Характеристика оптических носителей информации. Оптические диски (оптическая запись)
Запись и считывание информации в оптических накопителях производится бесконтактно с помощью лазерного луча. К таким устройствам относятся, прежде всего, накопители CD-ROM, CD-R, CD-RW и DVD (ROM, R и RW).
Устройства CD-ROM. В устройствах CD-ROM (Compact Disk Read-Only Memory – компакт-диск только для чтения) носителем информации является оптический диск (компакт-диск), изготавливаемый на поточном производстве с помощью штамповочных машин и предназначенный только для чтения.
Компакт-диск представляет собой прозрачный полимерный диск диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм, на одну сторону которого напылен светоотражающий слой алюминия, защищенный от повреждений слоем прозрачного лака. Толщина напыления составляет несколько десятитысячных долей миллиметра.
Информация на диске представляется в виде последовательности впадин и выступов (их уровень соответствует поверхности диска), расположенных на спиральной дорожке, выходящей из области вблизи оси диска (на поверхности жесткого диска на дюйме по радиусу помещается лишь несколько сотен дорожек). Емкость такого CD достигает 780 Мбайт, что позволяет создавать на его основе справочные системы и учебные комплексы с большой иллюстративной базой. Один CD по информационной емкости равен почти 500 дискетам. Считывание информации с CD-ROM происходит с достаточно высокой скоростью, хотя и заметно меньшей, чем скорость работы накопителей на жестком диске.
Накопители CD-R (CD-Recordable). Они позволяют наряду с прочтением обычных компакт-дисков однократно записывать информацию на специальные оптические диски CD-R. Информационный объем таких дисков составляет 700 Мбайт.
Запись на такие диски осуществляется благодаря наличию на них особого светочувствительного слоя из органического материала, темнеющего при нагревании. В процессе записи лазерный луч нагревает выбранные точки слоя, которые темнеют и перестают пропускать свет к отражающему слою, образуя участки, аналогичные впадинам.
Запись информации на диски CD-R представляет собой дешевый и оперативный способ хранения больших объемов данных.
Накопители CD-RW (CD-ReWritable). Дают возможность делать многократную запись на диск. Информационный объем таких дисков составляет 700 Мбайт.
Дисковод CD-ROM – позволяет только считывать информацию с любых CD-дисков. Соответственно между собой такие устройства будут различаться скоростью чтения и кэш-памятью. Дисковод CD-R – прочитать и записать, а дисковод CD-RW не только читает, но и перезаписывает (стирает информацию и записывает поверх нее новую). Такие дисководы различаются скоростью чтения/записи/перезаписи (последнее только для CD-RW) и размером кэш.
Накопители DVD (Digital Versatile Disc, цифровой диск общего назначения). Первые DVD-диски появились на рынке где-то в 96–97 годах прошлого века. DVD является прекрасным носителем для данных любого типа и используется как обыкновенный компьютерный носитель информации.
Снаружи DVD выглядит как обычный CD, и даже при ближайшем рассмотрении тяжело заметить разницу. Однако возможностей у DVD гораздо больше. Диски DVD могут хранить в 26 раз больше данных по сравнению CD-ROM.
Технология DVD стала огромным скачком в области носителей информации. Стандартный односторонний однослойный диск может хранить 4,7 Gb данных. Но DVD могут изготавливаться по двухслойному стандарту, который позволяет увеличить количество хранимых на одной стороне данных до 8,5 Gb.
Кроме этого, диски DVD бывают двухсторонними, что увеличивает емкость диска до 17 Gb. Правда, чтобы считать DVD-диск, необходимо новое устройство (DVD-ROM), но технология DVD совместима с технологией CD, и привод DVD-ROM читает и диски CD-диск, причем разных форматов.
В продаже можно встретить различные комбинированные дисководы для оптических дисков. Например, DVD-CD R/RW позволяет читать DVD и CD – диски и производить запись/перезапись на CD-диски. Другой вариант – DVD-RW – CD-RW. Позволяет читать, записывать и перезаписывать DVD и CD-диски.
Оптические носители представляют собой компакт-диски диаметром 12 см (4,72 дюйма) или мини-диски диаметром 8 см (3,15 дюйма). Оптические носители состоят из трех слоев:
1) поликарбонатная основа (внешняя сторона диска);
2) активный (регистрирующий) слой пластика с изменяемой фазой состояния;
3) тончайший отражающий слой (внутренняя сторона диска).
В центре компакт-диска находится круглое отверстие, надеваемое на шпиндель привода компакт-дисков.
Запись и считывание информации на компакт-диск осуществляется головкой, которая может испускать лазерный луч. Физический контакт между головкой и поверхностью диска отсутствует, что увеличивает срок службы компакт-диска. Фаза второго пластикового слоя, кристаллическая или аморфная, изменяется в зависимости от скорости остывания после разогрева поверхности лазерным лучом в процессе записи, выполняемой в приводе. При медленном остывании пластик переходит в кристаллическое состояние и информация стирается (записывается «0»); при быстром остывании (если разогрета только микроскопическая точка) элемент пластика переходит в аморфное состояние (записывается «1»). Ввиду разницы коэффициентов отражения от кристаллических и аморфных микроскопических точек активного слоя при считывании происходит модуляция интенсивности отраженного луча, воспринимаемого головкой чтения. Поверхность диска разбита на три области. Начальная область (Lead-In) расположена в центре диска и считывается первой. В ней записано содержимое диска, таблица адресов всех записей, метка диска и другая служебная информация. Средняя область содержит основную информацию и занимает большую часть диска. Конечная область (Lead-Out) содержит метку конца диска.
Информация на компакт-диске кодируется с большой избыточностью корректирующим кодом Рида-Соломона, обеспечивающего восстановление исходной информации при невозможности ее считывания с диска.
Компакт-диск выдерживает несколько сотен циклов перезаписи. Считывание информации осуществляется при вращении компакт-диска с частотой более 10 000 оборотов/мин.
В зависимости от возможности чтения/записи все компакт-диски можно разделить на три типа:
1) ROM (Read Only Memory) – только для чтения; запись невозможна;
2) R (Recordable) – для однократной записи и многократного чтения; диск может быть однажды записан; записанную информацию изменить нельзя и она доступна только для чтения;
3) RW (ReWritable) – для многократной записи и чтения; информация на диске может быть многократно перезаписана.
Эти типы дисков отличаются материалом, из которого изготовлен второй пластиковый слой.
Рассмотрим виды компакт-дисков CD (Compact Disc), DVD (Digital Versatile Disc – цифровой универсальный (многосторонний) диск) и Blu-Ray, имеющие одинаковый размер 4,72 дюйма.
Объем CD равен 650 или 700 Мбайт. Музыкальные диски относятся к CD и предназначены только для чтения с них музыки. Время доступа к CD – 0,05-0,3 с.
Формат DVD являются развитием CD, их объем составляет 4,7 Гбайт за счет более плотной записи. DVD продолжают совершенствоваться. Существует несколько конкурирующих форматов DVD: DVD-, DVD+ и DVD-RAM.
Формат Blu-Ray является дальнейшим развитием DVD и позволяет записывать 25 Гбайт информации на один слой.
Названия форматов CD и DVD в зависимости от возможности чтения/записи представлены в таблице.
CD-, DVD- и Blu-ray-диски - это оптические носители информации, на которых можно сохранять в электронном виде фильмы, музыку или другие цифровые данные. Они оперируют, прежде всего, с цифровым кодом. С одной стороны, данные носители информации являются цифровой информационно-коммуникативной технологией, с другой стороны - это технические инструменты для любых видов оцифровки, расчетов, записи, архивирования, обработки, передачи и предъявления цифрового контента.
CD и DVD - это аббревиатуры, а понятие Blu-ray-диск имеет немного другую природу.
CD является сокращением от "компакт-диск" (англ. Compact Disc).
DVD является сокращением от "цифровой видео диск" (англ. Digital Video Disc). Немного позже появилось название "цифровой диск для разностороннего использования" (англ.Digital Versatile Disc), так как DVD можно использовать не только для записи видео.
Blu-ray-диск получил свое название благодаря голубому лазеру (в отличие от белого лазера), который считывает информацию с диска, а также записывает информацию.
Компакт-диск (CD-ROM) длительное время был основным носителем для переноса информации между компьютерами. Сейчас он практически уступил эту роль более перспективным твердотельным носителям, которые работают существенно быстрее, и занимают меньше места.
История
Впервые, идея оптической записи появилась в 1965 году, в американском институте Battelle Memorial, штат Огайо. Эта технология тогда еще была крайне примитивной – фотографическим методом на диск наносились темные точки и черточки. Для считывания информации диск просвечивался специальной лампой. Основоположником технологии был американский физик Джеймс Расселл. Но как это обычно и бывает, он не заработал на своем изобретении ни копейки. Ученый запатентовал свое технологию в 1970 году. Ему же принадлежит и идея использования лазера в качестве источника света.
Компакт-диск был разработан в 1979 году компанией Sony. Sony, использовала собственный метод кодирования сигнала PCM - Pulse Code Modulation, использовавшийся ранее в цифровых профессиональных магнитофонах. В 1982 годуначалось массовое производство компакт-дисков, на заводе в городе Лангенхагене под Ганновером, в Германии. Выпуск первого коммерческого музыкального CD был анонсирован 20 июня 1982 года.
По данным Philips, за 25 лет в мире было продано более 200 миллиардов CD. Несмотря на то, что всё больше людей предпочитают приобретать музыкальные файлы через интернет, по данным IFPI - продажи компакт-дисков до сих пор составляют около 70 % всех продаж музыки.
Значительный вклад в популяризацию компакт-дисков внесли Microsoft и Apple Computer. Джон Скалли, тогдашний CEO Apple Computer, в 1987 году сказал, что компакт-диски произведут революцию в мире персональных компьютеров. Один из первых массовых мультимедийных компьютеров/развлекательных центров, использующих CD диски, была Amiga CDTV (Commodore Dynamic Total Vision), позже CD диски стали использовать в игровых приставках Panasonic 3DO и Amiga CD32.. Первый стандарт
|
|
В 1979 году компании Philips и Sony заключили договор о совместной разработке нового носителя. Уже через год, компании представили новый стандарт, получивший название CD-DA (Compact Disk Digital Audio). Это был диск с диаметром в 12 сантиметром и временем звучания чуть больше часа. Формат оказался удивительно удачным и удобным. Он быстро завоевал сердца как производителей, так и покупателей.
Формат CD безоговорочно
правил на рынке в течении 15 лет. За это
время он перестал быть просто музыкальным
диском, превратившись в универсальный
носитель информации. Однако, уже к
средине 90-х годов прошлого века, объема
информации, который мог вместить на
себя один CD, стало катастрофически не
хватать.
Диски нового формата внешне ничем не отличались от обычных CD. Но объем информации удалось увеличить с 650 Мбайт до 4,7 Гбайт. Так же немаловажно то, что проигрыватели DVD без проблем могли воспроизводить и обычные CD, а следовательно не возникало никаких проблем со стандартами. Благодаря появлению DVD, стало возможным получить высокое качество звука и изображения в домашних условиях. Формат довольно быстро стал популярным. На сегодняшний день в DVD Forum входит больше 250 компаний по всему миру. И уже не верится, что в свое время иные аналитики название DVD в шутку расшифровывали как «Dead, Very Dead», предрекая скорую смерть стандарта.
Некоторые проблемы стандартизации возникли лишь когда появились первые DVD с возможностью записи. В мире появились два стандарта - DVD+R и DVD-R. Каждый из них обладал своими преимуществами и недостатками, малопонятными рядовому пользователю. Впрочем, особых проблем у пользователей не возникало. Нужно лишь было следить за тем, чтобы приобретаемый диск поддерживался имеющимся в наличии проигрывателем (DVD-R были более распространены). Да довольно быстро появились универсальные проигрыватели и рекордеры, поддерживающие оба стандарта. На сегодняшний день не все пользователи даже знают о существовании различных стандартов.
DVD повторила историю CD. Узкоспециализированные диски (а DVD изначально разрабатывался только для работы с видео) превратились в универсальный носитель информации. Стоимость проигрывателей сократилась от нескольких сотен долларов, до нескольких десятков. Цена же самих носителей оценивается копейками.
Классификация оптических дисков
В каждой из групп носителей можно выделить три основных типа дисков:
1. диски только для чтения (CD-ROM, DVD-ROM);
2. диски с возможностью однократной записи (CD-R, DVD-R, DVD+R, DVD-R DL, DVD+R DL);
3. диски с возможностью многократной записи (CD-RW, DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM).
Восстановление оптических дисков
1. Исследовательская часть
1.1 Некоторые моменты истории
Все вещи, которыми мы пользуемся в повседневной жизни, имеют свою увлекательную историю. Привычный для нас оптический диск появился в 1958 году. На долгое время, определив развитие оптических накопителей информации, таких как CD, DVD и с недавнего времени и дисков Blu-Ray формата. Сначала оптический диск использовали для видеозаписей. Со временем был придуман диск, который стали использовать в качестве носителя для музыкальных файлов.
Несмотря на то, что первые диски CD формата поступили в продажу в далеком 1982 году, они по сей день используются для записи музыкальных файлов. Для записи фильмов активно используется формат DVD.
1.2 Виды оптических дисков
На диски CD-R
(их иногда еще называют «болванками») можно записать свою информацию, но стереть или изменить ее будет невозможно. Если на диске осталось свободное место, и при записи вы разрешили опцию добавления информации, можно будет дописать на диск файлы.
Диски CD-RW
поддерживают удаление и перезапись информации, но такие диски будут читаться не всеми приводами. Запись и чтение информации дисков осуществляются при помощи лазера. Толщина компакт-диска - 1,2 мм, диаметр - 120 мм, емкость - 650 или 700 MB (соответствует 74 или 80 минутам звучания).
DVD диски
позволяют хранить больший объем информации, чем компакт-диски, благодаря использованию лазера с меньшей длиной волны. Емкость DVD диска стандартного размера (120 мм) может колебаться от 4,7 GB до 17 GB, а емкость мини DVD (80 мм) - 1,6 GB.
В зависимости от емкости DVD выделяют такие виды дисков: ·DVD-5
- однослойный односторонний диск, емкость - 4,7 GB
·DVD-9
- двухслойный односторонний диск, емкость - 8,5 GB
·DVD-10
- однослойный двухсторонний диск, емкость - 9,4 GB
·DVD-14
- двухсторонний диск, двухслойный с одной стороны и однослойный - с другой, емкость - 13,24 GB
·DVD-18
- двухслойный двухсторонний диск, емкость - 17,1 GB
По возможности записи, перезаписи и удаления информации DVD диски, как и CD, делятся на ROM, R и RW. Но дополнительно различают такие виды дисков: ·DVD-R for general, DVD-R(G)
- единожды записываемый диск, предназначенный для домашнего использования.
·DVD-R for authoring, DVD-R(A)
- единожды записываемый диск для профессиональных целей.
·DVD-RW
- перезаписываемый диск. Перезаписывать или стирать информацию можно до 1000 раз. Но нельзя стирать часть информации, можно только стереть диск полностью и полностью перезаписать.
·DVD-RAM
используют технологию смены фазы. Их можно перезаписывать до 100000 раз, теоретический срок службы - до 30 лет. Но они дороги, выпускаются в основном в специальных картриджах и не поддерживаются большинством приводов и проигрывателей.
·DVD+RW
основаны на технологии CD-RW и поддерживают перезапись информации до 1000 раз. Этот формат появился позже, чем DVD-RW.
DVD+R
- единожды записываемый диск, подобный DVD-R.
Диски HD DVD (DVD высокой плотности)
могут иметь емкость до 15 GB, а двухслойные - до 30 GB. Основной их конкурент - BD, Blu-ray Disc
вмещает от 23 до 66 GB в зависимости от количества слоев. Анонсирован прототип четырехслойного диска объемом 100 GB, планируется также выпуск десятислойных дисков объемом до 320 GB.
.3 Устройство оптического диска
По своему строению CD-R диск напоминает слоеный пирог, «начинка» которого состоит из активного, отражающего и защитного слоев, которые последовательно наносятся на основу из поликарбоната - пластиковый кружок с отверстием для фиксации на шпинделе читающего привода. При этом основа CD-R диска ничем не отличается от той, что применяется в технологии изготовления компакт-дисков литьем: характеристики пластмассы должны быть таковы, чтобы луч лазера, проходящий сквозь нее, должным образом фокусировался и не вызывал разрушения диска. Активный (или регистрирующий) слой - слой, на котором, собственно, и происходит запись информации, т.е. именно он подвергается воздействию лазерным лучом, который «прожигает» (burn) питы (pits), кодирующие информацию (логические нули и единицы). Иными словами, во время записи активный слой под воздействием лазерного луча меняет свою структуру, а последующая необратимость изменения активного слоя - суть есть надежность хранения информации. Одним из типов активных слоев, широко использующимся на сегодняшний день, является цианин (cyanine). Цианин является изначальным типом на который ссылается стандарт Orange Book и широко используется. 1.4 Многократно-записываемые диски (CD-RW)
Отличие таких дисков от CD-R заключается в устройстве регистрирующего слоя. Промежуточный слой специального органического материала может пребывать либо в аморфном, либо в кристаллическом виде. Аморфные вещества имеют особенность кристаллизоваться со временем. Как бы мы ни хранили CD-RW, через несколько лет запись будет безвозвратно утеряна. К тому же такие диски легко могут быть стерты простым нагреванием. Структура DVD дисков Принцип записи DVD-диска не сильно отличается от принципа записи CD-диска. Основой записи и хранения данных на дисках DVD-RAM и DVD-RW является технология изменения фазового состояния вещества. Послойная структура одной половины диска показана на рисунке.
Принцип записи на DVD-диск Запись аморфных областей показана на этом графике. Короткий лазерный импульс высокой мощности расплавляет записывающий материал. Затем следует охлаждение ниже температуры кристаллизации. Результат охлаждения - предотвращение образования центров кристаллизации. Таким образом, роста кристаллической фазы не происходит, и вещество остается в аморфном состоянии.
.5 Стирание с DVD-диска
Для стирания надо вернуть вещество в кристаллическое состояние. Опять же с помощью лазера аморфное вещество нагревают до температуры Т. Нагрев (а точнее, отжиг) продолжается в течение времени, достаточного для восстановления кристаллического состояния вещества. Это время должно быть больше, чем так называемое время кристаллизации.
.6 Достоинства оптических дисков
Преимущества оптических дисков, можно отнести: относительно большой объём, простота использования, распространённость, небольшая стоимость, стойкость к магнитным воздействиям.
1.7 Недостатки оптических дисков
К недостаткам пожалуй можно отнести - не стойкость к механическим повреждениям (царапины, ультрафиолет, температура…).
1.8 Трудности при проектировании устройства
Основными проблемами устройства, которые нужно решить, являются: Подобрать подходящие мощности электромоторы При трении пластик забивает поры губки, чтоб этого избежать нужно губку смачивать водой.
1.9 Альтернатива
Компания Sanwa Supply предложит весьма своеобразную по функциональности новацию под названием CD-RE1AT.
Это чудо техники восстанавливает испорченные оптические диски, так как способно нанести на их поверхность особый защитный слой, который заполняет царапины. Внешне изделие весом похоже на обычный портативный CD/DVD-плеер с откидывающейся верхней крышкой, под которой расположены два посадочных места для размещения входящих в комплект поставки двух восстанавливающих и двух чистящих головок. Стоимость этого восстановителя дисков в Японии составляет порядка 50 евро.
Насчет продажи таких устройств в Казахстане ничего не известно.
2. Экспериментальная часть
.1 Расчеты для демонстрационной модели
Принцип действия устройства, это заглаживание царапин и чистка оптического диска. Я использовал два электромотора, один крутящий диск, второй притирающий, губка, детали от ДВД нижний шкив, резиновый кембрик, паста гои, пустую банку от дисков, клей резиновый, растворитель, блок питания от телефона. Губку вырезал в виде цилиндра, Паста гои растворил в растворителе Полученный высохший цилиндр из губки пропитанный раствором пасты гоя я наклеил на нижний шкив для крепления диска. Крышку от дисков вырезал в виде диска, вырезав верхнюю часть.
Прикрутил электродвигатель от края на 3 сантиметра и надел шкив с губкой на ротор электромотора.
К нижней части коробки прикрутил второй мотор на ротор, которого надел толстый резиновый кембрик для того, чтобы надетый диск на палец, вращался.
Поскольку это всего лишь демонстрационная модель, я использовал два 12 вольтовых мотора от ДВД один крутящий диск, второй притирающий, обороты мотора (250 об/мин) и мощность (0.1а).
Два электромотора подключил параллельно к блоку питания от телефона.
3. Схема-рисунок действующего устройства для восстановления дисков
.1 Изготовление и сборка устройства для чистки дисков
Составные части модели: Для вращения диска 1.Электродвигатель я взял от ветерка обогревателя 220 (v) 0.7 (w)
2.Два шкива от магнитофона
.Втулка с подшипниками от магнитолы
.Пассик от магнитофона.
.Детали от ДВД для крепления диска.
Для зачистки диска 6.Второй электромотор я взял от шуруповёрта 12 (v) 2 (a).
7.Шкив от магнитофона маленький.
.Губка.
Паста гои Клей резиновый, Растворитель Блок питания от магнитофона.
.2 Практические работы по изготовлению модели
1)Сначала обрезали уголки на 15х15х300
2) На уголки сваркой приварили электромотор для вращения диска, на ротор электромотора одели шкив от магнитофона.
На втулку с подшипниками от магнитолы наклеили шкив от магнитофона, на шкив наклеили детали от ДВД для крепления диска. В металлической платине просверлили отверстия для крепления втулки.
Пластину приварили сваркой к каркасу, так чтобы пассик был натянут.
Проверка в деле, крепление диска и какие обороты набирает диск.
В пластине просверлили отверстия для крепления второго электромотора на 12 (v) 2 (a), на ротор электромотора надели шкив от магнитофона маленький и наклеили губку в виде цилиндра пропитанной смесью паста гоя.
К каркасу приварили сваркой вертикально уголки 15х15х150 2 штуки. К уголкам приварили сваркой горизонтально пластину, просверлили два отверстия крепления мотора.
В пластине на которой прикручен электромотор вырезали овальные отверстия чтобы регулировать на поверхности дика, и снятия электромотора для замены губки пропитанной смесью паста гоя. Для придания вида вокруг каркаса обшили фанерой и покрасили.
9.Блок питания сделали из фанеры, в коробке внутри прикручен трансформатор на 12 вольт с диодным мостом. С наружи прикручены две розетки на одну выходит 12 воль на вторую 220 вольт и общий рубильник для выключения - включения питания.
Заключение
Восстановление данных с оптического диска - реальность благодаря специальным программам. Дело в том, что операционная система, если она не может правильно прочитать информацию с какого-то участка диска, моментально прерывает копирование и полностью удаляет уже скопированную часть данных. Обойти эту функцию помогают специальные программы, которые используют механизмы для чтения дисков и дают возможность скопировать необходимые файлы (100-процентного восстановления всей информации с поврежденного диска они не гарантируют). Эти программы считывают информацию с поврежденных дисков путем прямого доступа к ним. При этом обходя стандартные средства ОС Windows. Утилиты многократно пытаются прочитать поврежденный сектор диска, и при этом, при возникновении ошибок чтения они могут продолжать копирование (или чтение) информации, что дает возможность «вытянуть» с дисков утерянные файлы в своем исходном виде. Если же некоторые секторы не читаются, некоторые программы просто заменяют их нулями, что в свою очередь приводит к появлению дефекта в файле. Восстановление данных с оптического диска это не простой и трудоемкий процесс, зачастую занимающий немало времени. На практике не все файлы, восстановленные таким образом, будут пригодны для применения. Например, если в текстовом документе пропадет пару абзацев, то это намного лучше, нежели пропадет весь текст, который вы писали в течение целого месяца. С музыкой и видео все тоже может быть вполне пристойно - неприятно, естественно, если в какой-то момент во время прослушивания любимой песни или просматривании видео сюжета увидите непонятные квадратики на экране, или вы услышите какой-то непонятный звук, но опять же, это намного лучше, чем вовсе лишиться любимых материалов. Для восстановления физической части плоскости диска поможет наше устройство для чистки оптических дисков.
Список литературы
оптический диск лазерный восстановление 1.#"justify">2.#"justify">.http://www.datars.ru/recovery/optics-disc/ - восстановления дисков
Справочник DVD
DVD
DVD — это семейство оптических дисков, одинакового размера с компакт-дисками (CD), но значительно большей емкости хранения, достигнутой за счет увеличения плотности записи.
Появление DVD. DVD-форум
В основе появления DVD дисков лежала идея разработать такой носитель информации, который мог бы одинаково успешно использоваться в звуковой и видео аппаратуре, в компьютерной технике, игровых приставках. Это обеспечило бы сближение разных областей электроники.
Название DVD первоначально означало Цифровой Видео Диск (Digital Video Disc). Позднее в связи с принятием решения о расширении функций DVD аббревиатура стала читаться иначе — Цифровой Универсальный Диск (Digital Versatile Disk).
О разработке формата DVD был официально объявлено в сентябре 1995 г. группой из 10 компаний: Hitachi, JVC, Matsushita, Mitsubishi, Philips, Pioneer, Sony, Thomson, Time Warner и Toshiba. В мае 1997 г. на базе этого консорциума был создан DVD-форум — открытая для вступления организация, насчитывающая сегодня более 200 членов.
Основные задачи этой организации — развитие и продвижение формата DVD, выработка согласованных спецификаций, а также лицензирование деятельности предприятий в области DVD технологии. В рамках форума действуют специальные рабочие группы по различным аспектам DVD технологии. На ряд спецификаций приняты международные стандарты.
Важнейшие преимущества DVD технологии
Сегодня DVD — это уже широко распространенная, проверенная временем и в тоже время динамично развивающаяся технология с огромным потенциалом.
- запись и воспроизведение высококачественного видео и аудио в реальном времени, эффективная работа с компьютерной мультимедийной информацией, а также обеспечение эффективного произвольного доступа к данным, хранимыми в виде множества мелких файлов;
- объем диска до 4,7 ГБ (около 2-х часов MPEG-2) на сторону для записи в один слой и 8,5 ГБ на сторону для двуслойной записи;
- возможность записи информации в два слоя на каждую из сторон;
- единая файловая система UDF;
- возможность записи и многократной перезаписи DVD дисков;
- обратная совместимость с существующими CD-дисками — геометрические размеры DVD и CD дисков идентичны, все DVD оборудование способно читать диски CD-Audio и CD-ROM (спецификация MultyRead).
Первые форматы DVD
Технология DVD первоначально опиралась 3 основных формата, наличие которых определено специфическими требованиями для различных областей применения DVD:
- DVD-ROM используется для записи данных, в том числе мультимедийных, используемых в компьютерных технологиях;
- DVD-Video применяется при записи видеоматериалов для их дальнейшего просмотра на видеотехнике или с помощью присоединенного к компьютеру DVD-ROM привода. Формат обеспечивает защиту от нелегального копирования информации;
- DVD-Audio используется при записи высококачественного многоканального звука. Кроме того, DVD-форумом рекомендована дополнительная поддержка видео, графики и другой информации.
Развиваемые форматы DVD
Только для чтения
- DVD-ROM
- DVD-Video
- DVD-Audio
- DVD-RAM
- DVD+RW (не поддержан DVD форумом)
- DVD-RW
- DVD-R (G)
- DVD-R (A)
- DVD-VR
Совместимость
Разработчики не смогли достичь единого подхода при выработке формата записываемых дисков. Конкуренция предопределила отсутствие поддержки одним устройством нескольких записывающих форматов. Поэтому диски, записанные в одном из форматов, как правило, не читаются на приводах других записываемых форматов. Попытка преодолеть разобщенность записывающих форматов предпринята компанией Panasonic, которая в апреле 2001 г. представила устройство, работающее с форматами DVD-RAM и DVD-R(G).
Некоторые устройства могут не понимать тот формат дисков DVD, который был предложен уже после их выпуска. Естественно, бытовая электроника может быть ориентирована на вполне конкретный сегмент потребительского рынка (DVD-Audio, DVD-Video, оба формата), и не обязательно должна обеспечивать чтение компьютерных дисков, что и определено DVD-форумом. В то же время компьютерные дисководы одинаково хорошо работают с видео, аудио, мультимедийными и другими компьютерными дисками.
Файловая система UDF
Большим достижением в обеспечении совместимости в технологии DVD стала принятая в 2000 году единая файловая система MicroUDF. Файловая система MicroUDF — это адаптированная для применения в DVD версия файловой системы UDF (Universal Disk Format), которая, в свою очередь, основана на международном стандарте ISO-13346. Эта файловая система постепенно идет на смену устаревшей ISO9660, созданной в свое время для использования в компакт-дисках. На переходный период (пока не выйдут из обращения компьютерные устройства и диски, работающие в формате ISO9660) будет использоваться файловая система UDF Bridge, которая является некоторой комбинацией MicroUDF и ISO9660. Для записи Audio/Video DVD дисков может использоваться только MicroUDF.
Возможности файловой системы MicroUDF следующие:
- независимость от используемой программно-аппаратной платформы (в этом смысле UDF — оптимальный выбор в архивных системах);
- большая емкость. Весь диск может быть представлен в виде единственного тома;
- оптимальная скорость передачи. Скорость чтения и записи данных в формате UDF может быть выше, чем производительность многих «родных» файловых систем, когда предаются большие файлы (например, в мультимедийных системах)
- максимальные возможные размеры файла;
- использование шрифтового формата UNICODE, что обеспечивает эффективную интернациональную поддержку;
- поддержка расширенных файловых атрибутов, что используется в некоторых «родных» операционных системах;
- поддержка длинных имен файлов с расширением ограничений операционной системы. Максимальная длина имени файла 255 символов;
- взаимозаменяемость DVD дисков в бытовой электронике и компьютерных системах.
Перспективы DVD
Наличие разных стандартов и спецификаций не говорит о том,
что DVD технология стоит на месте. Усилия различных компаний
сегодня направлены на внедрение технологии «голубого лазера» — с меньшей длиной волны. Это позволит увеличить плотность
записи на дисках с вытекающим отсюда улучшением и других
характеристик.
Компания Calimetrics Inc предложила
технологию ML (multilevel), позволяющую в три раза повысить
емкость стандартного DVD/CD. При этом нет необходимости
совершать какие-либо доработки в механизме и оптике
существующих приводов. Для внедрения новой технологии
достаточно воспользоваться набором микросхем, разработанного
этой компанией. Суть технологии заключается в возможности
использовать в качестве информационной характеристики глубину
питов (до 8 уровней) при работе с дисками. Отметим, что
аналогичную технологию, но для CD дисков, разрабатывает
компания TDK в сотрудничестве с другими фирмами.
Форматы DVD только для чтения
DVD-ROM (Digital Versatile Disc Read Only Memory)
Диски формата DVD-ROM предназначены для использования в компьютерной технике. Информация заносится на диск единственный раз — при его производстве.
Прогресс устройств DVD во многом повторяет путь, пройденный CD, и направлен главным обазом на улучшение скоростных характеристик и введение функции записи. Устройства DVD-ROM первого поколения использовали режим CLV и считывали с диска со скоростью 1.38 Мб/с (в традиционном обозначении для DVD это 1х). Устройства второго поколения могли читать DVD с вдвое большей скоростью — 2х (2.8 Мб/с). Современные DVD-ROM — устройства третьего поколения — используют режим контроля вращения (CAV) с максимальной скоростью чтения 4х-6х (5.5 — 8.3 Мб/с) и более. Современные DVD-ROM приводы (дисководы) поддерживают чтение практически всех форматов, включая диски CD.
DVD-Video
Формат DVD-Video предназначен для хранения и воспроизведения видео. Как и DVD-ROM, эта спецификация определяет возможность только чтения информации — воспроизведение записей с помощью видеоплееров (видеорекодеров). Спецификация базируется на формате DVD-ROM, но предусматривает специальный способ размещения данных, предотвращающий возможность побитового копирования дисков. Видеоматериалы в закодированном виде размещаются на диске в процессе его производства. Воспроизведение DVD-video возможно только на бытовых видеоплеерах (видеорекодерах) или на DVD-дисководах, подключенных к компьютеру. При использовании компьютерного оборудования декодирование информации осуществляется либо аппаратно, либо программными средствами. Современная спецификация обеспечивает запись на диск высококачественного видео (до 2-х часов в формате сжатия MPEG-2), а также многоканальное звуковое сопровождение на 8 языках, выбор экранного формата, титры на 32 языках, интерактивное управление посредством экранного меню, до 9 угловых направлений просмотра, защиту от нелегального копирования, разграничение просмотра видеопродукции по регионам, управление доступом детей к видеоматериалам.
DVD-Audio
Новое поколение музыкального формата после CD. Спецификацией формата определены высококачественный многоканальный звук, поддержка широкого диапазона качества звука (квантование 16, 20, 24 бит при частоте от 44,1 до 192 кГц), воспроизведение DVD плеерами CD дисков, поддержка дополнительной информации (включая видео, текст, меню, заставки, удобную навигационную систему), связь с осуществляющими информационную поддержку web-сайтами, расширение возможностей при появлении новых технологий.
Существуют две версии формата DVD-Audio: просто DVD-Audio — только для звукового содержания и DVD-AudioV — для звука с дополнительной информацией.
Выработаны специальные меры защиты дисков от пиратского копирования.
Форматы DVD для многократной записи
Многократная запись
Все известные спецификации перезаписываемых DVD дисков используют технологию многократной записи, основанную на физическом принципе смены фазового состояния (кристаллическое/аморфное) информационного слоя под воздействием лазера с длиной волны 650 (635) нм (phase-change recording). Считывание информации осуществляется путем определения оптических характеристик информационного слоя в различных его фазовых состояниях при отражении лучей лазера (того же, что и при записи).
Материал для многократной записи
В качестве рабочего используется материал AVIST, созданный компанией TDK в 1995 году. Характеристики этого материала практически идеально удовлетворяют требованиям технологии перезаписи DVD-дисков:
- высокая отражающая способность — до 25-35 %, что вполне достаточно для совместимости DVD-дисков при воспроизведении;
- легкость замены фазового состояния как при высоких, так и при низких скоростях записи, что особенно важно при работе с различными приложениями. Приложения, работающие с перезаписываемыми компакт-дисками (например CD-E), осуществляют запись со скоростью менее 3 м/с. Работа с данными в формате DVD-RAM требует от рабочего слоя более высокой скорости записи — от 3 до 6 м/с. При работе с видеоинформацией, подвергнутой компрессии, скорость записи должна превышать 6 м/с;
- отличное соотношение сигнал-шум и характеристики изменения фазы позволили компании TDK добиться сверхмалых размеров маркера (менее 0,66 мм);
- AVIST выдерживает как минимум 1000 циклов перезаписи даже на скоростях менее 3 м/с. При более высоких скоростях записи количество циклов перезаписи возрастает.
DVD-RAM (Digital Versatile Disc Random Access Memory)
Перезаписываемый формат, разработанный компаниями Panasonic, Hitachi, Toshiba.
Формат одобрен DVD-форумом в июле 1997 г. Оборудование и диски этого формата тестировались в течение 3-х месяцев в более чем 20 компьютерных компаниях-производителях всего мира. Свыше 160 участников форума проголосовало за принятие спецификации. На сегодня это самый распространенный DVD формат в компьютерной индустрии.
DVD-RAM приводы читают диски DVD-ROM. В свою очередь, диски DVD-RAM могут быть прочитаны только приводами DVD-ROM так называемого третьего поколения, выпускаемыми с середины 1999 г.
Первое поколение дисков DVD-RAM вмещало 2.6 ГБ на сторону. Диски современного — второго — поколения несут 4.7 ГБ на стороне или 9.4 ГБ для двусторонней модификации.
Выпускаются два типа односторонних DVD-RAM дисков — в картридже и без картриджа. Диски в картридже в основном предназначены для бытовой видеоаппаратуры, где необходимо исключить влияние внешних факторов при интенсивном ручном использовании. Картриджи в свою очередь могут быть двух видов — открываемые и цельные.
Важнейшие достоинства дисков формата DVD-RAM — это возможность перезаписи до 100 000 раз и наличие механизма коррекции ошибок записи.
Самое большое число циклов перезаписи среди всех DVD, механизм коррекции ошибок и произвольный доступ к диску как при записи, так и при чтении предопределили максимальную эффективность этого формата во вторичных устройствах хранения данных. Подавляющее большинство устройств массового хранения информации — роботизированные DVD библиотеки — использует именно эту технологию.
Диски DVD-RAM могут использоваться для записи и воспроизведения потокового видео на оборудовании, поддерживающем спецификацию DVD-VR (см. ниже).
DVD+RW (Digital Versatile Disc ReWritable)
Формат DVD+RW продвигается только его разработчиками — компаниями Hewlett-Packard, Mitsubishi Chemical, Philips, Ricoh, Sony и Yamaha (не поддержан DVD-форумом).
На дисках DVD+RW можно записать как потоковое видео или звук, так и компьютерные данные. Диски формата DVD+RW могут быть перезаписаны около 1000 раз.
На базе DVD+RW создан формат записи потокового видео — DVD+RW Video Format. Устройства и диски, работающие в этом формате, позиционируется на рынке как полностью совместимые с оборудованием, работающим в форматах DVD-Video. Это значит, что диски DVD+RW, содержащие видеоматериалы, могут быть воспроизведены на выпущенной ранее бытовой аппаратуре DVD.
Компания Philips заявила о начале выпуска своего DVD видеорекордера в сентябре 2001 г. Диски формата DVD+RW, записанные на этом устройстве, также читаются обычными DVD-Video плеерами. Это решение было предложено как ответный шаг на принятую DVD форумом спецификацию DVD-VR (см. ниже).
DVD-RW (Digital Versatile Disc ReRecordable)
Встречаются другие названия этого формата: DVD-R/W и реже DVD-ER.
DVD-RW — формат многократной записи, разработанный компанией Pioneer. Диски формата DVD-RW вмещают 4,7 ГБ на одну сторону, выпускаются в односторонней и двусторонней модификациях и могут быть использованы для хранения видео, аудио и других данных.
Диски формата DVD-RW могут быть перезаписаны до 1000 раз. В отличие от форматов DVD+RW и DVD-RAM диски DVD-RW могут быть прочитаны на приводах DVD-ROM первого поколения.
Компания TDK заявляет, что долговечность выпускаемых ею дисков DVD-RW составляет около 100 лет.
Форматы DVD для однократной записи
DVD-R
(Digital Versatile Disc Recordable)
DVD-R — формат однократной записи, разработанный компанией Pioneer.
Устройства на базе этого формата были первыми, которые
записывали на дисках DVD. Технология записи аналогична
используемой в CD-R и базируется на необратимом изменении под
воздействием лазера спектральных характеристик информационного
слоя, покрытого специальным органическим составом.
На диски DVD-R могут быть записаны как компьютерные данные, мультимедийные программы, так и видео/аудио информация. В зависимости от типа записанной информации диски могут быть прочитаны на других, совместимых с записанным форматом типах устройств, включая DVD-Video видеоплееры и большинство DVD-ROM приводов. Односторонние диски DVD-R вмещают 4,7 или 3,95 ГБ на сторону. Двусторонние диски выпускаются только общей емкостью 9,4 ГБ (4,7 ГБ на сторону). В настоящее время формат не поддерживает технологию записи в два слоя.
Долговечность дисков DVD-R оценивается сроком более 100 лет.
Для защиты от нелегального копирования разработаны две спецификации: DVD-R(A) и DVD-R(G). Две эти версии одной спецификации используют различную длину волны лазера при записи информации. Таким образом, диски могут быть записаны только на соответствующем их спецификации оборудовании. Воспроизведение дисков может осуществляться одинаково успешно на любом оборудовании, поддерживающем формат DVD-R.
DVD-R(A) (DVD-R for Authoring) используется в профессиональных приложениях. В частности, поддержка специального формата (Cutting Master Format) позволяет применять эти диски для записи исходной реплики информации (пре-мастеринг) вместо обычного использования для этих целей DLT лент.
DVD-R(G) (DVD-R for General) предназначена для более широкого применения. Диски этого формата защищены от возможности побитового копирования на них информации с других дисков. Формат поддерживается в устройствах массового хранения (например, в роботизированных DVD библиотеках, предлагаемых самой компанией Pioneer).
Спецификация DVD-VR основана на DVD-RAM и поддержана DVD-форумом. Формат DVD-VR позволяет записать в реальном времени до 2 часов высококачественного видео в формате MPEG-2 на односторонний диск DVD-RAM емкостью 4,7 ГБ и обеспечивает такие возможности, как редактирование уже записанных видеоматериалов, запись различных типов статических изображений. Электронику на базе этого формата выпускают, к примеру, компании Panasonic, Toshiba, Samsung, Hitachi.
Справочные таблицы
Таблица 1. Емкости DVD дисков
| Формат | Спецификация | Количество сторон | Количество слоев на сторону | Емкость, ГБ* |
|---|---|---|---|---|
| DVD-Video и DVD-ROM | DVD-5 | 1 | 1 | 4.7, или более 2 часов видео |
| DVD-9 | 1 | 2 | 8.5, или более 4 часов видео | |
| DVD-10 | 2 | 1 | 9.4, или более 4,5 часов видео | |
| DVD-14 | 2 | 1+2 | 13.2, или более 6,5 часов видео | |
| DVD-18 | 2 | 2 | 17.1, или более 8 часов видео | |
| DVD-RAM (DVD-VR) | DVD-RAM 1.0 | 1 | 1 | 2.6 |
| 2 | 1 | 5.2 | ||
| DVD-RAM 2.0 | 1 | 1 | 4.7 | |
| 2 | 1 | 9.4 | ||
| DVD-R | DVD-R 1.0 | 1 | 1 | 3.9 |
| DVD-R 2.0 | 1 | 1 | 4.7 | |
| 2 | 1 | 9.4 | ||
| DVD-RW | DVD-RW 2.0 | 1 | 1 | 4.7 |
| 2 | 1 | 9.4 |
* 1ГБ — 1 миллиард байт
Таблица 2. Основные параметры DVD дисков последних модификаций
| Параметр | Тип диска | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| DVD-ROM | DVD-RAM | DVD-RW | DVD+ RW | DVD-R | |
| Емкость одной стороны | 4,7 ГБ | 4,7 ГБ | 4,7 ГБ | 4,7 ГБ | 4,7 ГБ |
| Длина волны лазера | 650 | 650 | 650 | 650 | 650 (G) 635 (A) |
| Отража- тельная способность | 18-30% (двух- слойного) | 15-25% (2,6) | 18-30% | ||
| Способ записи | Оттиск с матрицы при производстве | Смена фазы | Смена фазы | Смена фазы | Смена цвета красителя |
| Форма записи | Не применимо | Wobbled Land& Groove | Wobbled groove | Wobbled groove | Wobble pre-groove |
| Межтре- ковое расстояние | 0,74 мкм | 0.615 мкм | 0.74 мкм | 0.74 мкм | |
| Минимальная длина пита | 0,40 | 0,28 | 0,40 | ||
| Число зон | Не применимо | 35 | Не применимо | Не применимо | Не применимо |
| Способ контроля вращения* | CAV | ZCLV CAV в пределах зоны |
CLV | CLV (для видео) или CAV (для данных) | CLV |
| Скорость записи данных | до 8,31 МБ/с (чтение) | 2,77 МБ/с | 11-26 Mbit/s, | 2,77 МБ/с | |
| Файловая система | Micro UDF и/или ISO9660 | UDF/UDF Bridge | UDF/UDF Bridge | UDF/UDF Bridge | Тип1 UDF Bridge Тип2 UDF |
| Стоимость односторон- него диска (дисковода) | $20-30($500) | $10-15 ($1000) | |||
* CLV — (Constant Linear Velocity) постоянная линейная скорость
CAV — (Constant Angular Velocity) постоянная угловая скорость
ZCLV — (Zone Constant Linear Velocity) зонная постоянная линейная скорость
| Форматы DVD дисков | Типы DVD приводов | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| DVD-RAM | DVD-RW | DVD-R(G) | DVD-R(A) | DVD+ RW | DVD-Video | DVD-Audio | DVD-player (универ.) | |||||||||
| Ч | З | Ч | З | Ч | З | Ч | З | Ч | З | Ч | З | Ч | З | Ч | З | |
| DVD-ROM | + | − | + | − | + | − | + | − | + | − | + | − | − | − | + | − |
| DVD−R(G) | + | − | + | + | + | + | + | − | + | ? | + | − | + | − | + | − |
| DVD−R(A) | + | − | + | − | + | − | + | + | + | − | − | − | + | − | + | − |
| DVD−RAM | + | + | − | − | − | − | − | − | − | − | − | − | + | − | + | − |
| DVD-RW | + | − | + | + | + | + | + | − | + | − | + | − | + | − | + | − |
| DVD+RW | − | − | + | − | + | + | + | − | + | + | + | − | + | − | + | − |
| DVD-Video | + | − | + | − | + | − | + | − | + | − | + | − | − | − | + | − |
| DVD-Audio | + | − | + | − | + | − | + | − | + | − | − | − | + | − | + | − |
| DVD-AudioV | + | − | + | − | + | − | + | − | + | − | + | − | − | − | + | − |
Примечание — в некоторых случаях «+» означает, что чтение или запись не противоречат спецификациям DVD форума, однако такие устройства могут пока быть не представлены на рынке.
«-» означает, что спецификацией не определено обязательное требование по чтению или записи, однако на рынке могут быть устройства, обеспечивающее эту возможность
