Диски для многократной записи.

Их сейчас известно три вида – DVD-RW, DVD+RW и DVD-RAM. Это однослойные односторонние диски и емкость их не превышает SSSL. Запись их, так же и CD-RW, осуществляется путем изменения фазового состояния вещества информационного слоя. В качестве такого вещества может использоваться сплав германия, сурьмы и теллура (GeSbTe), который при разогреве до соответствующих температур способен переходить из кристаллического состояния в аморфное и обратно. Ниже слоя такого вещества располагается отражающий слой. При считывании информации лучом лазера малой мощности отраженный пучок меняет свою интенсивность.

DVD-RW (Rewritable – перезаписываемый). Основной разработчик – фирма PIONEER. Поддержан фирмами JVC, HITACHI, KENWOOD, LG, MITSUBISHI, SHARP. Утвержден консорциумом по DVD. Емкость – 4,7 Гбайт.

DVD+RW. Основной разработчик – PHILIPS. Поддержан фирмами SONY, THOMSON, YAMAHA. Консорциумом по DVD не утвержден. Емкость – 2,8 Гбайт. Некоторые особенности характера записи DVD+RW позволяют считывать с нег информацию только с помощью аппаратов PHILIPS, SONY, THOMSON и YAMAHA.

DVD-RAM (Read Access Memory – память с произвольным доступом). Основной разработчик – Panasonic. Поддержан фирмами HITACHI, TOSHIBA и SAMSUNG. Утвержден консорциумом по DVD. Емкость может быть от 2,8 Гбайт до 5,2 Гбайт. Его запись и считывание могут осуществляться только соответствующими устройствами или устройствами, специально адаптированными для этого.

Перезаписываемые диски, так же как и DVD-R, в случае копирования на них информации с дисков DVD-Video, DVD-Audio и DVD-ROM, приобретают свойства того формата, к которому относится эта информация, и теоретически должны считываться соответствующими DVD-устройствами. Но, как и в случае с DVD-R, это не всегда так. Оптический контраст записи (разница между интенсивностью отраженного от поверхности диска света, соответствующего нулям и единицам записанного сигнала) у тиражированных дисков составляет 45…85% («0» - «1»), а у дисков DVD-RW и DVD+RW всего 18…30% (за 100% здесь принята интенсивность падающего пучка). Те дисководы, которые не рассчитаны на воспроизведение записей с таким контрастом (в их число входят все дисководы первых поколений), конечно же, считывать реверсивные диски не смогут.

Что же касается DVD-RAM, то они имеют еще меньший контраст – 12…25%. Кроме того, в силу характера магнитооптической записи для ее воспроизведения требуется несколько иная конструкция оптической головки.

Как говорилось выше, все диски DVD имеют защиту от прямого копирования, что не позволяет осуществлять их перезапись в цифровом виде. Поэтому подготовку информации для записи (премастеринг) придется проводить с помощью имеющихся в наличии средств – DVD-рекордера или компьютера с приводом DVD-RW (или другого типа). Как следствие, организация записанного материала может отличаться от той, которую «понимает» DVD-плеер и воспроизведение может стать невозможным именно по этой причине.

Как уже отмечалось, по характеру записанной информации диски DVD делятся на три типа: DVD-Video, DVD-Audio и DVD-ROM, причем последний отличается от CD-ROM только гораздо большей емкостью. Два других типа, в отличие от их аналогов формата CD, предполагают совершенно иное качество материала. Имеет смысл рассмотреть их более подробно.

12.1.3. DVD-Video

Этот тип диска, как следует из его названия, является носителем видеопрограмм. Программы, записанные на нем, имеют высочайшее качество, приближенное к вещательному. Кроме того, благодаря большому объему содержащейся на диске служебной информации, проигрыватели DVD-Video обеспечивают пользователю невиданное ранее количество разнообразных сервисных возможностей.

Видеоинформация, в том числе субтитры и прочие графические элементы изображения, записываются на диск, как правило, с использованием технологии сжатия данных по стандарту MPEG2. Такая технология предполагает неравномерность скорости потока информации, считываемой с диска. В процессе воспроизведения скорость потока зависит от динамики видеосюжета – если в кадре много движения, то скорость потока увеличивается, если картинка статична или в ней мало движения, то снижается. Средняя скорость общего потока данных (видео, звук, субтитры и пр.) – 4,69 Мбит/с. Максимальная же может достигать 9,3 Мбит/с. Разрешение видеоизображения при таком способе сжатия получается 720 пикселей на 480 строк, а продолжительность фильма, который можно записать на один информационный слой диска – до 135 минут.

Кроме того, видеоизображение может быть записано со сжатием по стандарту MPEG1, который предполагает фиксированную скорость кодирования потока данных. Картинка при этом получается менее качественной, с разрешением всего 352 пикселя на 240 строк.

Одной из экзотических особенностей DVD является то, что пользователь может рассматривать происходящее на экране телевизора в нескольких различных ракурсах, свободно переходя от одного к другому по своему усмотрению. Для этого ему достаточно нажимать кнопку «Изменение угла зрения» на пульте дистанционного управления проигрывателем. Такая возможность обеспечивается за счет того, что фильмы для записи на DVD снимаются несколькими камерами, видеопотоки от которых мультиплексируются и записываются на диск. Число камер может быть от одной до девяти. Здесь всё зависит как от замысла режиссера, так и от продолжительности фильма. Если фильм длинный и его продолжительность приближается к максимальной (135 минут), то суммарная скорость потока данных, который получается при совмещении нескольких видеопотоков и потока звуковых данных, может оказаться настолько большой, что превысит возможности системы DVD. Тогда количество ракурсов придется ограничить. Если же фильм достаточно короткий, то число ракурсов определяется только возможностями съемки и замыслом режиссера. Следует отметить, что при одновременной записи видеопотоков от большого количества камер, максимальную скорость данных внутри каждого из них приходится ограничивать, и качество изображения получается несколько хуже. Тем не менее, оно все еще остается достаточно высоким.

Еще одной особенностью DVD является то, что фильмы здесь можно смотреть в двух вариантах – в стандартном формате с соотношением сторон 4:3 и широкоэкранном – 16:9. Записывается на диск один вариант – стандартный 4:3. Но декодер MPEG2 может трансформировать изображение в широкоэкранное.

Очень примечательно звуковое сопровождение фильмов на DVD-Video. Оно может быть в четырех вариантах.

Первый соответствует стандарту CD-Audio, а если уж быть точным, то стандарту R-DAT – 16 бит/48 кГц. Компрессия здесь не используется. С точки зрения качества – это самый лучший вариант. Записанный таким способом звук может быть перекодирован в объемный по системе Dolby Surround. Но это зависит от того, предусмотрена ли такая система перекодирования в конкретной модели проигрывателя, что совсем не обязательно.

Второй вариант – многоканальный звук по системе Dolby Digital (AC-3). Этот вариант обеспечивает шесть звуковых каналов – пять основных (передние – правый, центральный и левый; тыловые – правый и левый) с полосой частот 3…20000 Гц и один дополнительный – низкочастотный с полосой частот 3…120 Гц. Такая система известна как 5.1-канальная. Разрешение здесь может быть от 16 до 24 разрядов при частоте дискретизации 48 кГц, но со сжатием. Поскольку воспроизведение такого звука предполагает наличие в проигрывателе соответствующего декодера, а также соответствующего усилителя и акустических систем, то предусмотрено его преобразование в Dolby Surround, когда эффект объемного звучания достигается с помощью только двух акустических систем. Если же нет и такого декодера, то звуковое сопровождение будет обычным – моно или стерео.

Третий вариант – с использованием компрессии по стандарту MPEG1 Audio либо по стандарту MPEG2 Audio. Последний позволяет перекодировать звук как в Dolby Digital, так и в Dolby Surround. Но это также зависит от наличия в проигрывателе соответствующих транскодеров. Такой вариант звукового сопровождения чаще всего используется в Европе.

И, наконец, четвертый вариант – это тоже шестиканальный (5.1-канальный) цифровой объемный звук мастер-класса в стандарте DTS (Digital Theatre Systems). Этот вариант – самый лучший с точки зрения эмоционального восприятия.

Что же касается речевого сопровождения, то оно может быть записано на восьми языках (хотя может быть и меньше). Пользователь может выбрать любой из них по своему усмотрению.

Кроме того, изображение может сопровождаться субтитрами на 32-х языках мира, в том числе самых экзотических. Пользователь также может выбрать один из них или убрать субтитры с экрана. Для этого на пульте ДУ предусмотрены кнопки «Субтитры. Вкл./Выкл.» и «Изменение субтитров». Однако, количество каналов речевого сопровождения, так же как и каналов с субтитрами, зависит только от желания создателей фильма и их может быть гораздо меньше и даже может не быть совсем.

Еще одной новинкой, использованной в системе DVD-Video, является так называемый «родительский код». Этот код не позволяет детям до определенного возраста просматривать содержимое некоторых дисков или определенных фрагментов на них. Возможность введения «родительского кода» закладывается еще на стадии изготовления диска. Если кодируются фрагменты фильма, то предусматриваются их варианты с более «мягким» содержанием. Родители имеют возможность подтвердить запрет введением своего кода в проигрыватель. После того как подтверждающий код введен, просмотреть запрещенный можно только после введения соответствующего пароля, который могут знать только те, кому его сообщили. В противном случае будет воспроизводиться другой вариант фрагмента, на который запрет не распространяется. Такого рода кодирование нашло своих сторонников в основном в США. В Европе же особым успехом не пользуется.

Обеспечив пользователя широким набором сервисных возможностей, разработчики и производители DVD-продукции вместе с тем создали для него еще и ряд серьезных ограничений. К числу таких ограничений относятся региональное кодирование и системы защиты от копирования.

Как было заявлено с самого начала, целью введения регионального кодирования является защита рынков сбыта видеопродукции путем ограничения импорта. Для этого диски DVD и DVD-проигрыватели снабжаются региональным кодом, который позволяет считывать содержимое дисков только аппаратами своего региона. Весь мир поделен на шесть географических зон, каждой из которых присвоен свой код:

1 – США и Канада;

2 – Япония, Западная Европа, ЮАР, Турция и Средний Восток;

3 – Юго-Восточная Азия;

4 – Австралия, Новая Зеландия, Океания и Латинская Америка;

5 – Россия, страны СНГ, Африка, Центральная Азия и Северная Корея;

6 – Китай.

Идея введения регионального кода принадлежит Голливуду и направлена, судя по всему, в первую очередь на защиту своей собственной продукции. Опыт нескольких лет существования DVD показал, что, как и ожидалось с самого начала, такая идея, ничего, кроме массы неудобств, пользователю не принесла. Зато производители видеофильмов сполна воспользовались ею в своих интересах, устанавливая цены с большой разницей на одну и ту же продукцию в разных регионах. В Европе и в Японии региональное кодирование успехом не пользуется, поэтому производимые там диски не всегда имеют региональный код, а конструкция проигрывателей DVD позволяет потребителю тем или иным способом обойти это неудобство.

Однако самым главным неудобством для потребителя были разнообразные системы запрета копирования, с помощью которых производители дисков пытались охранять свои права, препятствуя размножению видеопрограмм путем их перезаписи. Но все эти системы не прижились.

12.1.4. DVD-Audio

Требования к звуковой версии DVD в общих чертах были сформулированы еще в середине июня 1998 года, однако массовое производство дисков и проигрывателей долгое время сдерживалось из-за неясности ситуации с защитой от копирования.

Основным требованием, обеспечивающим сверхвысокое качество звуковых программ, записанных на DVD-Audio, является использование линейного кодирование материала (без компрессии) со следующими характеристиками:

Частота дискретизации, кГц………..44,1; 88,2; 176,4 и 48; 96; 192

Разрядность квантования, бит………16, 20, 24

Число независимых каналов…………от 1 до 6 (5.1)

Таким образом, даже наихудший из всех возможных вариантов должен обладать качественными показателями, аналогичными CD-Audio (16 бит/44,1 кГц). Следовало бы предположить, что наилучшим будет шестиканальный звук (5.1-канальный) с параметрами кодирования в каждом из каналов 24 бита/196 кГц. Однако этот вариант, к сожалению, невозможен, поскольку скорость потока данных, которая потребовалась бы для считывания такого объема информации в реальном масштабе времени должна приближаться к значению 27,6 Мбит/с. Максимальная же величина этого параметра у DVD – 9,6 Мбит/с. Поэтому звук с параметрами 24 бит/192 кГц (а также 24 бит/178,4 кГц) возможен только в двух- или одноканальном вариантах (стерео или моно).

С учетом этого обстоятельства, стандартом предусмотрены различные комбинированные варианты с разным разрешением в разных каналах при шестиканальной записи. Наивысший приоритет в таких вариантах отдается правому и левому фронтальным каналам, за ними могут следовать либо центральный, либо угловые тыловые каналы и, наконец, низкочастотный. Пример распределения уровней разрешения и времени звучания однослойного диска при 24-разрядном квантовании приведен в таблице.

Более того, шестиканальное звучание с параметрами 24 бит/96 кГц (скорость потока данных 13,8 Мбит/с) возможно только с использованием специального вида компрессии (все-таки компрессия!) – MLP (Meridian Lossless Packing – упаковка «без потерь», разработанная фирмой MERIDIAN). Правда, этот вид компрессии обеспечивает полное восстановление данных после декодирования – как будто никакой компрессии и не было. Именно поэтому он и допустим в DVD-Audio. Степень сжатия в MLP невелика – объем данных уменьшается всего на 25…55%. Тем не менее, этого достаточно, чтобы данный вариант кодирования можно было воспроизводить в реальном масштабе времени.

В последнее время программы с шестиканальным звучанием могут быть записаны на диск с применением компрессии с потерями - либо по технологии Dolby Digital (AC-3), либо по технологии DTS (Digital Theatre Systems) либо по технологии MPEG2 AAC или MPEG4 AAC. Тем не менее, с учетом того, что большинство воспроизводящих систем домашнего пользования являются все-таки стереофоническими, предусмотрено, что в проигрывателях DVD-Audio шестиканальный звук может воспроизводиться как двухканальное стерео. Для этого аппарат должен включать в себя систему автоматического сведения шести каналов в два. Такая система называется SMART – System Managed Audio Resource Technique (техника системного управления звуковыми ресурсами). В отдельных случаях двухканальный (стерео-) вариант может быть записан на диске вместе с шестиканальным. Тогда проигрыватель должен выбрать воспроизведение именно этого варианта, поскольку всякое автоматическое сведение всегда хуже оригинальной записи, сделанной звукорежиссером. Если же двухканальный вариант отсутствует, то будет воспроизводиться шестиканальный и перекодироваться в двухканальное стерео с помощью системы SMART.

Учитывая то, что емкость диска DVD хотя и велика, но не беспредельна, стандартом предусмотрены различные комбинированные варианты с разным разрешением в разных каналах при шестиканальной записи. Наивысший приоритет в таких вариантах отдается правому и левому фронтальным каналам, за ними могут следовать либо центральный, либо угловые тыловые каналы и, наконец, низкочастотный.

Не так давно стандарт на DVD-Audio был дополнен, и теперь он предусматривает возможность записи на диск кроме звукового сигнала еще и элементов видеоинформации – мультимедийного и текстового сопровождения музыки. Таки образом, в будущем, вместе с проигрывателями DVD-Audio и DVD-Video, все большее число моделей будет обладать универсальными функциями, т.е. воспроизводить как диски DVD-Audio, так и диски DVD-Video.

Кроме того, планируется, что проигрыватели DVD-Audio в дальнейшем смогут воспроизводить и диски SuperAudioCD с одноразрядным кодированием DSD (Direct Stream Digital). Но об этом – чуть позже.

12.1.5. Проигрыватели DVD

На рис. 12.7 представлена структурная схема проигрывателя DVD-Video.

Сигнал, считанный с диска оптической головкой, поступает на блок предварительных усилителей, после чего из него формируется цифровой код и выделяются импульсы тактовой синхронизации. Кроме того, сигнал с оптической головки поступает на сервопроцессор, который выделяет и отрабатывает возникающие при воспроизведении диска ошибки фокусировки и автотрекинга.

Информационный сигнал и тактовые импульсы поступают на демодулятор и блок защиты от ошибок (декодер CIRC Plus). В качестве модулирующего кода в DVD используется канальный код 8-16 (EFM Plus), который ставит в соответствие каждому байту информации 16-разрядную канальную группу. Соединительные разряды здесь, в отличие от простого EFM-кода, не используются, поскольку устранение постоянной составляющей и соблюдение ограничений на минимальный и максимальный интервалы обеспечивается другими способами – путем выбора одной из нескольких возможных 16-разрядных комбинаций.

После демодуляции (обратного преобразования 16-разрядных групп в исходные байты информационного потока) из него выделяются служебные данные и направляются в центральный процессор, управляющий работой всех систем проигрывателя. А видео- и аудиоданные обрабатываются декодером CIRC Plus, который осуществляет деперемежение и коррекцию обнаруженных ошибок. Здесь же происходит выделение сигнала управления двигателем, вращающим диск, и сигналов блочной, кадровой и прочих видов синхронизации.

После этого информационные данные поступают на систему VBR (Variation Bit Rate), которая управляет потоком данных для видеодекодера MPEG2. Поскольку его работа предполагает неравномерную скорость этого потока, зависящую от динамики видеосюжета, то система VBR выполняет роль буфера, накапливающая в ОЗУ данные, считываемые с диска, и передающего их декодеру MPEG2 в ответ на его запрос.

Видеодекодер, кроме того, может работать с данными, компрессированными по технологии MPEG1, которая предполагает постоянную скорость потока данных.

После декомпрессии видеоинформация преобразуется в тот или иной телевизионный формат (NTSC, PAL, SECAM) и поступает на выход проигрывателя (вход телевизора).

Звуковая информация поступает на блок аудиодекодеров (MPEG2, AC-3, DTS), где, в зависимости от способа ее представления на диске, технических возможностей проигрывателя и желания пользователя, происходит ее декодирование или перекодирование. Полученная в результате последовательность отсчетов либо преобразуется в аналоговую форму с помощью внутренних ЦАП, либо поступает на выход в цифровой форме для преобразования во внешнем декодере.

Работой всех систем проигрывателя управляет центральный процессор, который, в свою очередь, управляется пользователем либо с пульта дистанционного управления (ДУ), либо с помощью органов управления на передней панели проигрывателя. У DVD-дисководов роль органов управления выполняет соответствующий драйвер компьютера.

К настоящему времени выпущено уже более сотни моделей DVD-проигрывателей – как стационарных, так и переносных, отличающихся друг от друга объемом сервисных функций, способностью декодировать многоканальный звук, количеством оптических головок (1 или 2), совместимостью с другими разновидностями дисков DVD и CD, качеством воспроизводимого изображения и звука и прочими особенностями.

Что касается совместимости с другими носителями, то здесь неукоснительно выполняется только одно условие – все DVD-проигрыватели способны воспроизводить диски CD-Audio и CD-Video. По отношению к CD-R, CD-RW, а также к DVD-R и DVD-RW такого требования нет, поэтому чаще всего проигрыватели DVD их не воспроизводят или воспроизводят без гарантии качества. Причем последнее относится только к проигрывателям с двумя головками, одна из которых укомплектована лазером с длиной волны излучения 635/650 нм, другая – с длиной волны излучения 780 нм (как у проигрывателей CD). Как говорилось в главе 9, записываемые диски имеют цветную отражающую поверхность, и свет красного лазера DVD-проигрывателя ею частично поглощается.

Структурная схема проигрывателя DVD-Audio показана на рис. 12.8. Она значительно проще схемы проигрывателя DVD-Video и больше похожа на схему проигрывателя CD-Audio. Работа ее понятна без пояснений.