DVD-18 (Double-sided, double-layer disc)

DVD-10 (Double-sided, single-layer disc)

DVD-9 (Single-sided, double-layer disc)

DVD-5 (Single-sided, single-layer disc)

Односторонний однослойный диск 4,7 Гбайт

Односторонний двухслойный диск 8,5 Гбайт

Двухсторонний однослойный диск 9,4 Гбайт

Двухсторонний двухслойный диск 17 Гбайт

Конструктивно двухсторонний DVD -диск выглядит как два склеенных между собой КД толщиной 0,6 мм. Производство DVD -дисков будет развернуто на базе фабрик производителей КД. Как и КД, DVD -диск будет стойким и малочувствительным к пыли, царапинам и прикосновениям пальцев. Емкость однослойного DVD -диска в семь, а двухслойного в двенадцать раз превышает емкость стандартного КД (650 Мбайт). DVD -плейеры будут в обязательном порядке совместимы с существующими КД.

6.2.3. Конструктивные особенности. DVD -диски, которые в скором времени появятся на прилавках магазинов, будут предназначены только для считывания записанной на них фабричным способом информации (так называемые диски DVD - ROM).

С физической точки зрения, конструкция DVD -диска аналогична устройству традиционого КД. DVD -диск состоит из прозрачной пластиковой подложки и металлизированного отражающего слоя с питами, с помощью которых цифровая информация записывается на диск. Предельное количество питов, которое может быть размещено на поверхности диска, определяет его емкость.

Первым шагом в создании нового стандарта можно считать семикратное увеличение емкости КД за счет увеличения плотности записи, которое стало возможным благодаря созданию более совершенных источников лазерного излучения. Обычные проигрыватели КД (или дисководы CD - ROM) используют лазер, излучающий инфракрасный свет с длиной волны 780 нанометров. В новых DVD -плейерах (или дисководах DVD - ROM) применен лазер, который излучает красный свет с длиной волны 650 (635) нанометров. Такое уменьшение длины волны позволило считывать более мелкие питы рабочего слоя диска, размещенные в расположенных с большей плотностью дорожках записи. Соответствующее увеличение числовой апертуры линзы с 0,45 до 0,6 позволяет фокусировать лазерный луч более точно. Только повышение плотности записи приводит к увеличению емкости диска до уровня 4,7 Гбайт.

Кроме того, были модернизированы схемы цифровой модуляции и коррекции ошибок. Современная высокоэффективная схема модуляции (EFM Plus) работает как в 8-, так и в 16-разрядном режиме, что обеспечивает совместимость с существующими форматами КД и одновременно позволяет добиться более высокого качества при использовании DVD -носителей. Новая схема коррекции ошибок RS - PC (Reed Solomon Product Code) примерно в 10 раз эффективнее той, что используется в существующих системах считывания.

Вторым важным шагом в увеличении емкости стала разработка двухслойного DVD -диска. У двухслойного диска имеется два рабочих слоя для записи информации. Для реализации такой модели был создан специальный полупрозрачный материал для внешнего информационного слоя. При считывании информации с такого диска лазерный луч сначала проходит сквозь этот полупрозрачный слой, фокусируясь исключительно на треках внутреннего слоя. Считав всю информацию с внутреннего слоя, лазерный луч автоматически корректирует свою фокусировку, изменяя тем самым «глубину проникновения», и приступает к считыванию информации с внешнего полупрозрачного слоя. Наличие двух рабочих слоев приводит к увеличению емкости до 8,5 Гбайт. Поскольку такое переключение фокусировки происходит почти моментально, а применение электронного буфера полностью исключает перерывы в исходящем цифровом потоке, двухслойную модель DVD -диска предполагается использовать в тех приложениях, которые требуют большой и «непрерывной» емкости.

Внутренний слой двухслойного DVD -диска штампуется из обычных пластмасс на основе поликарбонатов и несет запись на одной стороне. Затем эта сторона заливается тонким слоем полупрозрачного материала. Тот, в свою очередь, покрывается пленкой фотополимерного материала, на которой формируется наружный рабочий слой. Фотополимерному материалу придается жесткость при помощи обработки ультрафиолетовыми лучами, и DVD -диск заливается прозрачным пластиком, образующим защитный слой диска. Основная трудность состоит в создании полупрозрачного материала, разделяющего слои записи. Он должен хорошо отражать лазерный луч (требуется коэффициент отражения, равный примерно 40%) в процессе считывания наружного слоя, но одновременно быть максимально прозрачным при считывании внутреннего слоя. Такой материал был создан компанией 3M по заказу Philips-Sony.

Общая толщина всех слоев DVD-диска (как однослойного, так и двухслойного) составляет всего 0,6 мм, то есть в два раза тоньше КД, что позволяет производить двухсторонние DVD -диски (эта идея была предложена компанией Toshiba). Два отдельных односторонних DVD -диска склеивают между собой тыльными сторонами, в результате чего общая толщина диска становится равной толщине стандартного КД и составляет 1,2 мм. Полученный диск способен вместить, соответственно, двойной объем информации. Кроме того, за счет уменьшения толщины защитного слоя снижается вероятность ошибки считывания информации, которая обусловлена случайными отклонениями лазерного луча в прозрачном защитном слое.

Таким образом, спецификации DVD -стандарта предусматривают четыре конструктивно различных формата DVD, отличающихся емкостью диска.

Однослойный односторонний DVD -диск, вероятно, получит наибольшее распространение. Он будет использоваться преимущественно для видеофильмов, поскольку его емкости вполне достаточно для 92% фильмов. Для большинства компьютерных приложений емкости 4,7 Гбайт тоже оказывается вполне достаточно. Диск такой конструкции оказывается относительно дешевым носителем: его себестоимость всего на 14% превышает стоимость изготовления традиционного КД. Следующим типом DVD -диска является односторонний двухслойный диск. Впоследствии возможно создание двухстороннего однослойного и двухстороннего двухслойного DVD -дисков. Двухсторонние диски предполагают переворот диска после проигрывания одной из сторон. Двухсторонние и двухслойные диски, в принципе, не новинка, но они еще никогда не применялись в бытовой технике. Если себестоимость одностороннего DVD -диска не сильно отличается от стоимости изготовления обыкновенного КД, то производство двухслойных и двухсторонних DVD -дисков окажется дороже, по меньшей мере, в два раза.

В дальнейшем появятся DVD -диски с возможностью однократной записи. В настоящее время компания TDK усиленно работает над созданием DVD -диска с возможностью однократной записи (DVD - R), используя весь свой богатейший опыт производства CD - R. По существу, конструкция DVD - R аналогична конструкции CD - R, с той лишь разницей, что у DVD -диска значительно выше плотность записи. Для достижения требуемых результатов компания TDK усовершенствовала рабочие характеристики металлостабилизированного цианида - органического вещества, которое активно применяется в качестве рабочего слоя в дисках CD - R.

В 1998 году пользователям будут доступны перезаписываемые DVD -диски. 5 января 1995 года компания TDK объявила о создании нового материала для рабочего слоя многократно записываемых дисков. Новинка получила название AVIST. Этот материал с практически идеальными характеристиками полностью удовлетворяет требованиям технологии перезаписываемых DVD -дисков, базирующейся на изменении фазы материала. Основные достоинства нового материала:

· Высокая отражающая способность - до 25-35 %, что вполне достаточно для совместимости DVD -дисков при воспроизведении.

· Характеристики материала AVIST легко контролируются 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 - R), осуществляют запись со скоростью менее 3 м/с. Работа с данными в формате DVD - RAM требует от рабочего слоя скорости записи от 3 до 6 м/с. При работе с видеоинформацией, подвергнутой компрессии, скорость записи должна быть уже выше 6 м/с.

· Отличное соотношение сигнал-шум и характеристики изменения фазы позволили компании TDK добиться сверхмалых размеров маркера (менее 0,66 mm).

· Новый материал AVIST выдерживает как минимум 1000 циклов перезаписи на скоростях менее 3 м/с. При более высоких скоростях записи количество циклов перезаписи должно возрасти.

6.3. Стандарты записи на DVD

Как появление КД привело в свое время к революционному изменению качества звука, так и создание DVD должно значительно увеличить качество «домашнего» видео. В отличие от домашнего видеомагнитофона, на DVD -диске видеосигнал будет записан в компонентном цифровом виде. Качество изображения при воспроизведении с DVD -диска будет удовлетворять разделу «D -1» существующего стандарта CCIR -601 для студийного вещания. Таким образом, по цветопередаче, четкости и чистоте изображения, разрешающей способности, точности воспроизведения мелких деталей и отсутствию искажений и видеошума стандарт DVD не только в три раза лучше видеозаписи в формате VHS, но и заметно превосходит качество существующих сегодня дисков LD (Laserdisc). Фильм, записанный на лазерном диске, воспроизводится с разрешением 400-425 строк. Разрешающая способность DVD уже достигает 480-500 строк. Разрешение по горизонтали составляет 720 пикселей на каждой строке. Кроме того, поскольку DVD реализуют оптический формат хранения информации, качество фильма останется неизменным вне зависимости от срока хранения и частоты воспроизведения. И все это при том, что для хранящейся информации абсолютно не опасны возможные влияния магнитных полей. Срок гарантированного хранения записанной на DVD -диске информации должен быть не меньше, чем у КД, «продолжительность жизни» которого, согласно официальным оценкам, составляет сто лет.

К сожалению, стандарт DVD - Video предусматривает только распространение уже готовых видеоматериалов формата D -1, поэтому дальнейшее редактирование, например, при помощи персонального компьютера окажется крайне затруднительным.

6.3.1. Кодирование видеосигнала (стандарт MPEG -2). Выбранный за основу стандарт CCIR -601 требует, чтобы скорость цифрового потока для воспроизведения видеосигнала составляла 167 Мбит/с. При этом на стандартном DVD -диске емкостью 4,7 Гбайт можно будет хранить всего 4 минуты оцифрованного видео. Таким образом, очевидна необходимость применения компрессии данных.

При разработке стандартов DVD было решено использовать наиболее перспективный на сегодняшний день алгоритм компрессии информации - MPEG -2. Этот алгоритм основан на эффективном методе динамического сжатия информации, предложенном группой MPEG (Moving Picture Experts Group), и базируется на стандарте ISO / IEC 13818-2. В основу метода сжатия положен анализ повторений в видеоизображении, получивших название избыточных. Примерно 95% данных при оцифровке видеосигнала повторяются, и могут быть исключены без видимого ухудшения качества изображения. Таким образом, при помощи алгоритма MPEG -2 можно значительно уменьшить величину цифрового потока при безупречном качестве изображения (60 полей в секунду, разрешение 720х480).

Кодирование видеосигнала в DVD происходит в два этапа. Сначала сигнал оценивается с точки зрения его сложности. Затем сложные изображения кодируются большим, а простые - меньшим числом битов при помощи процесса «адаптивного» изменения величины цифрового потока. DVD использует сжатие компонентного видеосигнала в формате 4:2:2 (сигнал яркости семплируется с четырехкратной частотой по отношению к базовой, а разностные сигналы Y - R и Y - G с двойной частотой), что позволяет в результате снизить скорость цифрового потока до 10 Мбит/с. Хотя средней скоростью цифрового потока принято считать величину 3,5 Мбит/с, реальная скорость передачи является величиной переменной и зависит от общей продолжительности фильма, сложности изображения (соотношения статичного и движущегося изображения) и числа используемых аудиоканалов.

Благодаря алгоритму сжатия MPEG -2 емкости одностороннего однослойного DVD -диска хватает для записи видеосигнала со студийным качеством в течение двух часов тринадцати минут. Кроме того, при номинальной средней скорости цифрового потока для видеоизображения (3,5 Мбит/с) на диске остается достаточно места для пятиканального звука на трех языках и дополнительных субтитров на четырех языках. С учетом звука и субтитров средняя скорость цифрового потока возрастет до 4,962 Мбит/с. Таким образом, полноценный двухчасовой видеофильм может быть записан на одной стороне однослойного DVD -диска. Примерно 92% снятых до настоящего времени фильмов легко укладываются в указанные временные рамки. Теперь исчезает необходимость прерывать просмотр фильма, чтобы перевернуть диск на другую сторону. А в случае применения одностороннего двухслойного DVD -диска продолжительность непрерывного видеопросмотра будет превышать четыре часа.

Для декодирования в реальном масштабе времени цифровой видеоинформации, записанной на DVD -диск с компрессией по стандарту MPEG -2, в полноценное телевизионное изображение была разработана специальная микросхема, получившая название LCI.

Известно, что традиционные телевизоры имеют соотношение экрана 4:3, а новые широкоэкранные 16:9. Раньше это создавало некоторые проблемы при просмотре копии фильма, созданной для одного типа телевизора, на другом аппарате. Теперь на одном DVD -диске можно записать фильм в трех версиях для последующего воспроизведения на любом телевизоре. Например, в широкоэкранном (черные полоски сверху и снизу изображения) или полноэкранном (изображение заполняет весь экран) варианте на обычном телевизоре или в специальном варианте для воспроизведения на широкоэкранном телевизоре высокой четкости. Можно, к примеру, записать футбольный матч при помощи нескольких камер, установленных в разных точках поля, и затем самостоятельно выбирать план при просмотре этого матча.

DVD позволяет родителям легко устанавливать возрастной ценз при просмотре фильмов. Достаточно с помощью одного нажатия кнопки определить категорию зрителя (PG, PG -13, R, NC -17), и фильм будет воспроизводиться в соответствующей редакции, автоматически пропуская нежелательные сцены.

Естественно, фильмы на DVD -диске будут полностью защищены от копирования, что должно предотвратить пиратское распространение видеопродукции.

6.3.2. Цифровой звук (Digital Surround Sound, Dolby AC -3). Уже объявлено, что готовящиеся к выпуску в США (и в других странах, где распространен телевизионный стандарт NTSC) DVD -фильмы будут содержать звуковое сопровождение, записанное по системе Dolby AC -3. Эта система дает зрителю возможность воспроизводить звук через два или через пять плюс один (обозначается 5.1) звуковых каналов. Как и широко распространенная в Европе Dolby Pro Logic, система Dolby AC -3 является многоканальной системой, обеспечивающей пять абсолютно независимых (дискретных) каналов - левый, средний, правый, левый задний, правый задний, и один общий низкочастотный канал (который может быть задействован для спецэффектов или дополнительной аудиоинформации). Каждый из пяти каналов обеспечивает 20-битный звук полноценного качества в диапазоне от 20 Гц до 20 КГц (частота оцифровки 48 Кбит/с).

Система Dolby AC -3, использующая величину цифрового потока 348 Кбит/с, уже оценена по достоинству счастливыми обладателями домашних видеотеатров. Как истинно цифровая система, Dolby AC -3 обеспечивает звук высочайшего качества, большой динамический диапазон, широкую частотную полосу и полное отсутствие шумов и искажений. Естественность звучания Dolby AC -3 особенно четко проявляется во время диалогов. Синхронно с изображением персонажа звук перемещается справа-налево, спереди-назад или даже по диагонали помещения.

Если у потребителя пока нет системы Dolby AC -3, DVD -диск хранит звуковое сопровождение фильма в виде 16-разрядного звука качества КД, кодированного по системе Dolby Pro Logic (звук также можно прослушивать через традиционную систему Dolby Surround Sound).

Фильм, записанный на DVD, может быть одновременно дублирован на восемь языков. При воспроизведении просто выбирается требуемый вариант звукового сопровождения.

Для тех регионов мира, где не используют телевизионную систему NTSC, формат DVD - Video позволяет кодировать звуковое сопровождение по системе MPEG -2 Audio (стандарт ISO / IEC 13818-3). Эта система дает пользователю семь плюс один (обозначается 7.1) высококачественных каналов, оцифрованных с частотой 48 кГц: дальний правый, правый, центральный, левый, дальний левый, правый задний, левый задний и общий (низкочастотный). Кроме того, кодирование звуковых каналов по системе MPEG -2 Audio облегчает изготовителю дублирование фильма на другие языки.

6.3.3. Дополнительные субтитры. Формат DVD - Video предусматривает дополнительное наложение субтитров. На одном и том же диске могут быть записаны субтитры на тридцати двух языках. Пользователю остается только выбрать родной язык. Что самое интересное, титры хранятся не в текстовой форме, а в пиксельной графике, которая записана на диске в сжатой форме. Это позволяет разместить не только текст, но и пояснительный чертеж и даже простую анимацию в любом удобном месте экрана. Палитра пиксельного изображения содержит шестнадцать 24-битных цветов. Хотя на экран выводится одновременно не более четырех цветов, каждый из них может иметь сразу четыре уровня яркости. На каждый кадр фильма зарезервировано 62 Кбайт для хранения субтитров. Для вывода субтитров на экран предусмотрены различные эффекты, например прокрутка вверх-вниз, плавное "проявление", наложение и т.д.

6.3.4. DVD - ROM - носитель для мультимедиа. Внешний вид DVD -диска свидетельствует об очевидном успехе CD - ROM в качестве носителя данных при распространении компьютерных программ, баз данных, мультимедийных приложений и видеоигр. В соответствии с постоянным ростом мощности и производительности компьютеров растет потребность пользователя во все более емких носителях. Постоянно развивающийся рынок графики с высоким разрешением и сложной анимацией и непрерывное совершенствование программных средств повышают требования к минимальной емкости носителя. Появившийся стандарт высокоемкого диска DVD должен содействовать удовлетворению спроса на носители большой емкости.

Достоинства DVD - ROM очевидны.

· Значительно большая, по сравнению с КД, емкость DVD -диска.

· Совместимость с КД. Устройства DVD - ROM смогут считывать уже существующие библиотеки данных на CD - ROM, музыкальные программы на Audio - CD, CD - R, Video-CD, Photo - CD, а также видеофильмы, которые будут распространяться на DVD. Однако следует оговориться, что воспроизведение полноэкранного видео требует достаточно мощных компьютеров или установки дополнительной платы-декодера MPEG -2. Если компьютер пользователя не оснащен процессором Power PC или Pentium Pro, то видеоинформация, воспроизводимая с DVD -диска, по качеству будет мало отличаться от того, что на сегодняшний день можно получить на КД при использовании программ QuickTime или Video for Windows.

· Большая емкость одной стороны цифрового видеодиска позволит оперировать сразу полным объемом данных, без необходимости разбивать их на части.

· Единая файловая система для информации любого типа.

· Более высокая скорость обмена данными DVD -устройства по сравнению с дисководом CD - ROM ускорит и облегчит работу.

· Высокая надежность хранения данных.

· Приемлемая цена. Новые дисководы для считывания DVD -дисков будут вполне сопоставимы по цене с существующими устройствами для КД.

Таким образом, явные преимущества DVD делают этот носитель нового поколения неоспоримым лидером рынка оптических накопителей для компьютеров.

Дата добавления: 2014-01-06