Принципы записи информации на DVD-диск

Методы, используемые для записи информации на DVD-диск, аналогичны принципам записи традиционного CD-диска. В настоящее время производятся CD-диски, предназначенные только для воспроизведения, CD-R-диски с возможностью однократной записи и многократно перезаписываемые диски CD-RW.
СD-ROM, DVD-ROM. Как видно из рис. 1, обычный компакт-диск (CD) состоит из прозрачной полимерной подложки (1), металлизированного отражающего слоя (2) с "дырками" (B), при помощи которых записана цифровая информация, и защитного слоя (3), необходимого для придания диску жесткости. Отражающий слой (2) в обычном CD-диске и является слоем, хранящим информацию. Он изготавливается фабричным методом и представляет собой своеобразную матрицу с "выштампованными" в определенных местах "дырками", которые означают логическую единицу. Отсутствие "дырки" подразумевает логический ноль. Считывание информации происходит при помощи лазерного луча, отражающегося от поверхности диска. При отражении от "дырки" лазерный луч точно попадает на специальный детектор, который выдает "1". При отражении от поверхности луч проходит мимо детектора, который в этом случае распознает "0". Абсолютно те же принципы записи информации лежат в основе DVD-дисков первого поколения; они предназначены только для считывания информации, записанной на них фабричным способом (так называемый DVD-ROM).
CD-R, DVD-R. В конструкции однократно записываемого компакт-диска (CD-R) между подложкой (1) и отражающим слоем (2) находится пигментный слой (4) из металло-стабилизированного цианида (органическая субстанция). В данном случае именно пигментный слой, на котором фабрично "выдавлены" дорожки (A), вдоль которых движется лазерный луч, сохраняет информацию. При записи такого диска в специальных рекордерах лазерный луч повышенной мощности "выжигает" в требуемых местах пигментного слоя "дырки" (B). При считывании информации лазерный луч обычной мощности, свободно проходя сквозь "дырку" в пигментном слое (4), отражается от металлизированного слоя (2) и попадает на детектор, который распознает логическую единицу. При отсутствии "дырки" лазерный луч поглощается пигментным слоем, отражения лазерного луча не происходит, и детектор выдает логический ноль. Следует отметить наличие дополнительного шероховатого слоя для надпечатки (5), на котором пользователь после записи информации может нарисовать свою этикетку при помощи шариковой ручки, фломастера или даже специального струйного принтера.
CD-RW, DVD-RAM. Принцип записи на перезаписываемые DVD-диски (который первоначально разрабатывался для компакт-дисков с рабочим названием CD-Erasable) был предложен компаниями Philips, Ricoh и Hewlett-Packard и поддержан такими фирмами, как IBM, Sony, 3M, Olympus, Matsushita и Mitsumi. Конструкция перезаписываемого компакт-диска (CD-RW) напоминает CD-диск, но вместо отражающего слоя в нем используется специальное вещество (6), способное многократно изменять свою структуру. Такой материал был разработан компанией TDK и получил название AVIST; он обладает практически идеальными характеристиками.
Его высокой отражающей способности (25-35%) вполне достаточно для совместимости DVD-дисков при воспроизведении. Характеристики материала AVIST стабильны как при высоких, так и при низких скоростях записи, что особенно важно при работе с различными приложениями. В случае перезаписываемых компакт-дисков (например, CD-Erasable) запись осуществляется со скоростью ниже 3 м/c. Работа с данными в формате перезаписываемого DVD-RAM требует от рабочего слоя скорости записи от 3 до 6 м/c. При работе со сжатой видеоинформацией скорость записи уже должна быть выше 6 м/c.
Прекрасное соотношение сигнал/шум и характеристики изменения фазы позволили компании TDK добиться сверхмалых размеров маркера (менее 0,66 mm).
Новый материал AVIST выдерживает не менее 1000 циклов перезаписи на скоростях ниже 3 м/с. При более высоких скоростях записи это количество циклов перезаписи должно возрасти.
Как и на пигментном слое записываемого диска, на рабочем слое AVIST "выдавлены" дорожки (A), направляющие лазерный луч. При записи такого диска вещество под действием мощного лазерного луча меняет свою структуру в нужной точке поверхности, переходя из кристаллического состояния в аморфное. Поскольку такой переход обратим (т.е. вещество может быть переведено обратно в кристаллическое состояние), диск теоретически может быть перезаписан практически бесконечное число раз. Все зависит от свойств материала, применяемого в информационном слое (6), и по мере его дальнейшего совершенствования реально достижимое число циклов будет увеличиваться и составит не менее пяти миллионов перезаписей. Считывание производится лазерным лучом обычной мощности. При отражении от поверхности диска изменяется фаза лазерного луча в зависимости от того, произошло отражение от участка поверхности с аморфной или с кристаллической структурой. Изменения фазы отраженного луча распознаются детектором, который преобразует их в цифровой поток. Такой метод получил название Phase Change Technology (метод изменения фазы).
Однослойные DVD. Как мы уже отмечали, DVD во многом подобен CD, но значительно отличается от него плотностью записи. Как ясно из описанных выше принципов записи, именно предельное количество "дырок", которое может быть размещено на поверхности диска, определяет его информационную емкость.
Первым шагом к созданию нового стандарта можно считать семикратное увеличение емкости CD-диска за счет увеличения плотности записи, которое стало возможным благодаря применению более совершенных источников лазерного луча.
На рис. 2 показаны различия размеров и плотности расположения "дырок" рабочего слоя у DVD- и CD-дисков.
Обычные дисководы CD-ROM используют источник лазерного излучения с длиной волны 780 нм, излучающий невидимый инфракрасный свет. В DVD-плеерах и в DVD-ROM применен излучающий красный свет лазер с длиной волны 650 (635) нм. Такое уменьшение длины волны позволило считывать более мелкие "дырки" рабочего слоя диска, размещенные в более плотно расположенных треках (дорожках записи). Соответствующее увеличение числовой апертуры линзы (Numerical Aperture - угол между крайними лучами светового конуса, попадающего в оптический прибор) с 0,45 до 0,60 дает возможность фокусировать лазерный луч с гораздо большей точностью. Только за счет повышения плотности записи удалось довести емкость диска до 4,7 Гбайт.
Кроме того, значительной модернизации подверглись схемы цифровой модуляции и коррекции ошибок. Современная высокоэффективная схема модуляции (EFM Plus) работает как в 8-, так и в 16-битном режимах, что обеспечивает совместимость с существующими CD-форматами, одновременно позволяя добиться более высокого качества при применении новых DVD-носителей. Новая схема коррекции ошибок (RS-PC Reed Solomon Product Code) примерно в 10 раз эффективнее той, что используется в современных системах считывания.
Двухслойные DVD. Дальнейшее увеличение емкости диска достигнуто благодаря разработке двухслойного DVD-диска (стандарт DVD-9). Как видно из рис. 3, у двухслойного диска (нижняя схема) имеются целых два рабочих слоя для записи информации. Чтобы реализовать эту модель, для внешнего информационного слоя был создан специальный полупрозрачный материал. При считывании информации с такого диска лазерный луч сначала проходит сквозь этот полупрозрачный слой, фокусируясь исключительно на треках внутреннего слоя (принципы считывания описаны выше). Считав всю информацию с первого (внутреннего) слоя, лазерный луч автоматически меняет свою фокусировку, изменяя тем самым "глубину проникновения", и приступает к считыванию информации со второго (внешнего полупрозрачного) слоя. Наличие двух рабочих слоев позволяет увеличить емкость до 8,5 Гбайт. Поскольку фокусировка переключается почти мгновенно, а применение электронного буфера гарантирует отсутствие перерывов в исходящем цифровом потоке, двухслойную модель DVD-диска намечается использовать в приложениях, требующих большой и "непрерывной" емкости.
Первый слой двухслойного DVD-диска штампуется из обычных пластмасс на основе поликарбонатов и несет запись на одной стороне. Затем эта сторона заливается тонким слоем полупрозрачного материала, который в свою очередь покрывается пленкой фотополимерного материала, формирующего наружный рабочий слой. Фотополимерному материалу придается жесткость ультрафиолетовым облучением, и DVD-диск заливается прозрачным пластиком, служащим защитным слоем диска. Основная трудность заключается в создании полупрозрачного материала, разделяющего слои записи, поскольку требования, предъявляемые к нему, довольно противоречивы: он должен хорошо отражать лазерный луч (требуемый коэффициент отражения - около 40%) в процессе считывания наружного слоя и одновременно быть максимально прозрачным при считывании внутреннего слоя. Приоритет в разработке такого материала принадлежит компании 3M, работавшей по заказу Philips-Sony.
Двухсторонние DVD. Общая толщина всех слоев DVD-диска (как однослойного, так и двухслойного) составляет всего 0,6 мм, что в два раза меньше толщины CD-диска. Для физической совместимости с традиционными компакт-дисками толщина DVD-диска должна равняться толщине CD-диска, т.е. 1,2 мм. В одностороннем однослойном диске (стандарт DVD-5) с задней стороны (с той, где у CD-диска находится этикетка) приклеивается дополнительная подложка толщиной 0,6 мм.
Но такая толщина позволяет изготовить двухсторонний однослойный диск (стандарт DVD-10). Эта идея была предложена компанией Toshiba. Конструктивно процесс производства выглядит следующим образом: два отдельных односторонних DVD-диска склеивают между собой задними сторонами. В результате общая толщина диска та же, что у стандартного CD, - 1,2 мм, но информации такой диск способен вместить в два раза больше; кроме того, за счет уменьшения толщины защитного слоя снижается вероятность ошибок считывания информации, происходивших в CD-дисках из-за случайных отклонений лазерного луча в прозрачном защитном слое.
Таким образом, комбинируя (да-нет) две технологии "удваивания" числа рабочих поверхностей, мы получаем специфицированные в стандарте четыре конструктивно отличающихся формата DVD.
Однослойный односторонний диск DVD-5, преимущественно используется для видеофильмов, так как его емкости вполне достаточно для 92% фильмов, равно как для большинства компьютерных приложений, которым вполне хватает емкости 4,7 Гбайт. Одновременно такой диск оказывается относительно дешевым носителем - его себестоимость всего на 14% превышает себестоимость изготовления традиционного CD-диска.
Следующий по сложности тип диска - односторонний двухслойный DVD-9. Этот тип диска наиболее широкое применение найдет в приложениях, где необходимым условием является большая емкость при недопустимости в перерывах при считывании.
Формат DVD-10 (двухсторонний однослойный диска), предложенный компанией Toshiba, предполагает переворачивание диска вручную после проигрывания одной стороны; его целесообразно использовать, например, для тиражирования очень длинных фильмов или сериалов, не помещающихся на однослойном одностороннем диске. Впоследствии при дальнейшем уменьшении общей толщины всех рабочих слоев диска возможно создание и сверхъемкого двухстороннего двухслойного DVD-17.

31. Накопичувачі на магнітній стрічці, методи запису, основні характеристики.

Серед пристроїв резервного копіювання на магнітні стрічки до-

мінують п'ять основних видів: 4mm (DAT/DDS), 8mm

(Exabyte/Mamonth), QIC, AIT і DLT. Їх можна розділити на три класи,

у залежності від використовуваних форматів запису (див. рис. 1.2):

- пристрої, що використовують технологію Helican scan (4mm,

8mm, AIT);

- пристрої, що використовують технологію Linear

(QIC/SLR/MLR);

- пристрої, що використовують технологію Linear-Serpentine або

Parallel tracking(DLT).

В пристроях, що використовують технологію Helican scan, стрі-

чка повільно рухається поруч із барабаном, на якому встановлені голі-

вки читання/запису. У свою чергу барабан із голівками обертається з

високою швидкістю. Подібного типу технологія також використову-

ється в побутових відеомагнітофонах. Пристрої, як правило, мають

декілька голівок читання/запису. Недоліком даної технології вважа-

ється те, для читання/запису головка повинна контактувати з поверх-

нею носія, що призводить до зношування стрічки.

В пристроях, що використовують технологію Linear, інформація

на стрічці записується у вигляді безупинних рівнобіжних треків. Стрі-

чка в таких пристроях рухається з великою швидкістю, а голівка чи-

тання/запису залишається на місці. Після досягнення кінця стрічки

пристрій перемотує стрічку на початок і продовжує роботу. Такі при-

строї набагато надійніші пристроїв із технологією helican scan. Саме

такого типу пристрої використовуються під час лабораторної роботи.

В пристроях, що використовують технологію DLT, інформація

на стрічці записується у вигляді безупинних рівнобіжних треків, поді-

бно технології Linear. Стрічка також рухається з великою швидкістю і

голівка читання/запису знаходиться на місці. Відмінність цієї техно-

логії від технології Linear полягає в тому, що при досягненні кінця

стрічки, стрічка починає прямування в оберненому напрямку. У випа-

дку використання даної технології набагато швидше здійснюється

пошук запису на стрічці.

Практично всі пристрої можуть використовувати апаратну ком-

пресію при записі на стрічку (за винятком QIC). При цьому, у залеж-

ності від даних, швидкість роботи зі стрічкою й обсяг збереженої ін-

формації можуть вирости в декілька разів. Хотілося б зауважити, що

апаратна компресія ефективна тільки на дуже простих даних (текстові

файли і т.і.) і часом знижує продуктивність роботи пристрою. Деякі з

виробників накопичувачів на магнітних стрічках (наприклад HP) час-

то вказують помилковий коефіцієнт стиску даних, що може призвести

до помилкового вибору пристрою резервного копіювання.

Всі пристрої резервного копіювання, за винятком QIC, SLR і

MLR, потребують періодичного чищення з використанням спеціаль-

них стрічок. Чищення необхідне в силу того, що повітряні потоки, що

циркулюють в стримери, приносять бруд на місця торкання стрічки з

рухомими частинами пристрою. При забрудненні голівок читан-

ня/запису зростає кількість помилок при роботі пристрою. У залежно-

сті від пристрою і прикладного ПЗ сповіщення про необхідність чи-

щення можна одержати на індикаторах або у вигляді повідомлень від

програми.

Накопичувачі QIC (Quater-Inch Cartrige Drive Standards) існують

досить довгий час і завоювали популярність на ринку персональних

комп'ютерів і робочих станцій початкового рівня насамперед у силу

невисокої вартості пристроїв і носіїв. В таблиці 4 наведені параметри

касет стандарту QIC.__

Поиск по сайту: