Л9,10,11 / Л10_LD-CD

ВИДЕОПЛАСТИНКИ И КОМПАКТ-ДИСКИ

В отличие от технологии магнитных лент, которая вначале была создана для записи звука, а затем значительно усовершенствована, чтобы справиться с видео, технология оптических дисков началась с видеозаписей, а затем уже перешла к звуку.

Первый проигрыватель цифровых видеодисков появился на рынке в 1978 году. В то время существовали две основные технологии представления данных. Для каждой из них требовался свой собственный тип диска. На дисках обоих типов имелись углубления или впадины, называемые питами, для отличия логической "1" от "0". В одних плеерах эти питы располагались в канавке, чтобы облегчить последующее считывание специальной "иголкой", в других использовался метод динамического слежения за дорожкой (динамический трекинг), не требующий канавок.

Упомянутые две основные технологии – это емкостная и оптическая система считывания. В оптической системе используется лазерная система динамического трекинга (слежения) для считывания данных с диска, не имеющего канавок. Считывающая головка при этом никогда не касается диска. В емкостной системе, считывающая головка «ощущала» изменение емкости между проводящим считывающим элементом и слегка проводящей поверхностью записи. Когда считывающий элемент находился над углублением, емкость была меньше. Это приводило к изменению частоты генератора. С помощью частотного дискриминатора эти изменения переводились в уровни логического сигнала. На дисках такого типа канавки могли быть, а могли и отсутствовать, но считывающая головка касалась поверхности диска.

На рынке США основными соперниками были фирма Philips (оптическая система) и фирма RCA Selectavision (емкостная система с канавками). Продукция обеих фирм обеспечивала изображение превосходного качества. Преимуществами проигрывателей RCA были более низкая цена (примерно вдвое меньше, чем аппарата оптической системы) и агрессивный

маркетинг недорогих (менее 20 долларов) видеодисков. Проигрыватели системы Philips, производившиеся также и другими фирмами, имели другое преимущество – вечный срок службы дисков, считываемых лазером. Практически это не имело большого значения, исключая разве что прокатный бизнес. Тесты, проведенные фирмой RCA, показали, что ее диски можно было проигрывать 100 раз без видимого ухудшения изображения. Вряд ли найдется зритель, который захочет смотреть один и тот же фильм большее число раз.

Однако, как оказалось, все достоинства видеодисков померкли в то время в сравнении с удобствами видеомагнитофонов. Фирма RCA признала поражение своей системы Selectavision в 1984 году. Не нужно много воображения, чтобы понять, почему это произошло. Дело в том, что видеодиски относятся к технологии «Read-Only» («только чтение»), позволяющей только считывать записанную информацию, в то время как магнитная лента - к технологии «Read-Write» («чтение и запись»), позволяющей не только считывать, но и записывать информацию. Можно возразить, что граммофонные пластинки пережили аудиозаписи на магнитной ленте несмотря даже на то, что они тоже относятся к категории «Read-Only». В это есть доля истины, однако в действительности меломаны воспринимают их, как дополняющий источник, мирно «сосуществующий» с кассетами. Магнитофоны позволяют, с одной стороны, создавать более продолжительные музыкальные программы, а с другой – могут обеспечить мобильный доступ к избранным музыкальным фрагментам. В отличие от этого, 80% респондентов указали в качестве основного применения видеомагнитофонов перенос программ телевидения на более удобное для себя время. Очевидно, что для этого требуется аппарат с возможностью записи, т.е. типа «Read-Write».

1. ЛАЗЕРНЫЙ ДИСК (LD)

5 сентября 1972 г. Фирма Philips продемонстрировала долгоиграющую видеопластинку с 30-минутной цветной программой записываемую лазером при постоянной линейной скорости (принцип CLV, Constant Linear Velocity) 12,5 м/с. Воспроизведение изображения осуществлялось оптическим способом с помощью луча лазера. Система получила название VLP (Video Linear Play), а видеопластинка – LaserDisk (LD).

Запись. Видеосигналы вместе с импульсами синхронизации и звуковой информацией записываются на спиральной дорожке LD, которая разворачивается от центра к краю пластинки. Запись имеет вид последовательности микроскопических углублений шириной 0,8 и глубиной 0,16 мкм. Информация на LD передается в аналоговой форме благодаря изменениям длины углублений от 0,6 до 4 мкм и расстояния между ними. Углубления выжигаются на металлическом покрытии диска лучом лазера мощностью 100 мВт в виде последовательность отверстий. Шаг записи составляет 2 мкм, что соответствует поперечной плотности записи 500 дорожек/мм. На диске диаметром 30 см помещается до 60000 дорожек записи, обеспечивая запись 40-минутной программы. Запись одного кадра изображения занимает в среднем 1 мм2 площади диска.

Перед записью сигналы изображения и звука подвергаются довольно сложной обработке (рис. 1). Так, сигнал яркости с ограниченной полосой частот модулирует несущую частоту 6 МГц частотного модулятора (ЧМ), девиация частоты которого составляет 1,3 МГц. Диапазон частот от 0 до 2,5 МГц результирующего спектра используется для записи сигналов цветности и звуковых. Поднесущая частота цветности переносится на частоту 1,46 МГц. Несущие частоты 350 и 600 кГц предназначены для звука. Их девиация составляет 50 кГц, что достаточно для передачи звуковых частот до 16 кГц. Сигналы яркости, цветности и звука складываются, и суммарный сигнал симметрично ограничивается (рис. 2). В результате получается сигнал прямоугольной формы двух постоянных уровней, длительность которых изменяется. Сформированный таким способом сигнал модулирует луча лазера, который выжигает на металлизированной поверхности диска последовательность углублений (pits, питов).

Рис. 1. Спектральные преобразования сигналов звука и изображения при записи лазерного диска LD. ▲

Рис. 2. Формирование питов. ►

Изготовление. После окончания записи металлизированная поверхность диска с дорожками микроскопических отверстий покрывается слоем фоторезиста. Этот слой экспонируется через тыльную прозрачную часть диска ультрафиолетовым светом. Засвечиваются только те участки слоя, которые находятся против питов. Фоторезист в этих местах полимеризуется и затвердевает. Неполимеризованный материал смывается раствори-

телем, и на поверхности диска вместо отверстий возникают возвышения. Далее со стеклянного диска электролитическим путем изготовляют никелевую матрицу и термическим способом штампуют ее копии на пластмассовых дисках. Затем на их рабочую поверхность наносится тонкий слой (0,04 мкм) хорошо отражающего металла, например алюминия и покрывают диск слоем защитного материала, который предохраняет зону за-

писи от пыли и механических повреждений в процессе эксплуатации. Воспроизведение. Лазерный диск 10 (рис. 3) воспроизводится оптическим проигрывателем с маломощным красным лазером 1, световой луч которого с линейной поляризацией, ортогональной зеркалу 5, проходит через

пластинку фазового растра 2, линзу 3, отражается от зеркал 5, 6 и качающегося зеркальца 7 и достигает четвертьволновой пластинки 8, изменяющей его поляризацию на круговую. Далее луч фокусируется объективом 9 на

диске 10. Диаметр сфокусирован- Рис. 3. Оптическая схема LD-плейера ного на диске светового пятна со-

ставляет 0,8 мкм, т. е. равен ширине питов. Если световое пятно попадает на металлизированную (материковую) поверхность диска между питами, то почти весь световой поток отражается в объектив. Если же световое пятно попадает на пит, то часть светового потока, попадающая на края пита, отражается в другом направлении и проходит мимо объектива. В результате отраженный световой поток, воспринимаемый объективом 9, оказывается модулированным сигналом дорожки записи. Этот поток, пройдя четвертьволновую пластинку 8, снова приобретает линейную поляризацию, но ортогональную исходной. Поэтому, дойдя до зеркала 5, он не отражается, а проходит через него и попадает на фотодиод 4, преобразующий его в электрический сигнал. Пластинка фазового рас-

поверхности видеопластинки в вертикальном направлении, которые могут быть до 0,5 мм. Для этого оптическим расщепителем (на рис. 5 не показан) от основного лазерного луча отделяется вспомогательный луч, который

направляется параллельно оптической оси объектива 4 на небольшом расстоянии от нее. Этот отделившийся пучок света собирается вспомогательной линзой 2, проходит через щель в светонепроницаемой пластинке 3 и фор-

Рис. 5. Оптическая схема автофокусировки мируется таким образом, чтобы,

пройдя через объектив 4, он достигал поверхности видеопластинки в виде пучка параллельных лучей.

Светонепроницаемая пластинка 3 имеет два фотоприемника 6 и 7, расположенных по краям щели (на рис. 5 изображены в круге). Если видеопластинка находится в рабочем положении α, то отраженный от нее луч попадает точно в щель светонепроницаемой пластинки, оба фотоприемника воспринимают равный по величине световой поток. Фототоки в обоих фотоприемниках оказываются одинаковыми, а разностный управляющий сигнал – равным нулю.

При приближении (б) или удалении видеопластинки от объектива 4 появляется разностный сигнал, поскольку отраженный луч будет попадать в основном на один из фотоприемников. Объектив 4 начнет смещаться до тех пор, пока отраженный луч вновь не попадет в промежуток между фотоприемниками. Таким образом, необходимое расстояние между объективом и диском устанавливается автоматически, и воспроизводящий луч оказывается сфокусированным на поверхности дорожки записи.

2. ДИСК ДЛЯ ЕМКОСТНОГО ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ На диске для емкостного воспроизведения запись представлена в

виде микроскопических изменений рельефа. Рабочий слой такого диска также покрыт тонкой металлической пленкой, поверх которой нанесен слой пластмассы. Пластмасса служит здесь не только для защиты металлизированного рабочего слоя от механических воздействий. Она является частью конденсатора, одна из обкладок которого образована металлизированным слоем диска, а вторая – тонким металлическим электродом 5, вставленным в головку видеоснимателя (рис. 6).

При перемещении диска относительно видеоснимателя меняется расстояние между обкладками конденсатора и, следовательно, его емкость. Величина этой емкости очень мала. Достаточно сказать, что ширина электрода (размер вдоль направления движения дорожки записи) составляет всего 0,25 мкм, а длина – 4 мкм, т. е. площадь обкладки конденсатора составляет 1 мкм2. Поэтому изменения емкости конденсатора при воспроизведении малы и составляют одну пятитысячную пикофарады (2×10-16Ф).

Геометрические параметры диска для емкостного воспроизведения следующие: ширина дорожки записи 4 мкм, шаг записи 5 мкм, минимальная длина волны записи 0,5 мкм. При этом на одном витке спирали записываются четыре кадра изображения. На одной стороне диска диаметром 30 см располагается 13500 дорожек и обеспечивается запись телевизионной программы продолжительностью 30 мин. При этом записывается полоса частот видеосигналов до 3,5 МГц при отношении сигнал/шум 36 дБ.

Воспроизводящий элемент головки изготовляется из сапфира или алмаза. Чтобы головка не оказывала большого давления на диск и не разрушала изоляционный слой, площадь ее контакта с поверхностью диска берется значительно больше площади поперечного сечения металлического электрода.

Рис. 6. Емкостная головка для воспроизведения записи.

1 — поливинилхлоридная основа; 2 – слой металла; 3 – слой полистирола;

4 – насадка из сапфира; 5 – металлический электрод; 6 –смазывающий слой.

3. КОМПАКТ-ДИСКИ (CD)

История свидетельствует, что наиболее важное событие на раннем этапе развития видеодисков имело место в 1979 году, когда фирмы Philips и Sony совместно предложили то, что впоследствии стало известно, как цифровые компактные диски (CD – Compact Disc). В новой разработке должна была использоваться оптическая система слежения за дорожкой (оптический трекинг), разработанная фирмой Philips для своего плеера видеодисков, и в нее должна была быть включена сложная система коррекции ошибок, разработанная фирмой Sony. В этом предложении предусматривались также детальная спецификация и соглашение о кодировании для дисков. Фирма Sony выпустила прототип аппарата в 1980 году, но он был представителем лишь одной из нескольких конкурирующих систем с цифровыми дисками. Но уже 15 апреля 1981 г. на музыкальном фестивале оперного искусства и классической музыки в Зальцбурге (Австрия) эти фирмы впервые с большим успехом продемонстрировали компакт-диски под названием CD-A (аудио) и проигрыватели для них. К 1982 году стало

ясно, что технология компакт-дисков станет мировым стандартом, и в 1983 году эти системы появились на массовом рынке США.

Компакт-диск обладал несколькими преимуществами перед долгоиграющими граммофонными пластинками. Во-первых, его диаметр равен точно 12 см вместо 30 см (12 дюймов) для пластинок. Во-вторых, его можно приспособить для работы в портативном или в мобильном (автомобильном) варианте. В-третьих, он обладает превосходными показателями по качеству звука, в особенности, по частотной характеристике, уровню шума, разделению стереоканалов и динамическому диапазону.

Первоначально, компакт-диски стоили почти вдвое больше, чем долгоиграющие пластинки, но вскоре это изменилось. CD-проигрыватель сам по себе (без всяких излишеств) стол не намного дороже, чем хороший граммофон со звукоснимателем и не требует периодической замены дорогостоящей иглы, чтобы обеспечить сохранность записей. Некоторые меломаны до сих пор пренебрежительно относятся к цифровому «CD-звуку». По-видимому, они слышат что-то такое, что недоступно большинству слушателей. Но, конечно, сейчас «битва» уже закончилась, и компакт-диски победили. Массовое производство долгоиграющих пластинок прекращено, но продолжается выпуск аудиофильских виниловых дисков элитного качества, стоимостью около $50 за штуку. Кроме того, в частных коллекциях имеется множество записей на долгоиграющих пластинках. Они не только представляют собой солидные капиталовложения, но и во многих случаях являются незаменимыми в отношении тех артистов, записи которых, возможно, никогда не будут переизданы в CD-формате.