Ехнология Blue-Ray - преемник DVD

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ЗАПОРОЖСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

 

Кафедра КСС

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

по теме:

«Технология Blue-Ray - преемник DVD»

с дисциплины «Периферийные устройства»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент группы ИВТ-613

  Ефименко С.Н.

 

 

Проверил: Рыбин В.О.

 

 

 

Запорожье

20005  

Содержание 

Вступление

Если в аудио на массовом рынке  сейчас начинается серьезный спор между  технологиями DVD-A и SACD, то для видео  мы наблюдаем - DVD vs Blu-Ray. При этом ситуации зеркально подобны, поскольку SACD и Blu-Ray - это технологии будущего, сегодня доступные только по очень высоким ценам.

Их приход на потребительский рынок  рассчитывается примерно в одно и  тоже время - начиная с 2004 года, хотя первые модели приводов находятся в  промышленном производстве уже сейчас. За SACD и Blu-Ray стоят ведущие производители мира, а возможности, которые сможет получить обыкновенный пользователь в ближайшем будущем просто впечатляют.

Так уж повелось, что эволюция в  области компьютерных технологий происходит быстрее, чем в остальных технических отраслях. И с течением времени период, за который мощность компьютера удваивается, становится все меньше и меньше. До 1 ГГц процессоры шли 22 года, а до 2 ГГц - всего лишь полтора. Объем винчестера растет как на дрожжах, 160-180 гигабайт - это уже обыденность, а ведь совсем недавно для достижения таких объемов конструировались целые RAID-массивы из десятков жестких дисков. Миниатюризация, увеличение быстродействия, скорости передачи данных, увеличение плотности записи - вот что мы слышим каждый день, вот что появляется каждый день на новостных страницах Интернета. Объемы, скорости, частоты - все это удваивается, учетверяется, удесятеряется и все это никого уже не удивляет. Но есть область, в которой на фоне успехов на других фронтах до последнего времени царил, казалось бы, полный застой. Это область сменных носителей информации.

Действительно, в этой области, как  и двадцать лет назад продолжает лидировать старичок CD-ROM. Правда, за эти  годы он подрос с 650 Мб до 700 Мб, а благодаря  стараниям TDK местами даже и до 800 Мб, но, увы, в наш насыщенный информацией век такие объемы становятся явно недостаточными. Столь долгой жизнью CD-ROM обязан не в последнюю очередь форматам сжатия звука (MP3) и видео (MPEG4, DivX;-)), благодаря которым в столь мизерный объем стало возможным запихивать огромные массивы музыки и целые фильмы. Конечно, качество страдает, но народ у нас невзыскательный и в конечном итоге все равно выходит качественнее и долговечнее, чем переписанные аудио и видеокассеты.

В последнее время более взыскательная публика открыла для себя DVD (digital versatile disc). Именно в последнее время, хотя этому формату насчитывается уже 8 лет. Причин столь медленного продвижения множество. Вначале на рынке царил дикий разнобой форматов DVD. Если в случае с CD компания-изобретатель SONY четко дала спецификации данного устройства, которых придерживались все производители, то в случае с DVD вышло с точностью наоборот - каждый из производителей предлагал свою версию DVD привода, с разным максимальным объемом носителя, с разной механикой и даже с разной длиной волны читающего лазера, что в начале частенько приводило к ситуации, когда на DVD приводе из 10 дисков читались только один-два. На следующем этапе распространения DVD сдерживающим фактором стала, прямо скажем, нелепая попытка обуздать пиратство с помощью введения зон. За несколько лет экспансии DVD диски из разных зон настолько перемешались между собой, что стало проблематичным найти диски именно под свой дисковод. К тому же мгновенно в сети Интернет появились взломанные мультизональные прошивки DVD приводов и специальные программы, обнуляющие счетчики проигранных дисков. Опытные пользователи решили проблемы с зонами в обход производителей, ну а неопытных вся эта канитель только отпугнула от приобретения DVD привода. Не в последнюю очередь в медленном продвижении DVD сыграли высокая стоимость дисков и их относительная редкость. Например, в России в свободной продаже DVD диски массово появились совсем недавно.

Но постепенно все стало налаживаться. Производители самостоятельно стали убирать ограничения на зоны из своих приводов. Так, например, программа PowerDVD сообщила об одном недавно вышедшем DVD-приводе NEC, что "данное устройство имеет номера зон 1, 2, 3, 4, 5". Приводы стали совместимы, появилось что-то похожее на единый стандарт. DVD фильмы появились широкой продаже, их стали даже дублировать на русском языке. Цена на диски упала. Появились пиратские диски, которые составили ценовую конкуренцию (увы, только ценовую, о качестве говорить не приходится) лицензионным дискам. Пользователи, обнаружив, что DVD-приводы не намного дороже CD-ROM стали постепенно затовариваться данными устройствами. Появились пишущие DVD-приводы, правда за бешенные деньги и сразу в лице трех несовместимых между собой форматов: DVD-RAM (Panasonic), DVD-RW (Pioneer) и DVD+RW (Philips). Наконец-то для DVD замаячило светлое будущее. Но это будущее было стремительно перечеркнуто в феврале 2002 года синим лучом - технологией Blu-Ray Disc.

Япония, Токио, 19 февраля 2002 представители девяти лидирующих высокотехнологических компаний Sony, Matsushita (Panasonic), Samsung, LG, Philips, Thomson, Hitachi, Sharp и Pioneer на совместной пресс-конференции объявили о создании и продвижении нового формата оптических дисков большой емкости под названием Blu-Ray Disс, этим самым возможно подписав смертный приговор DVD. Согласно объявленной спецификации Blu-Ray Disс - перезаписываемый диск следующего поколения со стандартным CD/DVD размером 12 см с максимальной емкостью записи на один слой и одну сторону до 27 Гб .

Собственно, назвать Blu-Ray принципиально  новым форматом нельзя - это скорее эволюция формата DVD. Как следует  из названия в Blu-Ray для записи и воспроизведения  диска вместо красного лазера, который  используется в DVD и CD-ROM, применен синий лазер (blue-violet laser). У синего лазера длина волны составляет 405 нанометров, что значительно меньше длины волны красного лазера (650 нм). Меньшая длина волны - соответственно меньшая интерференция отраженного луча, соответственно можно сделать толщину дорожку данных тоньше, что приводит к значительному увеличению емкости носителя. Толщина дорожки у Blu-Ray диска в два раза меньше, чем у DVD. Единственно, что внушает опасение - тот факт, что энергетика синего лазера выше, чем у красного, что должно приводить к значительному разогреву поверхности диска. По-видимому, Blu-Ray приводы потребуют мощного охлаждения.

Для технологии DVD стали применять  лазер с более короткой длиной волны 650 или 635 нм, и это позволило  увеличить емкость. В стандартном виде было достигнуто рекордное на то время значение в 4,38 Мб. Но это не стало пределом, так как практически сразу разработчики предложили новые технологии по удвоению плотности записи информации - появились двухслойные и двухсторонние диски.

Двухслойность достигается за счет внедрения полупрозрачного слоя, который прозрачен для света с одной длиной волны и отражает свет другой длины волны. При этом геометрические размеры DVD-дисков остались такими же как и у CD, что позволило выпускать гибридные устройства, способные воспроизводить как обычные компакт-диски, так и DVD. Рекордная емкость DVD-дисков стала равна 15,9 Гб (по 7,95 Гб на каждую сторону двухслойного диска).

В технологии Blu-Ray используется синий  лазер с длиной волны 405 нм. Такое  уменьшение позволило сузить дорожку в два раза больше, чем у обычного DVD-диска до 0,32 микрон, и увеличить плотность записи данных. Уменьшение толщины защитного слоя в шесть раз (0,1 мм вместо 0,6 мм) предоставило возможность проведения более качественного и корректного течения операций чтения/записи.

Помимо этого у BLU-Ray приводов увеличено  значение числовой апертуры линзы (NA - Numeric Aperture) с 0,6 до 0,85. Новый формат обеспечивает рекордную скорость передачи данных 36 Mbps, при общей емкости диска 23.3GB/25GB/27GB. В данном случае мы говорим о дисках, имеющих геометрические размеры обычного CD (120 мм в диаметре). Но это далеко не все, на что рассчитывают разработчики Blu-Ray. Например, Philips выпустила 30-мм диски и привод к ним.

Емкость таких носителей информации составляет 1 Гб. Эта разработка предназначается для пользователей портативных устройств и мобильных телефонов. Но если мы сейчас говорим о Blu-Ray-диске (BD), то подразумеваем принятый стандарт - размеры как у CD (120 мм в диаметре), емкость - 27 Гб.

 

На этой схеме показана основная разница между конструкциями  однослойных DVD и BD-дисков - меньшая  ширина дорожек на BD позволяет увеличить объем носителя в пять раз.

 

За счет чего достигается большая  плотность записи? Увеличение числовой апертуры линзы с 0,6 до 0,85 позволяет увеличить плотность записи в два раза, а более короткая длина волны - в 2,6 раза. Умножая два коэффициента друг на друга мы получаем искомый результат - увеличение емкости по сравнению с DVD в пять раз.

 

Здесь мы можем увидеть преимущества более тонкого защитного слоя в случае, когда чтение производится с наклоненной поверхности диска. Из иллюстрации становится понятно, что технология чтения данных Blu-Ray предлагает более толерантный помехоустойчивый вариант.

Согласно  спецификации Диска Blu-луча, 1x скорости определена, как 36Mbps. Однако, так как  фильмы будут требовать скорость передачи 54Mbps данных, минимальная скорость, которую мы ожидаем видеть, - 2x (72Mbps). Если мы принимаем на себя скорость максимального дискового вращения 10,000 ОБОРОТА в минуту, то 12x  должно быть возможно (о 400Mbps). Вот почему Ассоциация. Диска Blue-Ray уже имеет планирует поднять скорость к 8x (288Mbps) или более в будущем.

Blu-Ray диски  предназначены большей частью  для записи цифрового видео.  Так, например, их хватит для  того, чтобы записать до 2 часов  в формате HDTV (телевидения высокой  четкости) со скоростью передачи данных более 24 Mbps или более 12 часов видео с 4 Mbps (SDTV/VHS). Ожидается, что с массовым приходом цифрового телевидения стандарт HDTV станет необходимым апгрейдом для тех, кто стремится к качеству. Устройства Blu-Ray позволяют производить качественную (самую качественную на сегодня) запись телепрограмм, фильмов, сигнала с цифровых камер и т.п.

 

В марте  этого года был стандартизирован вариант Blu-Ray-дисков с емкостью 27 Гб (иногда он называется BD-27). На сегодня уже имеются двухслойные диски с удвоенным значением - 46,6/50/54 Гб соответственно. Сейчас выпуском именно дисков занимаются такие производители как Sony, JVC, TDK, Samsung. В скором будущем их станет намного больше.

 

Покрытие Blu-Ray на которое записываются данные (optical transmittance protection layer) очень  тонкое - 0.1 мм. Из этого факта можно  сделать 3 вывода. Первое - чем тоньше слой, тем меньше рассеяние отраженного луча и больше данных можно вместить на квадратный дюйм, то есть тонкий слой - это необходимость для достижения большой емкости диска. Второе - настолько тонкий слой позволит без проблем сделать диск многослойным (по крайне мере двухслойным, как DVD), так как уменьшается рефракция луча отраженного от более глубокого слоя. Третье - настолько тонкий слой легко повредить, следовательно Blu-Ray Disс потребует защиты, то есть будет упакован в пластиковую оболочку, наподобие MiniDisk от Sony. Последний факт, к сожалению, говорит о том, что цены на Blu-Ray приводы возможно будут существенно выше, чем на DVD, так как, если бы Blu-Ray Disc оставался бы диском без упаковки, то производители смогли бы использовать корпуса и механику от DVD-приводов без переделки, сменив лишь лазер и декодирующую микросхему, а так придется начинать практически с нуля. Возможен компромиссный вариант, когда односторонние диски относительно малой емкости (23-27 ГБ) будут производиться без упаковки и иметь соответствующие приводы, мало отличающиеся от DVD-приводов по внешнему виду и по цене, такие объемы для домашних мультимедийных компьютеров на первое время более чем достаточны, по крайне мере объем Blu-Ray диска в разы превосходит DVD, а для пользователей весьма важна цена. Потребители голосуют рублем, неважно зеленый он или нет, соответственно, чем меньше будет начальная стоимость Blu-Ray для домашнего и мультимедийного сектора, тем быстрее он наберет популярность. Так же диски этого формата будут использоваться для цифровых пишущих видеоплееров нового поколения, так как на один Blu-Ray Disc умещается до 13 часов видеоинформации качества VHS (MPEG-2 c bitrate 3.8Mbps) или же 2 часа видео в модном сейчас в Японии формате HDTV (телевидение высокого разрешения до 1600х1200х32bit, MPEG-2 c bitrate от 8Mbps и выше).

 
 
Blue Laser DVD диск (Cebit`2002)

Для hi-tech учреждений, предприятий, систем управления, образовательных заведений и других, где требуются большие объемы информации, понадобятся более емкие - двусторонние, двухслойные (или многослойные) Blu-Ray диски с емкостью от 100 ГГб. Такие диски будут заключены в прозрачный картридж и использовать специальные Blu-Ray приводы, оснащенные лазерами с разной длиной волны (в пределах синей части спектра) для чтения разных слоев. Первые прототипы 100 ГГб дисков уже созданы. Такие, кажущиеся сейчас огромными объемы информации, могут уже в ближайшем будущем стать нормой, так же как в свое время быстро привыкли к огромному скачку между 3,5’ дискетой (1.44 Мб) и CD-ROM (650 Мб). Через некоторое время и домашний сектор станет одним из потребителей многослойных Blu-ray дисков, когда упадут первоначально высокие цены на приводы и носители информации этого формата.

 
 
Головка с лазером (Cebit`2002)

Технологии Blu-Ray создавались в первую очередь для записи, хранения и воспроизведения видео и аудио информации, то есть налицо сильная ориентация в сторону мультимедиа, хотя, разумеется, на Blu-Ray Disc можно записать и просто данные. Основными форматами хранения видео, как и в DVD, является MPEG2, форматы звука, соответственно - AC3, MPEG1, MPEG Layer2. Для цифровых видеоплееров формата Blu-Ray декодирование будет осуществляться аппаратно, для компьютерных приводов - программно.

Нельзя не упомянуть о высокой  скорости пересылки данных, которая будет осуществлена в Blu-Ray устройствах. Так, согласно спецификации, максимальная скорость пересылки данных между Blu-Ray приводом и целевым устройством (MPEG-2 декодер или компьютер) будет достигать 36Mbps, что при огромных объемах носителя весьма актуально. Такой скорости пересылки данных, должна в полной мере соответствовать скорость считывания. К сожалению, не указывается, каким путем будет достигнута столь высокая скорость, так как если этот способ - повышение скорости вращения диска, то боюсь, что взорвавшиеся Blu-Ray диски и сгоревшие приводы уже не за горами, разве что в игру вступит какой-нибудь неизвестный фактор, например новый состав материала, из которого будут делаться диски. Но тогда возникает вопрос совместимости с предыдущими поколениями носителей. Конечно, можно добавить логические схемы, которые будут определять тип носителя CD/DVD/Blu-Ray и соответственно менять максимальную скорость вращения для каждого типа, но это приведет к удорожанию привода. Путь же увеличения числа считывающих лазеров, как мы видим на примере технологии True-X, ведет к взрывообразному увеличению стоимости привода.

 

Устройства Blu-Ray

Самым первым появился рекордер Sony BDZ-S77, представленный на CES 2003 в начале этого  года.