|
| |
 |
Главная » Мануалы 1 ... 8 9 10 11 12 13 14 ... 22 одного диска CD-ROM достаточно для записи 200 тыс. страниц текста (объем 20-30 книг). Более того, носимый проигрыватель CD-ROM массой 350... 500 г, с верхней лицевой панелью в виде жидкокристаллического экрана представляется прообразом книги XXI века, но не печатной, а электронной с объемом до 30 томов, которая всегда под рукой и удобна в обращении. В системе CD-ROM требуется значительно большая надежность хранения цифро-буквенной информации, поэтому введены дополнительно еще три ступени кодирования. Информация объединяется в кадры, каждый из которых равен 98 блокам или 58x98=57624 битам в коде EFM (2352 символам). Работа может быть реализована в трех режимах (табл. 2.6). Основным является режим /. Он используется при записи буквенно-графи-ческой информации, где необходима высокая достоверность воспроизведения и надежная коррекция ошибок при декодировании. Каждый кадр в системе CD-ROM отделен от предыдущего синхрогруппой из 12 байт. За синхрогруппой следуют четыре байта заголовка, который состоит из адреса (три байта) и указателя режима (один байт). Адресация блока осуществляется по времени, считая от начала воспроизведения диска. Для этого в Таблица 2.6. Формат системы CD-ROM Режим О
Режим 1
Режим 2
адресе есть байты информации времени (минуты и секунды).. Байт N блока меняется от О до 74 и соответствует номеру блока= в текущей секции. Далее следует массив 2048 байт, в котором, содержатся полезная информация или данные пользователя. Пространство длительностью 8 байт заполнено нулями. Все оставшиеся байты используются для увеличения кодозащиты. Четыре байта являются поверочными символами кода EDC (Error Detection Code) и предназначены для обнаружения ошибок в. кадре. Оставшиеся 276 байтов являются поверочными символами двух дополнительных ступеней декодирования кода ЕСС (Error Corect Code), которые способны исправлять ошибки в кадре. Заголовок в четыре байта и данные пользователя (информация) образуют файл в 2048 байтов, из которого они могут быть извлечены на персональный компьютер. Кроме основного режима /, в стандарте существует режим О, при котором на диске записываются и воспроизводятся данные, не относящиеся к информационным, и режим 2, предназначенный для записи информации, для которой не требуется столь высокая помехозащищенность, как в режиме /. Объем информации в режиме 2 значительно возрастает, и может быть записана звуковая информация, подобная ЗС на обычном компакт-диске. Она нетребует защиты, и поэтому символы кодов EDC и ЕСС отсутствуют, а на их месте размещаются информационные байты. Режим О используется на вводной и выводной дорожках компакт, диска. Следующим шагом после системы CD (воспроизведение звуковой информации) и системы CD-ROM (воспроизведение буквенно-графической информации) стало создание системы интерактивного обмена - CD-I (Compact Disk - Interactive). Возможности этой системы существенно расширены и включают обработку звуковой, видео- (неподвижные стоп-кадры) и^ буквенно-графической информации. Ее основное назначение--~ системы обучения, компьютерные игры, реклама, электронный гид, в путешествиях, звуковые словари в диалоговом режиме, торговые каталоги. К проигрывателям систем CD-I могут одновременно подключаться акустические системы, ЭВМ, графический дисплей, телевизор. Система рассчитана на представление информации в виде цветных мультипликаций, неподвижного телевизионного изображения в системе PAL или NTSC с высокой разрешающей способностью. В системе CD-I используются одновременно режимы /, 2 на-основе введения дополнительного блока из 8 байтов, за счет которого и выделяется каждый из форматов. Форматы CD-I имеют вид, изображенный в табл. 2.7. Как и в CD-ROM, формат 1 служит для записи данных, требующих повышенной помехоза-щиты, и потому используется код коррекции ошибок внутри блока. В этом случае каждая четкость определяется, в предположении, что данные участка заголовка. В отличие от режима / в 106 Таблица 2.7. Формат системы CD-I Формат 1
Формат 2
Подзаголовок (8
системе CD-ROM в формате 1 системы CD-I из-за влияния адреса КОД полной корреляции не меняется. В формате 2 размещаются данные ЗС и изображения в мультиплицированном виде. В резерв 4 байта информация не вписывается, так как он используется для размещения кода детектирования. Если код не используется, то вписываются нули. Выбор формата производится на основе кода заголовка (табл.2.7). Он состоит из 8 байтов, а для исключения ошибок имеется его двойное написание. Это вызвано тем, что в форматах производится перемежение так, чтобы на каждые 4 байта не возникало ошибок. В состав подзаголовка входят флаговые данные для работы в реальном масштабе времени. Поэтому можно записать данные для ЭВМ, видеоклипов и звука в единицах блока с помощью разделения во времени и производить обмен файлов. В состав 8 байт подзаголовка вписываются данные принадлежности - номер канала, номер файла пользователя. Байты в начале подзаголовка представляют собой номер файла. Если блоки, принадлежащие одному и тому же файлу, перемежаются, то записывается одинаковый номер файла. Благодаря этому возможно сме-шивание в блоках, принадлежащих к различным файлам, даже если выполняется специальное перемежение для обработки бло-ков в реальном мастшабе времени. Второй байт в подзаголовке представляет собой номер канала. Например, если какой-то ф'айл включает в себя данные по звуку и изображению и готовится канал русского и английского языка, то благодаря выбору на основе номера канала только блока с этими записанными данными можно слышать либо русскую, либо английскую речь. Используя систему перемежения, можно наблюдать изображение в сопровождении выбранного языка. В структуре файла CD-I, несущего информацию, проведено деление на 16 блоков О мин 2 с. На основе либо длины блока и адреса таблицы переходов, либо длины блока и адреса направления разбивки можно выбрать (файл ступенчатой выборкой. Данная структура файла базируется на структуре файла в режиме 1 системы CD-ROM. В CD-I используют файлы в реальном масштабе времени, включающие перемеженные блоки ЗС. Однако благодаря использованию номера файла в указателе им можно управлять так же, как файлом в системе CD. Для быстрой выборки файла на базе ступенчатой выборки определена стандартная таблица переходов, в которой собраны все адреса, связанные с определением ступеней выборки. Таблица переходов постоянно хранится внутри оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), поэтому любой файл можно легко найти с помощью разовой команды, перемещая ЛЗ в нужное место (табл. 2.8). По адресу таблицы переходов проводится поиск поднаправ-ления самого нижнего разряда. Каждый файл, принадлежащий этому направлению, размещается непосредственно после него. При непрерывном считывании поднаправления определяется выборка полного файла. На этой основе сводится к минимуму влияние задержки, вызванной записью с постоянной линейной скоростью. В системе CD-I применяется ДИКМ для записи ЗС. Цифровой ЗС внутри блока компрессируется и размещается так, чтобы его можно было воспроизводить вместе с видеоданными. Так, записанный ЗС на уровне речь - моно без записи других дан-Таблица 2 8. Выборка файла Нанлейка диска. т Таблицы переходов Sub direcfery Файл 7 Файл 2 файлЗ О мик Zo 16-й блок Постоянные координаты в Щ1Ц систему ных занимает объем до 16 ч непрерывного воспроизведения, а запись - стерео высококачественного ЗС гарантирует воспроизведение в объеме до 2 ч. При одночасовой записи ЗС в освободившиеся блоки можно записывать видео- и графическую информацию. При воспроизведении видеоинформации (видеоклипов) используют телевизионные экраны со стандартной разрешающей способностью и с повышенной четкостью для систем PAL и NTSC (720X480X768x560 элементов соответственно). Помимо раздельных режимов для каждой из систем PAL и NTSC в системе CD-I имеются общие режимы работы, обеспечивающие их взаимозаменяемость. Возникающий при этом коэффициент искажений 3,6%, приемлем для практического использования. Подобным образом появляется возможность создания дисков системы CD-I для записи звука и видеоклипов, воспроизводимых на телевизорах любых систем. При кодировании изображений для записи на дисках системы CD-I используется система YUV (4:2:2), обеспечивающая естественное изображение видеоклипа. Кодирование производят AYUV с компрессированием 1/3 бита. Воспроизведение видеоклипа обеспечивается за 0,7 с при стандартной разрешающей способности. Графическая информация записывается в 5 битах, так что на один кадр изображения приходится 215 Кбайтов. Система CD-I позволяет проводить обработку сигнала в реальном масштабе времени с помощью микропроцессора. В связи с тем, что при записи можно ввести файлы в реальном масштабе времени, то при подключении микропроцессора проигрыватель CD-I считывает диск системы CD-I без флоппи-диска, что позволяет системе CD-I стать операционной системой микропроцессора. Общий вид использования системы CD-I приведен на рис. 2.21. В общем случае возможность системы CD-I воспроизводить звук и изображение в выбранных пропорциях времени записи каждо- Лазерпь/й проигрыватель СР~1 Устройство загрузки Управляющий Цифровой hod-выход вход СР-1 декодер Видеовыход Звуковой выход Компакт-диск СП ила CP-I Телевизор Усилитель звуковой, частоты -(Д Ноланни. звуковые го, а также возможности сервисной обработки обеспечивают ей применение как обучающей и информационной системы, а такж в развлекательной аппаратуре. Внедрение описанных выше систем компакт-диска не ограничивает использование компакт-диска и создание новых систем. Скорее оно характеризует начало новой эры систем записи на жомпакт-диске и магнитной ленте. Существенный недостаток систем, базирующихся на компакт-диске,- отсутствие возможности перезаписи информации. Частичным решением проблемы стала одноразовая запись данных с помощью полупроводникового лазера, когда можно однократно записывать на оптическом диске с высокими качественными показателями одночасовую музыкальную программу. В отличие от лазерных звуковых проигрывателей такие аппараты имеют кодирующее устройство входной информации и оптический блок, состоящий из узла записи с мощным лазером и узла считывания с маломощным лазером. Отличается и оптический диск с предварительно нанесенными дорожками, на которые в дальнейшем записывается поступающий по интерфейсу цифровой информационный поток. Под действием мощного лазерного излучения чувствительный слой на диске необратимо изменяется, благодаря чему происходит регистрация информации. Аппараты одноразовой записи полностью совместимы с любой системой CD и могут быть использованы как в цифровых лазерных проигрывателях, так и в оптических запоминающих устройствах большой емкости. Однако при всех их достоинствах (в частности, успехи в области уплотнения звуковой информации позволяют записать однократно на диске диаметром 120 мм программу длительностью 5... 6 ч) такие оптические диски имеют конечную емкость меньше обычного диска и относительно высокую сто-.имость. Широкие возможности компакт-диска, открытые системой звукового (CD), видео (CD-V), информационного (CD-ROM) и интерактивного (CD-I) дисков, не дают ему особых преимуществ перед магнитной записью из-за невозможности многократного стирания и перезаписи информации, в том числе и возможности ее редактирования. Поэтому проблема создания диска, способного производить запись-стирание информации с применением оп- тических считываемых устройств, решается созданием материала для диска, получившего название реверсивного, а также ПКД и устройств, способных использовать реверсивный диск по назна-*чению. ГЛАВА 3 ЗАПИСЬ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ НА РЕВЕРСИВНОМ ОПТИЧЕСКОМ ДИСКЕ 3.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Для реализации реверсивной записи необходимо не только создать материал, способный многократно под воздействием внешних причин менять свое состояние, но и выполнить дополнительные требования исходя из нового вида записи. Требования ужесточаются не только к оптическим и механическим характеристикам диска, но и к точности систем фокусировки лазерного луча ш слежения за дорожкой. Использование на диске предварительно нанесенной дорожки несколько снижает требования к системам записи, ио тем не менее они значительно выше, чем у обычных ПКД, из-за необходимости применения, высокоапертуриых объективов и особенностей процесса реверсивной записи. Расширение потока информации, предлагаемой потребителю, а также широкое внедрение персональных ЭВМ в быту с их неограниченными возможностям диктуют использование компакт-диска не только, как указано выше, в различных системах компакт-диска, ио и в качестве оптических запоминающ,их устройств. Плотность записи на оптических дисках значительно выше, чем на магнитных лентах (1600 против 1,6 Мбит/см), срок надежного хранения больше (соответственно 10 лет и 2-3 г) и время доступа к фрагментам информации меньше примерно в 3-4 раза. Поэтому создание оптических реверсивных дисков требуется не только для ПКД с возможностью многократной записи и стирания, но и для устройств памяти ЭВМ. Запись-воспроизведение на реверсивном диске может быть реализована в основном на материалах с использованием определенных эффектов их состояний, таких как: аморфные материалы на эффекте перехода при нагревании в мягкое и при охлаждении вновь в твердое состояние. Нагревая в определенных местах пленку, можно добиться либо испарения, либо затвердевания материала. В обоих случаях отражение лазерного луча неоднородное. Реализация такого метода перспективна при однократной записи, так как контроль тепломеханичеокич процессов затруднен и поэтому питы будут неконтролируемыми; фоточувствительиые материалы иа эффекте засвечивания. Они неперспективны в связи с необходимостью закрепления перехода в новое состояние химическим путем и значительными размерами зерен светочувствительны. слоев; фотомагнитные материалы на эффекте, при котором поле поляризованной волны изменяет намагниченность вещества (эффект нереализуем в силу проявления его только при криогенных температурах); термомагнитные материалы на эффекте теплового воздействия света и температурной зависимости явлений перемагниченности. Несмотря на то, что проявление эффекта в части переориентации поляризации света или разниды в отражении мало, они наиболее перспективны. Для магнитооптической записи физической основой служит легко управляемая мелкодомеииая структура подходящего магнетика. Ячейками памяти являются отдельные небольшие области тонкой пленки, которые сохраняют маг- нитное состояние или изменяют его при подаче команды независимо от состояния соседних областей. Информация хранится в виде направления или знака намагниченности в ячейках памяти. Энергия лазерного пучка используется для ; яагрева локального участка материала до температуры, при которой можно * изменить направление намагниченности на противоположное. Тепловой процесс записи обеспечивает высокую плотность записи и обладает существенным пре- , ямуществом неселективиости к длине волны записывающего излучения. Перед записью магнитная пленка намагничивается в одном направлении. Лазерный лучок фокусируется на ее поверхности (рис. 3.1) нагревает ее. Одновременно с этим создается внешнее -магнитное поле с направлением, противоположным направлению намагниченности материала. В местах, где температура пленки превысит некоторое пороговое значение, произойдет перемагничивание магнитной пленки в направлении внешнего магнитного поля. Сила внешнего магнитного поля, требуемая для перемагничивания, должна быть больше коэрцитивной силы пленки, которая обычно уменьшается с ростом температуры так, что даже очень слабое внешнее магнитное поле способно произвести перемагничивание. После смещения лазерного пучка пленка остывает и направление намагниченности запоминается. Стирание может быть осуществлено двумя способами: либо полное стирание с помощью магнитного поля с напряженностью, превышающей коэрцитивную силу пленки, либо локальное стирание лазерным пучком с одновременным воздействием небольшого внешнего магнитного поля. Поскольку световые лмпульсы могут быть предельно короткими, то время, требуемое для повышения температуры, должно быть очень коротким ~ много меньше времени тепловой диффузии. Ограничение скорости лазерной записи ib этом случае будет определяться скоростью остывания. Если тепловым потоком в подложку пренебречь, время тепловой диффузии где с - теплоемкость; рм - плотность; v-теплопроводность пленки; Ro - радиус домена материала. Примем величины с, рм, v как для металлов с Ло = =0,5 мкм и получим тм=0,1 ... 1 мкс. Если среда термически толстая, то время тепловой диффузии может йыть значительно меньше. Подсчитаем энергию, необходимую для записи одного пита .информации: Мазер  Рис. 3.1. Принцип магнитооптической записи: / - записанный бит, 2 - незаписанный бит, 3 - магнитный слой, 4 - подложка диска где AT - увеличение температуры, требуемое для записи; Апл - толщина пленки; 5п -площадь записанного пита. Считая толщину пленки равной 0,1 мкм, площадь пита 1 мкм^ и прини-г/ая с=1 Дж/г-град, рм=1 г/см Д7=100°С, получаем требуемую энергию для записи одного пита порядка 10-° Дж. При скорости записи 10 Мбит/с мощность в записывающем пучке должна быть 1 мВт. С учетом потерь лазерного излучения при проходе через оптическую систему и потерь тепла в подложке следует считать, что для записи потребуется лазер с зыходной мощностью Р'о~10 мВт. Это требование может быть легко выполнено при использовании полупроводникового лазера. 3.2. СЧИТЫВАНИЕ РЕВЕРСИВНОЙ ЗАПИСИ Для считывания используют магнитооптические эффекты Кер-ра и Фарадея. Вращение плоскости поляризации излучения при отражении от намагниченного материала называется эффектом Керра, а при прохождении через него - эффектом Фарадея. Намагниченные материалы проявляют анизотропию по отношению к излучению с правой и левой круговыми поляризациями. Вращение плоскости поляризации линейно поляризованного излучения связано с появлением дополнительной разности фаз между левой и правой круговыми поляризациями при отражении от намагниченного материала или при прохождении через него. Угол, на который происходит вращение, зависит от угла между вектором напряженности магнитного поля и направлением распространения излучения. В случае совпадения этих направлений угол поворота направления поляризации излучения при эффекте Керра Фк - - Im - Пл)/( пПл - 1)]. а при эффекте Фарадея Фф=лкЯе (Пп- л)А. где Re и Im обозначают действительную и мнимую части величины, а Пд и Пл - комплексные показатели преломления для излучения с правой и левой круговыми поляризациями. Он же может быть записан в ином виде: где k - постоянная Кундта, а М^ - намагниченность насыщения. Для ферромагнитных материалов Фк редко превышает Г, но может быть увеличен при использовании антиотражающего покрытия. Величина kMs обычно около 10 град/см, следовательно, при толщине пленки 1 мкм угол вращения при эффекте Фарадея составит всего 1°. Эффективность материалов, при считывании с которых используется эффект Фарадея, определяется количеством магнитооптического вращения на единицу потерь. Используя коэффициент оптического поглощения аш, вычисляемый по закону Бера - Лам- берта, и удельное вращение Фарадея Рф -kMs, определяем п казатель качества магнитооптического материала как отношени 2/ф/а11г (град/неп.)... Коэффициент 2 учитывает, что области записью и без нее имеют противоположную намагниченность. Считывание записанной информации производится линейн поляризованным лазерным пучком. После прохождения или отражения от среды он анализируется. Полезный сигнал представляет собой разность интенсивностей света, прошедшего через ячейк с противоположной намагниченностью (рис. 3.2). Пренебрега граничными потерями, можно оценить амплитуду сигнала. Пред*-положим, что световая волна £х, падающая нормально на плен ку толщиной h, линейно поляризована и направление поляризации совпадает с осью х. После прохождения через пленку волна будет иметь составляющие: Е' = ехр (- hl2) Е^ cos Фф, Еу = ехр (- hl2) Е^ sin Фф. Пусть анализатор установлен таким образом, что его ось макси мального просветления составляет угол 6 с направлением поляризации в считывающем пучке, т. е. с осью х. Тогда на выход анализатора будет зарегистрирована интенсивность света, пропорциональная (xcos 9-i-£ysinl9)2 или / = /о ехр (- ft) cos (6 - Фф), где /о - ток фотодетектора в отсутствие поляризации, а / - то при поляризации. Различия уровней сигнала с фотодетектора, установленного а-качестве анализатора, в областях с противоположной намагниченностью Д / = V /о ехр (- а„г h) [cos (9 - Фф) - cos (6 + Фф)] = = V 0 ехр (- h) sin 29 sin 2Фф, где у - чувствительность фотоприемника. Если анализатор настроен на исключение одного из пучкоа света, т. е. 9 = 90°--Фф, то Д / = V /о ехр (- h) sin2 2 Фф. *- , Z Рис. 3.2. Принцип магнитооптического воспроизведе , ния: / - изменение поляризации яр наличии и отсутствии записи 2 - изменение угла поляриза дни в анализаторе при измене НИИ полярности домена   
1 ... 8 9 10 11 12 13 14 ... 22 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||