Technika počítačů 6. Optická média Obsah: CD, DVD HD-DVD, Blu-ray CD-R, CD-RW DVD-R, DVD-RW DVD+R, DVD+RW DVD-RAM © Milan Keršláger http://www.pslib.cz/ke/slajdy 16.11.2011 http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/

Optické médium čtení pomocí „laserové“ diody (LED) emituje světlo o stanovené vlnové délce paprsek zaostřen pomocí čočky čočka je uchycena v magnetickém poli odraz od reflexního povrchu datový nosič → kotouček o průměru 12 cm (8) polykarbonátový čirý plast (sendvič) uvnitř napařená reflexní vrstva hliník nebo jiný vhodný materiál odrazivost narušena „pity“ (dírky) → odlišení 0 a 1

CD Compact disc (1982) vývoj od roku 1979 (Sony + Philips) norma vydána v tzv. „Red book“ (měla červené desky) tj. norma pro audio CD ze souboru Rainbow books (Duhových knih) využití optického záznamu digitálních dat čtení/záznam světlem o vlnové délce 785 nm (λ) původně určeno pro záznam zvuku později i pro data, video celkově 74 minut záznamu (Beethovenova Devátá) záznam o délce 80 až 100 minut nemusí být spolehlivě přečten

Red Book norma pro audio CD stereo, tj. 2×16bit PCM měříme hodnoty s rozlišením 16 bitů (216=65536 úrovní) vzorkování 44,1 kHz lidské ucho slyší zvuk do 20 kHz frekvence zdvojnásobena + o něco více zajištění kvalitního záznamu i při maximální frekvenci tj. datový tok 150 KiB/s definováno jako základní rychlost čtení (tj. 1×) na CD jen surová data bez ECC tj. žádná oprava chyb → pokaždé přečteno trochu jinak

CD – technické informace spirála od středu CD takže mohou existovat i menší kotoučky 200 až 500 otáček/minuta u středu je spirála kratší, než na obvodu odstup jednotlivých stop je 1,6 μm celková délka spirálové stopy je cca 6 km tloušťka CD je 1,2 mm záznam je na pozici 23 až 58 mm od středu pit – neodrazivá místa (dírka), land – odráží světlo informace přechodem, 1 bajt zakódován do 14 přechodů

Datová CD Yellow Book (1985) souborový systém ISO-9660 délka názvů souborů a adresářů max. 8+3 tj. jméno + přípona rozšíření pro podporu dlouhých názvů RockRidge (Unix) Joliet (Microsoft) dnes obvykle Joliet nebo oba formáty Mode 1 sektor 2 KiB (2048 B) + CIRC = 2372 B → 650 MiB CIRC → samoopravný kód umožňuje spolehlivé čtení Mode 2 → 2336 B/sektor

Násobky rychlosti základ je 150 KiB/s 2×, 4×, 6×, 8×, … 52× médium vydrží maximálně 10 až 13 tisíc ot./min při rychlosti 12× potíže s vibracemi a zahříváním (CLV) zavedena proměnlivá rychlost otáčení (CAV) při označení rychlosti nad 8× udávaná hodnota mechaniky (52×) je maximální dosahuje se jen při obvodu média (na konci)

DVD Digital Versatile Disc uvedeno 1996 v Japonsku název změněn „Video“ na „Versatile“ (univerzální) DVD Forum (1997) sdružení výrobců, ale drahé licence → DVD-R, DVD-RW DVD+RW Alliance levnější licence, odlišné médium vyšší vrstvy jsou již kompatibilní DVD-Audio DVD-Video UDF

DVD – technické informace zachována kompatibilita (stejný formát média) vlnová délka 660 nm (CD používá 780 nm) umožnilo prakticky zdvojnásobit hustotu záznamu odstup pitů 0,74 μm (CD používá 1,6 μm) základní kapacita 4,4 GiB až dvě vrstvy, dvě strany souborový systém UDF základní rychlost čtení 1350 KiB/s (CD má 150 KiB) též používány násobky (až do 24×)

Datová kapacita DVD DVD-5 → 4,7 GB DVD-9 → 8,54 GB (dvě vrstvy) DVD-10 → 9,4 GB (dvě strany) DVD-18 → 17,08 GB (dvě strany, dvě vrstvy) první vrstva je semitransparentní mechanika označena jako DL (Dual Layer) částečně i zpětně kompatibilní DL média dražší, než obyčejná SL (Single Layer)

UDF Universal Disc Format 1995 – OSTA (Optical Storage Technology Association) též jako standardy ECMA-167, ISO 13346 poslední verze 2.60 (březen 2005) náhrada za ISO-9660 cílem odstranění omezení zastaralého formátu vlastnosti: kapacita 2 TiB (blok 512 B), 8 TiB (blok 2 KiB) podpora dlouhých jmen v Unicode (max. 254 bajtů) linky (pevné, symbolické) samoopravné kódy, paketový zápis

DVD-Video formát záznamu videa na DVD do UDF adresář VIDEO_TS, v něm různé soubory VOB → Video OBject rozděleny do částí s max. velikostí 1 GiB (zpětná kompatibilita) IFO → informace (zvukové stopy, titulky) BUP → záloha IFO souborů několik video stop (různé kamery) několik audio stop (různé jazyky, stereo vs. DTS) několik titulků (jako bitmapy) označení kapitol (značky uvnitř filmu) podpora menu, tlačítek

Formáty pro DVD-Video video MPEG-2 ztrátová komprese s malým účinkem (3 – 15 Mbps) zvuk v různých formátech AC-3 (DolbyDigital) komprimovaný formát zvuku, 1997 (Philips protestoval) DTS 5.1 pět kanálů + sourroud PCM nekomprimovaný sampl MPEG-1 layer II (nepoužívá se)

Ochrana DVD regionální kódy v datech je na DVD uveden regionální kód 0 – bez omezení, 1 – Severní Amerika, 2 – Evropa... 3 – JV Asie, 4 – Austrálie, 5 – Rusko, Afrika, 6 – Čína mechanika obsahuje řídící firmware umožňuje nastavit regionální kód max. pětkrát jenom v počítači, přehrávač ho má natvrdo určen cracknuté firmwary, speciální software CSS (Content Scramble System, 1996) šifrování obsahu, prolomeno 1999 (DeCSS) klíč získán z programu Xing DVD-Player

DVD-Audio formát záznamu zvuku na DVD do UDF adresář AUDIO_TS uvnitř soubory různá bitová hloubka 16, 20 nebo 24 bitů různé vzorkovací frekvence 44.1, 48, 82.2, 96, 176.4, 192 kHz různý počet stop mono, stereo 2.0, 2.1, 3.0, … 5.1 formát: Linear PCM tj. bezeztrátový sampl

Lisování CD hromadná výroba optických médií původní metoda výroby optických médií lze vyrobit jak datová, tak zvuková média nízké náklady (1 až 5 Kč podle velikosti série) postup: digitalizace zvuku (či dat) vytvoření masteru (mastering) nejdražší část výroby optického média vytvoření prvního vzoru (father → mother) vytvoření lisovacích vzorů (son, tj. raznice)

Mastering výroba prvního vzoru pro lisování médií skleněný kotouč průměr 240 mm, tloušťka 6 mm vyleštění kotouče v bezprašném prostředí nanesení citlivé vrstvy záznam laserem zapečení vrstvy metalizace povrchu odpařeným kovem ve vakuu replikace lisováním

Průběh lisování používají se synové z masteringu vytvoření polykarbonátového koutoučku průhledný plast vylisování záznamu pomocí raznice pokovení záznamového povrchu (hliník) vznikne odrazivá vrstva s dírkami (pit) provádí se ve vakuu pomocí elektrického výboje plasma se usadí na rotujícím disku (anoda → katoda) lakování záznamového povrchu (! oxidace) lakování disku (obrázek)

CD-R Comapact Disc - Recordable (1988) na médium je možné jednou zapsat informaci read many, write once záznamová vrstva je speciální barvivo při zahřátí na teplotu přes 300°C → povrch zkrystalizuje změna je nevratná je zde malý rozdíl mezi „0“ a „1“ (40 až 70 %) vyžadována vyšší citlivost snímání odraženého světla, než je nutná pro lisovaná média starší mechaniky nemusí být schopny detekovat

Ochrana při zápisu

CD-RW Compact Disc-ReWritable (1997) speciální látka, která může být ve formě: amorfní → hrubý povrch (světlo se neodrazí) polykrystalické → hladký povrch (světlo se odráží) záznam: lokální zahřátí na teplotu 500 až 700°C malý rozdíl mezi 0 a 1 (odrazivost 15 až 25 %) vymazání: zahřátí na teplotu kolem 200°C návrat do polykrystalické formy omezený počet cyklů, typicky kolem 1000

DVD-R (1) DVD Recordable (1997) vyvinul Pioneer, správa skrze DVD-Forum (1995) též označováno jako „DVD dash R“ (pomlčka) dva slepené kotouče tloušky 0,6 mm laser nemusí procházet celou vrstvou jako u CD- R mezi nimi záznamová vrstva vodící drážka pro laser drážka je zvlněna (stálý kolísavý kmitočet) → řízení motoru atp. mechanika pohybu hlavy nemusí být tak přesná mezi drážkami jsou pity s adresami odrazivá vrstva ze zlata nebo ze slitiny stříbra

DVD-R (2) dvoustranná varianta DVD-R médium je nutné ručně otočit dvojnásobná kapacita → 8,5 GB DVD-R DL dvouvrstvé médium (2005) první vrstva je semitransparentní (poloprůhledná) změna vrstvy může trvat i několik vteřin (film!) záznam tam a zpět nebo tam a tam (s přesunem hlavy) oboustranné dvojvrstvé médium má celkem 17,1 GB

DVD-RAM přepisovatelný formát DVD-Forum (1996) záznam v soustředných kruzích snadno přepisovatelný formát 10000 až 100000 přepsání (DVD-RW pouze 1000) datové struktury připomínají organizaci dat na HDD tzv. paketový zápis → není nutný vypalovací program médium se chová jako „velká disketa“ proto je oblíbený v kamerách Windows XP → jen FAT32, Vista → UDF formát (je lepší)

DVD-RW přepisovatelný formát DVD-Forum (1999) záznam ve spirále zhruba 1000 cyklů přepsání záznamová vrstva kovové slitiny s fázovým přechodem DVD-R používá organické barvivo umožňuje přechod mezi krystalickou a amorfní fází DVD-RW DL dvouvrstvá varianta nepoužívá se (ve prospěch Blu-ray a HD DVD)

DVD+R konkurenční, nekompatibilní formát (2002) Sony, založena DVD+RW Alliance (1997) motivací byla vysoká cena mínusových licencí stolní přehrávače až od cca 2004 prakticky stejná kapacita, jako DVD-R, ale: zvlněná vodící drážka adresa zakódována do vlnění → lepší vyšší rychlosti robustnější systém pro korekci chyb DVD+R DL dvojvrstvé médium (2004)

DVD+RW přepisovatelný formát DVD+RW Alliance (1997) vznik paradoxně dříve, než DVD+R nižší kapacita 2,8 GB v roce 2001 oživeno → kapacita 4,7 GB lepší náhodný přístup kovová slitina s fázovou změnou přechod mezi amorfní a krystalickou strukturou DVD+RW DL dvouvrstvá varianta (2006) neprosadila se (ve prospěch Blu-ray a HD DVD)

Vypalovačky označeny svými schopnostmi DVD-R, DVD-RW, DVD-R DL DVD±R, DVD±RW (oba formáty)

Obrázky LightScribe (2004) vykreslení obrázku záznamovým laserem různé stupně šedi jedné barvy médium je nutné otočit je možné zapsat obrázek několikrát → větší kontrast LabelFlash (2005) konkurenční technologie vykreslení obrázku DiscT@2 kresba obrázku do nevyužité datové části

Blu-ray nástupce DVD (2006) modrý laser stejné rozměry média, jako u CD/DVD 2005 TDK → tvrzená ochranná vrstva (bez cartridge) vlastnosti: kapacita 25 GB/vrstva maximálně 2 vrstvy, 2 strany → 80 GB podpora Java aplikací video (MPEG-2, MPEG-4 AVC, VC-1) audio (až 7.1, PCM, DD+, DTS-HD, …) regionální kódy profily (1.0, 1.1 – 256MB, 1.2 – 1GB + Internet)

HD-DVD Toshiba (2006) snaha o kompatibilitu s CD/DVD zvýšení hustoty záznamu o 50 až 100 % stejné rozměry média, jako CD/DVD kapacita 15 GB/vrstva maximálně 3 vrstvy, 2 strany → 60 GB video (MPEG-2, H.264, WMV9) zvuk (DD+, EAC3, Dolby TrueHD, DTS-HD) digitální ochrana (DRM) prolomena 2007 → ukončení podpory ze strany tvůrců obsahu