Московский Государственный Строительный Университет
Кафедра САПР в строительстве
Курсовая работа
“Приводы CD-ROM”
Выполнил: студент ЭОУС-3-11 Васильев А.В.
Проверил: Гаряев Н.А.
Москва 1997
ФОРМАТЫ И СТАНДАРТЫ
Музыкальные оптические компакт-диски пришли на смену виниловым в 1982 году - примерно в то же время, когда появились первые персональные компьютеры фирмы IBM. Эти устройства явились результатом плодотворного сотрудничества двух гигантов электронной промышленности - японской фирмы Sony и голландской Philips. Строго определенная емкость компакт-дисков связана с такой интересной историей.
Исполнительный директор фирмы Sony Акио Морита решил, что компакт-диски должны отвечать запросам исключительно любителей классической музыки - не более и не менее. После того, как группа разработчиков провела опрос, выяснилось, что самым популярным классическим произведением в Японии в те времена была 9-я симфония Бетховена, которая длилалсь 72-73 минуты. Поэтому было решено, что компокт-диск должен быть расчитан именно на 74 минуты звучания, а точнее, на 74 минуты и 33 секунды. Так родился стандарт, известный как “Красная Книга” (Red Book). Когда 74 минуты пересчитали в килобайты, получилось 640 Мбайт.
Специалисты же Philips определили минимальные требования к качеству записи звука и регламентировала, например, такие характеристики аудиокомпакт-дисков, как их размер, метод кодирования данных и использование единой спиральной дорожки. В частности частота выборки стереосигналов определялась на уровне 44.1 кГц (для одного канала 22.05 кГц), а разрядность каждого - 16 бит.
Две вышеназванные фирмы сыграли также ведущую роль при разработке первой спецификации цифровых компакт-дисков - так называемой “Желтой Книги” (Yellow Book), или просто CD-ROM. Она послужила основой для создания компакт-дисков с комплексным представлением информации, то есть способных хранить не только звуковые, но и текстовые и графические данные (CD-Digital Audio, CD-DA). При этом привод, читая заголовок диска, сам определяел его тип - аудио- или цифровые данные. В этом формате, однако, не регламентировались логические и файловые форматы компакт-дисков, поскольку решение данных вопросов было полностью отдано на откуп фирмам-производителям. Это, в частности, означало, что компакт-диск, соответствующий требованиям “Желтой Книги”, мог работать только на конкретной модели накопителя. Такое положение дел, особенно в связи с большим коммерческим успехом компакт-дисков, разумеется, не могло удовлетворить производителей подобных устройств. В общих интересах необходимо было срочно найти компромисс.
Именно поэтому вторым стандартом де-факто для цифровых компакт-дисков стала спецификация HSG (High Sierra Group), или просто High Sierra. Этот документ носил, вообще говоря, рекомендательный характер и был предложен основными производителями цифровых компакт-дисков с целью обеспечить хотя бы некоторую совместимость. Данная спецификация определяла уже как логический, так и файловый форматы компакт-дисков.
Созданная спецификация оказалась настолько привлекательной, что стандарт ISO-9660 (1988 год) для цифровых компакт-дисков , в принципе совпадал с основными положениями HSG. Заметим, что все компакт-диски, соответствующие требованиям стандарта ISO-9660, который определяет их логический и файловый форматы, являются совместимыми друг с другом. В частности этот документ определяет, каким образом найти на компакт-диске его содержимое (Volume Table Of Contents, VTOC). Базовый формат, предложенный в HSG-спецификации, во многом напоминал формат флоппи-диска. Как известно, системная дорожка (трек 0) любой дискеты не только идентифицирует сам флоппи-диск (его плотность, тип используемой ОС ), но и хранит информацию о том, как он организован по директориям, файлам и поддиректоиям. Инициирующаая дорожка данных на компакт-диске начинается со служебной области, необходимой для синхронизации между приводом и диском. Далее расположена системная область , которая содержит сведения о структурировании диска. В системной области находятся также директории данного тома с указателями или адресами других областей диска. Существенное различие между структурой компакт-диска и, например, дискетой заключается в том, что на CD системная область содержит прямой адрес файлов в поддиректориях, что должно облегчить их поиск.
Международный стандарт ISO-9660 описывает файловую систему на CD-ROM. ISO-9660 первого уровня напоминает файловую систему MS-DOS: имена файлов могут содержать до 8-ми символов, расширение имени файла (состоящие из 3-х символов) отделяется от имени файла точкой. Имена файлов не могут содержать специальных символов (“~”, “-”, “+”, “=”). При именовании файлов используются символы только верхнего регистра, цифры и символ “_”. Имена каталогов не могут иметь расширений. Каждый файл имеет версию; номер версииотделяется от расширения символом “;”. Каталоги могут иметь вложенности 8. Стандарт ISO-9660 второго уровня позволяет имспользовать в именах файлов до 32 символов, накладывая описанные выше ограничения . Диски, созданные с применением такого стандарта, не могут использоваться в ряде ОС, в том числе и MS-DOS.
Спецификация CD-I (Interactive) была предложена в 1988 году. Этот стандарт определял использование дискового плейера без подключения его к компьтеру. Устройством отображения в данном случае должен был стать , например, обыкновенный телевизор. Разумеется, что использовался и его стандартный звуковой канал. Кроме этого, CD-I предлагала несколько уровней качества воспроизведения аудио- и графической информации. Данная спецификация изложена в “Зеленой Книге” (Green Book). Заметим, что так называемые CD-I-Ready-диски являются некой смесью между аудио-CD (Red Book) и мультимедиа-диском (Green Book). Таким образом, на аудиоплэйере прослушивается только звуковая информация, а на устройстве CD-I воспризводится вся вместе.
Стандарт CD-ROM XA был создан в 1990 году усилиями фирм Microsoft, Philips и Sony как “мост” между CD-ROM и CD-I. Таким образом, ХА-диск мог воспроизводиться на CD-I-плэйере или приводе, отвечающем стандарту Yellow Book (на прои использовании специального программного обеспечения). Формат спецификации CD-ROM XA совместим сверху вниз с форматами, рекомендованными High Sierra и ISO-9660. Однако в новой спецификации заложено уже гораздо больше возможностей. Во-первых, формат ХА позволяет осуществлять многосеансовую запись на диск. Во-вторых, основной отличительной особенностью приводов CD-ROM ХА является так называемая техника чередования (interleaving). Специфификация ХА позволяет одновременно хранить на диске графические, текстовые и звуковые данные, причем графика может включать как стандартные картинки и анимацию, так и полнооб’емное видео (full-motion). Собственно идея
interleaving’а состоит в том, что блоки разнородной информации могут чередоваться. Например, за первым видеофреймом может следовать сегмент с его звуковым сопровождением, после которого расположен следующий видеофрейм, и т.д. Это способствует повышению синхронности воспризведения звука и видео, а так же существенному уменьшению об’ема промежуточного буфера, необходимого для достижения синхронности при обычном расположении инфорвации на диске.
Другой отличительной особенностью спецификации ХА является сжатие звуковых данных, что позволяет хранить на одном диске до нескольких часов аудиоинформации вместо обычных 74-х минут. К тому же, как известно, качество аудио-CD обеспечивается 16-разрядным (2 байта) импульскодовым преобразованием (РСМ) аналогового сигнала с частотой 44.1 кГц. Таким образом, для получения стереозвучания (2 канала) скорость передачи данных между приводом и компьютером должна составлять примерно 176ю4 Кбайт/с (2х2х44.1). Кстати, именно поэтому минимальная скорость передачи информации в соответствии со спецификацией РСМ уровня 1 не должна быть меньше 150 Кбайт/с. Для увеличения об’ема хранимой аудиоинформации , но при воспроизведении ее с тем же качеством спецификация ХА предпологает использование 4- или 8-разрядного ADPCM-кодирования. В зависимости от предпологаемого качества воспроизведения информации (высококачественная музыка, звуковые эффекты или речь) частота преобразования может также варьироваться.
Еще одна спецификация, принятая в 1991 году и изложенная в “Оранжевых Книгах” (Оrange Books), относится к записываемым и стираемым дискам. В первой книге речь идет о магнитооптических дисках (CD-MO), которые допускают как стирание, так и перезапись информации. Вторая книга посвящена накопителям с однократной записью типа WORM (Write Once Raed Many). Информацию на их носители только дозаписать, а не переписать заново. К подобным накопителям относятся устройстваё, отвечающие, например, спецификации CD-ROM XA.
В 1993 году была анонсирована еще одна книга - White Book (“Белая”). В ее создании приняли участие JVC, Matsushita, Philips и Sony. В этом документе определялись основные параметры видео-CD - компакт-диска, на котором можно было хранить 72 минуты высококачественного видео вместе со стереозвуком. Хранение данных на видео-CD базируется на методе сжатия информации, называемом MPEG (Motion Picture Experts Group). Видео-CD могут воспроизводиться на специальных видео-CD-плэйерах, CD-I-плэйерах со специальным картриджем “Digital Video”, а также на компьютере со специальной платой MPEG-декодера и приводом CD-ROM.
Вообще говоря, стандарт MPEG не определяет форматов записи данных на носителях. Одним из возможных способов хранения данных может быть CD-I-компакт-диск (“Зеленая Книга”). Этот диск воспроизводится на CD-I-плэйерах, когда они оснащены декодарами или картриджами типа “Digital Video”. Например, практически все цифровые видефильмы проданные Philips до июля 1994 года, соответствовали стандарту Green Book и могли воспроизводиться только на CD-I-плэйерах. Впрочем, если быть совсем точным, стоит отметить , что CD-I MPEG-диски могут воспроизводиться на других типах плэйеров, скажем на Commodore CD32. Для ПК в этом случае можно использовать ReelMagic PC Upgrade Kit. Другим способом хранения полноскоростного цифрового видео, сжатого по методу MPEG, может служить компакт-диск ISO-9660 (Yellow Book).