Ce cours te plaît?Ces supports, pour accéder aux données mémorisées, utilisent le principe du réfléchissement de la lumière. A la suite de cette section, sera traité le support optique le plus utilisé: le Compact Disc. Avant de poursuivre, donnons deux définitions concernant la vitesse de rotation des supports que nous verrons plus tard.
CAV (Constant Angular Velocity): (en français: Vitesse Angulaire Constante) dans ce cas, le disque sur lequel sont mémorisées les données tourne à une vitesse constante, ce qui permet d'accéder rapidement aux données; en revanche, le disque ne peut utiliser efficacement l'espace disponible pour la mémorisation. En effet, les données sont disposées le long de circonférences concentriques du disque; pour que la tête lise, dans une unité de temps donnée, toujours le même nombre de données, il sera nécessaire de graver moins de données dans les circonférences périphériques et d'avantage à l'intérieur (les disques durs des ordinateurs utilisent cette modalité)
CLV - Constant Linear Velocity (en français: Vitesse Linéaire Constante): dans ce cas, la distribution des données n'a pas besoin d'être constante vu que la vitesse de rotation varie en fonction de la position de la tête (le Compact Disc utilise cette modalité pour la lecture des données mémorisés): les données seront donc distribuées uniformément sur toute la surface du support
Format des données en modalité CLV
Le support est gravé en utilisant un rayon laser qui produit des fosses (en anglais: pits) sur la superficie; les parties qui ne sont pas gravées prennent le nom de terres (en anglais: lands). La distribution de la gravure suit le cheminement du signal numérique à mémoriser. En particulier, une transition de terre à fosse (et vice-versa) correspond au symbole 1 tandis que l'absence de transitions correspond au symbole 0. La figure suivante illustre cette situation:
Gravures sur un support optique
La profondeur des fosses est égale à λ/4 où λ est la longueur d'onde du laser. De cette façon, l'onde qui pénètre à l'intérieur d'une fosse, et en est reflétée, accomplit un parcours égal à λ/2 (2*λ/4) et ceci signifie inversion de phase, donc l'onde réfléchie annule l'onde incidente. Quand, en revanche, l'onde incidente rencontre une terre, elle est tout simplement réfléchie. De cette façon sont reproduits les deux états 1 et 0 à travers la présence ou non d'une onde réfléchie. La lecture du support optique se fait donc à travers un rayon laser envoyé sur la surface du support et d'où l'onde réfléchie est mesurée au moyen d'un photodiode[44 ]:
Lecture des données sur un support optique
Les données sur le CD sont distribuées sur une piste unique à spirale qui part du centre du CD même. Comme déjà dit, la vitesse de rotation est de type CLV. Les vitesses maximum et minimum sont les suivantes:
Interne: 500rpm
Externe: 200rpm
La largeur de la piste à spirale est de 0.6μm. alors que la largeur des fosses qui sont gravées est de 1.6μm.
La tête optique qui lit (et écrit) le (sur le) CD doit se trouver exactement sur la verticale à la superficie sur laquelle sont disposées les données. Il est possible, vu les dimensions réduites en jeu, que cet alignement ne soit pas parfait, ce qui ne permet pas une lecture correcte des données. Ceci advient soit parce que la piste des données se déplace légèrement par rapport à la verticale, soit parce que tout le disque peut s'incliner pour une raison quelconque, nuisant à l'alignement. Dans ce but, deux systèmes de corrections ont étés mis au point pour adapter au fur et à mesure le pointage du laser sur la piste des données. Ces systèmes effectuent une poursuite correcte de l'alignement, donc en emploiera le terme "poursuite" comme traduction de référence du terme anglais "tracking".
Horizontal Tracking: (dans la pratique on ne trouve pas un véritable équivalent de ce terme qu'on peut traduire par: Poursuite horizontale). Ce type de tracking intervient quand la piste des données se déplace de la verticale du laser. On l'obtient en ajoutant deux rayons laser latéraux au laser central. L'intensité de la réflexion des lasers latéraux est constamment contrôlée et doit se maintenir constante; quand le disque se déplace, la tête se déplace en conséquence jusqu'au rétablissement correct de l'alignement.
Exemple de poursuite horizontale
Vertical Tracking: Poursuite verticale. Ce type de poursuite intervient quand tout le disque s'incline. Cette situation est contrôlée grâce à deux autres rayons laser qui s'entrecroisent:
Exemple de poursuite verticale
Si une inclination du disque intervient, la tête se déplace en conséquence jusqu'au rétablissement correct de l'alignement.
Son procédé est très coûteux et comporte de nombreuses phases de travail que nous allons décrire. Le processus de copiage d'un CD, effectué avec un ordinateur pourvu de graveur, est totalement différent et incomparable du point de vue de la qualité. Les CD gravés (au moyen d'un laser) obtenus comme copie d'un CD original ont une qualité bien inférieure. Ceci dit, voyons en détail les différentes phases du procédé de fabrication du CD en se référant à la figure suivante:
Procédé de fabrication d'un CD
Un disque en matériel plastique est poli
Le disque est revêtu d'un matériel photorésistant, autrement dit, qui permet la gravure à l'aide d'un rayon laser
La couche externe du disque est gravée avec un rayon laser qui traduit en signaux optiques les données relatives au signal sonore à mémoriser
La couche externe est gravée par le laser et par la suite nettoyée
Le master ainsi obtenu, appelé disque matrice, est recouvert d'une couche d'argent
On ajoute par-dessus une couche de nickel
Le master ainsi obtenu est appelé père et c'est une copie négative. Celle-ci est utilisée pour créer un master positif (mère) fait de nickel et d'argent
A partir du master mère sont reproduites les sous-matrices
Chaque sous-matrice fait office de master pour la fabrication en série des CD communs qui sont gravés par pression puis recouverts d'une couche d'aluminium afin d'assurer une bonne réflexion. Les sous-matrices sont expédiées dans le monde à chaque filiale de la chaîne de distribution qui sera en mesure d'imprimer ses propres CD.
On ajoute une dernière couche de policarbonate pour protéger la surface du disque des égratignures et oxydations. Cette couche fait aussi fonction de loupe au laser qui lit les incisions existant sur le disque. Cette phase est effectuée localement dans chaque filiale et consiste en une vraie et propre impression des CD destinés à la distribution au détail.
Les données sont mémorisées sur CD dans un format précis où elles sont subdivisées en trois sections:
Lead In: se trouve dans la partie la plus interne du disque et contient une description des pistes existantes, comme leur numéro, leur durée, la durée totale du disque
Data Block: ce sont en fait les échantillons qui constituent le signal numérique, et qui transportent l'information sonore vraie et propre
Lead Out: consiste en une série de bit qui indiquent la fin du CD
La section Data Block contient comme déjà dit les données relatives au signal sonore mémorisé. L'organisation des données est plutôt élaborée, ceci pour atteindre différents buts. Voyons-les en détail. Tout d'abord, le flux des bit en est étendu vu que le système laser ne permet pas de transitions trop proches entre les deux états (0 et 1). Donc, chaque mot de 8 bit est converti en un mot de 14 bit à l'aide d'un algorithme défini comme modulation 8-14. Il est appliqué soit en phase d'écriture (codage) qu'en phase de lecture (décodage) de manière à réduire la fréquence des transitions. Les données à mémoriser (avant l'application de l'algorithme qui vient d'être cité) sont subdivisées en frames (sections). Les 8 premiers bit de chaque frame restent à la disposition du fabricant pour l'insertion des données relatives à la piste (tels que son numéro, sa durée). Par la suite sont introduits dans le frame 6 échantillons sonores, 3 pour la voie de gauche et 3 pour celle de droite (autrement dit 6 x 16 bit de quantification = 96 bit). Enfin, sont ajoutés les bit de parité[45 ].
Un frame a généralement la forme suivante:
Organisation des données dans un frame
Les données sont distribuées le long d'une spirale, non pas de manière séquentielle mais morcelées en diverses zones du disque. Ce qui fait que les données relatives à un morceau musical (piste) sont disséminées sur différentes parties du disque. Si un grain de poussière, ou autre, empêche la lecture des données à un point spécifique, ces mêmes données seront partiellement disponibles ailleurs sur le CD et donc il sera possible de les récupérer. De cette façon le dommage en est diminué. On appelle CIRC (Cross Interleaving Reed-Solomon Code) ce système de distribution de données.
La lecture d'un CD est une opération sujette à divers problèmes, comme la poussière, les égratignures, les soubresauts du disque. Toutefois, quand on écoute un CD poussiéreux ou endommagé, on ne s'aperçoit pas toujours des dégradations du son (alors qu'elles y sont; sauf que pour s'en apercevoir on a besoin d'une chaine hi-fi adéquate et d'une écoute attentive). Ceci est possible grâce à un système de correction d'erreurs présent dans les lecteurs de CD qui calcule de nouveau les échantillons manquants d'une série, en incluant des échantillons qui devraient ressembler aux originaux. Si, par exemple, dans une série il manque un échantillon, son ampleur peut être calculée comme la moyenne de l'échantillon précédent et suivant. Il va de soi que plus il manquera d'échantillons et plus leur reconstitution sera approximative. Quand on ne peut pas effectuer un calcul, à cause du manque de trop d'échantillons, le lecteur de CD produit un silence jusqu'à ce que la lecture ne soit correctement reprise.
Le même support CD est utilisé pour la mémorisation de plusieurs types de données, y compris les données sonores. Les détails de chaque format sont contenus dans des documents de référence officiels qu'on appelle Rainbow Books (en français: livres arc-en-ciel). Chaque livre est identifié par une couleur et définit les spécifications relatives à un type de format. Voyons-les en détail:
Red Book
CD Audio: certaines des spécifications sont le codage égal à 16 bit de quantification de type PCM et la fréquence d'échantillonnage égale à 44.1KHz
CD+G: employés pour le Karaoke. Ils permettent d'incorporer le texte des morceaux au sein des données sonores
Yellow Book
CD-ROM: CD destinés à la mémorisation des données sous divers formats (audio, vidéo, texte, images). Un des paramètres défini par le standard en est la capacité fixée à 650MB
CD-ROM XA (eXtended Architecture): les données sont distribuées sur disque à la manière du code CIRC, comme vu précédemment appliqué aux CD-Audio
Green Book
CD-I: il s'agit de CD interactifs contenant des informations sous divers formats (audio, vidéo, images)
Sony PlayStation: pour les jeux de la fameuse console
Orange Book
Photo CD: c'est un format mis au point par Kodak pour la mémorisation des images photographiques
CD-R: Compact Disc Recordable, Il s'agit de CD sur lesquels on peut écrire les données une fois seulement
White Book
Video CD: supports servant à la mémorisation de films en format compressé MPEG
LaserDisc: supports servant à la mémorisation de films. Leur dimension est de 12". Il permet d'utiliser le système Dolby Prologic.
Blue Book
Enhanced Music CD: souvent appelé seulement CD-Enhanced, CD-Extra ou tout simplement CD-Plus ou CD+. Le CD Enhanced Music est un CD à deux sessions. La première contient les données sonores telles qu'elles sont définies par le standard des CD audio (Red Book), la deuxième contient des données (Yellow Book). Ainsi, sur le même CD, outre les données sonores, toutes autres sortes de données peuvent être mémorisées[46 ]
Celui-ci est un genre de disque optique dont le fonctionnement ressemble à celui des CD communs, possédant une capacité de données beaucoup plus grande (8.5GB équivalant à 13 CD). Un disque DVD est composé de 4 couches principales: une couche épaisse en policarbonate sur laquelle s'appuient les autres couches. Au-dessus de celle-ci une autre couche plus fine, opaque, composée de matériel réfléchissant. De nouveau au-dessus de cette dernière, se trouve une couche légère et transparente et, enfin, une couche de protection en plastique. Fosses et terres (pits et lands) se trouvent sur les deux couches intermédiaires avec la différence par rapport au CD que les fosses ont une dimension inférieure, ce qui permet d'entasser davantage d'informations sur le support. C'est pour cette raison que le rayon laser utilisé pour l'écriture et la lecture des données a une longueur d'onde inférieure à celle utilisée pour les CD.
Le DVD, dans le contexte sonore est efficacement utilisé pour la reproduction audio-vidéo des évènements live. Pour le codage du son, le format Dolby Digital [Dolby Digital 5.1 ] est utilisé avec diverses configurations comme le surround 5.1 et le simple format stéréo 2.0. Ledit format emploie l'algorithme de compression AC-3 et ne permet donc pas une reproduction sonore de qualité supérieure, même si la différence est seulement appréciable en utilisant des chaînes d'écoute également de très bonne qualité, et naturellement une oreille entraînée.
Le format DTS [Digital Theatre System (DTS) ] est parfois est utilisé, ce qui permet une meilleure séparation des voies et une meilleure qualité de la compression.
On voudrait ajouter que le DVD est efficacement utilisé pour la reproduction des opéras lyriques, où les sous-titres font fonction de Livret permettant de jouir pleinement de la beauté qui y est contenue.
Ce type de support optique a été proposé en 2002 par Sony pour la mémorisation de vidéos de qualité supérieure. Il utilise un laser de type bleu-violet (d'où son nom) avec une longueur d'onde (de 405nm) inférieure à celle des lecteurs DVD (laser de couleur rouge avec une longueur d'onde égale à 650nm) et donc en mesure d'interpréter terres et fosses [Supports optiques ] de dimensions inférieures. Ceci consent la mémorisation d'une plus grande quantité de données sur le support, ayant les mêmes dimensions physiques du CD et du DVD.
Il existe plusieurs types de Blu-ray disc ayant diverses dimensions. L'espace disponible pour la mémorisation des données est moyennement autour des 50GB, toutefois la technologie étant en évolution permet des rayons laser à longueurs d'onde inférieures et un nombre supérieur de couches sur le support. Il existe déjà plusieurs prototypes en mesure de mémoriser des quantiés de données de loin supérieures.
Du point de vue de l'audio, l'intérêt pour ce support réside dans le fait qu'il est possible de disposer des pistes audio en format non compressé. Toutes les pistes du 5.1 sont disponibles en format PCM, 48K/24 bit, autrement dit d'une qualité bien supérieure à celle des CD.
La PlayStation 3 a été le premier appareil à utiliser cette technologie sur large échelle.
[44 ] Le photodiode est une composante électronique en mesure de produire un courant quand il est investi par un faisceau de lumière (photons).
[45 ] Le contrôle de parité sert à vérifier l'intégrité d'une séquence de bit. On l'effectue en ajoutant à la fin d'une séquence de bit une série de bit de contrôle supplémentaires. Supposons par exemple d'envoyer les 3 byte suivants:
00100101
11100100
01001010
Si on effectue la somme binaire sur les colonnes, on peut calculer si le résultat est pair ou impair et l'indiquer par un autre bit. Par exemple, la première colonne partant de gauche est 010, donc la somme donne un résultat impair que nous indiquerons avec 1. En suivant le même procédé, on aura pour chaque colonne les 8 bit de parité suivants:
10001011
A la réception, les bit de parité sont confrontés avec les byte reçus et si la condition de parité n'est pas vérifiée, une erreur se révèle: on demandera alors une nouvelle expédition de la séquence de byte erronée. Ce genre de contrôle est réalisé de façon plutôt rapide et simple, même s'il ne garantit pas l'exactitude des erreurs relevées. En ajoutant d'autres bits de contrôle on peut réaliser des algorithmes plus sophistiqués qui permettent jusqu'à la correction des erreurs.
[46 ] Il sera possible d'écouter la musique en insérant le CD dans un lecteur de CD-Audio, tandis qu'en insérant le même CD dans un lecteur d'ordinateur, il sera possible d'accéder à la partie du CD où sont mémorisées les donnés.
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Format des données en modalité CAV