4.2.1. Đĩa compact
Đĩa compact (CD) là thiết bị dùng để lưu trữ tín hiệu được điều biến dạng số. Các thông tin này được tạo ra từ các tín hiệu tương tự và được lưu trữ trên CD bởi các cấu trúc vật lý là các pit (lồi) và các flat (lõm). Để ghi phát các thông tin trên CD người ta dùng đầu đọc phát chùm tia laser tạo ra từ diode laser đi qua hệ thống thấu kính hay còn gọi là khối đầu quang. Khi ghi, tín hiệu được điều biến dạng số được đưa vào khối đầu quang để biến đổi thành tín hiệu quang, chùm tia có cường
độ biến đổi tùy theo tín hiệu điều biến sẽ định dạng trên CD thành các vệt lồi, lõm
đặc trưng cho tín hiệu được điều biến dạng số. Khi phát lại chùm tia laser chiếu lên bề mặt CD khi gặp các pit, flat sẽ phản xạ ánh sáng trở về, sau đó tín hiệu quang này sẽđược chuyển đổi thành tín hiệu điện và giải điều chế thành tín hiệu tương tự.
120mm 15mm Lớp nhựa trong suốt Lớp nhựa bảo vệ Lớp phản quang Hình 4. 1. Cấu tạo đĩa Compact
Đĩa compact là một tấm nhựa phẳng tròn có đường kính ngoài 120mm, đường kính lỗ tâm 15mm và bề dày 1,2mm. Cấu tạo gồm 3 lớp như hình 4.1, lớp plastic trong suốt chứa thông tin dưới dạng các vệt lồi và lõm, lớp phản quang là có thể là
bạc hoặc nhôm được phủ lên trên lớp nhựa plastic, lớp nhựa acrylic được phủ lên trên làm lớp bảo vệ đĩa. Nhãn đĩa ghi các thông tin về đĩa được dán trên lớp nhựa bảo vệ này.
4.2.2. Định dạng các vùng dữ liệu trên CD
- Vùng có đường kính từ 26 → 33mm gọi là vùng kẹp đĩa (clamping area) dùng để giữ cốđịnh đĩa trên bàn xoay nhờ vào bộ phận kẹp đĩa.
- Vùng có đường kính từ 46 → 50mm gọi là vùng dẫn nhập (lead in) hay vùng TOC (Table of content) đây là vùng ghi các thông tin mở đầu như số
bài hát, địa chỉ bài hát, thời gian mỗi bài hát…
- Vùng có đường kính từ 50 → 116mm gọi là vùng chương trình (program area) là vùng lưu trữ các thông tin điều biến dạng số của tín hiệu âm thanh, hình ảnh…và thời gian đã phát.
- Vùng có đường kính từ 116 → 117mm gọi là vùng dẫn xuất (lead out) dùng
để ghi các thông tin kết thúc chương trình.
4.2.3. Đĩa CD audio
Đĩa CD audio là thiết bị dùng để lưu trữ tín hiệu audio dạng số, có thời gian lưu trữ dữ liệu cho phát tới 74 phút, audio được số hoá ở 44,1kHz với 16 bit trên mẫu, mã hóa PCM tuyến tính loại bỏ nén và có hai kênh cho âm stereo. Việc này sẽ
cân bằng tốc độ dữ liệu 1,41Mb/s hoặc 172kB/s. Vì vậy, đối với 74 phút audio, dung lượng dữ liệu là 750 Mb. Mã hóa cho CD audio sử dụng cấu trúc khung hình 588 bít bao gồm mã phát hiện và sửa lỗi Reed-solomon, chèn và dự phòng cho đồng bộ và các mã con. Tất cả các quá trình này được ghi trên đĩa với điều chế EFM cho kết quả tốc độ dữ liệu trên kênh truyền là 4,32Mbit/s.
Trong cấu trúc ban đầu, CD audio chỉ là đĩa sao lại bằng cách nén từ đĩa mẹ
trong một quá trình rất tốn kém. Đây chính là định dạng CD cho audio số (CD-DA) và tiêu chuẩn của nó được gọi là “Red book’’.Tiêu chuẩn này sử dụng hoạt động CLV với vận tốc vệt ghi không đổi bằng 51,2 inch/s. Kết quả là tốc độ quay đĩa thay đổi trong khoảng từ 500 tới 200 vòng/m khi đầu đọc di chuyển từ trong ra ngoài vùng ghi đĩa (quá trình ghi luôn bắi đầu từ bên trong đĩa).
4.2.4. CD-ROM
Tiềm năng của công nghệ đĩa CD để phân phối dữ liệu máy tính đã rõ ràng, một tiêu chuẩn đã được phát triển cho dịch vụ này. Bởi vì dữ liệu máy tính yêu cầu phần phát hiện sửa lỗi tốt hơn so với audio (dưới 10-13) cho nên phải cần đến một overhead bổ xung, như vậy sức chứa dữ liệu sẽ ít hơn 680Mb, nhưng vẫn là khá lớn
CD-ROM (bộ nhớ chỉ đọc CD). Định dạng khối 588 bit của CD-DA được sửa đổi
để tạo ra hai chếđộ hoạt động cho CD-ROM, chế độ một cung cấp phần phát hiện sửa lỗi mở rộng như nêu ở trên còn chếđộ hai cung cấp phần phát hiện sửa lỗi cũng như sức chứa dữ liệu giống như CD-AD, hầu hết các ứng dụng cho máy tính cá nhân đều sử dụng chếđộ thứ nhất.
Hình 4.2 trình bày cấu trúc của khối CD-ROM cho chế độ 1 và 2. Mỗi khối CD-ROM có chứa 2352 byte, số lượng này phù hợp với dung lượng chứa là 98 của khối CD-DA (mỗi khối 588 bit) mang 6 mẫu audio stereo 32 bit hoặc là 24 byte, 24×98 =2352 byte). Vì vậy, cấu trúc của khối CD-ROM nằm ở đỉnh của khối CD- DA và phần phát hiện sửa lỗi của cả hai mức đầu là tích cực, cả hai chếđộđều đưa ra mã đồng bộ 12 byte cộng với một header 4 byte, header này có chứa một chếđộ
riêng và mã ghi địa chỉ khối 3 byte. Chế độ một dành cho 288 byte của không gian còn lại cho phần ghi mã phát hiện sửa lỗi để lại 2048 byte dữ liệu trên khối. Do một CD-ROM có thể lưu trữ tới 33000 khối, chế độ một có dung lượng dữ liệu là 675.840.000 byte. Chế độ 2 loại bỏ phần ghi mã sửa lỗi thêm, đưa ra 22.336 byte trên khối hoặc 770.880.000 byte trên đĩa.
Bởi vì sẽ rất có lợi nếu sử dụng chung thiết kế dữ liệu ổđĩa với thiết bị CD-DA dân dụng, tiêu chuẩn CD-ROM chấp nhận hoạt động của CLV, cùng vệt từ xiên và cùng tốc độ vệt từ như hệ thống audio. CLV không phải là thích hợp nhất đối với máy tính yêu cầu tốc độ truy cập dữ liệu ngẫu nhiên nhanh. Do việc sử dụng CLV, thời gian truy cập của CD-ROM phải tính đến thời gian thiết lập tốc độ cho đĩa và các hạn chế của cơ cấu trợ động cho vệt từ. Thời gian truy cập của CD-ROM dài hơn thời gian truy cập của ổ cứng máy tính từ 10 đến 20 lần.
2048 byte dữ liệu sử dụng 288 byte dliệu phụữ 2336 byte dữ liệu sử dụng Đồ ng b ộ (12 ) Hea der (4 ) Chếđộ 2 Chếđộ 1 2352 byte Hình 4.2. cấu trúc khối dữ liệu của chuyển đổi-ROM chếđộ 1 và 2
Yellow book chỉ xác định môi trường và định dạng của vệt từ trên đĩa, nó không mô tả nội dung được của các vệt từ này. Để hữu ích cho máy tính, phải có một tiêu chuẩn nữa xác định giao diện dữ liệu và một hệ thống file vì vậy máy tính
có thể truy cập dữ liệu một cách ngẫu nhiên tiêu chuẩn cho các hệ thống file của CD-ROM là ISO-9660, tiêu chuẩn này đưa ra cấu trúc thư mục và thư mục còn để tổ
chức và gọi ra các file từ một môi trường lưu trữ. ISO-9660 có thể sử dụng được cho hầu hết các máy tính cá nhân có phần mền phù hợp.
Khi thị trường CD-ROM ngày càng phát triển, các nhà sản xuất luôn không ngừng cải tiến để cho ra những sản phẩm có tính năng cao hơn. Sự thay đổi quan trọng nhất là tăng tốc độ quay của đĩa do vậy tăng thời gian truy cập và tốc độ dữ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
liệu điều này nhìn chung đã được thực hiện bằng cách lấy bội số của tốc độ CD cơ
bản (150 kB/s) như 2 x (300 kB/s), 4x (600 kB/s), 6x (900kB/s)…
4.2.5. CD ghi
Mặc dù CD-ROM cực kỳ thành công đối với máy tính, song đối với người sử
dụng hiển nhiên vẫn tốt hơn nếu người ta có thể ghi trên CD-ROM ngay tại máy tính của mình. Những ổđĩa CD có khả năng ghi đã bắt đầu xuất hiện trên thị trường. Hệ thống này được goị là CD-R sử dụng đĩa trắng chứa một lớp nhuộm hữu cơ, độ
phản xạ của chất này thay đổi khi nó bị “phát hoả’’ bởi nguồn ánh sáng laser trong máy ghi. Để khớp vệt từ và cơ cấu trợ động hội tụ trong khi ghi, đĩa trắng CD-R có cấu trúc vệt từ dưới dạng vệt từ vật lý được nén vào bề mặt ghi. Những vệt từ này có sẵn phần điều chế được sử dụng với cơ cấu trợ động ghi. Một đĩa CD-R đã ghi có thể chạy trên hầu hết các ổ CD-ROM hoặc CD của thiết bị phát audio. Đĩa trắng có giá tương đối thấp so với khả năng dự trữ tới 680Mb. Đĩa CD-R chỉ có khả năng ghi một lần.Tuy nhiên, đây là một thiết bị ghi phổ biến do khá phù hợp cho sử dụng và lưu trữ.
Ghi trên CD-R cần một máy tính cá nhân với ổ cứng lưu trữ nhanh có phần mềm đặc biệt chạy trên CD-R. Phần mềm cho phép người sử dụng xác định rõ sẽ
dùng file nào ổ cứng cho CD và có thể chạy một đĩa kiểm tra đã ghi trước để quyết
định thực hiện phần ghi cụ thể. Điều này cần thiết bởi vì quá trình ghi phải hoạt
động liên tục một khi đã bắt đầu nếu một vài dữ liệu không truy cập nhanh khi cần, phần ghi sẽ bị phá huỷ.
Thiết bị ghi CD-R có tốc độ điển hình là 2x hoặc 4x…, vì vậy thời gian yêu cầu cho quá trình ghi rất ý nghĩa. Nếu cần nhiều bản sẽ mất rất nhiều thời gian. Tuy nhiên, sự phù hợp và giá cả hợp lý của CD-R rất thông dụng để sao chép các loại CD với số lượng nhỏ.
4.2.6. Các phiên bản khác của CD
Có thể kết hợp audio củaa CD-DA và dữ liệu của CD-ROM trên cùng một đĩa,
đây được gọi là đĩa có chế độ hỗn hợp. Vệt từ đầu tiên bao giờ cũng phải là vệt từ
thế này không thể chạy trên một thiết bị phát audio CD bởi vì nó luôn luôn bắt đầu ở
vệt từ đầu tiên và tìm dữ liệu mà thiết bị không thể hiểu được. Nhưng một ổ CD- ROM trong máy tính sẽ có khả năng đọc được từ đầu tiên và hiểu được sự có mặt của audio số cùng với dữ liệu máy tính ở trên đĩa. Ổ đĩa CD của máy tính có thể
chạy audio chất lượng cao không liên quan đến các hoạt động khác của máy tính có nghĩa là khi audio đang chạy, máy tính có thể làm bất cứ điều gì nó muốn trừ việc truy cập vào ổ CD.
Các phiên bản khác của CD-ROM là CD-I,CD-V và CD-ROM XA. Các phiên bản này tăng cường khả năng trong định dạng dữ liệu để hỗ trợ video hoặc audio cùng với các cấu trúc khác của dữ liệu máy tính.Tuy nhiên, không có phiên bản nào trong số này được sử dụng rộng rãi như CD-ROM, hầu hết các ứng dụng CD-ROM cho video và audio đều sử dụng định dạng chung.
Hiện nay, CD-ROM có rất nhiều chuẩn khác nhau tùy thuộc vào từng nhà sản xuất, tốc độ truyền dữ liệu cũng đạt khá cao đến 8400kB/s và thậm chí còn cao hơn rất nhiều.
4.2.7. DVD
Tốc độ dữ liệu ban đầu của CD-ROM 154 kB/s đã trở thành mục tiêu cho các nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ nén audio nhằm tạo ra video có chất lượng tốt, có thể hoạt động từ CD-ROM tiêu chuẩn. Đây có thể là phương tiện để phân phối video như một phần của các game trên máy tính hoặc các ứng dụng khác và nó có thể thay thế băng video làm phương tiện phân phối ảnh động. Hệ thống video ban
đầu là công nghệ DVI của intel, công nghệ này đưa ra phần cứng và phần mềm giúp việc thực hiện playback có chuyển động và màn hình video máy tính trở nên khả thi. Năm 1988 sản phẩm này bắt đầu xuất hiện và sử dụng rộng rãi trong các buồng điện thoại và ứng dụng giảng dạy qua máy tính. Tuy nhiên, nó vẫn chưa được sử dụng trên thị trường đại chúng.
Tiếp cận thị trường video của CD, phần mềm video chỉ để sử dụng cho playback. Phần mềm này có thể chạy trên bất cứ máy tính cá nhân nào với bộ xử lý nhanh và phát video với chất lượng thấp thường trong một cửa sổ có kích cỡ bằng một phần tư màn hình hoặc nhỏ hơn. Các hệ thống này là Indeo của intel, Cinepark của SuperMac, Quick time của Apple và một số ứng dụng khác, thường hoạt động với 1x CD-ROM nhưng có thể chạy tốt hơn với 2x hoặc 4x. Chúng được sử dụng rộng rãi trong trò chơi ở CD-ROM và bách khoa toàn thư nhưng không phù hợp với
điện ảnh bởi vì thời gian chạy ngắn (74 phút ở 1x và ít hơn ở những tốc độ cao hơn, và chất lượng ảnh tồi. Máy tính kiểu mới nhất đều có bộ tăng tốc độ xử lý của phần mềm chỉ với video và cho phép hiển thịđầy đủ màn hình.
Cơ hội đã mở ra cho một hệ thống đĩa quang với chỉ tiêu kỹ thuật tốt hơn. Nhiều quá trình nghiên cứu và phát triển đã được thực hiện, và ngành công nghiệp hiện nay đã đạt được một tiêu chuẩn mới là đĩa video số DVD.
Hệ thống DVD sử dụng đường kính nền 12cm nhưng với bước sóng ngắn hơn và phương pháp khớp vệt ghi tiến bộ, mật độ được tăng từ 680Mb/mặt tới 4,7Gb/mặt, tăng gấp 7 lần. Tuy nhiên, đấy chưa phải là tất cả, bởi vì DVD cung cấp hai lớp trên một mặt nền và cả hai mặt đều có thể được sử dụng. Các lớp này được truy cập bằng độ hội tụ của tia laser còn các mặt được truy cập bằng hai đầu đọc trong ổ đĩa. Điều này tạo ra 8,5Gb/mặt hai lớp (mật độ trên lớp được giảm nhẹ để
tạo ra khả năng giao thoa giữa các lớp) hoặc tổng là 17Gb khi cả hai mặt đĩa được sử dụng.
DVD cung cấp các đặc điểm kỹ thuật cho DVD-ROM đa mục đích, một phiên bản của video. DVD-A, DVD-R, và DVD-E. Video DVD sử dụng video MPEG-2 với tốc độ dữ liệu trong phạm vi 5Mbit/s, nó tạo ra chất lượng video cao hơn truyền hình quảng bá. Hệ thống audio là audio kênh 5.1 của AC-3 tương tự như được xác
định cho tiêu chuẩn ATV của ATSC.
4.3. KHỐI ĐẦU QUANG (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Là thiết bị phát tia laser dùng để ghi phát tín hiệu trên CD, đầu quang là sự kết hợp của tia laser và hệ thống thấu kính chính xác. Tùy theo cấu trúc từng loại máy mà khối đầu quang có thể là loại một tia hoặc loại ba tia.
4.3.1. Khối đầu quang 3 tia
Đầu quang loại ba tia thườmg dùng trong các máy CD để bàn thông dụng, loại
đầu quang này có một tia chính và hai tia phụ, tia chính cấp tín hiệu cho mạch focus servo và mạch xử lý tín hiệu khi phát lại còn tia phụ thì cấp tín hiệu cho mạch tracking servo. Về cấu tạo khối đầu quang ba tia gồm có các bộ phận cơ bản như
hình 4.3.
Đối với đầu quang dùng cơ cấu trượt thì khi ghi phát tín hiệu khối đầu quang di chuyển trên thanh trượt từ phía vùng tâm đĩa ra bên ngoài từ phía vùng tâm đĩa ra bên ngoài với vận tốc không đổi nhờ một motor điều khiển gọi là sled motor hay slide motor. Nhiều máy sử dụng khối đầu quang có cần đưa ra (swing-out- arm) như
máy CD Magnavog FD1040 và Sylvania FDD104….
4.3.1.1. Khối laser diode
Gồm có hai diode bên trong diode LD và MD, hai diode này thường đặt nằm chung trong một khối gồm có ba chân trong đó có một chân dùng chung, một chân dành cho diode LD, một chân dành cho diode MD.
- LD (laser diode): là diode phát tia laser có bước sóng λ = 780nm cấp cho cụm quang học để tạo chùm tia hội tụđọc tín hiệu trên CD và cấp cho MD. - MD (monitor diode): là diode giám sát là diode nhận ánh sáng laser từ LD
phát ra để cấp cho mạch APC tự động điều chỉnh công suất phát tia laser của LD.