Стандарт DVD-ROM

Пользователи, активно работающие с компакт-дисками (и даже те, кто только прочитал вторую часть этой статьи), знают, насколько разнообразны и трудно совместимы различные виды этих дисков. Ничего удивительного. Стандарты де-факто на различные виды дисков принимались часто в конкурентной борьбе. С DVD все может быть по-другому: это устройство представляется едва ли не единственным высокотехнологичным техническим решением последних десятилетий, стандарты которого обсуждаются столь значительной группой производителей (в альянс еще весной вошло более 10 крупнейших корпораций).

Как и стандарты на CD, требования к DVD изложены в "книгах". Но, в отличие от уже знакомых нам "цветных книг", эти "упорядочены по алфавиту". В настоящий момент обсуждаются пять книг -- от "А" до "Е". Книга может содержать до трех частей (рис. 7). При этом в первой части описываются физические спецификации, во второй -- файловая система, а в третей -- приложения. Первые три книги определяют, соответственно, ROM, Video и Audio DVD, используя одинаковый физический формат носителя, который изготавливается "штамповкой", и файловую систему. Файловая система этих стандартов переходная (UDF-Bridge). Она обеспечивает комбинацию возможностей уже знакомой пользователям CD-ROM файловой системы ISO-9660 и новой системы Universal Disk Format -- UDF, разработанной Optical Storage Technology Association (OSTA) и реализующей рекомендации ISO/IEC 13346. Два других стандарта D и Е распространяются на записываемые [DVD-R (recordable) или иначе DVD-WO (write once)] и перезаписываемые [DVD-RAM, DVD-W (rewritable) или иначе DVD-E (erasable)] диски. Да-да! В отличие от CD, диски DVD рождаются сразу с возможностью записи, и даже перезаписи информации. Однако эти стандарты наименее устоявшиеся, и поэтому обсуждение их мы пока отложим, отметив только, что и для тех, и для других предполагается формат файлов UDF. Особо следует сказать о совместимости уже существующими дисками. Такая совместимость стандартами явно не требуется (по имеющимся у меня сведениям). Однако подавляющее большинство производителей готовит устройства способные считывать CD-ROM за счет использования специально сконструированной оптической головки, обладающей возможностью перенастройки, или даже за счет установки дополнительного объектива. Во всех случаях можно полагать, что новые устройства смогут читать привычные нам "старые" диски.

Это несколько необычное заключение, так как оно не подводит итогов ни в развитии DVD устройств (оно только начинается), ни в этом цикле статей (продолжение следует...). Это всего лишь возможность отметить, что история техники находится на "крутом повороте", и хотя мы можем только догадываться, "что он нам несет" все же некоторые принципы постепенно проясняются. Так, например, можно с уверенностью сказать, что 1998 год принесет массовые распространение цифрового видео. В совокупности с быстро развивающимися компьютерными сетями это даст принципиально новые возможности, может быть, более похожие не на переход от грампластинок к CD, а на переход от рукописей к книгопечатанию. Цифровое видео с его естественными возможностями (начиная с по кадрового просмотра) не просто улучшает качество воспроизведения - изменяет функциональные возможности восприятия.

Сочетание огромного объема информации, которая может сохраняться на DVD, и высокопроизводительных систем обработки этой информации по привычке называемых ПК, также может привести к резким изменениям и в технике, и в мире. К сожалению, развитие никогда не походит на прямую магистраль. И в альянсе DVD также имеются противоречия. В августе пресса неоднократно писала о том, что из-за проблем защиты от копирования этот альянс может не дожить до своего "годичного" юбилея. Тем не менее развитие DVD для нужд компьютерной индустрии уже не остановить, и в будущем году мы, наверное, сможем если не встроить в свой компьютер новый привод то хотя бы подержать в руках новый диск Мне это уже удалось (правда, чтобы быть честным перед читателем, придется признать, что в ближайших окрестностях не нашлось привода, чтобы прочитать диск, который я держал в руках).

Сегодня трудно найти человека, который интересуется компьютерными технологиями, но при этом не слышал хоть что-нибудь о DVD. И все же давайте разберемся, что скрывается за этой аббревиатурой. Начнем с того, как она расшифровывается. Если вы скажете, что это Digital Video Disc, то будете правы лишь частично, поскольку изначально в нее вкладывался именно этот смысл. Однако впоследствии, когда выяснилось, что данная технология просто-напросто перерастает понятие "видео", было предложено другое толкование - Digital Versatile Disc, т. с. цифровой универсальный, многофункциональный диск. Понятие DVD, действительно разрослось подобно библейскому Голиафу. Итак, что такое DVD?

Это - носители информации, которые имеют такие же размеры, как и используемые в настоящее время компакт-диски, но обладают поистине гигантской емкостью- от 4,7 до 17 GB, в зависимости от формата. Последнее значение почти в 25 раз больше максимальной емкости компакт-дисков, составляющей 682 MB, и всего несколько лет назад казалось немыслимым.

Однако опять же, подобно Голиафу, технология DVD имеет уязвимые места. Например, прошедшим летом начало массового производства цифровых видеодисков было отложено из-за разногласий, связанных со стандартами и средствами защиты от копирования. Предполагалось, что широкое внедрение новинки начнется осенью прошлого года, однако теперь этого стоит ожидать не ранее второго квартала 1997 г. В результате, цифровым видеолискам придется конкурировать с перезаписываемыми дисками CD-Erasable (CD-E), которые также дебютируют в нынешнем году, и не исключено, что многие пользователи предпочтут их дискам DVD-ROM, обеспечивающим только чтение информации (перезаписываемые диски DVD-RAM, вероятнее всего, появятся лишь через несколько лет).

Тем не менее, потребность пользователей в устройствах хранения информации емкостью в несколько гигабайт, скорее всего, перевесит, поэтому с большой вероятностью можно утверждать, что успех технологиям DVD-ROM, DVD-Recot-dable (DVD-R) и DV^D-RAM гарантирован.

"...никогда не бывает много" Дополнительная память никогда не помешает. Несколько мегабайт памяти для мультимедиа-приложений - всего лишь "разминка", к тому же все больше компаний поставляют документы. базы данных и различное ПО на дисках CD-ROM. Обеспечиваемая технологией DVD-ROM высокая плотность записи позволяет уместитъ на одном цифровом видеодиске данные, занимающие несколько дисков CD-ROM. Кроме того, она обеспечивает высокую производительность. У первых дисководов DVD-ROM (которые будут продаваться по цене S500-600) она будет примерно равна производительности привода 9х CD-ROM. При этом, благодаря большой емкости дисков DVD, отпадает необходимость в смене дисков.

Напримеp, популярный в США электронный телефонный справочник PhoneDisc PowerFinder USA, содержащий 112 млн. телефонных номеров, использует шесть дисков CD-ROM. В июне прошлого года вышла новая версия этого продукта на диске DVD; который целиком вмешает всю упомянутую базу данных размером 3,7 GB. причем еще и остается свободное место. Новая технология наверняка придется по душе и разработчикам мультимедиа-приложений, ведь для размещения всей входящей в приложения реалистичной графики, видеоклипов и стереофонических звуковых фрагментов одного диска CD-ROM уже недостаточно. В то же время, например, разработанная компанией Sierra игра Phantasmagoria, занимающая семь дисков CD-ROM, легко умещается на одном DVD-ROM.

На разработку стандарта DVD оказывает влияние не только компьютерная индустрия, но и Голливуд, крупнейшие киностудии заинтересованы в замене дисками DVD видеокассет VHS. Производство таких дисков обходится значительно дешевле (около SO центов вместо S2.20 для видеокассет), они обеспечивают видео высокого качества меньше по размеру, не требуют обратной перемотки, и наконец, на них можно размешать звуковое сопровождение и субтитры на нескольких языках. Например, фильм. записанный на диске DVD. может иметь до восьми звуковых дорожек (и, соответственно, озвучиваться на восьми языках), плюс к этому - до 32 разных субтитров. В музыкальной индустрии так-

гии DVD. Действительно, oo.'icc высокая плотность записи позволяет обеспечить большую скорость воспроизведения (sampling rate) и большее время звучания. Таким образом, лиски DVD могут превзойти обычные компакт-диски по таким показателям, как удобство я качество воспроизведения. Чтобы обеспечить успех повой технологии, ведущие компании в компьютерной индустрии и индустрии развлечений в настоящее время заняты разработкой всемирных стандартов для нее. Конечно, для работы с дисками DVD существующее оборудование уже не подойдет - требуются новые дисководы DVD-ROM, позволяющие считывать информацию с дисков DVD различных форматов. Возможно также, что эти дисководы будут поддерживать средства, которые еще находятся в стадии разработки и найдут применение в будущем, такие как диски DVD-R с возможностью однократной записи и перезаписываемые диски DVD-RAM.

Хотя стандартом DVD и не предусмотрены возможности обратной совместимости, пользователи только выиграли бы, если бы дисководы DVD-ROM обеспечивали чтение информации с CD-ROM. То же самое можно сказать о видео- и аудиоплейерах DVD, рассчитанных на широкий круг потребителей: крайне желательно, чтобы с их помощью можно было прослушивать звуковые компакт-диски, а по возможности -- и диски других форматов, таких как CD Interactive (CD-I) и CD Video- Можно даже помечтать о гибридном устройстве, реализующем в разных своих "слоях" компакт-диск и DVD,

Однако, несмотря па большую емкость и возможность использования множества различных форматов, продвижение технологии DVD на потребительском рынке связано с некоторыми трудностями. Прежде чем она завоюет популярность, записывающие студни должны выпустить достаточное количество видеопродукции на ее основе -- только в этом случае плейеры DVD станут ценным приобретением. А пока появятся перезаписываемые видеодиски DVD, пройдет не один год, ведь чтобы уместить на диске фильм (или что-нибудь еще) продолжительностью два часа, они должны быть построены на основе стандарта MPEG-2. обеспечивающего компрессию информации в режиме реального времени. Внедрение же этого стандарта прямо сейчас обошлось бы в десятки тысяч долларов. И даже если вы планируете использовать диски DVD исключительно для хранения корпоративных данных или проведения презентаций, ситуация на потребительском рынке все равно очень важна для вас, поскольку именно она определяет цены на эти диски: при отсутствии массового производства цена будет оставаться на достаточно высоком уровне.

Третья сторона диска DVD. Самое удивительное в стандарте DVD то, что им предусмотрено больше дюжины физических форматов, хотя наверняка только несколько из них приобретут широкую популярность. К счастью, большинство дисководов DVD автоматически будет распознавать все форматы, поэтому использование дисков DVD, так же, как и компакт-дисков, не вызовет никаких затруднений. Большое количество поддерживаемых форматов - это значительный шаг вперед по сравнению с компакт-дисками, которые являются односторонними и обеспечивают одну и ту же плотность записи. Емкость же их определяется тем, насколько близко подходит содержащая данные спиральная дорожка к краю диска. Большинство компакт-дисков имеет емкость 553 MB. однако она может достигать и 632 MB за счет использования пространства, близкого к краю диска. Правда, это довольно рискованно, поскольку внешние области диска восприимчивы к дефектам, а некоторые дисководы плохо считывают информацию с дальних дорожек. Для достижения высокой плотности записи в дисках DVD используются четыре метода. Первые два основываются на более совершенной технике производства дисков и применении лазеров с меньшей длиной волны. Компакт-диски и DVD хранят данные в форме микроскопических углублений. обозначающих двоичные нули и единицы. В компакт-дисках минимальная длина углубления составляет 0.834 мк, а в DVD - 0,4 мк. Это позволяет при производстве дисков размещать выемки более компактно. Кроме того, содержащая данные спиральная дорожка в дисках DVD имеет шаг 0,74 мк. а в компакт-дисках он достигает 1,6 мк. Для считывания информации с DVD используется красный лазер с длиной волны от 635 до 650 им. дисководы же CD-ROM оснащены инфракрасным лазером с длиной волны 780 им. Реализованные в дисководах DVD диоды на основе красного лазера аналогичны диодам. широко используемым в устройствах для считывания штрихового кода.

Уменьшение размеров углублений и шага спиральной дорожки способствовало увеличению емкости дисков почти в семь раз: от 6S2 MB в компакт-дисках до ".4 GB в DVD. Памятуя о постоянно возрастающих требованиях к устройствам массовой памяти, компании-разработчики DVD (среди которых особо следует выделить Philips, Sony, Toshiba и Matsushita) пошли еще дальше: они предлагают двухслойные и двухсторонние диски.

Наиболее впечатляющей технологией является использование для записи информации двух слоев. Традиционно все компакт-диски и DVD состоят из одного слоя отражающего материала (обычно это алюминий). на который нанесена содержащая упоминавшиеся выше углубления углеродная пленка (polycarbonate substrate). Луч лазера отражается от этого слоя и попадает на фотодетектор. В двухслойных же дисках DVD поверх отражающего слоя нанесен полупрозрачный слой. и разные лазеры в дисководах DVD обеспечивают считывание информации с каждого из этих слоев.

Такой подход позволяет увеличить емкость диска почти в два раза: отражающий слой обеспечивает 4./ GB. а полупрозрачный - 3.8 GB

Двухсторонние диски состоят из двух углеродных пленок для хранения данных, находящихся по обеим сторонам отражающего слоя, поверх которых может быть нанесено еще и по полупрозрачному слою. Возможна также ситуация, когда одна сторона содержит один, а другая - два отражающих слоя. Таким образом, емкость двухсторонних DVD может достигать от 9,4 до 17 GB. Правда, такие диски имеют и некоторые недостатки. В то время, как метки на обычных дисках непрозрачны для луча лазера, двухсторонние диски DVD требуют использования специальных голографических меток. Кроме того, двухсторонние диски DVD более чувствительны к повреждениям поверхности, поскольку в них как углеродная пленка, так и отражающие слои тоньше.

В ожидания большего. Теперь, когда имеется возможность использования одно- и двухсторонних, а также одно- и двухслойных дисков, возникает необходимость по крайней мере в пяти физических форматах. Но и это еще не все. В этом году ожидается появление дисков DVD-R. Идейно они подобны CD-R - это диски с однократной возможностью записи, в которых вместо углеродной пленки используется слой органического красителя. Запись производится путем выжигания отверстий в этом слое. Правда, из-за некоторых ограничений, связанных с применением красителя, емкость односторонних дисков DVD-R меньше, чем DVD-ROM (около 4 GB по сравнению с 4,7 GB). Кроме того, подобная технология не подходит для создания двухслойных дисков.

В DVD-RAM, появление которых ожидается в 1998 г., для обеспечения возможности многократной перезаписи будет использоваться материал, в котором одновременно могут сосуществовать две фазы (rewritable phase-change material). Емкость этих дисков будет еще меньше, чем DVD-R - примерно 2,6 GB в расчете на одну сторону. Как утверждает Арьен Боу-мен (Arjen Bouwman), директор по маркетингу DVD компании Philips, возможность создания двухслойных дисков DVD-RAM существует, однако первые такие диски все же будут однослойными.

Кроме дисков диаметром 120 мм, стандартом DVD также предусмотрена перспектива изготовления дисков и диаметром 80 мм. Несмотря на то, что их емкость почти на 70% меньше, они могут найти широкое применение в мобильных системах. Как и свои 120-миллиметровые собратья, они могут быть одно- или двухсторонними; одно- или двухслойными, с возможностью однократной записи или перезаписываемыми.

Интересно также отметить, что сейчас обсуждается возможность создания дисководов DVD, обеспечивающих чтение информации с постоянной угловой скоростью и постоянной линейной скоростью. В настоящее время стандартами на компакт-диски и DVD для поддержания постоянной скорости побитового считывания информации предусмотрены дисководы с постоянной линейной скоростью. В них скорость вращения диска по мере перехода к внутренним (более коротким) дорожкам постепенно увеличивается. В то же время в дисководах с постоянной угловой скоростью линейная скорость элемента диска зависит от того, на каком расстоянии от центра он находится. Поэтому при перемещении к внутренним дорожкам скорость побитового считывания информации будет уменьшаться, однако скорость доступа при этом увеличится, поскольку диск не надо будет разгонять или тормозить при переключении с одной дорожки на другую. Это выгодно при работе с приложениями, интенсивно обращающимися к диску, например с базами данных.

Еще одним предполагаемым форматом является гибрид СD/DVD. В этом диске полупрозрачный слой DVD может быть размещен поверх полностью отражающего слоя CD. Более тонкий слой DVD (толщиной 0,6 мм) будет практически прозрачным для существующих дисководов CD-ROM и CD-плейеров, инфракрасные лазеры которых обеспечат считывание информации с внутреннего слоя CD толщиной 1,2 мм. Такой гибридный диск может использоваться в дисководах обоих типов.