CD-DA又叫雷射數字唱盤，用來存儲數字音頻信息，如音樂歌曲等。早期，Philips公司、SONY公司希望用CD來保存數字高保真音樂，為此制定的標準稱為Compact Disc-Digital Audio標準，簡稱CD-DA標準（CD-Audio Book）。符合這個標準的光碟都標有“Digital Audio”的標識。正式標準定義在1982年發布的紅皮書(Red Book)中，包括定義了CD的尺寸、物理特性、編碼方式、錯誤校正等。
基本介紹
- 中文名：雷射數字唱盤
- 外文名：Compact Disc-Digital Audio
- 開發商：飛利浦（Philips）/索尼（Sony）
- 發行商：飛利浦（Philips）/索尼（Sony）
- 發行時間：1979年
- 光碟直徑：120mm
- 記錄時間：74min
歷史,原理,
歷史
1979年，飛利浦（Philips）和索尼（Sony）結盟聯合開發CD-DA(Compact Disc-Digital Audio,精密光碟數字音頻）標準。飛利浦（Philips）已經是開發了商業的雷射唱盤播放器，索尼（Sony）旗下則有十幾年的數字記錄技術研究經驗。當它們就規範單一的音頻技術進行協定時，這兩個公司陷入了爭吵——這就引入了潛在的不兼容的音頻雷射盤格式。
飛利浦（Phlipis）主要進行物理設計，它設計的CD類似於先前生產的雷射唱盤，盤上的凹陷(pit)和平地(land)可以通過雷射讀取；索尼（Sony）則主要進行數模電路的設計，特別是數字編碼和糾錯碼設計。
1980年，這兩個公司發布了CD-DA標準，就是今天所說的紅皮書標準（因發布文檔的封面為紅色而得名）。紅皮書包括記錄、採集以及今天仍然使用的120mm(4.72英寸）直徑物理格式等規範。據說確定這個光碟尺寸是因為它可以容納在沒有中斷情況下大約70分鐘的貝多芬第九交響曲的全部內容。
該規範發布以後，這兩家公司競相推出第一款商用CD音頻驅動器。由於索尼（Sony）在數字電路方面有豐富的經驗，在與飛利浦（Phlipis）競爭了一個月以後最終取勝，並於1982年10月1日推出了CDP-101播放器和世界上第一個CD唱片——Billy Joe的52nd Street專輯。該播放器首先在日本上市，然後是歐洲，直到1983年初才打入美國市場。1984年，索尼（Sony）又推出了第一個可移動攜帶型CD播放器。
原理
CD唱盤是CD家族的第一個成員，其標準是其他CD標準的基礎。聲音是一種連續變化的模擬量，傳統上採用模擬的方式記錄。CD-DA克服了模擬唱盤的弱點，採用數字方式記錄聲音信息。基本方式如下：
（1）採樣、量化
把模擬的聲音信號通過採樣、量化轉換成數位訊號。
（2）編碼
所謂編碼，就是在有用數據中加入一定的糾錯、同步和控制數據。在數據回放時，可以根據所記錄的糾錯數據判別讀出的聲音數據是否有錯，如在一定範圍內有錯，可加以糾正。CD-DA採用差錯校驗碼CIRC，用來檢測和糾正因CD表面的劃傷或灰塵產生的差錯。
在CD-DA中，立體聲有兩個聲道（左右聲道），因此每次採樣有2個16位（bit）的樣本，分別組成2個8位位元組（byte）。6次採樣共24位元組組成一幀（frame），左右聲道各12位元組。紅皮書定義98幀構成1節（Section），也稱為1個扇區（Sector）。
44.1×1000×2×(16÷8) = 176400位元組/秒
1秒鐘所需要的幀數為
176400÷24= 7350幀/秒
1秒鐘所需要的扇區數為
7350÷98=75扇區/秒
換言之，每一扇區長度為1/75秒，包含2352位元組數字音頻數據。
每幀除左右聲道音頻數據（audio data）外，還包括：3位元組同步信號（SYNC），1位元組控制和顯示子碼（subcode/control and display），4位元組Q錯誤校驗碼，以及4位元組P錯誤校驗碼（表11-02-1）。
CD-DA的一幀
同步位不再經EFM（Eight-fourteen Modulation）調製，本身就是通道碼。具體的碼字是：
任何數據經EFM調製後都不會出現與同步碼字相同的碼。子碼主要提供盤地址信息。Q校驗碼和P校驗碼都採用RS（Reed-Solomon，里德-索洛蒙）碼，其中P校驗是由(32，28)RS碼生成的校驗碼，Q校驗是由(28，24)RS碼生成的校驗碼。
每個扇區所含音頻數據量為98×24=2352（位元組）：
一個扇區所含音頻數據 |
2352位元組 |
紅皮書還規定在2352位元組的音頻數據中添加兩層錯誤檢測和錯誤校驗碼（EDC/ECC，error detection and error correction code）。CD-DA在錯誤防護的前兩層利用交叉插入的里德-索洛蒙編碼（CIRC，Cross Interleave Reed-Solomon Code）。如果光碟被擦傷或沾上灰塵而使雷射無法讀數據，CD播放器就使用該CIRC重新形成音樂。
紅皮書規定CD-DA的編碼採用EFM。CD-DA的一幀36位元組，除幀同步3位元組外，其餘用EFM編碼；每一個域還要附加3個合併位（3 merge bits）。因此CD-DA一幀的通道位數是588（表11-02-2）。
一幀數據的通道位數
編號 | 欄位名稱 | 通道位數 | 合計 |
(1) | 同步位(SYNC) | 24+3 | 27 |
(2) | 子碼(Subcode) | 1×(14+3) | 17 |
(3) | 左聲道數據(Data) | 12×(14+3) | 204 |
(4) | Q校驗碼 | 4×(14+3) | 68 |
(5) | 左聲道數據(Data) | 12×(14+3) | 204 |
(6) | P校驗碼 | 4×(14+3) | 68 |
合計 | 588 |
紅皮書規定，CD上的音頻數據存放在一個或多個光道（tracks）上。每一光道通常是一首歌曲。一張標準CD-DA上最多可以有99條光道。一條光道可包含若干扇區。
紅皮書不僅定義了如何將音頻存儲在CD上，還定義了一種將圖信息加在CD上的方法。這種類型的光碟通常稱為CD+G光碟，或"CD plus graphics"光碟。在一張74分鐘的紅皮書標準光碟的子碼（通道R~W）里大約可以存儲16MB的圖（用戶數據）。
編碼後的數據再經調製轉換成通道碼以確定光碟上凹痕和凸痕的長度。光碟記錄時音頻數據、控制和糾錯碼分別記錄在不同的光道上。這也稱紅皮書（Red Book）或Mode 0規格。一張CD唱盤理論上可容納約74分鐘的立體聲音樂信號。CD唱盤的成功，使它很快取代了普通留聲機及密紋唱片。
紅皮書的部分內容匯總在表11-02-3中。
所有的光碟格式都是以CD-Audio格式為基礎而發展的。
雷射唱盤標準摘要
光碟 | |
播放時間 | 74分鐘 |
旋轉方向 | 順時針(從讀出表面看) |
旋轉速度 | 1.2m/s~1.4m/s (恆定線速度) |
光道間距 | 1.6 μm |
碟片直徑 | 120 mm |
碟片厚度 | 1.2 mm |
中心孔直徑 | 15 mm |
記錄區 | 46 mm～117 mm |
數據信號區 | 50 mm～116 mm |
材料 | 折射率為1.55的任何材料 |
最小凹坑長度 | 0.833 μm (1.2m/s)～0.972 μm (1.4m/s) |
最大凹坑長度 | 3.05 μm (1.2 m/s)～3.56 μm (1.4 m/s) |
凹坑深度 | ~0.11 μm |
凹坑寬度 | ~0.5 μm |
光學系統 | |
雷射波長 | 780 nm (7 800 埃) |
聚焦深度 | ± 2 μm |
信號格式 | |
通道數 | 2個 |
量化 | 16位線性量化 |
44.1 kHz | |
通道位速率 | 4.3218 Mb/s |
數據位速率 | 1.9409 Mb/s |
數據：通道位 | 8:17 |
錯誤校正碼 | CIRC(Cross Interleave Reed-Solomon Code) |
調製方式 | EFM(Eight-to-fourteen Modulation) |
