Оптические накопители

Видео записывается на DVD обычно в  формате MPEG-2. Диски DVD-Video могут использовать несколько различных систем защиты от копирования, самая известная и простая из которых, доставляющая массу неудобств пользователям, - региональное кодирование. Весь мир разбивается по этой системе на семь регионов (страны бывшего СССР попадают в пятый регион вместе с Индией, Африкой, Северной Кореей и Монголией). Диск DVD-Video, предназначенный, скажем, для первого региона (США), по идее, не должен считываться дисководом или плейером для пятого региона. На практике, однако, в России чаще всего используются многорегиональные дисководы и диски.

Всего на данный момент существует шесть  форматов записываемых DVD (в хронологическом  порядке их появления): DVD-R for General, DVD-R for Authoring, DVD-RAM, DVD-RW, DVD+RW и DVD+R. Сейчас ситуация складывается так, что первые четыре формата, скорее всего, уйдут в прошлое. Альянс основных изготовителей записываемых оптических накопителей, в который входят такие "киты", как HP, Sony, Ricoh и др., объединившихся вокруг технологий DVD+RW и DVD+R, похоже, не оставит им никаких шансов, хотя компания Pioneer, впервые предложившая формат DVD-RW в конце 1999 г. и добившаяся его одобрения в DVD Forum (DVD+RW пока такого одобрения не получил, несмотря на то, что все члены DVD+RW Alliance входят в число учредителей DVD Forum), не собирается пока сдавать своих позиций.

Важнейшее преимущество формата DVD+RW (и его разновидности для носителей  с однократной записью DVD+R) - совместимость записанных в нем носителей с подавляющим большинством обычных накопителей DVD-ROM и бытовых DVD-плейеров. Диски формата DVD-RW обладают таким свойством только при записи их в "совместимом" режиме, в котором невозможна запись с переменной битовой частотой и требуется так называемая "финализация" диска, занимающая до 15 мин. Еще одна ценнейшая возможность - использование этих накопителей для записи (и, разумеется, чтения) дисков CD-R и CD-RW.

DVD+RW представляет собой развитие  технологии DVD-RW. Для записи используется  технология фазового перехода, полностью  аналогичная используемой в CD-RW. Точное позиционирование головки  обеспечивается волнистыми канавками, проложенными вдоль всей спиральной дорожки диска. Благодаря им появляется возможность так называемого связывания без потерь, т. е. обеспечения связности записываемого видеофайла даже при больших перерывах в передаче данных от ПК. Можно даже редактировать отдельные участки уже записанного файла!

 

Прямая перезапись в DVD+RW

 

Накопители DVD+RW позволяют записывать одно-и двухсторонние диски емкостью соответственно 4,7 и 9,4 Гбайт. Двухслойные диски не поддерживаются.

Формат однократной записи DVD+R, в отличие от CD-R, который предшествовал CD-RW, появился после успешного старта перезаписываемого DVD+RW. Первые накопители DVD+RW/+R начали появляться только весной 2002 г. Один из первых таких накопителей, Ricoh MP5125A, записывает диски DVD+RW и DVD-R на скорости 2,4Х, диски CD-R на скорости до 12Х, CD-RW - до 10Х. Максимальные скорости чтения составляют для DVD 8X, а для CD 32X, времена доступа соответственно 140 и 120 мс.

DVD-R и DVD+R ещё только завоёвывали  массовый рынок, а производители  уже вовсю занимались разработкой  новых, более ёмких форматов. Уже  в 1996 году Phillips, Toshiba и Sony демонстрировали  миру первые прототипы устройств,  использующих сине-фиолетовый лазер для записи информации на диск. Но перед разработчиками стояло множество проблем, связанных с излишним нагревом привода, поиском подходящего записывающего слоя и т.д.

19 февраля 2002 года девять компаний (Hitachi, LG Electronics, Matsushita Electric, Pioneer, Philips, Samsung, Sharp, Sony и Thomson Multimedia) объявили о разработке спецификации на формат оптических дисков нового поколения, получивший название «Blu-ray Disc». Название указывает на основную особенность нового формата – использование сине-фиолетового лазера. Первоначально заявлялась ёмкость 27 Гигабайт на стандартной 12-см болванке.

Уже в августе информация о формате Blu-ray стала достоянием общественности. В сентябре конкуренты в лице компаний Toshiba и NEC представили достойный ответ – формат Advanced Optical Disc (AOD). В октябре тайваньский консорциум AOSRC предложил собственный стандарт HD-DVD.

Прототипы BD - и AOD - приводов стали появляться на различных шоу, например, на Ceatec show в Японии в октябре 2002 года и на выставке Consumer Electronics Show (CES 2003) в январе 2003.

 

Первый прототип будущего HD-DVD	Первый прототип Blu-ray на Ceatec Show 2002

 

Наконец, 13 февраля 2003 года Ассоциация BDA (Blu-ray Disc Association) начала лицензирование нового формата, что практически  означало официальное появление BDA на рынке оптических накопителей и отмашку на начало выпуска коммерческих продуктов на основе Blu-ray.

Оставался всего лишь один вопрос: какой формат выберет DVD Forum – консорциум компаний, взявший на себя обязанности  по стандартизации и сертификации оптических носителей.

В ноябре 2003 года совершенно неожиданно для многих рабочим форматом DVD-ROM дисков следующего поколения была выбрана спецификация HD-DVD, вобравшая в себя AOD от Toshiba и Nec (заметьте, корейский HD-DVD здесь ни при чём). Перевес голосов у HD-DVD был небольшой – 8 против 6.

Появление спецификации HD-DVD было очень  тяжёлым. В то время как сторонников Blu-ray становилось всё больше, а компании анонсировали всё новые прототипы приводов и носителей, DVD Forum пытался добиться единогласия в своих рядах. Спецификация HD-DVD 1.0 была утверждена только 10 июня 2004 года.

3.1. Технические особенности конкурентов

 

Оптические носители нового поколения  объединяет только стандартный размер диска и сине-фиолетовый (а вовсе не голубой, как считает абсолютное большинство русскоязычных пользователей) лазер с длиной волны 405 нм. Переход на более коротковолновый лазер позволяет значительно плотнее размещать информацию на диске, уместив на один слой до 27 Гбайт данных.

HD-DVD

Пожалуй, решающим аргументом в принятии этого стандарта DVD-форумом стала  его преемственность с существующими DVD-дисками. Для перехода на выпуск новой  продукции требуется минимальная  модернизация уже существующих линий. Даже микросхемы в приводах можно оставить прежние: используются те же самые алгоритмы чтения и коррекции данных, требуется лишь сменить оптическую головку.

 

Привод HD-DVD	Диск HD-DVD

 

Оптические болванки имеют прежний  размер и «слоёность». Записывающий слой находится посередине под защитой 0,6 мм пластика.

По сравнению с DVD, расстояние между дорожками и размер питов уменьшились почти в два раза, что позволило увеличить объём диска с 4,7 Гбайт до 15 Гбайт. На данный момент уже принята спецификация двухслойного диска ёмкостью 30 Гбайт. Кроме того, компании Memory Tech и Toshiba планируют создать трёхслойные диски ёмкостью 45 Гбайт.

 

Blu-ray

Привод Blu-ray	Диск Blu-ray

 

Этот формат коренным образом отличается от DVD. В нём используются совершенно новые алгоритмы считывания и  обработки информации, что позволяет  добиться большей гибкости физической структуры накопителей. Например, длина  пита может быть 0,138, 0,149 или 0,160 мкм.

Записывающий слой на диске располагается  всего лишь на расстоянии 0,1 мм от поверхности. В результате уменьшаются искажения  лазерного луча и время отклика. Всё это позволяет значительно снизить размеры питов и расстояния между дорожками по сравнению с обычным DVD. Итог: на BD-диск помещается 23,3, 25 или 27 Гбайт данных.

Утверждена спецификация двухслойных BD-дисков ёмкостью 46,6 и 50 Гбайт. Компания Toshiba выпустила четырёхслойный диск ёмкостью 100 Гбайт.

Одно из слабых мест Blu-ray – очень маленькое расстояние между записывающим слоем и поверхностью – 0,1 мм по сравнению с 0,6 в DVD и HD-DVD. Первоначально единственным способом защиты от повреждений в BD-дисках был картридж. Но затем рядом компаний (например, TDK) были разработаны специальные защитные покрытия, противостоящие царапинам и накоплению грязи, что позволило избавиться от картриджей.

Наилучшей демонстрацией разницы  между тремя поколениями оптических носителей является данная фотография.

 

Размеры питов на CD, DVD и BD

 

Разницу между стандартами Blu-ray и HD-DVD легко почувствовать, взглянув на их основные характеристики представленные в таблице 1, но вот предпочесть какой-либо из них – трудно.

 

Таблица 1.

	CD	DVD	Blu-ray	HD-DVD
Ёмкость штампованного (ROM) однослойного диска, Гбайт	0,68	4,7	23,3/25	15
Ёмкость штампованного (ROM) двухслойного диска, Гбайт	нет	8,5	46,6/50	30
Ёмкость перезаписываемого (RW) однослойного диска, Гбайт	0,68	4,7	23,3/25/27	20
Ёмкость перезаписываемого (RW) двухслойного диска, Гбайт	нет	нет	46,6/50/54	32
Ёмкость однослойного записываемого (R) диска, Гбайт	0,68	4,7	23,3/25/27	15
Ёмкость двухслойного записываемого (R) диска, Гбайт	нет	8,5	46,6/50/54	нет
Максимальная ёмкость существующих прототипов многослойных дисков, Гбайт	1,4	8,5	100	45
Длина волны лазера, нм	780	650	405	405
Апертура	0,45	0,60	0,85	0,65
Мощность луча при чтении, мВт	-	-	0,35	0,5
Защитный слой, мм	1,2	0,6	0,1	0,6
Размер пита, нм	830	410	160 (23,3 Гбайт) 149 (25 Гбайт) 138 (27 Гбайт)	204 (15 Гбайт)
Расстояние между дорожками, нм	1600	740	320	400
Скорость передачи данных, Мбит/с	-	11,1	36 (1x) 72 (2x) 54 (video BD-ROM)	36,5 (1x)
Поддержка Java	нет	нет	есть	нет
Поддерживаемые кодеки	-	MPEG2	MPEG2 MPEG4 AVC VC-1	MPEG2 MPEG4 AVC VC-1
Система защиты данных	-	CSS	AES	AACS

 

Новые форматы приходят на рынок  только тогда, когда в них есть потребность. DVD-диски получили столь широкое распространение по двум причинам:

1) на них помещаются видеофильмы  в более хорошем качестве, чем  на CD;

2) размеры дистрибутивов программ, баз данных и игр стали в  разы превышать вместимость CD-дисков.

Ёмкости двухслойного DVD-ROM на данный момент с лихвой хватает на все возможные нужды обыкновенного пользователя.

Но ведь есть и необыкновенные. Те, кто прикупил себе DLP-телевизор  или плазменную панель, поддерживающую разрешение 1080i, и собирается записывать наиболее интересные телепередачи на оптические диски. Поток HDTV, в котором, будем надеяться, в далеком будущем будут вестись телетрансляции и в России, требует для хранения значительно больше места, чем могут себе позволить DVD. Например, на двухслойный BD-ROM ёмкостью 50 Гбайт поместится не более двух с половиной часов высококачественного видео (в стандартном качестве удастся записать 13 часов).

Для более плотной упаковки данных оба новых формата, кроме стандартного кодека MPEG2, поддерживают ещё несколько: MPEG4 AVC (так же известный как H.264) и Microsoft VC-1. Дело в том, что при кодировании видеоданных 1080i в формат MPEG2 становятся видны артефакты изображения, вызванные сжатием, да и скорость потока возрастает до 20-25 Мбит/с. Тот же MPEG 4 AVC может снизить поток в 3-4 раза без потери качества.

Blu-ray и HD-DVD обеспечивают возможность  одновременного чтения данных  с диска и записи новой информации  Кроме того, Blu-ray будет поддерживать Java-приложения, что позволит повысить  уровень интерактивности видеодисков.  Например, при запуске такой видеодиск сможет самостоятельно зайти на сайт производителя и скачать титры на нужном языке.

Важное место в разработке стандартов уделено вопросам защиты контента от копирования. Как известно, защита CSS, применяемая на DVD, была успешно сломана, что дало возможность беспрепятственно копировать видеофильмы (не это ли так быстро сделало формат популярным, а диски одноразовой записи – самыми раскупаемыми?). В оптических дисках нового поколения будут использоваться более продвинутые методы.

Blu-ray использует 128-битное шифрование Advanced Encryption Standard (AES), при котором ключ меняется через каждые 6 кбайт данных. В итоге расшифровка одного ключа дает злоумышленнику доступ к 6 кбайт данных. Сами понимаете, сломать такую защиту невозможно (на данный момент).

HD-DVD использует улучшенную версию  метода CSS - Advanced Access Content System (AACS). Плюс к нему – вторая степень защиты Self Protecting Digital Content (SPDC). AACS генерирует для каждого привода собственный 128-битный ключ Device Key (DK). Каждый диск имеет собственный ключ Media Key Block (MKB), который может работать только с определенным набором DK. Если какой-либо набор ключей DK будет заподозрен в противоправных действиях, MKB обновляется, и соответствующий набор DK попадает в черный список – содержимое диска на таком приводе воспроизвести не удастся.

В таком подходе можно найти  изъяны, которые могут причинить  кучу неудобств ни в чем не повинному  пользователю, но, тем не менее, защита получается агрессивно-надежной. Возможно, это поможет кинокомпаниям защититься от пиратов и заработать сумасшедшую кучу денег.

Да, это действительно так. В  настоящее время форматы Blu-ray и HD-DVD рассчитаны в первую очередь на киноиндустрию. Именно «киношники» задают темп и платят деньги. Пользователям лишь останется посмотреть на репертуар вышедших на BD и HDVD фильмов и решить, какой привод купить.

В настоящий момент война форматов закончилась. Победил формат Blu-ray. Кинокомпании поддерживающие формат HD-DVD в настоящий момент решили отказаться от данного формата и обратили свое внимание на формат Blu-ray.