Первые компакт-диски стоили очень дорого, и мы их берегли как зеницу ока. Доставали очень аккуратно из футляра, чтобы не прикоснуться и не поцарапать. Самое страшное было — царапина на диске с любимой игрой. В те годы объемы жестких дисков были маленькие, и, например, для игр требовалось, чтобы компакт-диск всегда находился в приводе во время процесса игры — с него шла догрузка данных, поэтому царапины были очень критичны.
Да и часто мы брали CD напрокат с обменом, и если в прокате найдут царапину, то диск не поменяют. Но все-таки даже сильно зацарапанные диски читались — конечно, не всегда, но все же. Разберемся в этом вопросе подробнее, а вы не забудьте поставить лайк после прочтения и подписаться на мой блог.
Для начала нужно понять, как вообще устроен любой оптический диск. Носитель состоит из поликарбонатной подложки толщиной 1,2 мм, на которую нанесен рельеф с питами (углублениями) и лендами (плоскими участками). Глубина питов составляет приблизительно 125 нм, а шаг спиральной дорожки — 1,6 мкм. Поверх рельефа методом вакуумного напыления наносится отражающий алюминиевый слой, который защищается лаковым покрытием.
Лазерный луч фокусируется не на внешней поверхности подложки, а на уровне отражающего слоя. Диаметр пятна фокусировки на поверхности диска значительно превышает размеры микроскопических дефектов и мелких царапин. Благодаря тому, что поверхностные повреждения выводятся из фокуса объектива, они не влияют на интенсивность отраженного сигнала, возвращающегося к фотодетектору. При этом царапины на стороне чтения (поликарбонатной) менее критичны, чем повреждения на стороне с алюминиевым слоем, где механическое воздействие может нарушить целостность отражателя. А если нет отражения, то не будет и считывания данных.
Существует также также система коррекции ошибок — с использованием кода Рида-Соломона с кросс-перемежением (CIRC). Данная система реализует два принципа: избыточность и перемежение.
Избыточность заключается во внесении в поток данных контрольных символов, позволяющих восстановить исходную информацию при частичной утрате. Перемежение подразумевает перераспределение битов данных одного логического блока по различным физическим участкам дорожки. В результате непрерывная царапина на поверхности диска при декодировании превращается не в сплошной участок потери данных, а в множество единичных ошибок, распределенных по временной шкале.
Стандарт CIRC включает два уровня коррекции. На первом уровне (C1) производится исправление ошибок в пределах одного кадра. При невозможности коррекции кадр маркируется и передается на второй уровень (C2), где после обратного перемежения производится восстановление данных с использованием второго кода Рида-Соломона. Данная архитектура позволяет корректировать пакеты ошибок длиной до 4000 бит, что эквивалентно повреждению участка дорожки длиной около 2,5 мм. В отдельных режимах коррекция возможна для пакетов до 12000 бит.
Стоит понимать, что корректирующая способность системы зависит от ориентации царапины относительно направления дорожки. Царапина, ориентированная по радиусу диска (радиальная), пересекает множество витков спирали, повреждая на каждом из них лишь короткий сегмент. Поскольку данные распределены по диску с использованием перемежения, потеря небольшого числа бит в разных местах полностью компенсируется на уровне декодеров CIRC, и ошибка в выходном сигнале отсутствует.
Царапина, ориентированная по касательной к дорожке (тангенциальная или кольцевая), располагается вдоль витка спирали и перекрывает непрерывный участок большой длины. В этом случае плотность ошибок превышает порог восстановления для CIRC. Дополнительным фактором является возможная потеря трекинга — сервосистема навигации считывающей головки может потерять дорожку из-за искажения отраженного сигнала на значительной протяженности повреждения.
Для звуковых компакт-дисков (CD-DA) предусмотрен механизм маскировки ошибок при невозможности их исправлений кодом Рида-Соломона. В случае неисправимой ошибки, которую не удалось скорректировать на уровне C2, используется интерполяция. Процессор восстанавливает амплитуда сигнала путем расчета промежуточных значений между корректно считанными выборками до и после поврежденного участка. При коротких потерях данных метод интерполяции обеспечивает субъективно незаметное для уха восстановление сигнала.
Состояние, определяемое как выход диска из строя, наступает при превышении длины пакета ошибок, который не поддается ни коррекции кодом, ни интерполяции.
Многие ошибочно полагают, что оптический диск никогда сам по себе не деградирует, если он будет десятилетиями лежать в коробочке, то ему ничего не будет. Но это далеко не так — алюминиевое покрытие и лак с годами окисляются, что приводит к тому, что данные с оптического диска будет невозможно прочитать.
А храните ли вы данные в долгосроке на CD/DVD? Напишите в комментариях 👇
Чтобы быть в курсе важных ИТ-новостей, подписывайтесь на мой канал в мессенджере MAX.