История создания цифровой записи

Перзаписываемый компакт-диск(CD-RW) имеет рабочий слой из материала, который, находясь в твердом  состоянии, может принимать как кристаллическую, так и аморфную внутреннюю структуру, но в кристаллической структуре слой более прозрачен, чем во втором случае. За этим чувствительным слоем находится материал, который отражает луч лазера. В этом случае при считывании луч лазера чуть больше отражается от участков с кристаллической структурой, чем от аморфных участков, - таким образом и создается череда светлых и затемненных участков, при помощью которых кодируется информация.

Для того чтобы  создать «темный» участок чувствительного слоя, необходимо его быстро нагреть мощным пучком лазерного луча (в этих условиях происходит разрушение кристаллической решетки). Позже лазер отключают - это необходимо для того, чтобы слой застыл в аморфном состоянии. Для «осветления» участка, его также нагревают лазером, но не так сильно и более медленно, ступенчато поднимая мощность лазера. Затем необходимо также постепенно снижать мощность, из-за чего происходит восстановление кристаллической решетки, и чувствительный слой постепенно становится более прозрачным. Теперь мы знаем почему полное стирание диска занимает столь длительное время.

Может показаться, что нет никаких препятствий - темные и светлые участки на записываемых дисках и перезаписываемых совершенно одинаковые по размеру и располагаются так же, как и на CD диске, так вроде бы эти диски без проблем должны распознаваться на всех приводах. Именно так все и было бы, если бы не одна интересная особенность: способность отражать у фабричного компакт-диска, на отражающем покрытии которого располагается лишь тончайший слой бесцветного лака, выше, чем у записываемого CD и перзаписываемого CD, «обремененного» к тому же и светочувствительным слоем, поглощающим световое излучение. И если CD-R диски простой привод читает почти всегда, то с распознаванием CD-RW у ранних накопителей случаются проблемы. А причина проблем в небольшой мощности лазерного луча. Проблемы с совместимостью были решены в следующем поколении CD приводов, которые работают в MultiRead-режиме. Почти все эти приводы без проблем считывают CD-RW диски.

В процессе создания аудио CD применяется технология Constant Linear Velocity (сокращенно CLV - постоянная линейная скорость), которая состоит в том, что считывание и запись информации происходят с одинаковой скоростью  по всей поверхности CD. Иными словами, при передвижении луча от центра к краю устройство уменьшает угловую скорость вращения диска с целью обеспечения постоянной линейной скорости. Это необходимо для того, чтобы за одну единицу времени считывался одинаковый объем данных.

Так как при  чтении компьютерных данных необходимость  соблюдения постоянной линейной скорости отпадает (напротив, чем больше скорость чтения данных, тем лучше), необходимо зафиксировать скорость вращения диска (т.е. его угловую скорость), в результате при перемещении луча лазера от центра к периферии диска будет увеличиваться линейная скорость. Эта технология используется, как было сказано, при работе с компакт-дисками, которые содержат компьютерные данные, и называется Constant Angular Velocity (постоянная угловая скорость — САV). Необходимо заметить, что приводы с технологией CAV быстрее, чем приводы с CLV. Устройства, совмещающие две технологии, называют P-CAV (от Partial CAV).

Подавляющее большинство  современных устройств чтения/записи CD используют технологию CAV или P-CAV.

Помимо рассмотренных  двух технологий, есть еще одна, которая  разработана компанией «Zen Research»  и названа TrueX/MultiBeam. Она состоит  в том, что для чтения диска  лазер распадается на семь лучей, что позволяет производить чтение информации с семи дорожек разом; причем скорость вращения CD остается величиной постоянной. Такой процесс чтения информации имеет ряд плюсов в сравнении с CLV- и CAV-технологиями, а точнее: так как скорость вращения CD невелика, в устройстве чтения не возникает вибраций, а ее постоянство приводит к обеспечению одинаковой скорости чтения данных, как вблизи от центра CD, так и ближе к его краям.

Этапы промышленного тиражирования cd. Промышленная запись cd.

Заводская запись обычного CD-диска проходит в шесть  этапов.

В первую очередь  подготавливается контент, который  нужно поместить на диск. Информация записывается на специально подготовленную девятидорожечную ленту, проверяется  и упорядочивается.

На следующем  этапе информация с ленты подается на лазер, тот в свою очередь освещает стеклянный диск, покрытый светочувствительным слоем. В результате действия лазера на светочувствительном покрытии после проявки остаются небольшие выемки в том месте, куда попал лазерный луч. Эти углубления идентичны потоку данных на ленте, то есть единицам и нулям.

Полученную  в результате матрицу называют Glass Master (или в переводе: Стеклянная основа).

Третья стадия заключается в формировании Мастер-диска (Metal Master). Для его создания на Glass Master методом вакуумного напыления (или иным способом) напыляется тончайший серебряный слой.

Четвертый этап - создание негатива Metal Master. Мастер покрывают  слоем никеля, который имеет возвышенности  там, где металлическая подложка имела углубления. После чего никелевый  слой снимается и отправляется в гальваническую ванну, где происходит формирование Mother Disk (это диск, в котором углубления совпадают с углублениями на Мастер-диске). Далее этот диск (Mother Disk) снова гальванизируют и получают Stamp (штамп), углубления на котором соответствуют выступам стеклянного диска.

На пятой  стадии выполняется обработка готового штампа, который, по сути своей, является негативом стеклянного диска, но создан из более прочного материала. Диск обтачивается с краев, в нем  высверливается центральное отверстие.

И наконец на последней, шестой стадии процесса штамп  устанавливается в пресс-форму, которая  создает копии стеклянного диска. После чего на штамповку наносят  алюминиевое покрытие, а после  чего защитный лаковый слой и, если нужно, полиграфия.

На этом этапе процесс создания копии обычного CD-диска заканчивается.

У созданного компакт-диска  диаметр равен 120 мм, а толщина  равна 1,2 миллиметрам. Глубина дорожек  составляет 0,12 микрон, ширина - 0,6 микрон. Дорожки укладываются по спирали, начиная  от центра к краю; расстояние между витками спирали равно 1,6 микронам. Длина дорожки колеблется от 0,9 мкм до 3,3 микрометров. На стандартном диске умещается 650-700 Мб данных, или 74-80 мин. звука.

Технология  тиражирования dvd.

В отличии от CD, процесс изготовления DVD-дисков немного другой.

Существуют  приводы DVD+R, DVD-R, DVD+RW, DVD-RW, которые могут  хранить информацию на записываемых(DVD±R) или перезаписываемых(DVD±RW) дисках.

Приводы DVD-R, +R могут  делать лишь однократную запись. Отличие DVD±R-диска от простого DVD-ROM заключается в особом пигментном слое, легко реагирующем на воздействия лазера. Луч вытравливает нужную информацию на светоотражающем покрытии.

Распространение понятия "Защиты авторских прав" расколола стандарт DVD-R практически  моментально надвое - для студий звукозаписи и для рядовых пользователей. Различие между ними в длине волны лазерого луча применяемого в устройствах. Для студийного формата применяется лазер с длиной волны 635 нанометров, для домашнего же формата используется 650 нанометровый лазер. Другими словами записать на домашнем приводе студийный диск не получится, также как и на профессиональном не прожечь обычный DVD-R диск. Но чтение данных с дисков обоих форматов происходит без каких-либо проблем. При записи звука и видео на DVD используется довольно сложная процедура компрессии информации, именуемая MPEG-2. Она представляет собой новое поколение стандарта на компрессию звуковой и видео информации, позволяющего уместить большие объемы данных на меньшем пространстве. MPEG, как стандарт компрессии, разработан "Экспертной группой кинематографии" (Moving Picture Experts Group). MPEG - стандарт на компрессию видео и звуковых файлов в более удобный формат для пересылки файлов или для загрузки через Интернет.

В MPEG-1 звуковые и видео потоки передаются со скоростью около 150 Кб/с (скорость считывания в односкоростном CD-ROM) и выстраиваются в цельную картину путем выдергивания из потока ключевых кадров и заполнением только тех областей, которые меняются между ключевыми кадрами. Но MPEG-1 обеспечивает качество картинки заметно ниже, чем принятое стандартом телевизионным.

Сжатие в  следующем стандарте MPEG-2 заметно  улучшает качество передаваемого видео. Не менее 97 процентов цифровой информации, представляющей видеосигнал, дублируются, то есть являются избыточными и сжимаются без ущерба для качества результирующего изображения. Алгоритмы MPEG-2 анализируют видеоряд в поисках дублирования. После процесса удаления дублирующихся данных обеспечивается отличное качество картинки в этом формате при меньшей скорости потока данных. Именно благодаря этому нынешние каналы поставки видео-контента, такие как DVD и спутниковое телевидение, используют стандарт MPEG-2.

Поставщики DVD видеофильмов предоставляют с видеопродукцией  поистине качественный звук, записанный в Dolby Digital(АС-3), он поддерживает 5+1 звуковых дорожек, другими словами пять отдельных (дискретных) каналов плюс один общий канал низкой частоты. От стандарта Dolby ProLogic стандарт записи АС-3 отличается тем, что перед человеком располагаются три источника звука (левый канал, правый и центральный), за спиной зрителя располагаются еще две тыльных колонки(правый канал и левый), а низкочастотную колонку можно расположить где угодно (обычно ее располагают также впереди под центральной).

Запись аудио  в стандарте АС-3 предоставляет возможность авторам звукового сопровождения для видео после применения различных спецэффектов добиться создания полного ощущения правдоподобности происходящего действия.

Разделение  звука АС-3 позволило обеспечить повышение качества звучания (особенно важного при диалогах) и эффект объемного звучания. Звук в формате АС-3 легко распространяется в ограниченном объеме в различных направлениях, чем и достигается эффект полного присутствия.

В качестве дополнительной возможности, на DVD предусмотрели возможность записи 16-, 20- или 24-битного звука с CD качеством и частотой 48 килоГерц или 96 килоГерц в стандарте Dolby ProLogic.

Технология  создания HD DVD.

Информационные  дорожки на HD DVD создаются в результате формовки нагретого поликарбоната на металлической матричной пластине. В отличие от простого DVD, для HD важно, чтобы промежутки между соседними дорожками были меньше (для DVD оно составляет 0,74 нанометров, для HD DVD - 0,4 нанометров). Такие параметры по ширине дорожки не могут быть осуществлены с технологией производства обычного DVD, поэтому корпорация Verbatim выдвинула новейшую технологию создания матрицы, она позволяет уложиться в требования для производства HD DVD.

Техпроцесс HD DVD имеет похожую с DVD базовую структуру  производства. Они оба склеиваются из двух оснований толщиной в 0,6 миллиметров. Благодаря этому современные производственные мощности для этой стадии могут достаточно быстро модернизироваться под производство HD DVD дисков.

Модернизация  же производственных мощностей DVD означает, что отпадает необходимость денежного вливания в оборудование для переориентации линий по производству DVD в производство нового HD DVD.

Техпроцесс HD DVD делится на восемь этапов:

1. Первый - отливка под высоким давлением.
2. Второй - охлаждение заготовки.
3. Третий - покрытие заготовки записывающим слоем.
4. Четвертый - прогон через центрифугу.
5. Пятый - сушка.
6. Шестой - металлизирование.
7. Седьмой - закрепление под ультрафиолетом.
8. Восьмой - склейка.

Технология  производства BLU-RAY диска.

В приводах CD и DVD применяется лазер инфракрасного(650 нм) и красного(780 нм) диапазона соответственно. Лазер с длиной волны 405 нанометров, который применяется Blu-Ray (как и в HD DVD) приводах, дает возможность вдвое уменьшить толщину трека в сравнении с DVD (т.е. 0,32 мкм), что ведет к увеличению плотность записи на единицу площади.

Помимо этого, уменьшение защитного слоя с 0,6 до 0,1 миллиметров  дает возможность уменьшить количество ошибок при чтения/записи.

Эффективная площадь, на которой  луч лазера способен фокусироваться, ограничена интерференцией и зависит от длины волны лазерного луча и апертуры фокусирующей линзы. Благодаря использованию сине-фиолетового лазера, на Blu-Ray диске удается хранить гораздо больше данных, чем на дисках DVD того же размера. Кроме всего прочего, данные занимают меньшую площадь в оболочке диска, что ведет к увеличению скорости считывания до 36 Мегабит/с.

Кроме улучшения оптических параметров, Blu-Ray имеют возможность  вмещать больше данных благодаря  улучшению процесса кодирования. В Blu-Ray дисках были реализованы более совершенные и стойкие методы защиты данных от нелегального дублицирования информации.

«BD+» - один из экспериментальных  метод, который был разработан именно для Blu-Ray. Он дает возможность динамически  изменять схему кодирования. Производитель без труда способен изменить систему кодирования сразу после ее взлома, что защищает все выпущенные после этого копии.

Корпорация "Hewlett Packard" изобрела еще одну технологию, получившую название Mandatory Managed Copy, она также, наряду с BD+, будет применена при производстве Blu-Ray дисков. Mandatory Managed Copy позволяет производить легальные дубликаты видео-контента в защищенном виде.

В дополнение ко всему перечисленному, диски BR используют еще один уровень  защиты - ROM-Mark (цифровой водяной знак). ROM-Mark помещается в ROM привода Blue-Ray при его производстве, это помогает защитить диск от воспроизведения в устройстве без метки, подделать ее считается невозможным. Оборудование для установки меток будет предоставляться только тем заводам, которые получили лицензию.

Следующая система защиты использует 128-битное кодирование - Advanced Encryption Standard, при использовании этой технологи ключ изменяется каждые 6 Кбайт. Так что расшифровка одного ключа дает доступ всего лишь к 6 Кб данных. На современном этапе развития техники данную защиту взломать невозможно.

Немногим позднее была внедрена поддержка "Advanced Access Content System", использующая систему "принудительно-управляемой  копии"(MMC). Поддержка этой системы  дает возможность создать дубликат лицензионного контента для воспроизведения в домашних устройствах и дает гарантию от невозможности распространения ее за пределы дома.