برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

اگر موسیقی روی CD ضبط می‌کنید بهتر است بدانید که CD فایل‌های صوتی را با 44100 سمپل (Sample) و 16 بیت در ثانیه در دو کانال (برای پخش استریو) ضبط می‌کند.

تمام این ارقام این معنی را می‌دهند که یک دقیقه موزیک 10 میلیون بایت نیاز دارد و برای ضبط تنها یک موزیک 3 دقیقه‌ای به 30 مگابایت فضا نیاز داریم. اگر تا به حال موزیکی از اینترنت دانلود کرده باشید متوجه می‌شوید که این مقدار برای یک موزیک 3 دقیقه‌ای زیاد است و ممکن است ساعت‌ها انتقال آن طول بکشد.

گروه متخصصان تصاویر متحرک(MPEG(The Moving Picture Experts Group سیستم فشرده سازی فایل‌های چند رسانه‌ای به نام MPEG را ساخته‌اند که در ساخت DVD و سیستم ضبط و پخش HDTV از آن استفاده می‌شود.

سیستم MPEG دارای یک لایه دیگر برای فشرده سازی موسیقی است که ما آن را به نام MP3 که کوتاه شده نام MPEG Audio Layer 3 است؛ می‌شناسیم.

MP3 می‌تواند موزیک‌ها را تا 10 و 12 برابر فشرده کند. به این ترتیب همان فایل 3 دقیقه‌ای 30 مگابایتی به فایلی 3 مگابایتی با کیفیتی تقریباً مشابه CD تبدیل می‌شود.

حال بیایید نگاهی دقیق‌تر به فن‌آوری MP3 بیندازیم.

MP3 تعداد بیت‌ها را کم می‌کند. ولی چگونه؟ برای فشرده کردن فایل‌ها از الگریتم‌های مخصوصی استفاده می‌کنیم. برای مثال برای فشرده کردن عکس‌ها به فرمت GIF و JPEG از الگوریتم‌های فشرده سازی تصاویر استفاده می‌کنیم.

الگوریتم فشرده سازی صدا به Perceptual با ادراکی معروف است. به این دلیل که MP3 از قابلیت‌های شنوایی گوش انسان برای فشرده سازی صدا استفاده می‌کند. برای مثال:

• صداهایی وجود دارند که گوش ما قادر به شنیدن آن‌ها نیست.
• از سوی دیگر صداهایی هستند که کوش ما آن‌ها را بهتر از بقیه صداها می‌شنود.
• اگر دو صدا همزمان پخش شوند؛ گوش ما تنها صدایی را که بلندتر است را می‌شنود.

به این ترتیب و با استفاده از این گونه حقایق؛ الگوریتم MP3 صداهایی را که فراتر از توان شنوایی انسان هستند را از بین می‌برد و به این صورت قسمت‌هایی از فایل که تأثیر زیادی در کیفیت صدا ندارند را حذف می‌کند. در عوض بقیه قسمت‌هایی که توسط گوش انسان شنیده می‌شود با دقت بیشتری ضبط می‌شود و به این ترتیب کیفیت صدا تا حد قابل قبولی ثابت می‌ماند.

به این ترتیب انجمن فرانهوفر (Fraunhofer) در سال 1994 اولین برنامه مبدل MP3 را عرضه کرد و فایل‌های MP3 با پسوند bit. به عرصه فن آوری قدم گذاردند. یک سال بعد پسوند bit. جای خود را به mp3. داد.

در طی سال‌های اخیر و با پر رنگ‌تر شدن امتیاز‌های دیجیتالی یا Patent؛ فن آوری mp3 نیز تحت تأثیر این جریان توسط چند شرکت و موسسه امتیاز دهی شده است. موسسه فرانهوفر که یک موسسه علمی در آلمان است و در زمینه علوم کاربردی نیز تحقیق انجام می‌دهد و یکی از پیشگامان توسعه فن آوری‌های MPEG است با همکاری شرکت خدمات دیجیتالی به نام تامسون تصمیم به اعمال قوانین امتیاز این فن آوری در اروپا و آمریکا گرفته است و در باقی کشور‌هایی که امتیازات این شرکت‌ها ثبت شده است نیز این قوانین اعمال می‌شوند.

 

استفاده از CD آنقدر آسان و به صرفه‌است که این فن‌اوری اکنون به یکی از رایج‌‌ترین ابزار انتقال اطلاعات از جمله موسیقی و فیلم و عکس و اطلاعات تبدیل شده.

در اینجا نگاهی به فن‌آوری CD می‌اندازیم و در مورد پیشرفت‌های آینده این پدیده دیجیتال در آینده بحث خواهیم کرد.

ساختار فیزیکی:

CDها توانایی ضبط 74دقیقه صدا و موزیک را دارد. این مقدار را با محاسبات زیر می‌توان توجیح کرد:

44100سمپل بر کانال / ثانیه × 2 بایت بر سمپل × 2 کانال × 74 دقیقه × 60 ثانیه = 783216000 بایت

برای قرار دادن این مقدار بایت در روی CD به 12 سانتی متر قطر CD‌نیاز داریم. با این توصیفات متوجه می‌شوید که اندازه بایت‌ها روی CD چقدر کوچک است.

CD به سادگی یک تکه پلاستیک معمولی است. با قطر 1.2 میلی متر. این قطعه پلاستیک معمولاً به روش تزریق مذاب پلی کربن به درون یک قالب ساخته می‌شود.

در هنگام تزریق درون قالب یک سری پستی و بلندی درون CD‌ایجاد می‌شود که در ادامه به توضیح آن می‌پردازیم. هنگامی که صفحه دیسک شکل می‌گیرد یک لایه آلومینیوم روی پستی بلندی‌ها را می‌گیرد و روی CD کشیده می‌شود.

سپس لایه نازک اکریلیک روی این لایه آلومینیوم اسپری می‌شود تا آن را محافظت کند. شکل زیر قطاعی از CD را نشان می‌دهد.

شیار‌های مارپیچ:

CD دارای شیار‌های مارپیچی است که از مرکز CD شروع می‌شوند و تا انتها ادامه دارند. این به این معنی است که CD‌ می‌تواند کوچکتر از 12 سانتی متر نیز باشد. در حال حاظر CD ها در ابعاد کوچکتر نیز ساخته می‌شوند. تصویر زیر به شما نشان می‌دهد که تا چه حد این شیار‌ها کوچک هستند. هر شیار 0.5 میکرون است و هر شیار با شیار کناری 1.6میکرون فاصله دارد.

پستی و بلندی‌ها:

پستی بلندی‌ها که شیار‌ها از آن‌ها تشکیل شده‌اند 0.5 میکرون عرض دارند. مینیمم 0.83 میکرون طول دارد و ارتفاع آن 125 نانومتر است. ( نانو برابر یک میلیاردیوم است) شکل زیر نمای کلی از سطح این پستی بلندی‌ها را به شما نشان می‌دهد.

شاید جالب باشد بدانید که اگر می‌توانستیم شیار‌های مارپیچی را از سطح CD بردازیم و آن را روی خط مستقیم قرار دهیم عرض آن 0.5 میکرون و طول آن 5 کیلومتر می‌شد!

برای تشخیص همچنین شیار‌ها و پستی بلندی‌های کوچکی نیاز به مکانیزم بازخوانی دقیقی داریم. در ادامه به توضیح این مکانیزم می‌پردازیم.

اجزای دیسک خوان:

وظیفه دیسک خوان این است که این پستی بلندی‌ها و شیار‌ها را تشخیص دهد و آن‌ها را بازخوانی کند.

دیسک خوان از سه قسمت اصلی تشکیل می‌شود:

• یک موتور دیسک را می‌چرخاند. سرعت حرکت این موتور بین 200 تا 500 دور بر دقیقه است. بسته به نوع CD و سرعت بازخوانی
• یک لیزر و لنز روی هر کدام از شیار‌ها دقیق می‌شود
• یک سیستم تشخیص لیزر را روی شیار‌ها حرکت می‌دهد تا لیزر بتواند شیار‌ها را در ابعاد میکرون شناسایی کند

لیزر روی هر کدام از شیار‌ها دقیق می‌شود. سپس بازتاب هر کدام از شیار‌ها روی یک دستگاه تشخیص تغییر نور می‌افتد و توسط قطعه‌ای دیگر این تغییرات در نور به پالس‌های دیجیتالی تبدیل می‌شوند و به این ترتیب اطلاعات CD بازخوانی می‌شود.

مهم‌ترین جزء کار دستگاه این است که لیزر را با سرعتی برابر سرعت حرکت CD حرکت دهد تا لیزر بتواند روی هر کدام از شیار‌ها دقیق شود. به این ترتیب هر قدر که به اتنهای CD‌میرسیم سرعت حرکت لیزر کم می‌شود تا لنز بتواند بازتاب تمام شیار‌ها را بخواند.

مشکل دیگری که هست این است که اگر در بین شیار‌ها یک پستی بلندی خالی باشد ترتیب خواندن اطلاعات به هم می‌خورد. برای حل این مشکل بجای دسته بندی بیت‌ها در بسته‌های 8 تایی آن‌ها را در تعداد 14 تایی دسته بندی می‌کنند. با این روش اگر فضای خالی هم باشد، آن قسمت 1 خوانده می‌شود و به عنوان یک بیت خالی حساب می‌شود.

مشکل دیگر این است که ممکن است لیزر و لنز یک بیت را نخواند. به همین دلیل بیت‌های اضافی به هر قسمت اضافه می‌شود تا دستگاه‌ بتواند قسمت‌هایی که خوانده نمی‌شود را صحیح کند و ترتیب اطلاعات بهم نخورد.

 

نوار‌های قدیمی ویدئو آنقدرها هم که به نظر می‌رسد قدیمی نیستند.

شاید 10 یا 15 سال پیش بود که همه یک پخش کننده نوار‌های VHS را در منزل داشتند. ولی الآن بعد از کمتر از یک دهه DVD تمام فن‌آوری‌های قبل از خود حتی CD را هم پشت سر گذاشته و دیگر جایی برای آن‌ها نیست.

قابلیت‌های بسیار زیاد و ارزان بودن آن نسبت به حجم بالایش DVD را به یک فن‌آوری‌های معمول و روزمره تبدیل کرده. در اینجا سعی می‌کنیم به اساس کار این فن‌آوری اشاره‌هایی بکنیم.

یک DVD ساده حدود هفت برابر یک CD ظرفیت دارد. این ظرفیت بالا جا را برای فرمت‌های با کیفیت تصویر و صدا مانند MPEG-2 باز می‌کند.

بهتر است بدانیم که DVD قابلیت‌های زیر را دارد:

• می‌تواند 133 دقیقه تصویر متحرک با دقت بالا در حالت LetterBox یا Pan-and-Scan را با 720 پیکسل افقی ضبط کند. (در MEPG-2 فشرده سازی 40/1 است)
8 لایه مختلف صدا را از 5 کانال پخش می‌کند.
32 زیر نویس مختلف را همراه تصویر پخش کند.
• می‌تواند 8 ساعت موسیقی را با کیفیت CD ضبط کند.
• DVD می‌تواند دارای فهرست باشد.

زخامت DVD همانند CD است و از موادی مشابه ساخته می‌شوند و همانند CD اطلاعات و بیت‌ها توسط شیار‌ها و پستی بلندی‌ها بر روی آن ذخیره می‌شود. [چطورCD کار می‌کند؟]

ابتدا پلاستیک به دورن قالبی تزریق می‌شود. سپس لایه بازتاب دهنده‌ای با سطح آن اضافه می‌شود و پشت این لایه با ورقه نازکی از آلومینیوم محافظت می‌شود و لایه‌ نیمه بازتاب دهنده‌ای نیز به خارج آن اضافه می‌شود.
با تغییر محل لایه‌ها و اضافه کردن لایه‌ها انواع مختلف DVD به شکل زیر در می‌آید.

بر روی DVD شیار‌ها به صورت مارپیچ و از درون به بیرون کشیده شده‌اند. هر شیار با شیار کناری 740 نانومتر فاصله دارد. هر شیار 320 نانومتر ضخامت دارد و هر پستی بلندی 400نانومتر طول و 120 نانومتر زخامت دارد.

همین میکروسکوپی بودن ابعاد در DVD‌ ظرفیت‌های بالایی را ایجاد می‌کند. اگر می‌توانستیم شیار‌های یک DVD را باز کنیم و و در خطی مستقیم قرار دهیم شیار‌های یک دیسک دوطرفه دولایه به 48 کیلومتر می‌رسد.

DVD به دلیل دارا بودن تراکم بیشتر شیار‌ها و فاصله کمترشان با هم و همچنین چند لایه بودن اطلاعاتش می‌تواند چندین برابر یک CD اطلاعات ذخیره کند.

برای قرار دادن تصاویر متحرک بر روی DVD‌ نیاز به سیستم فشرده سازی داریم. گروه متخصصان تصاویر متحرک یا MPEG فرمت و فن‌آوری فشرده سازی برای این دیسک‌ها بوجود آورده‌اند که MPEG-2 نام دارد و مناسب و سازگار با DVD‌ است.

فیلم‌های سینمایی معمولاً با 24 فریم بر ثانیه ضبط می‌شوند. به این معنی که هر ثانیه 24 تصویر ضبط می‌شود و در سینماها نیز به همین ترتیب پخش می‌شود. در آمریکا و ژاپن سیستم پخش تصاویر NTSC‌ است و تصاویر با 30 فریم بر ثانیه پخش می‌شوند و در سکانس‌های 60تایی. کشور‌های دیگر از سیستم PAL استفاده می‌کنند که تصاویر را با 50 سکانس بر ثانیه نشان می‌دهد ولی در کیفیت بالاتری.

به دلیل همین تفاوت‌ها MPEG-2 برای هر کدام از این سیستم‌ها باید برنامه ریزی شود. همچنین هر فریم از تصویر نیز باید با این سیستم‌ها منطبق باشد. به غیر از سیستم NTSC و PAL سه طریقه دیگری برای ضبط اطلاعات تصاویر وجود دارد:

ضبط درون فریمی (IntraFrame): با این روش اطلاعات هر فریم از جمله صدا و تصویر آن فریم به صورت جداگانه ضبط می‌شود. این سیستم ضبط فضای بیشتری را اشغال می‌کند.
ضبط پیش بینی شده (Predicted) : این سیستم اطلاعاتی از چند فریم اولیه را به صورت IntraFrame ضبط می‌کند و باقی فریم‌ها را بر اساس پیش بینی پخش می‌کند.
دو سویه(bidirectional) با استفاده از این روش اطلاعات هر فریم از روی فریم‌های قبلی و بعدی آن محاسبه می‌شود.

DVD قابلیت ضبط صدا را هم دارد. فایل‌های صوتی بر روی DVD را می‌توان با 192 هرتز SamplingRate و دقت 24 بیت ضبط کرد.

بازخوان DVD نیز مانند CD‌ از سه قسمت ساخته می‌‌شود و هر قسمت یک کار را انجام می‌دهد. یک موتور دیسک را می‌چرخاند. یک لیزر بر روی هر شیار حرکت می‌کند و یک حس گر نور بازتاب‌ها را می‌خواند و آن‌ها را به سیگنال‌های دیجیتالی تبدیل می‌کند.

بلو - رِی فن‌آوری آینده دیسک‌های نوری است که توسط انجمن دیسک بلو - رِی طراحی و ساخته شده است.

این انجمن توسط گروهی از بزرگترین سازندگان دستگاه‌های سینمای خانگی و کامپیوتر از جمله سونی، پاناسونیک، اپل،شارپ و سامسونگ پشتیبانی می‌شود.

دیسک‌های بلو - رِی برای ضبط و پخش تصاویر با وضوح بالا (HD) طراحی شده‌اند و دارای ظرفیتی 5 برابر دیسک‌های ساده DVD هستند.

دیسک‌های تک لایه بلو - رِی 25 گیگابایت ظرفیت دارند در حالی که دیسک‌های دو لایه بلو - رِی تا 50 گیگابایت اطلاعات را در خود ذخیره می کنند.

با بهره‌گیری از این ظرفیت بالا و ظرافت‌های تنظیم صدا و تصویر با کیفیت‌های بالا، دیسک‌های بلو - رِی مناسب‌ترین ابزار آینده صنعت سینمای خانگی خواهند بود.

دیسک‌ خوان‌های DVD از لیزر قرمز استفاده می کنند در حالی که دیسک‌های بلو - رِی از نور آبی بهره‌ می‌گیرند. طول موج نور قرمزی که در دیسک‌خوان‌های DVD به کار می‌رود، 650 نانومتر است در حالی که لیزر آبی 405 نانومتر طول موج دارد که به دستگاه‌های ضبط بلو‌ - رِی توانایی ثبت اطلاعات در مقیاسی کوچکتر را می‌دهد. [چطور DVD کار می‌کند؟]

این امر باعث می‌شود تا ثبت اطلاعات متمرکزتر و دقیق‌تر شود و از شیار‌های دیسک بیشترین استفاده را کرد. جالب است که بدانید فن‌آوری جدید چندلایه ساختن دیسک‌ها، ظرفیت بلو - رِی را تا 500گیگا بایت افزایش داده است.

به دلیل پشتیبانی وسیع تولید کنندگان تجهیزات سینمای خانگی از این فن‌آوری، تعداد زیادی از استودیو‌های هالیوود شروع به توزیع فیلم‌های خود بر روی این دیسک‌ها کرده‌اند.

چرا سی دی ها 74 دقیقه اند نه 70 یا 60 دقیقه ؟

دیسک های فشرده یا همان CD که امروزه کاربردهای فراوانی در زندگی ما دارند، در سال ۱۹۸۰ به دنیا وارد شدند. ولی چرا دیسک های فشرده ۷۴ دقیقه ای هستند، نه ۶۰ دقیقه ای و نه ۷۰ دقیقه ای !؟ ‏

هفتاد و چهار دقیقه بودن آنها را می توان تقصیر یک مرد ناشنوای آلمانی گذاشت. ‏

شرکت سونی و فیلیپس که آن زمان در حال طراحی استاندارد CD بودند بین اندازه دیسک های فشرده با هم اختلاف داشتند. شرکت فیلیپس به دنبال طراحی دیسک های با قطر ۱۱/۵ سانتیمتر بود و سونی به ۱۰ سانتیمتر بسنده کرده بود. ‏

هر کدام از ۲ استاندارد فوق می توانستند ۶۰ دقیقه از موسیقی استریو با نرخ ۱۶ بیت و با فرکانس ۴۴٫۰۵۶ هرتز را در خود جای دهند. ‏

ولی این مقدار از دید آقای نوریو اهگا کافی نبود. وی که یک تاجر ابزار الکترونیکی در ژاپن بود و برای خوانندگی اپرا هم تعلیم دیده بود، پس از اینکه از کیفیت پایین ضبط صوت سونی به آن شرکت تحت یک نامه شکایت کرد، به استخدام سونی درآمد و پس از گذشت زمان در سال ۱۹۸۲ مدیر شرکت سونی گردید. وی که علاقه خاصی به موسیقی کلاسیک داشت، اصرار داشت که باید سمفونی نهم لودویگ وان بتهوون را بر روی یک دیسک فشرده جای داد. ‏

به گفته فیلیپس : طولانی ترین اجرا ۷۴ دقیقه به طول انجامید … موسیقی که در فستیوال شهر بایروت آلمان در سال ۱۹۵۱ به رهبری ویلهلم فورت ونگلر اجرا گردید را نمی شد در۶۰ دقیقه جای داد. ‏

و این بود سرآغاز دیسکهای ۱۲ سانتیمتری که ۷۴ دقیقه ظرفیت داشتند، استانداردی که متاثر از نوابغ آلمانی و ژاپنی ایجاد شد

http://www.hamshahrionline.ir/news-61688.aspx

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :