«Копия аудиодиска звучит хуже оригинала». Уверен, вы не раз сталкивались с подобным утверждением, которое на первый взгляд кажется весьма спорным. Если при копировании звука с аналоговых источников, таких как аудиокассета или грампластинка, неизбежность потери качества признается всеми, то в различие между копией и оригиналом, когда речь идет о цифровых носителях, верится с трудом.

Попробуем разобраться в этом нелегком вопросе.

На мультимедийных форумах часто возникают дебаты по поводу потери качества при копировании компакт-дисков. Многие полагают, что она неминуема, другие это опровергают. Основной аргумент последних прост и понятен. Данные на звуковых компакт-дисках хранятся в цифровом виде и на протяжении всех операций по копированию (с оригинала на жесткий диск, а потом на болванку) так цифровыми и остаются. Ведь при копировании дисков с обычными данными никаких изменений не происходит. Логично предположить, что и со звуком дело обстоит точно так же.

В ответ оппоненты приводят множество достаточно веских доводов, основанных на особенностях самого стандарта CD-DA (Compact disk — Digital Audio). Говорится также о некоторых тонкостях, отличающих чтение и запись аудиоданных от данных других видов.

Вероятно, виной всему несовершенство современных акустических систем среднего уровня, которые не позволяют услышать ухудшение качества звука при копировании. Основываясь на личном опыте, могу заверить, что при проигрывании «неправильных» копий на немного лучших системах разница в звучании становится уже вполне ощутимой. В этой статье я постараюсь рассмотреть основные причины такого парадокса, как ухудшение качества аудиоданных при копировании их с цифровых носителей, а также методы, позволяющие свести потери к минимуму. Но прежде позволю себе затронуть историю возникновения самого компакт-диска.

Немного истории

Компакт-диск был задуман как средство хранения именно аудиоинформации, способное заменить традиционные на то время аналоговые источники сигнала: магнитные ленты и виниловые пластинки. Создатели CD — японская фирма Sony и голландская Philips. Первые компакт-диски появились в уже далеком 1982 г. Объем диска выбирался довольно интересным образом. Акио Морита, исполнительный директор фирмы Sony, предположил, что новый носитель должен отвечать требованиям прежде всего ценителей классической музыки. А самым популярным классическим произведением в Японии тогда, согласно социологическому опросу, была Девятая симфония Бетховена продолжительностью около 74 мин. Компания Philips определила требования к качеству звука: частота дискретизации 44,1 КГц (для обоих каналов) и разрядность 16 бит. При пересчете на мегабайты и получился объем в 650 Мбайт или 74 мин 33 с звучания.

В настоящее время набор спецификаций аудио-CD известен как «Красная книга» (Red Book) — по цвету обложки издания, где эти спецификации были сформулированы.

Не буду углубляться в дебри истории, а только замечу, что компакт-диск стал использоваться в качестве носителя информации несколько позже. Первый международный стандарт хранения данных и структуры файловой системы компакт-диска, очень похожей на файловую систему MS-DOS, — ISO-9660 — появился лишь в 1988 г. Сам принцип хранения данных на CD был несколько изменен, что позволило снизить вероятность возникновения ошибок чтения, которые неизбежны при использовании принципа, применяемого для записи аудиодисков.

Корректирующий код и структура хранения информации

Для того чтобы различные царапины и другие повреждения поверхности диска не приводили к возникновению ошибок при чтении, данные на CD хранятся специальным образом. Информация предварительно разбивается на множество небольших блоков. Причем соседние блоки записываются на несмежные между собой участки. Кроме того, формируется специальный корректирующий код, который записывается на диск и служит для устранения ошибок чтения. К примеру, аудиоданные кодируются при помощи кода Рида — Соломона, избыточность которого составляет 25%. Под избыточностью понимается доля дополнительного объема данных в их общем объеме. Затем накладывается канальный код 8/14. Таким образом, доля служебных данных на CD превышает половину их общего объема.

При записи на компакт-диск обычных данных размер кода увеличивается еще на 12%, что существенно повышает надежность CD-ROM по сравнению с дисками CD-DA. Поэтому даже при наличии некоторого количества нечитаемых мест записанные на диск данные могут быть распознаны полностью.

Позволительно сказать, что данные на компакт-диске имеют двухуровневую структуру. Верхний уровень представляет собой непосредственно полезные данные. Нижний уровень — это последовательность битов, записанная на CD. Этот уровень включает в себя не только сам код (в том числе корректирующий), но и информацию о его физическом расположении. Преобразование нижнего уровня в верхний достаточно однозначно. Даже при наличии некоторого количества ошибок и пропусков в коде нижнего уровня (а они неизбежны) — в пределах корректирующей способности кода — верхний уровень получается всегда в первоначальном виде. Получить же точную копию нижнего уровня возможно только на сверхточном оборудовании. Тут играет роль сама технология записи. Большинство приводов производит запись с линейной скоростью, значение которой неодинаково для разных участков диска. При переходе от одного скоростного участка к другому происходит остановка записи. Далее привод ставит на диске связующую отметку и начинает запись с нового места. Потеря дорожки, опустошение буфера, некачественный участок на болванке — все это становится причиной прерывания записи с последующим ее продолжением уже с нового места. Поэтому сделать копию, полностью идентичную оригиналу, в домашних условиях невозможно. Да это и не нужно, ведь главное — получить точный дубликат верхнего уровня, а не носителя.

Разница в чтении дисков с данными и музыкальных дисков

Несмотря на то что структура хранения информации на музыкальных и немузыкальных дисках схожа, задачи, решаемые при прочтении этих носителей, различны.

Работая с немузыкальными дисками, привод должен обеспечить абсолютно точное считывание записанных данных. При этом устройству может потребоваться неоднократное обращение к одному и тому же участку. Особенно «плохие» участки могут вызвать необходимость понизить скорость считывания, что обычно сопровождается характерными «подергиваниями» диска. На этот процесс может уйти много времени. А если после заданного числа попыток на минимальной скорости привод так и не распознает какой-либо участок и корректирующей способности кода окажется недостаточно для его восстановления, будет выдано сообщение об ошибке. В такой ситуации даже повреждение всего одного бита оказывается фатальным.

Чтение музыкальных дисков основано на совершенно другом принципе. Паузы во время прослушивания музыки недопустимы. И даже если привод не может распознать какой-либо участок, вместо реальных данных подставляются те, что были получены в результате расчета с использованием соседних участков. Такой расчет называется интерполяцией, а полученные таким путем данные — интерполированными. К счастью, при чтении достаточно новых дисков с неповрежденной поверхностью необходимость в интерполяции возникает крайне редко. Однако для получения корректной копии вышеописанное явление нужно исключить полностью. Для этого необходимо, чтобы привод работал с оригиналом CD по несколько другому алгоритму, используя режим прямого чтения. Но данный режим поддерживают далеко не все устройства чтения компакт-дисков. Многие приводы просто подставляют в отчет интерполированные данные, не информируя контроллер об ошибке чтения. И копирующая программа «думает», что считывание происходит абсолютно корректно. Явное неумение читать диски CD-DA можно возместить только путем неоднократного (до пяти раз) распознавания одного и того же участка и последующего их сравнения. Такой метод позволяет скопировать диск достаточно качественно. К сожалению, это не все «фокусы», которые проделывает привод во время чтения дисков CD-DA.

Джиттер

Как ни странно, большинство устройств чтения компакт-дисков не способны точно соотнести информацию субканала с информацией основного канала. При проигрывании или считывании музыкального CD лазер позиционируется на начало аудиотрека. Но позиционирование происходит с довольно большой погрешностью (смещением). После этого данные считываются непрерывно и правильно, за исключением ошибок, приводящих к замещению реального значения амплитуды сигнала интерполированным. Дело ухудшает еще и архитектура ПК. Как известно, данные по шине IDE передаются блоками, размер которых в большинстве случаев не превышает 64 Кбайт. А между чтением этих блоков обязательно проходит какое-то время: полученный фрагмент переносится из буфера в память или записывается на жесткий диск, сама шина захватывается не сразу, а за несколько тактов, ОС формирует и посылает запрос на чтение очередной порции информации. И пока все это происходит, диск в приводе не стоит на месте, а вращается с некоторой заданной скоростью. При получении команды на чтение очередного фрагмента под головкой находится совершенно другой участок. А поиск нужного заканчивается позиционированием лазера, которое не может быть точным. В результате несколько раз в секунду (с учетом того, что скорость потока CD-DA равна 150 Кбайт/с) происходят заметные на слух нестыковки.

Вышеописанное явление получило название «джиттер» — дрожание, хотя это слово не совсем точное. На практике никакого дрожания сигнала не происходит, но термин «джиттер» является устоявшимся обозначением нестыковок фрагментов аудиосигнала.

К счастью, многих неприятностей можно избежать, используя специальное ПО при считывании и записи. Все приводы одной модели (при условии, что в них записана одна и та же версия прошивки) имеют постоянное значение смещения, т. е. они ошибаются на одну и ту же величину, которая составляет 500—800 сэмплов при чтении (около 1/75 с) и до 50 сэмплов при записи. Если не учесть этот факт при копировании, то треки оригинала и копии будут различаться по размеру аж на несколько килобайт!

От теории к практике

Теперь перейдем непосредственно к процессу копирования. Для получения если уж не идентичной, то хотя бы приближенной по качеству к оригиналу копии необходимо выполнение нескольких требований. Во-первых, поверхность исходного диска должна быть такой, чтобы информация с поврежденных участков подлежала восстановлению при помощи корректирующей способности кода. Во-вторых, используемый для чтения привод должен обеспечивать надежное считывание диска и по возможности не иметь тех недостатков, которые были описаны в начале статьи. К сожалению, идеальных устройств для чтения музыкальных компакт-дисков не бывает. По крайней мере, приводов с нулевым смещением не существует.

Важную роль играет качество болванок, на которые производится запись, но о них см. врезку «Отдельный разговор о болванках». Плохой результат можно получить даже на очень хорошем приводе и с использованием лучших болванок. Это происходит при применении неподходящих режимов чтения/записи и «неправильного» ПО. Под «неправильным» я подразумеваю то программное обеспечение, которое не приспособлено для копирования аудиодисков, хотя с размножением обычных справляется великолепно. Выбор и настройка ПО относятся к числу самых важных моментов для получения наилучшего результата.

Nero

В настоящее время существует огромное количество программ для копирования компакт-дисков. Но музыкальные CD большинству из них не по зубам. Копии, получаемые с помощью этого ПО, звучат крайне неудовлетворительно. По мнению экспертов, наиболее достойные результаты дают всего несколько продуктов. Один из них — Nero.

Nero, безусловно, лучшая программа для копирования обычных CD. Весьма удобный, легкий для освоения и продуманный интерфейс, огромное количество функций и поддержка почти всех приводов делают ее в гонке за лидерством почти недосягаемой для конкурентов. И несмотря на то что никаких специальных средств и алгоритмов для копирования аудиодисков в Nero нет, справляется данное ПО с таким делом весьма достойно.

Интерфейс Nero

«Мир ПК» уже рассказывал об этой программе (см.№ 1/03, с. 50), поэтому подробно описывать я ее не буду. Скажу лишь, что для получения качественно звучащей копии чтение лучше производить на скорости 6Х—8Х, а запись — на 2Х—4Х. Повышение же скоростей до определенного порога (32Х для чтения и 16Х для записи при использовании дешевого привода NEC) приводит к сильной деградации звука, заметной даже на звуковой плате бытового уровня, например Sound Blaster Live! 5.1.

Если вы уверены, что сделанные копии не будут использоваться на хороших (читайте: дорогих) акустических системах, то применение Nero — идеальный вариант.

Exact Audio Copy (EAC)

Название этой программы говорит само за себя. EAC де-факто лучшая программа в своем классе. С ее помощью можно получать практически идентичные копии музыкальных компакт-дисков. В отличие от других подобных продуктов, ЕАС использует для чтения специальный режим Secure, при котором все сектора сканируются как минимум дважды, что существенно снижает вероятность возникновения ошибок. Однако если таковые все-таки происходят, программа пытается прочитать сомнительный участок до 82 раз. И только после последней попытки будет выдано сообщение об ошибке и ее местоположении. Потом можно прослушать данный участок и определить, слышна ли ошибка. В подавляющем большинстве случаев на слух ничего заметно не будет.

Так выглядит лучшая программа для копирования звуковых CD

Программа ЕАС интересна нам не только своим безупречным механизмом считывания. Она позволяет использовать практически любой внешний кодер или компрессор, а значит, скопированный диск можно сразу сжать, например в формате МР3. Правда, зачем тогда использовать программу для точного извлечения аудио, автору не известно, ведь при сжатии качество звука существенно ухудшится .

Несмотря на все прелести, ЕАС весьма капризна. И если не произвести правильную настройку программы, результат может сильно разочаровать. Поэтому я очень кратко опишу основные действия, необходимые для получения копий наивысшего качества.

Настройка. В дистрибутив программы включены модули поддержки практически всех основных языков интерфейса, в том числе великого и могучего. Поэтому я буду давать именно русский вариант названий параметров.

Первым делом нужно запустить Мастер конфигурации и выбрать в нем те приводы (если их несколько), которые будут использоваться для копирования. Далее последует просьба уточнить, что для вас важнее: качество или скорость. Естественно, следует предпочесть первое :) . Если модель вашего привода имеется в базе данных ЕАС, то программа сама отобразит все его параметры. В противном случае для их определения понадобится тестирование, которое займет 1—4 мин. От вас лишь потребуется вставить компакт-диск в дисковод и внимательно прочитать инструкции. Если все пройдет удачно, то на этом работа Мастера будет завершена.

Теперь необходимо правильно настроить параметры дисковода (соответствующее окно вызывается клавишей ). Убедитесь, что на закладке «Метод извлечения» активна опция «Точное извлечение со следующими функциями» (у меня почему-то по умолчанию активным был «Скоростной режим»). Для того чтобы определить, какие опции нужно пометить, щелкните на кнопке «Определить функции чтения...» и следуйте указаниям.

Как вы, наверно, заметили, ЕАС уже дважды определял поддержку дисководом функции С2. Самое интересное, что этого оказывается недостаточно. Для гарантированного выявления поддержки С2 (или ее отсутствия) нужно провести еще одно тестирование, щелкнув на кнопке «Проверить функцию С2...». Для этого теста потребуется сильно поцарапанный музыкальный компакт-диск. Если будет определено, что дисковод поддерживает С2, то... уберите флажок напротив пункта «Дисковод способен возвращать информацию об ошибках С2» :) (см. врезку «C2»).

К сожалению, не все настройки по умолчанию оптимальны

Теперь обратитесь к закладке «Чтение». Первым делом нажмите кнопку «Определить команду чтения». Если при этом программа зависает, то параметр придется ввести вручную. Далее обязательно включите опцию «Раскручивать диск перед извлечением». Две соседние опции активизируются по необходимости. Остальные закладки можно пока не трогать.

Перейдите к окну «Параметры ЕАС» (вызывается клавишей ). На закладке «Извлечение» очень полезно снять флажок напротив опции «Не использовать нулевые сэмплы при вычислении CRC». Самое главное, нужно изменить значение параметра «Качество восстановления ошибок» со среднего на высокое. Это существенно повысит качество чтения плохих дисков. Для нормальных дисков вполне приемлемо значение по умолчанию. Настройки на остальных закладках являются оптимальными, и их можно оставить без изменений.

Вычисляем смещение. Основная причина огромной популярности ЕАС заключается в том, что это единственная программа, которая умеет корректировать смещение дисковода, причем она оперирует независимо со смещением чтения и смещением записи.

Итак, прежде всего необходимо вычислить смещение привода. Сделать это можно двумя способами. Первый, самый правильный: определить отдельно смещение чтения и смещение записи. Но это не всегда удается и чаще приходится использовать второй способ: вычислять комбинированное смещение чтения/записи. В таком случае весь процесс копирования придется выполнять на одном приводе, так как коррекция будет происходить на этапе записи. А после копирования на жесткий диск данные все еще будут содержать смещение.

Смещение чтения. Алгоритм нахождения смещения в ЕАС прост, как все гениальное. В программе есть база данных, содержащая информацию о большом количестве музыкальных компакт-дисков. И, имея два-три диска из списка, можно определить смещение чтения парой щелчков мышью. Но несмотря на то, что список дисков в базе данных огромен, найти нужный с тем же идентификационным номером довольно трудно. Тем более что покупка лицензионного диска не каждому по карману. Однако если несколько нужных дисков удастся отыскать, то вам прямой путь на закладку «Смещение/скорость» настроек дисковода. Там нужно нажать кнопку «Определить смещение дисковода при смещении...». Процедуру следует повторить несколько раз, и если значение смещения постоянно, то все в порядке.

Но некоторые приводы не имеют постоянного смещения, о чем будут сигнализировать различающиеся результаты теста. В таком случае точную копию диска на нем получить невозможно :(. Если же диск-образец найти не удалось, то это не повод отчаиваться. О большинстве приводов уже содержится информация в онлайновой базе данных, которая постоянно пополняется пользователями.

Комбинированное смещение чтения/записи вычисляется при помощи ЕАС еще проще. Для этого потребуется всего один чистый диск CD-R (а лучше CD-RW, ведь после тестирования неперезаписываемая болванка будет уже непригодна для дальнейшего использования).

Для того чтобы создать тестовый диск, войдите в настройки дисковода (клавиша ), откройте закладку «Запись» и щелкните на соответствующей кнопке. При этом значение смещения записи должно быть установлено в позицию «0». Потом следует вычислить смещение чтения для этого диска (метод был описан выше). Полученное в результате значение и есть комбинированное смещение.

Теперь вычислить смещение записи очень просто: нужно из комбинированного значения вычесть значение смещения чтения. Если последнее не известно, то в ЕАС можно использовать и комбинированное смещение, поменяв соответствующие настройки.

Тема точного копирования далеко не исчерпывается данной статьей. Но надеюсь, что приведенного материала будет достаточно, чтобы получать качественные копии компакт-дисков.

Удачи!

С автором можно связаться по e-mail shok@club.ussrhi-fi.ru.

Кадры

Информация на музыкальном диске (а это не что иное, как совокупность значений амплитуд звукового сигнала) разбита на блоки, которые применительно к дискам CD-DA принято называть кадрами. Один кадр состоит из 588 стереофонических отчетов. Такой блок содержит 2352 байта данных и имеет продолжительность 1/75 с. Как сказано в статье, блоки информации на компакт-диске записываются на несмежные участки. Адресация кадров содержится в специальном субканале, который кодируется вместе со звуковыми данными.

Отдельный разговор о болванках

Немаловажное влияние на качество получаемых копий оказывают и сами болванки. На сегодняшний день распространены два их вида: цианиновые и фталоцианиновые. Это разделение основывается на типе активного слоя, примененного при изготовлении диска. Цианиновые CD-R имеют сине-зеленоватый оттенок. Они более терпимы к предельным значениям мощности лазера при чтении и записи, а значит, лучше читаются на старых дисководах и — что очень важно при копировании музыкальных дисков — на музыкальных центрах и бытовых проигрывателях компакт-дисков (ПКД). Фталоцианиновый активный слой имеет золотой оттенок. Это более поздняя разработка. Фталоцианиновые диски более надежны, но хуже распознаются, особенно на старых приводах. Для хранения важной информации лучше выбрать именно такие диски, а для записи музыки — цианиновые.

Если записанные диски впоследствии будут проигрываться на музыкальных центрах и ПКД (основная причина использования точного копирования, ведь на такой технике все огрехи хорошо слышны), то прежде нужно уточнить, какие диски ваша техника вообще может воспроизводить. Например, мой ПКД 1990 г. выпуска не читает 80- и 90-минутные диски, а также CD-RW. На фталоцианиновых же болванках он очень долго ищет начало трека. У более новой техники ситуация с совместимостью гораздо лучше (чего, к сожалению, нередко нельзя сказать о звуке). Но поддержка 90-минутных дисков и CD-RW по-прежнему есть не у всех устройств.

C2

С2 — функция возврата ошибок при чтении музыкальных компакт-дисков. Привод, поддерживающий С2, умеет информировать о возникновении ошибок. Дисковод без этой функции в случае ошибки просто подставит интерполированные данные, ничего об этом не сообщив. Но тут можно наступить на грабли. Производители многих старых (и некоторых новых) моделей приводов лукавят, заявляя о поддержке С2, — на самом деле в их устройствах данная функция работает лишь частично или не работает вообще. Поэтому нужно принудительно заставить ЕАС не использовать С2 (убрав соответствующий флажок).

Ссылки

www.ExactAudioCopy.de — домашняя страница ЕАС. Здесь опубликована масса документации, справочной информации, ну и, конечно, сам дистрибутив программы (последняя версия занимает около 1,2 Мбайт). Оплата — открытка с видами тех мест, где вы живете .

http://forum.ixbt.com/0031/003273.html — обсуждение на сорока (!) страницах вопроса, как правильно настроить ЕАС. Советую изучить вдоль и поперек.