Оптические диски с прямым доступом

Кроме CD-ROM,CD-RиCD-RWсуществуют не столь широко распространен­ные оптические диски с прямым доступом.

PD/CD— комбинированный накопитель, записывающий информацию наспециальный носитель (и с него же считывающий) по методу изменения фазы вещества (PhasechangeDisk). Носитель представляет собой многослойный дискв защитном картридже, у которого в одном из слоев может изменяться фаза состояния (как и вCD-RW, но вPDэтот принцип применили раньше). Считы­вание основано на изменении степени отражения участков с разной фазой со­стояния. В отличие отCDс одним спиральным треком,PDимеет концентри­ческие треки (как у магнитных дисков) и, следовательно, произвольный метод доступа. Шпиндель накопителя поддерживает постоянную угловую скорость для каждой зоны треков (а не постоянную линейную, как вCD). Это позволя­ет снизить время доступа при поиске в пределах зоны, поскольку не тратится время на разгон или торможение диска. ЕмкостьPD, как и уCD, составляет 650 Мбайт, ноPDне может быть считан на накопителеCD-ROM. В то же время устройствоPD/CD(например, модельPD650) считывает и обычныеCD— тип установленного носителя определяется автоматически. Большим преимуществомPDпередCD-Rявляется возможность многократных цикловстирания-записи и, естественно, считывания при прямом доступе к данным. Недостаток — несовместимость PD и CD.

WORM (Write Once, Read Many times) — устройства с однократной записью и многократным считыванием специфического носителя. Устойчивый к внешним воздействиям картридж 5" емкостью 650 Мбайт — 1,3 Гбайт записывают по тех­нологии, похожей на CD-WORM. Стоимость устройств высокая, стандартов нет.

Термин WARM (Write And Read Many times) подразумевает многократную запись и считывание, но стандартизованных оптических устройств данного типа пока нет.

Перечисленные устройства не выдержали конкуренции с CD и DVD.

Диски dvd

Название DVDпоначалу расшифровывалось какDigitalVideoDisk— диск для цифровой видеозаписи, сейчас же подразумевается иное —DigitalVersatileDisk— универсальный цифровой диск. ВDVDнашли свое развитие принципыCD, на­правленные на повышение плотности хранения и скорости передачи информа­ции. Эти диски имеют те же внешние размеры, что иCD(диаметр 120 мм и толщину 1,2 мм), однако представляют собой «бутерброд» из двух пластин. Дляповышения емкости ширина трека и продольный размер битовой ячейки умень­шены примерно вдвое, снижены издержки избыточности кодов коррекции оши­бок. Кроме того, могут использоваться две стороны диска, а на каждой стороне информация может храниться в двух слоях, таким образом, один диск может иметь уже четыре рабочих плоскости. Для считыванияDVDтребуетсялазер с длиной волны 635/650 нм(дляCDиспользуется длина волны 780 нм). Измене­на система канального кодирования (применяются 16-битные коды) и система избыточного кодирования.

Каждая пластина DVDможет быть какоднослойной(аналогичной по конст­рукции дискуCD), так идвухслойной. В двухслойной пластине «ямки» распо­ложены в двух плоскостях, нижний слой сверху покрыт полупрозрачной полу­отражающей пленкой, а верхний — отражающей (рис. 7.7). Какой из слоев считывается, определяется фокусировкой луча (сигналы другого слоя из-за расфокусировки размываются и на их фоне различим требуемый слой).

Этикетка

Поликарбонат

Отражающий слой

Пограничный слой

Полуотражающий слой

Поликарбонат

Рис. 7.7. Устройство двухслойного диска DVD: а— луч, сфокусированный на верхнем слое; б — на нижнем

Базовой скоростью DVDявляется скорость, достаточная для считывания ви­деодисков, — около11 Мбайт/с, что эквивалентно 9х дляCD-ROM. Однако эта скорость передачи обеспечивается при скорости вращенияDVDпримерно в 3 раза медленнее, чемCD-ROM. Этим объясняется тот факт, что высокоскоростные приводыDVD-ROM, читающие иCD, обеспечивают скорость считыванияCDменьшую, чемDVD, — сказывается ограничение скорости вращения, при которой биения еще приемлемы. Высокие скоростиDVD-ROM(2x, 4х...) требу­ются лишь для ускорения обмена данными при работе компьютерных приложе­ний для видео достаточно и 1х. В 2000 году достигли скорости 16х, но такаявысокая скорость пока остается невостребованной. Время доступа у приводов DVDтакое же большое, как и у приводовCD(около 200 мс).

Приводы DVDпозволяют считывать информацию и с обычныхCD. Уже по­явились комбайны, способные читать и писать дискиCDи читать дискиDVD, например, приводToshibaSD-R1002 сочетает в себе возможностиCD-R4x,CD-RW4х,CD-ROM24xиDVD-ROM4,8x.

Диски DVDвыпускаются в разных сочетаниях количества сторон и слоев (SS—SingleSided, односторонние;DS—DualSided, двусторонние;SL—SingleLayer, однослойные;DL—DualLayer, двухслойные).

• DVD-5 — диски емкостью 4,7 Гбайт (SS/SL), информация записана в од­ом слое одной пластины. Вторая пластина может использоваться для эти­кетки.

• DVD-10 — диски емкостью 9,4 Гбайт (DS/SL), информация записана водном слое обеих пластин. Для считывания обеих сторон во многих моде­лях приводов приходится переворачивать диск. Маркировка дисков про­блематична, поскольку обе стороны используются для считывания.

• DVD-9 — диски объемом 8,54 Гбайт (SS/DL), используются два слоя од­ной стороны. Из-за двухслойности размер ячейки увеличили примерно на 10 %, за счет чего емкость каждого слоя несколько снизилась.

• DVD-18 — диски объемом 17,08 Гбайт (DS/DL), используются два слоя идве стороны. Производство таких дисков очень сложно, а потому и дорого.

• DWD-R— записываемые диски, однослойные, односторонние (4,7 Гбайт) и двусторонние (9,4 Гбайт).

• DWD-RAM— перезаписываемые (Rewritable) диски, однослойные, одно­сторонние (SS/SL, 2,6 Гбайт) и двусторонние (DS/SL, 5,2 Гбайт).

• DWD-RW— перезаписываемые (ReRecordable) диски, однослойные, од­носторонние (SS/SL, 4,7 Гбайт).

Диски DVD-Video несут видеоинформацию с разрешением 720 х 480/576, сжа­тие по алгоритмуMPEG-2 (средняя скорость потока 3,5 Мбит/с), аудиосигнал по схеме 5.1 (DolbyDigitalSound), 133 минуты.

Диски DVD-Audio несут высококачественный многоканальный (объемный) аудиосигнал с новыми возможностями, недоступными вCD-DA. Полный диск (4,7 Гбайт) вмещает 2 часа объемного или 4 часа стереофонического воспроизве­дения.

Диски DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-RW иDVD+RW используются для хране­ния и переноса больших объемов информации, они должны заменитьCDв тех случаях, когда объема 650 Мбайт уже недостаточно (многотомные игры, энцик­лопедии, базы данных, архивы).

Первые записываемые диски DVD-Rи рекордеры появились в 1997 году, но были очень дороги. Они используют ту же технологию, что иCD-R, но более тонкую геометрию и иной тип краски. ДискиDVD-Rполностью совместимы сDVD-ROM,DVD-VideoиDVD-Audio, так что они могут считываться на любыхустройствах, подходящих по назначению (проигрывателях или приводах для ком­пьютеров). ДискDVD-Rсодержит 5 областей:

1. PCA (Power Calibration Area) — область калибровки мощности;

2. RMA (Recording Management Area) — область управления записями;

3. lead-in area — вводная область;

4. data recordable area — область данных;

5. lead-out area — выводная область.

Диски DVD-Rдопускают инкрементную запись, аналогично многосеансовымCD-R. Определены два типа инкрементной записи:

• Туре 1 — допускает чтение дисков DVD-R в системах с ISO 9660, исполь­зует файловую систему UDF Bridge;

• Туре 2 — для непосредственного манипулирования файлами (прямого до­ступа), использует UDF без возможностей ISO 9660.

Для обоих типов каждая секция данных пишется в обрамленную область (borderedarea) после областиborderin, за которой следует областьborderout, а также областьborderin, предшествующая следующей секции данных. Каждая обрамленная область начинается с файловой системыUDFи завершается вир­туальной таблицей размещения файловVAT(VirtualAllocationTable).

В первой версии DVD-R(1997 г.) емкость диска была 3,95 Гбайт, во второй версии (1999 г.) емкость увеличена до 4,7 Гбайт.

Диски и рекордеры по спецификации DVD-форумаDVD-RAM (перезаписы­ваемые) появились позжеDVD-R, но по более низким ценам. В них использует­ся изменение фазы (аморфная — поликристаллическая), как и вCD-RW. В пер­вой версииDVD-RAMемкость диска была 2,6 Гбайт на одну сторону, во второй версии (1999 г.) емкость увеличена до 4,7 Гбайт. Вместо постоянной линейнойскорости здесь используется разделение диска на зоны, и в каждой зоне посто­янна угловая скорость (CAV—ConstantAngularVelocity), так что средняя ли­нейная скорость по всему диску постоянна. ДискиDVD-RAMзаключены в кар­триджи, и для работы с ними требуются специальные приводы (Caddy-Type).

Сейчас DVD-форумом рассматриваются и иные форматы перезаписываемых дисков -DVD-RWиDVD+RW(это разные вещи!).

Формат DVD+RW предлагается фирмамиHewlett-Packard,PhilipsиSonyпри поддержкеVerbatim,RicohиYamaha(ветерановCD-RW). Диски совместимы сDVD-ROMи не требуют картриджа. Доступны диски объемом 3 Гбайт и прора­батывается формат на 4,7 Гбайт. Для хранения данных применяется постоянная угловая скорость, для видео — постоянная линейная.

Формат DVD-RW предлагается фирмойPioneerи принятDVD-форумом для рассмотрения в качестве очередного стандарта. У дисковDVD-RWотражающая способность выше, чем уDVD-RAMиDVD+RW, так что они могут считываться и на существующих приводахDVD-ROM. Объем диска 4,7 Гбайт, картридж нетребуется.

Есть еще и формат перезаписываемых дисков MMVF (MultimediaVideoFile) от фирмыNEC, предлагающей диски 5,2 Гбайт, удобные для видеоданных.

Для защиты от копирования и неавторизованного использования высокока­чественной видео- и аудиопродукции используется скремблирование содержи­мого (CSS—ContentScramblingSystem). Видео- и аудиофайлы шифруются поключам, уникальным для каждого диска и каждого набора произведений, запи­санных на диске. Ключ в зашифрованном виде хранится на диске и считывается декодером воспроизводящего устройства. Алгоритмы шифрования держатся в секрете компаниями, занимающимися производством видеодисков и проигрыва­ющей аппаратуры. Файлы данных не шифруются. На DVD-диске может стоять защита файлов от перезаписи через аналоговый выход композитного видеосиг­налаMacrovisionAPS(AnalogueProtectionSystem) — в сигнал вводятся специ­альные искажения. На аналоговые выходыRGBиYUVэта защита пока не рас­пространяется. Для установки флага защиты требуется лицензирование уMacro-vision. Разработкой новых методов защиты от пиратства занимается рабочая груп­паCPTWG(CopyProtectionWorkingGroup)DVD-форума.

Диски DVD-Videoимеют код региона, который должен совпадать с кодом региона, установленным в проигрывателе. Весь мир поделили на 6 зон (Россия относится к зоне 5), и каждый диск предназначен для продажи (проигрывания) лишь в своем регионе. В приводеDVD, устанавливаемом в компьютер, номеррегиона можно задавать программно. Возможность смены кода региона опреде­ляется уровнем контроля региональной защитыRPC(RegionProtectionControl), реализованным в микропрограмме привода. ПриводRPC-1 позволяет менять код региона неограниченное число раз,RPC-2 — не более 5 раз. «Народные умель­цы», естественно, уже нашли способ «лечения этого недуга» заменой «прошив­ки», однако найти версию микропрограммы (firmware) сRPC-1 можно не для каждой моделиDVD.

В DVDиспользуется файловая система микро-UDF— подмножествоUDF(UniversalDiskFormat). Файловая система не зависит от платформы, обеспечи­вает эффективный файловый обмен, ориентирована на дискиCD-ROMиCD-R, основана на стандартеISO13346. Имеется расширениеUDFдля поддержки пе­резаписываемых дисков. КомбинацияUDFиISO9660, известная какUDFBridge, позволяет обращаться к данным дисков как из ОС, не поддерживающихUDF(например,Windows95), так и поддерживающихUDF(Windows98).

Диски DVD-видео и аудио используют только файлы в системеUDF, размер файла не должен превышать 1 Гбайт. Как для компьютерных, так и для телеви­зионных приложений дискиDVDдолжны иметь единую файловую систему. Ви­део- и аудиофайлы на дискахDVDдолжны находиться в каталогахVIDEO_TSиAUDIO_TSсоответственно, расположенных в корневом каталоге диска.

Для воспроизведения DVD-видео в компьютере должен быть аппаратный или программный декодерMPEG-2. Аппаратный декодер может работать даже на маломощном процессоре типаPentium133, как правило, аппаратный декодеримеет и выход аналогового видеосигнала для подключения телевизора. Для про­граммного декодирования требуетсяPentiumII-266 с соответствующим графи­ческим адаптером.

Тиражирование компакт-дисков

Несмотря на то, что запись на компакт-диск (так называемый мастер-диск) осуществляется с помощью ла­зера, этот способ непригоден для производства сотен или тысяч копий. Запись одного мастер-диска длит­ся более получаса. Кроме того, материалы, применяемые при изготовлении мастер-дисков, не подходят для длительного использования этих дисков.

Если необходимо изготовить небольшой тираж компакт-дисков, с оригинала (мастер-диска) методом галь­ванопластики снимается металлическая копия (матрица), которую можно использовать для изготовления копий так же, как при тиражировании виниловых грампластинок. Этот метод применяют для изготовления небольших партий дисков, поскольку металлическая копия изнашивается. Большие партии компакт-дисков производятся в три этапа.

1. С мастер-диска вышеописанным способом снимается первичная матрица.

2. С помощью этой матрицы изготовляют копию мастер-диска из более прочного металла.

3. Копию мастер-диска можно многократно использовать для изготовления вторичных (рабочих) матриц.

При таком способе можно изготовить множество рабочих матриц с одной копии мастер-диска, причем его оригинал практически неприкосновенен, а в технологическом процессе используются относительно недорогие материалы. Те компакт-диски, которые вы покупаете в магазине, отштампованы на поликарбо­натной основе, покрытой алюминием и защитным слоем пластика. Тонкое алюминиевое покрытие повто­ряет профиль поверхности основы, что позволяет по отражению лазерного луча от поверхности опреде­лить, есть ли на ней углубление. Описанная технология используется при производстве как аудио компакт-дисков, так и дисков CD-ROM.