Optická paměťová média Vypracovali: Pavel Dziadzio Roman Malý T3A

Vznik CD 1979: Sony a Philips vyvíjejí nový způsob věrného uchování a reprodukce hudby – vznik CD-DA (compact disc – digital audio) 1985: Představitelé předních firem (Apple, Microsoft, Hitachi, Philips, …) specifikují logický formát dat pro CD-ROM CD se tak stalo standardem pro záznam počítačových dat

Standardy CD Red book – audio-CD, 150KB/s Yellow book – CD-ROM Green book – CD-I Orange book – CD-R, CD-RW White book – Video CD a další… (blue book, beige book - PhotoCD, scarlet book)

Vývoj CD Původní audio CD měla mít délku záznamu 60min, ale Sony trvala na 74 minutách Tomu odpovídá množství dat které se na disk vejde – 656MB Postupně vznikala 80min CD (700MB) Nyní 90 – 99 minut (800 – 880MB) ale problémy ve starších přehrávačích

Fyzická struktura

Fyzická struktura Průměr 120 mm (80 mm), středový otvor 15mm, celková tloušťka 1.2 mm Základ tvoří kotouč z průhledného polykarbonátu, dále je nanesena reflexní vrstva z hliníku, stříbra, zlata (50 – 100 nm) a vrstva ochranného laku (10 – 30 nm). Na ni může být ještě vrstva s potiskem

Uložení informací Informace jsou uloženy ve spirálovité stopě rozvíjející se od středu ke kraji (šířka 0,6μm) Mezery mezi závity jsou 1,6 μm Stopa obsahuje pity a pole (land) Pity – prohlubně nestejné délky (hloubka přibližně 0,12 μm) Data jsou uložena na přechodech pit>pole nebo pole>pit. Přechod odpovídá log. 1, oblast bez přechodu je log. 0

Uložení informací Současná technologie tedy neumožňuje aby za sebou bylo více log. 1 – fyzicky je nemožné aby byly dvě hrany hned vedle sebe Proto se používá pro ukládání tzv. kódování osm ku čtrnácti (Eight to Fourteen Modulation – EFM)

EFM Ukázka převodní tabulky Převod 256 hodnot ve dvojkove soustavě (8 bitů) na 14 bitový kód, v němž musí byt sousední jedničky proložené min. 2 nulami Převod probíhá pomocí převodní tabulky uložené v paměti ROM každé CD mechaniky Datové bity Channel bity 00000000 01001000100000 1 00000001 10000100000000 2 00000010 10010000100000 3 00000011 10001000100000 4 00000100 01000100000000 5 00000101 00000100010000 … 255 11111111 00100000010010

EFM Slouží také ke snížení počtu chyb – zmenšuje se počet přechodů 1 -> 0, 0 -> 1, a tím také počet pitů. Obrázek – výsek stopy CD - zobrazuje číslo 3, změna se projeví jako log. 1, podle délky pitu nebo políčka se určuje přiměřený počet nul

EFM Vzdálenost mezi hranami se nazývá run length (průběžná délka) Z důvodu vlnové délky světla čtecího laseru je nejmenší průběžná délka 3 channel bity – nikde v kódové tabulce proto není méně než dvě nuly za sebou 2 za sebou jdoucí 14 bitové kódy („bajty“) jsou od sebe odděleny 3 slučovacími (mergin) bity – zamezení výskytu dvou jedniček vedle sebe

Rámce, sektory Nejmenší adresovatelná fyzická jednotka CD je sektor, ten se dále dělí na rámce Rámec – skládá se z 33 bytů – 24 datových, 4 paritní (C1 – náhodné chyby), 4 paritní (C2 – škrábance, prach) a 1 kontrolní byte Každý rámec začíná tzv. synchronizačním vzorkem o délce 24 bitů Sektor – se skládá z 98 rámců => celková velikost „uživatelských“ dat je 24 * 98 = 2352 B pro korekci chyb slouží 8 * 98 = 784 B zbylých 1 * 98 = 98 B pro kontrolní bajty – tzv. subkanály

Rámce, sektory V rámci sektoru nebývá všech 2352 uživatelských bajtů obsazeno „skutečnými daty“. Většina logických formátů má datovou kapacitu jednoho sektoru 2048 B, takže zbylých 304 bajtů je použito pro jiné účely (další kontrolní data, apod.)

Logická organizace dat Pravidla pro uspořádání souborů a adresářů ISO 9660 Vytvořila skupina společností s názvem High Sierra Group Pak tuto definici s malými úpravami přijala ISO a pojmenovala ISO 9660 Tento formát se stal základem a měl by ho umět přečíst každý operační systém Původní specifikace umožňuje mít názvy souborů max. 31 znaků dlouhé a pouze z velkých písmen A-Z, číslic a podtržítka Dnes se používá ISO 9660 Level 2, který podporuje dlouhá jména souborů. Další vylepšení přináší např. rozšíření Joilet, které názvy souborů ukládá v kódování Unicode. Délka názvu může být 64 znaků a může obsahovat mezery.

Zapisovatelné disky CD-R Oproti CD-ROM obsahuje další vrstvu – záznamové barvivo – organická sloučenina, která slouží jako vlastní záznamové medium. V polykarbonátové podložce je při výrobě vytvořena spirálová drážka pro vedení laseru

Zapisovatelné disky Při vypalování se barvivo laserem zahřeje – dochází k jeho fyzické změně. Tak vznikne vypálený pit. Ten se však od lisovaného pitu mírně liší – má nepravidelné okraje a je mělčí. I přesto však mění odrazivost od reflexní vrstvy Právě rozdíl mezi lisovaným a vypáleným pitem je důvod proč na velmi starých CD-ROM mechanikách nelze vypálené disky přečíst -> úprava algoritmu pro vyhodnocování logických úrovní

Zapisovatelné disky CD-RW Vrstva pro záznam záznamový film speciální chemická sloučenina stříbra, india, antimonu a teluru působením energie mění svůj stav (krystalický - odrazivý, amorfní – málo odrazivý) rovněž je schopna vrátit se do původního stavu

Zapisovatelné disky Dielektrická vrstva Z obou stran obklopuje záznamový film Sloučenina silikonu, kyslíku, zinku a síry Má několik úkolů: Modifikuje odezvu optického média, aby poskytovalo čistý signál Zvyšuje účinnost laseru (pro dosažení potřebné teploty na záznamové vrstvě) Působí jako tepelná izolace mezi záznamovým filmem, předlisovanou drážkou a odraznou vrstvou Slouží také jako mechanická „brzda“ záznamového filmu, aby nedošlo k posunutí vlivem odstředivých sil

CD-RW Nevýhoda – přečtou je jen nejnovější CD-ROM mechaniky Intenzita odraženého světla je totiž mnohem nižší než u lisovaných nebo CD-R -> technologie AGC (Auto Gain Control)

Zápis na CD-RW Materiál použitý pro záznamový film má vlastnost že po zahřátí na určitou teplotu a ochlazení krystalizuje, zatímco při zahřátí na vyšší teplotu a následném ochlazení přejde do amorfního stavu Laser mechaniky proto musí pracovat na dvou energetických hladinách – při nižším výkonu vytváří krystalickou oblast s vysokou odrazivostí = land, při vyšším výkonu vytváří amorfní oblast (nízká odrazivostí) = pit CD-RW mechaniky musí mít mnohem silnější laser (teplota musí dosáhnout 600°C ~ P = 20mW)

DVD Filmový průmysl si žádal optický záznamový nosič s větší kapacitou než poskytovala CD, proto začal vývoj DVD Uvedeno v roce 1996 v Japonsku Kapacita 4,7 GB Zmenšení mezer mezi stopami na 0,74 μm Pro čtení se používá laserové světlo s vlnovou délkou 650 nm

DVD Původně určeno pro záznam videa ve vysokém rozlišení – DVD Video Později se prosadilo i jako úložiště dat - DVD Data, používá formát UDF (Universal Data Format), který podporuje většina operačních systému DVD Audio – pro uložení zvuku, možno i s vyšší vzorkovací frekvencí a datovou hloubkou než u běžného Audio CD

DVD Další zvýšení kapacity (na 8,5 GB) přinesly dvouvrstvé DVD (Dual Layer) DVD obsahuje dvě záznamové vrstvy umístěné těsně nad sebou, přičemž spodní vrstva je polopropustná. Laserový paprsek tak při přečtení spodní vrstvy přeostří a čte horní vrstvu Pro další zvýšení kapacity se vyrábějí oboustranné jedno- nebo dvouvrstvé disky s kapacitou 9,4 GB resp. 17 GB

BLU-RAY Počátek vývoje v roce 1995 – Sony a Philips Původně jako náhrada magnetických pásek ve videokamerách Používá modrý laser o vlnové délce 405 nm Kapacita 25 GB (příp. 23,3 GB nebo 27 GB), dvouvrstvý disk 50 GB (resp. 46,6 GB nebo 54 GB) Původně byl disk uložen v ochranné cartridgi, v roce 2004 firma TDK vyvinula speciální materiál, díky kterému již tuto cartridge nepotřebuje – BD disk tak vypadá stejně jako předešlé formáty

BLU-RAY Samotná záznamová vrstva je umístěna pouze 0,1 mm pod povrchem datové strany Budou existovat celkem 3 formáty: BD-ROM (čtení), BD-R (jednorázový zápis), BD-RE (přepis) Ve vývoji jsou již i čtyřvrstvá a dokonce i osmivrstvá média o kapacitách 100 GB resp. 200 GB V současné době však velmi vysoké náklady na výrobu

HD-DVD Prototyp – prosinec 2003 Vyvíjí především Toshiba a NEC Používá modrý laser o vlnové délce 405 nm Kapacita 15 GB Relativně nízké výrobní náklady

BLU-RAY x HD-DVD x DVD Parametry BLU-RAY HD-DVD DVD Kapacita (jednovrstvé) 25 GB 15 GB 4,7 GB Kapacita (dvouvrstvé) 50 GB 30 GB 9,4 GB Vlnová délka laseru 405 nm 650 nm Ochranná vrstva 0,1 mm 0,6 mm Rychlost přenosu 54,8 Mb/s 36,5 Mb/s 11,1 Mb/s Kodeky MPEG-2 MPEG-4 AVC VC-1 MPEG-4 AVC VC-1

Blu-ray/DVD combo ROM disc Hybridní disk, vyrobila společnost JVC Na jedné straně nese jak 25 GB vrstvu Blu-ray, tak dvouvrstvé DVD s kapacitou 8,5 GB Toto uspořádání je možné díky umístění datové vrstvy Blu-ray pouze 0,1 mm pod povrchem disku – výhoda oproti HD-DVD, který má datovou vrstvu umístěnou uprostřed (jako u DVD)

Blu-ray/DVD combo ROM disc Blu-ray datová vrstva pak odráží modrý laser, zatímco červený propouští Hybridní Blu-ray je tak uzpůsobeno na přidávání dalších vrstev – JVC už oznámila vývoj disku se dvěmi DVD vrstvami a dvěmi Blu-ray vrstvami o celkové kapacitě 58,5 GB (8,5 GB DVD + 50 GB Blu-ray) Další krok by mohl být oboustranný dvouvrstvý hybridní disk, který by pak měl celkovou kapacitu až 117 GB

Blu-ray/DVD combo ROM disc DVD přehrávač s červeným laserem prostoupí BD vrstvou a čtou disk jako obyčejné dvouvrstvé DVD Blu-ray přehrávače se zaměří na „modrou“ vrstvu a disk je pak čitelný jako klasické BD-ROM

Tuto prezentaci je možné stáhnout na adrese www.dodoweb.wz.cz/eporef