4.3. Приводы CD-ROM

CD (Compact Disks - компакт-диски), использовавшиеся для аудиоаппаратуры, были модифицированы для применения в PC и в настоящее время уже уверенно вошли в стандартную комплектацию современных компьютеров.

Установка привода CD-ROM в компьютер еще не означает, что можно без ограничений работать с мультимедиа.

К мультимедиа относится гораздо больше устройств, чем только круглый блестящий диск (CD-ROM). Необходимы звуковая карта, быстродействующий процессор, акустическая система, соответствующее программное обеспечение и т. п.

Сосредотачиваясь на мультимедиа, часто забывают, что CD являются прекрасным средством для хранения программных дистрибутивов (Software Distributions). CD является достаточно емким и, прежде всего, компактным носителем. Если взять соотношение между емкостью носителя и его стоимостью, то в этом отношении CD всегда лучше винчестера.

Успех аппаратных средств на рынке зависит от имеющихся программ и почти все крупные разработчики перешли на использование CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory).

4.3.1. Принцип действия

Прежде чем рассмотреть работу приводов CD-ROM, приведем небольшой список их достоинств и недостатков.

По сравнению с винчестерами CD значительно надежнее в транспортировке. Компакт-диск имеет достаточно большую емкость (объем данных, располагаемых на CD, достигает 500-700 Мбайт). CD практически не изнашивается (при соответствующей эксплуатации).

Основной недостаток относится к методам обработки информации. Устройство CD-ROM предназначено только для чтения данных с компакт-диска. Приводы CD-ROM работают не так, как все описанные выше электромагнитные накопители информации. При записи компакт-диск обрабатывается лазерным лучом (без механического контакта), выжигающим тот участок, который хранит логическую единицу, и оставляет нетронутым тот участок, который хранит логический ноль. В результате чего на поверхности CD образуются маленькие углубления, - так называемые питы (Pits).

Первые приводы CD-ROM применялись как внешние устройства. Современные же модели почти всех производителей выполняются как внутренние компоненты PC и имеют размеры дисковода 5,25".

Приводы CD-ROM обычно управляются посредством IDE-интерфейса, SCSI-интерфейса или звуковой карты. Эти приводы не надо объявлять в CMOS Setup.

Технология производства накопителей CD-ROM развивается уже более десяти лет. За этот немалый для компьютерных технологий срок сменилось несколько поколений накопителей CD-ROM. Рассмотрим основы технологии CD-ROM. Толщина компакт-диска составляет 1,2 мм, а диаметр - 120 мм. Диск изготавливается из поликарбоната, который покрыт с одной стороны тонким металлическим отражающим слоем (алюминия, реже золота) и защитной пленкой специального прозрачного лака. Информация на диске записана в виде чередований углублений в поверхности металлического слоя. Двоичный ноль представляется на диске как в виде углубления, так и в виде основной поверхности, а двоичная единица - в виде границы между ними.

При кодировании 1 байт (8 бит) информации на диске записывается 14 бит плюс 3 бита слияния (merge bit). Базовая информационная единица - это кадр (Frame), который содержит 24 кодированных байта или 588 бит (24 х (14 + 3) + 180 бит для коррекции ошибок). Кадры образуют секторы и блоки. Сектор содержит 3234 кодированных байта (2352 информационных байта и 882 байта для коррекции ошибок и управления). Такая организация хранения данных на компакт-диске и использование алгоритмов коррекции ошибок позволяют обеспечить качественное чтение информации с вероятностью ошибки на бит, равной 10~10.

В соответствии с принятыми стандартами поверхность диска разделена на три области.

• Входная область (Lead In) - область в форме кольца, ближайшего к центру диска (ширина кольца 4 мм). Считывание информации с диска начинается именно со входной области, где содержатся оглавление (VolumeTable of Contents, VTOC), адреса записей, число заголовков, суммарное время записи (объем), название диска (Dick Label).
• Область данных.
• Выходная область (Lead Out) имеет метку конца диска.

Основным отличием структуры каталога компакт-диска от структуры каталога дискеты (или структуры каталога DOS) является то, что на CD в системной области записаны адреса файлов, что позволяет осуществлять прямое позиционирование, Следовательно, для доступа к данным, хранящимся на CD, необходимо преобразование форматов. Для этих целей фирмой Microsoft был выпущен специальный драйвер (MSCDEX.EXE).

Таким образом, для использования приводов CD-ROM в системе имеются два драйвера, информация о которых содержится в системных файлах AUTOEXEC.BAT и CONFIG.SYS. Первый драйвер - это MSCDEX.EXE, поставляемый в качестве стандартного для подобных систем в составе DOS 6.O. Второй драйвер специализированный и поставляется вместе с конкретным приводом CD-ROM.

Для того чтобы привод CD-ROM можно было использовать для прослушивания еще и аудиокомпакт-дисков, необходима звуковая карта. В зависимости от модели привода для подключения звуковой карты требуется двух- или четырехжильный кабель.
Для установки диска в привод положите его в выдвижной лоток (Tray), который после легкого нажатия приводится в движение и въезжает в корпус привода (рис. 12.4). Существуют и накопители, в которых CD помещается в специальную защитную кассету (Caddy), вставляемую при работе с ней в окно накопителя. При установке приводов CD-ROM нужно помнить, что это устройство работает только в горизонтальном или в вертикальном положении. Ни в коем случае, как и HDD, нельзя размещать привод CD-ROM под углом.

4.3.2. Эксплуатационные характеристики

Выбор привода CD-ROM зависит от того, какие задачи предполагается решать с его помощью. А именно, какие требования предъявляются со стороны этих задач к характеристикам привода. Условно можно выделить несколько основных групп задач.

• Установка и обновление программного обеспечения
• Поиск информации в базах данных, архивах, справочниках, энциклопедиях и т. д.
• Запуск и работа с программными продуктами
• Запуск и работа с игровыми, развлекательными и образовательными программами
• Просмотр видеофильмов, видеоклипов и фотоизображений
• Использование привода в качестве разделяемого ресурса LAN
• Прослушивание музыкальных CD

Применительно к указанным задачам можно рассматривать характеристики конкретного привода CD-ROM и оценивать его пригодность для их решения. К основным характеристикам приводов CD-ROM относятся следующие:

• скорость передачи данных (Data Transfer Rate, DTR);
• среднее время доступа (Access Time, AT);
• объем буферной памяти (Buffer Memory);
• коэффициент ошибок (Error Rate);
• средняя наработка на отказ (Mean Time Between Failure, MTBF);
• тип интерфейса;
• перечень поддерживаемых форматов CD;
• параметры трактов воспроизведения;
• конструкция привода;
• комплект поставки программного обеспечения.

Далее рассмотрим более подробно перечисленные характеристики.

4.3.2.1. Скорость передачи данных

Скорость передачи данных (DTR) - это максимальная скорость, с которой данные пересылаются от носителя информации в оперативную память компьютера. Это наиболее важная характеристика привода CD-ROM, которая практически всегда упоминается вместе с названием модели. Непосредственно со скоростью передачи данных связан такой параметр, как скорость вращения диска (кратность). Первые приводы CD-ROM передавали данные со скоростью 150 Кбайт/с, как и проигрыватели аудиокомпакт-дисков. Скорость передачи данных следующих поколений устройств, как правило, кратна этому числу (150 Кбайт/с).

Такие приводы получили название накопителей с двух-, трех-, четырехкратной и т. д. скоростью. Причем, скорость передачи данных приводов с "-кратной скоростью зависит от типа читаемой информации. Например, если считывается информация со звукового диска, то скорость передачи составляет 150 Кбайт/с (Normal speed), а если считываются файлы данных, то скорость передачи данных может быть равна 300, 450, 600 Кбайт/с и т. д. Иногда для характеристики накопителей на CD-ROM используют такой показатель, как скорость постоянной передачи данных (Sustained Data Transfer, SDT).

С переходом на быстродействующие модели приводов наметилась тенденция к "размыванию" понятия "кратность". Дело в том, что термин "кратность" соответствует не угловой скорости вращения диска, а линейной скорости перемещения питов диска относительно считывающего устройства. В этом состоит важное отличие накопителя CD-ROM, например, от накопителя на жестких дисках. Если одной из главных целей конструкторов жестких дисков было повышение средней производительности накопителей, то дисководы CD-ROM изначально проектировались для нужд аудиотехники, где требовалось, прежде всего, постоянство скорости передачи данных, независимо от того, с какой области диска в данный момент производится считывание - с внешней или внутренней. До недавнего времени в приводах CD-ROM, в отличие от накопителей на магнитных дисках, использовался метод считывания информации с постоянной линейной скоростью (Constant Linear Velocity, СLV), при котором угловая скорость вращения диска является величиной переменной, зависящей от места считывания информации (уменьшается по мере продвижения от центра к краю диска).

Для преодоления серьезных технических проблем, возникающих при скоростях передачи информации 2400 Кбайт/с (кратность 16) и более, производители CD-ROM начали выпускать накопители с частично-постоянной угловой скоростью вращения диска (Partial Constant Angular Velocity, PCAV). При использовании метода PCAV (иногда встречается обозначение CLV-CAV) паспортное значение скорости передачи информации достигается только при считывании данных из области на внешнем крае диска, а в области, расположенной близко к центру, этот параметр может быть меньше указанного почти в два раза.

В настоящее время разные компании применяют различный подход к определению скорости производимых дисководов CD-ROM. Например, два устройства с кратностью 12х, которые формально являются идентичными, в действительности могу: существенно различаться по скорости передачи данных. Так, в дисководе CDR-8130 фирмы Hitachi, официально объявленном как 12-скоростной, максимальная скорость передачи данных достигает 2400 Кбайт/с, что соответствует кратности скорости 16х, причем этот параметр остается неизменным при считывании данных со значительной части поверхности диска. А в 12-скоростном дисководе CR-584B фирмы Panasonic максимальная скорость передачи данных составляет 1944 Кбайт/с, что незначительно превышает среднюю величину, указанную в паспорте (1800 Кбайт/с).

Вот почему выбрать накопитель CD-ROM на основе паспортных данных бывает трудно. Многие пользователи решают проблему путем опроса знакомых. Хорошим подспорьем служат публикуемые в периодических изданиях по компьютерной тематике результаты тестов устройств CD-ROM. За последние год-два на отечественном рынке накопителей CD-ROM произошли значительные перемены, связанные с появлением высокоскоростных устройств. Дисководы CD-ROM со скоростью передачи данных ниже 12-кратной уже сняты с производства ведущими фирмами. Хотя 12-скоростные устройства еще встречаются в продаже, разница их цены и цены более производительных накопителей слишком мала, чтобы оправдать их приобретение.

Высокая скорость передачи данных привода CD-ROM необходима, прежде всего, для синхронизации изображения и звука. При недостаточной скорости передачи возможны пропуск кадров видеоизображения (дрожание изображения) и искажение звука. Как известно из опубликованных результатов тестирования, приводы CD-ROM с двукратной скоростью передачи данных не могут с удовлетворительным качеством воспроизводить видеоизображение с частотой 30 кадров/с. Приводы, например, с шестикратной скоростью обеспечивают поток данных, достаточный для воспроизведения видеоинформации с частотой от 25 до 47 кадров/с.

Официально представленный в конце 1997 г. привод CD-ROM с 32-кратной скоростью передачи данных рассматривается многими аналитиками как последний этап в развитии традиционной технологии производства таких устройств. Однако за счет внедрения новых технологий, а именно увеличения емкости кэш-памяти, использования двигателей с более низким коэффициентом детонации и прецизионных систем автоматического управления в настоящее время скорость передачи данных удалось повысить до 60х.

4.3.2.2. Качество считывания

Качество считывания характеризуется коэффициентом ошибок (Error Rate) и представляет собой оценку вероятности искажения информационного бита при его считывании. Данный параметр отражает способность устройства CD-ROM корректировать ошибки чтения/записи. Паспортные значения этого коэффициента составляют 10~10-10~12. Когда считываются данные с загрязненного или поцарапанного участка диска, регистрируются группы ошибочных битов. Если ошибку не удается устранить за счет избыточности помехоустойчивого кода (применяемого при чтении/записи), то скорость считывания данных понижается и происходит многократный повтор чтения. Если механизм коррекции ошибок не в состоянии устранить сбой, то на мониторе компьютера появляется сообщение Sector not found (Сектор не найден). В случае устранения сбоя привод переключается на максимальную скорость считывания данных.

4.3.2.3. Среднее время доступа

Среднее время доступа (Access Time, AT) - это время (в миллисекундах), которое требуется приводу для того, чтобы найти на носителе нужные данные.

Очевидно, что при работе на внутренних участках диска время доступа будет меньше, чем при считывании информации с внешних участков. Поэтому в паспорте накопителя приводится среднее время доступа, определяемое как среднее значение при выполнении нескольких считываний данных с различных (выбранных случайным образом) участков диска. По мере совершенствования приводов CD-ROM среднее время доступа уменьшается, но все же этот параметр значительно отличается от аналогичного для накопителей на жестких дисках (100-200 мс для CD-ROM и 8-12 мс для жестких дисков). Столь существенная разница объясняется принципиальными различиями конструкций: в накопителях на жестких дисках используется несколько магнитных головок, и диапазон их механического перемещения меньше, чем диапазон перемещения оптической головки привода CD-ROM.

4.3.2.4. Объем буферной памяти

Объем буферной памяти (Buffer Memory, BM) - это емкость оперативного запоминающего устройства привода CD-ROM, используемого для повышения скорости доступа к данным, записанным на носителе. Буферная память (или кэш-память) представляет собой устанавливаемые на плате накопителя микросхемы для хранения считанных данных.

Благодаря буферной памяти данные в компьютер могут передаваться с постоянной скоростью. 

Например, данные обычно размещены в различных областях диска, а поскольку накопители на CD-ROM имеют относительно большое время доступа, это может привести к задержке поступления данных в компьютер. Такие задержки практически незаметны при работе c текстовыми файлами, но при выводе видеоизображений или звукового сопровождения возникающие паузы не допустимы. Если для управления приводом CD-ROM используются специальные программы-драйверы, то в буферную память может быть заранее записано оглавление диска. В этом случае обращение к фрагменту запрашиваемых данных происходит значительно быстрее.

Оптимальный объем буферной памяти определяется многими факторами. Принято считать, что для приводов CD-ROM с двукратной скоростью объем буферной памяти должен составлять не менее 64 Кбайт, а для накопителей с кратностью 4х и выше - не менее 256 Кбайт. Современные устройства имеют буферную память объемом 256-1024 Кбайт. Частично компенсировать недостаточный объем буферной памяти позволяют специальные программы буферизации или кэширования дисков, использующие для этого RAM компьютера.

Кроме объема буферной памяти на производительность накопителя CD-ROM оказывает влияние тип буфера накопителя. Различают три типа буферов накопителей CD-ROM: статический, динамический и с опережающим чтением.

Статический буфер принимает и накапливает все блоки данных, поступающих от устройства, пока их не потребует процессор компьютера. Динамический буфер накапливает только те блоки данных, которые предположительно могут быть затребованы повторно. Динамический буфер используется при работе с небольшими по размеру файлами, произвольно расположенными на диске, что характерно для баз данных. Буфер с опережающим чтением учитывает характер передаваемых данных, что позволяет подготовить нужные данные заблаговременно. Его использование наиболее эффективно при работе с большими по размеру файлами, например, аудио- и видеоданными.

4.3.2.5. Средняя наработка на отказ

Средняя наработка на отказ (Mean Time Between Failure, MTBF) - это среднее время (в часах) безотказной работы привода CD-ROM. MTBF определяет надежность накопителя как технического устройства.

Для первых моделей приводов CD-ROM средняя наработка на отказ составляла около 30 тыс. часов, или 3,5 года круглосуточной работы. Этот показатель современных моделей составляет 50-125 тыс. часов.

4.3.2.6. Параметры аудиотракта

Поскольку приводы CD-ROM используются и для проигрывания аудиодисков формата CD-DA (Compact Disk-Digital Audio), то они характеризуются и параметрами, описывающими качественные показатели тракта воспроизведения звука:

• Полосой воспроизводимых частот;
• Динамическим диапазоном:
• отношением сигнал/шум;
• коэффициентом нелинейных искажений;
• сопротивлением на выходе;
• э.д.с. сигналов на выходе;
• переходным затуханием между каналами и др.

По этим характеристикам можно судить о том, способен ли привод CD-ROM заменить пользователю проигрыватель звуковых компакт-дисков.

4.3.2.7. Стандарты CD

Прежде чем рассматривать форматы компакт-дисков для накопителей CD-ROM, остановимся на одной особенности, о которой вы, наверное, уже слышали. Для большинства CD вся хранимая на них информация заносится за один технологический цикл, или сеанс (Single Session). Указатель того, где хранится информация, содержится в VTOC. Сравнительно недавно появилась технология, позволяющая дописывать информацию на специальные многосеансовые CD (Multi Session CD). При этом в начале дописываемого блока также содержится VTOC. Обычный привод CD-ROM сможет прочесть, к сожалению, только первую запись, поскольку не поддерживает новые форматы Multi Session. Такие многосеансовые записи определены в форматах Kodak Photo-CD и CD-ROM XA. Для чтения CD, записанных в соответствии с этими форматами, необходимы совместимые с ними приводы. Эти приводы должны "уметь" считывать несколько таблиц VTOC, располагаемых на дисках Multi Session.

Photo-CD

Photo-CD появились осенью 1992 г. Это направление начала развивать фирма Kodak с целью решения проблемы хранения на CD обычных фотографий, которые могут быть отображены с высоким качеством. Информация об изображении подготавливалась путем сканирования фотографий с высоким разрешением. Затем она с помощью специальных алгоритмов сжималась и переносилась на CD-ROM. При помощи соответствующего читающего устройства можно просматривать картинки с высокой скоростью на мониторе PC и использовать их для дальнейшей обработки.

Чтобы обычный привод CD-ROM мог прочитать информацию с диска в формате Photo-CD, необходим специальный драйвер.

CD-ROM XA

Дальнейшим развитием обычных приводов CD-ROM является привод типа ХА (extended Architecture). Стандарт CD-ROM XA разработан фирмами Philips, Sony и Microsoft для получения такой дополнительной возможности, как чередование (Interleaving). Стандарт ХА предусматривает возможность создания специального идентификатора, указывающего тип хранимых данных: графика, текст или звук. Графические данные могут включать в себя стандартные графические изображения, анимацию или видеоизображения реального времени. Более того, эти блоки могут чередоваться, Т- с., например, за видеофрагментом может следовать музыкальное (звуковое) сопровождение, затем следующий видеофрагмент и т. д. Устройство последовательно считывает эти блоки, сохраняет их в буфере, а затем посылает на компьютер для синхронизации. Таким образом, данные считываются с диска фрагментами, а затем синхронизируются, в нашем случае, для одновременного воспроизведения.

Отметим, что накопители стандарта CD-ROM ХА также поддерживают диски Multi Session.

ISO 9660

Это наиболее распространенный в мире стандарт на логическую организацию записанных на CD-ROM данных. Согласно ISO 9660, все пространство компакт-диска делится на три части.

• Область входа (Lead In), в которой находится оглавление (Volume Table Of Contents, VTOC), адреса всех записей, число дорожек и суммарное время записи.
• Область данных, в которой находится собственно записанная информация, физически занимает место в виде кольца шириной 33 мм.
• Область выхода (Lead Out), в которой расположена специальная метка, означающая конец записи.

Стандарт ISO 9660 не решил всех проблем, связанных с совместимостью. До принятия стандарта High Sierra оставался открытым вопрос о том, какую еще вспомогательную информацию, облегчающую поиск данных, записывать на диск, и способы форматирования блоков данных.

High Sierra

Стандарт получил имя по названию отеля на озере Тахо (Калифорния), где представителями ведущих фирм - производителей приводов CD-ROM и компакт-дисков в 1985 г. было принято соглашение о единстве интерпретации и практической реализации стандарта ISO 9660. В результате была принята спецификация HSG (Н$ Sierra Group), которая носила рекомендательный характер. Данная спецификация определяла файловую структуру CD. Она также послужила основой для принятого несколько позже международного стандарта ISO 9660 для цифровых CD. Благодаря этому стало возможным чтение данных с дисков, записанных в формате ISO 9660, на всех приводах, что, в свою очередь, привело к массовому тиражированию программ на CD. Кроме того, появление этого стандарта позволило создать компакт-диски, ориентированные на различные операционные системы: DOS, UNIX и т. д.

CD-I

Компакт-диски типа CD-I (Compact Disk-Interactive) разрабатывались для широкого потребительского рынка с целью записи на них музыки, видео, игр, различного рода энциклопедий и т. д. Этот тип дисков определен как стандартный для записи мультимедийной информации. Устройства для проигрывания таких дисков могут быть подключены к обычному бытовому телевизору, а сам диск позволяет сохранять 90 минут "живого" видео с текстом, данными, стереозвуком, графикой и анимацией.

Аудиокомпакт-диски можно читать (проигрывать) на дисководах для CD-I. Воспроизведение на PC видео с диска CD-I возможно только в случае применения аппаратного либо программного декодера MPEG.

CD-E/CD-R

Стандарт CD-E (Compact Disk-Eraseable), называемый также CD-R (Compact Disk-Rewritable), является стандартом многократной записи на CD. Диск типа CD-E позволяет хранить данные более 10 лет, выдерживает около 10000 циклов обращений и 1000-кратную перезапись. Диск CD-E имеет более низкий уровень оптического отражения, чем стандартные CD-ROM. Стандарт CD-E совместим с CD-ROM и CD-R. Другими словами, новыми приводами CD-E будут читаться существующие диски.

Технология CD-E основана на изменении фазы отраженного луча лазера при чтении диска. Эти диски не могут быть перезаписаны современными приводами CD-R. Кроме того, они могут не читаться многими старыми приводами CD-ROM по причине того, что коэффициент отражения CD-R значительно ниже серебряных CD-ROM и CD-R. Для чтения дисков CD-R привод обязательно должен иметь качественную схему автоматической регулировки усиления.

Диски CD-E используют файловую систему с однократной записью (CD-LJDF), которая может не восприниматься (диски не будут читаться) некоторыми операционными системами даже в случае совместимости аппаратных средств.

4.3.3. Системные ресурсы приводов CD-ROM

Как и другим периферийным устройствам, CD-ROM необходимо присвоить соответствующие базовые адреса и прерывания IRQ, чтобы процессор и операционная система могли к ним обращаться. Здесь список установок этих параметров не приводится, т. к. в зависимости от модели возможны различные конфигурации.

Для системы прерываний важно, чтобы для привода использовались свободные IRQ с номером выше 7 (звуковая карта чаще всего связана с IRQ 7). Базовые адреса обычно расположены в области от 300h до 340Н. Если привод должен работать с каналом DMA, то следует обратить внимание на то, чтобы он не конфликтовал с другими устройствами. Как правило, для CD используют канал DMA1.

4.3.4. Накопители CD-R и CD-RW

Терминами CD-R (CD-Recordable- записываемый CD) и CD-RW (CD-Re Writable -перезаписываемый CD) обозначаются как устройства, так и сами диски для однократной и многократной записи соответственно.

4.3.4.1. Принцип записи на CD

Для однократной записи используются "чистые" диски, представляющие собой обычный компакт-диск, отражающий слой которого выполнен, как правило, из золотой или серебряной пленки, а между ним и поликарбонатной основой расположен регистрирующий слой из органического материала, темнеющего при нагревании. Длина волны лазерного луча (как и при чтении) составляет 780 нм, а его интенсивность более чем в 10 раз выше, чем обычного привода CD-ROM.

В процессе записи лазерный луч нагревает отдельные участки регистрирующего слоя, которые темнеют и рассеивают свет, образуя участки, подобные питам. Однако отражающая способность зеркального слоя и четкость питов у дисков CD-R ниже, чем у CD-ROM, изготовленных промышленным способом (методом штамповки). Поэтому некоторые модели приводов CD-ROM могут не читать эти диски.

В перезаписываемых дисках регистрирующий слой выполнен из материала, изменяющего под воздействием луча свое фазовое состояние с аморфного на кристаллическое и обратно, в результате чего меняется прозрачность слоя. При нагреве лазерным лучом свыше критической температуры материал регистрирующего слоя переходит в аморфное состояние и остается в нем после остывания, а при нагреве до температуры значительно ниже критической восстанавливает свое первоначальное (кристаллическое) состояние. Существующие диски выдерживают от нескольких тысяч до десятков тысяч циклов перезаписи. Однако их отражающая способность значительно ниже штампованных и CD-R. Поэтому для чтения CD-RW необходим специальный привод с автоматической регулировкой усиления фотоприемника, хотя некоторые модели приводов CD-ROM читают их не хуже обычных дисков. Приводы, способные читать CD-RW, маркируются как Multiread.

Диски CD-R можно использовать для записи в приводах CD-RW, но не наоборот: вам не удастся записать на приводе CD-R диск CD-RW.

4.3.4.2. Конструкция

В перезаписываемых дисках регистрирующий слой выполнен из органических соединений, известных под названиями цианин (Cyanine) и фталоцианин (Phtalocyanine). Цианин имеет голубой (Cyan) цвет и характеризуется средней стойкостью к облучению светом и перепадам температуры. Фталоцианин имеет золотистый цвет и более стоек ко внешним воздействиям. В качестве отражающих материалов используется золото и серебро, реже - алюминий и его сплавы. Соответственно рабочая поверхность диска с отражающим слоем из серебра или алюминия имеет цвет своего регистрирующего слоя, а отражающий слой из золота изменяет цвет с голубого на зеленоватый. Органический слой дисков CD-RW обычно имеет серо-коричневый цвет.

Поскольку отражающий слой обычно выполняется из золота и серебра, менее подверженных окислению, чем алюминий в большинстве штампованных дисков, диски CD-R/RW тускнеют медленнее обычных. Однако материал регистрирующего слоя CD-R/RW более чувствителен к свету и так же подвержен окислению и разложению. Кроме того, регистрирующая пленка находится в полужидком состоянии и потому чувствительна к ударам и деформациям диска. Примерная оценка долговечности среднего CD-R - около двух-трех и более лет при аккуратном обращении и около года при интенсивном использовании в сочетании с неаккуратным обращением (удары, перегибы, воздействие тепла, влажности, яркого света и т. п.).

4.3.4.3.Информационная структура

На CD-R организуется та же информационная структура, что и на штампованных дисках: оглавление (VTOC) и набор дорожек различных типов.

Перезаписываемый диск может иметь такую же структуру дорожек и файловую систему, что и CD-R, либо на нем может быть организована специальная файловая система UDF(Universal Disk Format - универсальный дисковый формат), позволяющая пользоваться им, как обычным сменным диском, т. е. создавать файлы и уничтожать их. Эта система основана на международном стандарте ISO-13346, определяющем методы обмена данными.

Система UDF облегчает создание дисков, которые могут использоваться при работе с несколькими операционными системами. Когда в этих ОС будет обеспечена поддержка UDF (с помощью новых драйверов или расширений), они смогут распознавать любой диск (в том числе и DVD). Фактически UDF абстрагирует такие специфические особенности операционных систем, как соглашения об именах файлов, расширенные атрибуты файлов, побайтовая структура (Byte Ordering). Конечно, исполняемые программы будут работать только под управлением какой-то одной ОС, однако данные можно переносить с одной платформы на другую.

В отличие от CD, изготовленных методом штамповки, CD-R и CD-WR изготовляются со вспомогательной разметкой (Pregroove), которая одновременно служит для разбивки диска на кадры (блоки) и размещения дополнительной информации о диске: кодов, рекомендуемых значений скорости вращения и мощности записывающего лазера. Разметка используется для нахождения служебных и пользовательских областей диска, а также для облегчения слежения за информационной дорожкой в процессе записи. При считывании слежение производится, как обычно, по записанной информационной дорожке.

Кроме этого, диск содержит две служебные области: РСА (Power Calibration Area - область калибровки мощности) и РМА (Program Memory Area - область памяти программы), расположенные внутри входной области (Lead In). РСА используется для выбора оптимальной мощности лазера перед каждой записью, а o РМА - для временного хранения VTOC в случае записи одной сессии (одного сеанса записи) за несколько приемов. Структура из Lead In-Program Area-Lead Out называется сессией, а процесс записи Lead In и Lead Out вокруг области данных - закрытием сессии.

РСА и РМА являются таблицами фиксированной длины, что ограничивает как общее количество сеансов записи, так и этапов формирования незакрытых сессий.

Минимальной единицей информации, записываемой на CD-R за один прием, является дорожка (трек). Минимальная длина дорожки 300 блоков (600 Кбайт, 4 с). В начале каждой дорожки формируется служебный зазор (Pre-gap), содержащий ее параметры, размером 150 блоков (300 Кбайт, 2 с) для однотипных Дорожек и 225 блоков (450 Кбайт, 3 с) для дорожек разных типов.

Одна или несколько дорожек образуют программную область (Program Area), которая может формироваться за несколько сеансов, причем адреса и параметры дорожек (VTOC) сохраняются в РМА. Для того чтобы обычные приводы CD-ROM, не воспринимающие РМА, могли читать записанные дорожки, в начале и конце программной области должны быть зоны Lead In (9 Мбайт, 1 мин) и Lead Out (4,5 Мбайт, 30 с), причем в Lead In должно содержаться оглавление.

В процессе записи первой сессии около 22,5 Мбайт общей емкости диска расходуется на служебную информацию, а при записи каждой следующей - 13,5 Мбайт. Таким образом, чем больше сессий на диске, тем меньше доступное пространство для данных.

При закрытии сессии в ее входной области (Lead In) записывается информация о размере оставшейся свободной области диска за пределами выходной области (Lead Out) текущей сессии. Это позволяет дописывать на диск новые сессии. Однако, чтобы диск нормально считывался на всех приводах CD-ROM, он должен быть закрыт полностью: в этом случае указатель на свободную область не создается, и диск становится недоступным для последующей записи.

Перед началом записи необходимо сформировать полный список файлов, входящих в сессию. При этом запись может осуществляться "на лету" (on the fly) или с предварительным построением образа диска (image).

В первом случае до включения записывающего лазера формируется только оглавление диска, а сами записываемые файлы открываются и считываются непосредственно в процессе записи. В случае считывания файлов с медленных устройств (CD1 ROM, магнитооптика, медленные винчестеры) или при записи множества мелких файлов темп их открытия может оказаться недостаточным для обеспечения непрерывного потока данных, что может привести к аварийному прерыванию записи. В этом режиме желательно иметь как минимум двукратный запас по средней скорости поступления исходных данных.

Во втором случае перед записью во временном файле формируется образ диска, и затем последовательно данные переносятся на диск. В этом режиме, если нет других снижающих быстродействие причин, практически не требуется запаса по быстродействию.

4.3.4.4. Режимы записи

Запись дисков CD-R и CD-WR выполняется при помощи специальных программ (Easy CD, CD Creator, CD Publisher, Direct CD, WinOnCD и т. п.), поддерживающих различные режимы записи. Режимы записи, в свою очередь, связаны с физическим и логическим (файловой системой) форматами, в которых записывается диск. Существуют три основных режима записи:

• Track-at-Once
• Disc-at-Once
• Packet Writing

Track-at-Once

В режиме Track-at-Once (TAO - одна дорожка за один прием) записывающий лазер выключается после записи каждой дорожки и снова включается, если надо записать еще одну, даже когда несколько дорожек записываются подряд в одной за один сеанс записи. Дорожки, записанные в режиме ТАО, разделяются промежутками (gaps) - сериями специальных блоков run-in, run-out и link, предназначенных для связывания дорожек между собой. Стандартный промежуток между дорожками содержит 150 таких блоков (2 с). Все современные приводы CD-R поддерживают этот режим.

Некоторые новые модели приводов CD-R позволяют вручную установить размер промежутка между дорожками в режиме ТАО (режим Variable-Gap Track-at-Once). Эту возможность также должно поддерживать программное обеспечение. Обычно значение этого параметра можно установить в диапазоне от 0,03 до 8 с.

В режиме ТАО записывают многосессионные диски формата CD-ROM, допускающие последующую дозапись данных. Сессия может быть записана как полностью, за один прием, с формированием VTOC, файловой системы и зон Lead In/Lead Out (запись с закрытием сессии), так и в несколько приемов, с сохранением временных VTOC в РМА (запись, при которой сессия остается открытой).

Disc-at-Once

В режиме записи Disc-at-Once (DAO - весь диск за один прием) одна или более дорожек записываются без выключения лазера, и диск закрывается. Диск, записанный за один прием, является наиболее универсальным и считывается любым приводом CD-ROM с любым файловым диспетчером, однако после записи невозможно дописывать новые данные. Для записи в режиме DAO требуется чистый диск. Этот режим необходим при изготовлении мастер-диска, чтобы можно было тиражировать диски путем штамповки, поскольку устройства изготовления матриц обычно воспринимают промежутки между дорожками как ошибку. Режим DAO поддерживается не всеми записывающими приводами.

Packet Writing

Запись одной дорожки представляет собой единый процесс, который не может быть прерван, иначе диск будет испорчен. Для обеспечения равномерности поступления записываемой информации на лазер все приводы CD-RW имеют буфер, отсутствие данных в котором приводит к аварийному прерыванию записи. Перерывы в поступлении данных в буфер могут быть вызваны запуском параллельных процессов (например, программы хранителя экрана - Screen saver), работой системы виртуальной памяти, зависанием программы или операционной системы. К сбою записи приводят также механические толчки привода. Поэтому организовать бесперебойную работу привода CD-R/CD-WR - задача непростая, требующая много времени и внимания.

Чтобы снизить вероятность неудачной записи, был разработан метод Packet Writing - новый метод записи данных на CD-R/CD-RW небольшими порциями, основанный на стандартной спецификации UDF. В этом режиме записывающий лазер быстро включается и отключается в промежутках между блоками, записывая 7 связующих блоков (2 run-out, 4 run-in и 1 link) вместо обычных 150.

При записи в режиме Packet Writing не требуется непрерывный поток данных: когда данные в буфере закончатся, лазер отключится, а при появлении данных запись продолжится с того места, где была прервана. Таким образом, с помощью метода пакетной записи одна сессия обычного диска CD-R может быть записана в несколько приемов.

Благодаря применению этой технологии исключается порча диска за счет неравномерного поступления данных. Однако этот способ записи не спасает от сбоев из-за толчков привода, зависания системы или отключения питания во время записи.

В режиме Packet Writing информацию можно записывать двумя способами: пакетами фиксированной (Fixed-length) или переменной (Variable-length) длины.

Пакеты фиксированной длины больше подходят дискам CD-RW для поддержки выборочного стирания (Random erase). Недостаток такого метода заключается в том, что при использовании пакетов размером 32 Кбайт (как требует стандарт) расточительно расходуется доступное пространство на диске. Стандартная емкость дисков CD-RW, отформатированных под пакеты фиксированной длины, составляет около 500 Мбайт.

При использовании пакетов переменной длины (Variable-length packets) экономится место на диске, т. к. размер пакета может изменяться в зависимости от объема записываемых данных. Это полезно при записи на стандартные диски CD-R, поскольку они являются "одноразовыми", и нет необходимости отслеживать наличие свободного пространства.

Не все приводы CD-R поддерживают этот режим и не все современные приводы CD-ROM могут читать диски, записанные в этом режиме. В некоторых случаях может потребоваться драйвер UDF.

4.3.4.5. Предварительное форматирование

Помимо сессионного метода, для записи CD-RW может применяться предварительное форматирование - разбивка диска на секторы, подобно магнитным дискам. После форматирования диск CD-RW может использоваться так же, как обычный сменный диск: стандартные файловые операции (копирование, удаление и переименование) будут преобразовываться драйвером привода в операции перезаписи секторов диска. Благодаря этому для работы с дисками CD-RW не требуется другого программного обеспечения, кроме драйвера привода с поддержкой файловой системы UDF (например, Adaptec Direct CD) и программы начальной разметки.

4.3.5. Накопители DVD

По мере совершенствования технологии создания CD и приводов, а также создания научно-технического задела в области высококачественного цифрового видео возникла потребность в увеличении емкости оптических носителей информации к началу 1995 г. несколько конкурирующих фирм-производителей предложили своя стандарты компакт-дисков увеличенной емкости, в частности, был предложен формат SD (Super Density). Чтобы избежать многообразия (а часто и несовместимости) стандартов, в сентябре 1995 г. группой из 10 компаний: Hitachi, JVC, Matsushita, Mitsubishi, Philips, Pioneer, Sony, Thomson, Time Warner и Toshiba был предложи новый универсальный формат записи данных на DVD-диск (Digital Versatile Disk). Этот формат получил активную поддержку среди ведущих мировых электронных компаний, т. к. DVD удовлетворяет требованиям к воспроизведению видеоизображений, а также требованиям к хранению данных.

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.

Уровень качества изображения, хранимого в формате DVD, очень близок к уровню профессиональных студийных видеозаписей.

С применением сжатия по стандарту MPEG-2 на DVD-диске удалось разместить полнометражный видеофильм (длительностью до 135 мин) с 6 каналами высококачественного, сравнимого со студийным, звукового сопровождения и четырьмя каналами субтитров.

В необработанном виде цифровые видеоданные имеют огромный объем: полнометражный фильм займет 40 DVD-дисков, каждый из которых по 4,7 Гбайт. Однако цифровое видео обладает избыточностью, т. е. имеется множество одинаковых или похожих элементов, которые можно идентифицировать и удалить. Этот процесс называется кодированием (encoding). В результате кодирования можно удалить более 97% данных видеоизображения без какого-либо заметного ухудшения его качества. Для этого и используется стандарт цифрового кодирования MPEG-2 - кодирования с изменяемой степенью сжатия.

Кодирование в формате MPEG-2 представляет собой процесс сжатия видеоданных за счет удаления избыточной информации. При этом используются два основных алгоритма компрессии. Избыточность информации видеоданных подразделяется на два вида: пространственную и временную. Например, если автомобиль двигается по шоссе, то шоссе является фоном, который одинаков на протяжении нескольких кадров. Соответственно, все минимальные элементы изображения, которые не изменились в следующем кадре, можно хранить в одном экземпляре кадра, восстанавливая их в каждом последующем кадре, на основе информации из предыдущего. Этот вид называется временной избыточностью. При компрессии информации об этих элементах используется метод межкадрового кодирования (inter-frame coding). При этом внутри одного кадра или в пределах макроблока кадра (macroblock) могут содержаться одинаковые элементы. Таким образом, удалив часть из них, восстановить их можно на основе информации о соседних элементах внутри этого кадра или макроблока. Такой вид избыточности называется пространственным, а метод их кодирования - внутрикадровым кодированием (infra-frame coding). Поскольку между соседними кадрами, как правило, не происходит резких изменений, поэтому межкадровое сжатие весьма эффективно.

Чем выше качество цифрового звука, тем больше данных необходимо для его представления.

Для того чтобы уместить эти данные на DVD-диске, применяется также кодирование.

В студийных условиях обычно используется звук стандарта Dolby ProLogic Surround Sound, матричная звуковая схема, с помощью которой четырехканальный звук кодируется для обычной стереопары. Четыре канала разбиваются на центральный, передний левый, передний правый и тыловой (в то время как обычно для тылового канала используются два динамика). Стандарт Dolby ProLogic обеспечивает лучшее восприятие звука, чем обычное стереозвучание, но аудиофилы все равно недовольны создаваемым звучанием (нет ощущения, что звук исходит с расстояния) и тем, что звук распределяется неверно (например, перемещается, когда должен исходить из одной точки). С появлением формата DVD таких проблем возникать не должно.

Высокое качество звучания обеспечивается за счет кодирования по стандартам Dolby Digital Surround Sound (AC-3) или MPEG-2 Sound. AC-3 обеспечивает шесть каналов, а PEG-2 до восьми каналов звука, причем каждый канал полностью раздельный (использование 16-, 20- или 24-разрядной линейной импульсно-кодовой модуляции с частотой дискретизации 48 или 96 кГц, что обеспечивает запись звука в полосе частот шириной 22 или 44 кГц соответственно; при этом считывание звуковой информации производится со скоростью 384 Кбайт/с). Все эксперты сходятся во мнении, что звук АС-3 и MPEG-2 вполне сравним с кинотеатральным звучанием.

Для обеспечения совместимости со старыми стереосистемами DVD-проигрыватели имеют встроенные кодировщики для возможности трансляции АС-3 и MPEG-2 звука в Dolby ProLogic с целью воспроизведения на стандартной аппаратуре.

После принятия соглашения о применении единого стандарта DVD появились новые проблемы, связанные с интересами разных киностудий. Они потребовали дополнительных гарантий того, что кинофильмы, предназначенные для одного рынка, будут недоступны для других. В результате весь мир был поделен на шесть зон, в которых будут применяться различные региональные коды и диски.

Такое искусственное деление мира служит еще одним источником неприятностей для пользователей и сдерживает распространение дисков и приводов DVD. Так, однажды кто-то выяснит, что аппаратура, приобретенная им, например, в США (зона 1) или в странах бывшего СССР (зона 5), не сможет воспроизвести DVD-диск, предназначенный для стран Европы. Однако не все так печально. Во-первых, практически все современные DVD-приводы позволяют 5 раз сменить зону и, во-вторых, существуют так называемые "прошивки Region free", с помощью которых можно изменить программу инициализации привода, содержащуюся в микросхеме флэш-памяти, и сделать его многозоновым (Region free).

В соответствии с первоначально принятым стандартом, DVD-диск является односторонним и может содержать до 4,7 Гбайт информации. Так же, как CD, диск формата DVD имеет диаметр 120 мм. В накопителе нового стандарта рабочая длина волны излучения лазера снижена с 0,78 мкм до 0,63-0,65 мкм (видимый диапазон волн), что обеспечило возможность уменьшения размеров штрихов записи практически в два раза, а расстояние между дорожками записи - с 1,6 до 0,74 мкм.

Каждый двухслойный DVD-диск состоит из двух дисков толщиной по 0,6 мм, плотно соединенных друг с другом. Спецификация DVD сначала разрабатывалась для одностороннего однослойного диска, затем появилась конструкция двухслойного диска емкостью 8,5 Гбайт. Следующим шагом в развитии технологии DVD явилось создание двухсторонних дисков, как однослойных, так и двухслойных, при этом емкость дисков доведена до 9,4 и 17 Гбайт соответственно, а длительность воспроизведения записанной на них информации - 4,5 и 8 часов.

В накопителях стандарта DVD используется более узкий луч лазера, чем в приводах CD-ROM, поэтому толщина защитного слоя диска была снижена в два раза (до 0,6 мм). С учетом того, что общая толщина диска должна остаться неизменной (1,2 мм), под предохранительный слой был помещен укрепляющий слой. На укрепляющем слое также стали записывать информацию, что привело к появлению двухслойных дисков DVD. Когда лазерным лучом считывается информация, записанная на первом слое, расположенном в глубине диска, луч беспрепятственно проходит через полупрозрачную пленку, образующую второй слой. По окончании считывания информации с первого слоя меняется по команде контроллера фокусировка луча лазера. Луч фокусируется в плоскости второго (наружного) полупрозрачного слоя для дальнейшего считывания данных.

Для доступа к данным на второй стороне двухстороннего диска его приходится переворачивать вручную. Несмотря на то, что этот промежуточный формат стал частью спецификации, он вряд ли будет применяться на практике. Предпочтительными являются приводы DVD, оснащенные двумя независимыми считывающими системами. Так же, как с появлением компакт-дисков произошла революция в области качественного воспроизведения звука, так и с появлением DVD-дисков повысится качество домашнего видео. Фактически качество современных видеоизображений приближается к студийному. В настоящее время привод DVD-ROM ненамного дороже стандартного накопителя CD-ROM.

Приводы DVD-ROM поставляются как с аппаратным декодером MPEG-2 в виде карты расширения для шины PCI, так и с программным декодером.

4.3.6. Форматы DVD

Технология DVD первоначально опиралась на три основных формата DVD:

• DVD-ROM применяется 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 подключенного к PC привода DVD-ROM. 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 запись и перезапись информации. Однако основные участники DVD-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 форматов записи и перезаписи DVD-дисков, а именно:

Для однократной записи:

• DVD-R (G)
• DVD-R (A)

Для многократной перезаписи:

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

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. Причем чем старее модель привода, тем хуже ситуация. Так, некоторые устройства могут не понимать тот формат дисков DVD, который был предложен уже после их выпуска. В полной мере это относится и к стационарным DVD-проигрывателям. Только здесь ситуация, пожалуй, еще хуже.

Естественно, бытовая электроника может быть ориентирована на вполне конкретный сегмент потребительского рынка (DVD-Audio, DVD-Video или оба формата) и не обязательно должна обеспечивать чтение DVD-ROM, что и определено DVD-форумом. В то же время DVD-приводы для PC одинаково хорошо работают с видео-, аудио-, мультимедийными и другими компакт-дисками.

Более точно ответить на вопрос о совместимости конкретной модели с конкретным форматом можно, только попробовав проиграть тот или иной DVD-диск. Для того чтобы хоть как-то облегчить жизнь, различными энтузиастами составляются списки совместимых и несовместимых с определенными стандартами приводов. Как правило, если привод DVD-ROM может читать диски DVD+RW, то он сможет прочесть диски DVD-RW и DVD-R. Чтобы помочь пользователям разобраться в массе дисков и приводов разных форматов, DVD-форум ввел логотип DVD multi. Привод, получивший такой логотип, должен читать и записывать диски форматов DVD-R, DVD-RW и DVD-ROM.

Файловая система MicroUDF

Большим достижением в обеспечении совместимости в технологии DVD стала принятая в 2000 г. единая файловая система MicroUDF. Файловая система MicroUDF -это адаптированная для применения в DVD версия файловой системы UDF. Эта файловая система постепенно идет на смену устаревшей ISO 9660, созданной в свое время для использования в компакт-дисках. На переходный период (пока не выйдут из обращения компьютерные устройства и диски, работающие в формате ISO 9660) будет использоваться файловая система UDF Bridge, которая является некоторой комбинацией MicroUDF и ISO 9660. Для записи Audio/Video DVD-дисков используется только MicroUDF. Это позволяет бытовым DVD-видеопроигрывателям распознавать и находить нужные файлы в специальном каталоге. Благодаря этому разработчики могут размещать на одном диске как видеоинформацию, для просмотра которой необходим как обычный видеопроигрыватель, так и компьютерные данные, для чтения которых требуется привод DVD-ROM.

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 передаются файлы большого размера (например, при выполнении мультимедийных задач);
• максимально 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 может составлять 255 символов;
• взаимозаменяемость DVD-дисков в бытовой электронике и на PC.

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

Форматы только для чтения

DVD-ROM

Диски формата DVD-ROM (Digital Versatile Disc Read Only Memory) 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 образом на улучшение скоростных характеристик и введение функции записи. Устройства DVD-ROM первого поколения использовали режим CLV и считывали диск со скоростью 1,38 Мбайт/с (в традиционном обозначении для DVD 1х). Устройства второго поколения могли читать DVD с вдвое большей скоростью-2х (2,8 Мбайт/с). Современные DVD-ROM - устройства третьего поколения - используют режим CAV и обеспечивают максимальную скорость чтения 4х-8х (5,5-10,8 Мбайт/с) и более. Современные приводы DVD-ROM поддерживают чтение практически всех форматов, включая CD-ROM и CD-Audio.

DVD-Video

DVD-Video предназначен для хранения и воспроизведения видеоданных. Как и DVD-ROM, DVD-Video определяет возможность только чтения информации - воспроизведение записей с помощью видеопроигрывателей. Спецификация основана 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 как на бытовых видеопроигрывателях, так и на DVD-приводах для PC. При использовании компьютерного оборудования декодирование информации осуществляется либо аппаратно, с помощью дополнительного MPEG-2-декодера, либо программно. Спецификация обеспечивает запись на диск высококачественного видео (до 2 часов в формате MPEG-2), а также многоканальное звуковое сопровождение на 8 языках, выбор экранного формата, титры на 32 языках, интерактивное управление посредством экранного меню, до 9 ракурсов просмотра, защиту от нелегального копирования, разграничение просмотра видеопродукции по регионам, ограничение доступа детей к видеоматериалам.

DVD-Audio

Новое поколение музыкального формата после CD-Audio. Спецификацией формата определены высококачественный многоканальный звук, поддержка широкого диапазона качества звука (квантование 16, 20, 24 бит при частоте дискретизации от 44,1 до 192 кГц), воспроизведение DVD-проигрывателями дисков CD-Audio, 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 звука и DVD-AudioV - для звука с дополнительной информацией. Выработаны специальные меры защиты дисков от пиратского копирования.

4.3.7. Форматы для записи

Форматы DVD для однократной записи

DVD-R

DVD-R (Digital Versatile Disc Recordable) - это самый первый формат записываемого DVD, который появился на рынке. Разработчиком формата является компания Pioneer, она же и начала продвижение этого формата на рынок. Несмотря на это, DVD-R входит в семейство форматов, официально поддерживаемых DVD-форумом.

Физически DVD-R-диск это 80 или 120 мм оптический диск толщиной 1,2 мм. Как и обычные DVD-ROM-диски, односторонние DVD-R склеены из нескольких частей: 0,6-миллиметровый прозрачный защитный слой, слой со светоотражающим материалом, на который и производиться запись, склеивающий слой и такой же (0,6-миллиметровый) защитный слой. Двухсторонние диски имеют два светоотражающих слоя, разделенных склеивающим слоем. Отражающий слой меняет свои характеристики под воздействием луча лазера повышенной мощности.

Технология записи на DVD-R аналогична используемой в CD-R и базируется на необратимом изменении под воздействием лазера спектральных характеристик информационного слоя, покрытого специальным органическим составом. По большому счету DVD-R не несет в себе ничего нового, технически - это тот же CD-R, только с более тонкими треками и другим форматом хранения данных на диске. Как и CD-R, DVD-R формат однократной записи - диск записывается раз и навсегда. Специалисты компании Pioneer утверждают, что созданные ими "чистые" диски (болванки) DVD-R способны хранить записанную на них информацию в течение 100 лет.

При создании DVD-R самое пристальное внимание было уделено совместимости с существующими приводами DVD-ROM. И это себя оправдало, до сих пор DVD-R остается самым совместимым форматом - записанные с его помощью диски читаются практически всеми (около 85% когда-либо выпущенных устройств DVD-ROM и всеми современными) моделями DVD-ROM, как для PC, так и стационарными DVD-проигрывателями. На сегодня это лучший, с точки зрения совместимости, формат записи DVD.

Первый привод, поддерживающий запись DVD-R, выпущен фирмой Pioneer в октябре 1997 г. Этот привод поддерживал спецификацию DVD-R 1.0, что означало запись с помощью лазера 635 нм на диски емкостью 3,95 Гбайт.

Следующим этапом стала спецификации версии 1.9, которая предусматривала поддержку записи дисков емкостью 4,7 Гбайт. Первый привод, поддерживающий эту спецификацию, появился в мае 1999 г. и стоил 5400 USD. Производителем привела была Pioneer. Вскоре после этого появилась спецификация 2.0. В ней добавилась возможность защиты записанных дисков от копирования: в служебную область диска записываете! идентификационная информация. Степень защиты, конечно же, ниже, чем оригинальных DVD-дисков. По сравнению с версией 1.9, физические параметры записи в версии 2.0 не изменились.

С целью завоевания новых рынков и защиты от нелегального копирования, начиная с спецификации 2.0 формат разделили на DVD-R For Authoring и DVD-R R General. Принципиальное различие между ними - это длина волны используемого лазера. В DVD-R(A) используется тот же самый 635-нанометровый лазер, что и 11 первых DVD-R дисках. В DVD-R(G) используется 650-нанометровый лазер. Э делает невозможным запись дисков одного формата на приводе другого формата. Хотя, конечно же, читать диски, записанные другим форматом, можно.

DVD-R(A) - это профессиональный стандарт, который является развитием предыдущих вариаций формата DVD-R, естественно, приводы этого стандарта совместимы с приводами DVD-R (но не наоборот). Например, болванки, выпущенные в соответствии с требованиями версий 1.0 и 1.9 спецификаций, могут записываться на DVD-R(A)-приводах. Из других существенных отличий, появившихся в этом DVD-R(A), - это поддержка специального формата Cutting Master Format (CMF), что позволяет использовать DVD-R(A)-диски в качестве мастер-диска для дальнейшего тиражирования, вместо традиционно использовавшейся для этого DVL-ленты. Это достигается возможностью использовать часть зоны Lead In для хранения D, заголовка (Disk Description Protocol). Впрочем, несмотря на CMF, возможность хранить защищенную информацию на DVD-R(A) так и не появилась.

DVD-R(G) - это пользовательский формат. Именно этот формат обычно имеется в виду, когда говорят о DVD-R. Приводы, работающие в этом формате, могут записывать данные только на специальные болванки DVD-R General, предназначенные для лазера с длиной волны 650 нм. Приводы DVD-R(G) могут читать DVD-R-диски, изготовленные в соответствии со спецификациями 1.0 и 1.9, но не могут на них записывать. Не поддерживается формат CMF, поэтому DVD-R(G)-диски не могут использоваться в качестве мастер-дисков. С другой стороны, для домашнего использования это совсем не критично. Преимущество DVD-R(G) по сравнению с DVD-R(A) всего одно - моделей приводов, поддерживающих формат DVD-R (что то же самое, что DVD-R(G)) достаточно много, и цены на них неуклонно падают. Односторонние DVD-R(G)-диски выпускаются емкостью 4,7 Гбайт, а двухсторонние -9,4 Гбайт (по 4,7 Гбайт на сторону).

DVD-VR

Формат DVD-VR основан на формате DVD-RAM и поддержан DVD-форумом. Формат позволяет записать в реальном времени до 2 ч высококачественной видеоинформации в формате MPEG-2 на односторонний диск DVD-RAM емкостью 4,7 Гбайт и обеспечивает такие возможности, как редактирование уже записанных видеоматериалов, запись различных типов статических изображений. Устройства на базе этого формата выпускают такие компании, как Panasonic, Toshiba, Samsung, Hitachi.

Форматы DVD для многократной записи

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). 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.

Материал для многократной записи

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

• Высокая отражающая способность - до 25-35%, чего вполне достаточно для совместимости DVD-дисков при воспроизведении.
• Легкость смены 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 при угловой скорости вращения диска менее 3 м/с. Работа с данными в формате DVD-RAM требует более высокой скорости вращения диска - от 3 до 6 м/с. При работе с видеоинформацией, подвергнутой компрессии, скорость вращения диска в режиме записи должна превышать 6 м/с.
• Отличное соотношение сигнал/шум и характеристики изменения фазы позволили компании TDK получить пит сверхмалых для записываемых DVD-дисков размеров.
• Материал AVIST выдерживает как минимум 1000 циклов перезаписи даже на скоростях менее 3 Мбайт/с. При более высоких скоростях записи количество циклов перезаписи возрастает.

DVD-RAM

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.

Приводы DVD-RAM 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. Также диски DVD-RAM могут использоваться для записи и воспроизведения потокового видео на оборудовании, поддерживающем спецификацию DVD-VR.

Этот формат вобрал в себя не только технологии, традиционно используемые в оптических дисках. Некоторые решения, используемые в DVD-RAM, пришли в него из магнитооптики. Принцип записи DVD-RAM - это технология изменения фазового состояния поверхности диска при нагреве ее лазером. Главной особенностью DVD-RAM-дисков являются заранее, еще при производстве, выдавленные на диске i метки, означающие начало секторов. На логическом уровне главная особенность DVD-RAM в том, что диск можно отформатировать во вполне привычные файловые системы, такие как FAT16 или FAT32. DVD-RAM-диски могут быть как одно- так и двухсторонними. Первоначально емкость DVD-RAM-дисков составляла 2,58 Гбайт, но впоследствии была увеличена до 4,7 Гбайт. Еще позже появились двухсторонние DVD-RAM-диски, суммарная емкость которых составляла уже 9,4 Гбайт.

Еще одно принципиальное отличие дисков DVD-RAM от всех остальных - эти диски выпускаются в двух модификациях: в картридже и без него. 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. Картридж представляет из себя коробку размером 124,6х135,5х8,0 мм внешне похожую на используемые в МО-дисках.

Односторонние диски DVD-RAM продаются как с картриджем, так и без него. Двухсторонние 9,4-гигабайтные диски продаются только в картриджах, причем зачастую картриджи запаяны, так что открыть их, не сломав, невозможно. Если извлечь диск DVD-RAM из картриджа, то его можно вставить в обычный привод DVD-ROM. Впрочем, не факт, что он будет прочитан. Совсем другое дело, если на приводе стоит логотип DVD multi. Как мы уже отмечали, привод с таким логотипом должен читать диски DVD-R, DVD-RW и DVD-RAM. Но это не означает, что такой привод обязательно должен иметь механизм для загрузки картриджа.

По утверждению производителей, DVD-RAM-диск может быть перезаписан не менее 100 000 раз, и запись должна сохраняться на диске неизменной не менее 30 лет.

В настоящее время DVD-RAM представляет собой относительно недорогую систему резервного копирования достаточно большой емкости.

DVD-RW

Встречаются другие названия этого формата: DVD-R/W и реже DVD-ER. После создания записываемых DVD-R-дисков логичным шагом стало создание перезаписываемых дисков. Так появился DVD-RW (Digital Versatile Disc Rewritable). Разработчиком этого формата снова стала компания Pioneer, соответственно, он построен на тех же принципах, что и DVD-R(G). Используется лазер с такой же длиной волны 650 нм, диски имеют одинаковый формат. Единственное отличие в покрытии. Так же как и в обычных дисках, в CD-RW в качестве отражающего слоя используются материалы, которые могут многократно менять свои свойства (отражающую способность) под воздействием лазерного луча разной мощности. DVD-RW - односторонний 80- или 120-миллиметровый оптический диск толщиной 1,2 мм. Емкость дисков составляет 4,7 Гбайт. По утверждению производителей этих дисков, они могут перезаписываться не менее 1000 раз.

Первоначально появилась спецификация версии 1.0. Для предотвращения копирования защищенных дисков эти болванки имели заранее записанную область Lead In. Оборотным эффектом этого стали проблемы с проигрыванием таких дисков на стационарных проигрывателях некоторых моделей.

Для решения проблем с совместимостью была разработана спецификация версии 1.1, в соответствии с которой DVD-RW-диски также должны иметь заранее записанную область Lead In для предотвращения копирования защищенного материала, но на этот раз эта область записывалась стандартными средствами, а не заранее на заводе-изготовителе (методом выдавливания). Благодаря этому DVD-проигрыватели более уверенно читают такие диски.

Большинство современных дисков DVD-RW выполнены в соответствии с требованиями именно спецификации версии 1.1.

Для защиты содержимого DVD-RW-дисков был разработан вариант В спецификации версии 1.1. Обычно такие диски называют дисками DVD-RW типа В. От обычных они отличаются тем, что в служебной зоне диска записан уникальный 64-разрядный номер (disk ID). На основе этого номера содержимое диска кодируется по алгоритму 56-bit C2 (Cryptomeria). При проигрывании такого диска считывается ID-номер, а затем раскодируется содержимое диска. При копировании такого диска копируется только содержимое, а не уникальный disk ID, поэтому воспроизвести скопированное будет нельзя.

При создании дисков DVD-RW самое пристальное внимание уделялось совмести мости формата с существующими DVD-проигрывателями и приводами. Однако со вместимости, сравнимой с той, что удалось достигнуть на дисках DVD-R, не получилось. Причина этого та же, что и в случае с дисками CD-RW, которые не читаются в приводах устаревших моделей, поскольку отражающая способность материала, используемого в перезаписываемых дисках, меньше, чем у DVD-R, и намного меньше, чем у оригинальных.

Первый DVD-RW-проигрыватель представлен компанией Pioneer в декабре 1999 г Это было бытовое устройство для проигрывания и копирования DVD-дисков. Стоило оно около 2500 USD при цене болванки 30 USD. Существовало несколько режимов записи, которые давали разное качество картинки. В зависимости от выбранного режима процесс копирования диска занимал от 1 до 6 ч. Чтобы не допустить "пиратского копирования", для записи дисков DVD-RW использовался новый формат записи, названный DVD-VR (Video Recording). В результате записанные диски не могли быть просмотрены на стандартном DVD-проигрывателе. Даже если физические характеристики проигрывателя позволяли считать данные с диска DVD-RW, то декодировать их никак не получалось.

Такая политика не способствовала популярности устройств этого формата, поэтому вскоре появилась его новая версия. В ней предусматривалась возможность записи дисков DVD-R(G) по формату DVD-Video. Это позволило проигрывать записанные диски на обычных DVD-проигрывателях.

Первый DVD-RW-привод для PC - DVR-A03 - был выпущен компанией Pioneer начале 2001 г. по цене около 1000 USD.

DVD+R

Кроме официально поддержанных DVD-форумом, некоторые члены консорциума - Dell, Hewlett-Packard, Mitsubishi, Philips, Ricoh, Sony, Yamaha - разработали свой собственный формат. Несмотря на то что большинство этих фирм входят в DVD-форум, сам консорциум не имеет над ними никакой власти. Поэтому отсутствие официальной поддержки со стороны DVD-форума не мешает существовать и развиваться DVD+RW (Digital Versatile Disc Rewritable).

Первоначально на свет появилась спецификация формата DVD+RW версии 1.0.0 появилась еще в 1997 г. и предусматривала запись на диски емкостью 2,8 Гбайт 650-нанометровым лазером. Первая версия стандарта не была совместима с DVD-Video, поэтому в конце 1999 г. ее полностью вытеснила новая спецификация на формат записи потокового видео (DVD+RW Video Format), которая предусматривала запись 4,7 Гбайт на одну сторону. Устройства и диски, работающие в этом формате, полностью совместимы с оборудованием, работающим в формате DVD-Video. Это значит, что диски DVD+RW, содержащие видеоматериалы, могут быть воспроизведены и выпущенной ранее бытовой аппаратуре DVD.

Для записи используется та же технология, что и в дисках CD-RW, поэтому принципы, на которых основаны диски DVD+RW, идентичны тем, что применяются DVD-RW. Разница заключается лишь в используемом формате записи. Так, например, диски DVD+RW поддерживают запись в несколько приемов. Благодаря более точному позиционированию лазерной головки и высокой степени контроля за ее перемещением в процессе записи привод DVD+RW позволяет перезаписывать любую часть содержимого диска поверх, не стирая ранее записанные данные. Это же позволяет осуществить и уникальную коррекцию ошибок при записи: плохо записанный сектор перезаписывается заново. Кроме этого, DVD+RW имеет более совершенную, по сравнению с DVD-RW, систему контроля ошибок. Еще одним свойством приводов DVD+RW является поддержка дисков CD-R и CD-RW. Эта поддержка оговорена в стандарте в качестве обязательного элемента.

DVD+R

Формат DVD+R появился только в середине 2002 г. DVD+R основан на тех же принципах, что и DVD+RW за исключением того, что для отражающего слоя применяется материал, подобный используемому в CD-R. Поэтому у дисков DVD+R отражающая способность записываемого слоя оказалась выше, чем у DVD+RW. Следовательно эти диски должны более уверенно читаться стационарными проигрывателями и приводами DVD-ROM. Из недостатков DVD+R перед DVD+RW можно отметить, что в стандарте не предусмотрена коррекция ошибок, основанная на перезаписи сбойного сектора.

К сожалению, добиться полной преемственности стандартов не удалось: режим лазера, необходимый для записи на диски DVD+R, не предусмотрен в приводах DVD+RW устаревших моделей.