Hệ Thống Ghi Và Đọc Đĩa Âm Thanh CD.

PHẤN I: TỔNG QUAN VỀ CD VÀ Ổ CD

I. TÌM HIỂU VỀ ĐĨA CD.
1. Khái niệm về đĩa CD:
ĐĩaCD(tiếng Anh: Compact Disc) là một trong các loại đĩa quang, chúng thường chế tạo bằng chất dẻo, đường kính 4,75 inch, dùng phương pháp ghi quang học để lưu trữ khoảng 80 phút âm thanh hoặc 700 MB dữ liệu máy tính đã được mã hóa theo kĩ thuật số.
2. Lịch sử phát triển của dĩa CD:
Đĩa CD bắt đầu được phát triển từ những năm 1979 bởi hai hạng Sony và Philips để ghi âm thanh. Ban đầu mỗi hạng phát triển theo một hướng riêng, đến những năm 1980 chúng được hợp nhất thành một chuẩn đĩa CD chứa âm thanh ( thông dụng cho đến ngày nay ).
Để đánh đấu sự phát triển và đưa ra các tiêu chuẩn chung cho việc phát triển loại đĩa này các hạng đã cùng xuất bản một cuốn " Sách Đỏ" mà trong đó đã nêu rõ từng bằng sáng chế công nghệ của từng hạng.
Phiên bản gần nhất của cuốn sách vào tháng 5 năm 1999.
Tiếp sau đó, hai hạng Sony và Pholips và một hạng khác đần cho ra các định dạng đĩa mới và phát triển cho đến ngày nay.
3. Công nghệ của đĩa CD:
Hầu hết tất cả các đĩa CD đều làm việc cùng với một thông số như nhau (chỉ ngoại trừ trường hợp miniCD có kích thước khác biệt một chút hoặc với một số định dạng cá biệt khác, còn lại các dạng đĩa CD còn lại có các kích thước điểm, đường...đều như nhau).
Đĩa CD sử dụng công nghệ quang học để đọc và ghi dữ liệu: Một cách đơn giản nhất chúng dùng tia lade chiếu vào bề mặt đĩa để nhận lại các phản xạ ánh sáng (hoặc không) tương ứng với các dạng tín hiệu nhị phân (0 và 1).
4. Thông số của đĩa CD:
Thông số
Loại CD1
Loại CD2
Dung lượng theo âm thanh (phút)
74
80
Dung lượng theo dữ liệu (MB)
650
700
Tốc độ đọc ở 1X (m/s)
1.3
1.3
Bước sóng lade (nm)
780
780
Khẩu độ (Numerical aperture) (lens)
0.45
0.45
Chỉ số khúc xạ (Media refractive index)
1.55
1.55
Track (turn) spacing (μm)
1.6
1.48
Turns per mm
625
676
Turns per mm
15.876
17.162
Tổng độ dài track (m)
5.772
6.240
Tổng độ dài track (feet)
18.937
20.472
Tổng độ dài track (miles)
3.59
3.88
Độ rộng điểm (μm)
0.6
0.6
Độ sâu điểm (μm)
0.125
0.125
Chiều dài điểm nhỏ nhất (μm)
0.90
0.90
Chiều dài điểm lớn nhất (μm)
3.31
3.31
Bán kính Lead-in (mm)
23
23
Bán kính vùng dữ liệu (data zone) - trong (mm)
25
25
Bán kính vùng dữ liệu - ngoài (mm)
58
58
Bán kính Lead-out - ngoài (mm)
58.5
58.5
Độ rộng vùng track dữ liệu (mm)
33
33
Độ rộng toàn vùng track (total track area width) (mm)
35.5
35.5
Tốc độ quay lớn nhất ở 1X CLV (rpm)
540
540
Tốc độ quay nhỏ nhất ở 1X CLV (rpm)
212
212
Số track chứa dữ liệu (data zone)
20.625
22.297
Tổng số track
22.188
23.986
5. Các loại định dạng của đĩa CD:
- CD-DA:
CD-DA (Compact Disc-Digital Audio) được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1980 bởi hai hãng Sony và Philips. Định dạng CD này là một dạng chuẩn cho các loại thiết bị giải trí dân dụng đọc đĩa CD thông thường. CD-DA là loại đĩa CD chỉ chứa các dữ liệu âm thanh, chúng đơn thuần chứa nội dung các bài hát, bản nhạc mà không chứa bất kỳ một loại dữ liệu nào khác.
Bởi định dạng ( format ) đĩa này tuân theo các tiêu chuẩn trong cuốn " Red Book" nên đĩa này có thể được gọi là đĩa CD " Red Book".
- 5.1 Music Disc:
5.1 Music Disc hay còn có các tên khác là: DTS-CD, DTS Audio CD: Là loại đĩa CD audio chứa âm thanh được định dạng ở loại lập thể (surround) mà có thể phát đầy đủ 6 đường tiếng cho các bộ thiết bị âm thanh giải trí gia đình hoặc trên các máy tính cá nhân.
5.1 Music Disc là những thể loại đĩa chứa âm thanh lập thể đầu tiên trước khi ra đời loại đĩa DVD audio.
- SACD:
SACD (Super Audio CD) là đĩa CD âm thanh có chất lượng cao hơn loại đĩa CD-DA thông thường. Nó được hãng Sony và Philips giới thiệu vào năm 1999.
- CD-Text:
CD-Text là dạng mở rộng của CD-DA mà trên đó có thể chứa một số dữ liệu dạng văn bản (text) để chứa một số nội dung hoặc thông tin của đĩa CD đó (ví dụ như: Tên album, tên các bài hát, tác giả, ca sỹ...), những dữ liệu text này được chứa tại vùng lead-in của đĩa CD.
- CD-ROM:
CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) là loại đĩa CD chứa dữ liệu chỉ đọc. CD-ROM được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1983 bởi hai hãng Sony và Philips. Chúng không giống như các đĩa CD-DA phát triển trong thời gian đầu (chỉ chứa nội dung về âm thanh) mà mở rộng chứa các loại dữ liệu khác của máy tính.
Loại đĩa này thường được ghi dữ liệu bằng các thiết bị ghi đĩa chuyên dụng (có thể sản xuất nhiều đĩa trong một thời gian ngắn). Người sử dụng không thể ghi thêm dữ liệu vào các loại đĩa này.
- CD-i:
CD-i (Compact Disc-interactive) được Sony và Philips giới thiệu năm 1986. Nó bao gồm sự cải tiến: Chứa bao gồm cả âm thanh và các đoạn phim (tiếng+hình). CD-i không được sử dụng thông dụng. Chúng còn không sử dụng được với các máy tính thông thường.
CD-i tuân theo định dạng Greed Book.
- CD-ROM XA:
CD-ROM XA (Extended Architecture) được giới thiệu năm 1989 bởi Sony, Philips và Microsoft. Chúng kết hợp hai loại CD-ROM và CD-i để có thể cho phép máy tính phát được các đĩa ca nhạc có hình (tiếng + video).
- CD-i Bridge:
CD-i Bridge được giới thiệu bởi hai hãng Sony và Philips phát hành dựa trên sự kết hợp của CD-i và CD-ROM XA. Chúng phát được cả trên các máy phát CD-i và cả trên các PC thông thường.
- CD-R:
Loại này bao gồm CD-R (recordable) và CD-RW (rewritable) được giới thiệu vào những năm 1989 và 1996 bởi các hãng Sony và Philips.
- CD-P:
CD-P (hoặc tên khác là Photo-CD) được giới thiệu năm 1990 bởi các hãng Philips và Kodad là sự kết hợp của CD-ROM XA với loại CD-R để có thể chứa thêm các bức ảnh vào đĩa chứa âm thanh và hình ảnh. Đây là một chuẩn để chứa các bức ảnh trên các đĩa CD-R.

- Video CD:
Video CD (hoặc viết tắt là VCD) được giới thiệu năm 1993 bởi các hãng: Philips, JVC, Matsushita, và Sony trên cơ sở của CD-i và CD-ROM XA. Đĩa này chứa khoảng 74 phút video theo định dạng MPEG-1 (hoặc chứa âm thanh kỹ thuật số dạng ADPCM)
- SVCD:
SVCD (Super Video Compact Disc) là một định dạng chứa video ở độ phân giải cao hơn so với chuẩn Video CD.
- CD EXTRA:
CD EXTRA được giới thiệu năm 1995 bởi các hãng Sony và Philips.
- CD Double-Density:
Được giới thiệu năm 2000 bởi các hãng Philips và Sony.
- CD+G:
CD+G (CD+Graphics) là loại đĩa CD chứa nội dung âm thanh nhưng được lưu thêm các nội dung về đồ hoạ, chúng có thể được phát âm thanh bình thường trên các thiết bị phát âm thanh thông thường, tuy nhiên nếu phát (play) trên các thiết bị đặc biệt (như trên máy tính với các phần mềm riêng, trên các đầu phát đặc biệt được kết nối với màn hình hoặc tivi) chúng có thể hiển thị đồ hoạ hoặc có thể hát karaoke.
- MiniCD:
MiniCD là loại đĩa CD thông thường nhưng kích thước đường kính ngoài của nó chỉ là 80 mm, dung lượng nhỏ hơn đĩa CD đường kính chuẩn 120 mm.
MiniCD có đầy đủ các loại như đĩa CD thông thường (CD-DA, CD-ROM, CD-R...).
6. Nguyên lý hoạt động và cấu tạo cơ bản của đĩa CD:
Đĩa CD (Compact Disc) đã rất phổ biến trong thời đại ngày nay. Cho dù mục đích chúng dùng để chứa nhạc, dữ liệu hay phần mềm máy tính thì đĩa CD trở nên một phương tiện truyền thông tiêu chuẩn cung cấp một lượng rất lớn thông tin chỉ trong một miếng plastic nhỏ gọn. CD rất dễ sản xuất và giá thành cũng rất rẽ tại thời điểm này, bằng chứng ở Hoa Kỳ, hàng triệu chiếc CD trắng được bán hết hàng năm. Nếu bạn có máy tình kèm theo ổ đĩa ghi CD-RW, bạn có thể tạo ra cho mình một đĩa CD với bất cứ nội dung nào bạn thích.
6.1. Cấu tạo cũng đĩa CD:
Trên mặt đĩa CD chuẩn luôn cho thấy dung lượng 700Mb, nếu dùng để chứa dữ liệu và 80 phút âm thanh (chính xác là 74 phút) nếu dùng để thâu nhạc (gọi là Compact Disc Digital Audio - CDDA).Hay nói một cách cụ thể, tổng dữ liệu được nhị phân hóa (Binary) mà một đĩa CD có thể chứa là:
44,100 samples/channel/second x 2 bytes/sample x 2 channels x 74 minutes x 60 seconds/minute = 783,216,000 bytes
Để có thể chứa 783Mb dữ liệu chỉ trong bán kính ~ 6cm, mỗi byte phải rất cực nhỏ.
Đĩa CD nhìn tổng quát là miếng nhựa tròn dày tầm 1.2mm. Cụ thể là mảnh nhựa Polycarbonate ép khuôn tròn



Đây là hình cắt dọc của 1 chiếc CD gồm 4 lớp (2 mặt):
Mặt nhãn:
- Lớp nhãn chứa thông tin nhà sản xuất (Sony, TDK,...) và các thông số kỹ thuật (700Mb|80 Minutes), Tốc độ ghi đọc (52x, 48x,...).
- Lớp nhựa Acrylic dùng để tách lớp nhãn và mặt dữ liệu.
Mặt dữ liệu:
- Lớp nhôm: chứa các "dữ liệu" của CD, có khả năng phản xạ ánh sáng (sẽ kĩ hơn mục sau).
- Lớp nhựa Polycarbonate: bảo vệ lớp Nhôm
6.2. Đường Dữ Liệu Xoắn Ốc:
Mỗi đĩa CD phải một đường mang dữ liệu hình xoắn óc (single spiral track of data), xoắn từ gần tâm CD, từ trong ra ngoài. Trên đường dữ liệu này có thể cắt ra từng phần nhỏ gọi là Track ( Ví dụ: Một CD nhạc có 13 bài hát thì đường dữ liệu được cắt thành 13 đoạn, gọi là Track01, Track02,...,Track13.)



Kích thước đường dữ liệu cực nhỏ, rộng chỉ bằng 0.5 microns nhỏ hơn 200 lần tóc,các Track cách nhau chỉ 1.6 microns ( 1 micron = 1 micromet = 1/1.000.000 m ).
- Bumps | Pits:
Trên đường dữ liệu được tạo bời các phần lồi lõm rất cực nhỏ. Một phần lồi đó kỹ thuật gọi là bump hoặc pit (tùy theo cách nhìn CD dọc hay ngang). Sau đây xin gọi là pit cho tiện. Mỗi pit hiễn nhiên có độ rộng bằng với độ rộng của đường dữ liệu 0.5 microns, dài ít nhất 0.83 microns ( Đây là nguyên nhân tại sao 1 bài hát phải ít nhất 4 giâymicrons ) và cao ít nhất là 125 nm.



Nguồn: Boyx14_1989@TVE