DVD - многофункциональный цифровой оптический диск DVD (Digital Versatile Disc) с высокой плотностью записи информации. Формат DVD предусматривает возможность на едином физическом носителе (оптический диск диаметром 12 см ) сохранять в едином формате записи различные виды цифровых данных. В зависимости от их вида и назначения DVD-диска различают следующие типы дисков:

• DVD-Video - для записи цифровых сигналов звука и изображения, подвергнутых процедуре сжатия цифрового потока;
• DVD-Audio -для записи высококачественного не скомпрессированного цифрового звука с параметрами дискретизации 24 бит/96 кГц или другими альтернативными цифровыми форматами звукозаписи (до настоящего времени требования к стандарту DVD-Audio окончательно не определены);
• DVD-ROM - для записи компьютерных программ и другой цифровой мультимедиа-информации;
• DVD-R - диски с возможностью однократной записи информации;
• DVD-RAM (DVD-RW) - диск с возможностью многократной перезаписи данных.По конструктивному исполнению DVD-диски делятся на 4 различных типа (варианта). Они бывают одно- и двухслойными, при этом информация может записываться на одной или на двух сторонах диска. Цифра в наименовании - это округленное значение емкости.
• DVD-5 - ( Single-sided, single-layer disc). Однослойные односторонние диски с емкостью 4.7 Гбт. Имеют стандартные для CD размеры: диаметр 12 см и толщину 1.2 мм . Запись данных осуществляется только на одой стороне диска. На противоположной стороне диска впечатывается этикетка.
• DVD-9 (Single-sided, Double-layer disc). Двухслойные односторонние диски емкостью 8.5 Гбт. Имеют два информационных слоя: внутренний слой, на поверхность которого наносится второй внешний информационный слой из специального полупрозрачного материала.
• DVD-10 (Double sided,single-layer disc) - двухсторонний оптический диск с одним информационным слоем. Обладает емкостью в 9.4 Гбт.
• DVD-18 ( Double-sided,Double-layer disc) - двухсторонний диск с двумя информационными слоями. Имеет емкость в 17 Гбт.

Введение. Числа. Принцип работы

Двухслойные DVD-диски, разработанные фирмами Sony и Philips, имеют два информационных слоя толщиной по 0.6 мм каждый. Внутренний информационный слой выполняется по стандартной технологии прессования пит и напыления отражающего слоя. Затем поверх него наносится второй - полупрозрачный слои толщиною 0.6 мм , на котором формируется второй информационный слой. Общая толщина двухслойных дисков составляет 1.2 мм , что соответствует размерам стандартного CD и Video-CD. Для считывания двух-слойных DVD-дисков применяют специальные универсальные оптические головки с переменным фокусным расстоянием, которые могут быть перефокусированы по глубине: либо на внутреннем, либо на внешнем информационном слоях. При воспроизведении двухслойного DVD-Video диска универсальная оптическая система DVD-проигрывателя вначале будет фокусировать луч лазера на внутренних информационных треках диска, при этом луч будет проходить через полупрозрачный внешний слой. После окончания считывания данных с этого слоя он автоматически перефокусируется на наружный слой. Коэффициент отражения в 40% наружного информационного слоя обеспечивает уверенное и надежное считывание данных.

Некоторые фирмы (в частности, Sony) в своих DVD- проигрывателях используют две раздельные оптические головки, оптимизированные для считывания информации с дисков различных типов. Двухсторонние DVD были предложены фирмой Toshiba и представляют собой два односторонних DVD-диска толщиной по 0.6 мм . склеенные нерабочими сторонами друг с другом. При этом их информационные слои оказываются снаружи диска. В настоящее время серийно выпускаются лишь односторонние DVD-5 и двухсторонние DVD-10 с одним информационным слоем. Двухсторонние диски имеют маркировку сторон, которая выполнена на полупрозрачном кольце вокруг установочного отверстия на диске. Чаще всего их используют для записи на одном DVD-диске двух версий кинофильма: в нормальном варианте (с соотношением сторон изображения 4:3) и широкоэкранном варианте (с соотношением сторон изображения 16:9). Двухслойные DVD-диски сегодня пракически не выпускаются. Предполагается, что одним из возможных вариантов использования двухслойных DVD-дисков может быть совместимый DVD-Audio. В этом диске в одном из слоев будет записываться звук для стандартного СD-проигрывателя с параметрами дискретизации 16 6ит/44 кГц, а в другом слое - высококачественный звук 24 бит/96 кГц. Предполагается, что обычные СD-проигрыватели будут воспроизводить запись с внутреннего слоя, а DVD-проигрыватели - с внешнего полупрозрачного.

Высокая информационная емкость DVD-диска обусловлена увеличением плотности записи информации на диск более чем в 7 раз по сравнению со стандартными оптическими дисками ( 4.7 Гбт у самого простого варианта диcка (DVD-5) по сравнению с 0.65 Гбт у CD, Video CD и CD-ROM). Это стало возможным благодаря следующим технологическим новшествам. - Во-первых, в DVD-диске существенно уменьшены геометрические размеры пит (углубления на диске, прожигаемых лазерным лучом) с 0.83 мкм (CD) до O.4 мкм(DVD). - Во-вторых, резко уменьшен шаг «спирали» между соседними дорожками пит - с 1.6 мкм (CD) до 0.74 мкм DVD). Для надежного считывания этих данных для DVD-проигрывателей потребовалось разработать значительно более прецезионные оптические лазерные головки. Кроме того, для считывания более мелких пит используется лазерный луч с меньшей длиной волны 0.635-0.650 мкм и увеличенной до 0.6 апертурой линзы (для сравнения: в CD-проигрывателях используется лазерный луч с длиной волны 0.780 мкм и оптическая система с апертурой 0.45). Это позволило сфокусировать лазерный луч на поверхности информационного слоя в пятно гораздо меньших размеров и обеспечить надежное считывание микрорельефа DVD-диска. Вследствие большей плотности записи на DVD-диске и большей чувствительности скомпрессированных сигналов звука и изображения к ошибкам и сбоям цифровых данных "8 в 14" (EFM Pus) и улучшенная схема коррекции ошибок цифровых данных - RS-PC Reed Solomon Product Code). Это позволило почти на порядок повысить надежность считывания данных с DVD-диска по сравнению со "старыми" CD и Video CD. Из всех упомянутых выше типов DVD-дисков в настоящее время серийно выпускаются только DVD-Video (в вариантах DVD-5 и DVD-IO).

Видеостандарты

Стандартом на DVD-Video предусматривается запись на диск в цифровом виде сигналов цветного телевидения систем NTSC и PAL с параметрами растра 575х720 пиксел/50 полей (PAL) и 480х720 пиксел/60 полей) соответственно и цифрового многоканального звука. Разрешающая способность цветного изображения на DVD-Video диске составляет 480-500 линий, а разрешение по горизонтали - около 720 пикселей в строке. (Для сравнения - в форматах видеозаписи VHS и Video CD разрешение составляет 220-240 линии, а у лазерных видеодисков системы LaserDisc - 400-425 линий). Поэтому по качеству цветного изображения DVD-Video диски имеют неоспоримые преимущества перед другими форматами видеозаписи. Для уменьшения объема цифровых данных сигнала изображения он перед записью на DVD-диск подвергается процедуре компрессии по методу MPEG-2. При этом исходный цифровой поток видеоданных 90-120000 Мбит/с сжимается («компрессируется») в кодере MPEG-2 до 3-10 Мбит/с, которые и записываются на DVD-диске. Хотя средняя скорость считывания цифрового видеосигнала с DVD-диска составляет 3.5 Мбит/с, однако в зависимости от сюжета изображения может повышаться до 9.5 Кбит/с. Это обеспечивает возможность записи на DVD-5 видеопрограмм высокого качества длительностью до 133 минут, что обеспечивает запись на один диск 90% кинофильмов. Обратное преобразование (экспандирование) цифрового сигнала изображения производится декодером MPEG-2 DVD-проигрывателя. Большим преимуществом DVD-диска перед другими носителями является возможность видеозаписи с различными форматами изображения: стандартном 4:3 и широкоэкранном 16:9. С учетом все большего распространения широкоформатных телевизоров с экраном 16:9 это является дополнительным аргументом покупки DVD-проигрывателя. Остается добавить, что воспроизведенное с DVD-диска цветное изображение поступает на выход проигрывателя в нескольких форматах: в виде компонентного цветного сигнала RGB, компонентного цветного сигнала формата S-VHS и в виде полного цветового сигнала системы PAL или NTSC. Вид системы цветности - PAL или NTSC определяется видом исходного сигнала изображения, которое было использовано для записи DVD-диска.В зависимости от имеющейся у владельца DVD-проигрывателя видеоаппаратуры он может сам выбирать наилучший способ его подключения к телевизору или видеомагнитофону.

Звуковой поток на DVD дисках

Первоначальный формат DVD-Video предусматривал три способа записи цифрового звука на диск.

• Цифровая многоканальная система Dolby Digital (АС-З), рекомендованная как основная для записи многоканального звука (5 каналов + НЧ-канал для сабвуфера) для DVD-дисков с изображением системы NTSC.
• Цифровая система многоканального звука MPEG 5.1, которая была предложена как основная система записи звука для видеодисков системы PAL. В этом формате предусматривалась возможность записи от 1 до 5 независимых каналов цифрового звука.
• Линейная импульсно-кодовая модуляция РСМ с записью цифрового звука (количество каналов от 1 до 8).

Однако по ряду причин (в частности, отсутствием серийных кодеров и декодеров многоканального звука системы MPEG-2 ) в этом году членами DVD-форума было принято решение о возможности использования системы Dolby Digital в качестве основной и для записи многоканального звука на DVD-дисках системы PAL. Поэтому система Dolby Digital стала фактически (и де-факто, и де-юре) общемировым стандартом многоканального цифрового звука.

Dolby-Digital и DVD

Рассмотрим основные особенности цифровых систем записи звука на DVD-дисках. В системе Dolby Digital используются эффективные алгоритмы компрессии цифрового потока звука, аналогичные по принципам работы алгоритмам компрессии системы MPEG-2 (Мusicam) и системы цифровой звукозаписи на мини-диск (ATRAC). Компрессия цифровых данных позволила при относительно низкой скорости цифрового потока (не более 448 Кб/с) обеспечить запись пяти независимых широкополосных звуковых каналов с 20-разрядным кодированием в полосе частот 20-20000 Гц при частоте дискретизации (сэмплирования) 48 кГц плюс одного узкополосного канала низкочастотных эффектов. Поэтому систему Dolby Digital еще называют системой 5.1. Несмотря на все более широкое распространение системы Dolby Digital, саундтрек большинства современных европейских DVD-дисков выполнен по системе MPEG-2 (Lauer-2) c двумя цифровыми стереоканалами звука. Как правило, эти двухканальные фонограмы имеют кодирование по аналоговой системе многоканального звука Dolby Pro Logic. Это временное решение вызвано тем, что декодеры DolbyDigital пока еще имеются далеко не у всех владельцев систем «домашнего театра». В то же время большинство из них хотели бы воспроизводить DVD-диски с многоканальным звуком на уже имеющейся у них аппаратуре системы Dolby Pro Logic.

В обеих этих системах - и Dolby Digital и MPEG-2 используются алгоритмы компрессии цифрового звука, основанные на физиологических особенностях человеческого слуха. Это позволяет при низкой скорости передачи данных обеспечить эффектное воспроизведение многоканального звука в системах «домашнего театра». Однако цифровые системы звука с компрессией данных не способны пока еще обеспечить аудиофильское качество звучания. Поэтому формат DVD-диска предусматривает возможность записи также некомпрессированного цифрового звука с импульсно кодовой модуляцией РСМ (Pulse Code Modulation) с частотой дискретизации 48 или 96 кГц и разрядностью кодирования в 16, 20 и 24 бита на выборку. При этом число независимых звуковых каналов может быть от 1 до 8. Полоса частот записываемого звука в этом случае составит 4-24000 Гц (при частоте дискретизации 48 кГц) и 4-48000 Гц (при частоте дискретизации 96 кГц), а динамический диапазон записи - 96 дБ при 16 разрядном кодировании и более чем 120 дБ при 20-разрядном. Максимальный цифровой поток данных при РСМ модуляции составляет 6.144 Мбит/с. Формат РСМ предназначен, в первую очередь, для высококачественной записи звука на перспективных DVD-Audio, спецификация которых до сих пор не определена. В настоящее время обсуждаются самые различные варианты DVD-Audio-диска, в частности, с увеличенной частотой дискретизации 24-разрядного цифрового звука до 176.4 кГц и даже 192 кГц.

Чтобы «покончить» со звуком, остается добавить, что в США разработана альтернативная Dolby Digital система многоканального звука DTS. В ней используются те же методы компрессии данных и те же алгоритмы кодирования, что и в Dolby Digital, но, по мнению американских специалистов, новая система обеспечивает лучшее воспроизведение пространственных звуковых эффектов.

Немного об авторских правах и распространении

Для предотвращения несанкционированного распространения DVD-дисков и защиты авторских прав владельцев видеопрограмм, стандартом на DVD- Video предусмотрено введение специального регионального кодирования как самих DVD-дисков, так и проигрывателей для них. Для этого весь мир условно поделен на 6 зон, каждой из которых присваивается соответствующий код. Для каждой из этих зон выпускаются предназначенные для нее версии DVD-дисков и соответствующие им проигрыватели DVD-дисков. При этом проигрыватели DVD определенного регионального кода могут воспроизводить только DVD-диски, предназначенные для данного региона. (Для справки: региональный код США-1; Европы -2, а Россия и страны СНГ - 5). Тип зоны обязательно указывается на каждом DVD-диске и каждом DVD-проигрывателе. Эта маркировка имеет вид стилизованного изображения земного шара, внутри которого помещена цифра номера регионального кода. На сегодня в России продаются DVD- проигрыватели и DVD -диски в основном для 2-ой зоны (Thomson, Panasonic, Denon, Pioneer), хотя встречаются также и аппараты для 1-ои зоны (Toshiba). В конце прошлого года фирма МАТSUSHITA первой выпустила DVD-проигрыватель, предназначенный специально для 5-ой зоны - Panasonic DVD-A100EU. Кроме регионального кодирования, формат DVD-диска имеет еще одну специфическую особенность - наличие схемы предотвращения его перезаписи на видеомагнитофоны даже в аналоговом виде. Встроенная в аппарат специальная схема антикопирования вводит в состав видеосигнала особые импульсы, которые не мешают смотреть эти программы на экранах телевизоров, но делают практически невозможной их запись, так как 6локируют работу схемы АРУ-видеомагнитофона. Поэтому Вы не сможете непосредственно скопировать DVD-диск на видеокассету. Впрочем, проблема воспроизведения DVD-дисков различных типов может быть решена и значительно проще, если Вы легально приобретете себе так "мультизонный" DVD-проигрыватель. В этом случае вместо номера зоны в логотипе земного шара будет помещена надпись - ALL.

Почему следует покупать DVD

Цифровой способ записи сигналов звука и изображения на DVD-диске и его огромная информационная емкость позволили предложить владельцам DVD-проигрывателей целый ряд принципиально новых потребительских функции и удобств.

DVD-Video диск позволяет записать звуковое сопровождение видеопрограмм на 8 языках (!) с возможностью выбора языка в процессе воспроизведения через меню на экране. При этом имеется возможность записи су6титров на 32 языках с возможностью выбора языка субтитров и их отключения.

На DVD-диске может быть также записана текстовая и графическая информация с краткой аннотацией фильма, биографией снявшихся в фильме актеров, их фильмографией и т.д., которая может быть просмотрена зрителем при воспроизведении DVD-диска. Более того, формат DVD-Video предусматривает возможность по желанию выбирать один из нескольких возможных ракурсов изображения (например, при «взгляде» камеры на изображение с левой или с правой стороны - Multi-Aspect Function).

Функция Multi-Story Functioning предполагает возможность выбора из нескольких вариантов развития сюжета на экране. Это впервые позволяет телезрителю осуществлять полный интерактивный режим просмотра кинофильмов, при котором он сам может выбирать направление дальнейшего развития сюжета. Раньше такие возможности были доступны только в игровых приставках и при работе с CD-ROM в компьютерах-мультимедиа. Однако вся эта информация должна быть предварительно записана на DVD-диске. У DVD-диска имеется еще одна интересная функция - возможность редактирования программы в зависимости от возраста зрителей. При помощи функции Parental Lock можно, задав одну из условных возрастных категорний осуществить мягкую цензуру просмотра детьми Ваших DVD-дисков.

Для дисков первой зоны, то есть для американского рынка приняты следующие обозначения:

Почему у DVD дисков нестандартая упаковка?

И в заключение один забавный факт из жизни DVD-дисков. Сегодня DVD-Video продаются в красочных картонных или пластиковых коробках размером 135 на 185 мм , которые значительно превышают размеры футляра обычных CD или Video CD. Этот размер коробки обусловлен не столько эстетическими соображениями (большой футляр выглядит эффектно благодаря красочной обложке и инлею), сколько необходимостью... борьбы с мелкими воришками. Так как за рубежом DVD-диски свободно продаются в супермаркетах и других крупных магазинах, весьма остро встал вопрос борьбы с их хищениями. Поэтому-то футляр DVD-диска и превышает размер среднего кармана.