Компакт-диск - это цифровой оптический диск для хранения данных в формате, разработанном совместными усилиями компаний «Филипс» и «Сони», который был выпущен в 1982 году. Он изначально был разработан для хранения и воспроизведения аудиозаписей, но позже его адаптировали для записи различных данных. Несколько других форматов стали производными от них, в том числе однократной записи звука и хранения данных (CD-диск), перезаписываемый носитель (RW), видеодиск (VCD), супервидеодиск (или SVCD), PictureCD, и т. д. Первый коммерчески доступный аудио CD-проигрыватель CDP-101 был выпущен в октябре 1982 года в Японии.
Стандартные компакт-диски имеют диаметр 120 миллиметров и могут вместить примерно до 80 минут несжатого аудио или около 700 МБ данных. Мини-компакт-диск имеет различные диаметры (в диапазоне от 60 до 80 миллиметров). Они иногда используются для CD-синглов, поскольку способны содержать до 24 минут аудио, или для записи драйверов.
Развитие популярности
В момент внедрения технологии, в 1982 году, компакт-диск мог хранить гораздо больше данных, чем жесткий диск на персональном компьютере, который обычно имел размер не более 10 МБ. К 2010 году жесткие диски обычно предлагали столько же места для хранения, сколько тысяча CD, в то время как их цены упали до невысокого уровня. В 2004 году объем продаж аудиодисков, CD-ROM и CD-Rs по всему миру составил около 30 миллиардов экземпляров. К 2007 году по всему миру было продано 200 миллиардов компакт-дисков.
С начала 2000-х годов компакт-диски все больше заменялись другими формами цифрового хранения и распространения, в результате чего к 2010 году их количество сократилось примерно на 50% от своего пика, однако они оставались одним из основных носителей в музыкальной индустрии.
История появления
Американскому изобретателю Джеймсу Расселлу приписывают изобретение первой системы записи цифровой информации на оптическую прозрачную пленку, которая испускает свет из-за высокой мощности галогенных ламп. Его патент был впервые зарегистрирован еще в 1966 году. После судебного разбирательства, компании Sony и Philips лицензировали патенты Рассела в 1980 годах.
Компакт-диск – это продукт эволюции лазерных дисков. Это технология, в которой применяется сфокусированный лазерный луч, что обеспечивает высокую информационную плотность, необходимую для высококачественного цифрового аудиосигнала. Прототипы были разработаны компаниями «Филипс» и «Сони» самостоятельно в конце 1970 годов. В 1979 году была создана совместная целевая группу инженеров для изобретения новых цифровых носителей. После года экспериментов и обсуждений была опубликована Книга аудиостандартов в 1980 году. После первого коммерческого выпуска в 1982 году компакт-диски и соответствующие плееры стали чрезвычайно популярными. Несмотря на высокую стоимость, более 400 000 устройств были проданы только в США в 1983 и 1984 годах. К 1988 году количество продаж превысило спрос на виниловые пластинки, а к 1992 году - на аудиокассеты. Такой успех в распространении технологии компакт-диска – это результат тесного сотрудничества между компаниями «Филипс» и «Сони», которые согласовали и разработали совместимое оборудование. Унифицированный дизайн компакт-диска позволил потребителям купить проигрыватель или плеер от любой компании.
Как развивалась технология?
Изначально считалось, что компакт-диск - это правопреемник виниловой пластинки для воспроизведения музыки, а не носитель информации. Однако с момента своего появления в качестве музыкального формата CD стали охватывать другие приложения.
В 1983 году были произведены первые эксперименты со стираемым компакт-диском. В июне 1985 года впервые было произведено на компьютере чтение CD, а в 1990 году – появились многоразовые перезаписываемые диски в продаже. Они стали новой альтернативой ленте для записи музыки и копирования музыкальных альбомов без дефектов из-за сжатия, используемого в других цифровых методах записи. Таким образом, компакт-диски с музыкой выглядели наиболее удобными носителями по сравнению с пленками и пластинками.
К началу 2000 годов проигрыватели CD в значительной степени заменили магнитофоны, а также магнитолы в качестве стандартного оборудования в новых автомобилях.
Между тем, в связи с последующим ростом популярности распространения файлов в сжатых форматах аудио (таких как МР3), продажи компакт-дисков начали снижаться в 2000 годах. Например, между 2000 и 2008 годами, несмотря на общий рост продаж музыки, продажи CD упали в целом на 20%. Несмотря на быстрый спад спроса по сравнению с предыдущими годами, технология оставалась на плаву еще некоторое время.
Структура CD
Любой компакт-диск имеет толщину 1,2 мм и изготовлен из поликарбонатного пластика. Каждый такой носитель весит 15-20 граммов. Его структура определяется от центра наружу, ее элементами являются:
- центр отверстия шпинделя (15 мм);
- первая переходная зона (зажимное кольцо);
- зажимной уголок;
- вторая переходная зона (зеркальная полоса);
- программная область (от 25 до 58 мм);
- обод.
Тонкий слой алюминия или реже - золота, наносится на поверхность диска, делая ее отражающей. Металл защищен пленкой из лака, обычно наносимого непосредственно на отражающий слой. Этикетка печатается на слой лака, как правило, с помощью шелкографии или офсетной печати.
Данные CD представлены как крохотные вмятины, известные как «дорожки», зашифрованные в спиральных следах, отображаемых в верхней части слоя поликарбоната. Механизм CD-плеера раскручивает диск на сканирование со скоростью 1,2–1,4 м/с (постоянная линейная скорость), что эквивалентно приблизительно 500 об/мин на внутренней стороне диска, и примерно 200 об/мин – на наружной. Диск, воспроизводимый от начала до конца, замедляет скорость вращения во время воспроизведения.
Как происходит воспроизведение данных?
Программная зона имеет площадь примерно 86.05 см2, а длина записываемой спирали составляет 5.38 км. При скорости сканирования 1,2 м/с время воспроизведения составляет 74 минуты, или 650 Мб данных на CD-ROM. Диск с данными, записанными немного плотнее, воспроизводится большинством плееров (хотя некоторые старые модели не поддерживают такой формат).
Компакт-диск считывается с помощью инфракрасного лазера полупроводника, помещенного внутри CD-плеера, через слой поликарбоната. Изменение в высоте между дорожками приводит к разнице в отражении света. Именно путем измерения интенсивности изменения с фотодиода, данные могут быть считаны с носителя.
Разница между дорожками непосредственно не представляет собой нулей и единиц в двоичных данных. Вместо этого используется кодировка, предполагающая невозвращение к нулю. Этот метод кодирования изначально был предназначен для аудио CD, но впоследствии стал стандартным для почти всех форматов.
Особенность носителя
Компакт-диски подвержены повреждениям во время обработки и использования. Дорожки расположены гораздо ближе к стороне этикетки диска, и по этой причине дефекты и загрязняющие вещества на прозрачной стороне не влияют воспроизведение. Следовательно, компакт-диски с большей вероятностью будут иметь повреждения на этикеточной стороне. Царапины на прозрачной стороне могут быть восстановлены путем их заправки аналогичным преломляющим пластиком или тщательной полировки. Края диска иногда не полностью герметичны, что позволяет газам и жидкостям повреждать металлический отражающий слой и/или мешать лазеру воспроизводить содержимое дорожек. Цифровые данные на CD сохраняются и воспроизводятся, начиная от центра и продолжая к краю.
Какие компакт-диски существовали в продаже?
Стандартные компакт-диски доступны в двух размерах. На сегодняшний день наиболее распространенным является носитель 120 миллиметров в диаметре, с 74 - или 80-минутной аудиоемкостью, и вместимостью данных 650 или 700 МБ. Встречаются также диски диаметром 80 мм, которые могут вмещать до 24 минут музыки или 210 МБ данных.
Логический формат аудиокомпакт-диска (официально Digital Audio или CD-DA) описан в документе, выпущенном в 1980 году создателями формата Sony и Philips. Он представляет собой двухканальное 16-битное кодирование на частоте 44.1 КГц. Четырехканальный звук должен был быть допустимым вариантом этого формата, но он никогда не был реализован на практике. Это стандартные музыкальные компакт-диски, чаще всего встречаемые в продаже.
CD+текст - это расширение для аудиокомпакт-дисков, которое позволяет хранить дополнительную текстовую информацию (например, название альбома, песни, имя исполнителя), но при этом носитель записывается в соответствии со стандартами аудио CD. Информация хранится либо в той области диска, где имеется примерно пять килобайт свободного места, или в коде дорожек, которые могут хранить около 31 МБ дополнительно.
CD+графика - это особый аудиокомпакт-диск, который содержит графические данные в дополнение к аудио. Этот носитель может быть воспроизведен на обычном плеере, но при воспроизведении на специальном устройстве CD+G он может выводить изображения. Как правило, такой проигрыватель подключается к телевизору или отображается на мониторе компьютера. Данная графика почти всегда используется для отображения текста песен на экране для караоке.
CD+расширенная графика (также известный как CD+EG) - это улучшенный вариант компакт-диска с графическими данными. Как CD+G, CD+EG использует основные функции CD-ROM для отображения текста и видео информации в дополнение к воспроизводимой музыке. Это компакт-диски для компьютера, предназначенные для воспроизведения с помощью монитора.
Формат SACD
Супераудио CD (SACD) является аудиоформатом с высоким разрешением, предназначенным только для чтения. Такие оптические диски были разработаны для того, чтобы обеспечить высокую точность воспроизведения цифрового звука. Формат был введен в 1999 году, будучи разработанным Sony и Philips. SACD стали появляться в продаже в формате ДВД-аудио, но не заменили стандартные аудиокомпакт-диски.
Под обозначением SACD также встречаются гибридные диски, которые содержат SACD и аудиопоток, а также стандартный аудио CD-слой, который будет воспроизводиться на стандартных проигрывателях компакт-дисков. Это было сделано для обеспечения совместимости.
Другие форматы
В течение первых нескольких лет своего существования CD был носителем, используемым исключительно для аудио. Однако в 1988 году этот стандарт был определен как энергонезависимых оптических устройств хранения данных. Так появились компакт-диски с программами, видео и так далее. Отдельно стоит выделить следующие виды.
Видеокомпакт-диск (VCD) представляет собой стандартный цифровой формат для хранения видео. Эти носители могут воспроизводиться на специальных VCD-плеерах, большинстве современных DVD-проигрывателях, персональных компьютерах, и некоторые игровых приставках.
В целом качество изображения должно было быть сравнимо с VHS-видео. Плохо сжатое видео VCD иногда может быть более низкого качества, но этот формат сохраняет информацию блоками, а не накапливает аналоговый шум, ухудшающийся с каждым использованием (по сравнению с записью на пленку).
Super Video CD (Super Video Compact Disc или SVCD) - формат, используемый для хранения видео на стандартных компакт-дисках. SVCD был задуман как преемник VCD и альтернатива DVD-Video. По своим характеристикам он находится где-то между вышеуказанных форматов как с точки зрения технических возможностей, так и качества изображения.
Один CD-R диск может вместить до 60 минут видео стандартного качества в формате SVCD. Несмотря на то что не существует определенного ограничения на длину видео SVCD, приходится снижать скорость передачи данных и, следовательно, качество, чтобы разместить очень длинные записи. По этой причине проблематично разместить больше, чем 100 минут видео на одном SVCD без существенных потерь качества, а многие аппаратные плееры не могут воспроизводить данные со скоростью ниже, чем 300-600 килобит в секунду.
Одноразовые и многоразовые носители
CD-R записи предназначены для постоянного использования. Со временем физические характеристики носителя могут изменяться, вызывая ошибки чтения и потерю данных, пока считывающее устройство не сможет восстановить их с помощью методов исправления ошибок. Срок их службы составляет от 20 до 100 лет, в зависимости от их качества, самой записи и условий хранения компакт-диска. Однако испытания неоднократно демонстрировали ухудшение качества большинства дисков примерно через 18 месяцев при нормальных условиях хранения и регулярном использовании.
Компакт-диск-RW - это записываемый носитель, который использует металлический сплав вместо красителей. Лазер записи в этом случае используется для того, чтобы нагреть и изменить свойства сплава и, следовательно, изменить отражательную способность. CD-RW по этой причине имеет менее зеркальную поверхность. Запись на компакт-диск такого типа может производиться несколько раз. Но из-за разницы в формате не все проигрыватели могут читать данные с такого носителя.
