3. Носители dvd

Универсальный цифровой диск (digital versatile disc - DVD) - вид накопителя, который в отличие от CD с момента выхода на ры­нок был рассчитан на широкое применение.

Форматы

Существует пять физических форматов (или книг) DVD, кото­рые мало чем отличаются от различных «оттенков» CD:

• DVD-ROM - среда хранения данных большой емкости, толь­ко для чтения;

• DVD-видео - цифровой носитель данных для кинофильмов;

• DVD-аудио - только для хранения звука; формат, подобный аудиоСD;

• DVD-R - однократная запись, многократное чтение; формат, родственный CD-R;

• DVD-RAM - перезаписываемый (стираемый) вариант DVD, который первым появился на рынке и впоследствии нашел в качестве конкурентов форматы DVD-RW и DVD+RW.

Имея тот же самый размер как стандартный CD (диаметр 120 мм, толщина 1,2 мм), диски DVD обеспечивают до 17 Гбайт памяти со скоростью передачи выше, чем для CD-ROM, временем доступа, подобным CD-ROM, и имеют четыре версии:

• DVD-5 - односторонний однослойный диск вместимостью 4,7 Гбайт;

• DVD-9 - односторонний двухслойный диск на 8,5 Гбайт;

• DVD-10 - двусторонний однослойный диск 9,4 Гбайт;

• DVD-18 - вместимость до 17 Гбайт на двустороннем двухслойном диске.

Кроме того, есть проект формата DVD-14 - два слоя на одной стороне, один - на другой, который, будучи более простым в про­изводстве, будет заменять DVD-I8, пока потребность в последнем не проявится в полной мере.

Важно признать, что в дополнение к пяти физическим форма­там DVD также имеет множество прикладных форматов типа DVD-видео и DVD-аудио.

Технология

На первый взгляд диск DVD не отличается от CD: пластмассо­вый диск диаметром 120 мм и толщиной 1,2 мм, оба используют лазеры, чтобы читать данные, записанные во впадинах на спираль­ной дорожке. Однако семикратное увеличение DVD по вместимо­сти данных сравнительно с CD было в значительной степени дос­тигнуто путем напряжения всех допусков системы-предшественни­ка (рис. 3.24).

Во-первых, дорожки размещены более плотно, шаг дорожки DVD (расстояние между ними) уменьшен до 0,74 мкм, более чем в 2 раза по сравнению с 1,6 мкм для CD. Впадины (питы) также намного меньше: минимальная длина впадины одного слоя DVD - 0,4 мкм по сравнению с 0,834 мкм для CD. В целом это дает дискам DVD-ROM четырехкратную вместимость сравнительно с CD. Плот­ная упаковка данных составляет только часть решения, основное технологическое достижение DVD связано с его лазером. Меньшие размеры впадин подразумевают, что лазер должен освещать мень­шую площадь, и в технологии DVD это достигается путем сокраще­ния длины волны лазера от 780 нм (инфракрасный свет для стан­дартного CD) до 635 или 650 нм (красный свет).

Во-вторых, спецификация DVD позволяет считывать информа­цию более чем с одного слоя, изменяя фокусировку луча лазера чте­ния. Для перехода с дорожки на дорожку из разных слоев требуется только мгновение, чтобы перефокусировать линзу с одного отра­жающего слоя уровня на другой. Вместо непрозрачного отражающе­го слоя здесь используется прозрачный слой с непрозрачным отра­жающим слоем позади него (рис. 3.25). Хотя второй слой не может быть столь же плотен, как единственный уровень, это все же дает возможность записать на единственный диск 8,5 Гбайт данных.

В-третьих, DVD позволяет использовать двусторонние диски (рис. 3.26). Чтобы облегчить фокусировку лазерного луча на мень­ших дорожках с впадинами, изготовители использовали для диска более тонкую пластмассовую подложку, чем в CD-ROM. Это сокра­щение привело к дискам, которые имеют толщину 0,6 мм - напо­ловину меньше CD-ROM. Однако, так как эти диски слишком тон­ки, чтобы оставаться плоскими при обработке, изготовители склеи­ли два диска, это привело к дискам, имеющим толщину 1,2 мм. Это фактически удваивает потенциальную вместимость диска.

Наконец, на DVD используется более эффективная структура данных. Когда CD были разработаны в конце 1970-х гг., в них были использованы относительно простые и грубые системы исправления ошибок. Более эффективный код с исправлением ошибок для DVD оставляет больше памяти для реальных данных.

Файловые системы

Одно из главных достижений DVD - это то, что удалось все применения компакт-диска для данных, видео, аудио (или их ком­бинации) совместить в пределах единственной физической файло­вой структуры по имени UDF, или универсальный дисковый формат. Разработанный OSTA (Optical Storage Technology Association), фор­мат UDF гарантирует, что к любому файлу можно обратиться на любом диске, установленном на компьютере или видеопроигрыва­теле потребителя. Кроме того, формат обладает совместимостью со стандартными операционными системами, поскольку учитывает стандарт CD ISO 9660. UDF преодолевает проблемы несовместимо­сти, от которых страдал компакт-диск, когда стандарт должен был переписываться каждый раз при появлении новых приложений, по­добно мультимедиа, интерактивных систем или видео.

Версия UDF, которой удовлетворяют как перезаписываемые диски, так и версии «только для чтения», является подмножеством спецификации UDF версии 1.02, которая известна как MicroUDF (M-UDF).

Поскольку UDF не поддерживался Windows, пока Microsoft не выпустила Windows 98, производители DVD были вынуждены использовать промежуточный формат по имени UDF Bridge (Мост), который представлял собой гибрид UDF и ISO 9660. Windows 95 OSR2 поддерживала UDF Bridge, но более ранние версии этого не могли. Спецификация UDF Bridge явно не включает Joliet-расширения для ISO 9660, которые необходимы для длинных имен файлов. Windows 98 распознает UDF, так что эти системы не имеют про­блем ни с UDF, ни с длинными именами файлов.

DVD-видео использует только UDF со всеми данными, требуе­мыми UDF и ISO 13346, чтобы иметь совместимость с компьютер­ными системами, и не использует ISO 9660 вообще. Файлы на DVD-видео не могут иметь размер больший, чем 1 Гбайт, и должны быть записаны как отдельный экстент (т. е. в непрерывной последо­вательности). Первым каталогом на диске должен быть каталог VIDEO TS, содержащий все файлы, и все имена файла должны быть в формате 8+3 (8 байт - имя, 3 - расширение).

DVD-аудиодиски используют UDF для того, чтобы сохранять данные в отдельной «зоне аудио DVD» на диске, указанном как ка­талог AUDIO_TS.

Проблемы совместимости

Формат DVD с самого начала был связан с проблемами совмес­тимости. Некоторые из них теперь разрешены, но другие, в особен­ности совместимость перезаписываемых и видеовариантов диска, остаются и выглядят так, будто готовы вырасти до масштабов войны форматов Beta и VHS, которая продолжалась в течение нескольких лет между производителями видеомагнитофонов.

Несовместимость с некоторыми дисководами CD-R и CD-RW была давней проблемой. Болванки, используемые в некоторых из этих устройств, не могут отражать должным образом лазерный луч, используемый в устройствах чтения DVD-ROM, что и делает их «нечитабельными». Для носителей CD-RW эта проблема была легко решена по стандарту Мультичтения и путем комплектования уст­ройства DVD-ROM лазерами с двумя различными длинами волны. Однако заставить дисководы DVD-ROM надежно читать все носи­тели CD-R составляет намного большую проблему. Лазер устройст­ва чтения DVD имеет затруднения при считывании CD-R в связи со снижением отражающей способности поверхности в свете длиной волны 650 нм, в то время как при 780 нм она почти такая, как для CD-ROM.

К осени 1998 г. дисководы DVD-ROM были все еще неспособ­ны к чтению перезаписываемых дисков DVD. Эта несовместимость была, наконец, ликвидирована в так называемых «дисководах третьего поколения», которые начали появляться в середине 1999 г. В них используется модифицированная БИС, предназначенная рас­познавать различное физическое размещение данных DVD-RAM или обрабатывать дополнительные заголовки в потоке данных DVD+RW.

Скорость была другой проблемой для первых дисководов DVD-ROM. К середине 1997 г. лучшие диски CD-ROM использова­ли постоянную угловую скорость (Constant angle velosity - CAV), чтобы добиться более высоких скоростей передачи и более низкой вибрации. Однако ранние устройства DVD-ROM использовали по­стоянную линейную скорость (constant linear velosity - CLV). Это не было проблемой для DVD, поскольку их высокая плотность позво­ляет работать при более медленных скоростях вращения. Однако, поскольку постоянная линейная скорость также использовалась для того, чтобы читать диски CD-ROM, оказалось, что эффективная скорость чтения CLV DVD-ROM не могла быть больше 8х.

Таблица 3.12 содержит совокупные сведения по совместимо­сти по чтению/записи различных форматов. «Да» означает, что некоторые из устройств данного типа могут обработать соответст­вующий дисковый формат, это не гарантирует, что на это будут способны все такие устройства. «Нет» означает, что соответствую­щий тип дисковода может обработать формат весьма редко или никогда.

Таблица 3.12. Параметры совместимости различных оптических носителей

Формат диска DVD

Тип дисковода DVD

DVD-плеер

DVD-R(G)

DVD-R(A)

DVD-RAM

DVD-RW

DVD+RW

R

W

R

W

R

W

R

W

R

W

R

W

DVD-ROM

Да

Нет

Да

Нет

Да

Нет

Да

Нет

Да

Нет

Да

Нет

DVD-R(G)

Да

Нет

Да

Да

Да

Нет

Да

Нет

Да

Да

Да

Нет

DVD-R(A)

Да

Нет

Да

Нет

Да

Да

Да

Нет

Да

Нет

Да

Нет

DVD-RAM

Нет

Нет

Нет

Нет

Нет

Нет

Да

Да

Нет

Нет

Нет

Нет

DVD-RW

Да

Нет

Да

Да

Да

Нет

Да

Нет

Да

Да

Да

Нет

DVD+RW

Да

Нет

Да

Да

Да,

Нет

Нет

Нет

Да

Нет

Да

Да

CD-R

Нет

Нет

Нет

Нет

Нет

Нет

Да

Нет

Да

Да

Да

Да

CD-RW

Нет

Нет

Нет

Нет

Нет

Нет

Да

Нет

Да

Да

Да

Да

DVD-ROM

Дисководы DVD-ROM стали общедоступными в начале 1997 г. и их устройства (1х) были также способны к чтению дисков CD-ROM со скоростью 12х, достаточной для воспроизведения пол­ноэкранного видео. К началу 1998 г. на рынке появились мультискоростные дисководы DVD-ROM, способные к чтению носителей DVD в двойной скорости (2700 Кбайт/с), а компакт-дисков с 24х скоростями, к концу года скорость DVD достигла размера 5х. Год спустя была достигнута шестикратная скорость (8100 Кбайт/с) для DVD-носителей и чтения CD-ROM на 32х скорости. К концу 2001 г. достигнуты 16х и 40х скорости для DVD-ROM и CD-ROM соответственно.

Не существует общепринятой терминологии для описания раз­личных «поколений» дисководов DVD. Однако термин «второе по­коление» (или DVD II) обычно относится к 2х скоростным диско­водам, также способным к чтению носителей CD-R/CD-RW, а тер­мин «третье поколение» (или DVD III) обычно означает 5х (или иногда 4,8х, или 6х) дисководы, некоторые из которых способны к чтению носителей DVD-RAM.

Форматы записываемых дисков DVD

Существуют пять версий записываемых DVD:

• DVD-R обычный;

• DVD-R авторизованный;

• DVD-RAM (перезаписываемый);

• DVD-RW;

• DVD+RW.

Все записываемые форматы DVD включают набор специфика­ций, которые определяют физические характеристики среды запи­си. Этот уровень функционирования является «физическим уровнем среды», и возможность прочитать диск на специфическом проигры­вателе или дисководе зависит от его способности поддержать соот­ветствующий физический уровень независимо от того, какие дан­ные записаны. Спецификация самого содержания подчинена мно­жеству «прикладных уровней», которые определены Форумом DVD. Например, типичные кинофильмы выпускаются на тиражируемых дисках ROM (физический уровень), и при этом применяется фор­мат DVD-видео (прикладной уровень).

Все пишущие плееры могут читать диски DVD-ROM, но каж­дый использует различные типы дисков для записи. DVD-R, который появился в 1997 г., разрешает сделать только однократную за­пись (только последовательным образом), в то время как диски форматов DVD-RAM, DVD-RW и DVD+RW могут быть перезапи­саны тысячи раз.

DVD-RAM был первым перезаписываемым форматом, который появился на рынках летом 1998 г. Этот формат наиболее удобен для записи компьютерных данных из перезаписываемых форматов DVD для использования в компьютерах, поскольку он поддерживает об­ход дефектных участков и зонный формат CLV (постоянная линей­ная скорость), однако он несовместим с большинством проигрыва­телей (из-за различий в отражательной способности диска и незна­чительных отличий формата).

Форматы DVD-RW и DVD+RW представляют собой эволюци­онное развитие существующих технологий CD-RW и DVD-R, а по­тому обеспечивают лучшую совместимость с остальными представи­телями семейства изделий CD/DVD. DVD-RW впервые появился в Японии в конце 1999 г. и более нигде не использовался вплоть до 2001 г. DVD+RW перенес множество «фальстартов» и появился в конце 2001 г.

Записываемый DVD. DVD-R (или записываемый DVD) во мно­гом концептуально схож с CD-R - это однократно записываемый носитель, который может содержать любой тип информации, обыч­но сохраняемой на DVD массового производства - видео, аудио, рисунки, файлы данных, программы мультимедиа и т. д. В зависи­мости от типа записываемой информации диски DVD-R могут ис­пользоваться фактически на любом совместимом устройстве вос­произведения DVD, включая дисководы DVD-ROM и проигрывате­ли DVD-видео. Самые первые DVD-R сыграли значительную роль в развитии рынка DVD-ROM, так как разработчики программного обеспечения нуждались в простом и относительно дешевом способе создания испытательных дисков перед переходом к массовому про­изводству.

Первоначально при появлении осенью 1997 г. диски DVD-R имели вместимость 3,95 Гбайт, которая затем возросла до 4,7 Гбайт для однослойного, одностороннего диска DVD-R. Так как формат DVD поддерживает двухсторонние диски, до 9,4 Гбайт может быть сохранено на двухстороннем диске DVD-R. Данные могут быть на­писаны на DVD со скоростью 1х (11,08 Мбит/с, что приблизитель­но эквивалентно 9х скорости CD-ROM). После записи диски DVD-R могут читаться с теми же скоростями, что и массово-тиражируемые диски, в зависимости от «х-фактора» (кратности скоро­сти) используемого дисковода DVD-ROM.

Таблица 3.13 иллюстрирует различия между некоторыми основ­ными параметрами обоих форматов.

Таблица 3.13. Параметры форматов CD-R, DVD-R

Параметр	DVD-R	CD-R
Тип записи	Однократная	Однократная
Длина волны (запись), нм	635-645	775-795
Длина волны (чтение), нм	635-650	770-830
Мощность записи, мВт	6-12	4-8
Числовая апертура (запись)	0,60	0,50
Числовая апертура (чтение)	0,60	0,45
Отражательная способность	Более 0,6	Более 0,65

DVD-R, подобно CD-R, использует постоянную линейную ско­рость (CLV), чтобы максимизировать плотность записи на дисковой поверхности. Это требует переменного числа оборотов в минуту (rpm), поскольку диаметр дорожки изменяется при продвижении от одного края диска к другому. Запись начинается на внутренней сто­роне и заканчивается на внешней. При 1х скорость вращения изме­няется от 1623 до 632 об/мин для диска емкостью 3,95 Гбайт и от 1475 до 575 об/мин для 4,7 Гбайт в зависимости от позиции головки записи-воспроизведения на поверхности. Для диска в 3,95 Гбайт интервал (подача) дорожек, или расстояние от центра одного витка спиральной дорожки до прилегающей части дорожки, составляет 0,8 мкм (микрон) или вдвое меньше, чем для CD-R. На диске в 4,7 Гбайт используется еще меньшая подача дорожки - 0,74 мкм.

Запись на дисках DVD-R производится с помощью слоя вещест­ва, которое преобразуется (окрашивается) сильно сфокусированным красным лазерным лучом. Слой наносится на прозрачную основу, которая выполнена из поликарбоната методом литья под давлением, и имеет микроскопическое спиральное углубление (дорожку), сфор­мированную на ее поверхности. Это углубление используется дисководом DVD-R, чтобы вести луч записывающего лазера, и также содержит записанную информацию после окончания процесса. Кроме того, во-первых, спиральное углубление имеет волнистый профиль (заранее записанный синусоидальный сигнал), который предназна­чен для синхронизации двигателя шпинделя диска в течение записи, а во-вторых, в областях поверхности между углублениями размеша­ются «поверхностные отметки» («Land Pre-Pits», или LPP), исполь­зуемые для целей позиционирования (адресации). Далее на записывающий слой напыляют тонкий слой металла, чтобы в процессе вос­произведения лазерный луч чтения мог быть отражен от диска. На металлическую поверхность затем наносится защитный слой, по ко­торому может быть осуществлена склейка двух сторон диска.

Эти операции выполняются для каждой стороны диска, кото­рый будет использоваться для записи. Если обе стороны использу­ются при записи, то две записываемые стороны могут быть соеди­нены вместе, как изображено на рис. 3.27. В этом случае каждая сторона должна читаться непосредственно, путем переворачивания диска. Если создается односторонний диск, то противоположная сторона может содержать метку или некоторую другую видимую ин­формацию.

Запись осуществляется путем мгновенного облучения записы­вающего слоя сильно сфокусированным лазерным лучом высокой мощности (приблизительно 8-10 мВт). Когда окрашивающийся слой нагрет, он изменяется так, что в спиральном углублении фор­мируются микроскопические отметки. Эти отметки имеют перемен­ную длину в зависимости от того, как долго пишущий лазер был включен или выключен, что и соответствует информации, сохра­ненной на диске. Записывающий слой чувствителен только к свету соответствующей длины волны, так что воздействие окружающего света или луча лазера воспроизведения не может испортить запись.

Воспроизведение осуществляется путем сосредоточения на по­верхности диска луча лазера более низкой мощности и приблизи­тельно той же самой длины волны (635 или 650 нм). Области по­верхности между записанными отметками хорошо отражают, и большинство лучей света возвращается на оптическую головку про­игрывателя, и наоборот, сами отметки отражают мало света. Таким образом формируется модулируемый сигнал, который затем рас­шифровывается в исходные пользовательские данные устройством воспроизведения.

К концу 1999 г. распространение DVD-R оставалось медленным и дисководы были предельно дороги - примерно в 10 раз выше стоймости устройств DVD-ROM. В дальнейшем в середине 1999 г. появи­лись дисководы DVD-ROM, способные к чтению дисков DVD-RAM. Такие качества носителей, как большая вместимость и долговечность (типичная «продолжительность жизни» более 100 лет), делают эти технологии хорошим выбором для долгосрочного архивного хране­ния любой информации, которая может быть представлена в цифро­вой форме. Так как физические размерности дисков DVD идентичны семейству CD-дисков, они могут размещаться на существующих мас­совых накопителях CD («музыкальных автоматах»). Это позволяет организовать автоматизированный поиск записанных на томах DVD-R данных в связанных в сеть средах, при этом емкость памяти увеличивается в 6-7 раз по сравнению с технологией CD-R.

Появление в мае 2000 г. Версии 2 Спецификации Форума DVD и последующее увеличение вместимости до 4,7 Гбайт привело к по­вышению роли DVD-R как инструмента для того, чтобы создавать мастер-диски (матрицы) перед массовым выпуском программных средств, производства мультимедиа и как среды для того, чтобы де­лать копии фильмов. В то же самое время стало ясным, что для по­требительского рынка был необходим другой тип носителя DVD-R, так что в итоге формат был разбит на «DVD-R for Authoring» (авто­ризованный) и «DVD-R for General» (обычный).

DVD-R (А) формат по-прежнему рассчитан на профессиональ­ного пользователя и другие различия форматов связаны с их отно­сительным рыночным позиционированием. Принципиальным явля­ется использование в DVD-R (А) мастер-формата Cutting Master Format (CMF). Это позволяет использовать носитель 4,7 Гбайт DVD-R (А) в качестве прямой замены для мастер-лент DLT, ис­пользуемых при тиражировании дисков.

Ключевая характеристика формата DVD-R (G) (и весьма воз­можно, основной фактор в решении Форума DVD о разделении формата DVD-R), во-первых, - то, что здесь применяются меры защиты содержания, которые делают физически невозможным де­лать побитовые копии дисков, зашифрованных методом CSS. Во-вторых, DVD-R (G) использует систему убывающих адресов, встроенных в метки (LPP), встроенную контрольную область и по­зволяет создавать двухсторонние диски.

До середины 2001 г. DVD-R использовались прежде всего в профессиональных приложениях типа тиражирования видео и со­хранения графических данных. Однако перспективы более широко­го применения формата DVD-R (G) были существенно улучшены при появлении записывающего устройства Pioneer DVR-A03, предназначенного для записи форматов DVD-R (G), DVD-RW, CD-R и CD-RW при цене около 1000 долл.

Осенью 2003 г., приблизительно в то же самое время, когда сто­ронница DVD+ Philips выпустила двухслойные носители DVD+R, Pioneer объявила, что разработана версия двухслойного формата DVD-R, который предполагается предложить Форуму DVD как но­вый дисковый стандарт после дальнейшего усовершенствования.

При использовании метода записи на слой, изменяющий окра­ску, новая двухслойная технология DVD-R показывает почти те же характеристики, что и двухслойные диски DVD-ROM, воспринимая 9,34% колебания на первом записывающем слое (L0) диска с коэф­фициентом отражения, равным 17,3%, и колебания 8,08% на вто­ром слое (L1) с коэффициентом отражения 19,5%. Это означает, что можно будет воспроизводить двухслойные диски DVD-R на большинстве существующих проигрывателей DVD и что легко мож­но будет разработать записывающие устройства DVD, использую­щие данную технологию.

RVD-RAM. Перезаписываемый DVD-ROM или DVD-RAM ис­пользует технологию изменения фазы, что не является чистой опти­ческой технологией CD и DVD, а смешанной с некоторыми особен­ностями магнитооптических методов и ведет свое происхождение от оптических дисковых систем PD (технология Panasonic). Применяе­мый формат «поверхность-углубление» (land groove) позволяет запи­сывать сигналы как на углублениях, сформированных на диске, так и в промежутках между углублениями. Углубления и заголовки сек­торов формируются на поверхности диска в процессе его отливки (рис. 3.28, а). Первое поколение изделий DVD-RAM емкостью 2,6 Гбайт с обеих сторон диска для многократного использования появилось в середине 1998 г. Однако эти ранние устройства несо­вместимы со стандартами более высокой вместимости, которые ис­пользуют контрастный слой расширения и тепловой буферный слой, чтобы достигнуть более высокой плотности записи. Специфи­кация для версии 2.0 DVD-RAM вместимостью 4,7 Гбайт на одной стороне была выпущена в октябре 1999 г. Фирма Hitachi достигла вместимости 4,7 Гбайт, сокращая размер записываемой лазером от­метки от 0,41-0,43 мкм до 0,28-0,30 мкм и подачи дорожки от 0,74 до 0,59 мкм.

Основное различие между DVD-RAM и ROM - в совместимо­сти. Односторонние диски DVD-RAM выпускаются в картриджах или без них. Есть два типа картриджей: тип 1 - запечатанный, тип 2 - позволяющий удалять диск. Размеры картриджа - 124,6 × 135,5 × 8,0 мм. Диски могут записываться, только находясь в картридже. Двухсторонние диски DVD-RAM помещаются в запеча­танные картриджи и не могут считываться более ранними дисково­дами DVD-ROM. Первый дисковод DVD-ROM, способный к чте­нию носителя DVD-RAM, который иногда неофициально называют «дисководом третьего поколения», появился на рынке в 1999 г.

DVD-RW. Известный ранее как DVD-R/W или DVD-ER, носи­тель DVD-RW появляется в процессе эволюционного развития фир­мой Pioneer существующих технологий CD-RW/DVD-R, которая стала доступной в конце 1999 г. Одной из целей было произвести формат, который был бы совместим с существующей средой DVD. В частности, для дисков DVD-RW не требуются защитные картрид­жи, что позволяет использовать их с загружающими диск механиз­мами, имеющимися во всех существующих проигрывателях и дис­ководах.

Диски DVD-RW используют технологию изменения фазового состояния вещества для чтения, записи и стирания информации (рис. 3.28, б). Луч лазера длины волны 650 нм нагревает слой чув­ствительного сплава, чтобы перевести его или в кристаллическое (отражающее) состояние, или аморфное (темное, нерефлексивное) в зависимости от уровня температуры и последующей скорости охлаждения. Результирующее различие между записанными темными метками и стертыми отражающими распознается проигры­вателем или дисководом и позволяет воспроизвести сохраненную информацию.

Носители DVD-RW используют ту же самую физическую схему адресации, как и DVD-R. В течение записи лазер дисковода следует за микроскопическим углублением, осуществляя запись данных в спиральной дорожке. Стены микроскопического углубления моду­лируются синусоидальным образом, образуя сигнал, который считывается дисководом и сравнивается с сигналом генератором для обес­печения точного вращения диска. Этот модулируемый образец на­зывается «модулированным (колеблющимся) углублением» (wobble groove), потому что стены углубления как бы колеблются из стороны в сторону. Этот сигнал используется только в течение записи и ни­как не влияет на процесс воспроизведения. Среди семейства форма­тов DVD только записываемые носители используют модулирован­ные дорожки.

На диске создается предварительно форматированная схема ад­ресации, использующая поверхностные метки (LPP), чтобы иденти­фицировать физический адрес записываемых блоков данных. Эта схема использует ряд микроскопических выступов, которые выделя­ются в области поверхности между углублениями.

Первый домашний видеорекордер DVD-RW, выпущенный в Японии в конце 1999 г., использовал новый формат DVD-VR (Video Recording). Следовательно, диски, записанные на нем, не могли ис­пользоваться в существующих проигрывателях DVD, поскольку они были совместимы на «физическом уровне», но не на «прикладном уровне». Последующее принятие формата DVD-Video разрешило эту специфическую проблему, а дисковод DVR-A03 Pioneer, выпу­щенный в 2001 г., обеспечил наиболее полный охват записываемых форматов DVD-R, DVD-RW, CD-R и CD-RW.

Однако, несмотря на успехи проекта, оставалось много препят­ствий к полной совместимости DVD-RW с существующими проиг­рывателями. Например, некоторые дисководы и проигрыватели принимают DVD-RW за двухслойный диск в связи с низкой отра­жательной способностью носителя и безуспешно пытаются опреде­лить местонахождение несуществующего второго слоя. Поэтому не­которые проигрыватели DVD-ROM не способны запустить диски DVD-RW.

Одно из основных преимуществ третьего перезаписываемого формата DVD - DVD+RW - это то, что он обеспечивает лучшую совместимость, чем любой из его конкурентов.

DVD+RW. Спецификация DVD-RAM была компромиссом между двумя различными предложениями основных конкурентов - груп­пировкой Hitachi, Matsushita Electric и Toshiba, с одной стороны, и союзом Sony/Philips - с другой. Тем не менее с самого начала разви­тия DVD происходило постоянное «перетягивание каната», и летом 1997 г. Sony и Philips вместе с Hewlett Packard отказались от согласованного формата, чтобы развить метод, использующий изменение фазы вещества, известный в дальнейшем как DVD+RW. Формат ба­зируется на технологии CD-RW, но несовместим со стандартом DVD-RAM, который был согласован только тремя месяцами ранее. Поскольку они не собирались полностью выйти из Форума DVD, лагерь DVD+RW представил измененную форму первоначальной спецификации на рассмотрение Ассоциации европейских производите­лей компьютеров (European Computer Manufacturers' Association - ЕСМА) для одобрения в качестве стандарта. Формат, однако, не был поддержан Форумом DVD.

Поскольку носители DVD-RAM обычно использовали оболочки или картриджи (напоминая флоппи-диск размером 5"), это вызывало особенную критику у сторонников DVD+RW: они утверждали, что этот подход вынуждает и будущие носители DVD-ROM помещать в аналогичные оболочки (картриджи). Односторонний диск DVD-RAM может быть удален из оболочки, чтобы использоваться в любом дисководе DVD-ROM, но изготовители дисков считают, что после этого диск DVD-RAM не сможет производить надежную за­пись. Сторонники DVD+RW утверждали далее, что размещение DVD-RAM в картридж требует больших размеров механизма приво­да, ограничивая использование этой технологии в ноутбуках или небольших корпусах ЭВМ. Компании, солидарные с Форумом DVD (Matsushita, Hitachi и Toshiba), с другой стороны, утверждали, что картриджи DVD-RAM улучшают надежность, особенно для двухсто­ронних носителей, и что затраты и трудности создания дисков DVD-ROM, физически совместимых с RAM-DVD, преувеличены.

DVD+RW имеет много общего с конкурирующей технологией DVD-RW, поскольку использует носитель с изменением фазового состояния и предполагает пользовательский опыт, полученный при использовании дисков CD-RW. Пользователи могут как записывать пустой диск, так и использовать защитную оболочку или картридж. Это основное отличие от устройств DVD-RAM, которые требуют носитель на основе картриджа. В формате DVD+RW диски могут быть записаны как в режиме постоянной линейной скорости (CLV) для последовательной видеозаписи, так и в формате постоянной угловой скорости (CAV) для прямого доступа. «Потери при монтаже» («Linking loss») являются следствием приостановки и последующего возобновления записи при использовании постоянной битовой ско­рости (CBR), так что в итоге диск оказывается несовместимым с устройствами чтения, подобными проигрывателям DVD или диско­водам DVD-ROM. «Монтаж без потерь» («Lossless linking») является методом, разработанным специально для DVD+RW, который при использовании переменной битовой скорости (VBR) позволяет ви­деоприложениям приостанавливать и продолжать запись без по­следствий, вызывающих потери. Чтобы сделать это, необходимо за­писывать произвольный блок данных в определенное место диска с высокой точностью (в пределах 1 мкм). Для этой цели дорожки на диске отпечатываются с более высокой частотой модуляции (wobble frequency), которая обеспечивает условия, при которых запись ин­формации может быть начата и остановлена в точно определенных позициях. Вместе с опцией «отсутствие контроля дефектов» эта осо­бенность позволяет DVD+RW-дискам быть записанными таким об­разом, чтобы максимизировать совместимость с существующими проигрывателями и дисководами DVD (рис. 3.29, а).

Первоначально фазопеременный записывающий слой диска DVD+RW находится в поликристаллическом состоянии. В процессе записи сфокусированный лазерный луч нагревает выбранные облас­ти материала выше температуры плавления (500-700 °С), так что вещество быстро переходит в жидкое состояние. Затем при доста­точно быстром охлаждении жидкое состояние стабилизируется в так называемом «аморфном состоянии». Если записывающий слой на­грет ниже температуры плавления, но выше температуры кристал­лизации (200 °С) в течение достаточного времени (дольше, чем ми­нимальное время кристаллизации), атомы возвращаются к упорядо­ченному состоянию, т. е. поликристаллическому.

Аморфное и кристаллическое состояния имеют различные по­казатели (индексы) преломления и поэтому оптически различаются.

В DVD+RW аморфное состояние имеет более низкую отражательную способность, чем кристаллическое состояние, и в процессе считывания это приводит к появлению сигнала, идентичного тому, который производится двухслойными дисками DVD-ROM, позволяя считывать диски DVD+RW на дисководах DVD-ROM, а также на проигрывателях DVD-видео.

Носитель состоит из гравированного поликарбонатного основания, на которое обычно напыляются четыре слоя. Основание отливается со спиральным углублением (дорожкой) для управления сервомотором, адресной информацией и другими данными. Фазопеременный слой помещен между диэлектрическими слоями, которые отнимают избыточное тепло от записывающего слоя. В качестве фазопеременного слоя обычно используется сплав серебра, индия, сербия, теллура (Ag-In-Sb-Te). Химический состав фазопеременного слоя определяет минимальное время кристаллизации. Структура диска (толщина слоев, их теплоемкость и теплопровод­ность) определяет скорость понижения температуры в течение за­писи. Точное задание состава записывающего слоя важно для по­лучения необходимых качеств записи. Вообще может использо­ваться невысокая мощность луча записи, если имеют место слои малой толщины.

Возможно, основное преимущество DVD+RW перед DVD-W за­ключается в области совместимости. Его сторонники утверждают, что это единственная перезаписываемая технология DVD, которая предлагает беспрепятственный обмен носителями, между бытовой электроникой и вычислительными машинами и что формат совмес­тим с большинством установленных до конца 1999 г. более чем 35 млн. DVD-видеопроигрывателями и дисководами DVD-ROM. За­пись, сделанную видеомагнитофоном DVD на диск DVD+RW (4 ч записи-воспроизведения на одну сторону диска), можно запустить на проигрывателе DVD-видео так же, как на ПК с дисководом DVD-ROM и дешифратором MPEG-2 видео. Кроме того, DVD+RW позволяет объединить цифровые видеозаписи и цифровые данные в единой файловой системе, как это требуется для записи мультимедиаприложений.

Все дисководы на рынке в начале 2002 г. использовали как по­стоянную линейную скорость (CLV), чтобы достичь максимальной скорости записи 2,4х для носителей DVD+RW (что соответствует 3,32 Мбайт/с), так и постоянную угловую скорость, чтобы позво­лить чтение CD-ROM со скоростью 32х. Используя эти «х-факторы», которые не очень удобны в эту «эпоху многоформатности», тем более что существует отношение 9:1 фактических скоростей переда­чи между DVD и CD, можно сказать, что характеристиками уст­ройств были: скорость чтения - 8х (DVD-ROM, DVD+RW), запи­си - 12х (компакт-диск) и перезаписи - 10х (компакт-диск).

Какой из конкурирующих форматов доминирует, в долгосроч­ной перспективе остается неясным. Добавление способностей DVD-R позволяет устройствам DVD-RAM производить запись вза­имно совместимых дисков. Однако использование перезаписывае­мых носителей на основе картриджа делает этот формат более по­лезным для хранения архивных данных, чем в качестве повседнев­ного устройства.

К началу 2002 г. казалось, что преимущество было у формата DVD-RW. Однако, несмотря на заявления его сторонников отно­сительно превосходной совместимости формата, тот факт, что дис­ки DVD+RW обладают меньшей отражающей способностью, чем DVD-R, и поэтому менее совместимы с некоторыми плеерами DVD и дисководами DVD-ROM, является потенциальным препятствием. Неопределенность того, какой именно из конкурирующих форматов одержал бы окончательную победу, нашла свое отражение - Sony выпускает дисковод, который поддерживает оба формата - DVD-RW и DVD+RW.

DVD+R. Первые дисководы DVD+RW не имели возможности производить запись на носитель DVD с однократной записью. Од­нако в начале 2002 г. Mitsubisi Kagaku Media (более известная по фирменному знаку Verbatim) стала первым изготовителем носите­лей, предназначенных для технологий DVD+RW в обоих форматах: перезаписываемый (Rewritable) и однократно записываемый (Write-once). Подобно ранее выпущенным носителям DVD+RW, новые DVD+Recordable диски были сертифицированы для 2,4х скорости записи (эквивалентно 3,32 Мбайт/с или производительности CD-R при 22х скорости).

Весной 2002 г. начало появляться второе поколение дисководов DVD+RW, способных к обработке обоих типов носителей. Первой была Philips, продемонстрировавшая возможность настройки диско­водов на новые форматы путем внесения исправлений во встроен­ные микропрограммы.

В октябре 2003 г. Philips и Verbatim показали на выставке Ceatec (Япония, 2003 г.) новую технологию записи двухслойных DVD, ко­торая фактически удваивает вместимость записываемых дисков DVD+R с 4,7 до 8,5 Гбайт при сохранении совместимости с существующими DVD-проигрывателями и дисководами DVD-ROM.

Двухслойная система DVD+R использует две тонкие органические пленки из окрашиваемого материала, разделенные прокладкой (заполнителем). Нагревание сосредоточенным лазерным лучом необратимо меняет физическую и химическую структуру каждого слоя так, что измененные участки получают оптические свойства, отличные от неизмененной среды. Это приводит к колебаниям от­ражающей способности при вращении диска, и образуется сигнал считывания, такой же, как в штампованных дисках DVD-ROM (см. рис. 3.29, б).

Основная задача разработки данной технологии, начатой в 2001 г., - обеспечение совместимости со стандартом DVD-ROM, чтобы гарантировать, что новые двухслойные диски будут прочиты­ваться на коммерчески доступных проигрывателях DVD. Это было достигнуто посредством использования в качестве материала отра­жателя для верхнего (L0 на рис. 3.29, б) слоя тонкой пленки серебросодержащего сплава, который обеспечивает отражательную спо­собность, по крайней мере, 18% (что согласуется со стандартами на двухслойный DVD-ROM). Кроме того, степень прозрачности верх­него слоя записи выше 50%, что позволяет считывание и запись на нижнем уровне (L1 на рис. 3.29, б). Этот уровень имеет более высо­кую светочувствительность, так как верхний уровень поглощает и отражает часть падающего света, а также намного более высокий коэффициент отражения (более 50%), который обеспечивает после прохождения через все слои эффективную отражательную способ­ность (на поверхности диска), по крайней мере, в 18%. Эти высо­кие значения прозрачности и отражательной способности достигну­ты путем оптимизации толщины и размещения слоев, размера доро­жек и т. д. Другие параметры - амплитуда и прохождение сигналов - были также оптимизированы, чтобы гарантировать со­вместимость с текущими стандартами DVD.