От CD и DVD к Blu-Ray технологиям и дискам

Сегодня можно признать, что в большей мере цифровые технологии получили свое развитие с появлением революционной DVD технологии и DVD дисков, чем после разработки аудио и видео CD, объем памяти которых не превышал 783 мегабайт (Мб). В отличие от CD диска, изготавливаемого литьем из цельного поликарбонатного пластика толщиной около 4 сотых (4 / 100) дюйма (1,2 мм) с композицией наносимых лазером информационных «ямок» 0,5 мкм в ширину, не менее 0,83 мкм длиной и 125 нанометров высотой (рис.1 и 2), DVD диски имеют более сложную конструкцию.

DVD очень похож на CD , но имеет гораздо больше возможностей хранения данных. Стандартный DVD примерно в семь раз больше по объему хранимой информации, чем CD, что позволяет записывать до 133 минут видео высокого разрешения (с использованием сжатия 40:1 стандарта MPEG-2), где аудио представлено в 8 языках с помощью 5,1-канального Dolby цифрового объемного звука и субтитрами на 32 языках. Так же, как и CD, DVD диск имеет спиральный трек данных (рис.3), однако величина деформированных участков на треке (ямок) значительно меньше, чем у CD диска (рис.4).

Так, одна ячейка-ямка на треке DVD имеет размеры 0.32 мкм в ширину, 0.4 мкм в длину и 120 нанометров высотой (для CD - 0,5 мкм, 0,83 мкм и 125 нанометров соответственно). Кроме того, на DVD расстояние между треками уменьшено с 1.6 мкм до 0.74 мкм, что в совокупности позволяет в зависимости от числа слоев диска записывать, хранить и воспроизводить информацию в различных форматах.

Способ считывания информации. Во всех цифровых проигрывателях вне зависимости от типа диска для считывания (или записи) информации используется двигатель для вращения диска с переменной скоростью, лазерный луч с системой линз, фокусирующих лазер на конкретных деформируемых участках и система отслеживания, перемещающая луч по спиральному треку. Упрощенно лазерный луч проходит через слой поликарбоната, отскакивает от отражающего слоя за ним, а оптико-электронное устройство обнаруживает изменения в световом потоке, происходящие из-за разной отражательной способности деформированных участков в зависимости от их геометрической формы и плоской базовой поверхности. Электроника в дисководе интерпретирует эти изменения в цифровой сигнал, который далее декодируется в аналоговый сингал и передается на приемник видео и аудио.

Переменная скорость вращения необходима для равномерной передачи информационных пакетов на оптико-электронное устройство, поскольку при движении лазера от центра диска к его краям скорость движения деформированных участков на треке возрастает.

Необходимость перехода на Blu-Ray (BD) технологию и Blu-Ray (BD) диски.

Стандартный односторонний DVD может хранить 4,7 Гб ( гигабайт ) информации, но видео высокой четкости изображения занимает в 5 раз больше свободного пространства. Blu- Ray – луч сине-фиолетовой части спектра, а не красной, как в DVD, позволяет формировать на треке участки (ямки) гораздо меньших размеров и уменьшить расстояние между спиралями трека, что в итоге дает до 27 Гб записываемой информации на однослойном диске и до 54 Гб – на двухслойном.

Благодаря такому объему свободного пространства можно:

• записывать телевидение или фильмы высокой четкости изображения (HDTV) без потери качества (для DVD необходимо сжатие информации);
• мгновенно перейти к любому месту на диске;
• записывать одну программу во время просмотра другой на диске;
• создавать списки воспроизведения;
• редактировать или изменять порядок программ, записанных на диске;
• выполнять автоматический поиск свободного места на диске;
• загружать субтитры и другие дополнительные функции непосредственно из Интернета.

В отличие от DVD-дисков, которые используют красный лазер для чтения и записи данных, Blu-луч имеет более короткую длину волны (405 нм), чем красный лазер (650 нм). Это позволяет считывать информацию, записанную в ямках только 0,15 микрон (мкм) (1 микрон = 10^-6 метра) в длину, что в два раза меньше ям на DVD. Кроме того, Blu-Ray снизил шаг трек от 0,74 мкм до 0,32 мкм. Каждый Blu-Ray диск имеет толщину, аналогичную толщине DVD (1,2 мм), но изготавливаются они по-разному.

В DVD данные зажаты между двумя слоями поликарбоната, каждый из которых 0,6-мм толщиной, что может вызвать проблемы двойного лучепреломления. Кроме того, если поверхность DVD не абсолютно плоская, а поэтому не перпендикулярна к пучку, то лазерный луч искажается. Информация на Blu-Ray размещена на верхней поверхности изготовленного литьем поликарбонатного слоя в 1.1 мм, что позволяет полностью исключить искажения за счет двойного преломления лучей и не параллельности к световому потоку лазера, а также разместить тонкое твердое покрытие сверху для защиты дисков от механических повреждений.

Blu-ray также имеет более высокую скорость передачи данных - 36 Мбит/с, чем DVD-диски (10 Мбит/с) – на Blu-ray Disc можно записать 25 ГБ материалов за время чуть более полутора часов. В отличие от DVD-дисков и компакт-дисков, которые сначала разрабатывались только для чтения и только потом были добавлены записываемые и перезаписываемые форматы, Blu-ray изначально проектировался в нескольких различных форматах:

• BD-ROM (только чтение) - для предварительно записанного контента;
• BD-R (записываемые) - для хранения данных;
• BD-RW (перезаписываемые) - для хранения данных;
• BD-RE (перезаписываемые) - для записи HDTV.

Blu-Ray конкуренты.

В целом производители Blu-Ray плееров и дисков надеются, что в недалеком будущем Blu-Ray полностью вытеснит DVD. В то же время JVC разработала комбинированный Blu-ray/DVD диск с свободным пространством в 33,5 ГБ, что позволяет записывать, хранить и воспроизводить видео в обоих форматах на одном диске. А два гиганта электроники Toshiba и NEC дали начало развитию HD-DVD дисков, также называемых AOD (Advanced Optical Disc). Преимуществом HD-DVD является то, что они использует тот же базовый формат, как традиционные DVD и поэтому могут быть изготовлены на стандартном оборудовании, что ведет к экономии на производственных затратах. HD-DVD соответствуют емкости Blu-Ray - перезаписываемые, однослойные HD-DVD могут хранить 15 Гб данных, двухслойный диск - 30 Гб, а трехслойный диск - 45 Гб (в сравнении с 27 ГБ и 50 ГБ для Blu-Ray). Кроме того, HD-DVD предлагает интерактивные возможности Blu-Ray с HDi.

Поэтому Blu-Ray и HD-DVD являются двумя основными конкурентами на рынке, хотя есть и другие претенденты на лидирующие позиции. Так, Warner Bros. Pictures разработала свою собственную систему под названием HD-DVD-9. Эта система использует значительную степень сжатия, чтобы вместить больше информации (около двух часов видео высокой четкости) на стандартных DVD. А Sony разработала форматы XDCAM и ProData (Professional Disc для передачи данных). Первый предназначен для использования вещательными компаниями и студиями, а ProData - в первую очередь для коммерческого хранения данных (например, резервное копирование серверов ). Наряду с этим компания Pioneer выходит за рамки Blu-Ray, разрабатывая оптические диски с емкостью порядка 500 Гб данных благодаря применению лазеров Pioneer ультрафиолетовой части спектра с еще более короткой длиной волны, чем Blu-Ray.