7. Файловая система дисков BluRay

Файловая система дисков BluRay полностью соответствует стандартному формату UDF (Universal Disc Format), установленному для оптических дисковых носителей информации.

Спецификация на формат UDF, реализующий Международный стандарт ISO/IEC 13346, была разработана Ассоциацией по технологиям оптических накопителей OSTA (Optical Storage Technology Association) для того, чтобы устранить зависимость структуры данных на оптических дисках от типа используемого носителя, платформы и операционной системы компьютера и таким образом обеспечить совместимость данных на оптических дисках с наиболее распространенными операционными системами ПК – в первую очередь корпораций Microsoft (Windows) и Apple (Macintosh).

Формат UDF, прежде всего, ориентирован на перезаписываемые варианты оптических носителей (CD-RW, DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM, BD-RE), но в силу того, что у носителей последних поколений (DVD, BD) файловые системы одинаковы у всех разновидностей дисков (ROM, R, RW, RE), он также относится и к носителям только для считывания (ROM). Исключение составляют диски CD-ROM (а также записанные в том же формате диски CD-R/RW), файловая система которых была разработана раньше формата UDF и поэтому соответствует более раннему стандарту ISO 9660.

Следует отметить, что UDF – это не один формат, а, скорее, семейство форматов, которое постоянно развивается и совершенствуется вместе с развитием и совершенствованием операционных систем. Первая версия формата – UDF 1.0 совместима с Windows 98 и ранними версиями ОС корпорации Apple, а последние UDF 2.5, UDF 3.0 – c Windows Vista и MAC OS X 10.5.

Версия UDF 2.5 была разработана специально для использования с носителями большой емкости последнего поколения и предусматривает дублирование файлов вспомогательных данных (метаданных). Вместо одного массива метаданных (Metadata File), как в более ранних версиях UDF-формата, здесь при записи формируется еще и их дубликат (Metadata Mirror File). В первую очередь это позволяет повысить устойчивость метаданных к повреждениям, поскольку обращение к ним производится гораздо чаще (как при считывании информации, так и при ее перезаписи), чем к основным данным (данным пользователя), и в зоне, где они располагаются на диске, могут со временем появиться дефекты, вызванные частым воздействием лазерного излучения. Кроме того, удвоение метаданных обеспечивает более быстрый поиск нужного фрагмента, сканирование диска и выполнение таких утилит, как самопроверка диска.

Таким образом, версия UDF 2.5 обеспечивает сближение технического исполнения и систем управления компьютерных дисководов BluRay и бытовых рекордеров.

Метаданные – это «данные о данных», т.е. разнообразная информация о том, где на диске находится то, что пользователь (или компьютерная программа, управляющая считывающим устройством) хочет в данный момент отыскать (файлы доступа и директории). Метаданные аналогичны по содержанию служебной группе (субданным) в формате CD-Audio. Однако, поскольку на перезаписываемых дисках последнего поколения отдельные файлы могут быть разбросаны по всему диску (как на жестком диске компьютера), в метаданных содержится еще и информация о местонахождении каждого из фрагментов таких файлов.

Расположение на диске BluRay зон записи различных типов файлов показано на рис. 7.1.

В соответствии со спецификацией UDF, информация на любом диске BluRay организована в логические сектора размером в 2 кб и блоки коррекции ошибок ЕСС размером в 64 кб. Таким образом, каждый блок ЕСС содержит 32 логических сектора.

Тем не менее требования UDF к размерам файлов и к их структуре для каждого из типов носителей (BD-RE, BD-R, BD-ROM) несколько отличаются.

Основным назначением диска BD-RE является запись аудиовизуальных программ с качеством, соответствующим формату HDTV. Правила размещения данных на поверхности носителя играют ключевую роль в обеспечении процесса записи и перезаписи таких программ на диск BD-RE. Эти данные делятся на два типа: данные, относящиеся непосредственно к записываемой аудиовидеоинформации (данные пользователя), и данные о размещении данных пользователя на поверхности диска (метаданные). Метаданные обеспечивают размещение данных пользователя на свободной площади носителя при записи и поиск нужных фрагментов при воспроизведении.

Файловая система оперирует данными на уровне логических секторов и обеспечивает выполнение функций записи и считывания информации. Объемы аудиовидеоданных и метаданных очень сильно отличаются по размерам – если объем первых может достигать гигабайта и более, то объем соответствующих ему метаданных может составлять от нескольких килобайт до нескольких мегабайт. Однако при воспроизведении какой-то конкретной программы, поток аудиовидеоданных в течение какого-то определенного временного интервала будет непрерывным, а вот обращение к метаданным при этом будет гораздо более частым, во-первых, потому что необходимо постоянно считывать данные для контроля процесса воспроизведения и для визуализации на дисплее, во-вторых, потому что фрагменты одной видеопрограммы могут размещаться в разных местах дискового пространства. Еще более сложной ситуация будет, если требуется воспроизводить диск по заранее заданной программе. Некоторая информация, характеризующая процедуры обращения к данным пользователя и метаданным, приведена в табл. 7.1.

Таблица 7.1

Разница между файлами основных и вспомогательных данных

Данные	Аудиовидеоданные	Метаданные
Размер файла	Большой (от нескольких мегабайт до нескольких гигабайт)	Небольшой (от нескольких килобайт до нескольких мегабайт)
Частота обращения	Малая	Большая
Временные характеристики процессов записи/считывания	В реальном масштабе времени	Соответствие реальному масштабу времени не требуется
Влияние ошибок	Влияние ошибок второстепенно. Соответствие реальному масштабу времени является более важным, чем выполнение процедуры устранения ошибок, даже когда они присутствуют	Дублирование записи и процедура устранения ошибок очень важны, поскольку наличие ошибок может привести к серьезным проблемам
Зона размещения	В средней части диска	У внешнего и внутреннего диаметров диска. Данные дублируются

Многократно выполняемые процедуры записи, стирания и редактирования данных приводят к тому, что на диске могут образовываться небольшие зоны незаполненного пространства, разбросанные по всему диску. Эти зоны могут быть использованы при записи очередного файла. В результате такой файл, который с точки зрения пользователя представляет собой единое целое и должен воспроизводиться непрерывно в реальном масштабе времени, будет, тем не менее, состоять из большого числа отдельных фрагментов, расположенных в разных местах на диске.

При воспроизведении такого файла считывающий узел (оптическая головка) будет вынужден совершать скачки от одного фрагмента дорожки к другому, перемещаясь вдоль радиуса диска (рис. 7.2). Будет при этом также изменяться скорость вращения диска. Во время выполнения скачка поток считываемых с диска данных неизбежно будет прерываться. Однако это никак не должно отражаться на процессе декодирования и воспроизведения видеопрограммы – она при этом прерываться не должна.

Считываемая с диска информация, как известно, вначале записывается в буферную память. Для того чтобы обеспечить непрерывность воспроизведения видеопрограммы, данных в буферной памяти должно быть столько, чтобы при выполнения скачка они не успели закончиться до того момента, когда воспроизведение вновь возобновится. Для этого скорость заполнения буферной памяти R_UD должна быть выше, чем скорость R_MAX потока считываемых из нее данных (рис. 7.3, 7.4). Кроме того, спецификация на файловую систему BluRay (UDF) оговаривает минимальный размер фрагмента дорожки, на который еще можно производить запись