Технология MD была представлена SONY в качестве цифровой замены аналоговой компакт-кассеты. Первые плееры на MD, выпущенные аж в 1992 году, не получили признания. В первые годы существования стандарта MD-аппаратура применялась, в основном, профессиональными студиями и концертными площадками на минидиски записывались фонограммы для концертов и выступлений.
Компания SONY, разработчик стандарта MD и основной производитель соответствующей аппаратуры, заняла выжидающую позицию и за несколько лет привела технологию в более употребимый вид. Большая часть нареканий относительно MD касалась качества звучания: в начале 90-х чипы, кодирующие звук по алгоритму ATRAC, плохо справлялись со своей задачей, и звук, выдаваемый ими, получался слишком грубым. За каких-то несколько лет индустрия цифровых процессоров совершила настоящую революцию, и MD-устройства получили в свое распоряжение новые DSP, обрабатывающие звук в реальном времени с использованием чисел с плавающей запятой, потребляющие мизерное количество энергии и звучащие более качественно.
В конце 90-х в большинство минисистем высшей ценовой категории встраивались MD-деки. Новые портативные MD-плееры SONY MZ-R90 и MZ-R70 обрели популярность за счет мизерного веса, длительного времени работы от аккумуляторов и совершенно шикарных по тем временам возможностей: записи на MD с микрофона, линейного и цифровых входов. Качество звучания же этих плееров не уступало иным моделям портативных CD-плееров. Недостатками же MD-устройств являлись невозможность цифрового копирования данных с минидисков и необходимость переписывания аудио в реальном времени так же, как и на старую добрую компакт-кассету.
И вот наконец-то, в 2002 произошла своего рода революция в мире MD: новая линейка плееров SONY поддерживает технологию NetMD, позволяющую переписывать звук на минидиски по USB со скоростью до 32x (по сравнению с традиционными MD-устройствами).
О минидисках
Прежде чем перейти непосредственно к описанию нового плеера, следует вкратце рассказать о том, что же такое минидиск.
MD находится в защитном корпусе наподобие дискеты, что сильно снижает возможность механических повреждений. Известно, что и запись и чтение осуществляются одной лазерной головкой на магнитооптических дисках лазерным лучом с длиной волны 790 нм.
Звук на MD записывается при помощи алгоритма ATRAC, который работает по сходному с MP3 алгоритму: отсеивается «избыточная» звуковая информация. Многие считают, что качество компрессии у плееров последних поколений превосходит MP3. На обычный диск помещается 74 или 80 минут звука.
На минидиске выделена специальная зона, называемая TOC (Table Of Contents), которая хранит информацию об адресах треков (аналогично FAT). С ее помощью осуществляется поиск треков, работающий на большинстве новых плееров почти мгновенно.
В новых плеерах также реализована функция MDLP, позволяющая записывать звук с более высокой степенью компрессии (очевидно, за счёт снижения битрейта). Режим LP2 дает возможность записать вдвое больше музыки (148 минут на 74-минутные диски и 160 минут на 80-минутные), LP4 вчетверо больше (296 и 320 минут соответственно). Доступен также режим монозаписи.
Несмотря на наличие движущихся частей, сбить воспроизведение с помощью резких движений и прочего в современном MD-плеере практически невозможно. По этому параметру MD, несмотря на распространенное мнение, не сильно проигрывают MP3-плеерам.
Один MD выдерживает в среднем 5000 циклов перезаписи. Стоимость минидиска колеблется в районе $1,5–3.
Sony MZ-N1
В коробке с Sony MZ-N1 обнаружилось огромное количество всевозможных аксессуаров. Кроме плеера, были обнаружены:
- Сетевой адаптер;
- USB-кабель;
- Оптический цифровой кабель;
- Пульт с ЖК-дисплеем;
- Безымянные наушники SONY;
- Подставка-крэдл с разъемами для подключения USB и адаптера;
- Плоский аккумулятор в пластмассовой коробке;
- Держатель для подключения к плееру батарейки формата AA;
- Мягкая сумочка из кожзама для ношения плеера на поясе;
- CD с ПО OpenMG;
- Ворох разнообразных инструкций.
Отличная комплектация. С самого начала прилагается все, что только может понадобиться для работы с плеером. Кроме, пожалуй, чистого минидиска. (Он прилагается только в американской версии плеера).
Разъемы и питание
Подставка-крэдл это новинка для MD-плееров SONY. Она сделана из прочной пластмассы и обладает довольно массивным основанием, к которому также для устойчивости приделаны липучие резиновые ножки. К этой подставке подключается USB-кабель и сетевой адаптер.
На самом плеере обнаружились следующие разъемы:
- разъем для подключения пульта и наушников (по совместительству линейный выход);
- микрофонный вход с фантомным питанием;
- линейный/оптический вход;
- контактная колодка для установки в крэдл;
- разъем для подключения сетевого адаптера;
- винтовое крепление и два контакта для подключения к плееру внешнего модуля, содержащего батарейку/аккумулятор формата AA.
Обратите внимание на последний пункт. К плееру прилагается специальная пластмассовая конструкция с винтом, которая прикручивается к плееру и позволяет помещать внутрь себя стандартную «пальчиковую» батарейку формата AA. Таким образом, плеер может питаться одновременно от плоского аккумулятора и внешней батарейки.
Заявленные SONY характеристики по длительности работы плеера в различных режимах выглядят так:
Запись (в часах)
Воспроизведение (в часах)
Как видите, цифры весьма внушительны. Впрочем, проверить их не помешает. Я провел тест в двух самых распространенных режимах: воспроизведение в компромиссном LP2 и запись в «урезанном» LP4 для фиксирования на MD лекций и концертов (а где еще может понадобиться продолжительная автономная запись?). Воспроизведение проверялось полным проигрыванием различных дисков, подсчет времени велся умножением длительности проигрывания на количество проигранных дисков. Запись это писавшиеся два дня подряд лекции в любимом институте. Тестирование проводилось с полностью заряженным аккумулятором из комплекта MZ-N1. Результаты получились следующие:
Воспроизведение, LP2, плоский аккумулятор NH-14WM: 30 часов
Запись, LP4, плоский аккумулятор NH-14WM: 13 часов
Как видите, цифры отличаются, но результат всё равно вполне устраивающий. Что касается записи следует иметь ввиду, что запись шла с микрофона, на который плеер, возможно, подает фантомное питание. В режиме линейной записи цифры, очевидно, будут выше.
Эргономика и управление
Как и все топ-модели MD-плееров SONY, MZ-N1 содержит на лицевой панели минимум элементов управления. Сбоку расположено колесо Jog-Dial, используемое для навигации по древовидному меню плеера. С другой стороны расположены кнопки управления громкостью Vol+/Vol-. Под экраном находятся кнопки END SEARCH (переход к концу последнего записанного трека), слайдер RECORD и кнопка GROUP, включающая/отключающая режим воспроизведения по группам. Также сбоку притаилась кнопка T MARK, отвечающая за расстановку меток окончания треков при записи и воспроизведении.
Управление воспроизведением осуществляется при помощи прямоугольного джойстика, расположенного рядом с экраном. Нажатие на края кнопки работает как переход на следующий/предыдущий треки, перемещение его вверх/вниз как, соответственно, пауза/стоп, а нажатие в центре воспроизведение. Сказать, что он неудобен значит ничего не сказать; эта штука настоящее издевательство. Использовать его практически невозможно из-за жесткости и частой неадекватности реакции на действия пользователя. По сравнению с ним в более дешевых моделях NetMD-плееров SONY MZ-N700 и MZ-N505 управление организовано куда более удобно.
Дисплей плеера трехстрочный. В режиме воспроизведения места хватает на имя трека, время и линию уровня сигнала. Меню организовано древовидно и весьма удобно; обилие функций поначалу просто поражает. Настроить можно все от контрастности экрана до режимов графического эквалайзера и чувствительности микрофона. С помощью колеса jog-dial навигация осуществляется в считанные секунды. При воспроизведении чудо-колесо позволяет быстро «скакать» по списку треков или групп.
Для каждого MD-диска можно записать отдельные настройки например, звучания, программ воспроизведения и т.п.
Пульт также снабжен экраном, причем подсвеченным. С пульта можно получить доступ ко всем настройкам плеера через то же развесистое меню. Управление воспроизведением с помощью пульта организованно весьма оригинально. С края расположено вращающееся колесо, которое при повороте вызывает соответственно воспроизведение следующего/предыдущего трека. Кнопка «Stop» расположена сбоку пульта. Колесо можно отодвинуть вперед тогда его поворот будет отвечать за регулировку громкости. Надо сказать, что это решение, на мой взгляд, не самое удачное; оно почти исключает управление плеером с помощью одной руки. Дело в том, что колесо довольно жесткое, и при попытке повернуть его на пульте, прикрепленном, скажем, к одежде, начинает отчаянно сопротивляться и сползать с крепления. Поэтому приходится придерживать пульт другой рукой. В пультах предыдущего поколения и наиболее недорогом NetMD-плеере (Sony MZ-N505) пульт без экрана предоставлял гораздо больше удобств при управлении.
Одним словом, недорогие модели NetMD-плееров однозначно выигрывают у лидера в удобстве управления.
Звучание
Sony MZ-N1 использует DSP-чип последнего поколения ATRAC DSP Type-R, применяющийся, по заявлению Sony, в высококлассных стационарных MD-деках. Режим работы Type-R активируется только при записи в режиме SP (стандартный) и только через оптический/линейный входы.
Прослушивания проводились в профессиональных наушниках Sennheiser HD200 мощности плеера хватило на то, чтобы полноценно раскачать их. Очень важное наблюдение: новый модельный ряд MD-плееров SONY звучит гораздо громче, чем все предыдущие, отличавшиеся довольно тихим звуком. Вероятно, виновником этого стали новые усилители класса D, применяющиеся SONY в современных портативных устройствах. В метро и при интенсивном внешнем шуме даже не слишком громкую музыку будет отчетливо слышно.
Пара слов о комплектных наушниках: производитель постеснялся писать на них название модели, и это о многом говорит. Хотя, надо сказать, они не так уж плохи: конечно, бас почти полностью отсутствует, зато они очень хорошо согласованы с плеером по звучанию. Они дают заметный пик в области средневерхних частот, что в сочетании с резковатым характером плеера звучит довольно гармонично.
Субъективно, звучание MZ-N1 по сравнению с моделями предыдущих поколений стало несколько более резким и даже грубоватым. Возможно, вина в этом лежит на ЦАПах, примененных в плеере, а вовсе не в новых чипах Type-R. С помощью программы RMAA мы решили проверить характеристики ЦАПов MZ-N1. Входной сигнал с профессиональной звуковой платы Audiotrak Maya44 подавался в цифровом виде по оптическому кабелю, а снимался с выхода плеера, включенного в режиме LineOut, обратно на Maya44. Результаты получились весьма интересными.
Maya44 SPDIF Out Sony MZ-N1 Line Out Maya44 Line In
| Frequency response (from 40 Hz to 15 kHz), dB: | -0.65, +0.00 | Good |
| Noise level, dB (A): | -90.8 | Very good |
| Dynamic range, dB (A): | 88.5 | Good |
| THD, %: | 0.014 | Good |
| IMD, %: | 0.078 | Good |
| Stereo crosstalk, dB: | -90.5 | Excellent |
General performance: Very good
Как видите, характеристики аналоговой части у SONY MZ-N1 вполне на уровне. Чрезвычайно низкий уровень шума, значительный динамический диапазон. Спад в области низких частот вероятно, следствие работы схемы гашения сверхнизких частот, которая применяется в плеерах для уменьшения энергопотребления.
Кстати, особенностью Sony MZ-N1 по сравнению с предыдущими моделями является то, что при подаче и снятии сигнала с плеера в реальном времени звук, подаваемый на выход, является некомпрессированным. То есть звук, мониторится плеером «как есть», без прохождения ATRAC-компрессии. Именно поэтому и удалось устроить тест качества преобразоателей плеера. Старые модели плееров сразу подавали на выход ATRAC-упакованный звук.
NetMD
Вот мы подошли и к самому интересному. Что на деле представляет из себя технология NetMD?
Сразу же при подключении было обнаружено новое устройство (NetMD). Драйверы встали без проблем. Первым делом была установлена программа OpenMG Jukebox.
OpenMG это весьма мощное jukebox-ПО, поддерживающее граббинг с аудиодисков, воспроизведение WAV/MP3/WMA/ASF-треков и воспроизведение с разных плей-листов. Но самое главное программа позволяет полностью управлять MD-плеером, когда он подключен к USB и, конечно же, переписывать на минидиск аудиофайлы. Оговорюсь сразу: существующие на сегодняшний день NetMD-плееры НЕ УМЕЮТ переписывать треки с диска в компьютер по USB.
Поэтому если вам захочется переписать что-то, что записано на минидиск, придется пользоваться дедовскими средствами: аналоговым шнуром и звуковой платой. (Понятно, что качества это не добавит.)
OpenMG считывает содержимое MD-диска в плеере и выдает список треков. С треками можно делать все, что душе угодно переименовывать, перемещать, удалять, воспроизводить. Вобщем, разработчики OpenMG постарались сделать так, чтобы у пользователя создалась полная иллюзия того, что он работает с обычными файлами, а не с мудреными записями на минидиске. Также треки можно объединять в группы аналоги папок на обычных MP3-плеерах.
Источниками записи на MD могут либо WAV/MP3/WMA-файлы, либо треки с AudioCD, причем имена дорожек на MD импортируются напрямую из ID3-тегов или названий файлов/треков CD. Русский, к сожалению, не поддерживается.
Принцип работы следующий: вы импортируете выбранные файлы во внутренний плейлист OpenMG, где файлы упаковываются по алгоритму ATRAC в выбранном вами режиме (SP, LP2, LP4). Да-да, именно так напрямую MP3/WMA на MD, конечно, не записываются. Поэтому получается, что упакованные «эмпэтришки» проходят еще одну стадию компрессии средствами алгоритма ATRAC. Несмотря на то, что мысль о двойной компрессии выглядит несколько чудовищно, на самом деле все далеко не так страшно. Во-первых, при классическом переписывании музыки напрямую (через линейный выход звуковой платы) звучание подвергается, кроме ATRAC, еще и действию несовершенных преобразователей платы и самого плейера. Если же переписывать треки по оптическому кабелю звук все равно будет ATRAC-упакованным. Прелесть этого алгоритма в том, что он в режимах SP/LP2 не вносит слышимых артефактов в звучание, как это любит делать MP3. ATRAC-файлы имеют мягкий звук, несколько ограниченный в деталях и то в LP2/LP4 режимах. Поэтому двойное перекодирование файлов вовсе не так страшно, как может показаться сначала.
Впрочем, следы двойной упаковки очень отчетливо слышны при переписывании MP3 с низким битрейтом (Итак, возьмем десяток MP3-файлов с битрейтом 192 kbps и перекачаем их в плеер. Заявленные SONY скорости перекачки по USB 1,6× для SP, 16× для LP2 и 32× для LP4. Для начала, попробуем переписать файлы в SP-режиме.
Сначала файл подвергается конвертации. При последующем переписывании того же трека конвертация происходить не будет, так как преобразованные файлы хранятся в специальном формате в папке OpenMG. Начало записи: плеер мигает лампочкой «RECORD», на экране плеера высвечивается записанное время. Бежит оно довольно медленно: файл 03:01 записывался ровно две минуты, что соответствует скорости 1,5×. Что ж, негусто, но и не слишком отличается от заявленной SONY цифры.
Ну и, наконец, LP4. Файл был переписан ровно за 6 секунд, что соответствует 30×.
Тест номер два: попробуем с помощью OpenMG переписать Audio-CD. Austin Powers 2: The Spy Who Shagged Me OST, 42:28. Переписывать будем все в том же пролетарском режиме LP2.
OpenMG повел себя очень мудро: в то время, пока на MD переписывался первый сграбленный трек, с диска оцифровывался второй. Очень экономит время. И как результат весь процесс переписывания AudioCD на MD занял 3,5 минуты. Кстати, перед процессом граббинга OpenMG слазил в Интернет и скачал имена треков CD, которые были полностью скопированы на минидиск.
Ну и под конец традиционная ложка неаппетитной субстанции. В целях защиты от пиратства в OpenMG встроены «продвинутые» технологии защиты. Итак, процесс переписывания на MD называется check-out. Этих чек-аутов для одного файла можно сделать не более трех; то есть одну песню вы можете держать одновременно только на трех различных MD. Вы также вольны произвести процесс check-in, который удалит трек с MD и даст возможность переписать его на другой диск.
В принципе, само по себе это не так страшно. Мало кому придет в голову держать одну запись более чем на трех дисках. Тем более что, на крайний случай, можно один файл скопировать под другим именем… Но тут возникает и множество препятствий. Во-первых, треки, записанные через OpenMG, нельзя самостоятельно с плеера удалять. Чтобы удалить дорожку, придется подключать его к крэдлу и производить операции в программе. Могут возникнуть также нестандартные ситуации: например, слетит система или что-нибудь неприятное произойдет с файлами на жестком диске. В этом случае с вашими MD до переустановки программы ничего сделать будет нельзя. А если вы потеряете минидиски? Вы не сможете произвести чек-ин, и файлы будут недоступны для записи.
Заключение
Надо сказать, что технология NetMD оправдала себя на все сто. Все работает именно так, как и было обещано. Впрочем, призрачные борцы за права рекорд-компаний не могли не испортить дело: мы получили непродуманную защиту, которая в российских традициях переустановки системы каждый вторник и четверг может испортить все удовольствие от работы с минидисками. Еще один серьезный недостаток, который также подарен нам все теми же борцами невозможность записи аудио в цифровом виде с минидиска в компьютер. По этому параметру MP3-плееры все так же непобедимы.
Сегодня в Москве плеер с технологией NetMD можно приобрести чуть больше, чем за $200, что по сравнению с MP3-плеерами на флэш-памяти не слишком дорого даже не учитывая стоимости самой флэш-памяти. Очевидно, что соотношение цена/качество у более дешевых NetMD-плееров SONY выше, чем у конкретной модели MZ-N1. В остальном же это очень удачное устройство.
Плюсы:
- повышенная скорость переписывания музыки за счёт применения шины USB;
- качественное звучание, высокий уровень громкости;
- возможность записи с микрофонного, линейного и оптического входов;
- миниатюрные размеры (77,7 × 71,4 × 16,4 мм);
- небольшой вес (87 г без батарей);
- длительное время работы от батарей.
Минусы:
- высокая цена ($330);
- неудобное управление;
- непродуманная защита от копирования;
- потеря качества при при переписывании MP3/WMA из-за двойной компрессии;
- отсутствие поддержки кириллицы;
- невозможность использования для переноса файлов
(свойство всех MD-плееров).
Правда о мини-дисках
Одно из впечатляющих изобретений XX века - мини-диск (МD). Высокотехнологичный носитель, который вмещает до 5 ч музыки, до 140 Мб данных; размером меньше 3,5-дюймовой дискеты, хорошо защищен от повреждений... Мини-диск не только во многом схож с обычным музыкальным компакт-диском (CD), но и превосходит его по ряду показателей .
С
самого начала разработчики Sony (а именно ей принадлежит
честь изобретения формата MD) ставили перед собой задачу
создать "малокалиберный" носитель для музыкальных
файлов, способный вытеснить признанного фаворита
аудиорынка - компакт-кассету, обойти ее по самым важным
параметрам - качеству звучания и размерам. Удалось!
Результатом стал заключенный в плоский миниатюрный
корпус, покрытый специальным слоем диск из пластика, на
который с помощью лазера записывается (и затем
считывается) музыка.
Преимущества новинки перед
"заслуженным ветераном" - очевидны и несомненны.
Представьте: легкий, прочный и компактный мини-диск
выдерживает миллион(!) перезаписей. Кассета же не
способна и на тысячную долю этого. Каждое ее
проигрывание ухудшает свойства аудиозаписи на магнитной
ленте...
В
обход CD
Не следует забывать, что Sony сама
способствовала развитию CD-формата, так что ее инженерам
было особенно сложно разрабатывать носитель, способный
конкурировать с прочно утвердившимися на рынке
компакт-дисками.
Чем же мини-диск отличается от CD?
Во-первых, удобством записи. К моменту выпуска первых MD
возможность самостоятельно записать музыкальный
компакт-диск была практически недоступна рядовому
меломану - для этого существовала только компьютерная
периферия, и стоили такие устройства немалых денег
(кроме того, доступ к ним, как и к любому
профессиональному оборудованию, был строго ограничен). А
мини-диск можно записывать непосредственно в плейере,
как переносном, так и стационарном. Компьютер для этой
несложной процедуры не нужен.
Во-вторых, MD -
"многоразовый" носитель. Можно выборочно стирать
записанную на нем информацию (скажем, не понравившуюся
песню, одну из целого альбома). Для "одноразового"
компакт-диска (CD-R) это невозможно в принципе, а
"перезаписываемый" (CD-RW) надо либо очищать полностью,
либо использовать особую подготовку к записи -
форматирование, съедающее шестую часть полезного объема
и достаточно трудоемкое для неопытного пользователя. И
опять же - все это только с помощью
компьютера.
В-третьих, на мини-диск можно записывать
как музыку, так и данные (правда, с помощью специального
оборудования). Для аудиофайлов и компьютерных данных
выпускаются разные компакт-диски (для записи музыки
можно использовать универсальные CD-R, но только в
компьютерных приводах; бытовые аудио-СО-рекордеры такие
диски читать отказываются).
В-четвертых, по
продолжительности звучания MD не только не уступает CD,
но, благодаря недавнему усовершенствованию, даже
превосходит его. В-пятых, мини-диск в 2,5 раза меньше,
чем CD. И наконец, прочный корпус и сдвижная шторка MD
надежно защищают его рабочий слой от случайных
повреждений. Очень часто пишут о сравнении звучания CD
(своеобразного эталона качества звука) и его копий на
различных носителях. Это справедливо. Запись на
компакт-кассетах чаще всего представляет собой копию
именно с CD. Логично, что и владельцы MD-плейеров
сохраняют на мини-диск любимые мелодии с CD.
Чтобы на
меньший по размеру носитель записать столько же
музыкальной информации, как и на CD, был разработан
специальный алгоритм сжатия звука с учетом особенностей
человеческого слуха. Он получил название ATRAC.
Записанный на MD звук немного отличается от оригинала,
но не настолько, чтобы почувствовать это "невооруженным
ухом". Каждая перезапись с одного мини-диска на другой
приводит к накоплению ошибок и искажений, которые в
определенный момент становятся заметны и на слух. Но
качество звучания первых MD-копий с компакт-диска
практически неотличимо от оригинала.
Утверждается,
что даже непрофессиональный меломан всегда отличит
МD-запись от записи на компакт-диске. А как насчет того,
что известные фирмы - Yamaha, Kenwood, Denon - уже давно
выпускают стационарную, предназначенную для
использования в составе домашнего аудиокомплекса
мини-дисковую аппаратуру Hi-Fi-класса?
МD взяли на
вооружение не только "хай-файные" фирмы, но и
профессиональные музыканты работающие в области
развлекательного бизнеса. Сегодня ни одна серьезная
группа, выезжающая на гастроли, не обходится без
МD-техники. На мини-диск записывается музыкальное
сопровождение, эффекты и даже "фанера". Вовсю
используются MD и на радиостанциях, обширная фонотека
которых собрана преимущественно на мини-дисках. Они
гораздо удобнее любого другого носителя: позволяют
быстро найти нужный музыкальный фрагмент или композицию,
не пачкаются, не царапаются, не ломаются, не портятся от
времени и занимают очень мало места.
Мини-диски для бродяг
Но все же
МD-техника класса Hi-Fi - не "товар широкого
потребления". Спрос на нее сдерживает и далеко не низкая
цена, и необходимость иметь домашний аудио
комплекс.
Куда более популярными оказались
портативные мини-дисковые проигрыватели. Они гораздо
меньше кассетных плейеров и имеют много преимуществ по
части управления - все больше моделей снабжается
пультом, который просто пристегивается к лацкану или на
воротник. На миниатюрный индикатор выводятся сведения о
воспроизводимом треке, исполнителе, продолжительности
музыкального фрагмента. (Кстати, мини-диск содержит
подробную информацию такого характера. Это еще один удар
по репутации старушки-кассеты. А если учесть еще и почти
мгновенный доступ к любому фрагменту, ускоренное
проигрывание, возможность цикличного воспроизведения
музыкального произведения и даже всего диска
целиком...)
Все портативные мини-дисковые плейеры
делятся на две категории: просто плейеры -
воспроизводящие устройства - и рекордеры, способные
самостоятельно записывать мини-диски с внешнего
источника. Среди них встречаются рекордеры как с
аналоговым входом, на который можно подать звуковой
сигнал даже с микрофона, так и с цифровым (его еще
называют S/PDIF-вход). На последние реально практически
без потерь переписывать музыку с CD-проигрывателя,
оснащенного S/PDIF-выходом. Можно использовать для этого
даже компьютер со звуковой картой, оснащенной таким
"цифровым" разъемом.
Вполне естественно, что на рынке
представлены и проигрыватели для мини-дисков со
встроенным радиоприемником. Как правило, в них
предусмотрена даже запись с приемника на
мини-диск.
Вдвое...
вчетверо!
Не так давно на свет появился
младший брат МD - формат MDLP. Две дополнительные буквы
в названии намекают на возможность замедленного
воспроизведения - Long Play. В MDLP два режима - LP2 и
LP4 (время звучания мини-диска увеличивается,
соответственно, в два и в четыре раза). "Удвоенная"
модификация стандартного мини-диска на 74 мин "удержит"
более двух часов звучания, а "учетверенная" - около 5 ч;
но ведь существуют диски и на 80 мин... На качестве
звука это, конечно, отражается, но не настолько, чтобы
говорить о заметных потерях. Просто в звучании
появляется некоторая специфика, но и
только.
Появление MDLP дало возможность вдвое
сократить время перезаписи с одного MD на другой (до сих
пор необходимо было ждать те самые 74 мин). Но это
касается только стандартного режима записи, для
замедленных LP2 и LP4 придется ждать два часа (или,
соответственно, пять), пока не завершится процесс.
Алексей
Адаменко
Для массового пользователя эра сжатого звука началась в 1997 году, когда появился первый популярный программный проигрыватель MP3-файлов — WinAmp. В 1998 году свет увидел первый аппаратный MP3-проигрыватель на флеш-памяти (под названием MPMan), а в 1999 году на свет появился печально известный сервис обмена музыкой Napster, который быстро набрал популярность, но вскоре был задушен звукозаписывающей индустрией как стопроцентно пиратский. Борьба с пиратством с тех пор не затихала ни на миг, но это не помешало MP3 победить в войне форматов.
Для массового пользователя эра сжатого звука началась в 1997 году, когда появился первый популярный программный проигрыватель MP3-файлов - WinAmp. В 1998 году свет увидел первый аппаратный MP3-проигрыватель на флеш-памяти (под названием MPMan), а в 1999 году на свет появился печально известный сервис обмена музыкой Napster, который быстро набрал популярность, но вскоре был задушен звукозаписывающей индустрией как стопроцентно пиратский. Борьба с пиратством с тех пор не затихала ни на миг, но это не помешало MP3 победить в войне форматов.
Однако мало кто знает, что первым коммерческим применением сжатого звука для высококачественной записи и воспроизведения музыки стал формат MiniDisc, разработанный компанией Sony. В отличие от MP3, ни MiniDisc, ни лежащий в его основе алгоритм сжатия ATRAC не стали популярны. Почему же так произошло?
Экскурс в историю
После выхода на рынок аудио-CD (это произошло в 1982 году) довольно остро встал вопрос отсутствия цифрового перезаписываемого формата, который мог бы придти на смену аналоговым кассетам. Изначально Sony планировала использовать в этом качестве стандарт DAT (Digital Audio Tape), но по причинам экономического характера (в основном из-за сильного укрепления иены относительно доллара) стоимость DAT-деки начального уровня в 1989 году составляла порядка 800 долларов. Sony отлично понимала, что это равносильно рыночному самоубийству, в результате чего была начата разработка нового, более простого и дешёвого формата для домашних пользователей.
Sony MZ-1 - первый MD-рекордер на рынке
Первым коммерчески доступным устройством с поддержкой MiniDisc стал портативный рекордер MZ-1, вышедший на рынок в 1992 году. К этому времени Philips и Matsushita (Panasonic/Technics) уже активно продвигали свой собственный формат DCC (Digital Compact Cassette - цифровая компактная кассета), который имел очень важное преимущество перед минидиском - обратную совместимость со старыми аналоговыми кассетами (DCC-устройства могли воспроизводить как цифровые, так и аналоговые ленты). Впрочем, формат DCC пользовался ещё меньшим успехом, чем MiniDisc, и полностью исчез с рынка к 1996 году.
По сравнению с обычным музыкальным компакт-диском, MiniDisc имел существенно меньшие размеры. Точно так же и портативные MD-плееры были по размеру существенно меньше проигрывателей для компакт-дисков. Кроме того, большинство MD-устройств поддерживали не только воспроизведение, но и запись, что также было плюсом в глазах покупателей. Каким образом это было достигнуто?
Принцип работы носителей и устройств
В отличие от компакт-дисков, которые представляют собой чисто оптические носители информации, MiniDisc использует магнитооптический принцип. Сначала поверхность диска разогревается лазером до точки Кюри, после чего производится запись при помощи магнитной головки. Считывание производится чисто оптическим методом: благодаря эффекту Фарадея, оптическая система MD-проигрывателя может распознавать поляризацию света и таким образом отличать «нули» от «единиц».
«Классические» минидиски имели такую же плотность записи данных, как и компакт-диски, при гораздо меньшем размере. Однако при этом продолжительность аудио, которое можно было записать на MiniDisc, была такой же или даже чуть большей, чем у CD-Audio, - 74 или 80 минут. Это достигалось за счёт использования компрессии аудиоданных при помощи алгоритма ATRAC.
ATRAC (A daptive TR ansform A coustic C oding) стал одной из первых реализаций высококачественного сжатия звука, основанных на психоакустических особенностях человеческого слуха. Например, наше ухо устроено таким образом, что мы практически не различаем очень тихие звуки, следующие сразу за очень громкими, а значит, эти тихие звуки можно смело «выбрасывать». В результате, по утверждению Sony, звук, сжатый при помощи ATRAC с потоком данных 292 кбит/с, было невозможно отличить от оригинального несжатого PCM с потоком данных 1.4 Мбит/с.
На практике это было не вполне справедливо для первых версий ATRAC, в результате записи, сделанные на ранних рекордерах, по качеству звука сильно уступали оригиналам. Со временем Sony значительно улучшила качество алгоритма сжатия, причём при сохранении полной совместимости с устройствами предыдущих поколений.
В 2000 году Sony представила новый кодек ATRAC3, который позволил реализовать режимы LP2 (с потоком данных 132 кбит/с, что позволяло записать на один 80-минутный диск 160 минут аудио) и LP4 (с потоком данных 67 кбит/с, 320 минут аудио). При этом качество, разумеется, заметно уступало «обычному» ATRAC.
Одновременно с «музыкальными» минидисками Sony представила устройства MD Data, которые могли подключаться к компьютеру и использоваться в качестве магнитооптических дисководов. Увы, они не были совместимы с обычными минидисками и требовали специальных, более дорогих носителей, что и стало причиной провала данного стандарта (а также не пошло на пользу популярности обычного MiniDisc).
Но самой большой неприятностью стал механизм защиты от копирования, которым оснащались бытовые MD-устройства. В рамках этого механизма Sony использовала два бита в S/PDIF-потоке (и в оглавлении диска), чтобы помечать аудио как «защищённое» и «незащищённое», а также как «оригинал» и «копию». Пользователи могли делать цифровые копии записей, помеченных как «защищённый оригинал», но при этом рекордер помечал такую копию как «защищённую копию», что делало дальнейшее копирование невозможным.
Можно с уверенностью утверждать, что именно подобные драконовские меры наряду с отсутствием в широкой продаже предзаписанных минидисков стали причиной непопулярности формата. Немудрено, что Sony посмотрела на это и решила принять меры для исправления ситуации.
Попытки всё исправить: «сетевой минидиск» и «высокий минидиск»
После появления в 1998 году аппаратных MP3-плееров и взрывного роста их популярности Sony почесала голову и решила оснастить свои минидисковые проигрыватели возможностью взаимодействия с ПК. Для этого спешно был создан стандарт NetMD. Устройства этого стандарта могли подключаться к компьютеру и пользователи могли напрямую копировать на них аудиофайлы (только формата ATRAC3, другие форматы требовали перекодирования), причём всё это происходило значительно быстрее, чем в режиме реального времени.
Sony MZ-N1 - первый рекордер с поддержкой NetMD
Увы, Sony и тут осталась верна себе. Фирменное приложение для работы с NetMD (OpenMG Jukebox, позднее - SonicStage) могло копировать файлы с компьютера на рекордер, но не наоборот. Кроме того, оно позволяло записать музыкальный файл на аудиодиски не более трёх раз, после чего, если вы хотели записать его в четвёртый раз, вам надо было удалить его с одного из трёх ранее записанных дисков, причём исключительно при помощи SonicStage.
Разумеется, пользователи смотрели на этот бред, крутили пальцем у виска и переходили на MP3-плееры, свободные от подобных ограничений. В Sony почесали репу ещё раз и представили совершенно новый формат Hi-MD.
Sony MZ-RH700 - один из проигрывателей Hi-MD первого поколения
В Hi-MD используются новые диски ёмкостью около 1 ГБ, что позволяет записать на них порядка 80 минут несжатого аудио CD-качества. («Старые» диски тоже можно было переформатировать под Hi-MD, при этом их ёмкость составляла 310 МБ.) Кроме того, одновременно с Hi-MD был представлен новый кодек ATRAC3plus, который имел более высокое качество сжатия, чем «старый» ATRAC3, и поддерживал более широкий набор битрейтов (от 32 до 264 кбит/с). В отличие от NetMD, Hi-MD при подключении к компьютеру распознаётся как обычный USB-накопитель, что позволяет использовать устройства этого формата как флешку - для переноса любых файлов.
К сожалению, для записи музыки на устройства Hi-MD опять же был необходим SonicStage со всеми его дурацкими ограничениями. Если плееры Hi-MD первого поколения умели проигрывать только ATRAC различных вариаций и PCM, то устройства второго и третьего поколений обзавелись прямой поддержкой MP3, хотя необходимость использования SonicStage никуда не деласть. Копирование музыкальных файлов с рекордера на компьютер опять же было невозможно. Эта проблема была исправлена только в последней увидевшей свет модели - Sony MZ-RH1, которая позиционировалась не как музыкальный плеер, а как профессиональный аудиорекордер.
Всё пропало, шеф!
В результате всех этих перипетий в 2011 году Sony объявила, что снимает с производства портативные минидисковые плееры и рекордеры. Модель MZ-RH1 продавалась вплоть до исчерпания складских остатков. В 2013 году был снят с производства последний музыкальный центр Sony с поддержкой MD/MDLP, а в 2015 году компания прекратит производство чистых носителей.
Для своего времени MiniDisc был настоящим чудом: это был первый перезаписываемый цифровой носитель аудиоданных, доступный широкому кругу пользователей. Особое восхищение вызывают поздние MD-рекордеры и плееры, которые зачастую по размерам лишь ненамного больше самого диска. Однако быстро меняющийся технологический ландшафт не оставил ему никаких шансов на выживание. Использование сменных носителей объёмом 1 ГБ в то время, когда гигабайт флеш-памяти стоит копейки, попросту неоправдано, равно как и использование устаревшего алгоритма сжатия звука при наличии FLAC.
Немало гвоздей в крышку гроба формата забила и сама Sony, которая пошла на поводу у своего звукозаписывающего подразделения и последовательно реализовала в MiniDisc-рекордерах массу ограничений, связанных с защитой от копирования. В результате уже в начале 2000-х годов обычные записывамые CD были куда интереснее, чем минидиски, для большинства применений.
Если причиной успеха MP3 стала его открытость и общедоступность, то неудивительно, что максимально закрытый, достаточно дорогой и ни с чем совместимый MiniDisc не стал популярным. Возможно, если бы Sony в своё время открыла кодек ATRAC, то он стал бы самым популярным стандартом сжатия звука вместо MP3. Однако история не терпит сослагательного наклонения...
Б. Я. Меерзон, А. Я. Щербаков
Мини-диск (MD) – один из последних форматов в эволюции дисковых носителей звуковой информации, разработанный фирмой Sony.
Он меньше обычных компакт-дисков (диаметр всего 64 мм), но при этом не уступает им в качестве и продолжительности звучания записанной на нем музыкальной программы.
Это достигается за счет сжатия (уплотнения) данных, о стратегии которого речь пойдет ниже. Малый размер MD обеспечивает быстрый доступ к данным в любой точке диска меньше чем за 1 с.
На рис. 1 изображен MD-плейер для проигрывания мини-дисков.
Формат мини-дисков предусматривает использование двух видов носителей – незаписываемых
дисков типа CD и записываемых магнитооптических дисков (рис. 2). Последние дают
возможность производить на них повторные записи, стирая программы, записанные
ранее. Эта "реверсивность" записываемых мини-дисков делает их прямыми
наследниками записей на магнитной ленте, незаменимыми при оперативной подготовке
программ радиовещания и в других подобных случаях. Оба дисковых формата для
защиты от механических повреждений помещены в картриджи. Общий вес такого пакета
приблизительно около 18 г.
Незаписываемый мини-диск очень похож на CD. Он записывается заранее обычным для CD оптическим методом (с помощью лазера), тиражируется в заводских условиях прессованием и предназначается только для воспроизведения. Из-за того что запись в этом формате производится со сжатием данных, записи на этих мини-дисках не совместимы с обычными CD.
Записываемый, или, точнее говоря, перезаписываемый диск в принципе не является новшеством. Это магнитооптический носитель, применявшийся и ранее в компьютерной технике (CD-MO). Но магнитооптическая среда для мини-диска была усовершенствована, устройство записи стало намного проще, а сама запись требует меньшего потребления энергии.
Принцип записи на мини-диск
Существует несколько методов записи на перезаписываемые ("реверсивные") носители, но для мини-дисков выбран метод модуляции магнитного поля (MFM) как наиболее надежный и дающий возможность производить перезапись практически бесконечное количество (до 1 млн.) раз. Причем, при каждой новой записи старые данные автоматически стираются.
Суть этого метода состоит в том, что при разогреве ферромагнитных материалов выше определенной температуры, называемой точкой Кюри, кривая их магнитной восприимчивости резко стремится вверх и увеличивается во много тысяч раз. Если разогреть такой материал в некоторой точке до температуры, несколько превышающей точку Кюри, и воздействовать на материал магнитным полем слишком слабым, чтобы оставить след на холодных участках, то разогретая точка после ее охлаждения до температуры ниже точки Кюри сохранит намагниченность, т. е. ее магнитное состояние зафиксируется.
Записываемый магнитооптический мини-диск формируется на подложке из поликарбоната,
на котором между двумя слоями диэлектрика располагается магнитооптический (рабочий)
слой. Поверх этой конструкции наносятся отражающий алюминиевый слой, защитный
слой и смазка из кремнийорганического соединения, по которой должна будет скользить
магнитная головка. На рис. 3 изображено сечение диска.
Магнитооптический слой мини-диска представляет собой специальный сплав железа, тербия и кобальта (FeTbCo) с очень низкой коэрцитивностью – приблизительно 80 Эрстед (6,4 кA/м). Это важно для того, чтобы, несмотря на то что магнитная головка не касается непосредственно рабочей среды, величина намагничивающего поля оказалась бы достаточной и не потребовалось бы его увеличения, которое неизбежно повлекло бы за собой большее выделение тепла и повышение потребляемой мощности.
Чтобы записать информацию на магнитооптический слой, необходимо воздействовать на него не только магнитным полем головки записи, но и одновременно разогреть соответствующую точку носителя до температуры Кюри. Делается это с помощью луча лазера.
Для применяемого в мини-дисках в качестве носителя записи сплава FeTbCo температура, соответствующая точке Кюри, примерно равна 185 C.
И это обоснованный выбор: ниже возникает зона, где появляется опасность случайного повышения температуры при простом хранении записей до критической величины, когда возможно разрушение записи.
Более высокие температуры не годятся из-за естественного роста энергии, необходимой для разогрева. Поэтому в качестве материалов для рабочих слоев магнитооптических дисков используют сплавы редкоземельных элементов. Обратите внимание на то, что ошибочное стирание данных на мини-диске практически невозможно, так как для этого требуется одновременное воздействие определенной (выше точки Кюри) температуры и магнитного поля.
Итак, магнитооптические системы записи строятся достаточно примитивно.
Для этого магнитная головка позиционируется поверх лазерного источника на одной
с ним оси с противоположной стороны диска (рис. 4). Сфокусированный луч лазера
нагревает локальную область дискового носителя, на которую воздействует рассеянное
магнитное поле головки записи довольно слабое, чтобы произвести запись на холодных
участках. Однако его достаточно, чтобы при вращении диска в первые моменты остывания
разогретого участка записать на нем информацию в виде намагниченности определенной
полярности: "север" – N или " юг"- S.
Таким образом, разные полярности намагниченности предварительно нагретых пятен в магнитооптическом слое соответствуют цифровым логическим уровням "1" и "0". Размер такого пятна с записью, а следовательно, и плотность записи на магнитоэлектрические диски определяются размером сфокусированного светового пятна лазера и продолжительностью цикла реверсирования модулирующего магнитного поля головки записи. Для этого была разработана специальная головка, которая допускает быстрое перемагничивание (приблизительно в течение 100 нс). Очевидно, что поверхностные слои диска не препятствуют мгновенному прогреванию рабочего слоя. Запись выполняется наложением новых записей на прежние с автоматическим уничтожением последних.
Считывание информации с дисков
Как уже было сказано, существует два типа дисков и для каждого из них применяется
своя система считывания. Незаписываемый диск (MD-DA) подобен компакт-диску.
Для его считывания используется тот же лазер, что и при записи, но на более
низком энергетическом уровне. Отраженный лазерный луч изменяется по интенсивности
в зависимости от информации, записанной в виде питов (углублений) на поверхности
диска. На рис. 5 изображен процесс считывания информации с такого диска.
Записываемый диск (MD-R) использует другую систему считывания, поскольку данные записаны не системой питов, а сохранены в виде изменяющейся от точки к точке полярности намагниченности магнитного слоя. В этом случае считывание информации также выполняется лазером.
Лазерный луч падает на дисковую поверхность, проходит через магнитный слой и затем отражается от отражающего слоя. Однако, проходя через магнитный слой, плоскость поляризации лазерного луча изменяется в зависимости от того, с какой полярностью этот слой в данной точке намагничен. Поворот вектора поляризации пучка света под влиянием магнитной среды, через которую он проходит, называется эффектом Керра.
На рис. 6 изображен принцип считывания информации с записываемого магнитооптического
диска.
Итак, имеется два вида считывания мини-дисков:
- считывание незаписываемого диска типа CD, при котором выходной сигнал ВЧ такой же, как в CD;
- считывание записываемого диска типа MO: здесь поток ВЧ непрерывен, но с изменяющейся поляризацией.
Для считывания информации с дисков обоих типов используется один и тот же двухфункциональный лазер. Однако в оптическую головку системы добавляют (если сравнивать с CD) еще один элемент – поляризационный анализатор, так называемую призму Уолластона (Wollaston). Дело в том, что эффект Керра слаб.
Поворот вектора поляризации, даже в самых благоприятных условиях, не превышает
одного градуса, и приемники света не реагируют на поляризацию. Задача призмы
Уолластона преобразовать угол поляризации в интенсивность света, который затем
направляется на два фотодиода (рис. 7).
Призма Уолластона – это комбинация двух кварцевых резонаторов. Лазерный луч, отражаясь от отражающего слоя диска магнитооптического типа, проходит через этот кристалл и разделяется в нем на основной луч (такой же, как падающий) и его составляющие, побочные лучи. Последние (на рис. 7 они обозначены I и J) непосредственно связаны с поляризацией падающего лазерного луча.
Причем, при прохождении лазерного луча через намагниченный N-слой на диске его поляризация окажется такова, что один из боковых лучей (луч J) будет больше другого. А если лазерный луч пройдет через S-слой на диске, его поляризация изменится и в этом случае луч I по величине окажется большим.
Итак, падающий луч оказывается разложенным на два составляющих его луча I и J, соотношение их величин определяется углом Керра или направлением поляризации.
В том случае, если мы имеем дело с незаписываемым диском типа CD, лазерный луч не подвергается воздействию магнитного слоя, никаких изменений в его поляризации не происходит и поэтому лучи I и J будут равны по уровню.
Далее считанная информация поступает на блок датчика мини-диска (рис. 8), который
подобен блоку датчика CD-плейера, но содержит дополнительные датчики.
В случае считывания незаписываемого диска на выходе датчиков I и J появляются лучи, одинаковые по величине. Далее они поступают на фотодатчики и преобразуются в электрические ВЧ-сигналы. На выходе системы RF-1 после вычитания сигналы взаимно уничтожаются. На выходе же RF-2 сигналы I и J суммируются и создают сигнал, подобный ВЧ-сигналу на выходе обычного плейера CD.
В случае записываемого диска сигналы I и J различны по величине. На выходе RF-1 образуется разностный сигнал, полярность которого содержит информацию о данных на диске.
Остальные сигналы с датчиков A, B, C, D – сигнал ошибки фокусировки (A+ C)-(B+D), сигнал автоматической регулировки усиления AGC (A+B)+(C+D), а также сигнал отслеживания лазерного луча (Tracking) с датчиков E и F (E-F), подобны тем, которые используются в плейерах CD. За исключением сигнала ADIP (Adress in pregroove), несущего информацию адресации и представляющего собой сигнал (A+D)-(B+C).
ADIP
Записываемый мини-диск до записи не заполнен, т. е. не содержит никакой информации. Однако если бы он не имел предварительной разметки, было бы невозможно производить правильное позиционирование луча лазера как при записи, так при считывании информации.
Поэтому каждый MD-R, аналогично CD-R, имеет U-образную физическую канавку,
или предканавку адресов (ADIP), которая штампуется на диске при его производстве.
Предканавка располагается за спиральной дорожкой данных и имеет специальную
конфигурацию (рис. 9), содержащую двухфазный сигнал с основной частотой 22,05
кГц, промодулированный частотами 21,05 и 23,05 кГц.
Разумеется, на всех дисках предканавка совершенно одинаковая. Без ADIP было бы невозможно осуществить правильное позиционирование для любой системы считывания. Поэтому ADIP – нестираемая возможность адресования.
Считывание ADIP подобно считыванию CD, так как лазерный луч в одни моменты времени падает на поверхность диска, а в другие – попадает на углубление, что приводит к модуляции ВЧ. Считывая ADIP-информацию с датчиков A, B, C и D после демодуляции сигнала, получается таблица адресования, которая определяет для каждой позиции на диске свой точный адрес. Тот же самый адрес будет использоваться при новой записи данных.
Схема расположения дорожек
На незаписываемом диске расположение дорожек аналогично компакт-дискам: зона,
содержащая оглавление диска (TOC – Table of contens), программная зона и оконечная
зона. Что касается записываемых дисков, то у них, кроме начальной зоны, содержащей
TOС, есть еще зона UTOC – оглавление пользователя, где последний записывает
начальные и конечные адреса музыкальных дорожек.
Таким образом, мини-диск предоставляет возможность изменять номера дорожек, делить дорожку на части и т. д. Все это осуществляется именно в области UTOC. Например, если пользователь хочет разделить одну дорожку на две, в программной зоне музыкальные данные остаются нетронутыми, но адреса и оглавление в зоне UTOC будут изменены.
На рис. 10 изображено расположение дорожек на диске.
Формат данных
Формат данных мини-диска (рис. 11) подобен формату CD, но с частичным использованием формата CD-ROM.
Во-первых, при кодировании применяется известный по CD помехозащищенный код, так называемый каскадный код с перемежением CIRC (Cross interleave Read – Solomon code). Но здесь этот код модернизирован, имеет большее количество чередований и получил поэтому новое наименование – ACIRC.
Во-вторых, используется кластерный формат. Каждый кластер содержит 36 секторов:
из них 32 сектора данных и четыре сектора связи (рис. 12). Формат сектора такой
же, как в CD-ROM . Содержание секторов связи зависит от типа диска. В незаписываемом
диске четыре сектора связи – это фиксированные секторы субданных, которые могут
использоваться для информации на диске, графики и т.п.
Применение секторов связи необходимо и в случае записываемого диска. Кластер – это самый маленький записываемый блок. Очевидно, что между любыми двумя из записываемых блоков должна быть буферная зона, чтобы избежать случайной перезаписи с блока на блок.
Первые три сектора каждого кластера используются как связь, четвертый – сектор субданных. Это означает, что объем субданных записываемого диска составляет только четверть такового на незаписываемом диске. Однако надо иметь в виду, что субданные – это данные избыточные. На рис. 13 изображен кластерный формат.
Каждый сектор содержит 2352 байта, из которых 2332 байта данных, а первые 20
байтов принадлежат синхронизации, режиму и разделению. Далее следуют звуковые
группы; каждая из них имеет 424 байта, из которых 212 байтов музыкальных данных
левого канала и 212 байтов – правого канала. Сектор содержит 5,5 звуковых групп,
т. е. пять полных групп и одна половина с данными только левого или только правого
канала. Соответствующие канальные байты разместятся затем в следующей звуковой
группе.
Система адаптивного преобразования акустического кодирования (ATRAC)
Это ключевая часть технологии мини-дисков. Для кодирования и декодирования
звукового сигнала используются методы специального адаптивного преобразования,
которое зависит от структуры входного сигнала и основывается на некоторых
известных закономерностях психоакустики.
Цель этого преобразования состоит в том, чтобы сжать данные, уплотнить их, сохранив при этом естественность воспроизведения звука.
В стандарте обычной системы CD (16 бит, 44,1 кГц, два канала) поток данных составляет 1,4 Мбит/с. Это до обработки EFM и CIRC. В процессе записи музыки на мини-диск аналоговые сигналы также подвергаются дискретизации с частотой 44,1 кГц и квантуются обычным АЦП, на выходе которого величина потока, как и для CD, также приблизительно равна 1,4 Мбит/с. Однако чтобы разместить такое количество данных на диске много меньшего размера, скорость передачи информации в битах должна быть уменьшена. Эту функцию и выполняет система cжатия ATRAC, сокращающая скорость передачи данных почти в четыре–пять раз, с 1,41 Мбит/c до приблизительно 292 кбит/с. Это дает возможность уменьшить диаметр диска с 120 (CD) до 64 мм (мини-диск) при одинаковой длительности звучания 74 мин в обоих случаях.
Сравнительные размеры дисков без сжатия данных и со сжатием изображены на рис.
14.
Причем еще раз подчеркиваем, это уменьшение потока данных не должно влиять на качество передаваемой музыки. Ведь совершенно очевидно, что абсолютно без потерь здесь не обойтись, поэтому програм-мное обеспечение системы должно быть таким, чтобы ухудшение звучания было бы не заметно на слух даже для самых искушенных слушателей. Достичь этого возможно, если хорошо изучить некоторые известные законы психоакустики и воспользоваться ими.
Психоакустика
Известно, например, что чувствительность человеческого слуха не одинакова на разных частотах звукового диапазона. Так, звук определенного уровня отчетливо воспринимается на одной частоте и может оказаться вовсе не слышимым на другой частоте, даже с более высоким уровнем. Рис. 15 иллюстрирует психоакустический эффект – изменение порогов слухового ощущения на разных участках звукового частотного диапазона.
Анализ музыкального сигнала, поступающего на вход записи, позволяет определить, какие части спектра лежат ниже этих порогов. Затем они могут быть удалены и скорость передачи информации в битах, таким образом, может быть уменьшена. Причем чувствительность нашего слухового аппарата (ухо – кора головного мозга) в некоторых, так называемых критических диапазонах частот остается постоянной и не меняется. Чем выше звук расположен по шкале частот, тем шире полоса критического диапазона, где уровень чувствительности слуха неизменен. В диапазоне 100 Гц ширина критического диапазона приблизительно равна 160 Гц, а на частоте 10000 Гц она составляет 2500 Гц. Методом субъективной экспертизы определены 25 таких критических диапазонов. Но в ATRAC-системе ради большей точности передачи их используется еще больше – около 52.
На рис. 15 заметен и другой очень важный психоакустический эффект – маскировка
сигналов. Если два источника звука звучат одновременно, но с разными уровнями,
то более громкий звук будет маскировать более тихий. Например, если во время
беседы двух людей в небе пролетает самолет, то на какое-то время разговор придется
прекратить из-за полной маскировки голосов шумом мотора, значительно превосходящим
их по громкости.
Кроме того, наблюдается действие так называемой предмаскировки и постмаскировки.
Более громкий звук, появляющийся как раз перед более тихим (в пределах 3 мс) или после него (в пределах 200 мс), маскирует этот тихий звук.
Анализируя некоторое количество входных выборок на основе известных из психоакустики закономерностей, можно определить, какие из компонентов входного сигнала из-за маскировки окажутся неслышными и могут быть удалены с минимальной звуковой деградацией. Эффект маскировки тонов поясняется на рис. 16.
Блок-схема кодирования в системе ATRAC
Психоакустические закономерности, изложенные выше, используются системой ATRAC
для уменьшения скорости входного потока с 1,4 Мбит/с до 292 кбит/с и выполняются
в определенной последовательности.
Однако надо отметить, что система ATRAC позволяет изменять системное программное обеспечение, т.е. использовать разные алгоритмы вычисления без создания проблем совместимости.
Сначала обработка ведется во временной области. Из оцифрованного входного звукового сигнала (16 бит, 44,1 кГц) на первой стадии анализа с помощью фильтра высоких частот выделяется полоса 11,025 – 22,05 кГц. На второй стадии разделительным фильтром отделяются средние и низшие частоты (от 5,025 до 11,025 кГц и от 0 до 5,025 кГц соответственно). При этом высшие частоты задерживаются, чтобы сохранить синхронизацию между ними и другими диапазонами.
Блок-схема кодирования приведена на рис. 17.
Последующий анализ сигнала производится уже в частотной области. На основе алгоритма модифицированного дискретного косинуса-преобразования (MDCT), фактически подобного разложению сигнала в гармонический ряд Фурье, спектр входного сигнала анализируется для определения его частотных составляющих и их соответствующих уровней. Однако анализ этот производится поблочно (в отдельных боках – сегментах сигнала). Поэтому до перехода от временной к частотной области производится выбор отдельных блоков времени/ частоты, в каждом из которых и будет произведен анализ входного сигнала для его преобразования в соответствии с алгоритмом ATRAC. Определяется количество блоков и их длительность.
Как упоминалось ранее, число критических диапазонов частот установлено экспериментально,
но в ATRAC используется намного большее количество диапазонов, временные интервалы
которых определяются адаптивно в соответствии со структурой входного сигнала.
Длительность каждого блока, который будет проанализирован, должна быть максимум
11,6 мс (или 512 выборок, при частоте дискретизации 44,1 кГц). Причина, по которой
временной интервал блока времени/частоты приходится учитывать, объясняется
также законами психоакустики. Дело в том, что при коротком импульсном звуке
мы можем заметить только достаточно большие скачки уровня. С другой стороны,
при плавной музыке, когда уровень звука меняется медленно, слух способен зарегистрировать
очень тонкие громкостные нюансы.
На основе оценки этих различий в системе ATRAC и производится выбор как количества
блоков, так и их оптимальной длительности. Когда выбор блоков сделан и в каждом
блоке проведены MDCT-вычисления с учетом принципов психоакустики, производится
собственно преобразование потока данных. При этом скорость передачи данных
может быть уменьшена, так как избыточная информация удаляется. На рис. 18 изображен
процесс ATRAC-кодирования.
Наконец распределение битов произведено. Каждый блок времени/частоты проанализирован. Его уровень определен. Полученные по алгоритму ATRAC сжатые цифровые данные не являются непосредственно звуковыми данными. Они лишь описывают динамический диапазон этого сигнального блока в длинах слов с переменным числом бит от 0 до 15, а также относительный уровень сигнала, который представляет собой коэффициент масштабирования. Остающиеся биты могут быть удалены, так как это шумы квантования. Таким образом, кодируется только значимая часть данных. На рис. 19 представлены ATRAC-данные.
Цифровые данные, прошедшие кодер ATRAC, как и при кодировании CD, обрабатываются схемой ACIRC и подвергаются канальному кодированию методом модуляции "восемь на четырнадцать" (EFM).
ATRAC-считывание
При воспроизведении мини-дисков выполняются, как и в системе CD, демодуляция
EFM и декодирование ACIRC, после чего полученные данные (длины слов, масштабные
множители этого спектра) поступают в декодер ATRAC, где производятся обратные
вычисления, в результате которых происходит восстановление первоначальных данных
(рис. 20). Поскольку данные на входе и выходе устройства записи MD придерживаются
стандарта 16 бит, 44,1 кГц, они могут быть непосредственно в цифровой форме
скопированы из MD-устройства на CD-R и другие цифровые носители. Однако MD-стандарт
включает в себя последовательную систему управления копии (SCMS), которая допускает
только первое копирование, запрещая второе. Другими словами, вы не можете делать
копию с копии.
Противоударная устойчивость
Очевидным достоинством системы мини-дисков является повышенная устойчивость проигрывателей MD к вибрации и ударам. Это объясняется тем, что звуковые данные считываются с мини-диска намного быстрее (1,4 Мбит/с), чем это необходимо для декодера АТRАС (292 Кбит/с). Потому считываемые данные сначала вводятся в предварительный буфер, откуда и поступают в ATRAC-декодер. Рис. 21 иллюстрирует принцип противоударной устойчивости.
Каждый 1 Мбит микросхемы буферного ОЗУ, помещенного между звукоснимателем и
декодером, сохраняет информацию в течение 3 с звучания музыки в реальном масштабе
времени. Когда буферное ОЗУ заполнено, звукосниматель приостанавливает считывание
данных до тех пор, пока буфер не будет вновь заполнен. Если происходит сбой
воспроизведения из-за удара или тряски, звукосниматель имеет достаточно времени
(до 3 с) для возврата на правильную дорожку воспроизведения. Это достигается
методом повторного позиционирования сектора. При сбое звукоснимателя система
обнаруживает неправильный адрес и возвращает звукосниматель к правильной позиции.
Иммунитет к значительным толчкам, вибрациям и ударам в процессе воспроизведения
информации особенно ценен, когда проигрыватель MD эксплуатируется не в стационарных
условиях.
Заключение
MD-формат обеспечивает произвольный доступ, долговечность, мобильность, удобство в эксплуатации, защиту от ударов и возможность многократной перезаписи. Аналоговые цифровые ленты уступают MD по долговечности и потому, что не имеют присущего дисковым носителям произвольного доступа. Этим и объясняется постепенное вытеснение привычных магнитофонов аппаратурой записи и воспроизведения мини-дисков везде, где быстрота и оперативность формирования звуковых программ является определяющим условием успешной работы.
Статус темы: Закрыта.