2010-10-14
Nośnik DVD - budowa, informacje ogólne
Informacje ogólne
DVD Digital Video Disc Digital Versatile Disc – standard zapisu danych na optycznym nośniku danych, podobnym do CD-ROM (te same wymiary: 12 lub 8 cm), lecz o większej pojemności uzyskanej dzięki zwiększeniu gęstości zapisu. Płyty DVD dzielą się na przeznaczone tylko do odczytu DVD-ROM oraz umożliwiające zapis na płycie DVD-R, DVD-R DL DVD-RW, DVD+R, DVD+R DL, DVD+RW DVD-RAM. Nazwa DVD powstała jako skrót nieoficjalnej nazwy Digital Video Disc (Cyfrowy Dysk Video). W późniejszym okresie podawano rozwinięcie owego skrótu jako Digital Versatile Disc czyli cyfrowy dysk ogólnego przeznaczenia. Żadna z tych nazw nigdy nie miała oficjalnego statusu. Nazwą oficjalną jest tylko DVD. W zamyśle twórców format DVD powstał do cyfrowego zapisu materiałów wideo, jednak rosnące zapotrzebowanie przemysłu komputerowego na nośniki o większej pojemności sprawiło, że DVD stał się formatem uniwersalnym. Dzięki wiązce światła lasera o krótszej długości fali możliwe stało się umieszczenie na płytach tej samej wielkości co CD większej ilości gęściej upakowanych ścieżek. Na płytach DVD zastosowano także dwie warstwy nałożone jedna na drugą, w których można dokonywać zapisu.
Historia
W 1994 r. firmy zaczęły szukać nowej technologii pozwalającej na udoskonalenie płyty kompaktowej. W tym okresie czasu powstały dwa odrębnie różne projekty. Jednemu z nich przewodniczyła Toshiba, która zaproponowała zwiększenie gęstości zapisu i wykorzystanie obu stron istniejących dysków optycznych. W ten sposób powstały płyty SD (SuperDensity). Na czele drugiej grupy stanęły dwie potęgi rynku płyt kompaktowych czyli Philips i Sony. Ich rozwiązanie zostało nazwane MMCD (MultiMedia CD) i zakładało stworzenie dwóch lub więcej warstw na jednaj stronie płyty, zaś dane miały być odczytywane przez wiązkę laserową o zmiennej długości fali. Przedstawiony stan rzeczy nie trwał jednak zbyt długo. Pod koniec 1994 r. firmy zgodziły się na połączenie swoich myśli technicznych, aby uniknąć kreowania odrębnych formatów. Początkowo obszar zastosowań dla nowego nośnika widziano w przemyśle filmowym gdyż maksymalna pojemność 17 GB pozwalała na nagranie 481 minut w formacie MPEG-2 z trzema ścieżkami audio. Szybko okazało się, że duża pojemność oferowana przez płyty DVD idealnie nadaje się także do zastosowań rynku komputerowego. Dlatego też pierwszą nazwa Digital Video Disc kojarzoną z dyskami zawierającymi jedynie filmy zastąpiono nazwą Digital Versalite Disc.
Budowa
Materiałem, z którego wykonane są płyty DVD jest poliwęglan. Tworzona jest z niego płyta, która ma okrągły kształt, a jej średnica wynosi dwanaście centymetrów i grubość 1,2 milimetra. Na powierzchni poliwęglanowej płyty nałożona jest warstwa aluminium. To właśnie w tej warstwie zapisywane są informacje, które następnie mogą być odczytywane przez laser optyczny charakteryzujący się długością fali rzędu siedmiuset osiemdziesięciu nanometrów. Dane zapisywane są na płycie począwszy od jej środka a na jej brzegu skończywszy. W związku z tym, również odczytywanie danych z płyty odbywa się począwszy od jej wnętrza w kierunku zewnętrznym. Podczas odczytu, zmniejszaniu ulega prędkość obrotowa. Informacje zawarte na płycie mają postać tak zwanych pitów, będących wgłębieniami, pomiędzy którymi znajdują się przestrzenie bez wgłębień nazywane landami. Ze względu na materiał, z którego są wykonane płyty CD i płyty DVD, łatwo ulegają one wszelkiego rodzaju uszkodzeniom i zarysowaniom, co prowadzi do problemów z ich odczytem. Ponieważ warstwa ochronna w nośniku DVD jest znacznie cieńsza niż w przypadku CD, nośnik DVD możemy zregenerować mniejszą liczbę razy.
Warstwa dolna jest warstwą półprzezroczystą. Wiązka lasera w zależności od długości fali i kąta nachylenia może czytać informacje zapisane na warstwie położonej niżej lub też z warstwy wyższej. Kolejną zmianą w stosunku do CD jest możliwość zastosowania krążków DVD o obustronnym zapisie. W przeciwieństwie do CD, DVD musi zawierać system plików. System plików stosowany na DVD to UDF, będący rozszerzeniem standardu ISO 9660, który używany jest do zapisu danych na CD. W celu zwiększenia zysków, dystrybutorzy wprowadzili zabezpieczenia w postaci regionalizacji świata.
Zapis i odczyt
Dane na płytach DVD zapisywane są w identyczny sposób, jak na płytach CD: na jednej, spiralnej ścieżce. Same informacje mają postać niewielkich zagłębień na lustrzanej powierzchni płyty (nazywane pits). Jeżeli podczas odczytywania danych promień lasera natrafia na obszar pomiędzy zagłębieniami (obszar ten nazywa się land) - ulega on odbiciu. Jeżeli jednak trafia na obszar pit, to następuje takie jego odchylenie, iż nie trafia on do specjalnego fototranzystora, stanowiącego odbiornik sygnału. Dzięki temu, poszczególne obszary są identyfikowane jako bity o wartości 1 lub 0. Podstawowa różnica w stosunku do płyt CD to gęstość upakowania danych na płycie. Dość powiedzieć, że jest ona podwyższona na tyle w stosunku do klasycznej płyty CD, iż jedna strona jednowarstwowego dysku DVD może zapisać ponad siedem razy więcej informacji, niż tradycyjny kompakt. Takie zwiększenie gęstości zapisu wymusiło stosowanie do ich odczytu laserów o mniejszej długości fali. I tak - w standardowym napędzie CD-ROM stosowane są lasery podczerwone (o długości fali 780 nanometrów), podczas gdy w napędach DVD używane są już czerwone lasery o długości fali 640 nm.
Jeszcze ciekawiej rozwiązano odczyt danych z dwuwarstwowych płyt. Powierzchnia górnej warstwy nośnika jest półprzepuszczalna, umożliwiając tym samym odczyt dwóch warstw tej samej płyty za pomocą tego samego układu optycznego, odpowiednio ogniskowanego. Przy płytach dwuwarstwowych odczyt danych może być realizowany w dwojaki sposób - albo dane z dolnej warstwy są odczytywane naprzemiennie z danymi z warstwy górnej (aby to osiągnąć, potrzebna jest ciągła zmiana ogniskowej promienia laserowego), albo głowica czytnika odczytuje wpierw dane z jednej ścieżki (wędrując od środka na zewnątrz), a następnie następuje odczyt z drugiej ścieżki, umieszczonej na drugiej warstwie (i wtedy głowica porusza się od zewnętrznej krawędzi płyty do jej środka). Takie rozwiązanie umożliwia odczyt obrazu video, bez niepożądanych przerw, z obu warstw płyty.
Rodzaje
Nośniki w zależności od typu mogą pomieścić od 4,38 gigabajtów (jednowarstwowe, jednostronne płyty, powszechnie znane jako DVD5) do ponad 17GB danych (płyty dwuwarstwowe, dwustronne). Najbardziej obrazowo pojemność płyt DVD przedstawia poniższa tabelka:
| Standard | DVD5 | DVD9 | DVD10 | DVD18 |
| Standard | Średnica płyty | 12 cm | 12 cm | 12 cm |
| Liczba stron | 1 | 1 | 2 | 2 |
| Liczba warstw | 1 | 2 | 1 | 2 |
| Pojemność | 4,38 GB (4,7 GB) | 7,90 GB (8,5 GB) | 8,75 GB (9,4 GB) | 15,90 GB (17,08 GB) |
| Czas trwania filmu video MPEG-2 | 2 godziny | 4 godziny | 4 godziny | 7 godzin 15 minut |
Dodatkowo krążki -R +R różnią się nieznacznie pojemnością (dane dla 12cm):
| Typ Dysku | Liczba sektorów | bajtów | MiB | GB | GiB | Szybkość |
| DVD-R SL | 2 298 496 | 4 707 319 808 | 4 489,25 | 4,7 | 4,384 | 16x |
| DVD+R SL | 2 295 104 | 4 700 372 992 | 4 482,625 | 4,7 | 4,378 | 16x |
| DVD-R DL | 4 171 712 | 8 543 666 176 | 8 147,875 | 8,5 | 7,957 | 8x |
| DVD+R DL | 4 173 824 | 8 547 991 552 | 8 152 | 8,5 | 7,961 | 8x |
(Źródło: Wikipedia.pl; Sciaga.pl; inne opracowania zamieszczone w internecie)
Zobacz także: