EFM-модуляция

EFM-модуляция — это техника кодировки данных, формально, линейный код, используемая в компакт-дисках (CD), дисках LaserDisc (LD) и MiniDisc до появления Hi-MD. EFMPlus — это родственный код, используемый в DVD и Super Audio CD.

EFM и EFMPlus были изобретены Кеесом Схаухамером Имминком. По словам бывшего президента европейского патентного ведомства Бенуа Баттистелли, «изобретение EFM Имминком внесло решающий вклад в цифровую революцию[1].»

Технологическая классификация

EFM[2] принадлежит классу кодов c ограничением длины пробега (RLL) без смещения по постоянному току. Эти коды обладают следующими двумя свойствами:

  • спектр (функция плотности мощности) кодированной последовательности стремится к нулю на низких частотах
  • как минимальное, так и максимальное количество последовательных битов одного типа находятся в заданных пределах[3][4].

В системах оптической записи сервомеханизмы точно отслеживают дорожку в трех измерениях — радиальном, фокусном и по скорости вращениях. Повреждения, возникающие при обычном обращении, такие как пыль, отпечатки пальцев и мелкие царапины, не только влияют на считываемые данные, но и нарушают работу сервосистем. В некоторых случаях сервоприводы могут пропускать дорожки или застревать. Определённые последовательности ямок и участков без ямок особенно подвержены дефектам диска, и воспроизводимость диска может быть улучшена, если такие последовательности запретить при записи. Использование EFM позволяет получить диск, устойчивый к механическим повреждениям, и эффективно решает инженерную задачу.

Как это работает

Согласно правилам EFM, данные, которые необходимо сохранить, сначала разбиваются на восьмибитные блоки (байты). Каждый восьмибитный блок преобразуется в соответствующий четырнадцатибитный кодовый блок с использованием таблицы поиска.

14-битные слова выбираются таким образом, чтобы двоичные единицы всегда были разделены минимум двумя и максимум десятью двоичными нулями. Это связано с тем, что биты кодируются с помощью кодировки NRZI, или интегрирования по модулю 2, при котором двоичная единица записывается на диск как изменение с поверхности (land, ленд) на ямку (pit, пит) или с ямки на поверхность, а двоичный ноль обозначается отсутствием изменений. Последовательность 0011 будет преобразована в 1101 или её инверсию 0010, в зависимости от предыдущего бита. Если между двумя единицами есть два последовательных нуля, то записанная последовательность будет иметь три последовательных нуля (или единицы), например, 010010 преобразуется в 100011 (или 011100). Последовательность EFM 000100010010000100 будет преобразована в 111000011100000111 (или её инверсию).

Поскольку EFM гарантирует наличие как минимум двух нулей между каждыми двумя единицами, каждый участок (пит и ленд) имеет длину не менее трёх тактовых циклов. Это свойство очень полезно, так как снижает требования к оптическому датчику, используемому в механизме воспроизведения. Максимальная длина в десять последовательных нулей обеспечивает наихудший сценарий восстановления тактового сигнала в плеере.

Для EFM требуются три бита слияния между соседними четырнадцатибитными кодовыми словами. Хотя они и не нужны для декодирования, они гарантируют, что последовательные кодовые слова могут быть объединены без нарушения заданных ограничений на минимальную и максимальную длину. Они также выбираются для поддержания баланса постоянной составляющей закодированной последовательности. Таким образом, в конечном итоге для кодирования восьми битов данных требуется семнадцать битов дискового пространства[5].

EFMPlus

EFMPlus[6][7] — это кодовое обозначение канала, используемое в DVD и Super Audio CD.

Кодировщик EFMPlus основан на детерминированном конечном автомате с четырьмя состояниями, который преобразует восьмибитные входные слова в шестнадцатибитные кодовые слова. Двоичная последовательность, генерируемая этим кодировщиком, содержит от двух до десяти нулей между последовательными единицами, что соответствует классическому EFM. В отличие от классического EFM, здесь отсутствует упаковка (слияние) битов.

EFMPlus эффективно сокращает требования к хранению данных на один канальный бит на каждый пользовательский байт, увеличивая ёмкость хранения на 1/16, или 6,25%. Декодирование последовательностей, сгенерированных EFMPlus, осуществляется с помощью скользящего блочного декодера длиной два, то есть для однозначного восстановления последовательности входных слов требуются два последовательных кодовых слова.

Примечания

  1. ↑ EPO. Pioneering the digital revolution: Kornelis Schouhamer Immink, developer of CD, DVD, and Blu-ray Disc coding named finalist for the European Inventor Award. Дата обращения: 7 июня 2015. Архивировано из оригинала 31 января 2019 года.
  2. ↑ U.S. Patent 4,501,000, EFM Patent, applied in Compact Disc, CD-R, MiniDisc.
  3. ↑ Immink, 1990, с. 1745–1759.
  4. ↑ Immink, 2004.
  5. ↑ Tekla S. Perry. Kees Immink: The Man Who Put Compact Discs on Track (20 апреля 2017). — «"Three merging bits separate each sequence, for a total of 17 bits to represent each 8-bit chunk of data."». Дата обращения: 11 января 2026.
  6. ↑ Immink, 1995, с. 491–497.
  7. ↑ U.S. Patent 5,696,505, EFMPlus Patent, applied in DVD, DVD±RW, SACD.

Литература

  • Kees Schouhamer Immink. Runlength-Limited Sequences // Proceedings of the IEEE. — 1990. — Декабрь (т. 78, вып. 11). — doi:10.1109/5.63306.
    Цитата:A detailed description is furnished of the limiting properties of runlength limited sequences.
  • Kees A. Schouhamer Immink. Codes for Mass Data Storage Systems. — Second fully revised. — Eindhoven, The Netherlands: Shannon Foundation Publishers, 2004. — ISBN 90-74249-27-2.
  • Kees Schouhamer Immink. EFMPlus: The Coding Format of the MultiMedia Compact Disc // IEEE Transactions on Consumer Electronics. — 1995. — Т. CE-41.
    Описывается альтернатива EFM высокой плотности

Ссылки

Эта статья взята у (из) Википедия. Текст лицензируется по Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0. К медиа файлам могут применятся дополнительные условия.