Система защиты дисководов DVD-ROM и поиск их неисправностей

1. Общая часть

Как и их CD-собратья, скорость DVD-дисководов отсчитывается от опорного значения «однократной» скорости, которое равно 1,32 Мбит/с. Сравнение DVD- и CD-скоростей приведено в табл. 1.

Полный кадр видеоизображения 4:3 (для экрана формата 4:3).

Конвертный формат видеоизображения (Letterbox) 16:9 (для экрана формата 4:3).

Формат панорамирования видеоизображения (Pan and Scan) 16:9 (для экрана формата 4:3).

Широкоэкранный формат 16:9 (для экрана формата 16:9). Полный кадр.

Полнокадровое видеоизображения (Full Frame Video) -- это обычное телевизионное изображение, преобразованное для хранения на DVD-диске. В таком формате на DVD-диски записываются шоу и кинофильмы, предназначенные для телевизионного просмотра.

Конвертный формат

При просмотре фильма в конвертном формате (Letterbox) устройство воспроизведения добавляет темные полосы вверху и внизу изображения. Затем изображение масштабируется таким образом, что фильм воспроизводится на оставшейся части экрана в том же виде, в каком зритель видит его в кинотеатре. Для фильмов в формате NTSC это дает 360 строк развертки. При этом получаемое разрешение на треть лучше, нежели у видеокассеты в формате VHS, где количество строк развертки равно 242.

Формат панорамирования

Панорамирование может быть автоматическим или ручным и осуществляется в горизонтальном направлении. При автоматическом панорамировании угол зрения камеры изменяется так, как это было предопределено изготовителем DVD-диска. Ручное панорамирование позволяет зрителю выбирать точки наблюдения между различными камерами по своему усмотрению. Также как и в случае других функций (например, выбор языка) издатель диска должен встроить эту функцию для того, чтобы она была доступна зрителю.

Масштабирование изображения (часто путают с панорамированием) заключается в том, что выбранная пользователем часть кадра подвергается увеличению. Масштабирование сопровождается сглаживанием изображения, чтобы его повышенная зернистость не была заметна. Масштабирование изображения не входит в стандарт DVD.

Широкоэкранный формат

Широкоэкранный формат похож на конвертный формат с точки зрения его наблюдения на экране монитора или телевизора, но это два разных формата. Телевизоры и компьютерные мониторы производятся с форматным соотношением, равным 4:3, и выводимое на экран изображение будет помещено в конверт (letterbox). При внимательном рассмотрении верхней и нижней частей широкоформатного изображения можно заметить несколько дополнительных черных линий. Черные линии добавляются в том случае, если фильм был сделан для DVD-технологии, поскольку он в точности не совпадает с форматом 16:9 широкого экрана. (Фильмы немного шире).

В отличие от конвертного формата в широкоэкранных фильмах не приносится в жертву вертикальное разрешение при заполнении области экрана. На мониторе компьютера с высоким разрешением легко заметить белее четкое изображение по сравнению с изображением в конвертном формате (letterbox). Если воспроизводящее устройство не помещает изображение в конверт (и изображение занимает весь экран), то символы в изображении будут казаться очень вытянутыми и тонкими. По мере того, как все доступнее становится широкоэкранное цифровое телевидение, широкоформатные фильмы можно будет воспроизводить в их полном формате (по ширине и высоте) без использования конвертного формата (letterbox).

Стандарты звука и видео

Несмотря на громадную емкость DVD-дисков, полнометражный звуковой фильм при записи в реальном времени никогда не поместиться на DVD-диск без использования сжатия информации. Необходимо сжимать как звук, так и движущееся изображение. Для этого используется сжатие по стандарту MPEG. Для сжатия видеоданных используется несколько стандартов. Стандарт MPEG-1 (ISO/IEC 11117-2) использует постоянную скорость передачи данных и обеспечивает скорость 30 кадров в секунду с разрешением 352x240. Стандарт MPEG-2 (ISO/IEC 13818-2) использует переменную скорость передачи данных и обеспечивает скорость 60 кадров в секунду с разрешением 720x480. Для сжатия звука также используется несколько стандартов. Стандарт MPEG-1 (ISO/IEC 11117-3) обеспечивает стереозвук (два канала). Стандарт MPEG-2 (ISO/IEC 13818-3) поддерживает объемный звук в форматах 5.1 и 7.1. Стандарт Dolby АС-3 поддерживает объемный звук в формате 5.1.

Обработка звука в стандартах MPEG-2 и АС-3 производится с частотой 48 кГц, а в MPEG-1 -- только с частотой 44,1 кГц. Для DVD-технологии предпочтительной считается схема сжатия звука по стандарту MPEG-2.

Совместимость с компакт-дисками (CD)

Одним из наиболее важных аспектов любой технологии является вопрос обеспечение обратной совместимости -- поддержка новыми устройствами уже существующих носителей информации. Этот аспект важен и для дисководов DVD. Поскольку DVD-технология развивалась на основе существующей технологии компьютерных компакт дисков, DVD-технология предназначалась для замены CD-ROM, а не для совместного их существования. В идеале из компьютера удаляется дисковод CD-ROM, а на его место устанавливается дисковод DVD. Это означает то, что устройства DVD должны быть по возможности совместимыми со всеми существующими стандартами CD. Ранние модели дисководов DVD поддерживали только ограниченное число форматов -- CD-Audio, CD-ROM, CD-I, CD-ROM/XA и Video CD. Поддержка многосеансных (Photo CD) и записываемых компакт-дисков (CD-R) была более проблематична. Современные накопители, такие как Creative Labs Encore 12Х поддерживают всю гамму дисковых форматов, включая CD-Audio, CD-ROM, CD-I, CD-ROM/XA, Photo CD, CD-R, CD-RW, Video CD, DVD-Video и даже DAE (Digital Audio extraction -- извлечение цифрового звука).

Если какая-то ранняя модель дисковода'DVD не читает диски P'ioto CD и СО-В. то необходимо обновить микропрограмму дисковода (ил*; эадешгь сам дисковод) с тем. чтобы он мог работать с новыми форматами.

Размеры DVD-дисков

Технология DVD предоставляет значительно более емкие диски по сравнению с традиционными компакт-дисками. Емкость одного однослойного одностороннего диска составляет 4,7 Гбайт. Стандарт описывает диски, которые могут содержать до четырех слоев данных, по два слоя с каждой стороны диска. Это позволяет записать на одном диске до 17 Гбайт информации. Параметры различных типов DVD-дисков приведены в табл. 3.

DVD-5 (4,7 Гбайт) однослойный односторонний. Емкость такого диска составляет 4,7 Гбайт, что округленно дает 5, откуда и произошло обозначение этого типа. Это самый распространенный и дешевый тип дисков. Несмотря на то, что данные содержит только одна его сторона, его толщина составляет 1,2 мм, как и у двухслойный дисков. На свободную сторону диска можно нанести произвольную печатную информацию.

DVD-9 (8,5 Гбайт) односторонний двухслойный. Диск этого типа содержит два слоя данных на одной и той де стороне. Его емкость составляет 8,5 Гбайт, и его не нужно переворачивать в процессе работы. Так как для обеспечения надежного считывания обоих слоев питы каждой из дорожек примерно на 10% длиннее, чем в однослойном варианте, то емкость диска меньше емкости двух дисков DVD-5. На свободной стороне диска может быть напечатана произвольная информация.

DVD-10 (9,4 Гбайт) двухсторонний однослойный. Каждый слой такого диска содержит до 4,7 Гбайт данных, что в сумме и составляет его емкость 9,4 Гбайт. Для доступа ко всему объему информации диск приходится переворачивать (хотя некоторые DVD-приводы оснащены двумя лазерными головками, что позволяет считывать данные, не переворачивая диск). Одним из недостатков является отсутствие достаточного места для этикетки -- единственная зона, в которому могут быть нанесены надписи, располагается непосредственно вокруг отверстия в диске.

DVD-18 (17,1 Гбайт) двухсторонний двухслойный. Наиболееемкий вариант диска, который может содержать многие часы видео, звука, а также громадный объем данных. Он является самым сложным и дорогим в производстве. В настоящее время широкого распространения этот тип дисков пока не получил.

DVD-RAM был разработан консорциумом из десяти производителей в 1997 году. Диски DVD-RAM, отвечающие спецификации 1.0, имеют емкость 2,6 Гбайт для односторонних и 5,2 Гбайт для двусторонних дисков. Первые промышленные образцы устройств DVD-RAM появились весной 1998 года. Для хранения дисков используется специальный картридж, так как они очень чувствительны к механическим воздействиям. Для двухсторонних дисков картридж является неразборным, и вытащить диск из него нельзя, а из «одностороннего» картриджа диск можно извлечь и использовать в обычном DVD-устройстве. Данный стандарт принят и поддерживается организацией DVD Forum (www.dvdforum.org).

DVD-R и DVD-RW. Этот формат изначально разработан фирмой Pioneer и изначально предназначен для домашнего применения, в качестве средства записи потоковой аудио-и видеоинформации. Вследствие этого он содержит серьезные ограничения при использовании для хранения данных с произвольным доступом. Кроме того, первоначальный стандарт DVD-RW был несовместим с DVD-ROM, и даже последняя его редакция стандарта имеет существенные ограничения (например, время записи не более двух часов с фиксированным битрейтом, необходимость «закрытия» диска аналогично CD-R и т.п.). Данный стандарт также принят DVD Forum в качестве стандарта. При этом стандарт DVD-R существует в двух вариантах - G (General) и A (Authoring). В первой, предназначенной для домашнего применения, используется лазер с длиной волны 650 нм, а во второй - 635 нм. Это сделано для обеспечения совместимости спецификаций DVD-R (G) и DVD-RAM, DVD+R и DVD+RW. В 1997 году из консорциума по разработке DVD-RAM вышли Sony, Hewlett Packard, Mitsubishi Chemical/Verbatim, Yamaha, Philips и Ricoh. Эти компании начали разработку конкурирующего формата, который в результате получил название DVD+RW. Использование знака «плюс» было удачным маркетинговым ходом, в результате которого стандарты конкурентов стали восприниматься как написанные с «минусом». По потребительским свойствам стандарты с «плюсом» и «минусом» близки друг к другу, хотя на практике DVD-R/RW показывает лучшую совместимость с бытовыми DVD-плеерами, a DVD+R/RW более подходит для хранения произвольных данных, обеспечивая чуть большую скорость записи и перезаписи. Стандарт поддерживается ассоциацией DVD+RW Alliance .

В настоящее время на рынке представлены мультиформатные устройства, которые поддерживают как «плюсовые», так и «минусовые» диски, и выбор стандарта определяется в основном задачами и требованием совместимости с другим оборудованием (с теми же бытовыми плеерами, например). В табл. 15.4 приведены сведения о взаимной совместимости различных стандартов записи и перезаписи (знак ± означает совместимость не со всеми устройствами).

Кроме того, уже существуют и двухслойные записываемые диски. В октябре 2003 года Phillips и Mitsubishi Kagaku Media (MKM/Verbatim) объявили о разработке технологии двухслойной записи дисков DVD+R. Первая практическая демонстрация новой технологии состоялась в том же месяце на выставке СЕАТЕС 2003 в Японии. Первые серийные устройства, поддерживающие двухслойные диски, Phillips выпустил в апреле 2004 года. На один двухслойный диск входит 8,5 Гбайт данных (против 4,7 Гбайт у обычных однослойных) или четыре часа DVD-видео (при этом оба слоя находятся на одной стороне, то есть носитель переворачивать не нужно). Диски совместимы с существующими DVD-проигрывателями и приводами DVD-ROM. Первой моделью стал дисковод DVDRW885K, поддерживающий восьмискоростную запись. В июне выпущен пишущий привод DVDR1640K, который, помимо поддержки двухслойное™, обеспечивает 16-крат ную скорость чтения DVD-ROM и записи DVD+R (скорость перезаписи DVD+RW сохранилась на стандартной отметке 4х, как и скорости DVD-R/RW на 4х/8х). Стоимость новых устройств ненамного превышает их однослойные аналоги, так что можно ожидать, что через некоторое время двухслойные пишущие приводы полностью вытеснят однослойные.

Региональные коды и операционная система Windows

В операционных системах Windows региональный код DVD присваивается во время установки операционной системы при выборе страны в диалоговом окне «Выбор страны пребывания» (Establishing Your Location). Когда первый раз в устройство чтения DVD-дисков вставляется диск с фильмом, операционная система Windows сравнивает региональный код диска с кодом, заданным во время установки операционной системы. Если эти коды не совпадают, то установленный по умолчанию региональный код операционная система изменяет на код, указанный в DVD-диске.

После того как код выбранного региона был зафиксирован в дисководе, его можно изменить еще 4 раза (общее количество замен равно 5). Если используемый DVD-диск имеет код, отличный от установленного в дисководе, то появляется диалоговое окно с сообщением о том, что диск не из данного региона. После этого появляется региональный код диска и региональный код дисковода DVD наряду со списком новых регионов проигрывателя, из которых можно сделать выбор. При выборе нового региона появляется предупреждающее сообщение о том, сколько осталось попыток изменения регионального кода, прежде чем он будет зафиксирован окончательно. Дисковод DVD принуждает пользователя изменить номер региона. После каждого изменения кода региона в ПЗУ дисковода записывается новый региональный код. При достижении максимального количества произведенных изменений регионального кода микропрограмма дисковода DVD блокирует дальнейшие попытки его изменения. В дальнейшем код может быть изменен только производителем дисковода, или же придется устанавливать другой дисковод DVD.

Macrovision (например, Macrovision 7) -- это патентованная схема зашиты от копирования, в которой используется специальный сигнал, не выводимый на экран вместе с видео сигналом.

Технология компании Macrovision делает неприемлемо низким качество копий с DVD и VHS не влияя при этом на качество исходного изображения. На сегодняшний день - это единственный метод защиты от копирования на VCR. Он включен во все DVD-проигрыватели и персональные компьютеры (PC) как составная часть интегральной микросхемы, преобразующей цифровой сигнал с диска в аналоговый сигнал для подачи на вход телевизора. Macrovision выдала лицензии на свою технологию уже 29 компаниям изготовителям микросхем. Кроме этого, уже 39 компаний, производящих платы для DVD или DVD ROM проигрывателей согласились устанавливать микросхемы с Macrovision-технологией в 100% их DVD аппаратуры.

Macrovision Corporation давно уже известна как поставщик систем защиты для видеокассет, которая используется большинством голивудских компаний. С начала внедрения в 1985 году более 1.7 млрд. закодированы системой Macrovision. Аналогичная технология встроена в более чем 5 млн. цифровых "сет-топ" декодеров, обеспечивающих защиту от копирования для спутниковых и кабельных сетей с оплатой за просмотр (pay-per-view).

Для защиты информации от перезаписи на VHS VCR , в видео сигнал на обратном ходе развертки по кадру вводятся импульсы помехи , которые нарушают правильность работы АРУ видеомагнитофона .Это приводит к изменениям в яркостном сигнале записанном на видеомагнитофоне ,что делает невозможным просмотр видеопрограммы. (Кроме того наблюдаются срывы синхронизации , что выражается в подергивании изображения по вертикали .) Некоторые модели телевизоров также оказались критичными к macrovision .В моделях с цифровой обработкой видеосигнала потребовалась замена программного обеспечения для видеопроцессоров . В некоторых моделях с аналоговой обработкой наблюдается аварийное отключение по срабатыванию защиты (в macrovision присутствуют ложные строчные синхроимпульсы).

Для предотвращения высококачественного цифрового копирования видеофильмов была разработана криптографическая система защиты данных, которую назвали системой шифрования содержимого -- CSS (Content Scrambling System). Технология CSS включает в себя аутентификацию устройств, обмен ключами и декодирование содержимого DVD-диска. В некоторых дисководах DVD для персональных компьютеров используется аппаратное декодирование, осуществляемое специальной платой.

По своей сути DVD-технология идентична классической CD-ROM-технологии. Данные записываются на спиральной дорожке в виде впадин (называемых питами) и плоских участков на пластиковой подложке. Размеры DVD-диска идентичны современным компакт-дискам. Однако есть и существенные отличия, дающие DVD-дискуего преимущества. Если расстояние между дорожками компакт-диска составляет 1,6 мкм, то у DVD-диска это расстояние равно 0,74 мкм. Размер пита на классическом компакт-диске равен 0,83 мкм, а у DVD-диска только 0,43 мкм. В табл. 1S.6 приведена сравнительная характеристика спецификаций DVD и CD дисков. На рис. 2 видно различие между DVD и CD дисками. Из-за меньших геометрических размеров пита для считывания диска в DVD-технологии используется лазер с более короткой длиной волны (коротковолновой красный лазер).

Кроме того, на DVD-диске может использоваться несколько слоев записи информации (питов) на дорожке (каждый слой имеет свою отражающую поверхность). Поэтому на одном физическом диске может располагаться несколько слоев полезной информации. Устройство управления лазерным лучом DVD-проигрывателя может выбирать слой для считывания информации. Наконец, обычный компакт-диск использует только одну сторону диска, а на DVD-диске могут использоваться обе стороны. Теоретически на DVD-диске могут использоваться до 4-х слоев записи информации (рис. 15.3). Это означает, что на одностороннем двухслойном диске можно хранить 8,5 Гбайт данных, а на двухстороннем двухслойном -- до 17 Гбайт.

Не изгибайте диск. Поликарбонатный диск является надежным носителем информации, но при его изгибе могут возникнуть трещины или облом края, что выведет диск из строя.

Не нагревайте диск. Помните, что диск является пластмассовым. Не оставляйте его рядом с нагревательным прибором или на передней панели автомобиля, это может привести к его разрушению.

Не царапайте диск. Луч лазера не чувствителен к небольшим царапинам, но большие царапины могут привести к возникновению ошибок. Особенно надо опасаться возникновения круговых царапин (которые идут вдоль информационной дорожки). Круговая царапина легко может уничтожить целые сегменты данных, которые нельзя будет восстановить.

Со временем слой пыли или отпечатки пальцев могут мешать считыванию информации с диска и вызывать ошибки. В этом случае диск можно почистить с помощью сухой мягкой безворсовой ткани. Удерживая диск за края необходимо его очистить радиальными движениями тампона -- от центра к краям. Нельзя очищать диск круговыми движениями. Для удаления стойкого загрязнения смочите тампон в чистом изопропиловом спирте. Не применяйте воду или нашатырный спирт. При транспортировке или хранении диска помещайте его в футляр.

Дисковод DVD внешне очень похож на дисковод CD-ROM и по размеру, и по форме, и по его размещению в компьютере. Если бы на передней панели дисковода DVD не было логотипа «DVD», то его можно было бы легко спутать с дисководами CD-ROM, CD-R или CD-RW. На передней панели дисковода DVD (рис. 1S.4) расположены те же элементы управления, что и на дисководе CD-ROM. Автоматический лоток загружает и выгружает диск. Этот лоток приводится в действие нажатием кнопки Load/Unload (загрузка/выгрузка). Большинство современных дисководов DVD-дисков не выгружают диск, если он используется прикладной программой (например, программой воспроизведения фильма). В этом случае для выгрузки диска необходимо закрыть приложение, использующее диск. Светодиодный индикатор активности устройства горит в периоды чтения информации с диска. Поскольку на дисководе DVD можно прослушивать звуковые компакт диски, то к устройству можно подключить наушники и регулировать уровень звука регулятором, расположенным на передней панели устройства.

Чувствительность ОУО-диска к царапинам или пыли не выше, чем у обычного компакт-диска.

Внешний вид задней панели устройства также имеет много общего с дисководом CD-ROM (рис. 15.5). Питание к устройству подключается через стандартный 4-х контактный разъем от источника питания компьютера. Сигнальный разъем (40-контактный EIDE/UDMA-типа либо 50- или 68-контактный SCSI-типа) непосредственно подключает устройство к его адаптеру. В отличие от ранних моделей дисководов CD-ROM, для управления дисководами DVD не применяются фирменные контроллеры накопителей. С помощью нескольких маленьких перемычек производится настройка дисковода. Для SCSI-накопителей устанавливается идентификатор SCSI ID (обычно от ID2 до ID6). Для дисковода EIDE или UDMA задается режим работы -- ведущий или ведомый. При подключении к одному каналу EIDE/UDMA накопителя на жестком диске и дисковода DVD, жесткий диск должен быть назначен ведущим устройством, а дисковод DVD -- ведомым устройством. Если используется только дисковод DVD, то назначьте его ведущим устройством. Наконец, существуют два выходных звуковых разъема: 4-контактный звуковой CD-разъем, который соединяется со звуковой платой, и 2-контактный цифровой звуковой разъем, через который можно выдавать звук на устройство записи цифровой аудиокассеты или на другую записывающую систему (этот выход используется редко).

Поскольку ОУО-накопители почти всегда имеют ЕЮЕДЮМА-интерфейс они могут подключаться к одному каналу контроллера вместе с накопителем на жестком диске (без снижения быстродействия накопителя на жестком диске)

Для обеспечения плавного воспроизведения фильма с DVD-диска в реальном времени может использоваться аппаратный MPEG-2 декодер (рис. 8), плата которого вставляется в разъем расширения шины РСІ, и подключается непосредственно к монитору. Видеосигнал от графического ускорителя проходит через карту декодера на монитор. Декодер выполняет работу по декомпрессии данных, сжатых в формате MPEG-2, освобождая центральный процессор компьютера от выполнения огромного объема работы. Декодированный звук фильма также проходит через карту декодера на звуковую карту через звуковой разъем CD.

Хотя для воспроизведения DVD-дисков дисководу DVD требуется драйвер, современные модели системных плат могут идентифицировать накопитель DVD- ROM типа ATAPI IDE через BIOS, что позволяет загружать систему с этого дисковода или использовать его для чтения обычных компакт-дисков. Следует настроить системную BIOS (если это возможно) таким образом, чтобы она опознавала этот накопитель.

1. Включите компьютер. Следите за появлением сообщения о том, как войти в программу CMOS Setup (например, «Press Fl for Setup» -- нажмите клавишу Fl для входа в программу Setup). Нажмите соответствующую клавишу для запуска этой программы.

2. Выберите меню «Hard drive settings* (настройка накопителя на жестком диске) и укажите место нахождения накопителя DVD-ROM, например, «primary slave» (основной ведомый) или «secondary master* (дополнительный ведущий) в зависимости от положения перемычек на устройстве.

3. Выберите опцию «Automatic drive detection* (автоматическое опознание устройств), если это возможно. Эта опция автоматически идентифицирует новый накопитель. Если в BIOS нет такой опции, то для устройства DVD-ROM выберите опцию «попе» (нет) или «not install* (не установлен) и полагайтесь только на драйверы.

4. Сохраните изменения и выйдите из программы CMOS Setup. Компьютер автоматически перезагрузится.

Устройства DVD-ROM несложны в плане их установки или замены. Большинство из них устанавливаются в качестве ведущего устройства на дополнительном канале контроллера EIDE/UDMA-накопителя. Но они также могут работать как ведомые устройства наряду с накопителем на жестком диске и другими устройствами. Главное помнить, что BIOS не осуществляет воспроизведение DVD-ROM-дисков непосредственно (даже если BIOS опознает устройство DVD-ROM как CD-ROM на стадии загрузки операционной системы). Необходимо установить драйверы реального режима для устройства DVDROM при работе в DOS или драйверы защищенного режима при работе в среде операционной системы Windows. Необходимо иметь в виду, что драйверы реального режима (DOS) для накопителей DVD-ROM являются редкостью, поэтому следует убедиться в том, что устройство DVD имеет драйверы реального режима (если это то, что вам нужно) прежде чем делать покупку. В этой части главы описывается порядок установки внутреннего дисковода DVD-ROM типа IDE ATAPI.

Прежде чем начать установку устройства, установите видеорежим 640x480x16 (с частотой вертикальной развертки 60 Гц) для монитора или же другой режим, рекомендуемый в инструкции производителя по установке дисковода DVD. После того как устройство будет установлено и начнет работать, можно будет выбрать видеорежим с подходящим разрешением, насыщенностью цвета и частотой вертикальной развертки.