مقدمة
في هذه المقالة سوف نتطرق في المواصفات والمعايير للقرص المضغوط (CD) والتي تم التفصيل عنها وكيف تطورت الى يوماً هذا في مقالتنا السابقة هنا سوف نتحدث عن الفرقات بين الكتب للقرص المضغوط وقدرات كل واحد منها.
حقائق القرص المضغوط الصوتي
تم تطوير معيار الصوت الرقمي للقرص المضغوط (CD-DA) بواسطة Philips و Sony وتم طرحه في السوق في عام 1982. وتتفوق الأقراص المضغوطة على أقراص الفينيل وأشرطة الكاسيت بعدة طرق:
- جودة صوت فائقة دون أي تخطي أو تشويش أو عيوب أخرى
- الوصول العشوائي السريع إلى أي مسار على القرص
- حياة طويلة؛ الأقراص المضغوطة تدوم إلى الأبد
- حجم صغير: قطرها 12 سم فقط لذا فهي تشغل مساحة تخزين صغيرة
- أصبحت الجودة الفائقة للأقراص المضغوطة وحجمها الصغير ممكنة بفضل استخدام التكنولوجيا الرقمية.
صوت رقمي
على أشرطة الفينيل والشريط الصوتي، يتم تسجيل الشكل الموجي الصوتي كإشارة تناظرية. لذلك سيتم سماع أي عيوب على أنها ضوضاء (هسهسة) أو عيوب أخرى. وللحد من هذه العيوب، تستخدم الأقراص المضغوطة تعديل رمز النبض (PCM)، وهو أبسط تقنيات التشفير الرقمي.
باستخدام تقنية PCM، يتم أخذ عينات من شكل الموجة التناظرية على فترات ويتم تخزين كل عينة كرقم. يوضح المثال أعلاه تحويل شكل موجة تماثلي (والذي يمكن أن يكون جزءًا من إشارة صوتية) إلى رقمي من خلال تمثيل كل عينة برقم (من 0 إلى 100 في هذا المثال البسيط).
ومن الناحية العملية، يجب أن يكون نطاق القيم ومعدل أخذ العينات مرتفعًا بما يكفي لضمان إعادة إنتاج دقيقة لشكل الموجة التماثلية الأصلية. يبلغ الحد الأعلى للأذن البشرية حوالي 20 كيلو هرتز، لذلك يجب أخذ عينة من الصوت بمعدل 40000 مرة في الثانية أو أعلى (حيث يلزم وجود عينتين لكلا نصفي الموجة الجيبية). لتقليل التشوه وضوضاء القياس، يجب تمثيل كل عينة برقم 16 بت على الأقل مما يعطي 65,536 قيمة أو مستوى (0 إلى 65,535) لكل عينة.
تقوم الأقراص المضغوطة بأخذ عينات من الصوت بمعدل 44100 مرة في الثانية. وبالتالي فإن إجمالي المعلومات المطلوبة لمدة ثانية واحدة من الصوت هو 44,100 × 2 × 16 = 1,411,200 بت. البت هو رقم ثنائي وله القيمة المعروف بأسم (Binary number) 0 أو 1. على الرغم من إمكانية حدوث فترات أطول، فإن الحد الأقصى لوقت التشغيل لجميع الأقراص المضغوطة هو حوالي 74 دقيقة لضمان التوافق مع مشغلات الأقراص المضغوطة الأقدم. وهذا يعني أن القرص المضغوط الواحد يجب أن يخزن 1,411,200 × 74 × 60 = 6,265.728 مليون بت. ويمكن أيضًا أن يُعطى هذا على أنه 783.216 مليون بايت، حيث البايت الواحد = 8 بتات.
يسمح الترميز الرقمي باستخدام رموز تصحيح الأخطاء، والتي تعتبر ضرورية لتصحيح الأخطاء الناتجة عن عملية التصنيع والأضرار البسيطة أو العلامات التي قد تحدث نتيجة للمعالجة والاستخدام. والنتيجة هي أن كمية البيانات المخزنة على القرص المضغوط تعادل أربعة أضعاف البيانات اللازمة لتمثيل الصوت فقط.
معلمات أو البارامترات (Parameters) الصوت للقرص المضغوط
تحتوي الأقراص المضغوطة على المعلمات التالية للصوت المخزن عليها:
- معدل العينة: 44.1 كيلو هرتز
- القنوات: 2 (ستيريو)
- البتات لكل عينة، لكل قناة: 16
- المستويات لكل عينة: 65,536
- إجمالي معدل البيانات (ميجابايت/ثانية): 1.4112
يمكن أن يؤدي التشفير الرقمي إلى نتائج خالية من الضوضاء تقريبًا، ولكن يلزم وجود نظام لتصحيح الأخطاء للحماية من التلف الطفيف الذي يلحق بالقرص المضغوط والذي قد ينتج عنه بيانات غير صحيحة.
يجب أن يوفر الصوت الرقمي للأقراص المضغوطة الجودة المطلوبة لجميع التطبيقات الصوتية، ولكن هذا ليس كافيًا دائمًا بالنسبة للأشخاص الذين يريدون نقاء صوتي عالي. ولهذا السبب تم تقديم تنسيق محسّن (HDCD) ويتضمن تنسيق DVD-Audio الجديد ميزات جديدة بما في ذلك معدل أخذ عينات أعلى، والمزيد من البتات لكل عينة وصوت محيطي متعدد القنوات (multi-channel surround sound).
وقت التشغيل
يمكن حساب وقت تشغيل القرص المضغوط من مساحة منطقة البرنامج والسرعة الخطية وتتبع خوارزمية الكشف عن درجة الصوت pitch detection algorithm (PDA) ويسمى أيضاً Pitch Tracking. تظهر النتائج في الجدول أدناه لقيم مختلفة لدرجة المسار (1.5 إلى 1.7 ميكرون) والسرعة الخطية (1.2 إلى 1.4 م/ث). من المفترض أن يكون نصف قطر البداية 25 مم ونصف قطر النهاية 58 مم لقرص 120 مم. يتم تحقيق أطول وقت لعب يصل إلى 80 دقيقة تقريبًا عن طريق تقليل مسافة المسار إلى 1.5 ميكرون والسرعة الخطية إلى 1.2 م/ث، مما لا يسمح بالتفاوتات في عمليات التصنيع.
الموصفات المعايير حسب الكتب للأقراص المضغوطة CD
الكتاب الأحمر هو وثيقة صدرت عام 1980 وتوفر مواصفات القرص المضغوط القياسي (CD) الذي طورته شركتا Sony و Philips وهو الأول في سلسلة المعايير التي تم إصدارها. وفقًا للأسطورة، كانت الوثيقة في مجلد باللون الأحمر الأغلفة، مما أدى إلى تقليد التعديلات اللاحقة لمواصفات الأقراص المضغوطة التي يشار إليها بالكتب الملونة المختلفة.
انواع القرص المضغوط (CD)
1- كتاب احمر
2- كتاب أصفر
3- الكتاب البرتقالي
4- الكتاب الأخضر
5- كتاب أزرق
6- الكتاب الأبيض
7- ايزو-9660
الكتاب الأحمر (CD-DA)
يسمح بما يصل إلى 74 دقيقة من الصوت الرقمي.
معدل العينة 44.1 كيلو هرتز، أو 44100 عينة في الثانية.
معدل نقل 150 كيلو بايت في الثانية. يُعرف أيضًا باسم "السرعة الواحدة" أو 1X.
يمكن أن تحتوي على ما يصل إلى 99 مسارًا.
يُشار إلى Red Book أيضًا باسم القرص المضغوط الصوتي الرقمي Compact Disc Digital Audio (CD-DA). تم تصميم معيار الكتاب الأحمر، الذي قدمته شركتا سوني وفيليبس في عام 1980، ليكون وسيلة عالمية لتوزيع الموسيقى الرقمية.
يتم تنظيم البيانات الموجودة على قرص صوتي مضغوط في إطارات (Frames). يحتوي كل إطار على ما يصل إلى 24 بايت من بيانات المستخدم والمزامنة و رمز تصحيح الخطأ Error correction code (ECC) وبيانات التحكم والعرض. يتم تشذير أي فصل الإطار مع الإطارات الأخرى في شكل حلزوني واحد بحيث لا تؤدي الخدوش أو العيوب إلى تدمير إطار واحد خارج نطاق التصحيح. بدلاً من ذلك، سيؤدي الخدش إلى تدمير جزء صغير من العديد من الإطارات، والتي يمكن استردادها كلها في إطارات أخرى.
ينقسم قرص الكتاب الأحمر إلى ثلاث مناطق:
- الإدخال (Lead In)
- البرنامج (Program)
- المخرج (Lead Out)
يتم تسجيل موقع كل مسار في جدول المحتويات Table of Contents (TOC) الخاص بالقرص والذي يتم تخزينه في منطقة الادخال Lead In لكل قرص. كان من المقرر أن يصبح القرص المضغوط للكتاب الأحمر هو القالب الذي تم من أجله إنشاء جميع "معايير الكتب" الأخرى.
الكتاب الأصفر (الوضع 1، الوضع 2)
Yellow Book هو المعيار الذي يحدد تنسيق الأقراص المضغوطة، وكان الكتاب الأصفر هو الامتداد الأول للكتاب الأحمر. سمح الكتاب الأصفر للأقراص المضغوطة باحتواء 650 ميجابايت من بيانات الكمبيوتر بدلاً من البيانات الصوتية الرقمية فقط. يتم تعريف معيار الكتاب الأصفر حاليًا من خلال مجموعتين فرعيتين من البيانات.
- الوضع 1 (Mode 1)
- الوضع 2 (Mode 2)
يحدد معيار الكتاب الأصفر نوعين من البيانات
- يصف الوضع 1 بيانات القرص المضغوط مع رمز تصحيح الخطأ (ECC)، الذي يوفر مساحة لـ 2048 بايت من بيانات المستخدم وهو الوضع المستخدم لتخزين البيانات التي لا تتسامح مع الأخطاء، مثل برامج الكمبيوتر أو قواعد البيانات.
- يصف الوضع 2 بيانات القطاع المخزنة بدون ECC، مما يوفر مساحة أكبر لـ 2336 بايت من بيانات المستخدم. يُستخدم هذا الوضع عادةً للبيانات الأكثر تحملاً للخطأ، مثل الصوت أو الفيديو أو الرسومات.
تتم كتابة معظم الأقراص المضغوطة التي تحتوي على برامج كمبيوتر أو أرشيفات بيانات باستخدام الكتاب الأصفر، الوضع 1، ISO 9660 لمعرفة المزيد أقرأ هنا المستوى 1، لنظام DOS أو Windows. على الرغم من أنه يمكن أيضًا الوصول إلى هذه الأقراص على منصات Macintosh و UNIX، إلا أنها لن تعمل مثل وحدات التخزين الأصلية لـ Apple أو UNIX.
الكتاب الأصفر، الوضع 1، ISO 9660 المستوى 1 هو المعيار الأكثر استخدامًا على نطاق واسع لأنه سيسمح لجميع أجهزة الكمبيوتر تقريبًا بالوصول إلى بياناتها.
سيسمح الوضع 2 "بدمج" بيانات الوضع 1 و الوضع 2 على قرص واحد. يعد الوضع 2 في المقام الأول الجزء الترفيهي من معيار الكتاب الأصفر.
تندرج أقراص CD-ROM/XA أو مايعرف بأسم CD-i Bridge (بما في ذلك أقراص الصور المضغوطة وأقراص Karaoke المضغوطة وأقراص الفيديو المضغوطة) و Green Book أو CD-i ضمن معيار الوضع 2 للكتاب الأصفر. تم تصميم أقراص الوضع 2 ليتم تشغيلها على منصات مخصصة للأجهزة الالكترونية الآخرى الاستهلاكية.
الكتاب الأخضر (CD-i)
تم إنشاء معيار Green Book بواسطة Sony و Philips للعمل على مشغلات أو بالتحديد أجهزة ألعاب الفيديو (CD-I) Compact Disc Interactive هي المواصفات الوحيدة التي لا تحدد القرص والبيانات فحسب، بل أيضًا الأجهزة ومنصة التشغيل بأكملها. تم إنشاء CD-I بشكل أساسي لتوفير الترفيه من خلال التفاعل مع أجهزة التلفزيون وأنظمة الاستريو.
الكتاب البرتقالي (CD-ROM)
معيار وسائط نسخ الأقراص المضغوطة (الكتابة مرة واحدة).
السماح بإلحاق بيانات الكمبيوتر بوسائط CD-R.
معيار Orange Book هو التنسيق الذي يمكّن محركات الأقراص المضغوطة القابلة للتسجيل (CD-R) من تسجيل الأقراص التي يمكن لمحركات الأقراص المضغوطة العادية ومشغلات الأقراص المضغوطة الصوتية قراءتها. على الرغم من أن مواصفات الكتاب البرتقالي تسمح بتسجيل قرص CD-R في أكثر من جلسة واحدة، إلا أنه لا يوصى باستخدام قرص "متعدد الجلسات" كقرص رئيسي "لضغط الأقراص المضغوطة"، بدلاً من "القرص مرة واحدة" أو يمكن استخدام قرص "ذات حجم واحد". اعتمادًا على طريقة التسجيل، يمكن إنشاء "قرص ذو وضع مختلط" ليحتوي على جلسات الكتاب الأصفر أو الكتاب الأحمر، بأي ترتيب. من الممكن إنشاء قرص يضع قرصًا المسار الصوتي في المسار الأول من القرص، حيث يمكن تشغيله بواسطة مشغلات الأقراص المضغوطة الصوتية، وبيانات الأقراص المضغوطة في المسار الثاني من القرص، حيث يمكن قراءتها فقط بواسطة محركات الأقراص المضغوطة في أجهزة الكمبيوتر.
- كما كنا في السابق نحتاج الى حرق (Burn) الـCD لجعله يعمل بصيغة WAV أو MP3 ليمكننا من تشغيل الموسيقى في المنزل أو السيارات وبالتالي لن تكون قادر على حفظ أي بيانات آخرى. صورة توضيحية من أحد البرامج الحرق.
في نهاية المطاف، تم إعطاء أقراص "متعددة الجلسات المختومة" مواصفاتها الخاصة ويشار إليها إما باسم Blue Book أو CD Plus.
الكتاب الأزرق (CD Plus)
وهي مجموعة فرعية من مواصفات الكتاب البرتقالي، تم تصميم معيار الكتاب الأزرق خصيصًا للأقراص المختومة متعددة الجلسات والتي تقتصر على جلستين موسيقى واحدة وبيانات واحدة. يُعرف Blue Book أيضًا باسم القرص المضغوط المحسن للموسيقى Enhanced Music CD (CD-Plus أو E-CD)، وهو معيار محدد ومرخص ومدعوم من Philips و Sony و Microsoft و Apple. يتم تشغيل الأقراص على مشغلات الأقراص المضغوطة الصوتية دون إمكانية إنتاج بيانات ثابتة وعلى أجهزة الكمبيوتر المزودة بمحركات أقراص مضغوطة أحدث.
قبل معيار الكتاب الأزرق، كان من الممكن تسجيل قرص الكتاب البرتقالي مع صوت الكتاب الأحمر وكتابة الصوت على الوضع 2. ينخدع معظم مشغلات الأقراص المضغوطة بالتفكير في أن الوضع 1 كان صوتيًا ويقوم بتشغيل مسار البيانات. وكانت النتيجة ضوضاء ثابتة عالية يمكن أن تلحق الضرر بسهولة بمعدات تشغيل الصوت.
- لأن كما ذكرنا سابقاً بأن الوضع الثاني أكثر تحديداً له أجهزة الألعاب الفيديو.
الكتاب الأبيض (Video CD)
تم الإعلان عن مواصفات White Book لأقراص الفيديو المضغوطة بواسطة JVC و Philips و SONY و Matsushita في يوليو 1993. وهي مجموعة فرعية خاصة من أقراص CD-ROM/XA مصممة لتشغيل فيديو بصيغة MPEG-1.
يحدد الكتاب الأبيض الوضع 2، معيار بيانات النموذج 2 الذي يقوم بإنشاء قرص يمكن أن يحتوي على ما يصل إلى 74 دقيقة من الفيديو بالحركة الكاملة. يمكن تشغيل قرص الفيديو المضغوط على أجهزة الكمبيوتر الشخصية باستخدام محرك أقراص مضغوطة يدعم مشغلات CD-ROM/ XA ومشغلات CD-i ومشغلات أقراص الفيديو المضغوطة ومشغلات DVD. محدود بمعدل تشغيل بطيء ومساحة تخزين تبلغ 680 ميجابايت فقط، وقد تم تصميم معيار DVD ليحل محل قرص الفيديو المضغوط المضطرب.
مجموعة خبراء الصور المتحركة Moving Picture Experts Group (MPEG).
ايزو 9660
ISO 9660 (المنظمة الدولية للمعايير) هو معيار تسمية الملفات والدليل الذي حسّن *High Sierra ليكون قابلاً للقراءة على أي نظام أساسي، بغض النظر عن تنسيق المحتوى.
يحدد ISO-9660 أن كل اسم ملف يتكون من ثلاثة مكونات:
- الاسم
- الامتداد
- الإصدار.
قد يتكون الاسم أو الامتداد من صفر أو أكثر من أحرف المجموعة [A إلى Z] و [0 إلى 9] و _ (الشرطة السفلية). يتراوح رقم الإصدار من 1 إلى 32767.
هناك ثلاثة مستويات من هذا المعيار يحددها ISO-9660:
- يتم سرد الملفات بالترتيب الأبجدي.
- يتكون اسم الدليل من حرف واحد أو أكثر من المجموعة [A إلى Z] و [0 إلى 9] و _ (الشرطة السفلية).
- يمكن أن يحتوي اسم وحدة تخزين القرص على ما يصل إلى 11 مجموعة [من A إلى Z] و [من 0 إلى 9] و _ (الشرطة السفلية) يتم فرز الدلائل أبجدياً.
امتدادات الملفات ومستوياتها التي تدعمها مواصفات ISO 9660 هي:
*High Sierra - كانت High Sierra هي المحاولة الأولى لجعل معيار الكتاب الأصفر قابلاً للقراءة على أي نظام أساسي للكمبيوتر. لم يعد يُستخدم.
فقد يؤدي إنشاء قرص للتوزيع العام باستخدام High Sierra إلى إنشاء قرص غير قابل للتشغيل على معظم محركات الأقراص. ISO 9660 المستوى 1 - المعروف باسم مجموعة أحرف "DOS"، يقتصر عدد الأحرف على 8 وعدد أحرف الامتداد مقيد بـ 3. ويشار إليه أيضًا باسم 8.3 (eight-dot-three). ISO 9660
المستوى 3 - يقتصر الطول الإجمالي للاسم والامتداد على 30 حرفًا (باستثناء النقطة). ISO 9660 (جولييت) - يقتصر الطول الإجمالي للاسم والامتداد على 64 حرفًا. بروتوكول التبادل ISO 9660 Rock Ridge - يسمح لنظام UNIX ومتغيراته باستخدام معايير التسمية الخاصة بمنصة UNIX ويعمل مثل المجلد الأصلي. هجين - يسمح "بتقسيم القرص" للسماح للقرص بالعمل بشكل أصلي في نظامين أساسيين أو أنظمة تشغيل أو بيئات أو أكثر.
نظام الملفات الهرمي (HFS Plus) Hierarchical File System
يقوم معيار Apple HFS بإنشاء أقراص مضغوطة تعمل مثل وحدات تخزين Macintosh الأصلية. لن تعمل الأقراص المصنعة بموجب هذه المواصفات إلا على أنظمة Apple الأساسية. يقتصر الطول الإجمالي للاسم على 31 حرفًا. لا توجد قيود على التسمية
CD-ROM/XA
(شاهد الكتاب الأصفر) بمساعدة Philips و Sony و Microsoft أعطت CD-ROM/XA بعض السمات الموجودة على أقراص CD-i. يحتوي CR-ROM/XA، المعروف أيضًا باسم "قرص الجسر" على إمكانيات تفاعلية، بالإضافة إلى شكل محدد من ضغط الصوت المعروف باسم (ADPCM). كان الهدف من CD-ROM/XA هو وصف وسيلة قياسية لجعل الوصول إلى بيانات الوسائط المتعددة أكثر كفاءة، خاصة بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر الشخصية. يسمح تشذير أو فصل بيانات الصوت والفيديو بمزامنة أفضل عند التشغيل.
في الختام
بعد طرح العديد من التحديثات التي حدثت على الأقراص المضغوطة الى أن وصلت أحدث التقنيات التي توجب عليهم التقليل من أستخدام هذه الاداة ولم تكن كما في السابق فكثير من الشركات التي استغنت عن استخدام هذه الأقراص واستبدلتها بتخزين سحابي أو هاردسك داخلي ويتم تحميل التطبيقات والموسيقى والفيديوهات والصور التي تريدها ونقلها وتشغيلها في أماكن متعددة.