Справочник DVD

DVD

DVD — это семейство оптических дисков, одинакового размера с компакт-дисками (CD), но значительно большей емкости хранения, достигнутой за счет увеличения плотности записи.

Появление DVD. DVD-форум

В основе появления DVD дисков лежала идея разработать такой носитель информации, который мог бы одинаково успешно использоваться в звуковой и видео аппаратуре, в компьютерной технике, игровых приставках. Это обеспечило бы сближение разных областей электроники.

Название DVD первоначально означало Цифровой Видео Диск (Digital Video Disc). Позднее в связи с принятием решения о расширении функций DVD аббревиатура стала читаться иначе — Цифровой Универсальный Диск (Digital Versatile Disk).

О разработке формата DVD был официально объявлено в сентябре 1995 г. группой из 10 компаний: Hitachi, JVC, Matsushita, Mitsubishi, Philips, Pioneer, Sony, Thomson, Time Warner и Toshiba. В мае 1997 г. на базе этого консорциума был создан DVD-форум — открытая для вступления организация, насчитывающая сегодня более 200 членов.

Основные задачи этой организации — развитие и продвижение формата DVD, выработка согласованных спецификаций, а также лицензирование деятельности предприятий в области DVD технологии. В рамках форума действуют специальные рабочие группы по различным аспектам DVD технологии. На ряд спецификаций приняты международные стандарты.

Важнейшие преимущества DVD технологии

Сегодня DVD — это уже широко распространенная, проверенная временем и в тоже время динамично развивающаяся технология с огромным потенциалом.

• запись и воспроизведение высококачественного видео и аудио в реальном времени, эффективная работа с компьютерной мультимедийной информацией, а также обеспечение эффективного произвольного доступа к данным, хранимыми в виде множества мелких файлов;
• объем диска до 4,7 ГБ (около 2-х часов MPEG-2) на сторону для записи в один слой и 8,5 ГБ на сторону для двуслойной записи;
• возможность записи информации в два слоя на каждую из сторон;
• единая файловая система UDF;
• возможность записи и многократной перезаписи DVD дисков;
• обратная совместимость с существующими CD-дисками — геометрические размеры DVD и CD дисков идентичны, все DVD оборудование способно читать диски CD-Audio и CD-ROM (спецификация MultyRead).

Первые форматы DVD

Технология DVD первоначально опиралась 3 основных формата, наличие которых определено специфическими требованиями для различных областей применения DVD:

• DVD-ROM используется для записи данных, в том числе мультимедийных, используемых в компьютерных технологиях;
• DVD-Video применяется при записи видеоматериалов для их дальнейшего просмотра на видеотехнике или с помощью присоединенного к компьютеру DVD-ROM привода. Формат обеспечивает защиту от нелегального копирования информации;
• DVD-Audio используется при записи высококачественного многоканального звука. Кроме того, DVD-форумом рекомендована дополнительная поддержка видео, графики и другой информации.

Эти форматы описывали диски, предназначенные только для чтения. Информация на такие диски помещается один раз — в процессе их производства. С развитием технологии DVD появились спецификации дисков, обеспечивающие пользователям дисков запись и перезапись информации. Однако основные участники форума не смогли договориться о единой спецификации на такие диски из-за стремления сохранить самостоятельный контроль над своими авторскими техническими разработками. В результате появилось несколько конкурирующих спецификаций (форматы DVD-RAM, DVD-RW, DVD+RW). Рассмотрим перечень развиваемых сегодня форматов DVD дисков.

Развиваемые форматы DVD

Только для чтения

• DVD-ROM
• DVD-Video
• DVD-Audio

Для многократной перезаписи

• DVD-RAM
• DVD+RW (не поддержан DVD форумом)
• DVD-RW

Для одноразовой записи

• DVD-R (G)
• DVD-R (A)

Для видеозаписи

• DVD-VR

Совместимость

Разработчики не смогли достичь единого подхода при выработке формата записываемых дисков. Конкуренция предопределила отсутствие поддержки одним устройством нескольких записывающих форматов. Поэтому диски, записанные в одном из форматов, как правило, не читаются на приводах других записываемых форматов. Попытка преодолеть разобщенность записывающих форматов предпринята компанией Panasonic, которая в апреле 2001 г. представила устройство, работающее с форматами DVD-RAM и DVD-R(G).

Некоторые устройства могут не понимать тот формат дисков DVD, который был предложен уже после их выпуска. Естественно, бытовая электроника может быть ориентирована на вполне конкретный сегмент потребительского рынка (DVD-Audio, DVD-Video, оба формата), и не обязательно должна обеспечивать чтение компьютерных дисков, что и определено DVD-форумом. В то же время компьютерные дисководы одинаково хорошо работают с видео, аудио, мультимедийными и другими компьютерными дисками.

Файловая система UDF

Большим достижением в обеспечении совместимости в технологии DVD стала принятая в 2000 году единая файловая система MicroUDF. Файловая система MicroUDF — это адаптированная для применения в DVD версия файловой системы UDF (Universal Disk Format), которая, в свою очередь, основана на международном стандарте ISO-13346. Эта файловая система постепенно идет на смену устаревшей ISO9660, созданной в свое время для использования в компакт-дисках. На переходный период (пока не выйдут из обращения компьютерные устройства и диски, работающие в формате ISO9660) будет использоваться файловая система UDF Bridge, которая является некоторой комбинацией MicroUDF и ISO9660. Для записи Audio/Video DVD дисков может использоваться только MicroUDF.

Возможности файловой системы MicroUDF следующие:

• независимость от используемой программно-аппаратной платформы (в этом смысле UDF — оптимальный выбор в архивных системах);
• большая емкость. Весь диск может быть представлен в виде единственного тома;
• оптимальная скорость передачи. Скорость чтения и записи данных в формате UDF может быть выше, чем производительность многих «родных» файловых систем, когда предаются большие файлы (например, в мультимедийных системах)
• максимальные возможные размеры файла;
• использование шрифтового формата UNICODE, что обеспечивает эффективную интернациональную поддержку;
• поддержка расширенных файловых атрибутов, что используется в некоторых «родных» операционных системах;
• поддержка длинных имен файлов с расширением ограничений операционной системы. Максимальная длина имени файла 255 символов;
• взаимозаменяемость DVD дисков в бытовой электронике и компьютерных системах.

При использовании MicroUDF на одном DVD-диске можно одновременно хранить видеофильмы, аудиозаписи, оцифрованные фотографии и компьютерные файлы. Этим обеспечивается межплатформенная совместимость, т. е. DVD-диск становится единым носителем для Macintosh, DOS/Windows, OS/2, UNIX.

Перспективы DVD

Наличие разных стандартов и спецификаций не говорит о том, что DVD технология стоит на месте. Усилия различных компаний сегодня направлены на внедрение технологии «голубого лазера» — с меньшей длиной волны. Это позволит увеличить плотность записи на дисках с вытекающим отсюда улучшением и других характеристик.
Компания Calimetrics Inc предложила технологию ML (multilevel), позволяющую в три раза повысить емкость стандартного DVD/CD. При этом нет необходимости совершать какие-либо доработки в механизме и оптике существующих приводов. Для внедрения новой технологии достаточно воспользоваться набором микросхем, разработанного этой компанией. Суть технологии заключается в возможности использовать в качестве информационной характеристики глубину питов (до 8 уровней) при работе с дисками. Отметим, что аналогичную технологию, но для CD дисков, разрабатывает компания TDK в сотрудничестве с другими фирмами.

Форматы DVD только для чтения

DVD-ROM (Digital Versatile Disc Read Only Memory)

Диски формата DVD-ROM предназначены для использования в компьютерной технике. Информация заносится на диск единственный раз — при его производстве.

Прогресс устройств DVD во многом повторяет путь, пройденный CD, и направлен главным обазом на улучшение скоростных характеристик и введение функции записи. Устройства DVD-ROM первого поколения использовали режим CLV и считывали с диска со скоростью 1.38 Мб/с (в традиционном обозначении для DVD это 1х). Устройства второго поколения могли читать DVD с вдвое большей скоростью — 2х (2.8 Мб/с). Современные DVD-ROM — устройства третьего поколения — используют режим контроля вращения (CAV) с максимальной скоростью чтения 4х-6х (5.5 — 8.3 Мб/с) и более. Современные DVD-ROM приводы (дисководы) поддерживают чтение практически всех форматов, включая диски CD.

DVD-Video

Формат DVD-Video предназначен для хранения и воспроизведения видео. Как и DVD-ROM, эта спецификация определяет возможность только чтения информации — воспроизведение записей с помощью видеоплееров (видеорекодеров). Спецификация базируется на формате DVD-ROM, но предусматривает специальный способ размещения данных, предотвращающий возможность побитового копирования дисков. Видеоматериалы в закодированном виде размещаются на диске в процессе его производства. Воспроизведение DVD-video возможно только на бытовых видеоплеерах (видеорекодерах) или на DVD-дисководах, подключенных к компьютеру. При использовании компьютерного оборудования декодирование информации осуществляется либо аппаратно, либо программными средствами. Современная спецификация обеспечивает запись на диск высококачественного видео (до 2-х часов в формате сжатия MPEG-2), а также многоканальное звуковое сопровождение на 8 языках, выбор экранного формата, титры на 32 языках, интерактивное управление посредством экранного меню, до 9 угловых направлений просмотра, защиту от нелегального копирования, разграничение просмотра видеопродукции по регионам, управление доступом детей к видеоматериалам.

DVD-Audio

Новое поколение музыкального формата после CD. Спецификацией формата определены высококачественный многоканальный звук, поддержка широкого диапазона качества звука (квантование 16, 20, 24 бит при частоте от 44,1 до 192 кГц), воспроизведение DVD плеерами CD дисков, поддержка дополнительной информации (включая видео, текст, меню, заставки, удобную навигационную систему), связь с осуществляющими информационную поддержку web-сайтами, расширение возможностей при появлении новых технологий.

Существуют две версии формата DVD-Audio: просто DVD-Audio — только для звукового содержания и DVD-AudioV — для звука с дополнительной информацией.

Выработаны специальные меры защиты дисков от пиратского копирования.

Форматы DVD для многократной записи

Многократная запись

Все известные спецификации перезаписываемых DVD дисков используют технологию многократной записи, основанную на физическом принципе смены фазового состояния (кристаллическое/аморфное) информационного слоя под воздействием лазера с длиной волны 650 (635) нм (phase-change recording). Считывание информации осуществляется путем определения оптических характеристик информационного слоя в различных его фазовых состояниях при отражении лучей лазера (того же, что и при записи).

Материал для многократной записи

В качестве рабочего используется материал AVIST, созданный компанией TDK в 1995 году. Характеристики этого материала практически идеально удовлетворяют требованиям технологии перезаписи DVD-дисков:

• высокая отражающая способность — до 25-35 %, что вполне достаточно для совместимости DVD-дисков при воспроизведении;
• легкость замены фазового состояния как при высоких, так и при низких скоростях записи, что особенно важно при работе с различными приложениями. Приложения, работающие с перезаписываемыми компакт-дисками (например CD-E), осуществляют запись со скоростью менее 3 м/с. Работа с данными в формате DVD-RAM требует от рабочего слоя более высокой скорости записи — от 3 до 6 м/с. При работе с видеоинформацией, подвергнутой компрессии, скорость записи должна превышать 6 м/с;
• отличное соотношение сигнал-шум и характеристики изменения фазы позволили компании TDK добиться сверхмалых размеров маркера (менее 0,66 мм);
• AVIST выдерживает как минимум 1000 циклов перезаписи даже на скоростях менее 3 м/с. При более высоких скоростях записи количество циклов перезаписи возрастает.

Каждый из форматов имеет свои достоинства и недостатки, что определило их области применения. Наиболее распространенным на сегодня является формат DVD-RAM в силу более низкой стоимости работающих с ним приводов и дисков.

DVD-RAM (Digital Versatile Disc Random Access Memory)

Перезаписываемый формат, разработанный компаниями Panasonic, Hitachi, Toshiba.

Формат одобрен DVD-форумом в июле 1997 г. Оборудование и диски этого формата тестировались в течение 3-х месяцев в более чем 20 компьютерных компаниях-производителях всего мира. Свыше 160 участников форума проголосовало за принятие спецификации. На сегодня это самый распространенный DVD формат в компьютерной индустрии.

DVD-RAM приводы читают диски DVD-ROM. В свою очередь, диски DVD-RAM могут быть прочитаны только приводами DVD-ROM так называемого третьего поколения, выпускаемыми с середины 1999 г.

Первое поколение дисков DVD-RAM вмещало 2.6 ГБ на сторону. Диски современного — второго — поколения несут 4.7 ГБ на стороне или 9.4 ГБ для двусторонней модификации.

Выпускаются два типа односторонних DVD-RAM дисков — в картридже и без картриджа. Диски в картридже в основном предназначены для бытовой видеоаппаратуры, где необходимо исключить влияние внешних факторов при интенсивном ручном использовании. Картриджи в свою очередь могут быть двух видов — открываемые и цельные.

Важнейшие достоинства дисков формата DVD-RAM — это возможность перезаписи до 100 000 раз и наличие механизма коррекции ошибок записи.

Самое большое число циклов перезаписи среди всех DVD, механизм коррекции ошибок и произвольный доступ к диску как при записи, так и при чтении предопределили максимальную эффективность этого формата во вторичных устройствах хранения данных. Подавляющее большинство устройств массового хранения информации — роботизированные DVD библиотеки — использует именно эту технологию.

Диски DVD-RAM могут использоваться для записи и воспроизведения потокового видео на оборудовании, поддерживающем спецификацию DVD-VR (см. ниже).

DVD+RW (Digital Versatile Disc ReWritable)

Формат DVD+RW продвигается только его разработчиками — компаниями Hewlett-Packard, Mitsubishi Chemical, Philips, Ricoh, Sony и Yamaha (не поддержан DVD-форумом).

На дисках DVD+RW можно записать как потоковое видео или звук, так и компьютерные данные. Диски формата DVD+RW могут быть перезаписаны около 1000 раз.

На базе DVD+RW создан формат записи потокового видео — DVD+RW Video Format. Устройства и диски, работающие в этом формате, позиционируется на рынке как полностью совместимые с оборудованием, работающим в форматах DVD-Video. Это значит, что диски DVD+RW, содержащие видеоматериалы, могут быть воспроизведены на выпущенной ранее бытовой аппаратуре DVD.

Компания Philips заявила о начале выпуска своего DVD видеорекордера в сентябре 2001 г. Диски формата DVD+RW, записанные на этом устройстве, также читаются обычными DVD-Video плеерами. Это решение было предложено как ответный шаг на принятую DVD форумом спецификацию DVD-VR (см. ниже).

DVD-RW (Digital Versatile Disc ReRecordable)

Встречаются другие названия этого формата: DVD-R/W и реже DVD-ER.

DVD-RW — формат многократной записи, разработанный компанией Pioneer. Диски формата DVD-RW вмещают 4,7 ГБ на одну сторону, выпускаются в односторонней и двусторонней модификациях и могут быть использованы для хранения видео, аудио и других данных.

Диски формата DVD-RW могут быть перезаписаны до 1000 раз. В отличие от форматов DVD+RW и DVD-RAM диски DVD-RW могут быть прочитаны на приводах DVD-ROM первого поколения.

Компания TDK заявляет, что долговечность выпускаемых ею дисков DVD-RW составляет около 100 лет.

Форматы DVD для однократной записи

DVD-R (Digital Versatile Disc Recordable)
DVD-R — формат однократной записи, разработанный компанией Pioneer. Устройства на базе этого формата были первыми, которые записывали на дисках DVD. Технология записи аналогична используемой в CD-R и базируется на необратимом изменении под воздействием лазера спектральных характеристик информационного слоя, покрытого специальным органическим составом.

На диски DVD-R могут быть записаны как компьютерные данные, мультимедийные программы, так и видео/аудио информация. В зависимости от типа записанной информации диски могут быть прочитаны на других, совместимых с записанным форматом типах устройств, включая DVD-Video видеоплееры и большинство DVD-ROM приводов. Односторонние диски DVD-R вмещают 4,7 или 3,95 ГБ на сторону. Двусторонние диски выпускаются только общей емкостью 9,4 ГБ (4,7 ГБ на сторону). В настоящее время формат не поддерживает технологию записи в два слоя.

Долговечность дисков DVD-R оценивается сроком более 100 лет.

Для защиты от нелегального копирования разработаны две спецификации: DVD-R(A) и DVD-R(G). Две эти версии одной спецификации используют различную длину волны лазера при записи информации. Таким образом, диски могут быть записаны только на соответствующем их спецификации оборудовании. Воспроизведение дисков может осуществляться одинаково успешно на любом оборудовании, поддерживающем формат DVD-R.

DVD-R(A) (DVD-R for Authoring) используется в профессиональных приложениях. В частности, поддержка специального формата (Cutting Master Format) позволяет применять эти диски для записи исходной реплики информации (пре-мастеринг) вместо обычного использования для этих целей DLT лент.

DVD-R(G) (DVD-R for General) предназначена для более широкого применения. Диски этого формата защищены от возможности побитового копирования на них информации с других дисков. Формат поддерживается в устройствах массового хранения (например, в роботизированных DVD библиотеках, предлагаемых самой компанией Pioneer).

DVD-VR

Спецификация DVD-VR основана на DVD-RAM и поддержана DVD-форумом. Формат DVD-VR позволяет записать в реальном времени до 2 часов высококачественного видео в формате MPEG-2 на односторонний диск DVD-RAM емкостью 4,7 ГБ и обеспечивает такие возможности, как редактирование уже записанных видеоматериалов, запись различных типов статических изображений. Электронику на базе этого формата выпускают, к примеру, компании Panasonic, Toshiba, Samsung, Hitachi.

Справочные таблицы

Таблица 1. Емкости DVD дисков

Формат	Спецификация	Количество сторон	Количество слоев на сторону	Емкость, ГБ*
DVD-Video и DVD-ROM	DVD-5	1	1	4.7, или более 2 часов видео
	DVD-9	1	2	8.5, или более 4 часов видео
	DVD-10	2	1	9.4, или более 4,5 часов видео
	DVD-14	2	1+2	13.2, или более 6,5 часов видео
	DVD-18	2	2	17.1, или более 8 часов видео
DVD-RAM (DVD-VR)	DVD-RAM 1.0	1	1	2.6
		2	1	5.2
	DVD-RAM 2.0	1	1	4.7
		2	1	9.4
DVD-R	DVD-R 1.0	1	1	3.9
	DVD-R 2.0	1	1	4.7
		2	1	9.4
DVD-RW	DVD-RW 2.0	1	1	4.7
		2	1	9.4

* 1ГБ — 1 миллиард байт

Таблица 2. Основные параметры DVD дисков последних модификаций

Параметр	Тип диска
	DVD-ROM	DVD-RAM	DVD-RW	DVD+ RW	DVD-R
Емкость одной стороны	4,7 ГБ	4,7 ГБ	4,7 ГБ	4,7 ГБ	4,7 ГБ
Длина волны лазера	650	650	650	650	650 (G) 635 (A)
Отража- тельная способность	18-30% (двух- слойного)	15-25% (2,6)		18-30%
Способ записи	Оттиск с матрицы при производстве	Смена фазы	Смена фазы	Смена фазы	Смена цвета красителя
Форма записи	Не применимо	Wobbled Land& Groove	Wobbled groove	Wobbled groove	Wobble pre-groove
Межтре- ковое расстояние	0,74 мкм	0.615 мкм		0.74 мкм	0.74 мкм
Минимальная длина пита	0,40	0,28			0,40
Число зон	Не применимо	35	Не применимо	Не применимо	Не применимо
Способ контроля вращения*	CAV	ZCLV CAV в пределах зоны	CLV	CLV (для видео) или CAV (для данных)	CLV
Скорость записи данных	до 8,31 МБ/с (чтение)	2,77 МБ/с		11-26 Mbit/s,	2,77 МБ/с
Файловая система	Micro UDF и/или ISO9660	UDF/UDF Bridge	UDF/UDF Bridge	UDF/UDF Bridge	Тип1 UDF Bridge Тип2 UDF
Стоимость односторон- него диска (дисковода)		$20-30($500)			$10-15 ($1000)

* CLV — (Constant Linear Velocity) постоянная линейная скорость

CAV — (Constant Angular Velocity) постоянная угловая скорость

ZCLV — (Zone Constant Linear Velocity) зонная постоянная линейная скорость

Форматы DVD дисков	Типы DVD приводов
	DVD-RAM		DVD-RW		DVD-R(G)		DVD-R(A)		DVD+ RW		DVD-Video		DVD-Audio		DVD-player (универ.)
	Ч	З	Ч	З	Ч	З	Ч	З	Ч	З	Ч	З	Ч	З	Ч	З
DVD-ROM	+	−	+	−	+	−	+	−	+	−	+	−	−	−	+	−
DVD−R(G)	+	−	+	+	+	+	+	−	+	?	+	−	+	−	+	−
DVD−R(A)	+	−	+	−	+	−	+	+	+	−	−	−	+	−	+	−
DVD−RAM	+	+	−	−	−	−	−	−	−	−	−	−	+	−	+	−
DVD-RW	+	−	+	+	+	+	+	−	+	−	+	−	+	−	+	−
DVD+RW	−	−	+	−	+	+	+	−	+	+	+	−	+	−	+	−
DVD-Video	+	−	+	−	+	−	+	−	+	−	+	−	−	−	+	−
DVD-Audio	+	−	+	−	+	−	+	−	+	−	−	−	+	−	+	−
DVD-AudioV	+	−	+	−	+	−	+	−	+	−	+	−	−	−	+	−

Примечание — в некоторых случаях «+» означает, что чтение или запись не противоречат спецификациям DVD форума, однако такие устройства могут пока быть не представлены на рынке.
«-» означает, что спецификацией не определено обязательное требование по чтению или записи, однако на рынке могут быть устройства, обеспечивающее эту возможность