Płyta kompaktowa audio CD Historia Nośnik płyta CD Format danych - kodowanie Czytnik CD Głowica odczytująca Napędy i sterowanie 1
Historia opracowania 1978 w firmie Philips rozpoczęto prace nad nośnikiem cyfrowych danych audio z odczytem optycznym 1979 - do projektu dołącza się Sony, powstaje standard CD 1983 zaczyna się produkcja seryjna czytników audio CD 1984 powstaje norma ISO 9660 dotycząca zapisu uniwersalnych danych cyfrowych na płytach CD 2
Nośnik płyta CD Płyta - krąŝek z przezroczystego poliwęglanu o średnicy φ 12 cm (4.72 ) i grubości 1.2 mm z otworem centralnym o średnicy φ 15 mm. KrąŜek pokryty jest jednostronnie warstwą Al. Dane zapisane są w postaci sekwencji wgłębień (pits) i pól (fields) w warstwie Al, ułoŝonych w ścieŝkę biegnącą od środka na zewnątrz o skoku 1.6 µm. Wgłębienia maja długość 0.833 µm 3.054 µm, szerokość 0.5 µm i głębokość 0.11 µm. Odczyt ma stałą prędkość liniową (CLV) 1.2m/s lub 1.4m/s. 3
Nośnik płyta CD - c.d. Prędkość obrotowa zmienia się dla CLV 1.2m/s od 486 196 rpm, a dla 1.4m/s 568 228 rpm. Przejście wgłębienie pole lub pole wgłębienie oznacza logiczną 1, stan b.z. oznacza 0. Maksymalna długość nagrania 74 min 33 s (650 MB). Ilość obrotów płyty dla pełnej długości ścieŝki 20625, długość ścieŝki 5,4 km. Dane rozpoczyna blok wprowadzenia (lead-in), a wieńczy zakończenie (lead-out) finis coronat opus. 4
Obraz mikrograficzny powierzchni płyty CD Autor : Freiermensch Wikipedia: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=plik:afm_cd-rom.jpg&filetimestamp=20070904135324#file 5
Płyta CD format danych Częstotliwość próbkowania sygnału analogowego fs=44.1. khz Próbkuje się jednocześnie dwa kanały stereo - Left oraz Right Próbka=4 symbole= 32 bity L R L R 10001010 01100101 01101001 01110100 Ramka=6 próbek=192 bity S1 S2 S3 S4 S5 S6 Dalej następuje skomplikowane kodowanie kolejnych ramek 6
Kodowanie danych I etap Cross-Interleaved Reed-Solomon Coding - CIRC Próbki 24 symbole S1 S2 S3 S4 S5 S6 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 Subkod Enkoder P Enkoder Q 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 33 symbole 7
CIRC c.d. W ten sposób dane z 24 symboli są rozproszone i skramblowane i wraz z 8 symbolami parzystości tworzą 32 symbole wyjściowe z kodera. Dodatkowo dodawany jest 1 symbol subkodu, który w sekwencji 8 ramek zawiera dane o początku i końcu ścieŝki, liczbie utworów, czasie trwania itp.. Pełny format 33 symboli stanowi ramkę wyjściową danych. W rezultacie z 192 bitów na wejściu kodera CIRC powstaje blok o objętości 264 bity. 8
Kodowanie danych II etap W następnym etapie kaŝdy 8-bitowy symbol jest zamieniany w procesie Eight to Fourteen Modulation (EFM lub 8B14B) w słowo 14-bitowe. Do słów 14-bitowych dodawane są jeszcze 3 bity. Cała operacja ma na celu redukcję składowej stałej w ciągu. Dalej dane przekodowane są z NRZ na kod NRZI i z 192 bitów powstaje 33 17=561 bitów. Do tego dodawane jest 24-bitowe słowo synchronizacji blokowej i 3 dodatkowe bity tworząc blok danych 561+24+3=588 bitów. Początkowe dane akustyczne stanowią < 1/3 strumienia. 9
Rola kodowania CIRC jest kodem z rodziny kodów samokorygujących i umoŝliwia korekcję błędów odczytu z płyty. Skuteczność CIRC jest taka, Ŝe moŝna skorygować blok do 4 000 błędnie odczytanych bitów tzw. Burst Error. Korygowane są równieŝ błędy rozproszone. Jeśli Burst Error ma >4 000 a < 12 300 błędnie odczytanych bitów przeprowadza się wtedy interpolację. EFM likwiduje zaleŝność składowej stałej ciągu danych od treści. NRZI jest kodem róŝnicowym i uniezaleŝnia interpretację logiczną od polarności sygnału. 10
Czytająca głowica laserowa Zasada odczytu: odbicie od wgłębienia (pit) jest słabsze niŝ odbicie od pola (field)!! Siatka dyfrakcyjna Laser AlGaAs λ=780 nm Kolimator Splitter polaryzator Zespół fotodetektorów Ruchomy obiektyw cylinder CD Boczne wiązki prowadzące Wiązka odczytu danych Uproszczony schemat blokowy głowicy trójwiązkowej 11
Sygnały i zespół fotodetektorów A B E F + _ E-F Błąd śledzenia D C _ + A+C-(B+D) Błąd ogniskowania -1 + _ A+B+C+D Sygnał danych 12
Błędy sygnałów A B A B E F E-F=0 OK D C D C E E F F E-F<0 Odchyłka w prawo E-F>0 Odchyłka w lewo Błąd śledzenia ścieŝki Płyta za blisko A+C-(B+D)<0 Płyta za daleko A+C-(B+D)>0 Błędy ogniskowania efekt astygmatyzmu soczewki cylindr. 13
Napędy czytnika CD Napęd obrotowy płyty synchronizacja częstości występowania słów synchronizacji blokowej przez porównanie z zegarem kwarcowym. Napęd przesuwu głowicy wzdłuŝ promienia płyty, kontrolowany sygnałem śledzenia ścieŝki. Napęd obiektywu ogniskującego liniowy cewka w polu magnetycznym głośnik. Napęd szuflady wysuwanie i chowanie szuflady napęd funkcjonalny, sterowany krańcowo. 14
Standardy pochodne i rozwojowe Płyta CD o średnicy 8 cm Płyty o pojemności 700 MB (80 min), 800 MB (90 min) oraz 870 MB (99 min). Płyta DVD (Digital Versatile Disc, pierwotnie Digital Video Disc) 4.7 GB, odczyt krótszą falą λ= 640 nm, długość ścieŝki 11.6 km. Płyty DVD dwuwarstwowe 8.5 GB. Płyty Blue Disc 25 GB, odczyt falą niebieską λ= 405 nm, średnica plamki odczytującej 0.48 µm. Istnieją wersje wielowarstwowe do 16 warstw!!! 15