Vývoj optických médií 1 - CD

22. 7. 2009 07:00    Rubrika: Technologie    Autor: Aleš Lalík

Optická média mají za sebou dlouhou historii a dříve se jednalo v podstatě o jediný způsob snadného přenosu dat, ovšem dnes jsou již postupně nahrazovány jinými druhy médií, zejména USB flash disky. Na to, k čemu byla určena prvotně a jaký byl jejich vývoj, se podíváme v našem článku.

Počátky kompaktních disků neboli z anglického originálu Compact Disc (CD) se datují k polovině 70. let minulého století, kdy se výrobci snažili přijít s novým typem média, které by mohlo sloužit pro záznam na tehdejší dobu velkého množství dat. Dalšími požadavky na technologii ukládání byl snadný a rychlý přístup k datům. Postupně se objevilo několik nadějných adeptů využívající laserovou technologii pro práci s optickými disky, z nichž své vlastní rozdílné návrhy měly také společnosti Philips a Sony. Vývoj optických disků v jejich laboratořích začal v roce 1977, resp. 1975. Právě tito dva velikáni se nakonec rozhodli spojit své síly a začít spolupracovat na vývoji optických disků, čehož výsledkem byl jednotný standard pro audio CD, uvedený v roce 1980.

O dva roky později spatřil v Japonsku světlo světa první komerčně dostupný CD přehrávač Sony CDP-101, první audio CD začala ve stejnou dobu sjíždět z výrobních linek továrny v německém Hannoveru. Rok 1983 znamenal rozšíření CD a jejich přehrávačů na další světové trhy, včetně vydávání mnoha dalších alb různých interpretů na tomto médiu.

Fyzické rozměry

Průměr kompaktních disků je 12 cm a tloušťka dosahuje 1,2 mm, ačkoliv původní návrh na rozměry CD od Philipsu se mírně odlišoval. CD totiž měly mít průměr 11,5 cm, což umožňovalo na ně uložit 60 minut hudby. S touto délkou ale nebylo spokojené vedení Sony, které požadovalo, aby se na CD dala umístit nahrávka Beethovenovy Symfonie č. 9. Ta je nahrána v několika různých délkách, přičemž právě ta nejdelší si vyžádala zvětšení průměru kompaktních disků na konečných 12 cm. Kapacita média tímto krokem vzrostla až na 74 minut audio záznamu nebo 700 MB dat.

Kromě standardní velikosti byla uvedena také menší verze mini CD, jejíž průměr je zmenšený na 8 cm a tím pádem se snížila i úložná kapacita. Na disk se vejde audio nahrávka o délce 21-24 minut, což je ekvivalent pro 185-210 MB dat.

Samotný disk se skládá z několika vrstev, kde vrchní strana je určená pro umístění informačního potisku nebo popisu média. Pod ní je tenká vrstva laku, chránící níže umístěnou odraznou plochu s uloženými daty, která je ve většině případů vyrobena z hliníku. Spodní část CD je tvořena silnou vrstvou polykarbonátu, zajišťující pevnost celého disku a také jeho odolnost vůči mechanickému poškození, zejména poškrábání.

Průřez strukturou CD

Data jsou na CD uložena v jediné spirále, vinoucí se od středu disku směrem k jeho okraji se vzdáleností pouhých 1,6 µm mezi jednotlivými stopami. Celková délka spirály přesahuje 5 km a je dělena na sektory o stejné fyzické délce. Záznam dat v odrazné vrstvě kompaktních disků je tvořen sérií prohlubní (pitů) a rovných plošek (polí), čtení probíhá bezkontaktně pomocí laserového paprsku, soustředěného na povrch odrazivé plochy. Paprsek se od jejího povrchu odráží zpět na snímač, kde je vyhodnocován rozdíl mezi odrazem od pitů a polí. Čtení probíhá konstantní obvodovou rychlostí, tzn. mechanika mění při čtení stopy rychlost otáčení disku podle toho, ve které části datové spirály se laser pohybuje.

Barevné standardy

Aby výrobci používali jednotný způsob prezentace dat na CD, bylo nutné vyvinout patřičné standardy. Tuto činnost zastaly společně Philips a Sony, tudíž všechny zveřejněné standardy jsou až na jednu výjimku jejich vlastnictvím.

Jako první se objevila v roce 1980 tzv. červená kniha (Red Book), popisující původní účel CD jakožto média pro ukládání zvukové stopy (Compact Disc Digital Audio nebo CD-DA). Kromě toho specifikuje fyzické rozměry kompaktních disků a táhne se napříč všemi následujícími standardy. Na CD je vytvořena logická struktura souborů, která může obsahovat až 99 sektorů. Délka audio nahrávky je nanejvýš 74 minut, minimální délka každé skladby jsou 4 sekundy.

Následující standard nazvaný žlutá kniha (Yellow Book) z roku 1985 zásadně přepracoval koncepci CD coby média pro ukládání zvukových stop tak, aby se na něj daly uložit i počítačová data, čímž došlo ke vzniku formátu CD-ROM (compact disc read-only memory). K dispozici jsou dva typy ukládání dat, Mód 1 a Mód 2. První volba má část stopy vyhrazenou pro data sloužící ke zjištění a opravě chyb údajů na CD, čímž se sice zmenší úložná kapacita, ale naopak se minimalizuje riziko vzniku chyb při čtení z disku. Tento způsob je vhodný pro běžná data, kde může mít i drobná změna značné následky.

Druhý mód neobsahuje opravné sektory, na jejichž pozice jsou umístěna běžná data. Tento způsob ukládání je vhodný pro zvuk a video, kde případná malá ztráta informací nezpůsobí ve většině případů závažné následky.

V pořadí již třetím standardem byla zelená kniha (Green Book) vydaná v roce 1988. Jedná se o zmiňovanou výjimku, jejímž vlastníkem je pouze společnost Philips. Zelená kniha přinesla označení disku také jako CD-Interaktiv (CD-I) a kromě jeho formátu definuje rovněž technické specifikace přehrávače. Zvuková data jsou v tomto případě prokládána dalšími údaji, které jsou navzájem oddělené, takže je možné přehrávání i na běžných typech CD přehrávačů.

Další významný zlom přinesla oranžová kniha (Orange Book), definující standard pro zapisovatelná CD-Recordable (CD-R) a přepisovatelná CD-ReWritable (CD-RW). Kromě nich popisuje oranžová kniha i specifikace hybridního magneto-optického média CD-Magneto-Optical (CD-MO), jež se však nikdy nedostalo do komerční sféry. Úspěch zaznamenaly pouze dosud používané CD-R a CD-RW. Oranžová kniha samozřejmě podporovala i dřívější červenou knihu, proto lze na zapisovatelné/přepisovatelné disky nahrávat buď klasické audio CD, nebo běžná data.

Rozšíření multimediálních standardů pro kompaktní disky proběhlo v roce 1994, kdy se dočkala uvedení bílá kniha (White Book) popisující kromě ukládání hudby také záznam obrázků či fotek a videa, známého pod označením Video CD (VCD).

Přežije CD?

Při uvedení zaznamenaly audio CD velký úspěch, který s postupem doby dlouho rostl. Stejně tak se ale zvětšovaly i nároky na úložnou kapacitu těchto optických médií, což vyústilo v uvedení DVD, o kterých bude pojednávat druhá část tohoto třídílného seriálu. V posledním dílu se pak podíváme na nejnovější Blu-ray média.

Optická média obecně, nejen hudební CD, čelí v posledních letech klesajícímu zájmu uživatelů, protože jejich místo stále více zabírají výrazně praktičtější USB flash disky a také internet, umožňující snadnou dostupnost velkého množství dat. I do budoucna se dá očekávat pozvolný přesun ke streamovanému obsahu, k čemuž dopomohou neustále rostoucí možnosti internetového připojení.

Zdroj: sony.net, philips.com, bbc.co.uk, mediatechnics.com