Jednotky CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD, DVD-R. Média. Normy upravující tuto oblast

Transkript

1 Jednotky CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD, DVD-R. Média. Normy upravující tuto oblast Optické disky Čtení z optického disku je prováděno lasero-vým paprskem, který dopadá na médium a odráží se od něj. Následně jsou snímány jeho vlastnosti (např. intenzita, stáčení roviny polarizováného světla) Médium CD-ROM je vyráběno lisováním z předem vyrobené matrice pomocí, tzv. rodin-ného procesu Data jsou uložena ve spirále, která je čtena od středu média k jeho okraji, a to jako posloupnost tzv. pitů a landů: Laserový paprsek je ostřen na land Ţ od landu se odráží s vyšší intenzitou než od pitu, kam dopadá mírně rozostřen Čtení dat tedy probíhá v závislosti na intenzitě odraženého paprsku od média Jednotlivé pity a landy jsou interpretovány takto: 1 - změna z pitu na land nebo z landu na pit 0 - setrvalý stav (pit nebo land) Vzhledem k omezené citlivosti foto senzoru je nezbytné, aby mezi dvěma jedničkami (změna z pitu na land nebo naopak) byly vždy alespoň dvě nuly (dvě po sobě rychle následující změny intenzity odraženého paprsku nelze spolehlivě rozpoznat) Naopak je rovněž nutné zabezpečit, aby posloupnost po sobě následujících nul nebyla nikdy delší než deset, protože jinak by došlo ke ztrátě synchronizace čtecí jednotky a nebylo by možné určit jejich přesný počet Výše uvedené požadavky jsou realizovány pomocí speciálního kódovaní EFM (Eight To Fourteen Modulation), které každému bytu přiřazuje jednoznačně 14 bitový vzorek Kódování EFM splňuje vytyčené požadavky pouze uvnitř jednoho vzorku, nikoliv však mezi po sobě následujícími vzorky Mezi každé dva byty (po překódování 14 bito-vé vzorky) se tedy ještě zapisují 3 bity, jejichž hodnota nemá žádný informační význam Tyto tři bity mají hodnotu závislou na přilehlých 14 bitových vzorcích a mají za úkol zaručit, že ani mezi těmito vzorky nebude porušeno pravidlo: mezi dvěma jedničkami minimálně dvě nuly a maximálně deset nul Celková kapacita CD-ROM disku je 650 MB Celková délka spirály je asi 6 km Hustota zaznamenaných dat je konstantní Podle přenosové rychlosti se CD-ROM me-chaniky rozdělují na: single speed (1x): 150 kb/s, dostačující pouze pro přenos souborů double speed (2x): 300 kb/s, pro dnešní účely již nedostačující mechaniky s vyššími rychlostmi (6x, 8x, 12x, 16x, 24x, 32x, 40x, ) Podle způsobu čtení datové spirály lze CD-ROM mechaniky rozdělit do dvou skupin: CLV (Constant Linear Velocity): data jsou čtena konstantní lineární rychlostí rychlost otáček čteného média musí být neustále přizpůsobována tak, aby byla dodržena konstantní rychlost čtených dat (u single speed je to cca 1,3 m/s) : u středu je rychlost otáček vyšší (500 ot/min) u kraje je rychlost otáček nižší (200 ot/min) na tomto principu pracují zejména starší mechaniky protože je nutné neustále přizpůsobovat rychlost otáček, mají tyto mechaniky vyšší přístupovou dobu (cca 500 ms) udávaná rychlost čtení odpovídá rychlosti, se kterou je mechanika schopna číst data nezávisle na tom, kde se na médiu nacházejí

2 CAV (Constant Angular Velocity): data jsou čtena konstantní úhlovou rychlostí rychlost otáček média je konstantní a není nutno ji přizpůsobovat v závislosti na tom, odkud se čtení provádí na tomto principu pracují zejména dnešní moderní mechaniky s rychlostí vyšší než 12x díky konstantní úhlové rychlosti je možné, aby CAV mechaniky dosahovaly nižších přístupových dob (cca 100 ms) než je tomu u mechanik CLV udávaná rychlost pak nevyjadřuje přenos dat, který je mechanika schopna poskytnout v libovolný okamžik, ale vyjadřuje maximální přenos, který nastává u okraje média (kde lineární rychlost je nejvyšší) Informace uložené na CD-ROM médiu jsou silně redundantní a mechanika má obvody realizující poměrně složité algoritmy pro korekturu chyb vzniklých vlivem nečistot (prach) nebo mechanickým poškozením disku CD-ROM mechaniky se připojují k počítači prostřednictvím EIDE, SCSI rozhraní, USB CD-R Dovoluje provést záznam pomocí CD-R mechaniky, který je možné přečíst v mechanice pro disky CD-ROM: Záznamová vrstva je tvořena organickým barvivem: cyanine: zelená phtalocyanine: zlatá azo: modrá Nové médium CD-R obsahuje (z výroby vylisovanou stopu - pregroove), do které se provede vlastní záznam Záznam je prováděn laserovým paprskem vyšší intenzity Tento paprsek spálí organické barvivo, které pak již nepropouští světlo a nemůže tedy dojít k jeho odrazu od odrazivé vrstvy Tímto se vytvoří ekvivalenty jednotlivých pitů a landů, což dovoluje, aby zaznamenané CD-R médium bylo čteno v běžné CD-ROM mechanice Při záznamu na CD-R je nutné dbát na to, aby proud dat posílaný do CD-R mechaniky byl kontinuální, jinak dojde ke zničení média CD-RW CD-RW disky dovolují na rozdíl od CD-R disků, aby pořízený záznam (v CD-RW me-chanice) byl přemazán a proveden znovu: CD-RW Záznam se provádí na principu změny fáze záznamové vrstvy: krystalická: odráží více světla amorfní: odráží méně světla CD-RW mechanika pracuje se 3 intenzitami laseru: CD-RW Stopa zaznamenaného média je pak tvořena částmi s amorfní fází a částmi s krystalickou fází, které opět vytvářejí ekvivalenty pitů a landů Rozdíl intenzit paprsků odražených od amorfních částí a od krystalických částí je však menší než v případě pitů a landů u CD-ROM (popř. částí se spáleným a nespáleným organickým barvivem u CD-R) DVD Záznam na DVD (Digital Versatile Disk) disku je proveden na obdobném principu jako u CD- ROM disku s tím rozdílem, že informace: jsou zaznamenány s vyšší hustotou mohou být zaznamenány na obou stranách a ve dvou vrstvách DVD DVD disky se vyrábí ve 4 formátech: SS/SL (Single Sided, Single Layer): 4,7 GB SS/DL (Single Sided, Double Layer): 8,5 GB DS/SL (Double Sided, Single Layer): 9,4 GB DS/DL (Double Sided, Double Layer): 17,0 GB Rozdíly mezi DVD a CD-ROM

3 DVD - provedení, kapacita a datový tok Tato kapitola vysvětluje základní rozdíly mezi světy DVD a CD, dále se zde pojednává o standardech medii DVD-5 až DVD-10 a praktických rozdílech mezi lisovanými a zapisovatelnými medii. Pokud ji přečtete, pochopíte specifika se kterými budete muset počítat při přechodu z CD-R na pálení DVD. DVD-ROM a datový tok Media DVD jsou, pokud se na ně podíváme z pohledu vývoje, pouhými CD medii s hustším záznamem (na první pohled vypadají media CD i DVD téměř identicky). Mimo rozdílných fyzikálních parametrů disku, které zahrnují rozdílnou kapacitu, jiné rozměry stop i jednotlivých pitů (viz obrázek) a rozdílnou vlnovou délku čtecího laseru je rozdílný i základní datový tok. Datový tok DVD-ROM 1x odpovídá přibližně devítinásobné rychlosti CD-ROM. Na první pohled můžeme tedy rychlost zápisu 2.4x media DVD+R hodnotit jako směšně nízkou, pokud však srovnáme datové toky s přenosem CD, zjistíme, že se jedná o ekvivalent zápisu CD rychlostí 22x. V případě maximální rychlosti zápisu 4x u některých špičkových DVD-R medii je datový tok ekvivalentní již CD 36x. 1GB dat se v této situaci zapíše na disk za cca 3 minuty. Media DVD a jejich kapacita rychlost DVD datový tok [MB/s] ekv. rychlost CD 1x 1.35 ~ 9x 2x 2.70 ~ 18x 8x 10.8 ~ 72x Současná zapisovatelná / přepisovatelná media (ať DVD+R či DVD-R) uvádějí kapacitu 4.7GB, objem dat který na ně zapíšete je však 4.38GB (vysvětlení je níže). Insider: jaká je skutečná kapacita jednovrstvých medii DVD? Ač se všude uvádí kapacita 4.7GB, je datová kapacita medii DVD nižší (cca 4.38GB). Filmový průmysl totiž počítá 1kB jako 1000 bajtů (B), zatímco v IT světě se za 1kB považuje zásadně 1024 bajtů (obdobně to platí i pro násobky, tedy MB i GB). S tímto faktem musíte počítat dříve, než začnete na DVD media zapisovat data. Media DVD pojmou tedy více než šestinásobek dat klasického CD. Tím se mohou stát výtečnými

4 pomocníky všude tam, kde se musí archivovat, přenášet a zálohovat velké objemy dat. Zapisovatelná a lisovaná DVD media - rozdíly Podívejte se na tuto tabulku standardů "lisovaných" DVD medii: disk zkratka specifikace jednostranný/ jednovrstvý jednostranný/ dvouvrstvý oboustranný*/ jednovrstvý kapacita 12cm DVD (GB) kapacita 8cm DVD (GB) SS/SL (single layer) DVD (4.38 dat) 1.5 (1.39) SS/DL (double layer) DVD (7.91 dat) 2.6 (2.42) DS/SL DVD (8.76) - oboustranný*/ DS/DL DVD (15.82) dvouvrstvý - *Oboustranné disky (viz. žluté řádky v tabulce) nejsou žádná věda - v zásadě se jedná o dvě media (ať již DVD-5 či DVD-9) slepená "zády k sobě". Jelikož dostupné mechaniky čtou media pouze z jedné (konkrétně spodní) strany, je oboustranné disky třeba občas otáčet. Oboustranné medium v mechanice DRU-500A působí dojmem, že je do mechaniky vloženo naopak. Poznámka: U DVD videa se oboustrannými medii (ty poznáte snadno: z obou stran jsou totiž stříbřité a popis toho co je na opačné straně disku je natištěn na malém černém kroužku uvnitř disku) často řeší dvě samostatné verze filmu, například ve formátu 16:9 a 4:3, nebo film a dodatečný bonusový materiál. Naštěstí se většinou jedná o disky DVD-10 které jsou snadno "kopírovatelné" na jednovrstvá DVD-5 media. Dvouvrstvá media DVD-9 Dvouvrstvá "dual-layered" media DVD-9 využívají dvě poloprůhledné záznamové vrstvy (ty jsou od sebe vzdálené 40 až 70µm). Ke čtení takto zaznamenaného disku je tedy třeba buďto dvou čtecích diod - každá je opticky zaostřena na "svou vrstvu", nebo systému s variabilní "přeostřovací" optikou. Tímto "trikem" je dosaženo jednoduchého zdvojnásobení datové kapacity media bez nutnosti disk v mechanice otáčet. P.S. Koncepce "dual-layer" je součástí základní specifikace DVD - dvojvrstvé disky musí umět přečíst každá mechanika DVD (tedy i ta vaše). Podle toho jak navazuje záznam první vrstvy na nultou vrstvu rozdělujeme dvouvrstvé disky na OTP (data se čtou až k okraji disku, přeostří se na vyšší vrstvu a hlava se v průběhu čtení vrací zpět) a PTP (vrstvy se jeví jako souběžné). Disky DVD-Video jsou stále častěji typu DVD-9... Dnešní disky DVD-Video (pre-recorded DVD-Video) se stále častěji vyskytují jako dvouvrstvá (dual-layered) media (DVD-9 s uspořádáním OTP - viz. horní schéma). To také vysvětluje častý jev asi 0.5 sekundového "zamrznutí" filmu v okamžiku, kdy se mechanika "přelaďuje" na druhou vrstvu.

5 ...zatímco zapisovatelná media vyhovují standardu DVD-5 Jak jsme uvedli dříve - maximální kapacita nahrávatelných DVD medii nepřekračuje 4.7GB (4.38GB) - záznam dat laserem totiž prakticky vylučuje dvouvrstvý zápis typu DVD-9 (těžko si lze představit, že by bylo možné pálit skrze již zapsanou vrstvu na další vrstvu). Poznámka: Toto omezení je v praxi jednou z hlavních překážek kopírování dat z dvouvrstvých disků standardu DVD-9. Kopírování DVD bude věnován samostatný článek. DVD+RW /-RW a spotřební elektronika Nesmíme zapomínat na to, že se počítá s využitím přepisovatelných medii DVD jako budoucí náhrady videokazet. Pokud na medium DVD-R /-RW, DVD+R /+RW nahrajete rekordérem digitální videozáznam ve formátu MPEG-2 (ten používá i "stolní" DVD-Video) získáte přibližně tyto nahrávací doby: záznam kvalita doporuč. rozlišení (PAL, MPEG-2) typický zdroj signálu datový tok 60 min High Quality (HQ) 720 x 576 DVD, DV 9.72 Mbit/s 120 min Standard Play (SP) 720 x 576 DVD, DV 5.07 Mbit/s 180 min Long Play (LP) 360 x 576 DVD, DV, S-VHS 3.38 Mbit/s 240 min Extended Play (EP) 360 x 576 S-VHS, VHS 2.54 Mbit/s datový tok 1xCD (VideoCD), min záznamu 1.20 Mbit/s Výše uvedené doby jsou pouze orientační a počítají s komprimací v reálném čase. Formát MPEG-2 může videodata komprimovat s využitím proměnného datového toku (VBR - Variable Bit Rate). Okamžitý datový tok pak kolísá v závislosti na složitosti scény (čím je složitější, tím je vyšší, v "pomalých scénách" pak klesá). Průměrný datový tok je navíc možno při přípravě videomateriálu nastavit plynule od 9.72Mbit/s (to odpovídá maximálnímu datovému toku DVD) až po cca 2Mbit/s kdy je již signál poměrně nekvalitní. Disky DVD+R/+RW /-R-RW a jejich datová kompatibilita Zde žádné problémy nečekejte. Souborovým systémem DVD je UDF (Universal Disk Format). Doplněk UDF Bridge (kombinace UDF a ISO 9660) pak zajišťuje kompatibilitu ze staršími operačními systémy jako np. Windows 95. P.S. Volitelně je možné použít i datové struktury ISO 9660, avšak pro přístup k datům je doporučován formát UDF. V další části se podíváme na jednotlivé typy zapisovatelných DVD medii (a je jich požehnaně). Formáty DVD (ROM, -R,-RW, +R,+RW) "Zmatení jazyků" u medii DVD Pokud se v oblasti zápisu medii CD-R a CD-RW dospělo poměrně záhy ke sjednocenému standardu, u DVD je tomu poněkud jinak - v současné době o přízeň bojují tři, víceméně nekompatibilní, systémy zápisu: 1. ustupující DVD-RAM,

6 2. DVD-R a DVD-RW 3. DVD+R a DVD+RW. DVD-RAM od členů DVD Forum Standard DVD-RAM (DVD Random Access Memmory) patří mezi nejstarší standardy zapisovatelných DVD medii. Formát byl navržen firmami Panasonic (která dosud za toto medium urputně bojuje), Hitachi a Toshiba (tedy společnostmi, které dnes patří do DVD Forum) a byl směřován především do oblasti výpočetní techniky. Media DVD-RAM nejsou kompatibilní se stolními přístroji DVD-Video. Výhodou medii DVD-RAM je to, že mohou být přepsaná až x. Aby bylo možno dosáhnout vysoké odolnosti zápisu vyskytují se občas disky DVD-RAM uložené ve speciálních průhledných prachotěsných kazetách "caddy". Kapacita starších medii medii DVD-RAM byla 2.6GB, současná inovovaná media pojmou 4.7GB. DVD-R od členů DVD Fora Členům DVD Fora bylo nepochybně jasné, že standard DVD-RAM nepokryje veškeré potřeby ukládání dat i to, že je nedostatečný zejména v oblasti spotřební elektroniky, kde je tato skupina silně angažována. V roce 1997 se proto objevil první disk a mechanika DVD-R Pioneer DVR-S101 (která tehdy stála neuvěřitelných Kč). První disky DVD-R zapisované laserem o vlnové délce 635nm jsou dnes označované jako "DVD-R for Authoring" a umožňuji vytváření speciálních pre-mastering disků, zatímco ostatní, běžně dostupné disky patří do skupiny DVD-R(G) "DVD-R for General". U komerčních běžně dostupných disků je oblast pro hlavičku kódu CSS (Content Scrambling System) zablokovaná a lze na nich zapisovat data pouze v nezakódované formě. To sice neumožňuje kopie 1:1, na druhou stranu, v době, kdy je kód CSS dávno prolomen, to nijak nebrání v kopírování disků DVD zabezpečených CSS v jejich nezakódované podobě. Poznámka: Media DVD-R se mnohým přehrávačům jeví jako běžná media DVD-5. výhody DVD-R: neznačková media DVD-R lze koupit i za 20Kč s DPH vysoká kompatibilita (DVD-R přečte 70% starších a více než 95% nových přístrojů DVD), postupně se objevují media s rychlostí zápisu 2x i 4x, dosud jsou media DVD-R jednoznačně nejlevnější. nevýhody: media DVD-R jsou méně vhodné pro častější zálohování dat: pokud je na disku více než jedna session, mají některé mechaniky potíže se čtením takto vypálených medii, o stolních přístrojích ani nemluvě. V režimu kompatibility se vyžaduje aby každá session byla nejméně 1GB velká. DVD-RW DVD-RW a skupina zabývající se prosazováním tohoto standardu nazvaná RWPPI (RW Products Promotion Initiative, web RWPPI) jsou také "dětmi" DVD Fora. Tento standard přepisovatelných (ReWritable) disků byl vyvinut s myšlenkou na video DVD-RW rekordéry. Hlavním motorem vývoje je i v této oblasti firma Pioneer (není bez zajímavosti, že členem RWPPI je i firma Sony která je také stálým členem konkurenční DVD+RW Alliance).

7 Formát disků DVD-RW se může lišit v závislosti od toho, kde a jak je míníme používat. Rozlišujeme dva rozdílné formáty: typ Video Recording (VR) a typ Video Format (VF). Disky formatováné jako VR nejsou kompatibilní s valnou většinou stolních DVD-Video přehrávačů, avšak umožňují pohodlnější práci při nasazení ve video DVD-RW rekordérech (umožňují tolik zde potřebné indexy, mazání a spojování dat). VF je formátem, jež se více blíží klasickému formátu DVD-R Jeho kompatibilita je tedy vyšší, nehodí se však pro nasazení ve spotřební elektronice (nejsou zde možné indexy, změny a mazání dat apod.). Dnešním maximem pro nepřepisovatelná organická media DVD-R je zápis rychlostí 4x (v době testu nebylo žádné takové medium k dispozici), "nejrychlejší" media DVD-RW lze zapisovat max. rychlostí 2x - ani dostupnost těchto medii není dobrá). Další nevýhodou je relativně vyšší cena medii typu "re-writable". výhody DVD-RW: disky formátované jako VR jsou vhodné pro stolní přístroje, kde poskytují vysokou pružnost a flexibilitu požadovanou od domácího DVD rekordéru, disky jsou vhodné pro práci s daty, možný je i tzv. paketový zápis nevýhody: horší kompatibilita se stolními přehrávači (30-40%), pomalejší zápis a přepis než je tomu u disků DVD+RW, pokud je disk naformátován jako VR, budou mu rozumět jen některé mechaniky DVD a stolní DVD-RW rekordéry, nikoliv již však přístroje DVD-Video. DVD+R a DVD+RW od členů DVD+RW Alliance Media a mechaniky DVD+R a DVD+RW jsou nejnovějším standardem v oblasti zapisovatelných / přepisovatelných DVD medii (což vůbec neznamená že jsou jakkoliv lepší od DVD-R /-RW). Nejvýznačnějšími členy DVD+RW aliance jsou společnosti: Dell Computer, Hewlett-Packard / Compaq, Verbatim, Philips, Ricoh, Sony, Thomson a Yamaha. Těmto společnostem se vůbec nelíbily standardy (a především licenční podmínky) "upečené" v DVD Foru a tak se rozhodly jít vlastní cestou. Výsledkem je, že formáty DVD+R a DVD+RW nejsou standardem v pravém toho slova smyslu - ten by totiž mohlo ustanovit pouze DVD Forum. DVD+RW aliance se rozhodla jít "cestou Microsoftu" a prosadit potřebný standard vlastní váhou. Důkazem toho je i logo - zcela odlišné od běžného tvaru loga DVD. Více informaci naleznete na: Disky DVD+R a zejména DVD+RW mají být vhodné pro oba "DVD světy" - tedy jak pro nasazení ve spotřební elektronice (již se objevily první stolní DVD+RW rekordéry, například od Philipsu), tak pro svět osobních počítačů (podpora UDF, Bridge UDF, ISO 9660). DVD+R Tato media používají organické barvivo a není důvod, aby jejich cena byla v budoucnu jakkoliv vyšší než je tomu u DVD-R. Kompatibilita je na obdobné úrovni jako je tomu u DVD-R.

8 výhody DVD+R: i když je tento disk označen "For Data" jedná se o disk pro univerzální použití disky DVD+R se vyznačují vysokou kompatibilitou (a to je stolními přehrávači DVD), běžná rychlost zápisu je 2.4x (u DVD-R je to 2x), cena je nižší než u DVD+RW a blíží se mediím DVD-R. nevýhody: dosud je tento standard méně rozšířen. DVD+RW Výhodou medii DVD+RW je obrovská pružnost zápisu - mechaniky používají Loseless Linking - každý z 32kB bloků dat může být kdykoliv přepsán / nahrazen jinými daty - a to i uprostřed existujícího záznamu! Přepisovatelná media tohoto standardu míří taktéž do světa PC stejně jako do přístrojů spotřební elektroniky. disky DVD+RW pracují na principu změny fáze (phase change) - jejich odrazivost je výhody DVD+RW: disky DVD+RW jsou pro PC svět téměř ideální, vysoká rychlost přepisu RW medii 2.4x, vhodné pro práci s daty, v případě paketového zápisu se disk chová jako pomalý HD nevýhody: kompatibilita je (jak to u přepisovatelných medii bývá díky jejich nižší odrazivosti) horší než v případě disků DVD+R i DVD-R (odhad se pohybuje kolem 40-50%). Shrnutí Jistě vás napadla otázka, ke které skupině je vhodné se potencionálně přiklonit. Obecně vzato, boj není zdaleka rozhodnut - každé medium a každá skupina má své silné i slabé stránky. U jednou zapisovatelných medii DVD-R a DVD+R jsou na tom obě skupiny, zejména co se týče tolik diskutované kompatibility, v současnosti podobně. Oba typy medii jsem zkoušel na svém domácím stolním DVD přehrávači a neměl jsem žádné problémy. Pokud se disk DVD-R nebo DVD+R připraví dostatečně precizně, jeví se mechanikám téměř jako lisované DVD. Velká bitva, jak se zdá, už záhy nastane v oblasti medii typu RW. DVD-RW zde čerpá z popularity formátu DVD-R a ze zkušeností v oblasti spotřební elektroniky. Nepředpokládám však, že by skupina kolem DVD-RW (iniciativa RWPPI) prosadila zásadněji svůj formát do světa PC - zde vidím spíše pružnější formát DVD+RW. log