Реферат: Вистории бытовой развлекательной электроники имеется несколько вех, знаменующих радикальные, поистине революционные ее изменения

DVD - история развития

В истории бытовой развлекательной электроники имеется несколько вех, знаменующих радикальные, поистине революционные ее изменения. Эпохальными событыями "новейшей истории", безусловно, стали появление цветного телевидения в 60-х годах, победа стерео над моно-звуком в 60-70-е годы, создание цифрового компакт-диска CD в начале 80-х годов. Сегодня, во второй половине 90-х, мы являемся свидетелями новой Великой Революции в аудио и видео, имя которой - DVD-диск.

Драма рождения DVD-диска, связанная с существованием на начальном этапе двух конкурирующих между собой вариантов диска (предложенных альянсами SONY/PHILIPS и TOSHIBA/TIME WARNER & Co) завершилась вполне благополучно принятием 8 декабря 1995 года единого формата DVD-диска. В этот день 10 ведущих компаний - разработчиков формата DVD объединились в в DVD-CONSORTIUM (позднее переименованный в DVD-FORUM). С этого момента началось "триумфальное шествие" DVD-диска по всему миру.

DVD-диск внешне практически не отличается от "старого" доброго компакт-диска, однако по масштабу произошедших, а самое главное - грядущих изменений его создание, без сомнения, стало главным событием 90-х годов в индустрии домашних развлечений. И это отнюдь не патетика, а лишь костатация фактов, которые, как известно, очень и очень "упрямая вещь".

Судите сами. Во-первых, DVD-диск впервые в истории Home Entertaiment позволил получить на "бытовой" аудио-видео системе качество изображения и звука, соответствующее уровню профессиональной студийной аппаратуры. Даже на зрителя, теоретически подкованного и заранее хорошо знающего о преимуществах DVD перед другими форматами записи звука и изображения, первое знакомство "в живую" с новым форматам производит ошеломляющее впечатление. Исключительно высокое качество цветного изображения (с разрешением порядка 500 линий по вертикали!) DVD-диска даже на самых простых и дешевых телевизорах поражает воображение. Что же говорить о реакции зрителя на просмотр DVD-диска в домашнем кинотеатре высокого класса! Четкое и абсолютно свободное от каких-либо шумов и помех цветное изображение по реализму "картинки" вполне сопоставимо с "настоящим" кино в хорошем кинотеатре, о чем киноманы и киноманши ранее не могли даже мечтать.

Во-вторых, высочайшее качество многоканального стереозвука (с качеством CD) обеспечивает невероятно реалистичное воспроизведение звуковой атмосферы кинофильма и сильнейший эффект присутствия. Только с появлением цифрових систем с "настоящим" многоканальным звуком Dolby Digital и DTS мы, наконец, услышали, как убог и ограничен "старый" аналоговый звук матричной системы Dolby Pro-Logic!

В-третьих, огромная информационная емкость DVD-диска позволила предложить зрителям целый ряд принципиально новых функциональных возможностей и потребительских удобств. Благодаря новым технологиям, о которых еще лет пять назад и помыслить-то было нельзя, информационную емкость "простого" однослойного одностороннего диска удалось увеличить по сравнению со "старым" традиционным компакт диском почти на порядок (4.7Гб против 0.68Гб)! Этого вполне достаточно, чтобы записать на нем видеопрограмму с высочайшим качеством изображения и многоканальным цифровом звуком длительностью... 133 минуты! А ведь существуют двухсторонние (DVD-10) и двухслойные (DVD-9) DVD-диски, у которых запись выполнена с двух сторон диска или в двух информационных слоях соответственно. Каждая из этих технологий позволяет еще вдвое увеличить емкость "простого" DVD-диска. Наконец, двухслойный двухсторонний супер DVD-диск (DVD-18) по своей информационной "вместимости" эквивалентен сразу четырем "простым" DVD-дискам или целой куче из 26 компакт-дисков!

Благодаря умопомрачительной емкости на DVD-диск можно записать звуковое сопровождение видеопрограмм сразу на 8-ми языках и выбрать в процессе воспроизведения нужный Вам язык, а также дополнительно записать на диск субтитры на 32-х языках, выбрать язык субтитров или их отключить. Для тех, кто желает овладеть иностранными языками, - это просто находка! Помимо субтитров на DVD-диске записывается любая текстовая и графическая информация, которая может быть в любой момент востребована зрителем при просмотре. Например, Вы можете ознакомиться с полной фильмографией любого актера или актрисы, снявшихся в фильме, или затребовать досье на режиссера фильма. На некоторых DVD-дисках на оставшееся место в конце диска даже помещаются видеоролики, рассказывающие о съемках этого фильма и приводят дубли некоторых эпизодов.

Но это далеко не все, что уже умеет делать DVD-диск! Емкость диска, в принципе, допускает возможность записи на один DVD-диск сразу нескольких вариантов развития событий (Multi-Story). Это позволяет реализовать принципиально новый, недостижимый ранее интерактивный режим просмотра кинофильма. Теперь с помощью DVD-проигрывателя Вы из пассивного наблюдателя превращаетесь в полноправного участника развертывающихся на экране событий (правда, если запись на данном DVD выполнена в варианте Multi-Story). Только от Вашего желания зависит, "казнить" или "миловать" того или иного героя. Кроме того, согласитесь, весьма заманчиво вновь увидеть хорошо знакомый фильм с полюбившимися героями, но с совершенно иным развитием сюжета!

Не менее интересна и другая эксклюзивная функция DVD-диска, названная разработчикми формата Multi-Angle, что в вольном переводе с английского на наш "великий и могучий" звучит примерно так: "просмотр изображения с различных точек (углов)". Под столь длинным и мудреным определением скрыта одна из самых интересных и необычных возможностей DVD-диска. На таком диске (в варианте Multi-Angle) может содержаться до 9(!) вариантов изображения, снятого телекамерами с различных ракурсов. При просмотре DVD, зритель выбирает для себя наиболее интересный ракурс изображения.

Неоспоримое приемущество DVD-диска перед другими видеоносителями - возможность одновременной записи изображения в различных форматах: стандартном - 4:3 и широкоэкранном - 16:9. Обычно такие DVD-диски выпускают в виде двухстороннего диска, на одной стороне которого записанна стандартная, а на другой - широкоэкранная версия фильма. С учетом все большего распространения широкоэкранных телевизоров с экраном формата 16:9 (который де-факто уже стал неофициальным стандартом для систем домашнего кинотеатра) возможность получения видеопрограмм в широком формате изображения с DVD-диска, беспорно, является его большим приемуществом.

DVD-диск, будучи приемником оптических видеодисков формата VideoCD, обладает всеми достоинствами этого формата записи.

Во-первых, он практически "вечен", т.к. бесконтактный способ считывания цифровых данных с диска с помощью луча лазера исключает износ DVD-диска. Реальный срок его службы ограничен только долговечностью материала, из которого изготовлен диск.

Во-вторых, цифровой способ записи обеспечивает фактически мгновенный произвольный доступ к любой информации, записанной на диске.

Так, формат DVD-диска позволяет осуществлять поиск нужного фрагмента на диске по мозаике фотографий ключевых сцен кинофильма (достаточно подвести к ней курсор на экране и "ткнуть" им в нужную сцену), по временным меткам и т.д. Все эти операции выполняются через экранные меню телевизора, формируемые схемой управления DVD-проигрывателя. Особенно удобны интерактивные интерфейсы DVD-проигрывателей второго поколения с расширенной графикой (с использованием пиктограмм) экранных меню. Такие системы меню, именуемые On-screen Menu Icons (GUI), по внешнему виду и алгоритму работы очень напоминают привычную систему Windows 95.

Благодаря своим неоспоримым достоинствам и универсальности DVD-проигрыватель уже в ближайшее время станет самым доступным и распространенным AV-аппаратом бытовой электроники. Являясь "матсером на все руки", он отлично проигрывает не только DVD-диски, но и обычные CD и VideoCD. Поэтому DVD-проигрыватель неизбежно вытеснит CD- и VideoCD - проигрыватели и станет центральным блоком всей домашней аудиовидеосистемы. А там не за горами и выход на рынок "пишущих" DVD-проигрывателей, при появлении которых современные кассетные видео-магнитофоны разделят печальную судьбу "старых" проигрывателей оптических дисков.

Говоря о достоинствах DVD-формата, наибольшее внимание здесь уделялось качеству изображения и почти собсем не говорилось о качестве звука. А ведь он ни в чем не уступает изображению, и качество звучания даже современных моделей DVD-проигрывателей вызывает всеобщее восхищение. С появлением же нового суперформата звукового компакт-диска DVD-Audio (с 24-х битовым кодированием и частотой дискретизации не менее 96-ти кГц) оно возросло настолько, что навсегда прекратились споры о достоинствах и недостатках цифрового звука. Диски DVD-Audio обеспечивают поистине неслыханное качество звука даже при использовании их в массовой аудиоаппаратуре.

Но и это еще не все! Т.к. DVD-диск позволяет хранить огромные объемы самой разнообразной информации в цифровом виде, а DVD -проигрыватель обеспечивает произвольный доступ к ней в интерактивном режиме, ему, по всей видимости, уготована также и роль универсальной домашней информационно-справочной сиситемы.
Одним словом, Великая Эра DVD уже наступила, и нас в самом ближайшем будущем ожидают множество приятных сюрпризов!

^ DVD-Audio и Super AudioCD
Новые носители видео- и аудиоинформации на основе технологии DVD (Digital Versatile Disk), т.е. цифровые многоцелевые диски, изначально предназначались для записи видеофильмов. Однако, DVD могут быть применены и в новом для них качестве - специально для записи только звука. Причем с помощью технологии DVD достигается значительное увеличение емкости памяти диска, появляется возможность разместить на нем большее количество каналов, да еще и с лучшим по сравнению с CD качеством звучания. А если принять во внимание, что удается обеспечить совместимость новой сиситемы с существующими стандартами CD, то вполне понятен интерес, проявленый к DVD некоторыми производителями звукозаписей.

Тем не менее, сегодня говорить о широком распространении DVD в области чисто звуковых технологий несколько преждевременно. Дело в том, что до сих пор ведутся споры вокруг выбора оптимального формата цифровой записи звука на диск, не определен окончательный и единый в мире стандарт для этого вида продукции. В статье делается попытка дать краткий обзор цифровых форматов, предлагаемых различными фирмами для записи звуковых DVD.


Основные сведения о DVD.

Требование к звуковому DVD.

Основы аналого-цифрового преобразования.

Direct-Stream-Digital (прямой цифровой поток).

Чувствительность нашего слуха.

Заключение.


Основные сведения о DVD

Прежде всего напомним, что представляет собой DVD-Video. Это натуральный мультимедиа-диск, с которого цифровая информация считывается методом аналогичным CD-ROM. Управляющая электроника здесь также подобна CD-сиситемам. Диаметр DVD такой же, как у CD-ROM, т.е 12см, но толщина диска вдвое меньше. Для сохранения механической прочности два диска соединяются обратными сторонами вместе (спина к спине), благодаря этому общая толщина увеличивается еще на 0,6мм и становится равной толщине обычных CD-ROM. Однако, при этом вдвое увеличивается емкость памяти такого гибридного диска, т.к. носителями информации могут служите оба его слоя.

Таким образом, при тех же габаритах благодаря значительно большей по сравнению с CD плотности записи (за счет уменьшения длины волны лазера и расстояния между дорожками), рациональному расположению цифровой информации на слоях диска, а также эффективной цифровой компрессии данных, на диск DVD вмещается 135мин широкоформатного видеофильма с качеством, соотвествующим общеизвестным в мире нормам MPEG-2, а кроме того, несколько аудиоканалов и дополнительных каналов субтитров. Записанный материал может быть представлен на выходе в различных телевизионных системах (NTSC, PAL, SECAM). Кстати, нормы MPEG-2 соответствуют европейскому видеостандарту для цифрового TV-вещания. Это также способствует широкому распространинию DVD-Video на рынке видеопродукции. А вот со звуковым рядом DVD-Video дело обстоит не так однозначно.

Звуковой ряд фильмов до сих пор записываетсы в различных форматах:

три звуковые дорожки по нормам Dolby Digital AC-3 с еще двума каналами (5.1). с помощью этого формата получают три фронтальных и два задних канала, плюс еще один канал 0.1, для самых низших частот (Subwoofer Channel) или, как его еще называют, канал LFE (Low Frequency Extension), т.е. канал низкочастотных эффектов;

три звуковые дорожки по нормам MPEG-Audio либо с двумя боковыми каналами (MPEG-1 Audio), т.е. по схеме 5.1 или по схеме 7.1 (MPEG-2 Audio);

восемь каналов, закодированных по методу линейной импульсно-кодовой модуляции (PCM-Audio), соответствующей современной технике CD.

На DVD, предназначенных для так называемых 50-Гц (европейских) стран, звук записывается либо в формате MPEG, либо PCM, в то время как для 60-Гц стран (США) - непременно в формате AC-3 или PCM. Соответственно должны использоваться и DVD-плейеры, поддерживающие эти стандарты.

Аппаратура воспроизведения должна такжде создавать из многоканального (5.1) звука двухканальный смикшированный, а с помощью декодера Dolby-ProLogic превращать при необходимости двухканальный вновь в Surround-каналы.

Итак, к цифровым видеодискам предъявляется целый ряд следующих специфических "Голливудских требований":

запись полного художественного фильма на одном диске;

соответствие предусмотренному и употребляемому в настоящее время стандарту качества изображения;

аудиосовместимость с сущетсвующим матричным форматом Surround-Sound;

аудиосовместимость с сущетсвующим цифровым форматом Surround-Sound;

три (до пяти) синхронных языка на одном диске;

титры на четырех (до шести) языках на одном диске;

различные форматы изображения;

остановка кадра в необходимых местах при воспроизведении в учебных (демонстрационных) целях;

защита от копирования.

Обеспечить все эти требования стало возможным благодаря способам кодирования, позволяющим достичь максимальной емкости памяти диска. А для этого пришлось использовать самую эффективную технику компрессии (цифрового сжатия) аудио и видеоинформации и повысить, насколько это возможно, плотность записи цифрового потока. Для реализации последнего требования необходимо иметь очень короткие дляны волн лазера. К сожалению, существенного сокращения длины волны с помощью дешевого плупроводникового лазерного диода еще не достигнуто. Остается только ждать реального появления настоящего голубого лазера. А сегодня приходится расчитывать на достаточно высокую линзовую апертуру (диафрагму), что уменьшает производственные допуски на сами диски и дисководы и увеличивает стабильность воспроизведения.

Увеличить емкость диска еще почти в два раза можно за счет распределения информации на двух слоях. При такой двухслойной технике один из двух слоев - частично отражающий, а частично прозрачный, а второй слой - полностью отражающий. Емкость такого диска возрастает до 8,5Гб вместо 4,7Гб у однослойного. Однако и цена такого изделия повышается.

Так или иначе, предпосылки для использования технологии DVD специально для записи чисто звукового материала налицо. Надо лишь разобраться в причинах бесконечных споров и непрекращающейся борьбы прризводителей за принятие единого стандарта на аудиопродукцию завтрашнего дня.


Требование к звуковому DVD.

Какие же форматы записи рассматриваются как наиболее перспективные в связи с созданием нового поколения аудиооборудования? Что могло бы стать единым в мире стандартом, признаваемым и фирмами-изготовителями аппаратуры и производителями музыкальной продукции? Вопрос пока в мировом масштабе однозначно не решен.

Различные группы экспертов в области аудиоиндустрии регулярно вносят свои, не всегда совпадающие, предложения по аудиоформату. Наиболее известно частное объединение, в котором в Англии играет ARA (Acoustic Renaissance Audio). А Японскую ассоциацию представляет в этом споре ADA (Advanced Digital Audio). ADA является сторонником большой частотной полосы, примерно до 100кГц, равную или даже более широкую, чем обеспечивают аналоговые устройства. Но основное требование всех групп - доведение динамического диапазона до 120дб для аналоговой части аппаратуры и до 144дб - для цифровой ее части. И если западный мир отстаивает многоканальный звук, то японская сторона здесь придерживается мнения, что в домашних условиях вполне достаточна двухканальная стереосистема. Время проигрывания также является темой дискуссий специалистов, ясно лишь одно - новая звуковая продукция должна по качеству воспроизведения звукового музыкального материала превосходить своего предшественника - обычный CD. Ниже сформулирован ряд общих требований к новому звуковому диску, который придет на смену CD и к новому поколению аудиоаппаратуры:

обратная совместимость, т.е. возможность воспроизводить новые диски на старом проигрывателе. Информация CD, расположенная на глубинном слое, считывается через 1,2мм субстрата. А первый слой при этом является носителем супераудиоинформации. Как следствие такого компромисса - уменьшение общей емкости диска в два раза;

прямая совместимость, т.е. возможность воспроизводить старые диски на новом проигрывателе. Для этого, например, используют в проигрывателе два лазера с длинами волн 635нм и 780нм.

В основном сформулированны и требования к техническим параметрам новых дисков:

ширина полосы - около 100кГц (что обеспечивается при частоте дискретизации не менее 4x44.1кГц);

динамический диапазон, превышающий возможности человеческого восприятия - более 120дб (20-ти или 24-х разрядное квантование);

шесть независимых каналов + два стереоканала (23мин до 19мин, прямые; 43мин до 38мин, при кодировании с сокращением потока данных без потерь);

время воспроизведения - 74мин (эквивалентное CD).

Чтобы оценить различные требования, выдвигаемые к звуковым DVD и взвесить реальность их практического воплощения, мы должны освежить в памяти основные сведения о технике и средствах создания цифровых аудиопрограмм, сравнить их с возможностями человеческого слуха и уже тогда рассмотреть границы технически достижимых результатов разработок и возможность выбора необходимых компромиссных решений.

^ Основы аналого-цифрового преобразования
Чтобы преобразовать аналоговый сигнал в цифровую форму его через регулярные промежутки времени необходимо дискретизировать, т.е. величина отдельных выборок измеряется и запоминается, как целое число единичных шагов (ступенек). Точность преобразования определяется количеством бит, а также, точностью следования импульсов во времени. Округленная ошибка замера есть разница между аналоговой величиной и следующим целым числом. Проявляются эти ошибки, как шум квантования. В процессе преобразщования в цифровую форму аналоговый сигнал ухудшается дважды. Во-первых, в результате дискретизации синусоидальный сигнал приобретает ступенчатую форму, что само по себе не естественно и не точно отображает ход оригинальной кривой. Во-вторых, в схеме применяется крутая фильтрация, что также не натурально. Поэтому частоту дискретизации преобразователя увеличивают, например, в четыре раза. Далее, чтобы уменьшить влияние искажений из-за ступенчатой формы квантования, перед квантованием к полезному сигналу подмешивается шумовой сигнал, так называемый dither-сигнал (белый шум).

В сигнале без dither`а ошибки квантования проявляются только на определенных частотах, после фильтрации и округления в его спектре возникают дополнительные высшие гармоники. А при наличии dither`а ошибки квантования выглядят как шум. Таким образом получается поразительный эффект улучшения звучания за счет того, что гармонические искажения спектра полностью исчезают и их заменяет более приятный на слух белый шум.

Какая же разрешающая способность цифрового преобразования необходима для достижения действительно высокого качества звучания? Известно, что частота дискретизации определяет наивысшую частоту передаваетого сигнала. Для CD принята частота дискретизации 44,1кГц и наивысшая частота сигнала округленно равна 20кГц. От разрядности кодирования зависит разрешающая способность передачи аналогового сигнала. Так, при 16 битах исходная кривая приобретает ступенчатую форму и содержит точно 65536 ступенек. Т.к. DVD-стандарт предусматривает запись PCM-звука с очень высоким качеством, что для этого всесто частоты 48кГц используется частота дискретизации 96кГц, что обеспечивает передачу полосы звуковых частот округленно до 44кГц. При применении для кодирования 20 или 24 бит можно получить 1048576 или даже 16777216 ступеней. А между тем эти технические параметры влияют на звучание самым непосредственным образом. Отношение сигнал/шум увеличивается от 96дб для CD (16 бит), до 120дб (20 бит, 96кГц) или до совершенно невероятной величины 144дб (24 бита).

Первые плейеры для дисков супервысокого класса качества звучания были выпущены в Японии и США. Эти модели уже поддерживают стандарт 20бит/96кГц. Диски, записанные в таком стандарте, теперь имеют свое название: DVD-Audio. Стандарт DVD-Audio дает возможность получить отчетливое улучшение звука против сегодняшних норм для звуковых CD. Сейчас многие студии звукозаписи работают с 20-разрязным кодированием. А удвоение частоты дискретизации до 96кГц позволяет к тому же передать частоту далеко за пределами слышимого диапазона. Поэтому некоторые производители уже теперь объявляют этот формат как Hi-Fi нормы на будущее. Есть еще одно приемущество такого формата: благодаря тому, что протребность в передаче цифр здесь намного меньше, чем для DVD-Video, открывается возможность приблизить диаметр диска к 8см, что позволило бы переносные плейеры сделать еще меньше и легче. А при 24бит/96кГц можно вместить в DVD-Audio до одного часа музыки высочайшего качества.


Direct-Stream-Digital (прямой цифровой поток)

В 1997г. фирмы Philips и Sony совместно разработали альтернативную так называемую Bitstream-технологию, или по другому Direct-Stream-Digital (прямой цифровой поток). Это особая форма цифрового сигнала, которая отличается в основе от PCM-метода. При PCM выборки сигнала, следующие друг за другом через жестко установленные равные временные интервалы, выражаются действительными величинами, соответствующими кривой сигнала в данный момент времени и записываются в цифровой форме. Причем величины выборок выражаются совокупностью определенного количества бит (между 8 и 24). В Bitstream-способе, напротив, один бит следует за другим и величины 0 и 1 указывают только на то, в каком направлении изменился ход кривой (в большую или меньшую сторону). Причем частота следования битов (частота дискретизации сигнала) принимается значительно более высокой, чем для CD. Это обеспечивает ощутимое на слух повышение точности передачи динамики, т.е. разницы между громкими и тихими местами музыки. Практически 64-кратная по стравнению с CD величина частоты дискретизации представляется изобретателям достаточной. При этом сигнал измеряется не 44100 раз в 1сек, а 2822400 раз. Это значит, что за 1сек передается более 2,8млн. бит, что соответствует скорости предачи потока информации - 2,8224Мбит/с на канал. Канал CD использует только четверть этой величины.

Динамическим диапазоном до 120дб сейчас уже никого не удивишь, он обычен и при технологии PCM, но это величина становится сенсационной при плоской частотной характеристике до 100кГц, которая достигается при DSD. Это качество превосходит даже лучшие аналоговые студийные магнитофоны, которые работают на полдюймовой ленте со скоростью 30"(76,2см/c). Привлекательность идеи DSD обуславливается двумя основными обстоятельствами. Во-первых, в технике на основе очень высокой частоты дискретизации передаваемого сигнала единичные шаги PCM-отсчетов ускользающе малы, поэтому даже на самых низких уровнях передачи ступенчатость преобразования не воспринимается слушателем в виде характерной помехи (шумов квантования). Во-вторых, Bitstream-запись - это идеальный материал для перехода на любой из других видов цифровых стандартов: например, для перехода от стандарта DSD к частоте CD(44,1кГц) нужно просто произвести деление Bitstream-потока на 64. Подобным же образом, простыми арифметическими действиями можно перейти и к другим существующим в цифровой технике форматам (См. таблицу).


Bitstream

Вычислительные операции

^ Частота дискретизации

Среда

2,8224МГц

/64

44,1кГц

CD

2,8224МГц

/32

88,2кГц

High Sampling Audio

2,8224МГц

x5/441

32кГц

DAT,Digital-VCR,SAT-TV

2,8224МГц

x5/294

48кГц

DAT,Digital-VCR,SAT-TV

2,8224МГц

x5/147

95кГц

High Sampling Audio

2,8224МГц

x5/143, x25/56








Чисто технические соображения, а в какой-то мере престиж фирм и экономические интересы послужили основанием к тому, что Philips и Sony предложили на основе технологии DSD альтернативный формат записи звуковых дисков суперкачества, который отличается от поддержанного еще в 1988г. практически большинством производителей бытовой электроники формата DVD-Audio с импульсно-кодовой модуляцией (20бит/96кГц). Диски, выпущенные с применением формата DSD, появились на рынке под собственным наименованием Super Audio CD (SACD). Разумеется, такой разнобой в форматах не делает жизнь производителей аппаратуры да и самого потребителя музыкальной продукции легче...

Оба формата практически неотличимы по качеству звучания на слух даже для самого профессионального слушателя и обеспечивают практически неотличимое звучние от оригинала на любом музыкальном материале. Этим они заметно превосходят звучание CD.

^ Чувствительность нашего слуха
Слуховой порог (чувствительность слуха) для человека, обладающего не просто усредненным слухом, а "золотыми ушами", т.е. слухом с предельными возможностями, соотносится с возможностями линейной PCM-техники. Сравнение это было сделано для двух преобразователей: 16-битного с dither`ом и 20-битного при частоте дискретизации 96кГц.

Естественно, измерения уровней слуховых порогов производились с соответствующими характеристиками фильтрации. 20 бит при частоте дискретизации 96кГц вполне соответствует необходимому кавеству звука, т.к. шумы квантования лежат ниже уровня слухового порога. А вот DSD (Bitstream) c 64-кратной передескритизацией на слух воспринимается, по мнению многих уважаемых экспертов, еще лучше, чем 20-битная линейная PCM, правда, это ощущается в том случае, если мы хотим сохранить большую ширину полосы сигнала.

Заключение. Среди производителей новых дисков не умолкают споры по поводу того, каким должен быть формат нового звукового диска. Однако самое главное заключается в том, что спор идет об установлении технических норм, но при этом иногда забывают пояснить, будет ли подобный продукт популярен в жизни, играет ли индустрия пластинок в унисон с разработчиками и насколько можно расчитывать, что новый DVD с записью одной только музыки будет востребован массовым потребителем. Конкретные фирмы-изготовители пластинок не проявили до последнего времени особого энтузиазма по поводу перехода на новый формат. Все они поддерживают в основном формат CD и отдают ему пока самый высокий приоритет, подготовку же новых технологий рассматривают как цель второстепенную.

Таким образом, сценарий вокруг окончательного единого формата DVD-звука еще достаточно туманен, спор о нем сегодня полностью не закончен и, наверное, смысла-то не имеет. Куда нас приведет дорога, можно только предполагать. Как говорится, поживем - увидим.


^ Технология DVD.

Введение.

В последнее время, в связи с ростом производительности вычислительных систем различного рода, в частности, связанные с обработкой видеоданных, возросли требования к качеству передаваемого видеосигнала. Это послужило причиной создания организацией MPEG (Motion Picture Expert Group) одноименного стандарта MPEG-2 на смену успевшего устареть и не отвечающего современным требованиям по соотношению качество/объем передаваемой информации стандарта MPEG-1, что повлекло, в свою очередь, возникновение нового стандарта хранения видеоданных - DVD.
В данном реферате рассматриваются основные положения стандарта DVD, современное его использование в цифровых устройствах обработки информации и перспективы его развития.

Содержание:

Классификация DVD - дисков.

Внутрннее строение DVD - диска.

Стандарты хранения данных на DVD - дисках.

Защита авторских прав на DVD.

Технология Divx - диска.

Поколения DVD - проигрывателей.

 

Классификация DVD - дисков

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 скомпенсированного 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) - диски с возможностью многократной перезаписи данных.

Существует два физических размера DVD - диска: 12 см ( 4.7  дюйма ) и 8 см ( 3.1 дюйма ). По конструктивному исполнению DVD - диски обоих классов делятся на 4 различных типа. Они бывают одно- и двухслойными, при этом информация может записываться на одной или на двух сторонах диска ( см. рис.1.). Цифра в наименовании – это округленное значение емкости.

DVD - 1 ( Single-sided, Single-layer disc ). Однослойный односторонний диск емкостью 1.36 Гбт.  Имеет размеры: диаметр 8 см и толщину 1.2 мм;

DVD - 2 ( Single-sided, Double-layer disc ). Двухслойный односторонний диск емкостью 2.48 Гбт. Имеет два информационных слоя: внутренний слой, на поверхность которого наносится слой из  специального полупрозрачного материала. Размеры: диаметр 8 см и толщину 1.2 мм;

DVD - 3 ( Double-sided, Single-layer disc ). Двухсторонний оптический диск с одним информационным слоем. Обладает емкостью в 2.72 Гбт. Размеры:  диаметр 8 см и толщину 1.2 мм;

DVD - 4 ( Double-sided, Double-layer disc). Двухсторонний диск с двумя информационными слоями. Обладает емкостью в 4.95 Гбт. Размеры: диаметр 8 см и толщину 1.2 мм;

DVD - 5 ( Single-sided, Single-layer disc ). Однослойный односторонний диск емкостью 4.7 Гбт. Имеет стандартные для CD  размеры: диаметр 12 см и толщину 1.2 мм;

DVD - 9 ( Single-sided, Double-layer disc ). Двухслойный односторонний диск емкостью 8.5 Гбт. Имеет два информационных слоя: внутренний слой, на поверхность которого наносится слой из специального полупрозрачного материала. Имеет стандартные для CD размеры: диаметр 12 см и толщину 1.2 мм;

DVD - 10 ( Double-sided, Single-layer disc ). Двухсторонний оптический диск с одним информационным слоем. Обладает емкостью в 9.4 Гбт. Имеет стандартные для CD размеры: диаметр 12 см и толщину 1.2 мм;

DVD - 18 ( Double-sided, Double-layer disc). Двухсторонний диск с двумя информационными слоями. Обладает емкостью в 17 Гбт. Имеет стандартные для CD размеры: диаметр 12 см и толщину 1.2 мм.



Рис.1. Структура DVD - дисков ( на примере дисков

стандартов DVD - 5 и DVD - 9 ).


Внутреннее строение DVD - диска

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 (углублений  на диске, прожигаемых лазерным лучом)  и  напыления  отражающего слоя. Затем поверх  него  наносится   второй  –  полупрозрачный слой толщиною 0.6 мм, на котором  формируется  второй информационный  слой ( см. рис. 2.).  Второй слой может также  иметь  дорожку  "PTP",  которая  идет параллельно первой  дорожке ( для  независимых  данных  или спецэффектов ),  или  несколько "OTP" дорожек, которые   закручены  в   противоположную   сторону.  Это   сделано   для  того,  чтобы  обеспечить непрерывный видеопоток  на  обоих   уровнях. Однако нет никакой гарантии, что  между уровнями будет бесшовное переключение. Общая толщина двухслойных  дисков  составляет 1,2  мм,  что  соответствует  размерам стандартного CD и Video-CD.  Для считывания двухслойных 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  ( см. рис. 3). 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.

 



Рис.2. Структура двухслойного DVD - диска.

Коэффициен  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. Двухслойные DVD - диски  сегодня   практически  не  выпускаются. Предполагается,  что  одним из  возможных  вариантов  использования  двухслойных  DVD - дисков может быть совместимы DVD - Audio. В этом диске  в одном из слоев будет записываться  звук  для стандартного  CD - проигрывателя  с  параметрами дискретизации 16 бит/44 кГц, а  в другом  слое -- высококачественный  звук  24 бит/96 кГц. Предполагается,  что обычные   CD - проигрыватели  будут  воспроизводить  запись  с  внутреннего  слоя,  а  DVD - проигрыватели -- с внешнего полупрозрачного.  



Рис.3 Считывание данных с двухслойного DVD – диска


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.  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:  нормальном  варианте ( с соотношением сторон изображения 4:3 )  и широкоэкранном варианте (с соотношением  сторон изображения 16:9).

Высокая  информационная  емкость в 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 диска ( 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 с 0.83 мкм (CD) до 0.4 мкм ( DVD ).

Во-вторых, резко уменьшен шаг "спирали" между соседними дорожками пит -- с 1.6 мкм (CD)  до 0.74 мкм (DVD).

В-третьих, немного большей области данных ( примерно в 1.02 раза по сравнению с CD (~1.02x).

В-четвертых, более эффективной битовой модуляции каналов (~1.06x).

В-пятых, более эффективного исправления ошибок (~1.32x).

В-шестых, меньшее перекрытия секторов (~1.06x).

Для надежного  считывания этих данных для DVD - проигрывателей потребовалось разработать  значительно более  прецизионные  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   скомпресс