CD-ROM data量

2017.1.1
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 オーディオCD(プレーヤ)の時間表示見てください。たぶん1秒単位で表示されますね?記憶定かでないですが、オーディオフェアなんかで見た高級CDプレーヤは、さらに細かい時間表示あるものがあった気がします。あの時間はセットの内蔵時計で測った時間ではありません(たぶん。でも0.1秒単位だとすると、内蔵時計説も有能な気がしてきた)。
CDには、実は音・オーディオ(PCMデータ)と並行して、サブコードという情報が一緒に記録されています。例えば1曲目、2曲目という情報や、今”曲間”、”トラックの先頭だという”ような情報以外の、重要な情報の一つが時間です。その単位は、分・秒とフレーム。フレームは75Hz(1秒を75等分して個別の時間情報を持っている)。 さて、デジタルオーディオCDにおけるオーディオサンプリング周波数は、44.1kHzです(1秒に4万4千百回の、ステレオ16ビットのデータを持っている)。

 44.1k/75=588サンプリング(フレーム毎)
    -> 588*2(ステレオ)*2(バイト:オーディオ16bitなので)
    = 2352バイト/フレーム

転送速度(データレート)という目で見ると、
 44.1k*2byt*2チャネル = 176,4k byte/sec
                 ↑*8bit =1.41M bit/sec
 システムとしては、これ以外に前述サブコードや、ピックアップから再生した場合のエラーフラグを並行記憶するので若干違う。
 また、ディスク記録速度としては、訂正パリティや、サブコードの記録と、8bitデータ→14bitに変換(EFM変調)するので、さらに、高いレートになります。EFM変換は、無音時間など個体値が書き続けられる場合、再生PLLがセンターずれてしまうので、わざと、0/1混在状況を常に発生させる工夫にないります。

本題にもどると、サブコードに記録されている分・秒・フレームという通称MSFアドレスは、オーディオデータ2352バイトひとかたまりに1つ定められています。

オーディオCDのサーチ・再生は、このサブコードのアドレスを基準にしていますので、CD-ROMのサーチもこのサブコードアドレスを、第一目標とするのが、便利(合理的)です。 たぶんこれがあって、CD-ROMのデータは、2352バイト基準に定められました(と予想します)。

wikiによると、CD-ROMとして利用する場合、この2352バイトを

 同期(12)
+アドレス(3)
+モード(1)
+サブヘッダ(あるいは予備)(8)
+データ(2048)
+エラー検出EDC(4)
+訂正ECC(276)

というフォーマットが示されています(厳密にいうと、CD-ROMにも新旧用途別いろいろなモードがあるので、上は例の一つ)。
例えばフォトCDという写真等に準備されたフォーマットは、訂正あきらめてできるだけ大量データを詰めて記録します。 画像が何点かおかしくてもフォトショップ職人にまかせれば、誰も気にならないかもしれませんし。もちろんプログラムデータだと、たかが1ビットとなめてかかると、痛い目にあいますけどね。

windowsで、ちっとハードをいじりたい人は、HDDでクラスタサイズというのを聞いたことあるでしょう?昔512バイトで、最近4kで、ディスク容量に余裕があれば、64kだとかいろいろ。CD-ROMの場合、2kのクラスタサイズという話になります。1バイト記録しても、1フレーム2048バイト分使用されてしまいます(そしてその2048バイト記録のために合計2352バイトのディスク上の記録領域を使用します)。実はDVD-ROMのデータも見かけ上2kかもしれないですが、記録上のひとかたまりは、もっと...

訂正の話で、本文中、シンドローム2バイトという話をしていましたが、上記のECCと書いているデータ276バイトがそれに相当します。つまり、2048データに対して、1組2バイトではなく、もう少し対象データを増やすとともに、138組に分けて、パリティをつけているという意味になります。同じデータに対して、ことなる2グループとして処理をする2重パリティだったり、そのパリティももう一組の訂正のデータ扱いだったり、その他の情報も、訂正コードも対象としてたりして、2048バイトだけが対象ではなく、細かい点は、むにゃむにゃ。詳細は、公開資料見当たらないので内緒(そもそも覚えていないけど)。


余談ながら、サブコードはアドレスだけでなく、いろんな情報を入れることができます。例えば曲番や曲の長さのような当然な情報以外に、もっと特殊な予備データもあって、(成功したかどうかはともかく)それを使って、例えばCD-Gという規格がありました。 静止画ベースですが、CDなのに、絵も表示できるものがあります(ビデオCDとは別物で、きちんとしたオーディオCD音質が堅持されます)。 カラオケである程度流通したという事のようですが、(オーディオフェアで見つけて買った気がしますが)手持ちのものは1枚、、ベートーベンの第九(合唱つき)。それらしいパタパタ漫画とか合唱の歌詞なんかが流れて表示されます。 手持ちのDVD/LDコンパチ機で表示できますが、プレステ3とかで表示してくれれば、LDコンパチ機も隠居させられるんだがなぁ。しかしこれを見たいか?というと単なるコレクション。録音が素晴らしいとか、演奏が素晴らしいという感動作だというわけでもないのでここ15年で再生したのはたぶん1回(合唱団で歌詞を見たいという希望を持った人がいたときに見せただけ) ので、ふと思い出しただけの話題。

余談ついでに、CDといば、第九に因縁。 CDのフォーマットを最終的に決めたのは、第九が1枚に録音できるのが必要という神の一声だったとか(カラヤン氏の名前をソニーが勝手に騙った説もあるらしい)。 この一声がなかったら、ディスクの大きさ若干コンパクトなものになった可能性あるとか噂に聞きます。関係ないけど第九つながりの話題で、大学生の時、最初に買ったクラシックLPは、ヨッフムの第九。絵の赤いジャケットだった気がする。2枚組だった気がします。半面残りが第八だったかな?。カラヤンが60分強らしいので、2枚組(1枚半か2枚になるか演奏とか、曲間や楽曲開始前後の扱いなどで微妙になるはずです)が普通かな? LDなら両面連続再生できるようになったけど、LPは片面づつ再生だし、さらに板も入れ替えるというのは、結構面倒でした(寝ながら聴けるように、Cカセットに録音(カセットはいちおう普通に両トラック自動再生してくれるものが出回ってた)。 FMエアチェックで、90分Cカセットに、第三楽章終わったら、テープをひっくり返して、曲間で、トラック切り替えしようとしたら、第三楽章終了が遅くて、途切れてしまった悲しい思い出。誰の演奏だったかは忘却の彼方。この時は授業ぬけられない下宿の先輩の依頼の操作でした。 
3楽章の終わりを見つけるために、スコアというのを初めて1曲とおして読みました(中学校の頃、スコアの一部を音楽の先生が見せてくれた記憶がありますが、なにかの1楽章くらい授業で追いかけたんだっけかな?田園だったかも。 この先生、偶然近所に住んでおられ、この夏亡くなられました。家の前の張り紙見て、あわてて式場にいって出棺だけわきの方で見送りました。合掌。  個人的にはもう付き合いないので先方は覚えておられないとは思いますが、すれ違ったら目礼するくらいの関係でした)。

LPを痛めないように極力針を落とさないというのが、当時の自分のポリシイ。 このディスクに針を落とすのがいや(ちびるとか傷つきや、ぱっちっという静電気?)気分が、ビデオディスク購入の時、VHDではなく、LDを選んだ最も大きな理由です。 会社の先輩でVHD持っている人のうわさ聞いたけど、実物持っている人ほとんど見なかった。 線速一定CLV(外周~内周の部分部分によりディスクの回転速度を変えて、常に一定のデータ情報量にする方法:円周長さは直径*πですから内側と外側で直径に応じて速度変えないといけないということ)というLDの再生方法ディスクを回すサーボに手間がかかるので、静止画や高速再生・低速再生等の特殊再生難しいというのが、VHD波の主張だったかな?(その後特殊再生できるLD機種がでて優位性保てなくなったのも世間の主流派決定に重要だったかも)。 LDでも線速ではなく回転数一定モードのディスクは特殊再生しやすかったけど、1枚の記録時間が短くて主流にはなれなかった(手持ちライブラリでは音楽以外記憶ないかも)。  回転速度一定のモード(CAV)では回転数が常に一定だから外側にいくとビットレート高くなるので、高画質になるという勘違い評論家がいた記憶があるけど。  3面再生が面倒というつながりでいうと、LDも購入した初期2台とつなぎの1台は両面再生してくれなかったので、結局ビデオ(β派:スーパハイバンド有能派)に録画して見ることの方が多かったかな。LDはきっちり2時間フォーマットなので、2時間強のメジャー映画タイトルは、1枚半(1枚は片面)というものが多かったので、その理由もあってビデオにダビングして見る事が多かった気がします(サラウンドで楽しむときはLD。寝ながら楽しむのは日本語切り替えて録画したビデオという使い分け)。2枚組なので、1万数千円が普通だった(1枚ものも1万円弱)。1枚廉価版が出始めて、5千円くらいにさがってうれしかった。でも、2時間ちょっとなら1枚で通して再生できるのでDVDに一気に切り替えました。値段も最初は高かったけどネ。 いろんな機械(プレーヤとアンプ)つかったので、映画(ソフト)タイトルによっては、LDアナログ、LDデジタル、LD-AC3,DVD,BDと買い換えたものもある。 最近はほとんどソフト買わななったなぁ。 LDというと、初期アナログ音声でしたが、ディジタル音声も追加されるようになりました。後でAC3のサラウンドというのもあるけど。 LDの映画(アニメ)で、通常音声はアナログ、ディジタル音声はBGM?という変わり種がありまして、それを知ってる蛇の道の同僚がいる変な職場環境だったのでしょうか?。不思議人たち多かったのね。


さらに余談:
オーディオは、このサブコードアドレスしかありません。CD-ROMは別に同期コードの次のアドレス3バイトが根幹ですが、読むのにいろいろ手順が必要なのでおおまかサーチはサブコードがやはり早くて便利。 頭出しを早くするためにサブコードはとにかく早く読む、PCMデータは音になるので不快な状態では出力不可。PLL同期も安定してゆっくりでもいいのできちんと読むという非同期・別処理が普通の考えでした(関連特許を読むと各社の思惑が予想できる)。アナログレコード LPのように、ディスクの先頭に針を落として、最後までとおして聞くなら問題ありません。

まあ、LPでも曲間の無音部分に針をおとして、何曲目から聴くというのはできますが、ホール録音で、曲間に観客の拍手や掛け声が入っている場合、たとえば”ブラボー”の歓声を、その途中できれいにつなげて針を落とすのは無理でしょう? 訂正のところで話題に挙げた「刑事コロンボ」の「殺しの序曲 」ではフルオートレコードプレーヤがでてきて好きなところから再生開始・終了するとか、それがアリバイトリックにも関与した機能に驚きましたが、後日大学下宿時・パイオニア社のセミオートプレーヤをマランツのラジカセにつないで音楽を聴いてましたが、動作不良で、近くにあったサービスステーションに自転車に積んで直してもらいにいった記憶も少し。ディスク回転サーボが暴走してターンテーブルに施されたストロボが止まらなかったんだったっけかな?PLLという高級そうな言葉に最初に興味を持ったのがこの時だった気がする。 フルオートのプレーヤに興味ひかれたのはコロンボの責任だというのはあるけど、買った当時同級生のオーディオマニア氏には、買うならマイクロ精機、価格的に大差ないとしてもまるで逆方向の変な選択と、馬鹿にされた哀しい記憶もすこし。 まあ、LPは盤を通して聴くものです。録音エンジニアも演奏者も、途中からつまみ食いを希望しているのではないでしょうか?まあ邪道といえば邪道でした。

 話は戻って、同様にCDでも (すべて違法とはいわんが)CDからオーディオデータを抜き出して、利用する(リッピング)場合あります。CDーROMが早く読めるから、オーディオCDも早く読みだそうとして、失敗するのが、オーバランやアンダーランの発生。あるいは、ごみ等のためエラーがあったので、部分的にもう一度再生する場合のつなぎなど。 CD-ROMデータなら、フレーム単位のヘッダアドレスベースにで、1バイト単位で同期をとれますが(正確に言えばひとかたまり2048バイト単位同期)、オーディオCDにはバイト同期の機能が当初実装されていなかったので、もういちど読み直そうとしたときに、うまくデータがつながりませんでした。 リッピングは1倍速でやるべきだとか、CD-Rに焼くときは、いったんHDDにコピーして余裕をもって実行するとかいうのは、このつなぎがうまくいかない事に対処するための、LPみたいに連続して1枚分データ読み出しするための、ノウハウでした。 初期セットのサブコードとPCMデータを非同期処理するというアプローチが高速リッピングという用途で破たんする例であって、普通に聞く分にはどうでもよい話だったりします。N社のエンジニアがオーディオリッピングに自信(時間が許す限りリトライしてでもC2エラー発生状況を許さんという意思)があるという発言をしたのを聞いて、自作PC用に、秋葉の店頭に並ぶのをまって買った記憶もあります(DVDとリッピング用CD-ROMの贅沢仕様。実はほとんど使わなかったけど、ヤマハのディスク空き領域に無理やりデータを書いて光学的にCD-R盤面に模様を描くというドライブの3台という変態仕様。フルタワー自作PCなら内蔵できるんだなぁこれが)。 まあ、リッピングほとんどつかわなかったなぁ。今は法律変わってどうなったかよくわからんが、昔、家庭内サーバに、落語(桂枝雀)のCDからリッピングして、通して数十時間(ディスクが40~50枚だったかな?)アップして暇なときに、聞いてたことがあります。 B社メディアプレーヤが壊れて後続機でないし、それ以外の使える環境で、フレッツの光BOXもなんだか連続演奏してくれないし(1枚のCDで2タイトル前編後編があったとき、プレーヤの仕様なのか、メディアサーバの仕様なのか、順番に再生してくれない;各ディスクのトラック1を全ディスク再生後、トラック2を再生したがる))とか、問題あって、自然消滅。 ところで、家庭内利用ってどうなってるんだろう? 暇にまかせて家庭内メディアサーバ再構築したい気も少し。 最近音楽聞くのはカーオーディオくらいですけど、PCのメディアプレーヤで、名曲を、暇つぶしに聴くのも乙な気がする。当時は圧縮フォーマットでリッピングした気がしますが、ピュアオーディオとして考えると、リッピングに優秀なドライブを使い(あくまでノーエラーになるまでリトライし合成)、非圧縮で記録するなら、高級CDプレーヤより原理的には高音質です。 CDプレーヤは、あくまで、再生PLLが基本となるので、原理的にそのジッタが問題になるはずだし、偶発のデータエラーが無視できないかもしれない(CD-ROMなら、繰り返しノーエラーになるまで、何回でもチャレンジできますし、偶発的に、訂正できるできないの限界あたりなら、繰り返すだけでもいい場合もあるし、再生速度を変えて、f特変わると読める場合だってある。ごみ問題ならそもそも動いて問題なくなるかもしれない。 たしかに昔CDプレーヤの中に、巨大メモリを内蔵して、PLLとは関係なく水晶クロックで、メモリからデータを読み出すことで、ジッタフリーの再生できるという高級モデルがでてたと思いますが、HDDオーディオっていながらにこれができる可能性を秘めています。まあ、後は、高級DACをどう選ぶかという問題ですね。

オーディオでは、バイト単位で同期取れないというのは多少嘘があって、オーディオ1サンプルLR2ch*16ビット相当の4バイト単位以下で間違うことはないと思います。さらに24バイト単位で同期をとる考えもあるようです(サブコードのディスク上の記録フォーマットから細かい分割すると、PCMデータ24バイト単位で分割(エラー訂正の単位でもある)できたりします。オーディオデータが途切れるわけにはいかないので、サブコードデータを1か所にまとめて記録しているのではなく、オーディオデータ間ににうまく分散させています)。 24という数字が好きなメーカがあって、袈裟まで憎く24という数字が嫌いになったという悲しい過去。

三修社 DA・I・KU ベートーヴェン交響曲第九番/「合唱」 監修 井上道義  ←さてCDG見る環境持っている人いるでしょうか?

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