ELŐADÁS VÁZLATOK Multimédia alapjai FSZ tagozat Vezetőtanár: Muhari Csilla 2009/2010. 1. szemeszter
2. oldal Témák (1) 1. A multimédiarendszerek működése és összeállítása 2. Optikai tárolók: CD, DVD 3. Szöveges alkalmazások: OCR, hipertext, hipermédia 4. Világháló: Internet 5. Digitális hangtechnika: digitalizálás, tömörítés, környezeti hangtér, MIDI 6. Grafikus alkalmazások: számítógépes grafika, képek digitalizálása, tömörítése, animáció 2
3. oldal Témák (2) 7. Digitális videótechnika: videóanyagok digitalizálása, mérete, tömörítése, lejátszása 8. Videókonferencia: rendszerek, adatátvitel, tömörítés 9. Tömörítések: redundanciák, veszteségmentes és veszteséges tömörítések 10. Multimédiatermék-fejlesztés: célok, specifikációk összeállítása, tervezés, tesztelés, multimédiatermék videón 11. CD és DVD gyártás: előkészület, mesterlemez, présszerszám, préselés, minőségellenőrzés 3
4. oldal Bevezetés (1) A multimédia a számítástechnika egyik gyorsan fejlődő alkalmazási területe, ami alatt szövegnek, állóképnek, hangoknak, animációknak és videófilmeknek a számítógépen történő használatát értjük. Hangokkal, animációkkal és videófilmekkel korábban a szórakoztató elektronika foglalkozott, mert ezek analóg alkalmazások voltak. A szórakoztató elektronikában elterjedt a digitális technika, a szórakoztató elektronika és a számítástechnika közeledtek egymáshoz. A szórakoztató elektronika digitalizálása az audió CD lemezzel kezdődött 1982-ben. Az audió CD továbbfejlesztett változatait: a CD-ROM, CD- ROM XA, Video CD stb. lemezeket a számítástechnika használja. Ma már PC-ken bárki tud információt CD lemezre írni. 4
5. oldal Bevezetés (2) A CD lemezek 650-700-800 MB kapacitása sokszor kevés, ha hangot, állóképet, animációkat vagy videófilmet akarunk a lemezre rögzíteni, mert a digitális hang-, kép-, animáció- és videófájlok nagyméretűek. Számítógépben a nagyméretű fájlok tárolása, mozgatása nehéz, ezért tömörítési eljárásokkal csökkentik a nagyméretű fájlok méretét. A tömörítési eljárások a fájlokban tárolt információ redundanciájának csökkentésével csökkentik elsősorban a fájlméretet. Egy fájl akkor redundáns, ha tartalmaz olyan adatokat, melyeknek elhagyása esetén nem változik a fájl információ tartalma vagy megjelenése. A redundancia visszavezethető az adatszerkezetre, és az emberi érzékszervek korlátozott voltára. 5
6. oldal Bevezetés (3) Ha a fájlt úgy módosítjuk, hogy szerkezete megváltozzon, de ne változzon meg az információ tartalma, akkor mérete csökkenni fog. Az így tömörített fájlból az eredeti fájl visszaállítható. Ha a fájlból eltávolításra kerül mindaz, amit az ember nem érzékel, akkor a fájl információ tartalma megváltozik, és mérete csökken. Az így tömörített fájlból az eredeti fájl nem állítható vissza. A tömörített fájlok kisebb helyen tárolhatók, könnyebben mozgathatók. Ezen előnyök mellett vannak azonban hátrányok is. A tömörített fájlokat felhasználás előtt ki kell bontani, vagyis vissza kell állítani azt a formátumot, amit a számítógép értelmezni tud. 6
7. oldal Bevezetés (4) A tömörített fájl kibontása akkor jelent gondot, ha erre a műveletre korlátozott időtartam áll rendelkezésre. Ha egy tömörített videófájlt akarunk a képernyőn megjeleníteni, akkor egy képkocka kibontására a film képváltási frekvenciájának függvényében 33-40 ms áll rendelkezésre. A fájl tömörítése akkor jelent gondot, ha erre a műveletre korlátozott időtartam áll rendelkezésre. Videókonferencia rendszerekben egy képkocka tömörítésére a használt képváltási frekvencia függvényében (15-30 Hz) 66 ms vagy ennél kevesebb idő áll rendelkezésre. Az adatátvitel is kapcsolódik a multimédiához. Az Interneten gyorsan és könnyen lehet szöveget, állóképeket, hangokat, animációkat és videófilmeket továbbítani. Nyilvánvaló, hogy a nagyméretű fájlok továbbítása sokáig tart, ezért ezeket tömöríteni kell. Általában az Interneten használt adatátviteli közegek sávszélessége kicsi. 7
8. oldal Médium, média A médium eszköz az információk terjesztésére, bemutatására. Média a médium többes száma. Fajtái (1): - Felfogás médium (hogyan fogja fel az ember az információt) o Hallás (zene, zaj, beszéd), o Látás (nyomtatott szöveg, ábra, mozgókép). - Képviselet médium (információ számítógépes ábrázolása) o Szöveg (ASCII), o Ábra (bittérkép), o Hang (digitális állomány), o Kép (JPG). 8
9. oldal Médium, média Fajtái (2): - Bemutatási médium (információ beviteli és kimeneti eszközei) o Bevitel (billentyűzet, egér, monitor, hangszóró stb.), o Kimenet (monitor, hangszóró). - Tárolás médium (információ tárolása) o Papír, o Mikrofilm, o Floppy, o Merevlemez, o CD, o DVD stb. 9
10. oldal Médium, média Fajtái (3): - Átvitel médium (adattovábbító információhordozók) o Levegő, o Kábel, o Optikai kábel, o Rádióhullámok stb. - Információ-kicserélő médium (információ tárolása) o Összes tárolás- és o Átvitel-médium. 10
11. oldal Multimédia A multimédia sok médium. Valójában független információelemeknek számítógép-vezérelt, integrált előállítása, célorientált feldolgozása, bemutatása, tárolása és továbbítása. 11
12. oldal Multimédiarendszer Az előbbiekből látható, hogy a multimédia rendszer nem mennyiségi, hanem minőségi tartalmú fogalom. A multimédiarendszer egy olyan számítógéprendszer, ami képes legalább egy statikus és egy folyamatos médium független feldolgozására. A médiumok függetlensége azt jelenti, hogy ezeket egy adott alkalmazás számára tetszőlegesen lehet kombinálni és vezérelni. A multimédiarendszerben multimédiaalkalmazások futnak. 12
13. oldal A multimédiaalkalmazások alkotóelemei - Szövegek - Állóképek, animációk - Hangok - Videófilmek - Videókonferencia-állományok 13
14. oldal Szöveg A szöveg a közlésre kerülő információ írásbeli megjelenési formája. A képernyőn megjelenő szöveg korlátlan ideig lehet a képernyőn, vagyis statikus, időfüggetlen, diszkrét információ. A szövegfájlok rövid állományok. Ilyenek a.txt, a.doc stb. kiterjesztésű állományok. 14
15. oldal Képek (1) Az állókép a közlésre kerülő információ grafikus megjelenési formája. A képernyőn megjelenő állókép korlátlan ideig lehet a képernyőn, vagyis statikus, időfüggetlen, diszkrét információ. A számítógép az állóképeket grafikus állományokban tárolja. A grafikus állományokban az állóképek különböző módszer szerint előállított formátumban találhatók. Bármilyen formátumot használnak, a grafikus állományok hosszú állományok. A hosszú állományok tárolása, mozgatása kezelése gondot okoz, ezért a grafikus állományokat tömöríteni szokták. 15
16. oldal Képek (2) A legelterjedtebb formátumok a BMP, TIF, EPS, GIF, JPG. A BMP, TIF és EPS nem tömörített formátum, míg a GIF és JPG tömörített formátum. A képekkel kapcsolatos fontos adat a képnek képpontban mért vízszintes és függőleges kiterjedése, valamint az egy képpontban használható színek száma. Az előbbi a kép mérete, az utóbbi a kép színmélysége. 16
17. oldal Animáció Az animáció állóképsorozat, amivel megfelelő sebességű lejátszás esetén mozgásszimulációt lehet megvalósítani. A mozgássimulációhoz 15 kép/s lejátszási sebesség elegendő. A képernyőn az animáció képei dinamikusan változnak, vagyis korlátozott ideig marad egy-egy kép a képernyőn, ezért az animáció időfüggő, folyamatos információ. A számítógép az animációkat különböző formátumú fájlokban tárolja. A legelterjedtebb formátumok az FLC és FLI formátumok. Az FLC formátumban a képekben 64 szín használható, míg az FLI formátumban 256 szín használata megengedett. Az animáció fájlok viszonylag hosszú állományok. 17
18. oldal Hang A hang a multimédiaalkalmazások hangos alapeleme. A számítógép hangszóróján megszólaló hang dinamikusan változik, ezért a hang időfüggő, folyamatos információ. A számítógép kétféle hangállományt ismer. Az egyik hangállomány fajtában a hangok digitálisan kódolt formában találhatók. Ezen hangállományok a WAV állományok. Az állomány mérete függ a digitalizálás paramétereitől, továbbá a csatornák számától. A WAV állományok viszonylag hosszú állományok. A másik hangállomány fajtában nem hangok, hanem szintetizátor parancsok találhatók. Az állomány lejátszásakor a parancsok vezérlik a szintetizátort, ami hangokat állít elő. Ezek a MIDI állományok. A MIDI állományok viszonylag rövid állományok, rövidebbek a WAV-nál. 18
19. oldal Videófilm A videófilm a szórakoztató elektronika egyik fontos eleme. A videófilm lejátszása mozgóképeknek és hangoknak az együttes megjelenítését jelenti. A videófilm képkockákból áll, ezeknek meghatározott időpontokban, periodikusan kell megjelenni a képernyőn, és korlátozott ideig maradnak ott. Ezért a videófilm időfüggő, folyamatos információ. A videófilm hangja is időfüggő, folyamatos információ. Ha a videófilm feliratos film, akkor a szöveg is időfüggő, folyamatos információ. A videófilmek nagyméretű állományok, melyeket tömöríteni kell. A legelterjedtebb tömörített formátumok az AVI, MPEG1, MPEG2 és MPEG4 formátum. 19
20. oldal Videókonferencia A videókonferencia számítógép segítségével megvalósított TV közvetítés, ahol a képeket és a hangot adatátviteli vonalon továbbítják más számítógép felé. Általában mindegyik helyszínen készül felvétel és történik lejátszás. A videókonferenciára érvényesek a videófilmre vonatkozó megállapítások, vagyis a videókonferencia folyamatos, időfüggő információ. 20
21. oldal A multimédiarendszerek alapvető jellemzői (1) Több médium megléte (2) Időfüggő és időfüggetlen médiumok (3) Egymástól független médiumok (4) Számítógépes integráció (5) Interaktivitás. 21
22. oldal Idődimenzió - Időfüggetlen (diszkrét) médium. Az információ egyedi elemek sorozata. Az információ időben korlátlanul feldolgozható. Időfüggetlen médium pl.: a szöveg és az állókép. - Időfüggő (folyamatos) médium. Az információ kezelése időkritikus, mert az adatok érvényessége és helyessége időbeli feltételektől is függ. Időfüggő médium pl.: a hang és a videó. 22
23. oldal Adatfolyamok Számítógéprendszerekben diszkrét és folyamatos médiumok adatait továbbítják. A továbbításhoz az adatokat egységekre bontják. Az egység neve: csomag. A csomagokat a forrás (adó) továbbítja a nyelő (vevő) részére. Az adatfolyam csomagok sorozata. Minden adatfolyamnak van időbeli jellemzője. Az időbeli jellemző az adatátviteli üzemmóddal kapcsolatos. A lehetséges adatátviteli üzemmódok az aszinkron, a szinkron és az izokron átviteli mód. 23
24. oldal Valósidejű rendszerek (1) A multimédiarendszer képes hangok és videófilmek megjelenítésére. Ezek folyamatos médiumok, melyekben lényeges az információnak előírt időben történő megjelenítése. Azok a számítógéprendszerek, melyekben lényeges az információknak az előírt időn belül történő feldolgozása, megjelenítése, továbbá lényeges a feldolgozás időigénye, valósidejű rendszerek. Valósidejű rendszerben csak azok a feldolgozási eredmények helyesek, melyek a kívánt időpontban rendelkezésre állnak. Feldolgozási hibát a hardver és szoftver mellett a késedelmes fel-dolgozás is okozhat. Egy valósidejű rendszernek a feldolgozás szempontjából garantált válaszidővel kell rendelkezni. 24
25. oldal Valósidejű rendszerek (2) A vezérlésben, folyamatszabályzásban használnak valósidejű rendszereket. Ezek a klasszikus valósidejű rendszerek. A klasszikus valósidejű rendszerekkel szemben támasztott elvárások: (1) Nagy hibatűrési igény (2) Tilos a garantált válaszidő túllépése (3) Véletlenszerűen jelentkező feldolgozási igények (4) Nagy teljesítmény szükséglet 25
26. oldal A multimédiarendszerekkel szemben támasztott követelmények (1) Hibatűrési igény kicsi (2) Elfogadható az időkorlátok esetenkénti túllépése (3) Periodikus feldolgozási igények, ezeket egyszerűbben lehet kielégíteni, mint a véletlenszerű eloszlásban jelentkező igényeket (4) A terhelés és a rendelkezésre álló feldolgozási kapacitás összeegyeztethető 26
27. oldal Multimédiarendszerek jellemzői: (1) Átbocsátóképesség: a folyamatos adatfolyamokban egy másodperc alatt továbbított bitek vagy bájtok száma. Mérőegysége: bit/s, Kb/s, Mb/s, illetve byte/sec, KB/s, MB/s. A K = 1024-gyel, az M = 1024 K-val egyenlő. (2) Késleltetés: lokális (a rendszer belső adatátvitel időtartama) és globális (a rendszerek közötti teljes átvitel időtartama). (3) Szórás: az egyes adatok megjelenésének feltételezett és tényleges időpontja között előforduló eltérések nagysága. (4) Megbízhatóság: a hiba előfordulás gyakoriságától és az előforduló hibák megszüntetésétől függő érték. 27
28. oldal Megbízhatóság (1) Egy nagy megbízhatóságú rendszer általában hibátlanul működik, ezt a rendszer szerkezete biztosítja. Ilyen rendszerben nincs hibaellenőrzés és hibajavítás. Az adatátvitelben előfordulnak hibák. Ezért az adatátviteli rendszerben van hibaellenőrzés és hibajavítás. A vevő az átvitt adatok helyességéről akkor tud meggyőződni, ha az adó hibaérzékelő adatokkal egészíti ki a továbbított adatokat. A hibaérzékeléshez viszonylag kevés adattal kell kiegészíteni a továbbított adatokat. 28
29. oldal Megbízhatóság (2) Ha a vevő adathibát észlel, akkor intézkedik a hibás adatok kijavításáról. Erre két lehetőség van: (1) A vevő kéri az adót a hibásan vett adatcsomag újbóli továbbítására. Ehhez az adó és a vevő között párbeszéd szükséges, továbbá idő kell a csomag újbóli továbbításához. (2) A továbbított adatok között vannak hibajavító adatok, melyekkel a vevő esetleg képes kijavítani a hibásan vett adatokat. A hibajavításhoz szükséges többlet adatmennyiség nagysága függ a javítható hibák számától. 29
30. oldal Adat és információ Adat: Minden érték, ami az adathalmazban, fájlban található. Információ: Az adatok által hordozott ismeret. Gyakran csak az adatok egy része hordoz ismeretet, a többi adat az ismeret szempontjából felesleges. Tömörítéskor eltávolításra kerülnek az információt nem hordozó, a felesleges adatok. Megfontolást igényel a felesleges adat fogalma. Vannak információt nem hordozó adatok, és vannak információt hordozó adatok. Az információt hordozó adatok egy része fontos ismereteket, másik részük kevésbé fontos ismereteket hordoz. Tömörítéskor először az információt nem hordozó adatok kerülnek eltávolításra. Veszteséges tömörítéskor eltávolításra kerülhetnek információt hordozó adatok is. 30
31. oldal Multimédia PC specifikációk A multimédiarendszerekben hatékony számítógépek és speciális perifériák szükségesek. A multimédiarendszerekkel kapcsolatos követelményeket a Multimédia PC specifikációk tartalmazták. 1990: Multimédia Personal Computer (MPC) specifikáció 1994: MPC2 specifikáció 1996: MPC3 specifikáció További MPC specifikáció nem készült, mert minden gyártott PC hatékony, multimédia célokra használható. 31
32. oldal MPC 3 specifikáció Processzor: 75 MHz-es Pentium vagy 100 MHz-es Pentium 256 KB Memória: min. 8 MB Merevlemez: min. 540 MB, ebből 500 MB legyen szabad CD ROM meghajtó: min. 4x sebesség Hangrendszer: mintavételi frekvencia 8; 11,025; 16; 22,05; 44,1 khz, kvantálási hossz 8; 16 bit, sztereó. OPL3 szintetizátor. Audio CD lejátszási lehetőség. 2 db hangszóró. Grafikus kártya: PCI interfész, legalább 32.768 szín színmélység Videó támogatás: közvetlen hozzáférés a képkocka pufferhez MPEG1 fájlok lejátszására. Soros port: 28 Kb/s átvitel, MIDI port (aszinkron) Szoftver: Windows 95 32
33. oldal Példa: egy MPEG1 fájl feldolgozása Az MPC3 specifikációk elavultak, de értelmezésük a multimédiarendszerek működésének megértését segítik. Egy MPEG1 videófilm lejátszásának ismertetésével értelmezzük az MPC3 specifikációkat. A multimédiarendszer feladatai: (1) Az MPEG1 fájl beolvasása a háttértárból. (2) A tömörített fájl kibontása. A tömörített fájlból megjeleníthető kép- és hanginformáció előállítása. (3) A kép- és hanginformáció megjelenítése. Az MPEG1 fájlban maximum 15 képkockából álló képcsoportok vannak. Egy képkocka mérete: 352 288 képpont, minden képpont 16 bit színinformációt tartalmaz. A videófilmben a képváltási frekvencia 25 Hz. A hangok digitalizálásánál a mintavételezési frekvencia 44.100 Hz, a kvantálási hossz 16 bit. 33
34. oldal Példa: képkocka, képcsoport méret Egy képkocka mérete: 352 288 [képpont] 16 [bit] 8 = 202.752 Byte Egy képcsoport mérete: 15 202.752 Byte = 3.041.280 Byte = 2.970 KB = 2,9 MB Egy képcsoport lejátszási ideje: 15 [képkocka] 40 ms = 600 ms = 0,6 s 34
35. oldal 0,6 s hosszú hangállomány mérete: Állományméretek 2 [csatorna] 44.100 Hz 16 bit 0,6 s = 211.680 Byte = 206,7 KB A memóriában kialakuló kép- és hangállomány mérete: 2.970 KB + 206,7 KB = 3.167,7 KB = 3,09 MB = 24,75 Mb Az MPEG1 fájlban a tömörítés 24,75 Mb 1,5 Mb = 16,5. A beolvasandó képcsoport (kép- és hangadatok) mérete: 3,1 MB 16,5 = 0,188 MB = 193,4 KB 35
36. oldal A számítógép működése Párhuzamos működés. Két memória tartomány a képinformációnak (K1, K2) illetve a hanginformációnak (H1, H2). Műveletek: (1) A tömörített információ beolvasása a gyorsítótárba. (2) A tömörített információ kibontása. A képinformáció elhelyezése a memória K1, a hanginformáció a memória H1 tartományába. (3) A képinformáció megjelenítése a memória K2 tartományából, a hanginformáció pedig a memória H2 tartományából. (4) A feladat megoldásához virtuális tárkezelés szükséges. 36
37. oldal Memória méret, adatsín sebesség Helyfoglalás a memóriában: (A) A Windows operációs rendszer a Médialejátszóval: 8 MB. (B) Az MPEG1 kibontó szoftver: 6 MB. (C) Adatok: 6,2 MB. 8 MB + 6 MB + 6,2 MB = 20,2 MB Adatmozgás az adatsínen: (i) Adatbeírás: 3,1 MB/0,6 s = 5,17 MB/s (ii) Adatmegjelenítés: 3,1 MB/0,6 s = 5,17 MB/s 5,17 + 5,17 MB/s = 10,34 MB/s Sínfoglaltság csak 25% lehet. Az igényelt átbocsátóképesség: 4 10,34 MB/s = 41,36 MB/s 37
38. oldal Merevlemez méret A példa szerinti MPEG1 fájl a merevlemezen található. 1 s hosszú tömörített állomány mérete: 193,4 KB/0,6 s = 322,3 KB/s = 0,314 MB/s 1 perc hosszú MPEG1 fájl mérete: 60 s 0,314 MB/s = 18,8 MB 38
39. oldal MPC3 értelmezés (1) Processzor: Gyors processzor szükséges. Gyorsítótár megléte ajánlatos. Memória: nagy memória ajánlatos. Monitor és grafikus kártya: SVGA, közvetlen memória hozzáférés, PCI busz. Adatbusz: mivel több mint 40 MB adatátviteli sebesség kell, PCI busz szükséges. Merevlemez: A videófájlok miatt nagy merevlemez kapacitás kell. CD-ROM meghajtó: Az MPEG1 fájlok miatt kétszeres sebesség kell. 39
40. oldal Képátmérő: 14", 15", 17", 19", 21" <. Monitorok Felbontás: A vízszintes és függőleges irányban megjeleníthető képpontok száma Képalkotási mód: Váltósoros (Interlaced) Sorfolytonos (Non interlaced) Csökkentett sugárzású monitor (Low Radiation). 40
41. oldal Grafikus kártyák Típusok: - EGA (320 200 vagy 640 350, 16 szín) - VGA (640 480, 16 szín) - SVGA (800 600, 65536 (64k) szín; 1024 768, 256 szín; 1280 1024, 256 szín) Megjeleníthető színek száma: A színek száma videómemória és felbontás függő. 4, 8, 16 bit színinformáció: 16, 256, illetve 64 K szín 3 8 bit színinformáció: 16 M szín (True Color) 41
42. oldal Grafikus kártya szabványok Kártya szabvány EGA VGA SVGA Felbontás képpont Videómemória Színmélység 320 200 64 KB 16 640 350 128 KB 16 320 200 256 KB 256 640 480 256 KB 16 800 600 1 MB 65 536 1024 768 1 MB 256 1280 1024 2 MB 256 42
43. oldal SVGA (VESA) szabvány - Szabványos SVGA üzemmódok ismertetése - Lehetőség a videómemória lapozására - Lehetőség a kép logikai szélességének beállítására - Videómód lekérdezés - Kép pozicionálás 43
44. oldal Színmélység Egy képponthoz tartozó színinformáció mennyisége határozza meg a képpontban megjeleníthető színek számát. A megjeleníthető színek száma a színmélység. Egy adott számítógépnél a színmélység függ a grafikus kártya összeállításától. A grafikus kártyán a videómemória tárolja a képpontok színinformációit. Minél nagyobb a videómemória, annál nagyobb helyen lehet a színinformációt tárolni. A színinformáció leggyakrabban képpontonként 1, 2, 4, 8, 15, 16 vagy 24 bit hosszú. 44
45. oldal Hangkártyák Csoportosításuk: Működési mód Kvantálási hossz szerint (8 bit, 16 bit, 32 bit) Mintavételi frekvencia szerint (11,025 khz - 44,1 khz) MIDI vezérlés (FM szintézis vagy hullámtáblázat használat) Mono ill. sztereo lejátszás Alaptípusok: Adlib SoundBlaster Roland-MT-32 45
46. oldal MIDI eszközök A MIDI (Musical Instrument Digital Interface) digitális hangszercsatoló interfész. Elektronikus hangszerek (MIDI eszközök), és a számítógép közötti adatcserét biztosítja. MIDI eszköz: MIDI billentyűzet (MIDI keyboard) szintetizátor dobgép, gitár effektuskeltő eszköz (teremhangzás, kórusgenerátor stb.) világítás, és egyéb színpadi eszköz Összekötés: MIDI csatlakozón MIDI kábelekkel. Adatátvitel: aszinkron 46
47. oldal Videóillesztő és overlay kártyák Feladatuk TV kép megjelenítése a monitoron. A TV és a számítógép eltérő képalkotási módja miatt vezérlés átalakítás szükséges. Valósidejű digitalizálás, A/D konvertálás. Másodpercenként 25-30 képkocka digitalizálása több MHzes mintavételezési frekvenciával. A színhűség miatt 24 bites színinformáció. Nagy mennyiségű adat. A buszrendszer nem elég gyors az adattovábbításhoz, a digitális képadatok csak az overlay kártya memóriájába kerülnek, ahonnan egyes képkockák elmenthetők. 47
48. oldal Kétféle optikai lemez: CD és DVD Optikai lemezek Az információrögzítés digitálisan, egy spirálison belülről kifele. Letapogatás lézer sugárral. CD lemez: egy oldalas egy rétegű. DVD lemez: egy oldalas egy rétegű, egy oldalas két rétegű, két oldalas egy rétegű, két oldalas két rétegű. Méret: 120 mm átmérő, 1,2 mm vastag 48
49. oldal CD lemez keresztmetszet Festék réteg Védőlakk réteg Tükröző alumínium réteg Lyuk Lyuk Sík Sík Polykarbonát hordozó 49
50. oldal CD-ROM meghajtók paraméterei A CD-ROM meghajtó csatlakozhat SCSI kártyához, IDE lemezmeghajtóhoz, speciális interfészhez vagy hangkártyához. Adatátviteli mód: CLV (Constant Linear Velocity) vagy CAV (Constant Angular Velocity) Egységnyi sebesség: CD-ROM lemez: 150 KB/s, tipikus sebességek: 24, 32, 40 CD-DA lemez: 176.400 Bájt/s = 172,2 KB/s Átlagos elérési idő: 200 400 ms, CLV adatátviteli mód esetén kisebb. 50
51. oldal A CD-ROM meghajtó optikai rendszere 51
52. oldal DVD lemeztípusok Egyoldalas egyrétegű: DVD5 Egyoldalas kétrétegű: DVD 9 Kétoldalas egyrétegű: DVD 10 Kétoldalas kétrétegű: DVD 17 52
53. oldal DVD meghajtók optikája DVD lemez CD lemez Optikai detektor Optikai detektor 53
54. oldal DVD-ROM meghajtó a PC-ben 54
55. oldal DVD-ROM meghajtók A DVD-ROM meghajtó csatlakozhat SCSI kártyához vagy IDE lemezmeghajtóhoz. Egységnyi adatátviteli sebesség: 1250 KB/s, lehetséges sebességek: 1, 2, 3, 4. Átlagos elérési idő: 200-400 ms. 55
56. oldal Állománykezelés az optikai lemezeken Állománykezelés a CD lemezeken: A merevlemezekhez hasonlóan a CD lemez belső sajátosságainak figyelembevételével. Egy fájl elérése a tartalomjegyzéken keresztül. Állománykezelés a DVD lemezen: Új állománykezelés a DVD lemezek egyedi belső szerkezete miatt. Állománykezelő rendszer: UDF/ISO 9660 hídforma Jellemzői: - nincs 8.3 név konvenció; - a név 256 karakter hosszú lehet; - a névben keverhető a kis- és nagybetű; - nincsenek tiltott karakterek, - használhatók a nemzeti karakterek; - az állomány több különálló részben tárolható. 56
57. oldal Állománykezelés a DVD lemezeken A DVD lemezen két fajta információ: - navigációs információ: a lemezen található állományokra mutat, (a FAT tábla bejegyzéseihez hasonló feladatokat lát el); - megjelenítési információ: az adatok. A Windows 95 nem tudja, a Windows 98 már tudja kezelni a DVD előírások szerint előállított lemezt. 57
58. oldal Az optikai lemezek szerkezete CD DVD 58
59. oldal Az optikai lemezek műszaki adatai CD DVD Külső átmérő 120 mm 120 mm Belső átmérő 46 mm 46 mm Lemez vastagság 1,2 mm 2 0,6 mm Lyukak hossza 0,83 μm 0,4-0,44 μm Tároló kapacitás 740 MB 4,7-17 GB 59
60. oldal Az optikai lemezek informatikai szerkezete Az optikai lemezek tárolt információ letapogatása közben lehetnek hibák. Csak valósidejű hibajavítás lehetséges. A letapogatott információban biztosítandók hibaérzékelő és hibajavító adatok. Az optikai lemezek elejére olyan információkat kell elhelyezni, amiből a meghajtó meg tudja állapítani, hogy a letapogatásra kerülő lemezen milyen információszerkezet lesz található. Az egyes lemezfajták információszerkezetét a szabványkönyvek taglalják. 60
61. oldal CD szabványkönyvek Rainbow Books: A Sony és a Philips cég által közösen kidolgozott szabványok. - Red Book: 1982, CD-DA (1991-ben a CD+G, míg 1996-ban a CD Text specifikációk) - Yellow Book: 1984, CD-ROM (1991-ben a CD-ROM XA) - Green Book: 1987, CD-I - Orange Book: 1990, CD-R, CD-MO, CD-RW - White Book: 1993, Video CD (1995-ben és 1997-ben továbbfejlesztve, majd 1998-ban SVCD) 61
62. oldal Információtárolás CD lemezeken Információtárolás szektorokban. A tárolt információ felhasználása: Lead In (Bevezetés): CD lemez adatok: sávok száma, sávok kezdetének, végének a címe stb. Table Of Content (TOC) (Tartalomjegyzék): A lemezen található fájlok adatai (kezdőcím, méret stb.) Programterület: Felhasználói adatok Lead Out (Kivezetés): Lemez, szekció végjel 62
63. oldal CD-DA szektorstruktúra 1/75 másodperc Hanginformáció EDC/ECC EDC/ECC CB 2352 B 392 B 392 B <98 B> 3234 B Hibajavítás: Egyszintű CIRC (Cross Interleaved Reed-Solomon Code) EDC: Hibaérzékelő kód (Error Detection Code) ECC: Hibajavító kód (Error Correction Code) CB: Vezérlő bájt (Control Byte) 63
64. oldal A CD-DA lemezek informatikai szerkezete: A CD-DA lemezen az információ CD-DA sávokban helyezkedik el. A CD- DA sáv szektorokból áll. Egy szektorban található összes adat 3234 B, ebből 2352 B (72,7%) hangadat, 882 B (37,3%) pedig hibaérzékelést és hibajavítást szolgáló adat. 1 másodperc alatt 75 szektor, 1 perc alatt 4500 szektor kerül beolvasásra. 74 perc alatt beolvasott szektorok száma: 74 4500 = 333.000 szektor, ebben 1.076.922.000 B adat van. Ebből csak 783.216.000 B felhasználói adat (72,7%). 64
65. oldal CIRC hibajavítás: keresztkódolás A keresztkódolás azt jelenti, hogy az információt hordozó jelsorozatot úgy helyezik el a lemezen, hogy ha az olvasáskor a jelsorozat egyik bitje hibás, akkor ez egyrészt megállapítható, másrészt kijavítható legyen. Ennek érdekében a szektorokban található információt 32 B hosszú blokkokra bontják, és a blokkokat egy vezérlőbájttal kiegészítve tárolják a lemezen. A lemez megbízható letapogatása érdekében (az olvasási hibák felderítésére és kijavítására EDC (hibaérzékelő kód) és ECC (hibajavító kód) kóddal egészítik ki a szektorokat. 65
66. oldal CIRC hibajavítás: átszövés (interleave) A lemezre a blokkokat nem folytonosan, hanem valamilyen algoritmus szerint kevert sorrendben írják fel. Csoportos hiba esetén az átszövés visszaalakítása után a hibás blokkok egymástól távolra kerülnek. Eredeti adatsorrend 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Sorrend átszövés után 1 5 2 9 6 3 0 10 7 4 11 8 Csoportos hiba Csoportos hiba olvasáskor 1 5 2 9 6 3 xx xx xx xx 11 8 Hibás adategységek xx 1 2 3 xx 5 6 xx 8 9 xx 11 66
67. oldal 1. szintű hibajavítás Hibajavítást a beépített redundancia teszi lehetővé. Nyers hibaarány (BER) a lemezen: 10-5 -10-6, azaz 1 hiba minden 10 6 bitre Hibaarány hibajavítás után: 10-9, azaz 1 hiba minden 10 9 bitre Blokk hibaarány (BLER): 220 blokk hiba/sec 1 sec alatt beolvasott blokkok száma: 75 98=7350 blokk 220 hibás blokk, az 3%-os hibaarány (elég sok). Egy CD-DA lemezen elvileg 783.216.000 B, azaz 6.265.728.000 bit található, ezért hibajavítás után is maradhat a lemezen hiba. 67
68. oldal Adatkódolás A lemezen rögzített információnak változatosabb kódot biztosít az EFM (Eight to Fourteen Modulation). Olvasáskor a letapogatott jel nagyobb frekvenciás jellé változik. 8 bit 14 bit + 3 összekötő bit = 17 bit 14 2 = 16.384 variáció közül azokat használják, melyekben legalább 3 darab, de legfeljebb 11 darab "0" található. A variációk száma 267, közülük 256-ot használnak. 68
69. oldal CD-DA lemez technikai adatok Egy szektorban 3.234 B található, amit bájtonként 17 csatornabit rögzít a lemezre. Egy szektort 17 3.234 = 54.978 csatornabit alakít ki. Egy szektorban 2.352 adatbájt található, amit 8 2.352 = 18.816 csatornabit alakít ki. A lemezen tárolt információnak 18.816 54.978 100 = 34,2%-a felhasználói adat. A hibaérzékelés és hibajavítás miatt az adathalmaz nagyon redundáns. 69
70. oldal CD-ROM szektorstruktúrák 2352 B 882 B Szinkron Fejléc Felh. adatok EDC Üres ECC EDC/ECC EDC/ECC CB 12 B 4 B 2048 B 4 B 8 B 276 B 392 B 392 B 98 B CD-ROM Mode 1 2352 B 882 B Szinkron Fejléc Felhasználói adatok EDC/ECC EDC/ECC CB 12 B 4 B 2336 B 392 B 392 B 98 B CD-ROM Mode 2 Hibajavítás: Kétszintű CIRC (Cross Interleaved Reed-Solomon Co-de) 70
71. oldal CD-ROM lemez informatikai szerkezet A CD-ROM lemezen az információ CD-ROM Mode 1 vagy CD-ROM Mode 2 sávokban helyezkedik el. Egy lemezen belül a sávok nem keverhetők. A sávokban szektorok vannak. Egy szektorban található összes adat 3234 B, ebből 2048 B (Mode 1), illetve 2336 B (Mode 2) felhasználói adat. 1170 B (Mode 1), illetve 882 B (Mode 2) hibaérzékelést és hibajavítást szolgáló adat. A lemezen 333.000 szektor lehet, amiben 1.076.922.000 B van. Ebből felhasználói adat 681.984.000 B (Mode 1) (63,3%), illetve 777.888.000 B (Mode 2) (72,2%). 71
72. oldal CD-ROM lemez adatkódolása és hibajavítása Adatkódolás: A CD-DA lemezhez hasonló EFM moduláció. Hibajavítás: Keresztkódolás és átszövés a CD-DA lemezhez hasonló. Az 1. szintű hibajavítás után maradhatnak a lemezen hibák. Ez a CD-ROM lemeznél esetenként megengedhetetlen. A megmaradó hibákat a 2. szintű hibajavítással javítják. A 2. szintű hibajavítás után a hibaarány 10-11 értékre csökken, azaz minden 100 milliárd bitre esik egy hiba. A CD-ROM Mode 1 lemezen 1.076.922.000 B = 8.615.376.000 bit van, ezért Mode 1 sáv használat esetén a hiba előfordulásának valószínűsége 8.615.376.000 10 11 = 8,615%. 72
73. oldal CD-ROM lemez technikai adatok Egy szektorban 3.234 B található, ezt bájtonként 17 csatornabit rögzíti a lemezre. Egy szektort 17 3.234 = 54.978 csatornabit alakít ki. Mode 1 sáv: Egy szektorban 2.048 B adat található, amit 8 2.048 = 16.384 csatornabit alakít ki. A lemezen tárolt információnak 16.384 54.978 100 = 29,8%-a felhasználói adat. A nagyobb redundancia miatt kevesebb a hiba. Mode 2 sáv: Egy szektorban 2.336 B adat található, amit 8 2.336 = 18.688 csatornabit alakít ki. A lemezen tárolt információnak 18.688 54.978 100 = 34%-a felhasználói adat. A CD-DA lemezhez hasonló redundancia. 73