CD-levy

CD autolev crop.jpg | cd2.png 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.

Historia

Levyä kehitettiin 1970-luvun lopulla. Standardeista päästiin yhteisymmärrykseen 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).

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.

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 tasagon 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 automaatisesti 8-bitin tavuiksi ns. rautaan koodatun käännöstaulukon avulla.

Kannataa huomata, että tehdastekoiset CD-levyt eroavat suuresti CD-R levyistä. Oikeat 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 fyysisesti "ikuisille" CD-levyille. Niissä ainoa tapa pilata levy säilytyksessä on turmella etikettipuolen heijastava alumiinikerros esimerkiksi väärillä painoväreillä.

Kopiosuojaukset

CD-standardi ei sisällä mitään kopioinnin estävää mekanismia, mikä tekee CD:iden kopioinnista tietokoneelle helppoa. Vuodesta 2002 alkaen jotkin levytysyhtiöt ovat kehitelleet omia kopiosuojausmenetelmiään, jotka perustuivat tahallisten virheiden lisäämiseen CD:ihin. Suojausten tarkoitus on estää levyjen käyttö tietokoneiden CD-ROM-asemissa, joissa on usein heikompi virheidenestojärjestelmä. Osan näistä levyistä sisältävät niin sanotun "tietokoneilla soitettavan" osion. Nämä CD-ROM-osiot tarjoavat usien kopion äännitteen sisällöstä pakatussa, kopiosuojatiussa äänitiedostoissa, joiden äänenlaatu on useimmiten CD-muotoon verrattuna melko huono. Nämä, melkein aina WMA-muodossa olevien tiedostojen yhteensopivuus rajoittuu yleisimpiin käyttöjärjestelmiin, käytännöllisesti Microsoft Windowsin uusimpiin versioihin. Usein vaaditaan kuitenkin lisäohjelmien asentamista levyltä, eikä levyjen kopiosuojatut tiedostot välttämättä toimi muissa mediatoistinsovelluksissa.

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 signaali dynamiikka 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. Onneksi tämä tallennustarkkuus on osoittautunut vastaavan varsin tarkasti ihmisen kuulon erottelutarkuutta eikä tarkkuuden lisäykselle kuluttajatuotteissa ole kuulofysiologisia perusteita.

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
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 ei voi tyhjentää eikä siis aikaisempaa poistaa. Toimivat yleensä hyvin vanhoissakin soittimissa.

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
Optisella tasolla muistuttaa DVD-levyä

Tallennusvälineet

Gourt Home::Gourt :: CD-levy