Борис Оболикшто

Начало читайте в журнале "Компьютеры+Программы" ╧ 1 ' 96

    О том, что обычные CD-ROM диски, рожденные для записи звука, не так уж хорошо подходят для компьютеров общеизвестно, да и наш журнал рассказывал о сложностях вписывания произвольной информации в структуру диска, соответствующего Красной книге (см. часть 2). После нескольких лет обсуждения (и довольно жесткой конкуренции) различных вариантов улучшенных оптических дисков, имевших звучные названия 15 сентября 1995 года было наконец достигнуто принципиальное согласие между различными группами разработчиков о технических основах создания нового диска. Ровно год назад (8 декабря) крупнейшие производители CD-ROM приводов и связанных с ними устройств (Toshiba, Matsushita, Sony, Philips, Time Warner, Pioneer, JVC, Hitachi and Mitsubishi Electric) подписали окончательное соглашение, утвердив не только ╚тонкости╩ формата, но и название новинки DVD (Digital Video Disk). Впрочем споры вокруг нового стандарта не завершились с принятием соглашения - даже название не находит единогласной поддержки в рядах основателей: весьма распространенной является версия расшифровки аббревиатуры как Digital Versatile Disk - цифровой многофункциональный диск. Экстремисты полагают даже, что DVD следует рассматривать просто как ╚новое слово╩ в английском языке. И возможно они правы, если судьба новинки будет так успешна, как предвещают и вызовет революцию не только в вычислительной технике, но и в бытовой электронике.
    Отсутствие единого понимания как технических, так и юридических характеристик нового изделия затрудняет не только подготовку производства, но и наш рассказ. Несмотря на быстро расширяющийся круг участников лицензионных соглашений и начало выпуска первых устройств, прошедший в США 10-11 апреля текущего года ╚Первый DVD форум╩ также не дал окончательной редакции стандартов нового носителя информации. Мы, однако, решили все же начать рассказ о текущем состоянии дел, так как массовый выпуск DVD устройств фактически уже начался в четвертом квартале этого года.

DVD - сколько, где и как

    Начнем с технических характеристик. DVD может существовать в нескольких модификациях. Самая простая из них похожа на обычный диск, отличающийся только тем, что отражающий слой расположен не на составляющем почти полную толщину (1.2 мм) слое поликарбоната, а на слое половинной толщины (0.6 мм). Вторую половину составляет плоский верхний слой (рис. 1). При этом емкость такого диска достигает 4.7 Гбайт, что обеспечивает более двух часов видео телевизионного качества (компрессия MPEG-2). При этом без особого труда на диске могут дополнительно сохраняться высококачественный стереозвук (на нескольких языках!) и титры (также многоязычные). Если оба слоя несут информацию (в этом случае нижнее отражающее покрытие полупрозрачное - рис. 2), то суммарная емкость составляет 8.5 Гбайт (некоторое уменьшение емкости каждого слоя вызывается необходиомостью уменьшить взаимные помехи при считывании дальнего слоя). Toshiba и Time Warner предлагают использовать также двухсторонний двухслойный диск. В этом случае его емкость составит 17 Гбайт!

Рис.1. Структура простого DVD

Рис.2. Двухслойный DVD

    Уже этой характеристики достаточно, чтобы представить себе воздействие, которое может оказать такой диск на кино/видео индустрию. Недаром значительная часть споров и задержек с производством устройств DVD вызвана согласованием способов защиты авторских прав от пиратского копирования. Цифровые системы, как известно, сохраняют качество сигнала при копировании и уже не служат препятствием для создания нелицензионных копий. Поэтому Ассоциация кинопроизводителей Америки (MPAA - Motion Picture Association of America) совместно с Ассоциацией производителей бытовой электроники (Consumer Electronics Manufacturer▓s Association) возбужденно обсуждают возможности встраивания защиты от нелицензионного копирования непосредственно в устройства, а также законпроекты, связанные с защитой от копирования. Среди предлагаемых мер не только исключение возможности прямого копирования диск/диск, но и более серьезные меры, такие как модификация операционной системы с целью недопущения копирования данных считанных с DVD на другие носители (ожидается появление таких свойств в Windows 97 где-нибудь к 1998 году). Наиболе радикальная мера - модификация архитектуры ПК с целью принципиального исключения возможности попадания DVD-данных на системную шину, откуда они далее могут быть скопированы (рис. 3). Рабочая группа (Technical Working Group), представляющая интересы производителей компьютеров при этом не остаются в стороне, так как сужение функциональных возможностей устройств может быть не безболезнено. Оставив для будующих историков подробное рассмотрение юридических баталий отметим только, что если кино/видео производство примет DVD, как приемлемый носитель, то учитывая очень низкую стоимость экземпляра диска при многотиражном выпуске, можно ожидать действительно революционных изменений в домашней электронике.

    Как же достигается столь значительный рост объема информации на DVD диске? Для ответа на этот вопрос сравним его со знакомым нам (по первой части) CD-ROM. Главное отличие конечно в увеличенной плотности записи информации. За счет перевода считывающего лазера из инфракрасного диапазона (длина волны 780 нм) в красный (с длиной волны 650 нм или 635 нм) и увеличения числовой аппертуры объектива (конструктивные особенности механизмов, считывающих головок, систем автотрекинга дорожек будут рассмотрены в четвертой части, публикуемой в следующем номере журнала.) до 0.6 (против 0.45 в CD) достигается более чем двухкратное уплотнение дорожек и укорочение длины питов (отражающих выступов/впадин), что и видно на рис.4.
    Кроме увеличения физической плотности размещения информации на диске произошли изменения и в способах ее представления. Так на смену известного нашим читателям по первой части статьи способа модуляции 8/14 (EFM - eight to fourteen modulation) пришел способ, называемый EFM+. Он отличается несколько иным алгоритмом преобразования и, главное (!), требует ввода на границе байт не трех а только двух дополнительных бит, поддерживающих условие ограниченности размеров пита в диапазоне от 3 до 11 бит (то есть между двумя последовательными единицами после кодирования не менее 2 и не более 10 нулей). Таким образом получаем из каждого байта не 14+3=17 а 14+2=16 кодовых бит (это дает повод острословам требовать смены названия этого способ модуляции с EFM+ на EFM-). Изменение метода модуляции только одно из множества форматных изменений, позволяющих в целом увеличить объем сохраняемых данных. Собственно переход к EFM+ добавляет еще почти 6% к объему диска. Более мощный механизм коррекции ошибок RS-PC (Reed-Solomon Product Code) обещает быть на порядок более устойчивым к возможным ошибкам воспроизведения (не следует особо обольщаться - увеличивается на порядок также и объем данных, которые нам хотелось бы прочитать без ошибок. Кроме резкое того уменьшение отдельных элементов на отражающей поверхности неизбежно приведет к росту количества случайных сбоев при чтении).
    Из оставшихся еще не названными характеристик отметим номинальную скорость передачи данных - 1.108 Кбайт/с, поддерживаемую при постоянной линейной скорости (CLV - constant lineal velocity) 4 м/с.)

Рис. 4. Сравнение плотности записи на DVD и CD дисках

Стандарты, форматы, файлы

    Те, кто активно работает с компакт дисками (и даже те, кто только прочитал вторую часть этой статьи) знают насколько разнообразны и, часто, трудно совметстимы различные виды этих дисков. Ничего удивительного. Стандарты де-факто на различные виды дисков принимались часто в конкурентной борьбе. С DVD все может быть по другому: это устройство представляется едва ли не единственным высокотехнологичным техническим решением последних десятилетий стандарты которого обсуждаются столь значительной группой производителей (в альянс еще весной вошло более 10 крупнейших корпораций).
    Как и стандарты на CD требования к DVD изложены в ╚книгах╩. Но в отличии от уже знакомых нам ╚цветных книг╩ эти - ╚упорядочены в алфавитном порядке╩. В настоящий момент обсуждаются пять книг от ╚A╩ до ╚E╩. Книга может содержать до трех частей (рис. 7). При этом в первой части описываются физические спецификации, во второй - файловая система, а в третей - приложения. Первые три книги описывают соответственно ROM, Video и Audio DVD. При этом они используют одинаковый физический формат носителя, изготавливаемого ╚штамповкой╩ и файловую систему. Файловая система этих стандартов - переходная (UDF-Bridge), обеспечивающая комбинацию возможностей уже знакомой пользователям CD-ROM файловой системы ISO-9660 и реализующей рекомендации ISO/IEC 13346 новой системы, разработанной Optical Storage Technology Association (OSTA) и получившей название Universal Disk Format - UDF. Два других стандарта D и E описывают записываемые (DVD-R (recordable) или иначе DVD-WO (write once)) и перезаписываемые (DVD-RAM, DVD-W (writable) или иначе DVD-E (erasable)) диски. Да-да! В отличие от CD диски DVD рождаются сразу с возможностью записи и даже перезаписи информации. Однако эти стандарты наименее устоявшиеся и поэтому обсуждение их мы пока отложим, отметив только, что формат файлов и для тех и для других предполагается UDF.

Рис.7. Стандартизация видов DVD

    Особо следует сказать о совместимости с уже существующими дисками. Явно такая совместимость стандартами не требуется (по имеющимся у меня сведениям). Однако подавляющее большинство производителей готовит устройства, способные считывать CD-ROM за счет использования специально сконструированной оптической головки, обладающей возможностью перенастройки или даже за счет установки дополнительного объектива. Во всех случаях можно полагать, что новые устройства смогут читать привычные нам ╚старые╩ диски.

Заключение

    Это несколько необычное заключение, так как оно не подводит итогов ни в развитии DVD устройств (оно только начинается), ни в этом цикле статей (продолжение следует...). Это всего лишь возможность отметить, что история техники находится на ╚крутом повороте╩ и хотя мы можем только догадываться, ╚что он нам несет╩ все же некоторые принципы постепенно проясняются. Так, например, можно с уверенностью сказать, что 1998 год принесет массовое распространение цифрового видео. В совокупности с быстро развивающимися в мире компьютерными сетями это даст принципиально новые возможности, может быть более похожие не на переход от грампластинок к CD, а на переход от рукописей к книгопечатанию. Цифровое видео с его естественными возможностями покадрового просмотра и т.п. не просто улучшает качество воспроизведения - изменяет функциональные возможности восприятия.

    Сочетание огромного объема информации, которая может сохраняться на DVD и высокопроизводительных систем обработки этой информации, которые мы привычно называем ПК, также может привести к резким изменениям и в технике и в мире. К сожалению развитие никогда не походит на прямую магистраль. И в альянсе DVD также имеются противоречия. В августе пресса неоднократно писала о том, что из-за проблем защиты от копирования этот альянс может не дожить до своего ╚годичного╩ юбилея. Тем не менее развитие DVD для нужд компьютерной индустрии уже не остановить и в будущем году мы наверное сможем если не встроить в свой компьютер новый привод, то хотя бы подержать в руках новый диск. Мне это уже удалось (правда чтобы быть честным перед читателем придется признать, что привода, чтобы прочитать диск, который я держал в руках, в ближайших окрестностях не нашлось).