音频CD的复制问题

henge1

音频CD的复制问题
4 d! r1 b) v  P1 [8 X/ i  o9 k
6 F1 ]8 j* A- s, J/ n复制音乐CD与复制软件CD不同，可以有两种方法，一是用刻录软件直接进行全盘拷贝，一是将音乐CD截取成WAV文件，再刻录成音乐CD。

早期的光碟机本身尚未完善，再加上截取程序的局限，截取音轨的时候时常出现爆音。那段时间大家都把精力集中在如何截取没有爆音的音轨方面，而对截取的音质方面相对就忽视了。不过，一般的音轨截取程序虽然能够高速地截取到没有爆音的CD音轨，但不能保证截取到的是没有误差的原汁原味的音轨。
0 {: A1 M# j/ x, W. z2 @
+ {) o% A# U) }! N  D, E1 f4 V, i* c将原版音乐光碟的音轨截取后再刻录成音乐光碟，是否能做到与原版原汁原味呢？可能大多数读者想也不要想便会回答，当然啦，截取和刻录过程都是数码的，中间没有任何损失和改动，当然是原汁原味的了！

) P* [) \' |+ B如果你也是这么认为，那就大错而特错了。不信的话，将你用原版截取的音轨，与经过截取再刻录而成的光碟的同一音轨分别各自再截取一次并且与原版比较（需要用程序进行文件本身的二进制对比比较，用二进制读取的程序例如Ultra Edit），多数情况下你会发现这二个音轨文件竟然是不同的。更甚者，有可能这二个文件的大小都未必相同。

8 L3 w) Z  _+ O: G0 i+ s" i更有趣的是，以同一光碟，在不同的光碟机，不同的电脑组合，用不同的截取软件进行截取，很多时候连截取出的WAV文件大小也不相同。图1便是以一张高质素原版音乐光碟，分别以4个不同截取程序截取的结果，其中一个就与另外几个大小不同。连大小都不相同了，你还能指望其内容完全相同吗？奇怪的是，听起来完全没有异样，没有短若干秒，也没有出现爆音。这是采用高质素优质原版的情况，如果原版的质素就差，或者已经磨损，有划痕的话，几乎每次截取出来的结果都不同。
, u' q: P7 a# W# U; Y; R( G+ `
看到这里可能很多读者都感到疑惑了：整个过程都是数码处理，为何截取到的文件能出现如此误差？如果照这样讲，要拷贝一张程序光碟或者数据光碟，结果里面的程序或者数据文件走了样，岂不是分分钟得到的是废物？

# U- X" W2 |+ g* T2 [- e其实这种担心是多余的，因为光碟机的读取误差只会出现在对音乐光碟的读取过程中，而在数据光碟（包括VCD，DVD）的读取中是不会出现问题的（除非光碟机出现硬件毛病）。

/ Y$ Y" `, p/ E2 j/ D+ o6 r同一光碟机，截取音乐光碟的音轨会出现差错，但读取数据光碟却十分可靠，原因肯定是在音乐光碟本身了。
( S4 ~& k  ]1 C* w4 p# h8 x& L7 _& F
8 @- H" R5 g- @, s一、音频CD没有扇区标记

% I. a' O% M( s8 R1 X引用：CD扇区内容
一张74分钟的标准CD包含333000个扇区。
+ [& R' Q% B6 W+ ^# ?+ u: F每个扇区为2352字节，模式1型的CD-ROM包含2048字节计算机数据，模式2型的CD-ROM包含2336字节PSX/VCD数据，音频包含2352字节信息。扇区容量的差异来自头信息和纠错编码，计算机数据对精度要求最高，这类信息最多，VCD对精度要求不高，这类信息稍小，音频CD没有这类信息。

! b7 R* C* N5 S" {根据音乐光碟红皮书的标准和数据光碟黄皮书的规定，音乐光碟与数据光碟在结构上就有分别。二者的扇区大小都是2352byte，但数据光碟的一个扇区中只有2048byte作为储存用户资料，其余的304byte中，有12byte作为同步信息，剩下的288byte作为纠错之用，而音乐光碟却将所有的2352byte全部用来作为储存资料。因此反应快的读者会发现，按照刻录音乐光碟所用的WAV文件总容量计算，一张700MB容量的CDR根本只能刻录六十多分钟的WAV文件，但实际却可以刻录出80分钟的音乐光碟，分别就在於此。原来音乐光碟是可以容纳更多的资料。

! a$ C4 Z8 q9 G1 k! R  b任何事情有利亦有弊，容纳更多资料的代价是省去了同步和纠错资料。CD格式是在还没有发明个人电脑时确定的，当时没有电脑CD-ROM，CD机光头读取０或１的数字音乐讯号是以恒定线速度进行的，沿螺线的信息线路由内圈向外部读取，一旦它开播就只能这么均速走下去，不能停顿不能等待。所以CD格式的不足最明显的就是没有 Sector Mark (扇区标志)，一般光驱对光盘上的资料进行最精确定位的依据就是此标志。

现在许多电脑光驱在读取AudioCD光盘的时候，如果因为光驱或者硬盘的缓存满载（正好和写入光盘相反）就会导致光驱数据读取部分读取的暂时中断，需要等待数据缓存有空余才继续读取数据；再者，如果发现定位不对，光驱就会在空转过程中反复调整光头使之适应（你经常可听到光驱在作这种调整时异常声音），而AudioCD本身不具备Sector Mark，并未
) a) u8 _, R6 ~, U+ N1 b规定光盘数据块寻址的误差范围，也没有在数据块中加入地址信息，所以很自然，光头很难非常精确的定位在刚才中断的那个停顿点上，而只能停留在刚才中断的那个小范围区域中。而这种情况下因数据无法完美接续而导致的波形失真在PC界一般称为 Jitter 。
- [/ G9 M4 b+ c$ `9 Y- I  \: W  q
7 z, d$ ?/ m2 E8 L1 s5 A二、音频CD纠错机制不完善
& [9 l) n( k2 O3 e3 V5 B' v, s8 ]
& g; X" W: P9 f在CD机的读取过程过程中，一旦出现电压或其它电气环境的波动及内部外部的不稳定（如转盘的震动，CD质量不好，CD转速不均衡等），就会读取到错误的数据，这种误差（其中在错误时间读取采样的错误称作Jitter）是不可避免的。因此就需要纠错。
- _: `# Z9 t7 I9 ^2 e# \5 _
7 n# ~8 c% }0 w) \; P# b前面说过，数据光碟的数据中夹带着大量的冗余纠错码和扇区定位信息，因此光驱在读盘时，读出的软件数据会先放入电脑内存后再执行，读取的数据要通过冗余效验，若发现数据中有错误，就可利用其中的冗余纠错码来自动修正错误的数据（即接受方要求发出方重发分组）。如果错误太多，无法自动修正错误的话，电脑就只好**，告诉你它无能为力。
, C: d) z" K* u7 w9 z
对于音乐光碟，是有自己的纠错机制的，采用的是Cross Interleave Reed-Solomon Code (CIRC)来进行误码处理。因此在读取中即使遇到无可挽回的错误，音乐光碟最多只会出现瞬间静音，而绝不会出现爆音，怪声，变声等情况。但是我们知道，音频CD数据中冗余纠错码比数据CD中的要少得多, 一部分纠错码甚至与音乐数据放在不同的光道上,所以遇到这些错误的时候，无法还原到原始的正确资料。那在这种情况下我们所听到（或者由软件截取到）的资料，就很可能是由纠错程序所“制造”出来蒙混过关掩人耳目的，而非真正的原声了。这也说明了为何HIFI发烧友普遍认同即使同一张音乐光碟经由不同的CD Player播放而经同一解码器解码后声音仍然会不同。
0 B0 k7 u, e/ u! B' M- ^
( j4 F% A% H* }' i& T当我们用光碟机截取音轨的时候，由于没有绝对的同步参考，所以不能确保每一次重复截取都能得到正确的数据。另外一方面由于没有了足够完全纠错的冗余代码，因此读取时出现的错误不可能得到纠正。然而对数据光碟来说，只存在能不能读得出的问题，而很少出现会读错的问题。这样，光驱的好坏只表现在速度的快慢和读片能力的强弱，而不可能像ＣＤ转盘那样，价格可以差几十倍甚至上百倍。

henge1

+ T' b1 P- Q# s% e2 f/ J) g/ m三、抓轨过程中Jitter的产生

引用 光盘标准书：“以0代表坑或平地，而1代表从坑到平地或平地到坑之间的转换。”

8 P, v1 n- @1 I3 ?3 g0 w光盘上的坑长短不是代表内存里处理音频数据的二进制，为什么这样？因为纯数据经常是0和1频繁的出现，而这样的数据很难在光盘上表达，如果用需记录的数字信号直接调制（开/关）激光束机刻录的话在读取信息时会发生很大困难，比如：频带会很宽，因为信号可能是10101010，频率很高；也可能连续几千个0，不但频率低，而且读取信号的激光束会丢失跟踪信息轨迹的信号，所以CD采用8-14调制技术，就把0和1隔的很开，避免上面问题的产生。所以在读取坑岸转换的时候，也就是0和1产生的时候，这些坑岸的位置与系统标准时钟总会有差异，这些差异的标准偏差除以1T得到的百分率就是jitter（抖晃值）。
/ e5 c+ I; b2 G) |$ x6 y
8 B% G8 W, ^. }1 S8 Q在读取时，经过激光的扫描，CD将会生成RF（射频，Radio Frequency）信号，它也称为高频信号（HF，HighFrequency），RF信号用波长的半周来对应一个刻录点，那么对3T的刻录点来说，RF频率就是1/（4321800÷3）÷2=720300Hz，对于11T的刻录点来说，RF频率就是1/（4321800÷11）÷2=196445Hz。因此，业界标准也就规定RF的频率上限为720KHz，下限为196KHz，有可能在一个周期内，上半周的频率为720KHz，下半周的频率为196KHz。此外，RF针对不同周期的信号振幅也不一样，T3时以I3表示，T11时以I11表示，它们的高低代表了反射峰值电平。
7 X2 K) V2 D% {
由于模拟/数字转换时，以信号的逻辑识别电平为脉冲的翻转点，所以信号越模糊，脉冲翻转的误差也就越大。显然，Jitter的存在将影响RF信号的精度。Jitter的出现，是有多方面原因的。影响因素：由光学头上盘片上将数据读出，经过放大、均衡、限幅和时钟信号提取，再进入解码器，期间任何一个环节都将对抖晃产生影响。此外，跟踪、聚焦性能的好坏，由于影响的光学头的读取，同样会引起抖晃值的变化。因此，只有其余环节是标准的，就可通过抖晃这一参数来评价这一环节的质量。在为盘片质量的评价参数的抖晃需在其它这些环节上保证为标准。


) R0 P) p7 C3 O四、音频CD的现状

所有这一切，导致了一张ＣＤ上数据是不可能像电脑光盘上的一样完全被复制，也导致了ＣＤ转盘的优劣对最后播放的声音至关重要，而ＣＤ转盘和解码器的优劣和配合决定了时基误差的多少，这样才造成了现在ＣＤ机价格可以相差几百倍的现实。虽然随着音频技术的进步，CD抓轨技术日益专业，出现了Nero，EAC这类软件。但是这方面的进步，只是工艺的进步，并不是机制的进步。在＜浅谈EAC抓轨可行性＞一文中可以了解到，EAC看似五花八门的专业功能在实际应用中似乎并不奏效，仍然没有解决根本问题（http://tieba.baidu.com/p/1975259315）。
# A1 s# }* g8 z3 |8 s
  Z! N# G! F( [) t! I# o1 t6 u新一代的音频载体,例如SACD,似乎依然不愿意采用冗余纠错码和扇区定位,只不过搞出了个DSD音频这个比PCM更简化也更适合大信息量的方案,DVD-audio就更只是玩个LPCM的PCM老套路，也就是说这两个载体的碟机终究会跟CD机一样,价格可以相差几百倍,声音也依旧有好有坏。实听也是这样,你拿台SA8003和天龙SA1比,就是放同一张SACD碟,依然优劣分明。

* C5 I  \% W0 e9 ^  d) K) i  S这两个东西,可以肯定,绝不是不会用冗余纠错码和扇区定位,而是不想用这些技术。