CD-levy

Wikipedia

Tämä sivu on suojattu käyttäjätunnuksettomien käyttäjien muokkauksilta vandalismin takia. Jos sinulla ei ole käyttäjätunnusta tai olet rekisteröitynyt alle neljä päivää sitten, voit ehdottaa muutosta artikkeliin keskustelusivulla.

CD-levy ("compact disc") on optinen digitaalisen tiedon tallennusmedia, joka tuli markkinoille 1980-luvulla alun perin äänen tallennusta varten. CD:lle voidaan kirjoittaa tietokoneella käytettävää binääridataa tai ääntä, kuten musiikkia. Kaupallisesti tuotettavissa CD:issä tieto on valmiiksi kirjoitettuna, eikä niitä voi uudelleenkäyttää tallennukseen. 1990-luvulla yleistyivät kirjoittavat CD-R-asemat tietokoneiden lisälaitteina ja vähän myöhemmin audiolaitteisiin lukeutuvat CD-tallentimet, jotka toimivat samalla periaatteella. Tämä mahdollisti paitsi CD:iden käytön oman datan tallennukseen, myös kaupallisten julkaisujen kopiointiin.

Sisällysluettelo 1 Historia 2 Fyysinen rakenne 3 Kopiosuojaukset 4 Äänenlaatu 5 CD-ROM 6 Audio-CD 7 CD-R 8 CD-RW 9 Video-CD 10 SVCD 11 SACD

Historia

Levyä kehitettiin 1970-luvun lopulla. CD-levyn teknisen toiminnan määrittelevästä Red Book -standardista päästiin yhteisymmärrykseen vuonna 1980, ja markkinoille CD:t tulivat syksyllä 1982 Euroopassa ja Japanissa. Yhdysvalloissa levyt tulivat markkinoille keväällä 1983. Merkittävin tavoite CD:tä kehitettäessä oli äänenlaadun säilyminen, sillä vinyylilevyt kuluvat ja ääninauhat venyvät. CD kehitettiin alun perin pelkästään äänentoistoon eikä tiedon yleiseen tallennukseen, mihin sitä myöhemmin on myös käytetty. Ensimmäiset yleistä dataa lukevat CD-ROM-asemat tulivat 1985, ensimmäiset kirjoittavat CD-ROM-asemat 1990.

CD-levyn kestoon liittyy mielenkiintoinen historiallinen anekdootti. Alun perin Philipsin insinöörien tavoitteena oli 60 minuutin levy. Projektia johtanut Sonyn Norio Ohga kuitenkin esitti, että levylle pitäisi mahtua Beethovenin 9. sinfonia. Herbert von Karajanin johtamana kyseinen teos oli 66 minuuttia. Asia tarkistettiin vielä Philipsin Polygram -tytäryhtiöstä. Sieltä löytyikin tieto jonka mukaan on olemassa vuodelta 1951 peräisin oleva tallenne, jossa saman teoksen kesto Wilhelm Furtwänglerin johtamana oli 74 minuuttia. Projektiryhmä päätti, että 74 minuuttia on täten sopiva kesto levylle ja insinöörit laskivat, että levyn halkaisija tulee kasvattaa 12 cm:iin.

Fyysinen rakenne

CD muodostuu 1,2 millimetriä paksusta ruiskuvaletusta polykarbonaattilevystä, joka on päällystetty ohuella alumiinikerroksella. Alumiinin päällä on suojaava lakkakerros, johon voi myös painaa levyn etiketin, tyypillisesti silkkipaino- tai offset-menetelmällä. CD:itä tehdään eri kokoisina, mutta yleisin koko on halkaisijaltaan 120 millimetriä, joka antaa norminmukaisesti 74 minuutin tallennustilan äänelle ja 650 megatavun tilan datalle, tosin on levyjä joille dataa mahtuu jopa 800 Mt, mutta nämä vaativat standarditoleranssien hyväksikäyttöä. Nykyään on myös saatavilla myös n. 900 Mt:n levyjä.

Käytännössä CD-levyjen reaalinen tallennuskapasiteetti on kasvanut noin kymmenellä minuutilla tallennustekniikan kehittyessä. 1980-luvulla julkaistiin joitakin alun perin tupla-LP:nä ilmestyneitä levyjä noin 70 minuutin pituisina yhden CD-levyn versioina, joista oli pudotettu osa materiaalista pois. Sen sijaan 1990-luvun aikana alettiin julkaista jo yli 80 minuutin pituisia CD-levyjä.

CD:lle tieto tallennetaan pitkälle spiraalimaiseen nystyräjonoon (lukupuolelta nähtynä), joka kiertää levyn sisäreunasta ulkoreunaan. Ura sisältää n. 125 nanometriä korkeita ja 500 nanometriä leveitä kohoumia, joihin tieto tallennetaan binäärisenä. Nystyrät luetaan aallonpituudeltaan 780-nanometrisellä puolijohdelaserilla pohjalla olevan polykarbonaattikerroksen läpi. Korkeusero aiheuttaa vaihe-eron nystyrästä ja sitä ympäröivästä levystä heijastuvien säteiden välille, jonka soittimen elektroniikka havaitsee.

Levyä koodattaessa kukin 8 bitin datatavu muunnetaan EFM (eight-to-fourteen) modulaatiolla 14 tavun pituiseksi koodiksi, jossa jokaisen ykkösen välissä on vähintään kaksi ja enintään yhdeksän nollaa. Levyn luku perustuu faasimuutoksen tunnistukseen; kunkin nystyrän alku ja loppu edustaa ykköstä ja harjanne (lukusäteen heijastus sammuu) sekä tasainen osuus (täysi heijastus) edustavat 2-9 nollaa nystyrän tai tasangon pituudesta riippuen. EMF-koodauksen lisäksi datavirtaan lisätään kunkin tavun väliin 2 liitosbittiä, koodi lomitellaan virheitten välttämiseksi Reed-Solomon järjestelmällä ja matalataajuiset komponentit poistetaan tarvittaessa lisäämällä vielä koodiin tavujen väliin joko 0 tai 1. Normaali 8 bitin tavu vie siis levyllä tilaa 17 bittiä. 14-bittiset EFM-tavut muunnetaan CD-soittimissa automaattisesti 8-bitin tavuiksi ns. rautaan koodatun käännöstaulukon avulla.

Kannattaa huomata, että tehdastekoiset CD-levyt eroavat suuresti CD-R levyistä. Tehdasvalmisteiset CD-levyt valmistetaan valamalla ja data on niissä fyysisesti levyn (etiketti)pinnan kuoppina. Poltettavien levyjen lukupinta on tasainen ja niitten heijastusmuutokset saadaan aikaan pinnan heijastusominaisuuksia käsittelemällä. Koska kyseessä on lämpökemiallinen reaktio, ei poltettaville levylle voida taata samaa säilyvyyttä kuin tehdasvalmisteisille CD-levyille.

Kopiosuojaukset

CD-standardi ei sisällä mitään kopioinnin estävää mekanismia, mikä tekee CD:iden kopioinnista tietokoneelle helppoa. Vuodesta 2002 alkaen jotkin levy-yhtiöt ovat käyttäneet CD-levyissään omia kopiosuojausmenetelmiään, jotka perustuivat tahallisten virheiden tai muiden CD-ROM-asemaa hämäävien tietojen lisäämiseen levyihin. Suojausten tarkoitus on estää levyjen käyttö tietokoneiden CD-ROM-asemissa, joiden virheidenkorjausjärjestelmä ei siedä samanlaisia virheitä kuin tavalliset CD-soittimet. Valitettavasti monet kopiosuojausmenetelmät haittaavat myös levyn toistamista CD-soittimella ja tekevät levyn herkäksi lialle ja naarmuille. Erityisesti autostereoiden CD-soittimissa kopiosuojatut levyt eivät usein toimi. Osa kopiosuojatuista levyistä sisältää niin sanotun "tietokoneilla soitettavan" osion, joka sisältää useimmiten musiikkivideoita ja kopion äänitteen sisällöstä pakatussa ja kopiosuojatussa tiedostomuodossa, joiden äänenlaatu on useimmiten CD-muotoon verrattuna melko huono. Näiden melkein aina WMA-muodossa olevien tiedostojen yhteensopivuus rajoittuu yleisimpiin käyttöjärjestelmiin, käytännöllisesti Microsoft Windowsin uusimpiin versioihin. Usein vaaditaan kuitenkin lisäohjelmien asentamista levyltä, eivätkä levyjen kopiosuojatut tiedostot välttämättä toimi muissa mediasoittimissa. Jotkut kopiosuojausmenetelmät asentavat tietokoneeseen ohjelman, joka valvoo levyn käyttöä ja kopiointia. Ohjelma voi myös asentua käyttäjältä lupaa kysymättä ja piiloutua käyttöjärjestelmältä.

CD-standardin kehittäjä Philips on ilmoittanut, että tällaisia kopiosuojausmenetelmiä käyttäviä CD:itä ei saa markkinoida Compact Disc Digital Audio -tavaramerkin avulla.

Äänenlaatu

Kun Sony ja Philips aikoinaan kehittivät CD:n, digitaaliseksi signaalin resoluutioksi sovittiin 16 bittiä ja näytteenottotaajuudeksi 44,1 kHz. Tästä syystä CD:n signaalidynamiikka on korkeintaan 96 dB ja taajuusvaste ulottuu 20 kHz saakka. Kaikki 20 kHz ylittävät taajuudet joudutaan suodattamaan pois tallennettavasta musiikista. Sovittu standardi pohjautui tietenkin 1980-luvun alun tekniikkaan, sen ajan rajoituksiin ja silloiseen tietoon musiikin virheettömään toistoon tarvittavasta äänenlaadusta. Suurempi yleisö ei ole kuitenkaan valittanut CD:n äänenlaadusta.

DDD-merkintää ("digital, digital, digital") käytetään CD-äänitteissä, jotka on tuotettu täysin digitaalisesti (nauhoitus, masterointi, siirto).

CD-ROM

• Compact Disc - Read-Only Memory
• Tietokoneissa käytettävä datan talletuslevy, jota voi ainoastaan lukea
• Kapasiteetti normaalisti 650—700 megatavua, vastaa noin 520:tä levykettä (1,406 megatavua)
• Ohjelmien ja muun datan tallennukseen, levitykseen ja asennukseen

Audio-CD

• Äänidatan yleisin levitysformaatti
• Noin 74 minuuttia kaksikanavaista, 16-bittistä, 44,100 kHz PCM-koodattua ääntä

CD-R

• Compact Disc - Recordable
• Kuten CD-ROM tai audio-CD, mutta myydään tyhjänä aihiona ja voidaan kirjoittaa kerran kirjoittavalla CD-R-asemalla tai CD-R-äänitallentimella. Tietoa voidaan lisätä, kunnes levy täyttyy, mutta levyä ei voi tyhjentää eikä siis aikaisemmin tallennettua tietoa poistaa. Toimivat yleensä hyvin vanhoissakin soittimissa. Jotkut soittimet kuitenkin toistavat vain tiettyjen valmistajien levyjä.

CD-RW

• Compact Disc - ReWritable
• Kuten CD-R, mutta voidaan tyhjentää ja käyttää uudelleen noin tuhat kertaa.
• Ei toimi kaikissa soittimissa

Video-CD

• Vanhempi standardi videodatan (elokuvien, jne) tallennukseen cd-levyille, jossa käytetään MPEG-1-enkoodausta
• Voidaan toistaa tietokoneella, tai usein DVD-soittimella tai euroopassa harvinaisemmalla video-cd-soittimella
• Pohjaformaattina voi olla valmis painettu CD-ROM tai kuluttajan itse kirjoittama CD-R

SVCD

• Super video CD
• Kuten video-CD, mutta käyttää MPEG-2-enkoodausta, joka on käytössä myös DVD-levyissä
• Laadultaan parempi kuin video-CD, mutta huonompi kuin DVD
• Voidaan toistaa muun muassa tietokoneissa tai uudemmissa DVD-soittimissa
• Pohjaformaattina voi olla valmis painettu CD-ROM tai kuluttajan itse kirjoittama CD-R

SACD

• Super audio CD, uusi formaatti ja standardi äänen levitykseen
• Mahdollistaa korkeamman äänenlaadun ja surround-äänen
• Optisella tasolla muistuttaa DVD-levyä
• Levitetään usein hybridilevynä, jossa on kaksi kerrosta. Tällainen levy toimii perinteisissä CD-soittimissa CD-levynä ja SACD-soittimissa SACD-levynä.