• Технология записи
на минидиск
• Технология
кодирования ATRAC
• MDLP
• Net
MD
|
MiniDisc (MD) - формат для записи и
воспроизведения цифровой аудиоинформации, разработанный
компанией "Sony". Запись ведется на магнитооптический диск с
применением собственного алгоритма компрессии ATRAC. Данный
формат был впервые представлен в 1991 году, а первые серийные
MD-устройства появились в 1992 г.
При разработке
формата MiniDisc инженеры "Sony" учитывали его использование в
портативной технике и необходимость обеспечить удобство
домашней аудиозаписи. Форматом предусмотрено наличие буфера
памяти для уменьшения выпадений звука при встряске и множество
удобств при записи.
Минидисковые устройства
позволяют:
- вести запись с цифровых источников (CD-плеер и
т.п.) без преобразования в аналоговый формат;
- записывать
звук с аналоговых источников, оцифровывая его в режиме
реального времени;
- редактировать запись, добавляя и
удаляя дорожки;
- осуществлять цифровой монтаж без потери
качества звука;
- записывать текстовые пояснения к
аудиотрекам (титры), ставить дату и время записи;
-
осуществлять мгновенный переход к любой записи.
Кроме
аудиоверсии минидиска "Sony" разработала и компьютерный формат
MD-Data, который не получил широкого распространения.
Формат MD-Audio предполагает три разновидности
минидисков:
Диск с готовой
записью
|
Отпечатывается
на заводе точно так же, как обычный компакт-диск. Запись
на такой диск невозможна.
|
Записываемый
минидиск
|
Основан на
магнитооптической технологии. Самый популярный тип
минидисков. Позволяет перезаписывать информацию около
миллиона раз.
|
Гибридный
диск
|
Содержит как
заранее сделанную запись, так и записываемый
слой.
| Сейчас можно найти
минидиски только второго типа - записываемые.
MiniDisc
состоит из диска диаметром 64 мм закрытого пластиковым
корпусом, защищающим диск от внешних воздействий. Для
доступа к диску служит сдвижная металлическая или пластиковая
шторка. Размер минидиска 72x68x5 мм.
|
MiniDisc в
разобранном виде
|
Вверх
Технология записи на
минидиск
Запись на минидиск осуществляется
магнитным способом, этим он несколько напоминает дискету,
однако считывание записи производится оптическим способом, что
роднит его с компакт-диском. Разумеется, процесс записи и
воспроизведения намного сложнее, чем может показаться.
В отличие от дискет и магнитофонных лент, записывающий
слой которых состоит из микроскопических кристалликов металла
или окисей металла, в минидисках магнитная запись
осуществляется на тонкий металлический, практически гомогенный
(однородный) слой специального состава.
Специальный
состав обладает магнитной "жесткостью". Это означает, что под
воздействием внешнего магнитного поля перемагнитизация диска
практически отсутствует или весьма мала. По этой причине
запись, сделанную на минидиск, нельзя стереть столь же легко,
как запись на магнитофонную ленту, так что не придется
беспокоиться о том, что качество записи может снизиться, если
минидиск оставить вблизи работающего телевизора или
акустической системы. Процесс записи на минидиск
осуществляется совершенно иным способом, чем на все остальные
носители магнитной записи.
Для каждого ферромагнитного
материала существует определенная температура, называемая
"точкой Кюри", при достижении которой радикально изменяются
его качества - материал перестает быть ферромагнитным.
Если ферромагнитный материал нагреть выше
соответствующей температуры, внести в магнитное поле (или
создать вокруг него сильное магнитное поле при помощи,
например, электромагнита), а затем охладить его до
температуры ниже точки Кюри, то магнитное поле в нем как бы
"замерзает".
Поскольку речь идет о материалах,
обладающих магнитной "жесткостью", то "внутреннее" магнитное
поле продолжает в них оставаться и после отключения внешнего
магнитного поля. Именно такой принцип используется при записи
на минидиск. Он вращается в непосредственной близости мощного
электромагнита и все точки его поверхности последовательно
разогреваются инфракрасным лазерным лучом. Разогревание
производится краткими импульсами, разогретое место быстро
охлаждается и сохраняет в себе внешнее магнитное поле, которое
меняет полярность в зависимости от того, какой знак
записывается на минидиск - ноль или единица.
Таким
образом, в записывающем слое возникают островки, обладающие
различной полярностью. Их нельзя увидеть или прочитать
путем изменения высоты отражающей поверхности, как это
происходит в компакт-дисках, в которых запись несут
углубления, так называемые "питы". Однако запись можно считать
на основании принципа, заключающегося в том, что при падении
поляризованного света на намагниченную поверхность изменяется
направление поляризации (эффект Фарадея).
Конструкция
устройства для считывания записи с минидиска полностью
отличается от конструкции аналогичного устройства в
проигрывателе компакт-дисков. Для считывания записи
применяется тот же лазер, что для записи. Разница заключается
лишь в сниженной мощности лазерного луча при считывании.
Это делается для того, чтобы не разрушить записанный материал.
На поверхности минидиска, как и на компакт-диске, имеются
"бороздки", а точнее одна спиралевидная бороздка,
предназначенная для проводки записывающей (и соответственно
считывающей) систем.
|
|
Вверх
Технология кодирования
ATRAC
На стандартный MD можно записать около 160
Мб. По сравнению с 650 Мб на CD этого явно недостаточно. При
использовании цифрового аудиосигнала с частотой дискретизации
44100 Гц и разрядностью 16 бит (CD-качество) минидиска
хватило бы на 15 минут. Для того чтобы записать на MD 74
минуты необходимо применять компрессию (сжатие) информации.
Для этого используется усовершенствованная
интеллектуальная технология адаптивного трансформирующего
акустического кодирования ATRAC (Adaptive TRansform Acoustic
Coding), специально разработанная для минидисков компанией
"Sony". Это алгоритм сжатия с потерями, основанный на
психоакустических исследованиях (как и MPEG). Качество звука
при таком сжатии всегда будет хуже, чем у оригинала (CD). Но
заметить разницу можно не всегда. Большинство людей не могут
отличить звучание новых версий ATRAC от CD на недорогой
бытовой и переносной аудиотехнике.
Суть этой
технологии заключается в том, что слабоуровневые музыкальные
фрагменты усиливаются и преобразование в цифру происходит
более точно, а при воспроизведении искусственно "приподнятые"
звуковые сигналы пересчитываются к исходному уровню. Описанный
процесс тождественен преобразованию аналогового сигнала в
системе шумоподавления Dolby. Указанное преобразование
существенно уменьшает искажения и почти на 20дб расширяет
динамический диапазон.
ATRAC работает следующим
образом:
Цифровой аудиосигнал делится на три полосы: 0-5,5
КГц, 5,5-11 КГц, 11-22 КГц. Над каждой полосой производится
дискретное косинусоидальное преобразование в частотный спектр.
Спектральные коэффициенты группируются в блоки, для записи
которых используется разное число битов информации. Необходимо
уменьшить число битов в пять раз по сравнению с полным
несжатым сигналом. Для этого используются психоакустические
данные о маскировании тихих звуков громкими в разных частотных
областях. Так достигается коэффициент сжатия 5:1 и цифровой
поток 292 Кб/с.
При воспроизведении весь процесс
запускается в обратном направлении. Исходные спектральные
коэффициенты восстанавливаются (насколько это возможно),
обратным дискретным косинусоидальным преобразованием спектр
превращается в аудиосигнал и, наконец, три частотные полосы
объединяются в одну. Результат на слух мало отличим от
оригинального звукового сигнала.
В первые годы
существования минидисков "Sony" выпускала чуть ли не ежегодно
новую версию ATRAC. До появления MDLP "Sony" использовала во
всей своей MD-аппаратуре первый ATRAC, изменялась лишь только
его версия. Современная MD-аппаратура использует ATRAC1 версии
4.5 и ATRAC1 Type-R. MDLP использует новое и
несовместимое кодирование ATRAC3 Версия 1.0 (сокращенно просто
ATRAC3).
Типы и обозначения ATRAC:
ATRAC
|
Общее название
алгоритма и первый вариант, предложенный в 1991
году.
|
ATRAC1
|
Первое
поколение алгоритма, общее обозначение.
|
ATRAC1 version
1.0
|
Первая
коммерческая версия ATRAC 1993 года. Высокие шумы.
Металлический призвук. Частотный диапазон ограничен
15000 Гц. Низкое общее качество звука.
|
ATRAC1 version
2.0
|
Вторая версия
1994 г. Шум уменьшен. Частотный диапазон расширен
до 18000 Гц. Несколько лучшее качество
звука.
|
ATRAC1 version
3.0
|
Версия 1995 г.
Первая версия ATRAC с хорошим качеством
звука.
|
ATRAC1 version
3.5
|
Дальнейшее
улучшение алгоритма. Полностью исчез
шум.
|
ATRAC1 version
4.0
|
Увеличение
скорости расчетов алгоритма.
|
ATRAC1 version
4.5
|
Дальнейшее
увеличение скорости. Частотный диапазон расширен до 20
КГц. Шум уменьшен на 3 дБ.
|
ATRAC1 Type
R
|
Новый цифровой
процессор. Скорость расчетов выросла еще в два раза.
Используется двухпроходный алгоритм.
|
ATRAC3 version
1.0.
|
Третье
поколение алгоритма. Обратно совместим с ATRAC1 всех
версий. Поддерживает режим MDLP с увеличенным временем
записи на диск. В LP2 - 160 минут, в LP4 - 320 минут.
| Алгоритм ATRAC2
существовал только в лабораториях Sony.
Такое
количество версий объясняется тем, что на момент выпуска
MD-формата не было достаточно мощных процессоров. Ведь все
операции сжатия, декодирования происходят в реальном времени
без малейших признаков прерываний.
Кодирование,
применяемое в системе ATRAC, позволяет эффективно использовать
до 24 битов. Следует подчеркнуть, что кодовая система,
записанная на диск, остается той же самой, а различные
поколения системы ATRAC лишь выделяют некоторые особенности,
связанные с мерой полноты использования ее
возможностей.
Вверх
MDLP
Для записи звука
невысокого качества был разработан формат MDLP (MiniDisc Long
Play). Этот формат поддерживают только новые MD-устройства с
алгоритмом ATRAC3. Диски, записанные в MDLP невозможно
прочитать на старых MD-устройствах, но MDLP-устройства могут
записывать и читать диски в стандартном режиме.
С
применением данного формата на один MD-диск можно записать в 2
или в 4 раза больше аудиоданных, то есть 160 или 320 минут.
Соответствующие режимы называются LP2 и LP4. В режиме
LP2, как и в стандартном режиме SP, правый и левый
стереоканалы кодируются раздельно. Для записи в LP4 оба канала
обрабатываются совместно (Joint Stereo), чтобы использовать
одинаковую для двух каналов составляющую сигнала.
Другие преимущества MDLP:
- увеличенный срок службы
батареек (в пересчете на время прослушивания): +10% для LP2 и
+25% для LP4;
- пропорциональное увеличение объема данных,
находящихся в антишоковом буфере: 40-секундный буфер в LP2
вмещает уже 80 секунд аудиоданных, а в LP4 - 160минут.
Запись в формате MDLP производится с уменьшенной
шириной потока данных (количеством бит, использующихся для
кодирования звукового потока). Если в стандартном режиме SP
цифровой поток данных составляет 292 Кб/с, то в режиме LP2
-132 Кб/с, а в LP4 - 66 Кб/с.
При прослушивании на
Hi-Fi аппаратуре отличить запись в режиме LP2 от записи в
стандартном режиме нелегко, но LP4 распознается без труда.
Однако в походных условиях, когда применяются портативные
наушники, разница в качестве между LP2 и LP4 не так уж
заметна.
Вверх
Net MD
До недавних пор
запись на MD происходила только в реальном времени, то есть
для записи 74-х минутного альбома необходимо было ровно 74
минуты. Только студийная и Hi-End аппаратура позволяла
записывать со скоростью 2х (в два раза быстрее). В сентябре
2001 "Sony" анонсировала новый формат - Net MD, позволяющий
записывать аудио треки с компьютера на MD-рекордер
и обратно, со скоростью до 30х.
Для связи
используется USB порт и специальная программа OpenMG Jukebox.
Безусловным удобством стала возможность редактирования
названия треков прямо на компьютере. Таким образом, можно
записать любую композицию, любой аудио файл (поддерживаются
форматы mp3, wav и т.д.).
Общая схема записи
следующая: аудио файл, компакт-диск (или любой другой
источник) OpenMG Jukebox кодирует в формат ATRAC3. При этом
предлагается самостоятельно выбрать в каком режиме кодировать
- SP, LP2 или LP4. Затем редактируется плей-лист и результат
копируется на минидиск.
От выбранного режима
кодирования зависит скорость записи:
- в режиме SP - от 2х
до 4х реального времени записи;
- в режиме LP2 - 16х
реального времени записи;
- в режиме LP4 - 30х реального
времени записи.
Net MD совместим со всеми
существующими кодеками, т.е. с ATRAC и ATRAC3. Поэтому
минидиски, записанные через Net MD, можно слушать на
MD-плеерах всех поколений, поскольку принцип записи или
технология кодирования не
меняется.
| |
