Digital Versatile Disc (DVD)

12.1.1. История появления DVD

К концу 1994 года в технической прессе стали появляться сообщения о том, что известный тандем SONY/PHILIPS, подаривший миру технологию CD, готов представить на суд потребителю еще более совершенный носитель, идеально подходящий для записи информации практически любого характера. Система на основе нового носителя была разработана с учетом самых последних достижений в области прикладной химии, оптики, микроэлектроники, информатики и способна в недалеком будущем прийти на смену всему тому, что было создано на базе CD.

В процессе работы над новым носителем несколько раз менялось его название, отражая основные намерения разработчиков на том или ином этапе:

- MMCD (MultiMediaCD);

- HD-DVD (High Density Digital Video Disc);

- HD-CD (High Density CD).

С целью скорейшего завоевания рынка проигрыватели новой системы планировалось делать совместимыми со всеми существовавшими тогда носителями информации в формате CD. Правда, совместимость могла быть только односторонней – проигрыватели CD и дисководы CD-ROM не смогли бы воспроизводить диски MMCD.

Объяснялось это наличием множества технических новшеств, справиться с которыми CD-устройства были бы не в состоянии. Прежде всего, это двухслойная структура диска MMCD. Кроме обычного отражающего информационного слоя, толщина которого равнялась 0,05 мкм (у CD – 0,1 мкм), над ним располагался еще один информационный слой (0,05 мкм) – полупрозрачный (или полуотражающий – как кому больше нравится). Расстояние между этими двумя слоями всего 0,04 мкм. В остальном конструкция диска похожа на CD – подложки из поликарбоната (1,2 мм), защитный лаковый слой со стороны информационного – 10 мкм. Поверх него – этикетка (рис. 12.1).

Но ёмкость каждого информационного слоя должна была быть 3,7 Гбайт – почти в 6 раз больше, чем у CD. А всего на двухслойном диске планировалось разместить 7,4 Гбайт информации.

Такая большая ёмкость диска объясняется использованием лазера с более короткой, чем у CD, длиной волны излучения – 0,635 мкм (красный свет), и оптической системы с числовой апертурой 0,52. У CD те же параметры – 0,78 мкм и 0,45 соответственно. Такие усовершенствования позволяют получить световое пятно гораздо меньших размеров, чем у CD, что, в свою очередь, обеспечивает возможность уменьшения более чем в два раза геометрических размеров пит и расстояния между дорожками. При использовании компрессии по стандарту MPEG2 на таком диске можно разместить 135 минут видеозаписи вещательного качества.

Вскоре, однако, выяснилось, что не только SONY и PHILIPS озабочены созданием нового высокоплотного носителя. Группа компаний во главе с японской фирмой TOSHIBA (MATSUSHITA, HITACHI, PIONEER, THOMSON, MCA, TIME WARNER и MGM (UA)) предложила свой стандарт на дисковый носитель, подобный диску MMCD. Даже названия у них были чем-то схожи: SD-DVD (Super Density Digital Video Disc) перекликается с HD-DVD. Другое название – SDD (Super Density Disc) похоже на HD-CD. Совпадают и основные параметры обоих дисков. SD-DVD тоже имеет двухслойную структуру, однако, она несколько иная, чем у MMCD, ибо образуется за счет того, что склеиваются вместе две половинки диска, каждая из которых имеет толщину 0,6 мм (рис. 12.2). Поэтому считывание такого диска должно производиться с обеих сторон. Глубина расположения информационного слоя у SD-DVD получается при этом вдвое меньшей. Зато информационная ёмкость каждой стороны оказывается большей – 5 Гбайт против 3,7 Гбайт у MMCD. Всего на обеих сторонах помещается 10 Гбайт – почти в 15 раз больше, чем у обычного CD. Для записи видеофильмов здесь также предполагалось использование компрессии по стандарту MPEG2 так, чтобы получалось 135 минут видеоизображения вещательного качества. Технические параметры стандарта SD-DVD приведены ниже.

Диаметр диска, мм ……………………………………………120

Толщина диска (склеенного из двух половинок), мм………1,2

Информационная ёмкость, Гбайт:

на одной стороне ……………………………………………5

на двух сторонах ……………………………………………0,725

Длина волны излучения лазера, нм………………………….650

Числовая апертура объектива………………………………..0,6

Коррекция ошибок ……………………………………………код Рида-Соломона

Время записи видеоизображения, мин:

на одной стороне ……………………………………………135

на двух сторнах………………………………………………270

Средняя скорость потока данных (звук и

изображение одновременно), Мбит/с………………………4,94

Оказалось, что такое сходство стандартов, разработанных разными группами фирм, вовсе не случайно. Обе группы при разработке учли рекомендации, ранее сформулированные для них консорциумом крупнейших представителей индустрии развлечений Hollywood Digital Video Disc Advisory Group, включающего в себя таких гигантов, как Columbia Pictures, MGM, Disney, MGA/Universal, Paramount, Viacom и Warner Brothers. Эта группа подготовила целый ряд предложений, направленных на кардинальное повышение качества видеопродукции и защите авторских прав на неё.

С этой целью летом 1994 года по инициативе было организовано и проведено широкое обсуждение направлений создания нового носителя совместно с фирмами-изготовителями аппаратуры для цифровой видеозаписи.

Как подчеркивалось в выдвинутых предложениях, непременными свойствами нового носителя видеозаписи должны быть следующие свойства:

♦ возможность записи на один диск полнометражного художественного фильма;

♦ качество изображения должно быть лучше, чем у любого существующего видеоаппарата, включая проигрыватель лазерных видеодисков;

♦ Новые аппараты должны быть совместимыми со всеми существующими CD-устройствами;

♦ Должна быть обеспечена возможность записи звукового сопровождения не менее чем на трех-пяти языках;

♦ запись должна быть защищена от пиратского копирования;

♦ Должна быть предусмотрена возможность изменения формата записи, т.к. в будущем предполагается расширение рынка широкоэкранных фильмов;

♦ должна быть предусмотрена возможность записи на одном диске нескольких версий одного и того же материала с возможностью введения пароля.

После долгого и всестороннего обсуждения двух предложенных вариантов стандарта на систему высокоплотной записи к концу 1995 – началу 1996 года заинтересованные стороны наконец-таки пришли к единому мнению относительно технических параметров нового носителя. Требования эти были сформулированы вначале только для видеозаписи, поскольку основной задачей, поставленной перед разработчиками, было все-таки создание именно видеоносителя. Даже его название – «DVD» вначале означало именно «Digital Video Disc» (вопреки бытующему сейчас мнению) – как и у прототипов (HD-DVD и SD-DVD). Но, поскольку было ясно, что новый носитель годится и для хранения любой другой информации, то название «DVD» надо было поменять на какое-нибудь другое, отражающее его универсальность. Однако название всем нравилось, и менять его никто не хотел. Поэтому решили подыскать для буквы «V» иное, более подходящее значение. Перебрав множество вариантов из словаря, остановились на слове «versatile», которое означает «многопрофильный, разносторонний, легко изменяющийся». Надо заметить - слово не очень удачное в смысле его произношения – и не только для русских, но и для французов, итальянцев, испанце и немцев – не говоря уж о японцах, китайцах, корейцах и других представителей восточных государств. Но ничего более подходящего на букву «V» найти не удалось. Так и осталось за аббревиатурой «DVD» словосочетание «Digital Versatile Disc».

В конструкции самого диска отразились технические решения обеих групп разработчиков – диск может быть односторонним однослойным, односторонним двухслойным, двухсторонним однослойным и двухсторонним двухслойным, т.е. может иметь до четырех информационных слоев.

Окончательные параметры DVD следующие:

• Диаметр диска, мм……………………………………..120

• Толщина диска, мм…………………………………….1,2 (0,6×2)

• Емкость диска, Гбайт…………………………………..4,7 на каждом

информационном слое

• Шаг дорожки, мкм……………………………………..0,74

• Минимальная длина пит, мкм………………………....0,451

• Длина волны излучения лазера, нм…………………...650/635

• Числовая апертура объектива…………………………0,6

• Коррекция ошибок……………………………………..CIRC Plus

• Модуляция сигнала…………………………………….EFM Plus (8-16)

• Среднее значение скорости потока данных, Мбит/с...4,69

• Тип компрессии видеоданных………………………...MPEG2

• Звуковой сигнал:

- CD-Audio

- MPEG1 Audio или MPEG2 Audio

- Dolby Digital (AC-3)

• Максимальное число звуковых каналов………………8

• Максимальное число

дополнительных каналов (субтитры)………………….32

• Длительность видеозаписи

на каждом информационном слое, мин……………….133

12.1.2. Конструкция диска DVD

К настоящему времени получили распространение четыре конструктивно различных типа дисков, имеющих от одного до четырех информационных слоёв. С учетом того, что кроме 120-миллиметрового диска выпускается еще и 80-миллиметровый, всего получается 8 наименований, отличающихся своей информационной ёмкостью. Их данные приведены в таблице 12.2.

Таблица 12.2

Рассмотрим эти типы дисков подробнее.

Однослойный односторонний – SSSL (Single Sided Single Layer) (рис. 12.3). Представляет собой две склеенные подложки толщиной 0,6 мм каждая. Одна из них – та, на которой имеется информационный слой, изготовлена из прозрачного поликарбоната. Другая изготовлена из непрозрачной пластмассы. На ней, разумеется, информационного слоя нет, и предназначена она только для того, чтобы обеспечить нужную толщину диска. На нее наносится этикетка. Информационный слой металлизирован слоем алюминия толщиной 0,05 мкм.

Двухсторонний однослойный (флиппер-диск) –DSSL (Double Sided Single Layer) (рис. 12.4). Аналогичен SSSL, но информационный слой имеется на каждой из двух подложек. Отсюда – общая емкость диска в два раза больше, чем у SSSL. Неудобен тем, что в проигрывателях с одной считывающей головкой при просмотре фильма приходится извлекать его из дисковода и переворачивать.

Односторонний двухслойный – SSDL (Single Sided Double Layer) (рис. 12.5). Так же, как и DSSL, имеет информационный слой на каждой подложке, но считывается, в отличие от него, с одной и той же стороны. Дело в том, что информационный слой на одной из подложек (той, сквозь которую осуществляется считывание) металлизирован не алюминием, а тончайшим полупрозрачным слоем золота или кремния. При считывании луч лазера может фокусироваться либо на поверхности полупрозрачного слоя, либо на поверхности непрозрачного слоя, металлизированного алюминием. При склеивании двух подложек между ними вводится расплавленный прозрачный фотополимер, который затем подвергается облучению потоком ультрафиолетовых лучей и затвердевает. Толщина его составляет доли микрона. Поскольку уровень шумов носителя здесь значительно выше, а уровень полезного сигнала ниже, чем у SSSL и DSSL, питы приходится делать гораздо крупнее стандартных и информационная ёмкость диска получается меньше, чем у DSSL, который тоже имеет два информационных слоя.

Особенностью диска SSDL является то, что если на нем записан DVD-Video или DVD-Audio, то первый слой (полупрозрачный) считывается как обычно – от центра к краю, а вот второй (непрозрачный) – от края к центру. Это делается для того, чтобы во время перехода от одного слоя к другому программа, записанная на нем, не прерывалась. Однако если диск SSDL представляет собой DVD-ROM, то оба слоя считываются от центра к краю.

Двухсторонний двухслойный – DSDL (Double Sided Double Layer) (рис. 12.6). Диск с двумя информационными слоями на каждой из подложек. При изготовлении таких подложек один информационный слой покрывают полупрозрачным слоем золота или кремния, после чего наносят жидкий фотополимер и прикладывают матрицу с рельефом второго информационного слоя. После отвердевания фотополимера под воздействием ультрафиолетовых лучей, на получившийся рельеф напыляют слой алюминия. Две подложки склеивают вместе и получают диск с четырьмя информационными слоями. Емкость его в два раза больше, чем у SSDL.

Цифры в названиях типов дисков отражают их примерную емкость (DVD-5, DVD-9, DVD-10 и т.д.).

По характеру записанной информации диски можно разделить на три типа – DVD-Video, DVD-Audio и DVD-ROM.

На DVD-Video записываются видеопрограммы. DVD-Audio служит источником высококачественных звуковых программ. На DVD-ROM, как правило, записываются компьютерные программы, текстовая, графическая и прочая информация, в том числе может быть записан звук или видео. В этом отношении DVD-ROM, кроме гораздо большей информационной емкости, ничем не отличается от CD-ROM.

По отношению к возможности записи на диски новой информации их тоже можно разделить на три типа.