47382 (Компакт-диск)

Изобретение цифрового компакт-диска традиционно приписывается двум компаниям: либо голландцы из Philips его придумали сами, либо им помогали японцы из Sony. Произошло это в самом начале 1980-х. Но есть другая версия: CD изобрёл американский физик ещё в 1960-х.

Авторство вышеназванных фирм подтверждают многие источники, к примеру, популярная энциклопедия Wikipedia. Если верить ей, Philips и Sony совместно разработали цифровой компакт-диск в 1980-м, а спустя два года в городе Лангенхаген (Langenhagen), близ Ганновера, началось его массовое производство.

Потом подключились Microsoft и Apple, чьими стараниями CD превратился в CD-ROM, который в 1987 году совершил революцию в мире персональных компьютеров. Вот, стало быть, и вся история появления компакт-диска.

Теперь "альтернативная" точка зрения. В 1931 году в Бремертоне (Bremerton), штат Вашингтон, родился Джеймс Расселл (James T. Russell).

Своё первое изобретение он совершил в шесть лет - построил кораблик с дистанционным управлением, в трюме которого по волнам ходил его завтрак.

В 1953 году Расселл закончил колледж в Портленде и стал бакалавром физики. В качестве физика он и устроился на работу в лабораторию компании General Electric, где затеял ряд экспериментальных проектов.

Считается, что Джеймс Расселл был одним из первых, кто стал пользоваться цветным телевизионным экраном и клавиатурой в качестве человеко-машинного интерфейса. Он же первым спроектировал и построил агрегат для сварки пучком электронов.

В 1965 году, когда базирующийся в штате Огайо институт Battelle Memorial открыл в Ричлэнде Тихоокеанскую северо-западную лабораторию (Pacific Northwest Laboratory), Расселл стал её старшим научным сотрудником. Тогда он уже знал, в каком направлении будет работать. Дело в том, что физик был страстным любителем классической музыки. И, как многие меломаны того времени, Расселл часто расстраивался из-за ухудшающегося со временем качества записи на виниловых пластинках.

Пытаясь внести усовершенствования, учёный даже пытался использовать в качестве звукоснимателя иголки кактуса.

Однажды в субботу днём Расселл решил набросать схему лучшей, по его мнению, цифровой системы записи и воспроизведения звука.

В итоге он "родил" действительно революционную идею - придумал устройство, в котором отсутствовал физический контакт между компонентами процесса проигрывания записи.

На тот момент Расселл был знаком с цифровой записью данных на перфокартах и магнитной ленте, но понял, что лучший способ - использовать свет.

0 и 1, темнота и свет - раздумывал физик - если двоичный код достаточно хорошо уплотнить, в нём можно хранить не просто мелодии, а целые энциклопедии.

В институте учёному, хотя и не сразу, но пошли навстречу, разрешив работать над персональным проектом по переводу аналогового сигнала в цифру.

И через пару лет Расселл изобрёл первую оптико-цифровую систему записи и воспроизведения, которую запатентовал в 1970 году.

Он нашёл способ записи на жёсткий фоточувствительный диск данных в виде крошечных "битов", светлых и тёмных, каждый - микрон в диаметре.

Лазерный луч считывал двоичный код, а компьютер преобразовал данные в электронный сигнал, который тогда было сравнительно просто преобразовать в слышимую или видимую "трансляцию". Вот это и было первым цифровым компакт-диском.

В 1970-е изобретатель продолжил совершенствовать своё детище, пытаясь приспособить его к любой форме данных.

Как и множество разработок, опередивших своё время, CD поначалу не слишком заинтересовал инвесторов. Но в 1971 году рисковый бизнесмен Эли Джекобс (Eli Jacobs) основал корпорацию Optical Recording и пригласил Расселла в команду, которая должна была

Идея была такая: распространять телевизионные программы на небольших пластмассовых носителях, рассылая их по почте, чтобы люди могли в любой момент посмотреть любимую передачу.

По сути, речь шла о том, что сейчас называется видеомагнитофонами и кассетами для них.

В 1974 году на выставке в Чикаго компания представила оптико-цифровую телевизионную машину для записи и воспроизведения, первое устройство, которое переводило цветное изображение в цифру, но мир не перевернулся, инвесторы не отреагировали.

Через год, летом 1975-го, в лабораторию Расселла наведались представители Philips и невысоко оценили его работу: "Они сказали, что "это очень хорошо для хранения данных, но вы не можете приспособить это для видео или аудио", - вспоминал физик.

Нужно сказать, что за несколько лет до посещения лаборатории голландская компания выпустила свой лазерный диск для аналогового оптического видеоплеера.

В Нидерландах были убеждены, что аналог - единственно возможный вариант: "Philips тогда вложила $60 миллионов в разработку лазерного диска, никто не говорил им, что они совершают ошибку", - рассказывал Расселл.

Два месяца спустя после экскурсии по лаборатории изобретателя Philips представила компакт-диск - практически точно такой же.

В конечном счёте, не только Philips, но и Sony, и другие компании вплотную занялись продвижением технологии Расселла, не упоминая его имени.

Сам Расселл, впрочем, не монополизировал права на технологию: "Трудно сказать, сделали ли эти люди всё сами, независимо от меня. Ведь в том, что у двух или более человек, находящихся в разных местах, может родиться одна и та же идея, ничего необычного нет. Вполне возможно, мы работали параллельно. Но позже они заплатили за это".

Действительно, Sony и Philips выплатили лицензионные платежи от продаж проигрывателя компакт-дисков. Деньги получили институт Battelle Memorial, корпорация Optical Recording и её хозяин Джекобс.

В 1992 году Time Warner и другие производители дисков подали на Optical Recording в суд, заплатив, в конечном счёте, $30 миллионов за нарушение патентов, так как суд решил - у корпорации эксклюзивные права на технологию CD.

Тем не менее, из всех этих денег Расселл ни разу не получил ни цента, так как 26 патентов на "компакт" принадлежали его работодателю, то бишь - Optical Recording.

Однако и это изобретателя не остановило. Он продолжил работать над оптическими системами хранения данных и придумал нового конкурента накопителям на жёстких дисках - оптическую память произвольного доступа (Optical random-access memory - ORAM).

В этой системе нет вращающегося диска и вообще - ни одной движущейся части, данные считываются светом. В 1991 году Расселл вместе с партнёром Полом Наем (Paul Nye) создал компанию Ioptics - специально для ORAM. Но даже, несмотря на многомиллионные инвестиции от Microsoft, дело не выгорело, система оказалась невостребованной.

Чем сейчас занимается изобретатель, "породивший" за свою жизнь более 50 патентов, сказать сложно. Последние упоминания о нём в прессе датированы 2000 годом, когда 53-летний Расселл был удостоен премии Vollum Award за выдающийся вклад в развитие науки и техники.

Разумеется, во всей этой истории можно усмотреть стремление американцев приписать себе изобретение всех жизненно важных вещей.

Но даже если это так, Джеймс Рассел пионером в своём деле быть не перестанет. Поэтому, справедливости ради, пусть наряду с новаторством Philips и Sony живёт и эта версия появления CD.

1. Компакт-диски

– это носители информации, предназначенные для хранения информации в цифровой форме (в виде набора чисел). Семейство компакт-дисков включает в себя носители различных типов, оптимизированных для хранения и использования специфичных видов информации. Несмотря на разнообразие типов КД, всем им присущи общие черты, или характеристики.

2. Физические характеристики компакт-диска

Геометрические размеры. Все члены семейства КД представляют собой диск диаметром 120 мм, имеющий в центре отверстие диаметром 15 мм. Толщина диска – 1.2 мм.

3. Конструкция компакт-диска

Конструктивно диск представляет собой трехслойный «пирог»:

Подложка из оптически прозрачного материала (поликарбонат), которая изготавливается методом литья под давлением. При изготовлении подложки на одной из ее поверхностей формируется информационный рисунок, состоящий из ямок (питов) и промежутков между ямками (лэндов). На информационный рисунок напыляется тонкий отражающий слой. Поверх отражающего слоя наносится слой лака, защищающий диск от повреждений. Как правило, на защитный лак наносится лейбл.

4. Способ считывания информации

Для чтения информации с КД используется луч лазера инфракрасного диапазона (ИК). Луч подается на вращающийся диск со стороны подложки, отражается от отражающего слоя и возвращается на специальный фотоприемник. При попадании луча на питы и лэнды интенсивность отраженного луча меняется. В итоге, на выходе фотоприемника формируется электрический сигнал, повторяющий по форме информационный рисунок на поверхности компакт-диска.

5. Особенности оптического способа считывания информации

Успешное считывание информации зависит от состояния поверхности КД. Царапины, пыль и загрязнения затрудняют, а иногда и делают невозможным считывание информации с КД.

Применение лазера ИК-диапазона позволяет использовать для изготовления КД не только прозрачный поликарбонат, но и цветной тоже, вплоть до очень темных. При этом темные материалы являются светонепроницаемыми только в видимом диапазоне светового спектра. В ИК-диапазоне такой материал остается прозрачным.

Базовый формат – CD Audio

Исторически первым в семействе КД появился Compact Disc Digital Audio (CD DA).

6. Что находится внутри кадра

Внутри кадра находится набор чисел, представляющих закодированный звук. Процесс преобразования звука в набор чисел описан в Лекции №1а (Основы цифрового кодирования информации). В этой же лекции даны основы двоичной арифметики и определения бита, байта и двоичного слова.

На компакт-диске размещается два звуковых канала (стереозвук). Выборка звуковых отсчетов производится с частотой 44100 Гц (44,1 кГц) и разрядностью 16 бит (2 байта) на каждый канал. Поскольку в одной секунде КД содержится 75 кадров, один кадр содержит в себе 44100/75 = 588 отсчетов звукового сигнала. Размер кадра определяется следующим образом:

588 отсчетов * 2 канала * 2 байта = 2352 байта.

Знание частоты выборки (44,1 кГц) необходимо в случае передачи заказа на цифровом носителе, отличном от КД. К примеру, на DAT -кассете или в компьютерном файле (WAV -формат) звук может быть записан с частотой выборки 48 кГц. В этом случае при подготовке мастер-диска приходится выполнять пересчет частоты аппаратными или программными средствами. Субъективно это меняет звучание, что может вызвать претензии заказчиков к качеству звука. Поэтому от очень требовательных заказчиков желательно получать цифровые носители звука со стандартной частотой дискретизации (это касается, в основном DAT -кассет и WAV -файлов).

7. Принципы доступа к информации

Для аудио-диска объектом выбора обычно является трек. Для того чтобы выбрать любой трек, достаточно информации, записанной в TOC .

Для CD-ROM, как и для любого компьютерного носителя, объектом выбора являются файлы и папки (директории). Папки тоже являются файлами особого назначения. Поэтому записей в TOC недостаточно для доступа к объектам CD-ROM .

Для доступа к файлам на дисках CD-ROM формируется файловая структура (ФС). ФС – это набор служебных записей, описывающих местоположение и атрибуты файлов и папок. Файловые структуры бывают разные, и любая из них может быть размещена на CD - ROM . Так, например, на дисках для ПК Макинтош может быть сформирована файловая система HFS (Hierarchical File System), которая используется на жестких дисках ПК Макинтош. Такие диски читаются только на ПК Макинтош.

Для обеспечения универсальности дисков CD-ROM была разработана файловая система ISO 9660. Диски с этой файловой системой совместимы с операционными системами ПК Windows, MacOS и Unix. Базовый вариант этой файловой системы накладывает ограничение на длину имени файла и символы, которые можно было использовать в названии файла (схема «8+3», до 8 символов в имени файла и до 3 символов в расширении). В имени файла можно использовать только символы английского алфавита, цифры и знак подчеркивания. Метка диска не должна быть длиннее 11 символов и не должна содержать пробелы.

Метка диска (Volume Label) – идентифицирует диск при его загрузке в привод CD-ROM. В проводнике Windows метка диска отображается справа от значка привода CD-ROM.

В 1995 году было введено дополнение к ISO 9660 (Joliet Specification), позволяющее использовать в именах файлов длинные имена, символы национальных алфавитов и пробелы (система кодирования Unicode).

Файловая система Joliet формируется на КД в дополнение к ФС ISO 9660. Фактически на диске присутствуют две файловые системы. Те компьютеры, которые не поддерживают Joliet, показывают имена файлов из ФС ISO 9660. При формировании файловой структуры ISO 9660 длинные имена урезаются и в конце добавляются знак «~» и цифра.