DVD-диски
![](/assets/img/loading.gif)
![](/assets/img/loading.gif)
Введение 3
1. Оптическая запись 4
2. Основы устройства DVD 9
3. Структурные типы DVD 12
4. Форматы DVD для многократной записи 14
5. Форматы DVD для одноразовой записи 16
6. Передача данных 17
7.DVD в действии 18
8. Интересные Таблицы 21
Заключение 23
Список использованной литературы 24
1. Оптическая запись 4
2. Основы устройства DVD 9
3. Структурные типы DVD 12
4. Форматы DVD для многократной записи 14
5. Форматы DVD для одноразовой записи 16
6. Передача данных 17
7.DVD в действии 18
8. Интересные Таблицы 21
Заключение 23
Список использованной литературы 24
Компьютерная техника всё больше находит своё применение в нашей жизни и самых разных отраслях деятельности человека, начиная от использования для элементарных расчётов и кончая сложнейшими космическими вычислениями. Но появляется одна проблема: где хранить собранную человеком за время его деятельности информацию. Проблема хранения данных успешно решается такими фирмами-разработчиками, как SONY, PHILIPS и др. И решение этой проблемы заключается в новейшем изобретении – DVD – в принципе, это компакт диски, внешне ни чем не отличающиеся от обычных CD.
В данном реферате я бы хотел как можно полнее описать принцип действия DVD. В последствии эту работу можно использовать, как справочное пособие по DVD для начинающих.
DVD-диск внешне практически не отличается от “старого” доброго компакт-диска, однако по масштабу происшедших, а самое главное - грядущих, изменений его создание, без сомнения, стало главным событием 90-х годов в индустрии домашних развлечений. И это отнюдь не патетика, а лишь констатация фактов, которые, как известно, очень и очень “упрямая вещь”.
Сам формат DVD ознаменовал собой переход на новый, более продвинутый, уровень в области хранения и использования данных, звука и видео. Первоначально аббревиатура DVD расшифровывалась, как Digital Video Disc, это оптические диски с большой емкостью. Эти диски используются для хранения компьютерных программ и приложений, а так же полнометражных фильмов и высококачественного звука. Поэтому, появившаяся несколько позже расшифровка аббревиатуры DVD, как Digital Versatile Disc, т.е. универсальный цифровой диск - более логична.
В данном реферате я бы хотел как можно полнее описать принцип действия DVD. В последствии эту работу можно использовать, как справочное пособие по DVD для начинающих.
DVD-диск внешне практически не отличается от “старого” доброго компакт-диска, однако по масштабу происшедших, а самое главное - грядущих, изменений его создание, без сомнения, стало главным событием 90-х годов в индустрии домашних развлечений. И это отнюдь не патетика, а лишь констатация фактов, которые, как известно, очень и очень “упрямая вещь”.
Сам формат DVD ознаменовал собой переход на новый, более продвинутый, уровень в области хранения и использования данных, звука и видео. Первоначально аббревиатура DVD расшифровывалась, как Digital Video Disc, это оптические диски с большой емкостью. Эти диски используются для хранения компьютерных программ и приложений, а так же полнометражных фильмов и высококачественного звука. Поэтому, появившаяся несколько позже расшифровка аббревиатуры DVD, как Digital Versatile Disc, т.е. универсальный цифровой диск - более логична.
1. Журналов Hard & Soft (журнал, подшивка за 2003 год) и PC MAGAZINE
Дисциплина: Информатика, Программирование, Базы данных
Тип работы: Курсовая работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 22 страниц
В избранное:
Тип работы: Курсовая работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 22 страниц
В избранное:
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Казахский национальный технический университет
имени К. И. Сатпаева
Кафедра Вычислительная техника
РеФЕРАТ
DVD-диски
Приняла: Конаева Ж.Е
Выполнил: Скирка Ю.М.
Студент группы КСУ 01 –
4
Алматы 2004
Содержание
Введение 3
1. Оптическая запись 4
2. Основы устройства DVD 9
3. Структурные типы DVD 12
4. Форматы DVD для многократной записи 14
5. Форматы DVD для одноразовой записи 16
6. Передача данных 17
7.DVD в действии 18
8. Интересные Таблицы 21
Заключение 23
Список использованной литературы 24
Введение
Компьютерная техника всё больше находит своё применение в нашей
жизни и самых разных отраслях деятельности человека, начиная от
использования для элементарных расчётов и кончая сложнейшими космическими
вычислениями. Но появляется одна проблема: где хранить собранную человеком
за время его деятельности информацию. Проблема хранения данных успешно
решается такими фирмами-разработчиками, как SONY, PHILIPS и др. И решение
этой проблемы заключается в новейшем изобретении – DVD – в принципе, это
компакт диски, внешне ни чем не отличающиеся от обычных CD.
В данном реферате я бы хотел как можно полнее описать принцип
действия DVD. В последствии эту работу можно использовать, как справочное
пособие по DVD для начинающих.
DVD-диск внешне практически не отличается от “старого” доброго компакт-
диска, однако по масштабу происшедших, а самое главное - грядущих,
изменений его создание, без сомнения, стало главным событием 90-х годов в
индустрии домашних развлечений. И это отнюдь не патетика, а лишь
констатация фактов, которые, как известно, очень и очень “упрямая вещь”.
Сам формат DVD ознаменовал собой переход на новый, более продвинутый,
уровень в области хранения и использования данных, звука и видео.
Первоначально аббревиатура DVD расшифровывалась, как Digital Video Disc,
это оптические диски с большой емкостью. Эти диски используются для
хранения компьютерных программ и приложений, а так же полнометражных
фильмов и высококачественного звука. Поэтому, появившаяся несколько позже
расшифровка аббревиатуры DVD, как Digital Versatile Disc, т.е.
универсальный цифровой диск - более логична.
1 Оптическая запись
За последние годы оптическая запись, использующая изменение фазового
состояния вещества, значительно продвинулась. Теперь это полноценная
технология для создания перезаписываемых носителей информации. Помимо общих
преимуществ, обусловленных бесконтактным считыванием информации, технология
оптической записи совместима с широко распространенным стандартом CD.
Принцип работы
Луч лазера вызывает кристаллографические изменения в активном слое
оптического диска (а именно, в результате облучения вещество меняет свое
состояние с кристаллического на аморфное и наоборот).
Рис.1 – Запись информации
Запись аморфных областей показана на Рисунке 1. Короткий лазерный
импульс высокой мощности расплавляет записывающий материал (температура
нагрева превышает температуру плавления материала, T T плавл).
Затем следует охлаждение ниже температуры кристаллизации (T крист).
Результат охлаждения - предотвращение образования центров
кристаллизации. таким образом, роста кристаллической фазы не происходит, и
вещество остается в аморфном состоянии.
Рис.2 – Стирание данных
Рис.2 объясняет механизм стирания данных. Для стирания надо вернуть
вещество в кристаллическое состояние. Опять же с помощью лазера аморфное
вещество нагревают до температуры Т, которая меньше температуры плавления,
но больше температуры кристаллизации (T крист Т Т плавл). Нагрев (а
точнее, отжиг) продолжается в течение времени (t отж), достаточного для
восстановления кристаллического состояния вещества. Это время должно быть
больше, чем так называемое время кристаллизации (t крист, t крист t отж).
Если необходима очень быстрая запись, например для DVD-RW, то жизненно
необходима быстрая кристаллизация. Поэтому время t крист должно быть ниже
100 наносекунд, а это строго ограничивает выбор используемого материала.
Оптимально использование различных сплавов Ge, Sb и Te - они не только
удовлетворяют требованию к времени кристаллизации, но и обладают большим
оптическим контрастом между аморфной и кристаллической фазой. Кроме того,
они имеют приемлемые температуры кристаллизации и плавления (Tкрист = 150-
200°C, Tплавл = 600°C).
Механизм записи
Существенной частью каждого метода, основанного на изменении
длительности импульса, является использование многоимпульсной стратегии
записи.
Каждая записываемая метка формируется посредством мощных лазерных импульсов
(P записи = 12 мВт, длительность импульса 15 нс). Между импульсами
интенсивность лазерного излучения уменьшается. Таким образом, после каждого
импульса расплавляемый материал охлаждается до температуры ниже температуры
кристаллизации, формируя область с аморфной фазой. Стирание (то есть
кристаллизация) достигается посредством длительного импульса лазера (P
стирания P записи). Чтение информации осуществляется уже при гораздо
меньшей мощности лазера (P чтения = 0,5-0,6 мВт).
Рис. 3 – Методика прямой перезаписи информации
Метка записывается посредством серии мощных импульсов. Стирание
достигается длительным лазерным воздействием с мощностью P стир P записи.
Технология Blu-Ray
Если в аудио на массовом рынке сейчас начинается серьезный спор между
технологиями DVD-A и SACD, то для видео мы наблюдаем - DVD vs Blu-Ray. При
этом ситуации зеркально подобны, поскольку SACD и Blu-Ray - это технологии
будущего, сегодня доступные только по очень высоким ценам.
Их приход на потребительский рынок рассчитывается примерно в одно и
тоже время - начиная с 2004 года, хотя первые модели приводов находятся в
промышленном производстве уже сейчас. За SACD и Blu-Ray стоят ведущие
производители мира, а возможности, которые сможет получить обыкновенный
пользователь в ближайшем будущем просто впечатляют.
Рис 4 Логотип новых дисков формата Blu-Ray
Девять компаний Hitachi, LG, Matsushita (Panasonic), Pioneer, Philips,
Samsung, Sharp, Sony и Thomson задались целью создать цифровые видео-диски
нового поколения. В поисках совершенства они пошли по пути, известному нам
со времен разработки DVD, хотя с некоторыми новыми идеями.
За основу технологической разработки был принят новый стандарт,
предусматривающий считывание информации с помощью синего лазера. Для
обычного CD-ROM применялся луч лазера с длиной волны 780 нанометров (нм) и,
соответственно, емкость носителя информации составляла порядка 700 Мб.
Для технологии DVD стали применять лазер с более короткой длиной волны
650 или 635 нм, и это позволило увеличить емкость. В стандартном виде было
достигнуто рекордное на то время значение в 4,38 Гб. Но это не стало
пределом, так как практически сразу разработчики предложили новые
технологии по удвоению плотности записи информации - появились двухслойные
и двухсторонние диски.
Двухслойность достигается за счет внедрения полупрозрачного слоя,
который прозрачен для света с одной длиной волны и отражает свет другой
длины волны. При этом геометрические размеры DVD-дисков остались такими же
как и у CD, что позволило выпускать гибридные устройства, способные
воспроизводить как обычные компакт-диски, так и DVD. Рекордная емкость DVD-
дисков стала равна 15,9 Гб (по 7,95 Гб на каждую сторону двухслойного
диска).
В технологии Blu-Ray используется синий лазер с длиной волны 405 нм.
Такое уменьшение позволило сузить дорожку в два раза больше, чем у обычного
DVD-диска до 0,32 микрон, и увеличить плотность записи данных. Уменьшение
толщины защитного слоя в шесть раз (0,1 мм вместо 0,6 мм) предоставило
возможность проведения более качественного и корректного течения операций
чтениязаписи.
Помимо этого у BLU-Ray приводов увеличено значение числовой апертуры
линзы (NA - Numeric Aperture) с 0,6 до 0,85. Новый формат обеспечивает
рекордную скорость передачи данных 36 Mbps, при общей емкости диска
23.3GB25GB27GB. В данном случае мы говорим о дисках, имеющих
геометрические размеры обычного CD (120 мм в диаметре). Но это далеко не
все, на что рассчитывают разработчики Blu-Ray. Например, Philips выпустила
30-мм диски и привод к ним.
Емкость таких носителей информации составляет 1 Гб. Эта разработка
предназначается для пользователей портативных устройств и мобильных
телефонов. Но если мы сейчас говорим о Blu-Ray-диске (BD), то подразумеваем
принятый стандарт - размеры как у CD (120 мм в диаметре), емкость - 27 Гб.
Рис 5 Отличее обычного DVD от технологии Blu-Ray
На этом рисунке показана основная разница между конструкциями
однослойных DVD и BD-дисков - меньшая ширина дорожек на BD позволяет
увеличить объем носителя в пять раз.
Рис. 6 Показывает как отличается линза DVD приводов и приводов Blu-Ray
За счет чего достигается большая плотность записи? Увеличение числовой
апертуры линзы с 0,6 до 0,85 позволяет увеличить плотность записи в два
раза, а более короткая длина волны - в 2,6 раза. Умножая два коэффициента
друг на друга мы получаем искомый результат - увеличение емкости по
сравнению с DVD в пять раз.
Рис.7 Отличие защитных слоев двух технологий
Здесь мы можем увидеть преимущества более тонкого защитного слоя в
случае, когда чтение производится с наклоненной поверхности диска. Из
иллюстрации становится понятно, что технология чтения данных Blu-Ray
предлагает более толерантный помехоустойчивый вариант.
Blu-Ray диски предназначены большей частью для записи цифрового видео.
Так, например, их хватит для того, чтобы записать до 2 часов в формате HDTV
(телевидения высокой четкости) со скоростью передачи данных более 24 Mbps
или более 12 часов видео с 4 Mbps (SDTVVHS). Ожидается, что с массовым
приходом цифрового телевидения стандарт HDTV станет необходимым апгрейдом
для тех, кто стремится к качеству. Устройства Blu-Ray позволяют производить
качественную (самую качественную на сегодня) запись телепрограмм, фильмов,
сигнала с цифровых камер и т.п.
Рис.8 Вид DVD диска технологии Blu-Ray
В марте этого года был стандартизирован вариант Blu-Ray-дисков с
емкостью 27 Гб (иногда он называется BD-27). На сегодня уже имеются
двухслойные диски с удвоенным значением - 46,65054 Гб соответственно.
Сейчас выпуском именно дисков занимаются такие производители как Sony, JVC,
TDK, Samsung. В скором будущем их станет намного больше
2 Основы устройства DVD-дисков
Как и CD-ROM, диски DVD хранят данные, за счет расположенных насечек
вдоль спиральных треков на отражающей металлической поверхности, покрытой
пластиком. Используемый в устройствах чтения DVD дисков лазер, скользит
вдоль треков по насечкам, а отраженный луч интерпретируется приемным
устройством в виде единиц или нулей.
Основное требование, при разработке DVD, было простым: увеличить
емкость хранимых данных, за счет расположения как можно большего числа
насечек вдоль треков на диске, при этом технология изготовления должна быть
дешевой.
Результатом исследований стала разработка более высокочастотного
полупроводникового лазера с меньшей длиной волны, вследствие чего стало
возможным использовать насечки более маленького размера.
Рис.9 – Плотность записи CD и DVD-дисков
В то время как лазер в обычном устройстве CD-ROM имеет длину волны 780-
нанометров (нм), устройства DVD используют лазер с длиной волны 650-нм или
635-нм, что позволяет покрывать лучом в два раза больше насечек на одном
треке, и в два раза больше треков, расположенных на одной записанной
поверхности.
Числовое выражение технологии производства CD и DVD дисков, смотри
Таблицу 2.
Другие нововведения - это новый формат секторов, более надежный код
коррекции ошибок, и улучшенная модуляция каналов.
Вместе, эти улучшения дополнительно увеличивают плотность записи
данных в полтора раза. Жесткие производственные требования и незначительно
большая поверхность записи, стали последним препятствием, при разработке
DVD, из-за чего емкость данных, размещаемых на диске – ограничена 4.7Gb (в
смысле 2^30 байт или 4.7 миллиарда байт). Но оказалось, что это не предел
(смотри главу 3).
Основой записи и хранения данных на дисках DVD–RAM и DVD-RW является
технология изменения фазового состояния вещества. При записи и считывании
информации используется различие отражательной способности поверхности в
зависимости от того, находится ли она в кристаллическом или аморфном
состоянии.
При считывании информации с диска измеряется различие между темными
аморфными и яркими прозрачными зонами. Эту технологию вполне можно назвать
оптической - для чтения и записи достаточен всего лишь лазер. Послойная
структура одной половины диска показана на Рис.10
Рис.10 - Послойная структура одной половины DVD-диска
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 AudioVideo 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.
При использовании MicroUDF на одном DVD-диске можно одновременно
хранить видеофильмы, аудиозаписи, оцифрованные фотографии и компьютерные
файлы. Этим обеспечивается межплатформенная совместимость, т.е DVD-диск
становится единым носителем для Macintosh, DOSWindows, OS2, UNIX.
Первые форматы DVD
Технология DVD первоначально опиралась на 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.
Эти форматы описывали диски, предназначенные только для чтения.
Информация на такие диски помещается один раз - в процессе их производства.
С развитием технологии DVD появились спецификации дисков, обеспечивающие
пользователям дисков запись и перезапись информации. Однако основные
участники форума не смогли договориться о единой спецификации на такие
диски из-за стремления сохранить самостоятельный контроль над своими
авторскими техническими разработками. В результате появилось несколько
конкурирующих спецификаций (форматы DVD-RAM, DVD-RW, DVD+RW).
Развиваемые форматы DVD
Только для чтения
• DVD-ROM
• DVD-Video
• DVD-Audio
Для многократной перезаписи
• DVD-RAM
• DVD+RW (не поддержан DVD форумом)
• DVD-RW
Для одноразовой записи
• DVD-R (G)
• DVD-R (A)
Для видеозаписи
• DVD-VR
3 Структурные типы DVD
Большинство дисков DVD имеют емкость 4.7GB. Применение схем удвоения
плотности и их комбинирования, позволяет иметь диски большей емкости: от
8.5Gb и 9.4Gb до 17Gb.
Существуют следующие структурные типы DVD.
Single SideSingle Layer (одностороннийоднослойный)
Это самая простая структура DVD диска. На таком диске можно разместить
до 4.7 Гб данных. Кстати, эта емкость в 7 раз больше емкости обычного
звукового CD и CD-ROM диска.
Рис.11 – Структура DVD-5 диска
Single SideDual Layer (одностороннийдвухслойный)
Этот тип дисков имеет два слоя данных, один из которых полупрозрачный.
Оба слоя считываются с одной стороны и на таком диске можно разместить 8.5
Гб данных, т.е. на 3.5 Гб больше, чем на однослойномодностороннем диске.
Рис.12 – Структура DVD-9 диска
Double SideSingle Layer (двустороннийоднослойный)
На таком диске помещается 9.4 Гб данных (по 4.7 Гб на каждой стороне).
Нетрудно заметить, что емкость такого диска вдвое больше
одностороннегооднослойного DVD диска. Между тем, из-за того, что данные
располагаются с двух сторон, придется переворачивать диск или использовать
устройство, которое может прочитать данные с обеих сторон диска
самостоятельно.
Рис.13 – Структура DVD-10 диска
Double SideDouble Layer (двустороннийдвухслойный)
Структура этого диска обеспечивает возможность разместить на нем до 17
Гб данных (по 8.5 Гб на каждой стороне).
Рис.14 – Структура DVD-18 диска
Заметим, что все приведенные цифры соответствуют емкости, указанной в
миллионах байтов; если округлять по другой методике, принимая за основу,
что 1Кб=1024 байта, а не 1000 байт, то получатся другие числа: 4.38GB,
7.95GB, 8.75GB, и 15.9GB соответственно.
Нетрудно заметить, что простейшим способом удвоения емкости является
использование двухсторонних дисков. Производители могут изготавливать диски
DVD толщиной 0.6мм, что в половину меньше толщины стандартного диска CD.
Это дает возможность соединить два диска обратными сторонами и получить
емкость в 9.4Gb.
По другой технологии, создается второй слой для размещения данных, это
позволяет увеличить емкость одной стороны диска. Первый слой делается
полупрозрачным, таким образом лазерный луч может проходить через него и
отражаться уже от второго слоя. По этой схеме на каждой стороне диска можно
разместить по 8.5GB данных.
Если сложить двухслойные диски обратными сторонами вместе, получится
очень приличная емкость в 17GB.
4 Форматы DVD для многократной записи
Все известные спецификации перезаписываемых DVD дисков используют
технологию многократной записи, основанную на физическом принципе смены
фазового состояния (кристаллическоеаморфное) 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 мс. Работа с данными в формате DVD-
RAM требует от рабочего слоя более высокой скорости записи - от 3
до 6 мс. При работе с видеоинформацией, подвергнутой компрессии,
скорость записи должна превышать 6 мс;
• 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 мс. При более высоких скоростях записи
количество циклов перезаписи возрастает.
... продолжение
Казахский национальный технический университет
имени К. И. Сатпаева
Кафедра Вычислительная техника
РеФЕРАТ
DVD-диски
Приняла: Конаева Ж.Е
Выполнил: Скирка Ю.М.
Студент группы КСУ 01 –
4
Алматы 2004
Содержание
Введение 3
1. Оптическая запись 4
2. Основы устройства DVD 9
3. Структурные типы DVD 12
4. Форматы DVD для многократной записи 14
5. Форматы DVD для одноразовой записи 16
6. Передача данных 17
7.DVD в действии 18
8. Интересные Таблицы 21
Заключение 23
Список использованной литературы 24
Введение
Компьютерная техника всё больше находит своё применение в нашей
жизни и самых разных отраслях деятельности человека, начиная от
использования для элементарных расчётов и кончая сложнейшими космическими
вычислениями. Но появляется одна проблема: где хранить собранную человеком
за время его деятельности информацию. Проблема хранения данных успешно
решается такими фирмами-разработчиками, как SONY, PHILIPS и др. И решение
этой проблемы заключается в новейшем изобретении – DVD – в принципе, это
компакт диски, внешне ни чем не отличающиеся от обычных CD.
В данном реферате я бы хотел как можно полнее описать принцип
действия DVD. В последствии эту работу можно использовать, как справочное
пособие по DVD для начинающих.
DVD-диск внешне практически не отличается от “старого” доброго компакт-
диска, однако по масштабу происшедших, а самое главное - грядущих,
изменений его создание, без сомнения, стало главным событием 90-х годов в
индустрии домашних развлечений. И это отнюдь не патетика, а лишь
констатация фактов, которые, как известно, очень и очень “упрямая вещь”.
Сам формат DVD ознаменовал собой переход на новый, более продвинутый,
уровень в области хранения и использования данных, звука и видео.
Первоначально аббревиатура DVD расшифровывалась, как Digital Video Disc,
это оптические диски с большой емкостью. Эти диски используются для
хранения компьютерных программ и приложений, а так же полнометражных
фильмов и высококачественного звука. Поэтому, появившаяся несколько позже
расшифровка аббревиатуры DVD, как Digital Versatile Disc, т.е.
универсальный цифровой диск - более логична.
1 Оптическая запись
За последние годы оптическая запись, использующая изменение фазового
состояния вещества, значительно продвинулась. Теперь это полноценная
технология для создания перезаписываемых носителей информации. Помимо общих
преимуществ, обусловленных бесконтактным считыванием информации, технология
оптической записи совместима с широко распространенным стандартом CD.
Принцип работы
Луч лазера вызывает кристаллографические изменения в активном слое
оптического диска (а именно, в результате облучения вещество меняет свое
состояние с кристаллического на аморфное и наоборот).
Рис.1 – Запись информации
Запись аморфных областей показана на Рисунке 1. Короткий лазерный
импульс высокой мощности расплавляет записывающий материал (температура
нагрева превышает температуру плавления материала, T T плавл).
Затем следует охлаждение ниже температуры кристаллизации (T крист).
Результат охлаждения - предотвращение образования центров
кристаллизации. таким образом, роста кристаллической фазы не происходит, и
вещество остается в аморфном состоянии.
Рис.2 – Стирание данных
Рис.2 объясняет механизм стирания данных. Для стирания надо вернуть
вещество в кристаллическое состояние. Опять же с помощью лазера аморфное
вещество нагревают до температуры Т, которая меньше температуры плавления,
но больше температуры кристаллизации (T крист Т Т плавл). Нагрев (а
точнее, отжиг) продолжается в течение времени (t отж), достаточного для
восстановления кристаллического состояния вещества. Это время должно быть
больше, чем так называемое время кристаллизации (t крист, t крист t отж).
Если необходима очень быстрая запись, например для DVD-RW, то жизненно
необходима быстрая кристаллизация. Поэтому время t крист должно быть ниже
100 наносекунд, а это строго ограничивает выбор используемого материала.
Оптимально использование различных сплавов Ge, Sb и Te - они не только
удовлетворяют требованию к времени кристаллизации, но и обладают большим
оптическим контрастом между аморфной и кристаллической фазой. Кроме того,
они имеют приемлемые температуры кристаллизации и плавления (Tкрист = 150-
200°C, Tплавл = 600°C).
Механизм записи
Существенной частью каждого метода, основанного на изменении
длительности импульса, является использование многоимпульсной стратегии
записи.
Каждая записываемая метка формируется посредством мощных лазерных импульсов
(P записи = 12 мВт, длительность импульса 15 нс). Между импульсами
интенсивность лазерного излучения уменьшается. Таким образом, после каждого
импульса расплавляемый материал охлаждается до температуры ниже температуры
кристаллизации, формируя область с аморфной фазой. Стирание (то есть
кристаллизация) достигается посредством длительного импульса лазера (P
стирания P записи). Чтение информации осуществляется уже при гораздо
меньшей мощности лазера (P чтения = 0,5-0,6 мВт).
Рис. 3 – Методика прямой перезаписи информации
Метка записывается посредством серии мощных импульсов. Стирание
достигается длительным лазерным воздействием с мощностью P стир P записи.
Технология Blu-Ray
Если в аудио на массовом рынке сейчас начинается серьезный спор между
технологиями DVD-A и SACD, то для видео мы наблюдаем - DVD vs Blu-Ray. При
этом ситуации зеркально подобны, поскольку SACD и Blu-Ray - это технологии
будущего, сегодня доступные только по очень высоким ценам.
Их приход на потребительский рынок рассчитывается примерно в одно и
тоже время - начиная с 2004 года, хотя первые модели приводов находятся в
промышленном производстве уже сейчас. За SACD и Blu-Ray стоят ведущие
производители мира, а возможности, которые сможет получить обыкновенный
пользователь в ближайшем будущем просто впечатляют.
Рис 4 Логотип новых дисков формата Blu-Ray
Девять компаний Hitachi, LG, Matsushita (Panasonic), Pioneer, Philips,
Samsung, Sharp, Sony и Thomson задались целью создать цифровые видео-диски
нового поколения. В поисках совершенства они пошли по пути, известному нам
со времен разработки DVD, хотя с некоторыми новыми идеями.
За основу технологической разработки был принят новый стандарт,
предусматривающий считывание информации с помощью синего лазера. Для
обычного CD-ROM применялся луч лазера с длиной волны 780 нанометров (нм) и,
соответственно, емкость носителя информации составляла порядка 700 Мб.
Для технологии DVD стали применять лазер с более короткой длиной волны
650 или 635 нм, и это позволило увеличить емкость. В стандартном виде было
достигнуто рекордное на то время значение в 4,38 Гб. Но это не стало
пределом, так как практически сразу разработчики предложили новые
технологии по удвоению плотности записи информации - появились двухслойные
и двухсторонние диски.
Двухслойность достигается за счет внедрения полупрозрачного слоя,
который прозрачен для света с одной длиной волны и отражает свет другой
длины волны. При этом геометрические размеры DVD-дисков остались такими же
как и у CD, что позволило выпускать гибридные устройства, способные
воспроизводить как обычные компакт-диски, так и DVD. Рекордная емкость DVD-
дисков стала равна 15,9 Гб (по 7,95 Гб на каждую сторону двухслойного
диска).
В технологии Blu-Ray используется синий лазер с длиной волны 405 нм.
Такое уменьшение позволило сузить дорожку в два раза больше, чем у обычного
DVD-диска до 0,32 микрон, и увеличить плотность записи данных. Уменьшение
толщины защитного слоя в шесть раз (0,1 мм вместо 0,6 мм) предоставило
возможность проведения более качественного и корректного течения операций
чтениязаписи.
Помимо этого у BLU-Ray приводов увеличено значение числовой апертуры
линзы (NA - Numeric Aperture) с 0,6 до 0,85. Новый формат обеспечивает
рекордную скорость передачи данных 36 Mbps, при общей емкости диска
23.3GB25GB27GB. В данном случае мы говорим о дисках, имеющих
геометрические размеры обычного CD (120 мм в диаметре). Но это далеко не
все, на что рассчитывают разработчики Blu-Ray. Например, Philips выпустила
30-мм диски и привод к ним.
Емкость таких носителей информации составляет 1 Гб. Эта разработка
предназначается для пользователей портативных устройств и мобильных
телефонов. Но если мы сейчас говорим о Blu-Ray-диске (BD), то подразумеваем
принятый стандарт - размеры как у CD (120 мм в диаметре), емкость - 27 Гб.
Рис 5 Отличее обычного DVD от технологии Blu-Ray
На этом рисунке показана основная разница между конструкциями
однослойных DVD и BD-дисков - меньшая ширина дорожек на BD позволяет
увеличить объем носителя в пять раз.
Рис. 6 Показывает как отличается линза DVD приводов и приводов Blu-Ray
За счет чего достигается большая плотность записи? Увеличение числовой
апертуры линзы с 0,6 до 0,85 позволяет увеличить плотность записи в два
раза, а более короткая длина волны - в 2,6 раза. Умножая два коэффициента
друг на друга мы получаем искомый результат - увеличение емкости по
сравнению с DVD в пять раз.
Рис.7 Отличие защитных слоев двух технологий
Здесь мы можем увидеть преимущества более тонкого защитного слоя в
случае, когда чтение производится с наклоненной поверхности диска. Из
иллюстрации становится понятно, что технология чтения данных Blu-Ray
предлагает более толерантный помехоустойчивый вариант.
Blu-Ray диски предназначены большей частью для записи цифрового видео.
Так, например, их хватит для того, чтобы записать до 2 часов в формате HDTV
(телевидения высокой четкости) со скоростью передачи данных более 24 Mbps
или более 12 часов видео с 4 Mbps (SDTVVHS). Ожидается, что с массовым
приходом цифрового телевидения стандарт HDTV станет необходимым апгрейдом
для тех, кто стремится к качеству. Устройства Blu-Ray позволяют производить
качественную (самую качественную на сегодня) запись телепрограмм, фильмов,
сигнала с цифровых камер и т.п.
Рис.8 Вид DVD диска технологии Blu-Ray
В марте этого года был стандартизирован вариант Blu-Ray-дисков с
емкостью 27 Гб (иногда он называется BD-27). На сегодня уже имеются
двухслойные диски с удвоенным значением - 46,65054 Гб соответственно.
Сейчас выпуском именно дисков занимаются такие производители как Sony, JVC,
TDK, Samsung. В скором будущем их станет намного больше
2 Основы устройства DVD-дисков
Как и CD-ROM, диски DVD хранят данные, за счет расположенных насечек
вдоль спиральных треков на отражающей металлической поверхности, покрытой
пластиком. Используемый в устройствах чтения DVD дисков лазер, скользит
вдоль треков по насечкам, а отраженный луч интерпретируется приемным
устройством в виде единиц или нулей.
Основное требование, при разработке DVD, было простым: увеличить
емкость хранимых данных, за счет расположения как можно большего числа
насечек вдоль треков на диске, при этом технология изготовления должна быть
дешевой.
Результатом исследований стала разработка более высокочастотного
полупроводникового лазера с меньшей длиной волны, вследствие чего стало
возможным использовать насечки более маленького размера.
Рис.9 – Плотность записи CD и DVD-дисков
В то время как лазер в обычном устройстве CD-ROM имеет длину волны 780-
нанометров (нм), устройства DVD используют лазер с длиной волны 650-нм или
635-нм, что позволяет покрывать лучом в два раза больше насечек на одном
треке, и в два раза больше треков, расположенных на одной записанной
поверхности.
Числовое выражение технологии производства CD и DVD дисков, смотри
Таблицу 2.
Другие нововведения - это новый формат секторов, более надежный код
коррекции ошибок, и улучшенная модуляция каналов.
Вместе, эти улучшения дополнительно увеличивают плотность записи
данных в полтора раза. Жесткие производственные требования и незначительно
большая поверхность записи, стали последним препятствием, при разработке
DVD, из-за чего емкость данных, размещаемых на диске – ограничена 4.7Gb (в
смысле 2^30 байт или 4.7 миллиарда байт). Но оказалось, что это не предел
(смотри главу 3).
Основой записи и хранения данных на дисках DVD–RAM и DVD-RW является
технология изменения фазового состояния вещества. При записи и считывании
информации используется различие отражательной способности поверхности в
зависимости от того, находится ли она в кристаллическом или аморфном
состоянии.
При считывании информации с диска измеряется различие между темными
аморфными и яркими прозрачными зонами. Эту технологию вполне можно назвать
оптической - для чтения и записи достаточен всего лишь лазер. Послойная
структура одной половины диска показана на Рис.10
Рис.10 - Послойная структура одной половины DVD-диска
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 AudioVideo 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.
При использовании MicroUDF на одном DVD-диске можно одновременно
хранить видеофильмы, аудиозаписи, оцифрованные фотографии и компьютерные
файлы. Этим обеспечивается межплатформенная совместимость, т.е DVD-диск
становится единым носителем для Macintosh, DOSWindows, OS2, UNIX.
Первые форматы DVD
Технология DVD первоначально опиралась на 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.
Эти форматы описывали диски, предназначенные только для чтения.
Информация на такие диски помещается один раз - в процессе их производства.
С развитием технологии DVD появились спецификации дисков, обеспечивающие
пользователям дисков запись и перезапись информации. Однако основные
участники форума не смогли договориться о единой спецификации на такие
диски из-за стремления сохранить самостоятельный контроль над своими
авторскими техническими разработками. В результате появилось несколько
конкурирующих спецификаций (форматы DVD-RAM, DVD-RW, DVD+RW).
Развиваемые форматы DVD
Только для чтения
• DVD-ROM
• DVD-Video
• DVD-Audio
Для многократной перезаписи
• DVD-RAM
• DVD+RW (не поддержан DVD форумом)
• DVD-RW
Для одноразовой записи
• DVD-R (G)
• DVD-R (A)
Для видеозаписи
• DVD-VR
3 Структурные типы DVD
Большинство дисков DVD имеют емкость 4.7GB. Применение схем удвоения
плотности и их комбинирования, позволяет иметь диски большей емкости: от
8.5Gb и 9.4Gb до 17Gb.
Существуют следующие структурные типы DVD.
Single SideSingle Layer (одностороннийоднослойный)
Это самая простая структура DVD диска. На таком диске можно разместить
до 4.7 Гб данных. Кстати, эта емкость в 7 раз больше емкости обычного
звукового CD и CD-ROM диска.
Рис.11 – Структура DVD-5 диска
Single SideDual Layer (одностороннийдвухслойный)
Этот тип дисков имеет два слоя данных, один из которых полупрозрачный.
Оба слоя считываются с одной стороны и на таком диске можно разместить 8.5
Гб данных, т.е. на 3.5 Гб больше, чем на однослойномодностороннем диске.
Рис.12 – Структура DVD-9 диска
Double SideSingle Layer (двустороннийоднослойный)
На таком диске помещается 9.4 Гб данных (по 4.7 Гб на каждой стороне).
Нетрудно заметить, что емкость такого диска вдвое больше
одностороннегооднослойного DVD диска. Между тем, из-за того, что данные
располагаются с двух сторон, придется переворачивать диск или использовать
устройство, которое может прочитать данные с обеих сторон диска
самостоятельно.
Рис.13 – Структура DVD-10 диска
Double SideDouble Layer (двустороннийдвухслойный)
Структура этого диска обеспечивает возможность разместить на нем до 17
Гб данных (по 8.5 Гб на каждой стороне).
Рис.14 – Структура DVD-18 диска
Заметим, что все приведенные цифры соответствуют емкости, указанной в
миллионах байтов; если округлять по другой методике, принимая за основу,
что 1Кб=1024 байта, а не 1000 байт, то получатся другие числа: 4.38GB,
7.95GB, 8.75GB, и 15.9GB соответственно.
Нетрудно заметить, что простейшим способом удвоения емкости является
использование двухсторонних дисков. Производители могут изготавливать диски
DVD толщиной 0.6мм, что в половину меньше толщины стандартного диска CD.
Это дает возможность соединить два диска обратными сторонами и получить
емкость в 9.4Gb.
По другой технологии, создается второй слой для размещения данных, это
позволяет увеличить емкость одной стороны диска. Первый слой делается
полупрозрачным, таким образом лазерный луч может проходить через него и
отражаться уже от второго слоя. По этой схеме на каждой стороне диска можно
разместить по 8.5GB данных.
Если сложить двухслойные диски обратными сторонами вместе, получится
очень приличная емкость в 17GB.
4 Форматы DVD для многократной записи
Все известные спецификации перезаписываемых DVD дисков используют
технологию многократной записи, основанную на физическом принципе смены
фазового состояния (кристаллическоеаморфное) 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 мс. Работа с данными в формате DVD-
RAM требует от рабочего слоя более высокой скорости записи - от 3
до 6 мс. При работе с видеоинформацией, подвергнутой компрессии,
скорость записи должна превышать 6 мс;
• 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 мс. При более высоких скоростях записи
количество циклов перезаписи возрастает.
... продолжение
Похожие работы
Дисциплины
- Информатика
- Банковское дело
- Оценка бизнеса
- Бухгалтерское дело
- Валеология
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Религия
- Общая история
- Журналистика
- Таможенное дело
- История Казахстана
- Финансы
- Законодательство и Право, Криминалистика
- Маркетинг
- Культурология
- Медицина
- Менеджмент
- Нефть, Газ
- Искуство, музыка
- Педагогика
- Психология
- Страхование
- Налоги
- Политология
- Сертификация, стандартизация
- Социология, Демография
- Статистика
- Туризм
- Физика
- Философия
- Химия
- Делопроизводсто
- Экология, Охрана природы, Природопользование
- Экономика
- Литература
- Биология
- Мясо, молочно, вино-водочные продукты
- Земельный кадастр, Недвижимость
- Математика, Геометрия
- Государственное управление
- Архивное дело
- Полиграфия
- Горное дело
- Языковедение, Филология
- Исторические личности
- Автоматизация, Техника
- Экономическая география
- Международные отношения
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности), Защита труда