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Datenformat [Bearbeiten]
Die Audiodaten werden mit einer Abtastrate von 44,1 kHz, 16-Bit-Samples (little endian) und 2 Kanälen (erst links, dann rechts) aufgezeichnet; die Datenrate einer Audio-CD liegt daher bei 1.411.200 bit/s.
Die Bandbreite einer Audio-CD liegt bei 5 Hz bis 20 kHz, der Dynamikumfang bei 96 dB. Dabei ist das rekonstruierte analoge Audiosignal bei entsprechender Implementierung des Digital-Analog-Umsetzers prinzipiell vollständig von der Qualität des Datenträgers abgekoppelt, solange die Nutzdaten fehlerfrei zur Verfügung stehen.
Die Daten werden in Frames gespeichert (auch "Mini-Frame" genannt). Jeder Frame enthält 33 Bytes. Davon sind 24 Byte Audio-Daten (also genau 6 Stereo-Samples), 8 Byte enthalten Fehlerkorrekturdaten und ein so genanntes "Subcode"-Byte. Die Bits des Subcode-Bytes werden mit P bis W bezeichnet. Die jeweiligen Bits der aufeinanderfolgenden Subcode-Bytes bilden je einen so genannten Subchannel. Die einzelnen Subchannel werden ebenfalls mit P bis W bezeichnet.
Jeweils 98 Frames werden zu einem Block (auch Sektor oder Frame genannt) zusammengefasst. Jeder Block enthält somit 2352 Byte Audiodaten. Dieses entspricht 1/75 Sekunde oder 588 Abtastwerten (Samples). Die 98 Subcode-Bytes ergeben die acht Sub-Channels P bis W zu je 98 Bit. Die Audio-CD nach dem Red-Book-Standard benutzt nur die Subchannel P und Q. Subchannel P enthält ein einfaches Musik-Pause-Flag. Dieses kann von CD-Spielern genutzt werden, um Pausen zu überspringen. Dieses Feature wird jedoch von manchen Geräten nicht unterstützt.
Subchannel Q enthält dagegen zahlreiche Informationen. Die 98 Q-Channel-Bits eines Blocks haben folgenden Aufbau:
* 2 Bit Synchronisation
* 4 Bit ADR - Gibt an, welche Daten der Q-Channel in diesem Sektor enthält.
o 0 = keine Q-Channel-Daten
o 1 = Positionsinformationen (siehe unten)
o 2 = Medienkatalognummer (z.B. UPC oder EAN)
o 3 = ISRC
o 4 bis 15 = reserviert
* 4 Bit Kontrollbits
o Bit 0: 1: Audiodaten mit Preemphasis, 0: ohne
o Bit 1: 1: Digitalkopie erlaubt, 0: Digitalkopie verboten
o Bit 2: 1: Datenspur, 0: Audiospur
o Bit 3: 1: Vierkanal-Audio (Quadrophonie), 0: Zweikanal-Audio (Stereo).
Falls der Q-Channel Positionsinformationen enthält, werden diese wie folgt kodiert:
* 8 Bit Spurnummer
* 8 Bit Index Point
* 24 Bit Sektoradresse (relativ zum Spuranfang)
* 8 Bit reserviert (0)
* 24 Bit Absolute Sektoradresse
* 16 Bit CRC-Prüfsumme
Da der Q-Channel verschiedene Daten enthalten kann, wie man an den 4 ADR-Bits sieht, kann nicht jeder Sektor seine Positionsinformationen enthalten. Falls ein Sektor keine Positionsinformationen enthält oder die Verifikation mit der CRC-Prüfsumme des Q-Subchannels einen Lesefehler erkennen lässt, zeigen die meisten CD-Spieler einen interpolierten Wert an. Laut Red-Book-Standard müssen jedoch 9 von 10 Sektoren Positionsinformationen enthalten, so dass beim Abspielen einer CD sehr rasch neue Positionsinformationen zur Verfügung stehen.
Die Subchannel R bis W sind bei reinen Audio-CDs ungenutzt und werden von den meisten Audio-CD-Spielern ignoriert. Erweiterte Formate, wie CD-Text oder CD+G kodieren dort ihre Zusatzdaten.
Auf einer Audio-CD können bis zu 99 Spuren gespeichert werden. Eine Spur entspricht dabei in der Regel einem Musikstück. Jede Spur kann außerdem durch Index Points weiter unterteilt werden (beispielsweise für die Sätze einer Sinfonie oder Arien innerhalb einer Oper), heutige Wiedergabegeräte unterstützen diese Funktion jedoch häufig nicht mehr, da sie nur auf wenigen CDs verwendet wurde.
Eine standardkonforme Spur muss mindestens vier Sekunden (300 Sektoren) lang sein, Index Points müssen ebenfalls mindestens vier Sekunden Abstand voneinander haben. Zwischen den Spuren befindet sich der Track Pre-Gap, der bei standardkonformen Audio-CDs eine Länge von mindestens zwei Sekunden haben muss und den Audio-Ruhepegel haben muss. Viele Audio-CDs enthalten aber Spuren, die nahtlos ineinander übergehen, ohne dass eine hörbare Pause zwischen ihnen besteht.
Die Adressierung der Sektoren lehnt sich dabei an den Einsatzzweck als Tonträger an: Die Sektoren werden in dem Format Minute:Sekunde:Block adressiert. Zur Vereinfachung der Anzeige werden diese Daten BCD-kodiert auf der CD gespeichert. Der Wert für Sekunden ist auf 0-59, die Blocknummer auf 0-74. Es sind somit Blockadressen von 00:00.00 bis 99:59.74 möglich, was für die ursprünglich konzipierte Spielzeit von 74 Minuten ausreichend ist. Es ist festgelegt, dass die erste Spur bei Sektor 00:00.00 beginnen soll. Bestimmte Bereiche der CD befinden sich jedoch vor der ersten Spur und benötigen daher negative Sektornummern. Diese werden mit einem Offset von 100 Minuten gespeichert, sodass sie in die nicht benötigten Adressbereiche von 80:00.00 bis 99:59.74 fallen. Viele CD-Diagnoseprogramme sind in der Lage, diese Sektoren auszulesen und deren Inhalt (z.B. die TOC) darzustellen.
Die Sektoren einer Audio-CD enthalten keinen Header. Es ist somit nicht möglich, gezielt einzelne Sektoren anzusteuern und auszulesen. Um zu erkennen, welcher Sektor gerade gelesen wird, muss das Laufwerk einen, bisweilen sogar mehrere Sektoren einlesen und die Daten des Q-Channels auswerten. Dieses erklärt die recht lange Zugriffszeit beim wahlfreien Ansteuern etwa einer anderen Spur.
Low-level-Format [Bearbeiten]
Die Datenbits werden nicht direkt in Pits und Lands auf die CD gepresst. Stattdessen werden die Daten über eine 8-zu-14-Kodierung in sogenannte „Channel bits“ gewandelt. Die Channelbits eines Datenbytes sind außerdem noch durch 3 Bit lange Pausen (engl. gap) voneinander getrennt, so dass pro Datenbyte der Platz von 17 Channelbits benötigt wird.
Die 33 Bytes eines Miniframes entsprechen 33*8 = 264 Datenbits. Auf der CD werden jedoch 33*17 = 561 Channelbits gespeichert. Zu diesen kommen dann noch 24 Channelbits zur Synchronisation und drei sogenannte "merge bits", also 588 Channelbits pro Miniframe.
Näheres dazu, wie die Daten auf der CD gespeichert werden, siehe im Artikel Compact Disc.
Bei Geld, Sex und Kunst gibt es keinen abnehmenden Grenznutzen. http://shortlinks.de/oee9
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