Charakterystyka techniczna płyty
Budowa płyty
Organizacja warstwy o dużej gęstości zapisu
Sposoby dostępu do plików
Nowe technologie opracowane na potrzeby SACD
Stale rosnące wymagania zarówno ze strony użytkowników, jak i przemysłu nagraniowego zmusiły producentów do podejmowania prób poprawy jakości zapisu dźwięku na płycie CD. Płyta CD nowej generacji - Super Audio CD (SACD), oprócz zapisu wielokanałowego dźwięku o podwyższonej jakości, umożliwia również zapis plików tekstowych, graficznych oraz wideo. Aby pozyskać jak najszersze grono użytkowników dla płyty, zapewniono kompatybilność nowej płyty SACD z używanymi obecnie odtwarzaczami płyt CD.
Płyta SACD składa się z dwóch niezależnych warstw (rys. 1). Jedna warstwa odpowiada standardowi klasycznej płyty CD, druga zaś - standardowi płyty SACD.
Rys. 1 Płyta SACD w rzucie warstwowym.
Charakterystyka techniczna płyty
|
Super Audio CD stosuje nowy format zapisu fonii o dużej rozdzielczości wykorzystując technologię DSD (Direct Stream Digital) opracowaną w koncernie Sony. Umożliwia to zapisanie dwukanałowego stereofonicznego dźwięku od 0 Hz do 100 kHz z dynamiką powyżej 120 dB w paśmie akustycznym. Także każdy z sześciu kanałów dźwięku surround płyty SACD zapisany jest w paśmie od 0 Hz do 100 kHz z 120 dB dynamiką. Odtworzony z takiej płyty dźwięk surround ma dużą rozdzielczość i separację międzykanałową. Zapisane na dysku pliki tekstowe i graficzne zawierają nazwę dysku, nazwę zapisanych utworów, nazwiska artystów, numery ścieżek oraz wszystkie informacje potrzebne użytkownikowi. Podstawowe parametry klasycznej płyty CD oraz płyty SACD zebrano w tabeli 1.
Tabela 1. Porównanie starego i nowego sposobu zapisu dźwięku.
Powrót
Płyta SACD posiada dwie poliwęglowe warstwy o grubości 0,6 mm każda. Po napyleniu i wycięciu w każdej warstwie krążka sklejane są one i razem tworzą dysk o wymiarach identycznych z konwencjonalnym dyskiem CD. Informacje przeznaczone do odczytu standardowej płyty CD położone są na wewnętrznej warstwie, podczas gdy zewnętrzna warstwa o dużej gęstości zapisu niesie na tej samej powierzchni więcej informacji cyfrowych.
Czytniki nowej generacji przeznaczone do odtwarzania płyt SACD zawierają dwie diody laserowe. Jedna z nich o długości 780 nm z zakresu podczerwieni odczytuje standardową płytę CD, druga o długości 650 nm z zakresu widzialnego koloru czerwonego odczytuje warstwę o podwyższonej gęstości zapisu (rys. 2).
Rys. 2 Sposób odczytu płyty Super Audio CD.
Powrót
Organizacja warstwy o dużej gęstości zapisu
|
Dane na płycie SACD są grupowane w sektorach o pojemności 2064 bity, w strukturze podanej w tabeli 2.
Tabela 2. SACD - struktura zapisu o dużej gęstości.
Po odczytaniu 16 podanych wyżej sektorów, są one grupowane w celu sformowania kodu korekcji błędów ECC (Error Correction Code). W ten sposób tworzy się pełnowartościowy kod korekcji błędów, bazujący na kodzie Reeda-Solomona. Rzędy bloków ECC układane są w warstwy i formowane w ramki, które są następnie modulowane w kodzie EFM plus. Po procesie modulacji odczytane dane są formowane w strukturę sektorów odpowiadającą sektorom formowanym do zapisu na dysku.
Organizację plików Super Audio CD pokazano na rys. 3. Obszar informacyjny SACD o dużej gęstości zapisu jest podzielony na część wprowadzającą, część informacyjną i część wyprowadzającą. Część informacyjną podzielono na następujące części: system plików, główną tabelę zawartości plików (Master TOC - Table of the content), obszar dwukanałowej stereofonii, obszar wielokanałowego dźwięku surround, obszar dodatkowych danych. Obszary dźwięku dwukanałowego i wielokanałowego mają tę samą podstawową strukturę. Każdy z tych obszarów zawiera tabelę zawartości plików i ścieżki foniczne. Obszar dodatkowych danych może zawierać informację każdego rodzaju.
Rys. 3 Organizacja plików Super Audio CD.
Powrót
Sposoby dostępu do plików
|
Płyta Super Audio CD umożliwia wykorzystanie metod dostępu z zastosowaniem hierarchicznej struktury tabel zawartości plików TOC oraz systemu plików UDF lub ISO 9660. Każdy dysk SACD zawiera strukturę TOC. Zastosowanie systemu plików jest opcjonalne.
Powrót
Nowe technologie opracowane na potrzeby SACD:
|
- Cyfrowe przetwarzanie dźwięku DSD (Direct Stream Digital)
Technologia ta pozwala na zapis dźwięku z ponad 120 dB dynamiką w każdym kanale fonicznym i rozszerzenie zakresu zapisywanych częstotliwości do pasma zawartego od 0 do 100 kHz. W technologii DSD cyfrowa informacja foniczna nie jest przechowywana w wielobitowym kodzie PCM. Strumień bitów w systemie DSD jest tylko cztery razy większy niż w systemie PCM.
W systemie DSD analogowy system foniczny przetwarzany jest na sygnał cyfrowy w przetwornikach A/C delta-sigma z częstotliwością próbkowania 2 822 400 Hz. W systemie DSD pojedyncze bity są zapisywane bezpośrednio na płycie CD, a nie kodowane w wielobitowy kod, np. PCM. Zastosowanie 1-bitowej ścieżki sygnałowej jest prostsze w realizacji, mniej kosztowne, powoduje mniejsze opóźnienia czasowe, zapewnia prostszą korekcję błędów oraz bardziej ciągłe w czasie i bardziej podobne do szerokopasmowych układów analogowych próbkowanie. Pozwala to na lepsze przetwarzanie sygnału 1-bitowego w korektorach i procesorach dynamicznych. Porównanie zapisu przebiegu prostokątnego o częstotliwości 10 kHz w systemie PCM i DSD przedstawiono na rysunku 4.
Rys. 4 Test porównawczy 10 kHz dla metody a) PCM, b) DSD.
Idea przetworników A/C delta-sigma stosowanych w technologii DSD polega na tym, że kolejne próbki nie reprezentują chwilowego sygnału, a jedynie wskazują, czy kolejna wartość chwilowa próbkowanego sygnału jest mniejsza lub większa od poprzedniej wartości poddanej procesowi próbkowania. W przetwornikach tych w pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego akumuluje się wartość przebiegu akustycznego z poprzedniej próbki w celu porównania jej z wartością przebiegu akustycznego aktualnej próbki (rys. 5).
Rys. 5 Schemat blokowy przetwornika DSD A/C.
Ponieważ aktualna wartość amplitudy analogowego sygnału fonicznego reprezentowana jest w postaci cyfrowej gęstością impulsów, metoda ta nosi także nazwę modulacji gęstości impulsów PDM (Pulse Density Modulation) (rys. 6). Przyjęta w systemie DSD metoda zapisu sygnału fonicznego czyni go odpornym na kołysanie dźwięku, a poziom zniekształceń i szumów jest niski. Do zmniejszenia poziomu szumów powstałych w przetworniku delta-sigma wykorzystuje się filtry piątego rzędu. Przesuwają one szumy z pasma słyszalnego do pasma ponadakustycznego.
Rys. 6 Odwzorowanie przebiegu sinusoidalnego w postać cyfrową w metodzie DSD.
- Konwersja SBMD
System SBMD (Super Bit Mapping Direct Downconversion) polega na przetworzeniu nagrania wykonanego w formacie DSD do formatu PCM płyty CD, przy zachowaniu możliwie najwyższej jakości nagranego dźwięku. Technologia ta niezbędna jest do nagrania płyty hybrydowej SACD (jednoczesne umieszczenie na płycie nagrania w systemie DSD i PCM standardowej płyty CD). System DSD został tak zaprojektowany, aby przetworzenie dźwięku zapisanego w systemie DSD do formatów PCM realizowane było poprzez proste operacje matematyczne (rys. 7).
Rys. 7 Operacje matematyczne pomiędzy systemem DSD a pozostałymi formatami PCM.
- Hybrydowa konstrukcja dysku
Realizacja pomysłu dwuwarstwowej płyty możliwa była dzięki rozwojowi technologii laserowej i stworzeniu warstwy informacyjnej o dużej gęstości zapisu, odczytywanej przez laser o długości fali 650 nm i półprzezroczystej dla lasera o długości fali 780 nm odczytującego standardową płytę CD.
- Kodowanie DST
Warstwa o wysokiej gęstości zapisu Super Audio CD powinna zawierać 74 minuty nagrania stereofonicznego i 74 minuty tego samego nagrania w wersji 6-kanałowego surround. Rozwiązaniem umożliwiającym równoległy zapis w obu formatach na płycie o pojemności 4,7 GB jest bezstratne kodowanie DST opracowane w firmie Philips (rys. 8). System kompresji DST o współczynniku kompresji 2:1 umożliwia zapis, oprócz niezależnych wersji dźwięku stereo i 6-kanałowego surround, także plików tekstowych, graficznych i wideo. Aby maksymalnie zaoszczędzić zapisywaną pojemność, kodowanie bezstratne stosuje się dla całych ramek fonicznych sygnału DSD.
Rys. 8 Schemat blokowy bezstratnego kodera (a) i bezstratnego dekodera (b).
- Cyfrowe znakowanie płyt
Zastosowana cyfrowa metoda zabezpieczania płyt CD (Digital Watermarking) opiera się na technologii PSP (Pit Signal Processing), wkraczającej w proces produkcyjny płyty CD, i polega na modulacji wiązki laserowej odczytującej sygnał z płyty CD.
Powrót
Źródło:
- "Przegląd techniki - Radio i Telewizja", Nr 4, Warszawa, 1999.