This article is written by Kenny Ko from Philips.
[光碟标准的源起]
"谁需要这些银的光碟片?", 在1982年於雅典所举办的消费性电子工业代表聚会会议上, 飞利浦CEO部门的Mr.Jan Timmer 如此问到. CD 光碟片在音乐领域上的应用成友\简单而清楚的回答了这个问题. 不久, 电脑工业很快的对 CD 重新定义, 他们认为在音乐 CD 片上所储存的大型音乐资料也能被电脑资料所取代, 因为同样都是采用数位讯号, 於是CD-ROM就诞生了. 基本上是依循红皮书(Red Book, CD 音乐片格式标准, 由飞利浦及Sony所制定)的标准,而CD-ROM的详细规格及标准则订定於黄皮书(Yellow Book, 由乳酸环丙沙星氯化钠
Philips 及Sony 所制定)上, 但是在消费性电子市场上, 其在音乐、视讯、动画的应用 (我们现今称之为"多媒体羽毛球拍穿线机
")上, 该规格并无法满足需求而必须延伸扩展, 所以於1987年Philips及Sony联合制定了CD-I(CD-Interactive 互动式光碟), 其规格写於绿皮书上(Green Book),要执行这些互动式光碟的程式必须使用内含电脑界面的CD-I拨放机, 这种机器有点像是一般 CD 音乐拨 放机 (CD-Player). 当然, 互动式程式也可应用在一般个人电脑上. 为了建立从消费电子世界到电脑世界的桥梁, 於是Philips, Sony 及 Microsoft 叁家公司在1988 年定义出 CD-ROM/XA格式, XA 是代表eXtended Architecture 二个字的缩写,它是CD-ROM规格的延伸, 是以CD-I的规格为基础而建立, 而後有许多系统厂商纷纷开 发出以此格式为基础的技术, 如: Commodore's CDTV, Intel's DVI, Tandy's VIS, Mixed Mode CDs, CD+G, CD+MIDI及一些由日本电视游乐器厂商所开发出的软体. 但是这其中一个最重要的开发是由飞利浦与柯达公司共同开发出的相片光碟(PhotoCD), 此种光碟片也是属於Bridge Disk的一种, 可使用在PhotoCD专用的拨放机、CD-I 拨放机或是连接在个人电脑上具有XA读取能力的CD-ROM光碟机上. BridgeDisk 的规格是由飞利浦与Sony在1991年10月制定出,白皮书 (Write Book)也是属於这类格式. 在以前, CD片是属於唯独型媒体, 但是相片光碟却是建立在一种新的单写型技术上(write once technology), 对於此种单写型光碟(CD-RRM,write once read many)及磁光式光碟(CD-MO,magneto optical) 的规格均於1990年11月定义在橘皮书(Orange Book)上.
[CD标准]
我们都知道, 一片空白的 CD-R 碟片可以烧录成为任何格式的光碟片, 包括最基本的CD-R
OM与CD-Audio, 另外现有市面上所常见的其他格式光碟片亦可制作. 这些特殊的光碟片有的已存在数年, 有的刚刚才推出, 甚至有的还在研发阶段. 这个章节就是要讨论这些存於市面上光碟的种类, 格式与观念.
要知道CD的标准, 就必须先了解各'颜'的标准书: 包括了红, 黄, 绿, 橘, 白及蓝皮书, 这些标准书为荷兰飞利浦公司联合相关的公司所制定, 因采用各不同的封面颜而得名. 除此之外, 市面上还可以见到一些专属的CD格式, 像是由Sega, 3DO及任天堂公司推出的电视游戏机专用光碟片. 飞利浦的光碟标准是应用在光碟产业上,因此相关的光碟制造厂包括CD片工厂, 光碟机工厂等游艇门, 必须与飞利浦或是Sony公司签订授权合约才可生产 CD 相关产品. 此外还有其他相关的标准, 像是 ISO9660, MPEG 1/2 还有MPC 3 等, 有些是自由使用, 有些则要签订合约.
所有的光碟格式都是以CD-Audio格式为基础而发展的, CD-Audio的标准记在红皮书内, 而CD-ROM的标准则记录在黄皮书上. 红皮书与黄皮书是最常用到的标准书, 虽然如此, 但是这只是众多标准书的其中两本. 其它还有包括定义CD-i规格的绿皮书, 定义 Video CD与 Kaoarke CD规格的白皮书, 白皮书内规格尚需要参考红及黄皮书, 另外还有定义 CD-R, CD-
E及MO规格的橘皮书, 在橘皮书中包括定义CD-R碟片的规格, 使CD-R光碟片可使用於任何一台光碟烧录器, 橘皮书中还定义了全新的档案系统, 这种档案系统是为了可将资料分次存放在CD-R而定的, 叫做多段式(Multi-session)写入规格. 蓝皮书则记载加强型光碟片(CD-Extra)的规格, 此种光碟片是以CD-Audio为基础, 利用Multi-session的方法将资料加於音乐轨的後面, 使一般CD唱机无法拨放到资料轨(保 护), 而电脑上的光碟机则可顺利抓到资料. 对於新的CD标准, 或者是原有标准新加入的部份, 均无法独立成为一个单一标准,而需彼此参考, 举例来说, CD-R 要记录成为 CD-Audio, 需参考橘皮书与红皮书, 彼此缺一不可. 有的时候, 光碟片上可以记录不只一种的CD标准.
在不久的将来, 你可以看到有些新格式的光碟片将成为家用多媒体世界中不可或缺的一环. 举例来说, Video CD 带给我们影音数位化, 将电影存放在CD之中, 接着取而代之的次世代高密度光碟(DVD)更是高画质影音的展现. 将来的CD音乐片不再只是音乐片, 放入电脑中就可以变成一片多媒体光碟, 歌词, 歌手资料甚至MTV皆可在电脑上看到服务器平台.
红皮书
红皮书代表 CD-Audio, 或称为数位音乐光碟片, 这是飞利浦与Sony公司在1980年制定的. 所有其他规格的光碟片均以此为基础而发展. Audio CD 是将类比音乐以44.1Khz频率采样大花石上莲(每秒取样44100单位), 而每个采样单位都有一个 16 bit (65535) 范围的值,将类比转换为数位资料, 金属接线盒此二进位码还要经过8到14编码(EFM)才完成数位化动作, 再将0与1转换成为CD上的pit与land, 最後放在螺旋状的轨道(track)上. 以上是一个简单的过程说明, 此外CD上的资料还包括了 Sub-code channels, index points 及 CIRC ( Cross- Interleaved Reed-Solomon Code) 错误修正码等. 因为CD-Audio光碟片的主要功能只是提供播放音乐, 而且是循序播放, 每首歌都是从头开始播到尾, 因此红皮书的规格在当时是很单纯, 完整, 而且足够的, 其最主要的目的就是提供一个标准的播放规格, 所有的CD光碟片可以在所有的CD音响上播放, 全世界都一样.
CD+G
当研发人员在设计红皮书规格时, 他们已经想到替CD加上一个未来可用到的功能,可以在CD上与数位音乐同时并存图形资料, 这些图形资料存放在每个音乐资料的控制区内, 每一个控制区内包含了8个bits, 分别为P,Q,R,S,T,U,V 和 W. 每一个字母代表了一 个Sub-code cha
nnel, 而P, Q channel包含了位置与时间资料, 大部分的 CD 音响靠着这两个channel得知正在播放的时间并显示在面板上.其他从R到W的6个bits则可存放使用者的资料, 在大多数CD音乐片上这个部份都存放为*0*, 如果幸运的话, 你可以在市场上到含有图形资料在其中的CD片, 就是所谓的CD-G碟片, 而这些图形资料有什麽用途呢? 一般来说, 可以存放与歌曲有关的资料, 像是歌词, 照片或是注意文字等, 但是因为存放的空间受到限制, 每张CD片最多存放20MB的资料, 而且使用上有限制, 必须连续播放7秒钟才可得出一张低解析全萤幕的资料, 因此实用性并不是很大.大多数的CD音响会忽略掉这些Graphic的资料, 因为这并不影响到音乐的播放. 如果你要将这些资料显示出来, 必须还要使用特殊的CD系统, 它可以读出R到W sub-code channel的资料并有影像输出的端子才行. 以CD-G为应用的例子在早期有CD I, Karaoke CD等系统. CD-G 的编码方式为飞利浦与Sony公司所发展出来, 因此如果要制作此种CD片, 必须先得到这两个公司的授权. 脍然CD-G因为种种的限制而无法被市场接受, 但是CD-G光碟杜算是最早的多媒体应用了, 而且在当时CD-G给了发展CD-i一个确定的方向.
黄皮书
飞利浦与Sony在1983年发表了黄皮书, 定义了CD-ROM(Compact Disc - Read OnlyMemory) 的规格, 黄皮书是以红皮书为基础, 发展出适合存放电脑资料的CD格式, 而且可以快速随机的寻资料(与CD-Audio比较起来). 存在CD片上的资料可分为两种,一种为正确性要求较低的音乐或图形资料, 可容许一些Byte的错误, 另一种是正确性要求非常严格的电脑数字或文字资料) 错一个bit也不行.
Mode 1与Mode 2
黄皮书规 定义了灾种不同型态的资料结构: Mode 1与Mode 2, 在CD-ROM磁* (Sector)的表头区(Header field)内, 含有指示本区内资料为 Mode 1 或 Mode 2 的 Byte.Mode 1代表CD-ROM资料含有错误修正码(Error Correction Code - ECC), 每个磁区存放2048Byte的资料. 而Mode 2的资料则没有错误修正码, 将那些空间省下来, 因此每个磁区可以多存放288Byte, 达到2336Byte, 因此Mode 2较适合存放图形, 声音或影音资料. 你可以指定在CD上的每一个资料轨为Mode 1 or Mode 2, 但是其内的磁区只能有一种格式来存放资料. 大部分的CD-ROM电脑用光碟片, 包括资料库, 电脑游戏, 百科全书或共享软体, 是采用 Mode 1方式存放资料, 而 Mode 2从不采用它最"原始"的方式来存放资料. 其它的光碟片, 像是相片光碟(Photo CD), CD-I 及影音光碟 ( Video CD)等, 是采用Mode 2, Form1及Form2来存放.
黄皮书的逻辑格式变化
如同前文所言, 黄皮书内定义了在CD-ROM光碟片上两种基本型态的资料存放方式, 但是黄皮书到此处停止继续定义, 留给 CD-ROM 研展人员去决定如何订出磁区的逻辑格式, 与电脑档案的存放格式(光碟档案系统), 在早期各 CD-ROM 的研展人员制定了属於他们自己的专用格式, 彼此各不相容, 直到 High Sierra 小组的出现, 他们订出了全球通用的标准, 也就是後来的ISO 9660档案系统格式, 然而, 一些研展者发现 ISO 9660 档案系统在他们的作业系统上, 并不能允许他们存放一些像是表现档案特性的资料, 因此他们开始研究扩展ISO9660的规格.
ISO9660
ISO9660标准内有叁层透通性(Interchange), 只有第一层支援大多数的作业系统,第一层要求每个档案的资料必须是连续不中断的方式存放於CD上, 每个档案内容不可分开存放或与其他档案交错, 档名必须符合英文 A 到 Z, 数字 0 到 9 和底线"_"所组成的字集, 而且格式必须依照DOS的规定, 8 个字元的主档名与 3 个字元的副档名. 第二层则是可以采用任何的字元作为档名, 包括使用超过 8+3 个字的长档名, 但是档案的内容亦不可中断, 交错或是分开
存放. 在第叁层则是不受任何的限制. 在所有的叁层规定中, ISO9660档案系统规定均不可使用超过8层的目录结构.
Rock Ridge Interchange Protocol (RRIP)
ISO9660标准的设计是相容於大多数的作业系统, 但是它也保留空间作为延伸与改编用, 在Unix的作业系统世界中, 长档名与超过8层的目录结构是稀疏平常的, 因此Unix系统的CD-ROM档案系统研展人员对ISO9660的第一层限制非常反感, 因此就有些人不采用ISO9660的规格, 而自行设计符合Unix作业系统的规格. 但是因为Unix作业系统有太多种不同的版本, 所以设计起来也特别困难, 但是这件事情引起了High Sierra小组的注意. 当这件事情同样被其他公司引起注意, 并开始讨论後, 於1990年, 由16家公司派代表组成了Rock Ridge小组, 他们共同的目标是延伸 ISO9660 的规格以使 CD-ROM 能符合 Unix 的档案系统与结构. 他们提出一个规格叫做: System Use Sharing Protocol (SUSP), 它可重新分配ISO9660规格中的系统使用区域 (System Use Area field),转变成为一种可变长度的系统记录区(Variable-length System Use fields), 这个区域内记载了不同的作业系统之相关资讯. 因此RRIP就是负责处理记录这些Unix下的长档名与超过8层的目录资讯, 而且除了Unix以外的作业系统将
不会看到这些专为Unix而设计的区域. 这种新的CD-ROM档案系统可以在不同的UXIX作业平台使用, 这就是Rock Ridge格式, 至今已被广泛的使用在Unix的CD-ROM光碟片上.
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