Nośniki oparte na płycie DVD

Wprowadzenie

DVD (ang. początkowo Digital Video Disc, a potem Digital Versatile Disc) to optyczny nośnik pamięci dyskowej stosowany do przechowywania danych w postaci cyfrowej (pamięć masowa) o pojemności wystarczającej do zapisania filmu o przeciętnej długości z jakością SDTV. Z wyglądu przypomina CD, ponieważ ma taką samą średnicę (12 cm lub 8 cm), grubość (1,2 mm) i jest wykonany z tego samego materiału (poliwęglan). Różni się jednak gęstością i liczbą warstw zapisu, co w efekcie pozwala nagrać od 4,7 do 17 GB informacji w postaci binarnej. Istnieje wiele wersji standardu płyt DVD opisanych niżej.

Krótka historia powstania wynalazku

Pojemność płyty CD wystarczająca do zapisu dźwięku nie wystarczała do zapisu filmu o typowej długości z jakością obrazu i dźwięku towarzyszącego odpowiadającego SDTV, a więc wyższej niż powszechny w owym czasie zapis VHS. Branża elektroniczna usilnie pracowała nad wynalezieniem dysku optycznego o zdecydowanie wyższej pojemności z jednej strony, a bardziej efektywnymi sposobami kompresji sygnału wizyjnego i fonicznego z drugiej strony. Rezultatem prac dwóch konkurujących grup firm były dwa standardy zapisu optycznego przedstawione niemal równocześnie pod koniec 1994 r. – MM CD i SD DVD. Oba systemy były zbliżone do siebie, ale całkowicie niekompatybilne.

MM CD (ang. MultiMedia Compact Disc) został opracowany przez Philipsa i Sony. Podstawowym założeniem było utrzymanie jak najdalej idącej zgodności z płytą CD i możliwość zapisania pełnometrażowego filmu z dobrą jakością obrazu. Zachowano mechaniczną zgodność z płytą CD i zwiększono jej pojemność przez zastosowanie do odczytu światła laserowego o mniejszej długości (czerwień zamiast podczerwieni), co pozwoliło na zwiększenie gęstości zapisu na płycie. Uzyskana pojemność 3,7 GB w połączeniu z kompresją MPEG-2 umożliwiła zapisanie na płycie MM CD 135 min. filmu z pięcioma kanałami dźwięku dookólnego. Mimo że ponad 90% filmów mieści się na tym nośniku, projektanci postanowili podwoić pojemność płyty przez dodanie drugiej warstwy zapisu. Uzyskano czas nagrania 4,5 godz. i pojemność ponad 10 razy większą od płyty CD.

SD DVD (ang. Super Density Digital Video Disc) został opracowany przez firmę Toshiba i Time Warner. Zasadnicze różnice w stosunku do MM CD były następujące:

• większa gęstość zapisu,
• inny rodzaj modulacji światła laserowego,
• pojemność 5 GB,
• czas zapisu dla filmu 142 min,
• większa prędkość bitowa odczytu,
• więcej warstw zapisu.

Na szczęście nie doszło do zabójczej dla producentów i konsumentów „wojny standardów”, bo po roku szukania przez twórców obu systemów poparcia wśród potentatów branży elektronicznej i filmowej, a potem negocjacji prowadzonych pod auspicjami prezesa IBM, został opracowany kompromisowy standard zapisu zwany DVD. Większość parametrów wspólnego standardu jest bardziej zbliżona do propozycji Toshiby i Warnera. Struktura zapisu pochodzi od SD DVD, natomiast metoda modulacji od MM CD. Dlatego pojemność dysku DVD (4,7 GB na warstwę) jest nieco niższa niż SD DVD, ale za to wzrosła odporność na błędy odczytu. Oficjalna specyfikacja standardu została opracowana przez konsorcjum 10 firm: Hitachi, JVC, Matsushita, Mitsubishi, Philips, Pioneer, Sony, Thomson, Time Warner i Toshiba. Obecnie konsorcjum to nazywa się DVD Forum.

Płyty DVD występują w wielu odmianach, które można zakwalifikować do dwóch formatów:
- fizycznego, związanego ze sposobem rejestracji (DVD-ROM, DVD-R) i
- aplikacyjnego, związanego z zapisaną treścią (DVD-Video, DVD-Audio).

Ponadto płyty dzielą się na:
- przeznaczone tylko do odczytu (DVD-ROM) i
- zapisywalne (DVD-RAM, DVD-R/RW itd.)
Organizacja informacji zapisanej na płycie wymaga, w przeciwieństwie do CD, systemu plików.

Specyfikacje dla formatów DVD fizycznych (DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW, DVD-RAM) i aplikacyjnych (DVD-Video, DVD-Audio, DVD-ENAV, DVD-VR, DVD-AR, DVD-SR) zostały stworzone i są aktualizowane przez DVD Forum.

Specyfikacje dla formatów DVD+R, DVD+RW i DVD+MRW (Mount Rainier) zostały stworzone i są aktualizowane przez DVD+RW Alliance, osobną grupę producentów założoną w 1997 r. przez firmy: Philips Electronics, Hewlett Packard, Mitsubishi Chemical, Ricoh, Sony i Yamaha. Formaty aplikacyjne DVD+VR i DVD+R Video zostały stworzone i są prowadzone przez Philipsa. Założeniem twórców było, aby formaty z plusem były maksymalnie zgodne fizycznie i logicznie z napędami i odtwarzaczami DVD-ROM i DVD-Video.

DVD-Video (DVD-V) – jest formatem zapisu cyfrowego wizji i fonii na dyskach DVD-ROM. Spełnia następujące wymagania:

• pliki są zapisane w systemie UDF (ISO 13346) w określony sposób,
• standard kompresji sygnału wizji to MPEG-2 w rozdzielczości SDTV z obrazem w formacie 4:3 lub 16:9 (anamorficznym),
• standard zapisu sygnału fonii to PCM, MP2, AC-3, DTS lub SDDS,
• strumienie wizji i fonii połączone są w plikach VOB.

Płyty DVD-Video można odtwarzać w odtwarzaczach konsumenckich lub na komputerze wyposażonym w napęd DVD i programowy dekoder MPEG-2. Typowe przepływności dla filmów DVD zawierają się w przedziale 3-10 Mb/s. Pojemność płyty pozwala na zapisanie ponad 2 godzin filmu (dwustronna dwuwarstwowa - nawet 8 godzin zapisu) wraz z 8 ścieżkami dźwięku (po 8 kanałów w każdej) i 32 ścieżkami podpisów.

Pliki na płycie są zabezpieczone przed kopiowaniem i niekontrolowanym handlem ponadgranicznym za pomocą kodu regionalnego. Kod dotyczy zarówno płyt jak i odtwarzaczy. Polska znajduje się w regionie nr 2. Obecnie zabezpieczenie to traci na znaczeniu, ponieważ większość odtwarzaczy jest znakowanych kodem regionu nr 0 co pozwala na odtwarzanie płyt pochodzących z dowolnego regionu.

Format ten może być zapisywany na nośnikach: DVD-RG, DVD-RW, DVD-RAM, DVD+R i DVD+RW.

DVD-Audio (DVD-A) – jest formatem zapisu dźwięku na płycie DVD-ROM konkurującym z formatem SACD. Pozwala na zapisywanie sygnałów fonii od monofonicznego przez stereofoniczny do wielokanałowego 5.1 w plikach o rozszerzeniu AOB. Częstotliwości próbkowania zawierają się od 44,1 do 192 kHz, a rozdzielczość może przyjmować wartość 16, 20 lub 24 bity. Dane są zapisane przy użyciu bezstratnej modulacji PCM (jak na CD-DA) lub stratnej Packed PPM.

DVD-ROM (ang. DVD Read-only Memory) – format dysku przeznaczony do przechowywania danych w postaci cyfrowej tylko do odczytu. Obejmuje formaty DVD-Video i Audio oraz formaty plików komputerowych. Podstawowy nośnik programów komputerowych nie mieszczących się na pojedynczej płycie CD-ROM.

DVD-RAM (ang. DVD-Random Access Memory) – dysk o pojemności 4,7 GB przeznaczony do wielokrotnego zapisu (do 100 tys. razy) równoważny DVD-R i DVD+R. Zapis jest możliwy tylko wówczas, kiedy dysk znajduje się w specjalnej obudowie (cartridge) o wymiarach 124,6 x 135,5 x 0,8 mm. Stosowany również w kamkorderach i PVR.

DVD-R (ang. DVD-Recordable) – dysk o pojemności 4,7 GB na jedną stronę przeznaczony do jednokrotnego zapisu danych. Istnieją dwie odmiany standardu: DVD-R for General (DVD-RG) i DVD-R for Authoring (DVD-RA). Format RA zawiera obszar odpowiedzialny za ochronę praw autorskich płyty nieobsługiwany przez rejestratory DVD-RG. Ponadto do rejestracji płyt DVD-RG używa się tańszego lasera o dł. fali 650 nm, a do DVD-RA lasera o dł. fali 635 nm. Obie wersje są odtwarzane przez większość odtwarzaczy i napędów.

DVD-R DL (ang. DVD-Recordable Dual Layer) – dysk o pojemności do 8,54 GB do jednokrotnego zapisu danych. Różni się od DVD-R obecnością drugiej nagrywanej warstwy. Można go odtwarzać na wielu urządzeniach DVD, ale zapisywać można tylko na rejestratorach obsługujących dwie warstwy.

DVD-RW (ang. DVD-ReWritable) – dysk o pojemności 4,7 GB przeznaczony do wielokrotnego zapisu danych (ok. 1000 cykli). Nośnik różni się konstrukcyjnie od płyty DVD-R obecnością dodatkowej warstwy, która może zmieniać swoje właściwości optyczne wiele razy. Można go odtwarzać na wielu urządzeniach DVD, ale zapisywać można tylko na rejestratorach obsługujących ten format.

DVD-RW DL (ang. DVD-ReWritable Dual Layer) – dysk o pojemności 8,54 GB przeznaczony do wielokrotnego zapisu danych (ok. 1000 cykli). Różni się od DVD-RW obecnością drugiej nagrywalnej warstwy. Można go odtwarzać na wielu urządzeniach DVD, ale zapisywać można tylko na rejestratorach obsługujących dwie warstwy.

DVD+RW (ang. DVD+ReWritable) – dysk przeznaczony do wielokrotnego zapisu danych oparty na technice CD-RW. Ma podobną pojemność i trwałość. Powstał w 2001 r. i jest wspierany przez DVD+RW Alliance. Napędy DVD+RW czytają DVD-ROM i CD oraz często DVD-R i DVD-RW, ale nie czytają i nie zapisują dysków DVD-RAM. Napędy DVD+RW zapisują również CD-R i CD-RW. Płyty DVD+RW o pojemności 4,7 GB na stronę są odczytywane przez większość odtwarzaczy DVD-Video napędów DVD-ROM.

DVD+RW DL (ang. DVD+ReWritable Dual Layer) – dysk o pojemności 8,54 GB przeznaczony do wielokrotnego zapisu danych (ok. 1000 cykli). Różni się od DVD+RW obecnością drugiej nagrywanej warstwy. Można go odtwarzać na wielu urządzeniach DVD, ale zapisywać można tylko na rejestratorach obsługujących dwie warstwy.

DVD+R (ang. DVD+Recordable) – wersja dysku DVD+RW o pojemności 4,7 GB na jedną stronę przeznaczony do jednokrotnego zapisu.

DVD+R DL (ang. DVD-Recordable Dual Layer) – dysk o pojemności do 8,54 GB przeznaczony do jednokrotnego zapisu danych. Różni się od DVD+R obecnością drugiej nagrywanej warstwy. Można go odtwarzać na wielu urządzeniach DVD, ale zapisywać można tylko na rejestratorach obsługujących dwie warstwy.

Który format wybrać?

Jak wynika z wcześniejszego opisu, na rynku są obecnie dwa formaty zapisywalnych płyt DVD: z myślnikiem i plusem. Nie ma większych różnic pomiędzy nimi. Oba zapisują i odtwarzają zarówno dane jak i wideo. Pomimo twierdzeń, że jeden z formatów jest bardziej kompatybilny z istniejącymi odtwarzaczami i napędami, żaden z nich w pełni kompatybilny nie jest. Napęd DVD+R/RW nie zapisze płyty DVD-R ani DVD-RW i odwrotnie (chyba że jest to napęd typu kombo, który obsługuje oba formaty). Ponadto nie wszystkie odtwarzacze i napędy są w stanie odczytywać nagrane płyty. Powodem jest inny współczynnik odbicia światła lasera płyt zapisywalnych i tłoczonych.

Szacunkowo można ocenić, że płyty DVD-R i DVD+R są odtwarzane przez około 85% istniejących odtwarzaczy i napędów, a płyty DVD-RW i DVD+RW działają na ok. 80%. Problem z czasem będzie zanikał, ponieważ najnowsze napędy są w stanie zapisywać na prawie wszystkich formatach.