Назначения
Накопители на компакт-дисках CD-ROM, CD-R и CD-RW относятся к оптическим накопителям информации, чтение которой и запись (только для накопителей CD-R и CD-RW) производятся лучом лазера.
Накопитель на CD-ROM предназначен для хранения и чтения информации. Аббревиатура CD-ROM (CompactDiskRead-OnlyMemory) означает “компакт диск только для чтения”. Информация на диске представляется в виде последовательности углублений и выступов, расположенных на спиральной дорожке, выходящей из области вблизи оси диска. Углубления и выступы наносятся промышленным способом путем штамповки заготовок дисков. Выступ означает значение двоичной цифры “1”, углубление - “0”. На CD-ROM размещается 780 Мбайт информации. Скорость считывания информации первых CD-ROM равнялась 150 Кб/с. Скорость считывания последующих моделей накопителей стала обозначаться и расчитываться как хN, где N – множитель, на который следует умножить первоначальную скорость, чтобы получить искомую. Таким образом запись на накопителе “х52” означает скорость чтения в 52 раза большую, чем скорость считывания первого CD-ROM.
Конструкция
Основой устройства является жесткий алюминиевый или стальной каркас. Как и в накопителях других типов, каркас является той деталью конструкции, к которой крепятся все остальные узлы, как механические, так и электронные. К ним относятся, в частности, лицевая панель, фальшпанель, регулятор громкости и кнопка извлечения диска, придающие устройству функционально законченный и привлекательный внешний вид. Приемные устройства для носителей могут быть разных типов, и рассчитаны либо на установку компакт-дисков в специальных контейнерах (caddy), либо представлять собой выдвижные лотки, поэтому лицевые панели и фальшпанели, а также и способы их крепления могут быть разными.
Несмотря на то, что в дисководах с возможностью записи (CD-R) и многократной перезаписи {СО-В\Л/5,устанавливаются другие лазерные излучатели й электронные узлы, их конструкция; в принципе, такая же, как и у обычных дисководов CD-ROM.
Основные элементы конструкции механизма привода.Выдвигающийся лоток предназначен для установки диска. После того как лоток задвигается внутрь привода, специальный фиксатор (на фотографии он белого цвета) приподнимает диск над лотком, а шпиндельный мотор, расположенный под зажимом, раскручивает диск до заданной скорости. Наиболее ответственной деталью дисководов CD-ROM является оптическая головка, в состав которой входит алюмоарсенидгаллиевый (GaAlAs) лазерный диодный излучатель (длина волны 780 нм, мощность излучения около 0,6 мВт), фотодатчик, оптическая система автоматической фокусировки луча и механизм точного слежения за дорожкой. Оптическая головка перемещается по двум направляющим; лазерный луч попадает на поверхность диска через прорезь в лотке. Узел, состоящий из оптической головки и направляющих, иногда называют салазками (sled).
В дисководах CD-ROM, CD-R и CD-RW используются лазерные излучатели с различными характеристиками (к ним относятся мощность и рабочая длина волны). Но внешне они практически не отличаются друг от друга
Салазки должны отслеживать положение витков спиральной информационной дорожки на поверхности диска. В отличие от дисководов гибких дисков, в которых магнитные головки записи/воспроизведения можно с достаточной точностью «наводить» на дорожки с помощью обычного шагового двигателя, в подавляющем большинстве дисководов компакт-дисков для этого используются линейные электродвигатели с подвижной катушкой, подобные тем, что используются для перемещения головок в накопителях на жестких дисках. Дело в том, что положения концентрических дорожек на дискетах строго фиксированы, что хорошо согласуется с принципом работы шагового двигателя: его роторможет занимать лишь несколько дискретных положений. Кроме того, сами дорожки достаточно широкие, что исключает необходимость точной подстройки положения головок. Радиус же спирали узкой информационной дорожки CD изменяется непрерывно, поэтому положение головки необходимо постоянно корректировать. Осуществляется это за счет изменения управляющего тока в подвижной катушке линейного двигателя. Тем не менее, в некоторых дисководах компакт-дисков все же используются шаговые электродвигатели с чрезвычайно малым шагом вращения ротора. Электронные узлы, обеспечивающие перемещение салазок в нужном направлении, смонтированы на основной печатной плате дисковода. За счет перемещения салазок осуществляется лишь грубое наведение оптической головки на дорожку. Точное слежение за ней и коррекция быстрых отклонений в ту или иную сторону (возникающих из-за неидеальности носителей) осуществляется оптическим устройством самой головки. Масса салазок слишком велика для того, чтобы они были в состоянии реагировать на такие отклонения.
Электронные узлы CD-ДИСКОВОДОВ
Электронная начинка дисковода обычно расположена в нижней части привода и закрыта алюминиевым экраном.Ее основные задачи - управление механикой дисковода, обработка звуковых данных для вывода сигнала на гнездо наушников и реализация интерфейса с компьютером. В настоящее время подавляющее большинство дисководов используют интерфейсы ATAPI IDE или SCSI.
Блок-схема типичного дисковода CD-ROM. Ее условно можно разделить на две части - подсистему контроллера и подсистему управления дисководом. Подсистема контроллера осуществляет взаимодействие с интерфейсом периферийных устройств системы, а именно - с контроллером накопителей. Большинство наиболее сложных электронных узлов дисковода имеет отношение к этой подсистеме.
Подсистема управления дисководом вырабатывает команды для его механической части (обеспечивающие прием и извлечение компакт-диска, регулировку частоты его вращения, перемещение салазок и т.п.), а также осуществляет декодирование данных (из
EFM в обычный двоичный формат) и коррекцию ошибок. Аналоговые сигналы с выхода фотодатчика преобразуются сначала в EFM-сигналы, а затем в поток двоичных данных и кодов CIRC (Cross-InterleavedReed-SolomonCode - перекрывающиеся коды Рида-Соломона). Все операции по фокусировке лазерного луча, слежению за дорожкой, управлению приводом салазок (с использованием обратной связи), шпиндельным двигателем и механизмом приема и извлечения диска осуществляются схемой управления дисководом и процессором сервопривода.
CD-ROM - самый простой вид cd-привода, предназначенный только для чтения cd-дисков.
CD-RW - такой же, как и предыдущий, но способен записывать только на CD-R/RW-диски.
Строение CD.
Строение DVD.
Правила эксплуатации компакт-дисков.
Привод CD/DVD.
В конце 1970-х годов компании Sony и Philips начали совместную разработку единого стандарта оптических носителей информации. Philips создала лазерный проигрыватель, а Sony разработала технологию записи на оптических носителях информации. По предложению корпорации Sony размер диска был равен 12 см, так как данный объем позволял записать целиком Девятую симфонию Бетховена. В 1982 году в документе, названном Red Book (Красная книга), был опубликован стандарт обработки, записи и хранения информации на лазерных дисках, а также физические параметры диска.
Примечание.
Существует легенда, что документ Red Book (Красная книга) назвали так из-за обложки, в которой его хранили. Все дальнейшие стандарты компакт-дисков получили названия книг разных цветов: Yellow Book (Желтая книга), Orange Book (Оранжевая книга), White Book (Белая книга), Blue Book (Синяя книга), Green Book (Зеленая книга).
В стандарте Red Book (Красная книга) были определены следующие параметры.
Физический размер диска.
Структура диска и организация данных.
Примечание.
Все данные на диске разделены на фреймы (frames). Каждый фрейм состоит из 192 бит для музыки, 388 бит для данных модуляции и коррекции ошибок и одного контрольного бита. 98 фреймов составляют один сектор (sector). Секторы объединяются в дорожку (track). На диске может быть записано максимум 99 дорожек.
Запись данных единым потоком от центра к периферии.
Чтение данных с постоянной линейной скоростью (Constant Linear Velocity, CLV).
Примечание.
Во время записи и считывания информации при перемещении луча лазера от центра к периферии скорость вращения диска уменьшается. Это необходимо для обеспечения возможности считывать и записывать один и тот же объем информации за одно и то же время. Поэтому без применения технологии CLV при воспроизведении, например музыкальных произведений, происходило бы изменение скорости исполнения.
Из-за относительно небольшого размера лазерных дисков по сравнению с виниловыми пластинками их стали называть компакт-дисками, или сокращенно CD (Compact Disk). Первые компакт-диски предназначались для записи и воспроизведения музыки (собственно говоря, они для этого и создавались) и позволяли хранить до 74 минут высококачественного стереозвука. Стандарт таких дисков был назван CD-DA (Compact Disk Digital Audio – компакт-диск цифрового аудио).
С развитием компьютерной индустрии появилась потребность в технологии, позволяющей хранить на компакт-дисках не только цифровой звук, но и различные данные. Компьютерные программы не могли поместиться на дискетах, а объемы пользовательских файлов становились все больше и больше.
В 1984 году был опубликован стандарт, названный Yellow Book (Желтая книга). Компании Sony и Philips реорганизовали структуру компакт-дисков и стали применять новые коды коррекции ошибок – EDC (Error Detection and Correction) и ECC (Error Correction Code). Основной единицей размещения данных стал сектор. Один сектор содержит: 12 байт для синхронизации, 4 байта для заголовков, 2048 байт для данных пользователя и 288 байт для коррекции ошибок.
Для считывания компьютерных данных была разработана технология CAV (Constant Angular Velocity – постоянная угловая скорость). Технология CAV позволяет считывать информацию с диска быстрее, чем технология CLV, так как при перемещении луча лазера от центра к периферии поток данных увеличивается. Современные приводы компакт-дисков поддерживают обе технологии.
Компьютерные лазерные диски были названы CD-ROM – Compact Disk ReadOnly Memory (дословно – «память только для чтения на компакт-дисках»). В конце 1990-х годов привод компакт-дисков стал стандартным компонентом любого компьютера и подавляющее большинство программ стали распространяться на компакт-дисках.
Потребительский рынок стремительно расширялся, объемы производства возрастали, и крупнейшие производители занялись разработкой технологии, позволяющей пользователю самостоятельно записывать любую информацию на компакт-диск. В 1988 году компанией Tajyo Yuden был выпущен первый в мире CD-R (Compact Disk Recordable – записываемый компакт-диск). Самой большой трудностью, с которой столкнулись разработчики записывающих приводов компакт-дисков, – это поиск материалов, имеющих высокую отражающую способность. Компания Tajyo Yuden с успехом справилась с поставленной задачей. Сплав золота и цианина, который они использовали для производства таких приводов, обладал отражающей способностью свыше 70 %. Этой же компанией был разработан метод нанесения активного органического слоя на поверхность диска, а также технология разделения диска на дорожки.
Компакт-диск (Compact Disk, CD) – это диск диаметром 120 мм (4,75 дюйма) или 80 мм (3,1 дюйма) и толщиной 1,2 мм. Глубина штриха равна 0,12 мкм, ширина – 0,6 мкм. Штрихи расположены по спирали, от центра к периферии. Длина штриха – 0,9–3,3 мкм, расстояние между дорожками – 1,6 мкм. Компакт-диски состоят из трех-шести слоев.
Для размещения пяти– и трехдюймовых дисков в лотке привода компакт-диска имеются специальные углубления – соответственно 5 и 3 дюйма.
Примечание.
В устной речи, а также в печати чаще всего употребляются округленные значения диаметра диска: вместо 4,75 дюйма – 5, вместо 3,1 дюйма – 3.
Стандартный пятидюймовый диск может содержать 650–700 Мбайт информации, 74–80 минут высококачественного стереозвука с частотой дискретизации 44,1 кГц и глубиной оцифровки 16 бит или огромное количество звука в формате MP3.
На трехдюймовые диски помещается около 180 Мбайт информации.
Иногда встречаются диски, называемые «визитной карточкой» (business card) (рис. 1.1). По внешнему виду и размеру они напоминают визитную карточку, а фактически являются трехдюймовыми дисками, обрезанными с двух сторон. На такой компакт-диск записывается от 10 до 80 Мбайт, в зависимости от степени обрезания краев диска.
Рис. 1.1. Компакт-диск «визитная карточка».
Основой диска, предназначенного для записи информации промышленным способом, служит прозрачный поликарбонат, на который наносят тонкий слой из сплава алюминия, затем покрывают его защитным слоем лака и наносят полиграфическое изображение (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Структура CD.
Диски DVD, DVD-R, DVD-RW, CD, CD-R, и CD-RW производятся различными фирмами: AMD, Amedia, Digitex, HP, Imation, MBI, Memorex, Philips, Smartbuy, Sony, TDK, Verbatim.
При покупке компакт-дисков следует обращать внимание на следующие тонкости.
Наличие потеков лака на гранях диска может вызвать дополнительную вибрацию и, как следствие, ошибки при считывании и записи данных.
При отсутствии добавочных слоев краски диск просвечивается, не стоит надеяться на продолжительный срок службы такого изделия.
Если диск просвечивается, обратите внимание, как нанесен отражающий слой. При просмотре на свет на компакт-диске не должно быть разводов, отражающий слой должен быть одинаковым на всей поверхности.
Поликарбонатная основа должна быть однородной, без пузырьков воздуха.
Большинство продающихся в магазинах компакт-дисков с играми, фильмами или программами изготовлены методом штамповки.
Запись DVD и CD промышленным способом происходит в восемь этапов.
1. Подготавливают данные, которые необходимо записать на компакт-диск.
2. На поверхность обработанного с высокой точностью специального полированного стекла в виде диска наносят светочувствительный фоторезистивный слой определенной толщины. С помощью лазерного луча, управляемого компьютером, засвечивают определенные участки фоточувствительного слоя.
3. После проявки в специальных растворах на стекле остаются небольшие впадины, называемые pits (питы), и выпуклые места – lands. Полученная таким способом матрица, или стампер, называется Glass Master (стеклянная основа).
4. С помощью специальных реактивов или вакуумного напыления на Glass Master наносят тонкий слой никеля или серебра. Таким образом мы получаем Metal Master (мастер-диск).
5. Создают негатив мастер-диска. На месте выступов образуются впадины, и наоборот, на месте впадин образуются выступы.
6. Из высокопрочного материала создают штамп, в центре которого просверливают отверстие.
7. Штамп помещают в пресс-машину и изготавливают копии.
8. На копии наносят алюминиевую пленку, предназначенную для отражения лазерного луча. Толщина пленки составляет сотые доли микрометров. Диск покрывают лаком и наносят на него полиграфическое изображение.
CD-R (CD Recordable – записываемый компакт-диск) – имеет более сложную структуру. На его поверхность добавляется еще один слой, на который и производится запись. Активный, или регистрирующий, слой расположен между основой и отражающим слоем (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Структура CD-R.
Чистый CD-R, или «болванка», имеет спиральную дорожку (Pre-groove), которая содержит специальные метки и сигналы синхронизации. Во время записи предварительная разметка помогает движению лазера по нужной траектории. Кроме того, программы для записи компакт-дисков сами «читают» некоторые параметры используемого CD-R, что упрощает настройку пользователем этих программ. Сигналы синхронизации записываются с пониженной амплитудой и впоследствии перекрываются записываемым сигналом.
Во время записи луч лазера движется по спиральной дорожке и в момент своей активности расплавляет дополнительный слой. Под воздействием лазера этот слой меняет свою структуру. Таким образом получаются ячейки (питы), соответствующие данным, записывающимся на компакт-диск. После этого этапа изменение структуры активного слоя диска невозможно, и данные, записанные на диск, удалению не подлежат.
Примечание.
Питы – это сквозные отверстия в дополнительном слое.
Активный слой изготавливают из органических соединений: цианина (Cyanine) и его производной – фталоцианина (Phtalocyanine). Считается, что фталоцианин более надежен и долговечен, так как менее чувствителен к солнечному свету. Но еще менее чувствительны к солнечному свету диски с активным слоем MetalAZO, разработанные компанией Mitsubishi Chemical.
Требования к светоотражающему слою CD-R, по сравнению со штампованными дисками, достаточно высоки из-за наличия регистрирующего слоя. Поэтому для изготовления отражающего слоя используются более дорогие материалы – промышленное золото и серебро, – а также сложные сплавы.
Рабочая поверхность CD-R в зависимости от комбинации веществ, используемых в регистрирующем и отражающем слоях, может быть различного цвета. Раньше многие диски имели золотистую рабочую поверхность из-за применения золота.
В настоящее время для изготовления светоотражающего слоя используют серебро, так как этот материал дешевле и обладает более высоким коэффициентом отражения. Чаще всего рабочая поверхность бывает прозрачной, темно-синего или светло-зеленого цвета. Срок службы таких дисков, в зависимости от материала изготовления, составляет от 10 до 100 лет.
CD-RW (Compact Disk Re-Writable – перезаписываемый компакт-диск) (рис. 1.4) – имеет, кроме описанных выше, еще два термозащитных слоя. Наличие дополнительных слоев позволяет записывать на такой диск более 1000 раз.
Рис. 1.4. Структура CD-RW.
Во время «прожига» (записи диска) луч лазера нагревает участки промежуточного слоя. При последующем охлаждении эти участки переходят из кристаллической формы в аморфную. Если информацию с CD-RW необходимо стереть, луч лазера нагревает промежуточный слой менее интенсивно, и аморфные участки кристаллизуются.
В декабре 1995 года 10 компаний, объединившихся в союз DVD Consortium, официально объявили о создании единого унифицированного стандарта – DVD. Аббревиатура DVD сначала расшифровывалась как Digital Video Disc (Цифровой видеодиск), но впоследствии ее значение было изменено на Digital Versatile Disc (Цифровой двухсторонний диск). Диск был полностью совместим со стандартами Red Book (Красная книга) и Yellow Book (Желтая книга).
DVD внешне идентичен CD, но позволяет записывать информацию, большую по объему в 24 раза, то есть до 17 Гбайт. Это стало возможным благодаря изменению физических характеристик диска и применению новых технологий. Расстояние между дорожками уменьшилось до 0,74 мкм, а геометрические размеры пит – до 0,4 мкм для однослойного диска и 0,44 мкм для двухслойного диска. Увеличилась область данных, уменьшились физические размеры секторов. Нашел применение более эффективный код исправления ошибок – RSPC (Reed Solomon Product Code), стала возможной более эффективная битовая модуляция.
Технология DVD предоставляет огромное количество форматов и четыре типа конструктивного исполнения двух размеров. Диск такого стандарта может быть как односторонним, так и двухсторонним. На каждой стороне может быть один или два рабочих слоя. Рассмотрим основные характеристики DVD различных типов.
Размер диска – 80 мм (3,1 дюйма).
– DVD-1 (Single-sided, single-layer) – односторонний и однослойный диск. Может содержать до 1,36 Гбайт информации (рис. 1.5).
– DVD-2 (Single-sided, double-layer) – односторонний двухслойный диск. Содержит до 2,48 Гбайт информации (рис. 1.6).
– DVD-3 (Double-sided, double-layer) – двухслойный диск с одним информационным слоем на каждой стороне. Емкость – до 2,74 Гбайт информации (рис. 1.7).
– DVD-4 (Double-sided, double-layer) – диск с двумя информационными слоями на каждой стороне. Емкость такого диска – до 4,95 Гбайт (рис. 1.8).
Размер диска – 120 мм (4,75 дюйма).
– DVD-5 (Single-sided, single-layer) – односторонний однослойный диск. Содержит до 4,7 Гбайт информации.
Рис. 1.5. Структура DVD-1 и DVD-5.
– DVD-9 (Single-sided, double-layer) – односторонний и двухслойный диск. Емкость – до 8,5 Гбайт.
– DVD-10 (Double-sided, double-layer) – двухслойный диск с одним информационным слоем на каждой стороне. Содержит до 9,4 Гбайт информации.
– DVD-18 (Double-sided, double-layer) – двухслойный диск с двумя информационными слоями на каждой стороне. Способен вместить до 17 Гбайт информации.
Рис. 1.6. Структура DVD-2 и DVD-9.
Рис. 1.7. Структура DVD-3 и DVD-10.
Рис. 1.8. Структура DVD-4 и DVD-18.
Примечание.
Число в наименовании диска– DVD-1, DVD-4, DVD-10 и т. д. – это округленное значение емкости.
Запись однослойных DVD аналогична записи CD, а вот запись двухслойных дисков существенно отличается от описанного ранее процесса.
Двухслойные диски типов DVD-2 и DVD-9 имеют два рабочих слоя для записи информации. Эти слои разделяются с помощью специального полупрозрачного материала. Для выполнения своей функции такой материал должен обладать взаимоисключающими свойствами: хорошо отражать лазерный луч в процессе считывания наружного слоя и одновременно быть максимально прозрачным при считывании внутреннего слоя. По заказу корпораций Philips и Sony компания 3M создала материал, удовлетворяющий таким требованиям: обладающий коэффициентом отражения 40 % и необходимой прозрачностью.
Во время считывания информации с такого диска лазерный луч сначала проходит сквозь полупрозрачный слой, фокусируясь на треках внутреннего слоя. Считав всю информацию внутреннего слоя, лазерный луч автоматически меняет свою фокусировку и считывает информацию с полупрозрачного слоя. Наличие в приводе DVD буфера и возможность быстрой смены фокусировки позволяет непрерывно подавать данные на материнскую плату.
При изготовлении двухслойного диска сначала штампуется первый слой, основанный на поликарбонатах. Затем наносится полупрозрачный материал, который в свою очередь покрывается пленкой фотополимерного материала. С помощью ультрафиолетового излучения фотополимеру придается жесткость, и DVD заливается поликарбонатом, который служит диску защитным слоем.
DVD имеют толщину 0,6 мм. Для физической совместимости с CD на DVD дополнительно приклеивалась поликарбонатная подложка толщиной 0,6 мм. С целью не только увеличить толщину DVD до 1,2 мм, но и одновременно улучшить его функциональность, увеличив емкость носителя в два раза, компанией Toshiba был создан двухсторонний диск (типы DVD-3 и DVD-10). Чтобы получить диск типа DVD-3, достаточно склеить между собой со стороны этикеток два DVD-1; для получения же DVD-10 соединяются два DVD-5. Таким образом, склеивая между собой два диска толщиной 0,6 мм, мы получаем один диск, по толщине равный CD и обладающий возможностью записать вдвое больше информации.
Для получения дисков типа DVD-4 следует склеить два DVD-2, для DVD-18 – соответственно два DVD-9.
Принцип записи информации на DVD-R (Digital Versatile Disk Read-only – однократно записываемый DVD) и считывания с него аналогичен записи и считыванию CD-R. Во время записи DVD в специальных рекордерах лазерный луч повышенной мощности «прожигает» в активном слое отверстия (питы). При считывании информации лазерный луч обычной мощности, свободно проходя сквозь образовавшееся отверстие, отражается от металлизированного слоя и попадает на фотодатчик, а потом на микропроцессор.
Для записи и считывания информации с DVD-RW (Digital Versatile Disk ReWritable – перезаписываемый DVD) применяется технология Phase Change Technology (метод изменения фазы). Лазерный луч во время записи движется по спиральной дорожке. В период повышенной активности луча регистрирующий слой меняет свою структуру, переходя из кристаллического состояния в аморфное. При считывании информации детектор распознает, от какой поверхности отразился лазерный луч – кристаллической или аморфной, – и преобразует данные в цифровой поток. Под воздействием лазерного луча определенной мощности активный (регистрирующий) слой возвращается в исходное состояние, и диск может быть перезаписан множество раз.
Материал, способный неоднократно менять свою структуру, был разработан компанией TDK и получил название AVIST (Advanced Versatile Information Storage Technology – современная универсальная технология запоминания информации).
Примечание.
Материал AVIST в кристаллическом состоянии обладает 25–35 %-ной отражающей способностью, а при переходе в аморфное состояние темнеет и не отражает лазерный луч.
Для DVD-ROM, VideoDVD, AudioDVD и т. д. применяется файловая система UDF (Universal Disk Format – универсальный дисковый формат), разработанная ассоциацией OSTA (Optical Storage Technology Association – ассоциация по поддержке технологии хранения данных на оптических носителях). Данная файловая система является развитием файловой системы CD-ROM (CDFS или ISO 9660).
Изначально технология DVD разрабатывалась для записи и воспроизведения фильмов. VideoDVD должны обеспечивать следующие возможности:
Воспроизведение фильмов длительностью не менее 133 минут;
Различные варианты отображения широкоэкранного видео;
До 32 вариантов субтитров на различных языках;
Объемный звук;
Защиту от копирования и региональное кодирование;
Интерактивность просмотра.
Навигационные данные;
Объекты воспроизведения.
Объекты воспроизведения делятся на видео, аудио и графику.
Для воспроизведения цифрового видео требуется цифровой поток скоростью 167 Мбит/с. Следовательно, на диске объемом 4,7 Гбайт могут вместиться четыре минуты оцифрованного видео. Чтобы сохранить не менее 133 минут качественного изображения, применяется сжатие данных. Видео кодируется в специальном формате MPEG-2, разработанном группой MPEG (Moving Picture Experts Group – экспертная группа по движущимся изображениям).
Во время просмотра фильмов вы, наверное, обращали внимание на то, что задний план, на фоне которого двигаются герои, как правило, остается неизменным. Дело в том, что примерно 95 % повторяющихся изображений заднего плана могут быть исключены при оцифровке без заметной потери в качестве, при этом значительно снижается объем цифрового потока.
Звук кодируют и сжимают с помощью различных технологий: Dolby Digital, MPEG-1 и MPEG-2. В AudioDVD используется технология LPCM (Linear Pulse Code Modulation – линейная импульсно-кодовая модуляция), в которой не применяется компрессия. Формат LPCM позволяет наиболее качественно и точно передать звуковые волны (частота дискретизации – 48 или 96 кГц, глубина оцифровки – 16, 20 или 24 бит), используя от одного до восьми звуковых каналов, и получить динамический диапазон записи до 120 дБ. При этом цифровой поток данных может составлять 6,144 Мбит/с.
Компрессия звукового сигнала с применением технологии Dolby Digital – AC-3 (Audio Cannels) – обеспечивает звук по схеме 5.1 (5 основных звуковых каналов и один низкочастотный) с диапазоном 20–20 000 Гц. Для компрессии звука используется разработанный компанией Dolby специальный алгоритм, получивший название Multichannel Perceptual Coding (многоканальное перцепционное кодирование). Человеческий слух, в зависимости от пола и возраста, с разной чувствительностью воспринимает звуки в различных частотных диапазонах. Кроме того, существуют определенные частоты и тембры, плохо различаемые всеми людьми. При применении технологии Dolby Digital некоторые частотные диапазоны, с трудом воспринимаемые человеческим ухом, подавляются, что приводит к определенным потерям данных. Однако в результате значительно уменьшается цифровой поток, например для шести каналов достаточно всего 348 Кбит/с.
Компрессия звукового сигнала с применением технологий MPEG-1 и MPEG-2 также связана с потерей данных. Формат MPEG-1 предназначен только для моно– или стереозвучания. Формат MPEG-2 может быть многоканальным и способен обеспечивать объемный звук по схеме 5.1 или 7.1.
Компрессия звукового сигнала с применением технологии DTS (Digital Theatre System – цифровой театр с окружающим звуком), разработанной в США, является альтернативой Dolby Digital. Качество звука при этом несколько выше, восприятие звуковых эффектов пространственно более реалистично, но поток данных в этом случае может достигать 1536 Кбит/с.
Для контроля за распространением дисков и защиты авторских прав производители DVD разделили мир на шесть географических зон и разработали специальные пиктограммы и коды для каждой зоны. Использование такого регионального кодирования как самих дисков, так и проигрывателей для них сделало невозможным воспроизведение дисков одной зоны на DVD-приводах другой зоны.
Зона 1 – США и Канада.
Зона 2 – Западная Европа, Япония, ЮАР, Ближний Восток.
Зона 3 – Юго-Восточная и Восточная Азия, включая Тайвань и Гонконг.
Зона 4 – Латинская Америка, Южная Америка, Карибские острова, Австралия и Новая Зеландия.
Зона 5 – страны бывшего Советского Союза, Африка (кроме ЮАР), Индия, Пакистан, Монголия и Северная Корея.
Зона 6 – Китай.
В настоящее время производители проигрывателей DVD выпускают так называемые «мультизонные» устройства, поддерживающие большинство форматов.
Компакт-диск – это достаточно сложное устройство, требующее правильного обращения и ухода.
Не допускайте загрязнения рабочей поверхности. Держите диск за края, не трогайте рабочую поверхность руками. Для удаления случайно попавшей на диск пыли и ваших отпечатков пальцев применяйте мягкую, чистую и сухую тряпочку, изготовленную из натуральных тканей и не обладающую абразивными свойствами. Движения не должны быть сильными, протирать диск следует от его центра к краю. Не применяйте для чистки рабочей поверхности растворители: ацетон, бензин, керосин и т. д.
Не допускайте повреждения рабочей поверхности. Не роняйте, не царапайте и не изгибайте диск.
Храните компакт-диски в специальной пластмассовой упаковке при комнатной температуре и не допускайте попадания прямого солнечного света на их рабочую поверхность.
Не пишите на этикетке компакт-диска шариковыми и перьевыми ручками, а также твердыми карандашами, так как вы можете поцарапать тонкое защитное покрытие. Используйте для этой цели мягкие карандаши или фломастеры или делайте пометки на упаковке, в которой хранится диск.
Во избежание смещения центра тяжести и повышения вибрации при вращении компакт-диска в приводе не наклеивайте на диск дополнительных этикеток.
Приводы компакт-дисков могут быть внутренними или внешними. Они могут подключаться с помощью SCSI-устройства, и такой способ подключения является самым эффективным, надежным и качественным по следующим причинам:
Позволяет работать в фоновом режиме во время записи;
Привод не конфликтует с другими устройствами;
Используется меньше ресурсов компьютера;
Не требует оптимизации операционной системы.
Недостатки такого подключения следующие:
Стоимость;
Необходимость покупки дополнительного контроллера, к которому можно подключить от семи до пятнадцати различных устройств;
Более сложная установка.
Внешние приводы, подключаемые через шины FireWire или USB, работают намного медленнее внутренних приводов с интерфейсом IDE, но их можно подключать и отключать во время работы компьютера, не выключая сам компьютер и не перезагружая операционную систему.
Примечание.
Пропускная способность USB 2.0 – 480 Мбит/с. При установке привода компакт-дисков в операционных системах Windows XP и Windows 2000 не требуется наличия дополнительного программного обеспечения. USB 2.0 позволяет подключать до 127 устройств. Подключаемое устройство определяется автоматически. Программный драйвер, необходимый для каждого периферийного устройства, включается без вмешательства пользователя.
Кроме разъема SCSI, внутренние модели могут подключаться к разъемам IDE (ATAPI), расположенным на материнской плате, с помощью 80-штырькового шлейфа. Подавляющее большинство устройств записи компакт-дисков используют IDE-интерфейс, так как он присутствует во всех современных компьютерах. Большинство современных материнских плат позволяют подключать четыре IDE-устройства с помощью двух шлейфов. Приводы DVD или CD подключаются как один из жестких дисков, при этом BIOS самостоятельно распознает тип подключенного оборудования. Но если по каким-то причинам BIOS не определит один из приводов, то эту неисправность можно устранить, воспользовавшись утилитой BIOS Setup.
Для доступа к утилите BIOS CMOS Setup Utility во время загрузки компьютера необходимо нажать клавишу Delete. Сделать это следует после загрузки BIOS видео, перед загрузкой Windows. Если возникают проблемы с определением момента нажатия клавиши Delete, можно начать нажимать и отпускать ее сразу после включения компьютера. Если все сделано правильно, появится синий экран с надписями на английском языке. Выберите пункт Standard CMOS Features (Стандартные настройки) и нажмите клавишу Enter.
Примечание.
Чтобы выбрать нужный пункт меню, достаточно переместить красный прямоугольник на требуемое название и нажать клавишу Enter. Двигаться по пунктам меню влево, вверх, вниз и вправо можно с помощью клавиш управления курсором: , ^ и v. Для возврата или отмены действия применяется клавиша Esc. Если несколько раз нажать клавишу Esc (количество нажатий зависит от того, насколько глубоко вы успели зайти в BIOS), на экране появится диалоговое окно Quit Without Saving (Y/N) – эту короткую фразу можно перевести как «выйти из программы, не сохраняя произведенных в ней изменений». Данное окно предоставляет незаменимую для начинающего пользователя возможность покинуть программу, оставив в ней параметры, которые были установлены до входа в BIOS Setup.
В раскрывшемся меню нас интересуют четыре параметра:
IDE Primary Master ;
IDE Primary Slave ;
IDE Secondary Master ;
IDE Secondary Slave .
Примечание.
Названия, данные в квадратных скобках, будут соответствовать устройствам вашего компьютера.
К материнской плате можно подсоединить два шлейфа, к каждому из которых подключаются два устройства. Например, к первому разъему первого шлейфа (Primary Master) вы можете подключить один жесткий диск (в нашем случае это ), ко второму разъему первого шлейфа (Primary Slave) можно подключить еще один жесткий диск или не подключать ничего (в рассматриваемом случае к этому разъему как раз ничего не подключено, поэтому в квадратных скобках вы видите ).
К первому разъему второго шлейфа, который называется Secondary Master, можно подключить привод компакт-дисков (в рассматриваемом случае это ). Ко второму разъему второго шлейфа, который называется Secondary Slave, подключается еще один привод CD или DVD или не подключается ничего (в нашем случае данный разъем занят ).
Иногда в целях экономии средств к материнской плате подсоединяют один шлейф и к нему подключают жесткий диск и привод компакт-дисков, но в любом случае, если вы подключаете к одному шлейфу два устройства, одно устройство будет главным (Master), а второе зависимым (Slave).
Как правило, BIOS правильно определяет подключение устройств, и в настройках ничего самостоятельно менять не нужно. Если же система по каким-либо причинам не может определить новое устройство, необходимо самостоятельно указать, к какому разъему оно подключено. Это делается с помощью параметров Primary Master, Primary Slave, Secondary Master, Secondary Slave.
Наиболее распространенной ошибкой начинающих пользователей является неправильная установка перемычки на самом устройстве. Перемычка – это небольшая металлическая скоба, вставленная в разъемы, которые расположены на задней панели привода CD или DVD. Если к одному шлейфу подключены два устройства, положение перемычки должно строго разграничивать их уровни: одно устройство – Master (Главное), а другое – Slave (Зависимое).
Выберите параметр Advanced BIOS Features (Дополнительные настройки) и нажмите клавишу Enter. В раскрывшемся меню обратите внимание на четыре параметра, характеризующие последовательность проверки устройств. Такую последовательность BIOS не всегда устанавливает правильно.
First Boot Device (устройство, с которого будет загружаться операционная система в первую очередь) – . Доступен выбор:
FloppyHDD-1USB-ZIP;
LS120 HDD-2USB-CDROM;
HDD-0HDD-3USB-HDD;
SCSIZIP100LAN;
CDROMUSB-FDDDisabled.
Second Boot Device (устройство, с которого будет происходить загрузка операционной системы во вторую очередь) – . Для выбора доступны те же устройства, что и в параметре First Boot Device.
Third Boot Device (устройство, с которого будет загружаться операционная система в третью очередь) – . Для выбора доступны те же устройства, что и в параметре First Boot Device.
Во время проверки компьютера перед загрузкой операционной системы BIOS поочередно опрашивает привод компакт-дисков, жесткий диск, дисковод именно в той последовательности, в которой вы определите. Если на компьютере установлена операционная система Windows XP, то для параметра First Boot Device следует задать значение CDROM. Если компьютер по умолчанию начнет загружаться с жесткого диска, он «зависнет». В этом случае «вылечить» операционную систему с помощью компакт-диска будет достаточно тяжело. Инсталляция операционных систем Windows автоматизирована, и от пользователя требуется только установить параметры BIOS таким образом, чтобы привод компакт-дисков определялся раньше жесткого диска. Дальнейшие действия BIOS выполнит совершенно самостоятельно, пользователю необходимо лишь соглашаться со всеми предложениями. В квадратных скобках приведенного выше примера указаны устройства для Windows XP.
Если на вашем компьютере установлена система Windows 95 или 98, то параметру First Boot Device следует задать значение Floppy (дисковод), так как аварийную загрузку в данных операционных системах чаще всего производят с дискеты. Параметру Second Boot Device следует присвоить значение CDROM, иначе инсталляцию операционной системы придется проводить, используя командную строку, что не всегда приводит к желаемым результатам. В параметре Third Boot Device следует выбрать жесткий диск.
Настроив необходимые параметры, нажмите клавишу F10. В результате появится окно Save & Exit Setup (Y/N) – эту фразу можно перевести как «выйти из программы, сохранив произведенные настройки». Нажимаем клавишу Y (Да), а затем Enter. Компьютер продолжит загрузку.
На качество работы записывающего привода компакт-дисков существенно влияет тактовая частота процессора и объем оперативной памяти. Работать в системах Windows 2000 или ХР при оперативной памяти менее 128 Мбайт не рекомендуется, в таком случае во время записи будут возникать ошибки, что приведет к порче заготовок. Во избежание нежелательных последствий записывать диски на малопроизводительных компьютерах следует, предварительно отключив неиспользуемые приложения.
Схема работы устройства чтения – записи компакт-дисков достаточна проста.
1. Лазерный диод излучает маломощный пучок света длиной 730–780 нм, который, проходя через направляющую призму и разделитель луча, попадает на отражающее зеркало.
Примечание.
Во время записи мощность лазерного луча значительно возрастает, а при стирании данных уменьшается.
2. Подчиняясь командам микропроцессора, каретка с отражающим зеркалом перемещается к нужной дорожке.
3. Лазерный луч отражается от диска, попадает на зеркало, затем на разделитель луча и далее на направляющую призму.
4. Из призмы луч попадает в фотодатчик, фотодатчик посылает сигналы во встроенный в привод компакт-дисков микропроцессор, где данные обрабатываются и передаются по шлейфу на материнскую плату.
Приводы компакт-дисков выпускаются различными фирмами: Yamaha, Plextor, Hitachi, HP, Sony, Ricoh, Philips, Panasonic, ТЕАС, AOpen, Mitsumi и др. Стоимость CD– и DVD-приводов зависит от качества модели, уровня фирмы-производителя, функций и технических характеристик. Для примера рассмотрим технические характеристики некоторых приводов CD, DVD, а также комбоприводов и их значения.
CD-ROM Samsung SC/H152 (OEM).
– Скоростная формула – 52х.
– Размер буфера – 128 Кбайт.
– Время доступа к данным – 80 миллисекунд.
– Поддерживает форматы: CD-ROM, Audio CD, Video CD, CD-i/FMW, CD-R, CD-RW, CD-Extra, Photo CD, Karaoke CD.
– Интерфейс – IDE (ATAPI).
CD-ROM SONY CDU 415.
– Интерфейс – SCSI.
– Механизм загрузки компакт-дисков – tray (лоток).
– Поддерживает форматы: CD-DA, CD Extra, CD-ROM (Mode1), CD-ROM XA (Mode 2 Form 1 & 2), CD-I (Mode 2 Form 1 & 2), CD-I Ready, CD Bridge, Photo CD (single и multisession), Video CD.
– Размер буфера – 0,25 Мбайт.
– Время наработки на отказ – 100 тыс. часов.
– Размеры – 14,6 х 4,1 х 20,3 см.
Benq CB523B комбопривод.
– Интерфейс – E-IDE (ATAPI).
– Механизм загрузки компакт-дисков – tray (лоток).
– Скорость чтения CD/CD-R – до 7800 Кбайт/с (52x max CAV).
– Скорость чтения DVD – до 2100 Кбайт/с (16x max CAV).
– Поддерживает форматы: CD-I, CD-ROM, Audio CD, Video CD, CD-R, CD-RW, Photo CD, Karaoke CD, Text CD, Enhanced CD, Bootable CD, Data CD, DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW, DVD+R DVD+RW.
– Форматы записи – TAO (Track at Once), DAO (Dick at Once), SAO (Session at Once), Multi-Session, Packet Writing, UDF.
– Время доступа к данным CD -120 миллисекунд, DVD – 140 миллисекунд.
– Размер буфера данных – 2048 Кбайт, используется технология предотвращения ошибки опустошения буфера Seamless Link.
– Поддерживаемые размеры дисков – 8 и 12 см в диаметре.
– Время наработки на отказ – 125 тыс. часов.
– Размеры – 146 х 42 х 198 см.
Writemaster TS-H552.
– Интерфейс – IDE (ATAPI).
– Механизм загрузки компакт-дисков – tray (лоток).
– Скорость чтения CD-RW – 32x max.
– Скорость чтения DVD -16x max.
– Скорость чтения DVD-R, DVD+R DVD-RW, CD-RW, DVD+R DL – 16x max.
– Скорость записи CD-R – 40x max.
– Скорость записи CD-RW – 32x max.
– Скорость записи DVD+RW – 4x max.
– Скорость записи DVD-RW – 4x max
– Скорость записи DVD+R – 16x max.
– Скорость записи DVD-R – 12x max.
– Скорость записи DVD+R DL – 2,4x max.
– Поддерживает форматы для CD – CD-ROM, CD-ROM XA, CD-DA, Video CD, Photo CD, Text CD, CD-R, CD-RW.
– Поддерживает форматы для DVD – DVD-ROM (Single/dual layer), Video DVD, DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW, DVD+R, DVD+R DL, DVD+RW.
– Время доступа к данным: CD – 110 миллисекунд, DVD – 130 миллисекунд.
– Поддерживаемые размеры дисков – 8 и 12 см в диаметре.
– Размеры – 148,2 х 42 х 184 мм.
– Интерфейс – IDE (ATAPI, UDMA/33).
– Механизм загрузки компакт-дисков – tray (лоток).
– Скорость чтения CD/CD-R – 48x max.
– Скорость чтения DVD – 16x max.
– Скорость записи CD-R – 24x max.
– Скорость записи CD-RW – 6x max.
– Скорость записи DVD+RW – 8x max.
– Скорость записи DVD+R/DVD-R – 16x max.
– Скорость записи DVD+R/-R DL – 4x max.
– Поддерживает форматы для CD – CD-DA, CD-ROM, CD-ROM/XA, Photo CD, Video CD, CD Extra, Text CD, Bridge CD.
– Поддерживает форматы для DVD – DVD single/dual layer, DVD-R/+R, DVD-RW/+RW, DVD+R9/-R9.
– Форматы записи – TAO with Zero gap, DAO (Dick at Once), SAO (Session at Once), Multi-Session, Fixed and Variable Packet.
– Время доступа к данным: CD – 120 миллисекунд, DVD – 140 миллисекунд.
– Размер буфера данных – 2 Мбайт.
– Поддерживаемые размеры дисков – 8 и 12 см в диаметре.
– Размеры – 148 х 42 х 190 мм.
ASUS CRW-5232AS-U. Внешний привод компакт-дисков.
– Интерфейс – USB 2.0 (USB 1.1).
– Механизм загрузки компакт-дисков – tray (лоток).
– Скорость чтения CD-ROM – до 7800 Кбайт/с (52x max CAV).
– Скорость записи CD-R – до 7800 Кбайт/с (52x max P-CAV).
– Скорость записи CD-RW – до 4800 Кбайт/с (32x max P-CAV).
– Скорость оцифровки звуковых дорожек – 52x max.
– Поддерживает форматы: Audio CD, CD-ROM, CD-ROM/XA, Photo CD, CD Extra, Video CD, Text CD, Karaoke CD, I-Trax.
– Размер буфера данных – 2 Мбайт.
– Поддерживаемые размеры дисков – 8 и 12 см в диаметре.
– Способ установки – вертикальный и горизонтальный.
– Размеры – 156 х 50 х 226 мм.
Рассмотрим параметры, влияющие на качество работы привода компакт-дисков.
Скоростная формула для CD. Изначально компакт-диски разрабатывались для записи и хранения музыки, и скорость считывания данных составляла 153 600 байт/с. С появлением приводов компакт-дисков, предназначенных для компьютерных данных, скорость увеличилась, но по-прежнему осталась кратной 153 600 байт/с. В дальнейшем скорость считывания информации с дисков увеличивалась, но при этом так и оставалась кратной этой начальной величине. Исходя из этого можно вычислить скорости, присущие современным приводам: если ваш привод имеет скорость считывания 52х, то, умножив 52 на 153 600 байт/с, мы получим 7987200 байт/с. Если скорость записи вашего привода 24х, то это соответственно 24 х 52 = 3 686 400 байт/с.
Примечание.
Часто для простоты расчетов за скорость первого привода компакт-диска принимают 150 Кбайт/с, а не 153 600 байт/с.
Аналогичным способом попробуем вычислить скорость считывания данных для приводов DVD. За первую скорость в этом случае следует взять девять скоростей CD. Следовательно, 153 600 х 9 = 1 382 400 байт/с, или, округленно, 1385 Кбайт/с. Соответственно скорость считывания данных для DVD 16x равна 16x1382 400 = 22 118 400 байт/с. С помощью этих несложных математических вычислений можно высчитать поток данных при любой скорости.
Механизм загрузки компакт-дисков может быть нескольких видов.
– Tray – лоток. Выдвижной механизм загрузки компакт-дисков.
– Caddy – помощник. Сначала вставляется диск в специальную коробку, а затем эта коробка вставляется в приемное устройство привода. Такой механизм загрузки компакт-дисков более надежен, но менее удобен.
– Slot-in – можно приблизительно перевести как «входная щель». Диск непосредственно вставляется в щель привода. Загрузка компакт-диска таким способом напоминает загрузку обычной дискеты.
Размер буфера.
Во время записи данные всех видов должны непрерывно поступать на записывающее устройство, в случае прерывания этого процесса заготовка будет испорчена. Для обеспечения безошибочной работы все современные приводы имеют специальный набор микросхем, куда заранее помещается информация, предназначенная для записи. Это и есть буфер. Существует три типа буферов.
– Статический буфер – сохраняет в памяти всю информацию, поступающую в привод компакт-диска.
– Динамический буфер – увеличивает скорость передачи фрагментированных данных и небольших по размеру файлов.
– Буфер с опережающим чтением – данные заранее заносятся в буфер и передаются на записывающее устройство по мере необходимости. Компьютер как бы предугадывает, какой файл будет необходим для записи.
Чем больше размер буфера, тем качественнее и надежнее привод компакт-дисков.
Время доступа к данным. Это задержка между получением команды на считывание данных и непосредственным считыванием данных. Этот параметр существенно влияет на запись сильно фрагментированных файлов, а также большого числа данных малого размера, находящихся на разных участках жесткого диска.
В паспорте привода указывается среднее время доступа к данным. На внутренних дорожках задержка будет больше, а на внешних – меньше указанной в характеристиках. Чем меньше время доступа к данным, тем быстрее работает привод компакт-дисков.
Приводы компакт-дисков могут поддерживать следующие форматы CD.
– Audio CD, или CD-DA. Red Book (Красная книга) – формат, разработанный для записи музыкальных компакт-дисков. После записи такой диск можно прослушивать на бытовом CD-проигрывателе.
– CD-ROM. Yellow Book (Желтая книга) – формат, разработанный для записи и хранения компьютерных данных. Такие компакт-диски производятся на специальном оборудовании методом штамповки.
– Video CD – формат для записи и хранения видеоданных.
– CD-R – привод компакт-дисков может воспроизводить и записывать одноразовые диски.
– CD-RW – привод воспроизводит и записывает диски для многоразового использования.
– CD Extra – привод компакт-дисков позволяет создавать диски, способные содержать как аудиоданные, так и компьютерные.
– Photo CD – формат, разработанный фирмой Kodak. Используется для записи коллекций фотографий.
Форматы DVD, с которыми могут работать приводы компакт-дисков, следующие.
– DVD-ROM – диск, записанный промышленным способом методом штамповки.
– DVD-R – DVD-Recordable – однократно записываемый диск, от фабричного DVD-ROM отличается наличием специального пигментного слоя между прозрачной подложкой и отражающей поверхностью. Отверстия (питы) в таком слое не штампуются, а выжигаются лазерным лучом повышенной мощности.
– DVD+R – аналогичен формату DVD-R. Форматы DVD+R и DVD-R схожи между собой, их технические характеристики одинаковы. Отличие этих форматов только в том, что в качестве красителей для них используются разные органические вещества. Наличие таких схожих форматов вызвано конкуренцией среди фирм-производителей.
– DVD-RW – перезаписываемые диски. Формат разработан фирмой Pioneer.
– DVD+RW – аналог формата DVD-RW. Разработан компаниями Sony и Philips.
Время наработки на отказ. Это промежуток, в течение которого ваш привод компакт-дисков должен бесперебойно работать согласно стандарту MTBF. По истечении данного времени детали привода выработают свой ресурс, и фирма-производитель не может дать гарантии, что изделие будет и дальше работать правильно и качественно. Чем больше времени сможет проработать привод компакт-дисков, тем лучше, он не может работать бесконечно.
Главными врагами качественной работы приводов являются вибрация и нагрев. После штамповки профиль диска обычно представляет собой кривую линию с двумя характерными изгибами, и только центральная часть соответствует норме. Этого недостатка не лишены даже очень дорогие диски. Чтобы продлить срок службы привода компакт-дисков, необходимо правильно его эксплуатировать.
– Старайтесь не создавать большое количество копий компакт-дисков подряд. Бытовые записывающие приводы сильно нагреваются во время записи, что может привести к преждевременному износу механизма. Рекомендуется делать максимум две-три копии подряд, затем приводу необходимо дать отдохнуть полчаса, после чего можно сделать еще две-три копии, и т. д. Во время перерыва лучше отключать компьютер от сети.
– Не используйте сильно деформированные или поцарапанные компакт-диски. Помните: стоимость привода компакт-дисков значительно больше стоимости диска.
– При сильном загрязнении привода компакт-дисков сам привод может царапать диски. Царапины в таком случае расположены по окружности.
Чтобы предотвратить сильное загрязнение приводов, необходимо использовать программу PMC Clean.
Купите в магазине компакт-диск для чистки привода. На рабочей стороне такого диска расположена небольшая щеточка. Нанесите на щеточку одну каплю специальной жидкости, входящей в комплект, вставьте компакт-диск в привод. Выполните команду Пуск > Мой компьютер. Двойным щелчком мышью на значке привода откройте содержимое чистящего диска. Найдите значок запуска программы PMC Clean и запустите ее двойным щелчком. Выберите язык, на котором будут отображаться команды. В появившемся окне нажмите кнопку START, после чего заиграет музыка и начнется чистка привода (рис. 1.9). По завершении чистки нажатием кнопки TEST следует запустить программу тестирования. Ознакомившись с результатами, можно выйти из программы чистки привода, нажав кнопку END.
Второй способ работы с PMC Clean состоит в инсталляции программы на жесткий диск и запуске ее с помощью ярлыка, который можно поместить на Рабочий стол. Как вы понимаете, чистящий диск все равно придется вставить в привод. После установки программы можно настроить ее автоматический запуск. При этом, например, через неделю после чистки привода на экране вашего компьютера после загрузки операционной системы появится окно с напоминанием о необходимости произвести профилактические работы.
Рис. 1.9. Чистка привода компакт-дисков.
Внимание!
Запускать программу для чистки привода компакт-дисков следует только по мере необходимости. Излишнее усердие в этом случае может только повредить.
Еще один способ продлить срок службы привода компакт-дисков заключается в установке программ, позволяющих создавать виртуальные приводы компакт-дисков и виртуальные компакт-диски.
Для решения широкого круга задач информатизации используются следующие оптические накопители информации:
CD - ROM ( Compact Disk Read - Only Memory ) - запоминающие устройства только для считывания с них информации;
CD - WORM ( Write Once Read Many ) - запоминающие устройства для считывания и однократной записи информации;
CD - R ( CD - Recordable ) - запоминающие устройства для считывания и многократной записи информации;
МО - магнитооптические накопители, на которые возможна многократная запись.
Принцип действия всех оптических накопителей информации основан на лазерной технологии. Луч лазера используется как для записи на носитель информации, так и для считывания ранее записанных данных, и является, по сути, дела своеобразным носителем информации.
1. Приводы CD - ROM
CD - ROM - компакт-диск (CD ), предназначенный для хранения в цифровом виде предварительно записанной на него информации и считывания ее с помощью специального устройства, называемого CD - ROM - driver , - дисковода для чтения компакт-дисков.
К числу задач, для решения которых предназначается устройство CD - ROM , можно отнести: установку и обновление программного обеспечения; поиск информации в базах данных; запуск и работу с игровыми и образовательными программами; просмотр видеофильмов; прослушивание музыкальных CD .
История создания CD - ROM начинается с 1980 г., когда фирмы Sony и Philips объединили свои усилия по созданию технологии записи и производства компакт-дисков с использованием лазеров. Начиная с 1994 г., дисководы CD - ROM становятся неотъемлемой частью стандартной конфигурации ПК. Носителем информации на CD -диске является рельефная подложка, на которую нанесен тонкий слой отражающего свет материала, как правило, алюминия. Запись информации на компакт-диск представляет собой процесс формирования рельефа на подложке путем «прожигания» миниатюрных штрихов-питов лазерным лучом. Считывание информации производится за счет регистрации луча лазера, отраженного от рельефа подложки. Отражающий участок поверхности диска дает сигнал «нуль», а сигнал от штриха - «единицу».
Хранение данных на CD -дисках, как и на магнитных дисках, организуется в двоичной форме.
По сравнению с винчестерами CD значительно надежнее в транспортировке. Объем данных, располагаемых на CD , достигает 700 - 800 Мбайт, причем при соблюдении правил эксплуатации CD практически не изнашивается.
Рис. 3.7 . Геометрические характеристики компакт-диска (а) и его поперечное сечение (б)
Процесс изготовления CD -дисков включает несколько этапов. На первом этапе создается информационный файл для последующей записи на носитель. На втором этапе с помощью лазерного луча производится запись информации на носитель, в качестве которого используется стеклопластиковый диск с покрытием из фоторезистивного материала. Информация записывается в виде последовательности расположенных по спирали углублений (штрихов), как показано на рис. 3.7. Глубина каждого штриха-пита ( pit ) равна 0,12 мкм, ширина (в направлении, перпендикулярном плоскости рисунка) - 0,8 - 3,0 мкм. Они расположены вдоль спиральной дорожки, расстояние между соседними витками которой составляет 1,6 мкм, что соответствует плотности 16000 витков/дюйм (625 витков/мм). Длина штрихов вдоль дорожки записи колеблется от 0,83 до 3,1 мкм.
На следующем этапе производятся проявление фоторезистивного слоя и металлизация диска. Изготовленный по такой технологии диск называется мастер-диском. Для тиражирования компакт-дисков с мастер-диска методом гальванопластики снимается несколько рабочих копий. Рабочие копии покрываются более прочным металлическим слоем (например, никелем), чем мастер-диск, и могут использоваться в качестве матриц для тиражирования CD -дисков до 10 тыс. шт. с каждой матрицы. Тиражирование осуществляется методом горячей штамповки, после которой информационную сторону основы диска, выполненную из поликарбоната, подвергают вакуумной металлизации слоем алюминия и диск покрывают слоем лака. Диски, выполненные методом горячей штамповки, в соответствии с паспортными данными обеспечивают до 10 000 циклов безошибочного считывания данных. Толщина CD -диска 1,2 мм, диаметр - 120 мм.
Привод CD - ROM содержит следующие основные функциональные узлы:
загрузочное устройство;
оптико-механический блок;
системы управления приводом и автоматического регулирования;
универсальный декодер и интерфейсный блок.
На рис. 3.8 дана конструкция оптико-механического блока привода CD - ROM , который работает следующим образом. Электромеханический привод приводит во вращение диск, помещенный в загрузочное устройство. Оптико-механический блок обеспечивает перемещение оптико-механической головки считывания по радиусу диска и считывание информации
.
.
Рис. 3.8. Конструкция оптико-механического блока привода CD - ROM
Полупроводниковый лазер генерирует маломощный инфракрасный луч (типовая длина волны 780 нм, мощность излучения 0,2 - 5,0 мВт), который попадает на разделительную призму, отражается от зеркала и фокусируется линзой на поверхности диска. Серводвигатель по командам, поступающим от встроенного микропроцессора, перемещает подвижную каретку с отражающим зеркалом к нужной дорожке на компакт-диске. Отраженный от диска луч фокусируется линзой, расположенной под диском, отражается от зеркала и попадает на разделительную призму, которая направляет луч на вторую фокусирующую линзу. Далее луч попадает на фотодатчик, преобразующий световую энергию в электрические импульсы. Сигналы с фотодатчика поступают на универсальный декодер.
Системы автоматического слежения за поверхностью диска и дорожки записи данных обеспечивают высокую точность считывания информации. Сигнал с фотодатчика в виде последовательности импульсов поступает в усилитель системы автоматического регулирования, где выделяются сигналы ошибок слежения. Эти сигналы поступают в системы автоматического регулирования: фокуса, радиальной подачи, мощности излучения лазера, линейной скорости вращения диска.
Универсальный декодер представляет собой процессор для обработки сигналов, считанных с CD . В его состав входят два декодера, оперативное запоминающее устройство и контроллер управления декодером. Применение двойного декодирования дает возможность восстановить потерянную информацию объемом до 500 байт. Оперативное запоминающее устройство выполняет функцию буферной памяти, а контроллер управляет режимами исправления ошибок.
Интерфейсный блок состоит из преобразователя цифровых данных в аналоговые сигналы, фильтра нижних частот и интерфейса для связи с компьютером. При воспроизведении аудиоинформации ЦАП преобразует закодированную информацию в аналоговый сигнал, который поступает на усилитель с активным фильтром низких частот и далее на звуковую карту, которая связана с наушниками или акустическими колонками.
Ниже приводятся эксплуатационные характеристики, которые необходимо учитывать при выборе CD - ROM применительно к конкретным задачам.
Скорость передачи данных ( Data Transfer Rate - DTR ) - максимальная скорость, с которой данные пересылаются от носителя информации в оперативную память компьютера. Это наиболее важная характеристика привода CD - ROM , которая практически всегда упоминается вместе с названием модели. Непосредственно со скоростью передачи данных связана скорость вращения диска. Первые приводы CD - ROM передавали данные со скоростью 150 Кбайт/с, как и проигрыватели аудиокомпакт-дисков. Скорость передачи данных следующих поколений устройств, как правило, кратна этому числу (150 Кбайт/с). Такие приводы получили название накопителей с двух-, трех-, четырехкратной скоростью и т.д. Например, 60-скоростной привод CD - ROM обеспечивает считывание информации со скоростью 9000 Кбайт/с.
Высокая скорость передачи данных привода CD - ROM необходима прежде всего для синхронизации изображения и звука. При недостаточной скорости передачи возможны пропуск кадров видеоизображения и искажение звука.
Однако дальнейшее, свыше 72-кратности, повышение скорости считывания приводов CD - ROM нецелесообразно, поскольку при дальнейшем повышении скорости вращения CD не обеспечивается требуемый уровень качества считывания. И, кроме того, появилась более перспективная технология - DVD .
Качество считывания характеризуется коэффициентом ошибок ( Eror Rate ) и представляет собой вероятность получения искаженного информационного бита при его считывании. Данный параметр отражает способность устройства CD - ROM корректировать ошибки чтения/записи. Паспортные значения этого коэффициента - 10 -10 -10 -12 . Когда считываются данные с загрязненного или поцарапанного участка диска, регистрируются группы ошибочных битов. Если ошибку не удается устранить с помощью помехоустойчивого кода (применяемого при чтении/записи), скорость считывания данных понижается и происходит многократный повтор чтения.
Среднее время доступа ( Access Time - AT ) - это время (в миллисекундах), которое требуется приводу, чтобы найти на носителе нужные данные. Очевидно, что при работе на внутренних участках диска время доступа будет меньше, чем при считывании информации с внешних участков. Поэтому в паспорте накопителя приводится среднее время доступа, определяемое как среднее значение при выполнении нескольких считываний данных с различных участков диска. По мере совершенствования приводов CD - ROM среднее время доступа уменьшается, но тем не менее этот параметр значительно отличается от аналогичного для накопителей на жестких дисках (100 - 200 мс для CD - ROM и 7 - 9 мс для жестких дисков). Это объясняется принципиальными различиями конструкций: в накопителях на жестких дисках используется несколько магнитных головок и диапазон их механического перемещения меньше, чем диапазон перемещения оптической головки привода CD - ROM .
Объем буферной памяти - это объем оперативного запоминающего устройства привода CD - ROM , используемого для увеличения скорости доступа к данным, записанным на носителе. Буферная память (кэш-память) представляет собой устанавливаемые на плате накопителя микросхемы памяти для хранения считанных данных. Благодаря буферной памяти, данные, размещенные в различных областях диска, могут передаваться в компьютер с постоянной скоростью. Объем буферной памяти отдельных моделей привода CD - ROM - 512 Кбайт.
Средняя наработка на отказ - среднее время в часах, характеризующее безотказность работы привода CD - ROM . Средняя наработка на отказ различных моделей приводов CD - ROM 50-125 тыс. ч, или 6 - 14,5 лет круглосуточной работы, что значительно превышает срок морального старения накопителя.
В процессе развития накопителей на оптических дисках разработан целый ряд основных форматов записи информации на CD .
Формат CD - DA ( Digital Audio ) - цифровой аудио-компакт диск со временем звучания 74 мин.
Формат ISO 9660 - наиболее распространенный стандарт логической организации данных.
Формат High Sierra ( HSG ) предложен в 1995 г. и обеспечивает чтение данных, записанных на диск в формате ISO 9660, с помощью приводов всех типов, что привело к широкому тиражированию программ на CD и способствовало созданию компакт-дисков, ориентированных на различные операционные системы.
Формат Photo - CD разработан в 1990-1992 гг. и предназначен для записи на CD , хранения и воспроизведения статической видеоинформации в виде высококачественных фотоизображений. Диск формата Photo - CD вмещает от 100 до 800 фотоизображений соответствующих разрешений - 2048x3072 и 256x384, а также сохраняет звуковую информацию.
Любой диск CD - ROM , содержащий текст и графические данные, аудио- или видеоинформацию, относится к категории мультимедиа. Мультимедиа CD существуют в различных форматах для различных операционных систем: DOS , Windows , OS /2, UNIX , Macintosh .
Формат CD - I ( Intractive ) разработан для широкого круга пользователей как стандарт мультимедийного диска, содержащего различную текстовую, графическую, аудио- и видеоинформацию. Диск формата CD - I позволяет хранить видеоизображение со звуковым сопровождением (стерео) и длительностью воспроизведения до 20 мин.
Формат CD - DV ( Digital Video ) обеспечивает запись и хранение высококачественного видеоизображения со стереозвуком в течение 74 мин. При хранении обеспечивается сжатие по методу MPEG -1 ( Motion Picture Expert Group ).
Чтение диска возможно с использованием аппаратного или программного декодера стандарта MPEG .
Формат 3D О разработан для игровых приставок.
Приводы CD - ROM могут работать как со стандартным интерфейсом для подключения к разъему IDE (E - IDE ), так и с высокоскоростным интерфейсом SCSI .
Самые популярные дисководы CD - ROM в России - изделия с торговыми марками Panasonic , Craetive , Samsung , Pioneer , Hitachi , Teac , LG .
Принципы записи информации на DVD-диск
Методы, используемые для записи информации на DVD-диск, аналогичны принципам записи традиционного CD-диска. В настоящее время производятся CD-диски, предназначенные только для воспроизведения, CD-R-диски с возможностью однократной записи и многократно перезаписываемые диски CD-RW.
Принципы записи информации на CD-диски, СD-ROM, DVD-ROM.
Как показано на рисунке 1 - обычный компакт-диск (CD) состоит из прозрачной полимерной подложки (1
), металлизированного отражающего слоя (2
) с "дырками" (B
), при помощи которых записана цифровая информация, и защитного слоя (3
), необходимого для придания диску жесткости. Отражающий слой (2
) в обычном CD-диске и является слоем, хранящим информацию. Он изготавливается фабричным методом и представляет собой своеобразную матрицу с "выштампованными" в определенных местах "дырками", которые означают логическую единицу. Отсутствие "дырки" подразумевает логический ноль.
Считывание информации происходит при помощи лазерного луча, отражающегося от
поверхности диска. При отражении от "дырки" лазерный луч точно попадает на специальный детектор, который выдает "1". При отражении от поверхности луч проходит мимо детектора, который в этом случае распознает "0". Абсолютно те же принципы записи информации лежат в основе DVD-дисков первого поколения; они предназначены только для считывания информации, записанной на них фабричным способом (так называемый DVD-ROM),CD-R, DVD-R.
В конструкции однократно записываемого компакт-диска (CD-R) между подложкой (1
) и отражающим слоем (2
) находится пигментный слой (4
) из металло-стабилизированного цианида (органическая субстанция). В данном случае именно пигментный слой, на котором фабрично "выдавлены" дорожки (A
), вдоль которых движется лазерный луч, сохраняет информацию. При записи такого диска в специальных рекордерах лазерный луч повышенной мощности "выжигает" в требуемых местах пигментного слоя "дырки" (B
). При считывании информации лазерный луч обычной мощности, свободно проходя сквозь "дырку" в пигментном слое (4
), отражается от металлизированного слоя (2
) и попадает на детектор, который распознает логическую единицу. При отсутствии "дырки" лазерный луч поглощается пигментным слоем, отражения лазерного луча не происходит, и детектор выдает логический ноль. Следует отметить наличие дополнительного шероховатого слоя для надпечатки (5), на котором пользователь после записи информации может нарисовать свою этикетку при помощи шариковой ручки, фломастера или даже специального струйного принтера.
CD-RW, DVD-RAM.
Принцип записи на перезаписываемые DVD-диски (который первоначально разрабатывался для компакт-дисков с рабочим названием CD-Erasable) был предложен компаниями Philips, Ricoh и Hewlett-Packard и поддержан такими фирмами, как IBM, Sony, 3M, Olympus, Matsushita и Mitsumi. Конструкция перезаписываемого компакт-диска (CD-RW) напоминает CD-диск, но вместо отражающего слоя в нем используется специальное вещество (6
), способное многократно изменять свою структуру. Такой материал был разработан компанией TDK и получил название AVIST; он обладает практически идеальными характеристиками.
Его высокой отражающей способности (25-35%) вполне достаточно для совместимости DVD-дисков при воспроизведении. Характеристики материала AVIST стабильны как при высоких, так и при низких скоростях записи, что особенно важно при работе с различными приложениями. В случае перезаписываемых компакт-дисков (например, CD-Erasable) запись осуществляется со скоростью ниже 3 м/c. Работа с данными в формате перезаписываемого DVD-RAM требует от рабочего слоя скорости записи от 3 до 6 м/c. При работе со сжатой видеоинформацией скорость записи уже должна быть выше 6 м/c.
Прекрасное соотношение сигнал/шум и характеристики изменения фазы позволили компании TDK добиться сверхмалых размеров маркера (менее 0,66 mm).
Новый материал AVIST выдерживает не менее 1000 циклов перезаписи на скоростях ниже 3 м/с. При более высоких скоростях записи это количество циклов перезаписи должно возрасти.
Как и на пигментном слое записываемого диска, на рабочем слое AVIST "выдавлены" дорожки (A
), направляющие лазерный луч. При записи такого диска вещество под действием мощного лазерного луча меняет свою структуру в нужной точке поверхности, переходя из кристаллического состояния в аморфное. Поскольку такой переход обратим (т.е. вещество может быть переведено обратно в кристаллическое состояние), диск теоретически может быть перезаписан практически бесконечное число раз. Все зависит от свойств материала, применяемого в информационном слое (6
), и по мере его дальнейшего совершенствования реально достижимое число циклов будет увеличиваться и составит не менее пяти миллионов перезаписей. Считывание производится лазерным лучом обычной мощности. При отражении от поверхности диска изменяется фаза лазерного луча в зависимости от того, произошло отражение от участка поверхности с аморфной или с кристаллической структурой. Изменения фазы отраженного луча распознаются детектором, который преобразует их в цифровой поток. Такой метод получил название Phase Change Technology (метод изменения фазы).
Однослойные DVD. Как мы уже отмечали, DVD во многом подобен CD, но значительно отличается от него плотностью записи. Как ясно из описанных выше принципов записи, именно предельное количество "дырок", которое может быть размещено на поверхности диска, определяет его информационную емкость.
Первым шагом к созданию нового стандарта можно считать семикратное увеличение емкости CD-диска за счет увеличения плотности записи, которое стало возможным благодаря применению более совершенных источников лазерного луча. различия размеров и плотности расположения "дырок"
Первый 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, который в свою очередь покрывается пленкой фотополимерного материала, формирующего наружный рабочий слой. Фотополимерному материалу придается жесткость ультрафиолетовым облучением, и DVD-диск заливается прозрачным пластиком, служащим защитным слоем диска. Основная трудность заключается в создании полупрозрачного материала, разделяющего слои записи, поскольку требования, предъявляемые к нему, довольно противоречивы: он должен хорошо отражать лазерный луч (требуемый коэффициент отражения - около 40%) в процессе считывания наружного слоя и одновременно быть максимально прозрачным при считывании внутреннего слоя. Приоритет в разработке такого материала принадлежит компании 3M, работавшей по заказу Philips-Sony.
Двухсторонние DVD.
Общая толщина всех слоев DVD-диска (как однослойного, так и двухслойного) составляет всего 0,6 мм, что в два раза меньше толщины CD-диска. Для физической совместимости с традиционными компакт-дисками толщина DVD-диска должна равняться толщине CD-диска, т.е. 1,2 мм. В одностороннем однослойном диске (стандарт DVD-5) с задней стороны (с той, где у CD-диска находится этикетка) приклеивается дополнительная подложка толщиной 0,6 мм.
Технические характеристики с спецификации DVD дисков
В декабре 1995 года 10 компаний, объединившихся в союз DVD Consortium, официально объявили о создании единого унифицированного стандарта – DVD. Аббревиатура DVD сначала расшифровывалась как Digital Video Disc (Цифровой видеодиск), но впоследствии ее значение было изменено на Digital Versatile Disc (Цифровой двухсторонний диск). Диск был полностью совместим со стандартами Red Book (Красная книга) и Yellow Book (Желтая книга).
DVD внешне идентичен CD, но позволяет записывать информацию, большую по объему в 24 раза, то есть до 17 Гбайт. Это стало возможным благодаря изменению физических характеристик диска и применению новых технологий. Расстояние между дорожками уменьшилось до 0,74 мкм, а геометрические размеры пит – до 0,4 мкм для однослойного диска и 0,44 мкм для двухслойного диска. Увеличилась область данных, уменьшились физические размеры секторов. Нашел применение более эффективный код исправления ошибок – RSPC (Reed Solomon Product Code), стала возможной более эффективная битовая модуляция.
Технология DVD предоставляет огромное количество форматов и четыре типа конструктивного исполнения двух размеров. Диск такого стандарта может быть как односторонним, так и двухсторонним. На каждой стороне может быть один или два рабочих слоя. Рассмотрим основные характеристики DVD различных типов.
Размер диска – 80 мм (3,1 дюйма).
– DVD-1 (Single-sided, single-layer) – односторонний и однослойный диск. Может содержать до 1,36 Гбайт информации (рис. 1.5).
– DVD-2 (Single-sided, double-layer) – односторонний двухслойный диск. Содержит до 2,48 Гбайт информации (рис. 1.6).
– DVD-3 (Double-sided, double-layer) – двухслойный диск с одним информационным слоем на каждой стороне. Емкость – до 2,74 Гбайт информации (рис. 1.7).
– DVD-4 (Double-sided, double-layer) – диск с двумя информационными слоями на каждой стороне. Емкость такого диска – до 4,95 Гбайт (рис. 1.8).
Размер диска – 120 мм (4,75 дюйма).
– DVD-5 (Single-sided, single-layer) – односторонний однослойный диск. Содержит до 4,7 Гбайт информации.
Рис. 1.5. Структура DVD-1 и DVD-5.
– DVD-9 (Single-sided, double-layer) – односторонний и двухслойный диск. Емкость – до 8,5 Гбайт.
– DVD-10 (Double-sided, double-layer) – двухслойный диск с одним информационным слоем на каждой стороне. Содержит до 9,4 Гбайт информации.
– DVD-18 (Double-sided, double-layer) – двухслойный диск с двумя информационными слоями на каждой стороне. Способен вместить до 17 Гбайт информации.
Рис. 1.6. Структура DVD-2 и DVD-9.
Рис. 1.7. Структура DVD-3 и DVD-10.
Рис. 1.8. Структура DVD-4 и DVD-18.
Примечание.
Число в наименовании диска– DVD-1, DVD-4, DVD-10 и т. д. – это округленное значение емкости.
Запись однослойных DVD аналогична записи CD, а вот запись двухслойных дисков существенно отличается от описанного ранее процесса.
Двухслойные диски типов DVD-2 и DVD-9 имеют два рабочих слоя для записи информации. Эти слои разделяются с помощью специального полупрозрачного материала. Для выполнения своей функции такой материал должен обладать взаимоисключающими свойствами: хорошо отражать лазерный луч в процессе считывания наружного слоя и одновременно быть максимально прозрачным при считывании внутреннего слоя. По заказу корпораций Philips и Sony компания 3M создала материал, удовлетворяющий таким требованиям: обладающий коэффициентом отражения 40 % и необходимой прозрачностью.
Во время считывания информации с такого диска лазерный луч сначала проходит сквозь полупрозрачный слой, фокусируясь на треках внутреннего слоя. Считав всю информацию внутреннего слоя, лазерный луч автоматически меняет свою фокусировку и считывает информацию с полупрозрачного слоя. Наличие в приводе DVD буфера и возможность быстрой смены фокусировки позволяет непрерывно подавать данные на материнскую плату.
При изготовлении двухслойного диска сначала штампуется первый слой, основанный на поликарбонатах. Затем наносится полупрозрачный материал, который в свою очередь покрывается пленкой фотополимерного материала. С помощью ультрафиолетового излучения фотополимеру придается жесткость, и DVD заливается поликарбонатом, который служит диску защитным слоем.
DVD имеют толщину 0,6 мм. Для физической совместимости с CD на DVD дополнительно приклеивалась поликарбонатная подложка толщиной 0,6 мм. С целью не только увеличить толщину DVD до 1,2 мм, но и одновременно улучшить его функциональность, увеличив емкость носителя в два раза, компанией Toshiba был создан двухсторонний диск (типы DVD-3 и DVD-10). Чтобы получить диск типа DVD-3, достаточно склеить между собой со стороны этикеток два DVD-1; для получения же DVD-10 соединяются два DVD-5. Таким образом, склеивая между собой два диска толщиной 0,6 мм, мы получаем один диск, по толщине равный CD и обладающий возможностью записать вдвое больше информации.
Для получения дисков типа DVD-4 следует склеить два DVD-2, для DVD-18 – соответственно два DVD-9.
Принцип записи информации на DVD-R (Digital Versatile Disk Read-only – однократно записываемый DVD) и считывания с него аналогичен записи и считыванию CD-R. Во время записи DVD в специальных рекордерах лазерный луч повышенной мощности «прожигает» в активном слое отверстия (питы). При считывании информации лазерный луч обычной мощности, свободно проходя сквозь образовавшееся отверстие, отражается от металлизированного слоя и попадает на фотодатчик, а потом на микропроцессор.
Для записи и считывания информации с DVD-RW (Digital Versatile Disk ReWritable – перезаписываемый DVD) применяется технология Phase Change Technology (метод изменения фазы). Лазерный луч во время записи движется по спиральной дорожке. В период повышенной активности луча регистрирующий слой меняет свою структуру, переходя из кристаллического состояния в аморфное. При считывании информации детектор распознает, от какой поверхности отразился лазерный луч – кристаллической или аморфной, – и преобразует данные в цифровой поток. Под воздействием лазерного луча определенной мощности активный (регистрирующий) слой возвращается в исходное состояние, и диск может быть перезаписан множество раз.
Материал, способный неоднократно менять свою структуру, был разработан компанией TDK и получил название AVIST (Advanced Versatile Information Storage Technology – современная универсальная технология запоминания информации).
Примечание.
Материал AVIST в кристаллическом состоянии обладает 25–35 %-ной отражающей способностью, а при переходе в аморфное состояние темнеет и не отражает лазерный луч.
Для DVD-ROM, VideoDVD, AudioDVD и т. д. применяется файловая система UDF (Universal Disk Format – универсальный дисковый формат), разработанная ассоциацией OSTA (Optical Storage Technology Association – ассоциация по поддержке технологии хранения данных на оптических носителях). Данная файловая система является развитием файловой системы CD-ROM (CDFS или ISO 9660).
Изначально технология DVD разрабатывалась для записи и воспроизведения фильмов. VideoDVD должны обеспечивать следующие возможности:
Воспроизведение фильмов длительностью не менее 133 минут;
Различные варианты отображения широкоэкранного видео;
До 32 вариантов субтитров на различных языках;
Объемный звук;
Защиту от копирования и региональное кодирование;
Интерактивность просмотра.
Навигационные данные;
Объекты воспроизведения.
Объекты воспроизведения делятся на видео, аудио и графику.
Для воспроизведения цифрового видео требуется цифровой поток скоростью 167 Мбит/с. Следовательно, на диске объемом 4,7 Гбайт могут вместиться четыре минуты оцифрованного видео. Чтобы сохранить не менее 133 минут качественного изображения, применяется сжатие данных. Видео кодируется в специальном формате MPEG-2, разработанном группой MPEG (Moving Picture Experts Group – экспертная группа по движущимся изображениям).
Во время просмотра фильмов вы, наверное, обращали внимание на то, что задний план, на фоне которого двигаются герои, как правило, остается неизменным. Дело в том, что примерно 95 % повторяющихся изображений заднего плана могут быть исключены при оцифровке без заметной потери в качестве, при этом значительно снижается объем цифрового потока.
Звук кодируют и сжимают с помощью различных технологий: Dolby Digital, MPEG-1 и MPEG-2. В AudioDVD используется технология LPCM (Linear Pulse Code Modulation – линейная импульсно-кодовая модуляция), в которой не применяется компрессия. Формат LPCM позволяет наиболее качественно и точно передать звуковые волны (частота дискретизации – 48 или 96 кГц, глубина оцифровки – 16, 20 или 24 бит), используя от одного до восьми звуковых каналов, и получить динамический диапазон записи до 120 дБ. При этом цифровой поток данных может составлять 6,144 Мбит/с.
Компрессия звукового сигнала с применением технологии Dolby Digital – AC-3 (Audio Cannels) – обеспечивает звук по схеме 5.1 (5 основных звуковых каналов и один низкочастотный) с диапазоном 20–20 000 Гц. Для компрессии звука используется разработанный компанией Dolby специальный алгоритм, получивший название Multichannel Perceptual Coding (многоканальное перцепционное кодирование). Человеческий слух, в зависимости от пола и возраста, с разной чувствительностью воспринимает звуки в различных частотных диапазонах. Кроме того, существуют определенные частоты и тембры, плохо различаемые всеми людьми. При применении технологии Dolby Digital некоторые частотные диапазоны, с трудом воспринимаемые человеческим ухом, подавляются, что приводит к определенным потерям данных. Однако в результате значительно уменьшается цифровой поток, например для шести каналов достаточно всего 348 Кбит/с.
Компрессия звукового сигнала с применением технологий MPEG-1 и MPEG-2 также связана с потерей данных. Формат MPEG-1 предназначен только для моно– или стереозвучания. Формат MPEG-2 может быть многоканальным и способен обеспечивать объемный звук по схеме 5.1 или 7.1.
Компрессия звукового сигнала с применением технологии DTS (Digital Theatre System – цифровой театр с окружающим звуком), разработанной в США, является альтернативой Dolby Digital. Качество звука при этом несколько выше, восприятие звуковых эффектов пространственно более реалистично, но поток данных в этом случае может достигать 1536 Кбит/с.
Для контроля за распространением дисков и защиты авторских прав производители DVD разделили мир на шесть географических зон и разработали специальные пиктограммы и коды для каждой зоны. Использование такого регионального кодирования как самих дисков, так и проигрывателей для них сделало невозможным воспроизведение дисков одной зоны на DVD-приводах другой зоны.
Зона 1 – США и Канада.
Зона 2 – Западная Европа, Япония, ЮАР, Ближний Восток.
Зона 3 – Юго-Восточная и Восточная Азия, включая Тайвань и Гонконг.
Зона 4 – Латинская Америка, Южная Америка, Карибские острова, Австралия и Новая Зеландия.
Зона 5 – страны бывшего Советского Союза, Африка (кроме ЮАР), Индия, Пакистан, Монголия и Северная Корея.
Зона 6 – Китай.
В настоящее время производители проигрывателей DVD выпускают так называемые «мультизонные» устройства, поддерживающие большинство форматов.
