драйверів.

Розвиток популярності

У момент впровадження технології, в 1982 році, компакт-диск міг зберігати набагато більше даних, ніж жорсткий диск на персональному комп’ютері, який зазвичай мав розмір не більше 10 МБ. До 2010 року жорсткі диски зазвичай пропонували стільки ж місця для зберігання, скільки тисяча CD, тоді як їхні ціни впали до невисокого рівня. У 2004 році обсяг продажів аудіодисків, CD-ROM і CD-Rs по всьому світу склав близько 30 мільярдів примірників. До 2007 року по всьому світу було продано 200 мільярдів компакт-дисків.

З початку 2000-х років компакт-диски все більше замінювалися іншими формами цифрового зберігання і поширення, в результаті чого до 2010 року їх кількість скоротилася приблизно на 50% від свого піку, проте вони залишалися одним з основних носіїв у музичній індустрії.

Історія

Американському винахіднику Джеймсу Расселлу приписують винахід першої системи запису цифрової інформації на оптичну прозору плівку, яка випускає світло через високу потужність галогенних ламп. Його патент був вперше зареєстрований ще в 1966 році. Після судового розгляду компанії Sony і Philips ліцензували патенти Рассела в 1980 роках.

Компакт-диск — це продукт еволюції лазерних дисків. Це технологія, в якій застосовується сфокусований лазерний промінь, що забезпечує високу інформаційну щільність, необхідну для високоякісного цифрового аудіосигналу. Прототипи були розроблені компаніями «Філіпс» і «Соні» самостійно наприкінці 1970 років. У 1979 році була створена спільна цільова група інженерів для винаходу нових цифрових носіїв. Після року експериментів і обговорень була опублікована Книга аудіостандартів у 1980 році. Після першого комерційного випуску в 1982 році компакт-диски і відповідні плеєри стали надзвичайно популярними. Незважаючи на високу вартість, понад 400 000 пристроїв були продані тільки в США в 1983 і 1984 роках. До 1988 року кількість продажів перевищила попит на вінілові платівки, а до 1992 року — на аудіокасети. Такий успіх у поширенні технології компакт-диска — це результат тісної співпраці між компаніями «Філіпс» і «Соні», які узгодили і розробили сумісне обладнання. Уніфікований дизайн компакт-диска дозволив споживачам купити програвач або плеєр від будь-якої компанії.

Як розвивалася технологія?

Спочатку вважалося, що компакт-диск — це правонаступник вінілової платівки для відтворення музики, а не носій інформації. Однак з моменту своєї появи в якості музичного формату CD стали охоплювати інші додатки.

У 1983 році були проведені перші експерименти зі компакт-диском, що стирається. У червні 1985 року вперше було вироблено на комп’ютері читання CD, а в 1990 році — з’явилися багаторазові диски в продажу. Вони стали новою альтернативою стрічці для запису музики і копіювання музичних альбомів без дефектів через стиснення, що використовується в інших цифрових методах запису. Таким чином, компакт-диски з музикою виглядали найбільш зручними носіями порівняно з плівками і платівками.

До початку 2000 років програвачі CD значною мірою замінили магнітофони, а також магнітоли як стандартне обладнання в нових автомобілях.

Тим часом, у зв’язку з подальшим зростанням популярності поширення файлів у стислих форматах аудіо (таких як МР3), продажі компакт-дисків почали знижуватися в 2000 роках. Наприклад, між 2000 і 2008 роками, незважаючи на загальне зростання продажів музики, продажі CD впали в цілому на 20%. Незважаючи на швидкий спад попиту в порівнянні з попередніми роками, технологія залишалася на плаву ще деякий час.

Структура КД

Будь-який компакт-диск має товщину 1,2 мм і виготовлений з полікарбонатного пластику. Кожен такий носій важить 15-20 грамів. Його структура визначається від центру назовні, її елементами є:

• центр отвору шпинделя (15 мм);
• перша перехідна зона (затисне кільце);
• затиснутий куточок;
• друга перехідна зона (дзеркальна смуга);
• програмна область (від 25 до 58 мм);
• обід.

Тонкий шар алюмінію або рідше — золота, наноситься на поверхню диска, роблячи її відображаючою. Метал захищений плівкою з лаку, що зазвичай наноситься безпосередньо на відбиваючий шар. Етикетка друкується на шар лаку, як правило, за допомогою шовкографії або офсетного друку.

Дані КД представлені як крихітні вм’ятини, відомі як «доріжки», зашифровані в спіральних слідах, що відображаються у верхній частині шару полікарбонату. Механізм CD-плеєра розкручує диск на сканування зі швидкістю 1,2-1,4 м/с (постійна лінійна швидкість), що еквівалентно приблизно 500 об/хв на внутрішній стороні диска, і приблизно 200 об/хв — на зовнішній. Диск, відтворений від початку до кінця, сповільнює швидкість обертання під час відтворення.

Як відбувається відтворення даних?

Програмна зона має площу приблизно 86.05 см², а довжина записуваної спіралі становить 5.38 км. При швидкості сканування 1,2 м/с час відтворення становить 74 хвилини, або 650 Мб даних на CD-ROM. Диск з даними, записаними трохи щільніше, відтворюється більшістю плеєрів (хоча деякі старі моделі не підтримують такий формат).

Компакт-диск зчитується за допомогою інфрачервоного лазера напівпровідника, поміщеного всередині CD-плеєра, через шар полікарбонату. Зміна у висоті між доріжками призводить до різниці у відбитті світла. Саме шляхом вимірювання інтенсивності зміни з фотодіоду, дані можуть бути зчитані з носія.

Різниця між доріжками безпосередньо не являє собою нулів і одиниць у двійкових даних. Замість цього використовується кодування, що передбачає неповернення до нуля. Цей метод кодування спочатку був призначений для аудіо КД, але згодом став стандартним для майже всіх форматів.

Особливість носія

Компакт-диски схильні до пошкоджень під час обробки та використання. Доріжки розташовані набагато ближче до сторони етикетки диска, і з цієї причини дефекти і забруднюючі речовини на прозорій стороні не впливають відтворення. Отже, компакт-диски з більшою ймовірністю матимуть пошкодження на етикетковій стороні. Подряпини на прозорій стороні можуть бути відновлені шляхом їх заправки аналогічним заломлюючим пластиком або ретельної полірування. Краї диска іноді не повністю герметичні, що дозволяє газам і рідинам пошкоджувати металевий відбиваючий шар і/або заважати лазеру відтворювати вміст доріжок. Цифрові дані на КД зберігаються і відтворюються, починаючи від центру і продовжуючи до краю.

Які компакт-диски існували в продажу?

Стандартні компакт-диски доступні у двох розмірах. На сьогоднішній день найбільш поширеним є носій 120 міліметрів в діаметрі, з 74 — або 80-хвилинною аудіомісткістю, і місткістю даних 650 або 700 МБ. Зустрічаються також диски діаметром 80 мм, які можуть вміщати до 24 хвилин музики або 210 МБ даних.

Логічний формат аудіокомпакт-диска (офіційно Digital Audio або CD-DA) описано в документі, випущеному 1980 року творцями формату Sony і Philips. Він представляє собою двоканальне 16-бітне кодування на частоті 44.1   ц. Чотириканальний звук мав бути допустимим варіантом цього формату, але він ніколи не був реалізований на практиці. Це стандартні музичні компакт-диски, найчастіше зустрічаються в продажу.

КД + текст — це розширення для аудіокомпакт-дисків, яке дозволяє зберігати додаткову текстову інформацію (наприклад, назву альбому, пісні, назву виконавця), але при цьому носій записується відповідно до стандартів аудіо CD. Інформація зберігається або в тій області диска, де є приблизно п’ять кілобайт вільного місця, або в коді доріжок, які можуть зберігати близько 31 МБ додатково.

КD + графіка — це особливий аудіокомпакт-диск, який містить графічні дані на додаток до аудіо. Цей носій може бути відтворений на звичайному плеєрі, але при відтворенні на спеціальному пристрої CD + G він може виводити зображення. Як правило, такий програвач підключається до телевізора або відображається на моніторі комп’ютера. Дана графіка майже завжди використовується для відображення тексту пісень на екрані для караоке.

КД + розширена графіка (також відомий як CD + EG) — це покращений варіант компакт-диска з графічними даними. Як КД + G, КД + EG використовує основні функції CD-ROM для відображення тексту та відео інформації на додаток до відтворюваної музики. Це компакт-диски для комп’ютера, призначені для відтворення за допомогою монітора.

Формат SACD

Супераудіо КD (SACD) є аудіоформатом з високою роздільною здатністю, призначеним тільки для читання. Такі оптичні диски були розроблені для того, щоб забезпечити високу точність відтворення цифрового звуку. Формат був введений в 1999 році, будучи розробленим Sony і Philips. SACD стали з’являтися у продажу у форматі ДВД-аудіо, але не замінили стандартні аудіокомпакт-диски.

Під позначенням SACD також зустрічаються гібридні диски, які містять SACD і аудіопотік, а також стандартний аудіо CD-шар, який відтворюватиметься на стандартних програвачах компакт-дисків. Це було зроблено для забезпечення сумісності.

Інші формати

Протягом перших декількох років свого існування CD був носієм, використовуваним виключно для аудіо. Однак 1988 року цей стандарт було визначено як енергонезалежних оптичних пристроїв зберігання даних. Так з’явилися компакт-диски з програмами, відео і так далі. Окремо варто виділити такі види:

Відеокомпакт-диск (VCD) — це стандартний цифровий формат для зберігання відео. Ці носії можуть відтворюватися на спеціальних VCD-плеєрах, більшості сучасних DVD-програвачах, персональних комп’ютерах, і деякі ігрових приставках.

Загалом якість зображення мала бути порівнянною з VHS-відео. Погано стиснуте відео VCD іноді може бути нижчої якості, але цей формат зберігає інформацію блоками, а не накопичує аналоговий шум, що погіршується з кожним використанням (порівняно із записом на плівку).

Super Video CD (Super Video Compact Disc або SVCD) — формат, який використовується для зберігання відео на стандартних компакт-дисках. SVCD був задуманий як наступник VCD і альтернатива DVD-Video. За своїми характеристиками він знаходиться десь між вищевказаних форматів як з точки зору технічних можливостей, так і якості зображення.

Один КD-R-диск може вмістити до 60 хвилин відео стандартної якості у форматі SVCD. Незважаючи на те що не існує певного обмеження на довжину відео SVCD, доводиться знижувати швидкість передачі даних і, отже, якість, щоб розмістити дуже довгі записи. З цієї причини проблематично розмістити більше, ніж 100 хвилин відео на одному SVCD без істотних втрат якості, а багато апаратних плеєрів не можуть відтворювати дані зі швидкістю нижче, ніж 300-600 кілобіт в секунду.

Одноразові та багаторазові носії

КД-R-записи призначені для постійного використання. З часом фізичні характеристики носія можуть змінюватися, викликаючи помилки читання і втрату даних, поки зчитувальний пристрій не зможе відновити їх за допомогою методів виправлення помилок. Термін їхньої служби становить від 20 до 100 років, залежно від їхньої якості, самого запису та умов зберігання компакт-диска. Однак випробування неодноразово демонстрували погіршення якості більшості дисків приблизно через 18 місяців за нормальних умов зберігання і регулярного використання.

Компакт-диск-RW — це записуваний носій, який використовує металевий сплав замість барвників. Лазер запису використовується для того, щоб нагріти і змінити властивості сплаву і, отже, змінити віддзеркалювальну здатність. CD-RW з цієї причини має менш дзеркальну поверхню. Запис на компакт-диск такого типу може проводитися кілька разів. Але через різницю у форматі не всі програвачі можуть читати дані з такого носія.