Standardy

V oblasti CD-ROM vznikla v uplynulých letech celá řada standardů. Většina se ujala díky průmyslu, některé však vešly v platnost formální cestou - např. ISO 9660. Vyjmenovat všechny by bylo nad rámec této práce, uvedeme si tedy jen nejdůležitější. Základní pravidla přišla s "barevným označením" : Red Book, Yellow Book, Orange Book a pod. Obsahují základní pravidla toho, jak jsou informace na disku uloženy a jak je přehrávač z disku čte.

Červená kniha (Red Book)

Představili ji v roce 1980 firmy Philips a Sony. Popisuje tzv. CD-DA formát zápisu dat na CD. V tehdejších letech byly disky CD vesměs považovány jako nosiče pro reprodukci zvuku, takže je optimalizován pro zvukové účely. Všechny následující standardy z něj určitým způsobem čerpají.

Logická struktura dat je vejmi podle Red Book velmi prostá. Definuje, že disk může mít max. 99 stop ve tvaru spirály. Tabulka obsahu umístěná na první vnitřní stopě obsahuje inormace o umístění ostatních stop. Umístění stop je adresováno formou minuta:sekunda:sektor.

Zatímco CD-ROM mechanika dovede přímo vyhledat jakýkoli sektor, zvuková CD mechanika čte pouze sekvenčně, a dovede vyhledat pouze začátek bloku (skadby), tak že začátek pozná podle 2 sekund prázdných dat (ticha).

Red Book specifikuje dvouvrstvou architekturu:

Vrstva 0 je bitová struktura, definující to jak jsou jednotlivé bity sestavovány do bajtu. Data jsou na disku zaznamenána vypálením malých důlků neboli pitů pomocí záznamového laseru, který je silnější než čtecí laser. Bity jsou uchovávány na nosiči podle synchronizačního schématu RLL (podobně jako u HDD). Díky určitým limitům tohoto schématu nemohou být bajtová data uložena v 8bitovém formátu, ale je za potřebí 14 tzv. kanálových bitů + 3 spojovací bity = 17 kanálových bitů. Kanálové bity jsou načítány v 588 bitových rámcích. Z tohoto rámce je třeba odečíst prvních 27 bitů potřebných k synchronizaci a zaměření laseru. Zbude 561 bitů, tedy 33 bajtů, znichž má každý 17 bitů. Těchto 33 bitů je rozděleno na 24 bajtů dat, 8 bajtů pro korekci chyb a 1 subkódový bajt, který obsahuje nějaké poziční informace.

Vrstva 2 je fyzická struktura bloku. Minimální jednotkou dat, kterou je zvukový CD přehrávač schopen adresovat je jeden blok neboli sektor. Sektor se skládá z 98 rámců, dlouhých 24 bajtů. Sektor je tedy 2 352 bajtů dlouhý.

Dále Red Book stanovuje, vzorkovací kmitočet DA-převodu na 44,1 kHz. Každý vzorek má přiřazenu jednu s 65 536 hodnot. Tyto hodnoty vnikly při nahrávání převedením analogového signálu pomocí pulzně kódované modulace.

Bylo zde také definováno uložení omezené grafiky (označení CD+G). Grafiku lze umístit do jinak prázdných subkódových bajtů. Na disk by se potom vešlo až 20 MB grafických dat. V každém rámci je možno využít pouze 6 bitů ze subkódového bajtu, takže grafika je velmi roztroušená po disku a tím i pomalá.

Co se týče zvukových chyb, tak zvuková data jsou mnohem méně citlivá na ztrátu bitů, neboť lidský sluch nepatrnou ztrátu nepostřehne. Red Book používá metodu CIRC (cross-interleaved Solomon code). Pro chyby, které jsou natolik rozsáhlé, že je CIRC nedokáže opravit, poskytuje Red Book tři možnosti řešení. Chybějící data odhadnout, chybějící data nahradit posledně správně načtenými daty z oblasti, která přecházela poruchu, nebo chbějící data nahradit tichem.

Žlutá kniha (Yellow Book)

Byla sestavena organizací ISO (International Standards Organization) v roce 1985. Je tedy také známa pod označením ISO 10149. Upravuje fyzický formát, podle kterého jsou informace uloženy na CD-ROM. Tento standard zásadně přepracoval koncepci specifikace původního CD-DA. To se týče zejména uložení a indexování dat a oprav chyb. Specifikace rovněž vzala v úvahu existenci různých počítačových platforem, v kterých mohou být CD-ROM používány.

Norma přidává k CD-DA architektůře další dvě vrstvy. při zachování stejné struktury vrstvy 0. Vrstva 1je modifikována o použití kódu pro zjištění a opravu chyb - EDC (Error Detection Code) a ECC (Error Corecting code).

Nová vrstva 2 specifikuje logickou strukturu sektorů. CD-ROM z každého sektoru využívá 12 synchronizačních bajtů a 4 bajty jako hlavičku. Synchronizačními bajty je identifikován začátek sektoru a hlavička používá 3 bajty pro adresu sektoru ve tvaru minuta:sekunda:sektor a zbývající bajt pro identifikaci módu. A tento mód určuje, o jaký typ sektoru se vlastně jedná. V rámci Yellow Book existují 3 módy.

Mód 0 znamená, že je blok kompetně vyplněn nulami - odpovídá prázdnou oblasti standardu CD-DA. V Módu 1 je zbylá část bloku rozdělena na 2048 bajtů uživatelských dat a kódy EDC a ECC. V módu 2 se blok používá k uchování zvukových a video dat a používají další standardy, které navazují na Yellow Book.

složení cd-rom sektoru

Vrstva 3 definuje jednoduchý souborový systém na disku, který údajně odpovídá ISO 9660.

Rozšířený standard Yellow Book - CD-ROM XA

Předložily jej v roce 1989 firmy Philips, Sony a Microsoft. Byl navržen se záměrem dále zlepšit multimediální schopnosti CD-ROM. Mechaniky kompatibilní s CD-ROM XA mohou číst standardní disky odpovídající normě Yellow Book a disky CD-I. Některé navíc umožňují i čtení částečně nahraných disků CD-WO.

Systém používá nový mód 2 - mód 2 XA. Tento mód se vyskytuje ve dvou formmách. Forma 1 je určena pro data vyžadující EDC/ECC. Ve skutečnosti se velice podobá módu 1 standardu Yellow Book s výjimkou, že 8 prázdných bitů se posunuje na začátek bloku a obsahuje nyní podhlavičku (subheader), která říká, jakou formu má daný sektor. Ve formě 2 blok obsahuje pouze 8 bajtů EDC. Sektory s odlišnou formou mohou být umístěny vedle sebe, což umožňuje současné přehrávání zvuku s videem nebo textem.

složení cd-rom xa sektoru

Disk XA zaznamenává zvuk ve formátu ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation) v módu 2. ADPCM komprimuje zvuk tak, že místo plných hodnot vzorků (jako u PCM) ukládá pouze rozdílové hodnoty následujících vzorků. Tato metoda omezuje potřebu prostoru až 1/16 hodnoty, jinak potřebná u zvukového CD odpovídajícího normě Red Book.

Zelená kniha (Green Book)

V roce 1988 představil Philips standard, který umožňuje použití interaktivních multimediálních aplikací. Green Book nezůstává pouze u formátu disku. Popisuje také hardwarové specifikace přehrávače. Tento popis obsahuje CPU, paměť, operační systém, video a audio řadiče a také komprimační metody pro zvuk a video. Standard zajišťuje, že všechny disky CD-I budou fungovat na jakémkoli přehrávači CD-I, který je připojen k televizi a hudební aparatuře. CD-I byl navržen, aby byl přehráván v reálném čase. Proto Green Book definuje mód 2 totožný s CD-ROM XA.

Přehrávání videa umožňuje 16 miliónů barevných variací. Existují čtyři vrstvy videa - jedna statická, tři animační. Novější přehrávače obsahují modul FMV (Full Motion Video). Jedná s o video standard založený na populární kompresi MPEG (Moving Picture Expert Group).

Standard Green Book také stanovuje čtyři typy zvukové kvality. Jsou CD-DA, Hi-Fi, Mid-Fi, Řeč. Poslední tři představují různé úlovně ADPCM. Disk CD-I může mít různojazičné komentáře až na 16 paralelních zvukových stopách.

CD-I Ready

Je to standard propojující CD-I a zvukové CD. Uméžňuje to, že disk obsahující jak zvuková data běžného CD, tak o data CD-I bude možno přehrát na obou typech přehrávačů.

Disky CD-I Ready využívají mezeru, která indikuje konec předchozí a začátek nové skladby. Standard rozšířil tuto mezeru až na 180 sekund, což je dostatečný prostor pro umístění dat CD-I.

Typická aplikace CD-I Ready má podobu běžného CD rozšířeného o informace týkající se přehrávaných skladeb, které pak budou zobrazovány současně při přehrávání skladby.

White Book - CD-I bridge

Definuje způsob, jakým jsou data CD-I zaznamenávána na discích CD-ROM XA. Jak sám název napovídá, reprezentuje standard umožňující přehrávání disků jak na CD-ROM XA tak i na CD-I. Data mohou být zaznamenána pouze v módu 2 XA v libovolné formě nebo v módu Red Book audio.

Video CD

Umožňuje uložení filmového materiálu na CD za přispění komprimační metody MPEG. Někdy také bývá označováno jako Karakoe CD Specification, neboť jednou z aplikací, pro které byly Video CD původně navrženy, jsou systémy Karakoe. Disky Video CD lze přehrávat jak na počítačích (s patřičným multimediálním vybavením tak i na zařízení CD-I s modulem FVM.

Oranžová kniha (Orange Book)

Standard byl vytvořen v roce 1990 firmami Philips a Sony. Definuje nahrávatelné médium. Část 1 se zabývá CD-MO (magneto-optical), což není CD-ROM, nýbrž jiný přepisovatelný nosič dat. Část 2 pak pojednává CD-WO (Write Once). Data lze nahrát všechna současně - proces se označuje jako „track at once", nebo inkrementálně - označuje se jako „norma multisession". Na stopy lze zapisovat ve formátech Red, Yellow a Green Book.

Nahráváte-li CD-WO pomocí mechaniky, která podporuje normu multisession, lze na jeden disk zapsat až 99krát, což odpovídá maximálnímu počtu stop na CD. Nemůžete však fyzicky přepsat již dříve nahrané informace.

Disk CD-WO může být v jednom z následujících stavů :

Standardní CD-ROM mechanika (White Book) může číst pouze poslední tři typy. Mechanika podporující multisession přečte i částečně nahrané a neukončené CD-WO.

Každý prázdný disk CD-WO má oblast PCA (program calibration area), pomocí níž se před zahájením zápisu kalibruje zapisovací laser. Každá zapsaná session obsahuje oblasti Lead In, PMA a Lead Out. Poté, co je disk ukončen , se zapíše do oblasto Lead In tabulka obsahu disku TOC. PMA (program memory area) obsahuje vlastní data. Oblast Lead Out informuje přehrávač o konci session.

rozložení stop

ISO 9660

Yellow Book postrádala specifikaci nějaké standardní struktury souborů. Proto zástupci nejvýznamnějších firem zabývající se touto problematikou svolali v roce 1985 konferenci vývojových pracovníků. Výsledek tohoto setkání je známý jako "High Sierra Standard", pojmenován podle místa konání konference. Později byla mírně přepracovaná verze tohoto standardu přijata organizací ISO.

Z této norny se bude vycházet při tvorbě filesystemu, proto je rozvedena podrobněji.


připomínky: mojmir.rychly.fei@vsb.cz,l90377@vsb.cz
dokument je součást projektu vývoje operačního systému Tuox, společné semestrální práce do předmětu Operační systémy, zimní semestr 1997. http://www.cs.vsb.cz/~gry72/tuox/sources2/cd/cbooks.html