Диски
Процесс производства компакт диска можно разделить на два основных этапа: Первый этап - изготовление матрицы для тиражирования. Задача первого этапа - преобразование информации, предназначенной для воспроизведения, в матрицу, годную для тиражирования дисков.
Матрица для тиражирования является точной "зеркальной" копией будущего компакт-диска. Второй этап - тиражирование. В основе процесса тиражирования дисков лежит высокотемпературное инжекционное литье пластмассы - оптического поликарбоната, с последующим нанесением на отпечаток отражающего слоя алюминия и лакировкой поверхности, в результате чего получается необходимое количество копий конечного продукта под названием компакт-диск. Предварительно изготовленная матрица устанавливается в пресс-форму термопластавтомата. Расплавленный поликарбонат подается под высоким давлением в пресс-форму и, попадая на матрицу, заполняет пустоты, приобретая поверхностный рельеф, зеркальный рельефу поверхности матрицы, после чего, в течение нескольких секунд он остывает. В результате на конвейер подается прозрачный диск, содержащий информацию в виде питов, полученных в процессе литья. Для того чтобы в дальнейшем лазер воспроизводящего устройства смог считать информацию (порядок расположения и длину питов) с диска, на него методом электровакуумного напыления наносится тонкий слой особо чистого алюминия (иногда применяется специальный цветной сплав, в этом случае диск приобретает так называемый "золотой" цвет). Для защиты алюминия от окисления и механических воздействий, диск сверху покрывается тонким слоем лака, на который в дальнейшем наносится картинка. Собственно, диск готов. Изготовление компакт-дисков методом заводского прессаСуществует другая технология, заводская - метод заводского пресса. Таким методом изготавливаются, например, все диски, которые можно встретить на прилавках магазинов. Суть технологии следующая. Берется одно-миллиметровое оргстекло, и изготавливаются квадратные заготовки. Заготовки покрываются слоем из серебра, или какого-нибудь сплава. Изготавливается специальная матрица, которая будет выдавливать на заготовках данные. Далее процесс. Матрица выдавливает данные на заготовке, заготовка покрывается слоем лака, как правило, офсетным методом наносится изображение и снова лаком. После чего из заготовки вырубается круг внешний и внутренний. Получается диск. Этот метод требует долгих приготовлений, создание матрицы, вывод пленок. Он подходит для тиражей свыше 1000 шт. Для сравнения можно привести цифровую и офсетную печать. Первая рассчитана на небольшие тиражи, оперативная, но дороже второй, которая рассчитана на большие тиражи, но требует приготовлений. Форматы DVD-RAM- первый формат для перезаписываемых дисков, который получил одобрение ассоциации DVD Forum - консорциума компаний, установившего первоначальную спецификацию DVD. Летом 1997 г. эта группа утвердила версию 1.0 спецификации для DVD-RAM, предусматривающую запись с изменением фазового состояния, при которой одна сторона одно- или двусторонних дисков может хранить 2,6 Гбайт данных. Односторонние диски можно вынимать из картриджей, тогда как двусторонние должны находится в них постоянно. Новость : После нескольких лет обещаний накопители DVD-RAM наконец-то появились в продаже. Емкость одной стороны диска пока составляет 2,3 Гбайт.
DVD+RW- формат DVD+ReWritable разработан совместно фирмами Hewlett-Packard, Philips и Sony. Однослойные диски DVD+RW, записанные методом изменения фазового состояния, обладают большей емкостью, чем диски DVD-RAM, - по 3,0 Гбайт на одной стороне- и записываются с большей плотностью. Формат DVD+RW не требует помещения дисков в картридж. DVD/RW-формат предложен фирмой Pioneer. Эта спецификация предусматривает использование носителей с произвольным доступом, имеющих емкость до 3,95 Гбайт. Одной из основных характеристик технологии DWD-R/W является более высокая отражательная способность ее дисков по сравнению с носителями типа DVD-RAM или DVD+RW. Вследствие этого диски DVD-R/W могут без проблем читаться существующими накопителями DVD-ROM и проигрывателями DVD. Поэтому накопители DVD-R/W предназначены не для конечных пользователей, а для разработчиков, создающих диски, которые будут читаться стандартными накопителями. MMVF-формат MultiMedia Video File компании NEC. На таких дисках емкость стороны составляет 5,2 Гбайт. Одной из важных целей разработки было создание диска, на одну сторону которого можно было бы целиком записать двухчасовой фильм. Данные в формате DVD записываются на диск имеющий размеры и близкий по конструкции обычному аудио компакт диску. В то же время диск DVD может содержать гораздо больший объем цифровой информации - минимум 4,7 Гбайт у DVD, против 0,65 Гбайт на аудио компакт диске. Серийно выпускаемые сегодня диски DVD имеют объем эквивалентный объему 7-14 обычных CD дисков. В отличие от обычных компакт дисков, DVD диски могут быть двухсторонними и иметь по два слоя информации на каждой стороне. Двухсторонний двухслойный диск имеет максимальную информационную емкость 17 Гбайт. В зависимости от вида и назначения различают следующие типы дисков: · DVD-Video - для записи видеопрограмм в цифровом виде, подвергнутых процедуре сжатия цифрового потока; · DVD-Audio - для записи высококачественного цифрового звука с параметрами дискретизации 16, 20, 24 бит /48, 96, 192 кГц, без сжатия данных; · DVD-ROM - для записи компьютерных программ и другой цифровой информации; · DVD-R - диски с возможностью однократной записи цифровой информации; · DVD-RAM (DVD-RW) - диски с возможностью многократной перезаписи данных. По конструкции различают четыре типа DVD дисков (в скобках приведена максимальная емкость записи): · DVD-5 (Single-sided, single-layer disc) - однослойные односторонние диски. Запись данных только на одной стороне диска в одном слое (4,7 Гбайт); · DVD-9 (Single-sided, double-layer disc) - односторонние диски запись на которых осуществляется в двух слоях (8,5 Гбайт). Внутренний слой данных образуется прессованием и напылением отражающего слоя, как в обычном аудио компакт диске, внешний полупрозрачный слой наносится поверх внутреннего. Считывание данных с внутреннего или внешнего слоя производится с помощью перефокусировки оптической системы; · DVD-10 (Double-sided, single-layer disc) - двухсторонний диск с одним информационным слоем (9,4 Гбайт); · DVD-18 (Double-sided, double-layer disc) - двухсторонний диск с двумя информационными слоями (17 Гбайт). Все разновидности дисков имеют габариты обычного CD диска (диаметр 12 см, толщина 1,2 мм). В настоящее время серийно выпускаются видеодиски DVD-5 и DVD-10. Применение более эффективных схем модуляции цифровых данных и коррекции ошибок позволило почти на порядок повысить надежность считывания данных с DVD-диска, по сравнению с "обычными" CD. В считывающем устройстве используется "красный" лазер с длиной волны излучения 0,635-0,650 мкм* (в обычных CD-проигрывателях - 0,780 мкм). Уменьшение длины волны лазерного луча, а также увеличение апертуры оптической системы, позволило считывать более мелкие и более плотно расположенные, чем у обычных CD-дисков, питы информации. Недавно был утвержден стандарт следующего поколения DVD дисков - Blu-Ray Disc, в котором запись и чтение данных производится "сине-фиолетовым" лазером, с длиной волны 0,405 мкм, что позволяет на одной стороне диска размещать до 27 Гбайт, а в двухслойном варианте – около 50 Гбайт информации. На таком диске целиком помещается двухчасовый фильм в формате высокой четкости (HDTV), близкий по качеству традиционному "плёночному" кино.
Основные направления применения DVD-носителя: Видео / аудио программы (DVD-Video). Это то, с чего этот формат стартовал. Кино и всякие видео музыкальные программы. Всё - с повышенным качеством изображения (алгоритм сжатия MPEG2), многоканальным звуком Dolby Digital (AC-3) и дополнительными сервисными интерактивными функциями. Аудио программы (DVD-Audio). Увеличена частота дискретизации цифрового сигнала до 96 кГц, что обещает звуку в этом формате быть значительно качественным. Количество, например, песен на таком диске определяется по совсем другим коммерческим законам. Компьютерные программы (DVD-Rom - софт, игры и т.д.). Тут должно быть всё понятно. Программного обеспечения всякого на диске может содержаться как на двадцати обычных CD-ROM дисках. С соответствующей разницей в скоростях считывания или доступа к данным. Игровые программы (для разных типов игровых приставок). Тут всё будет, наверное, "созвучно" с играми на DVD-Rom дисках для компьютера.
"Чистый" диск для записи на него своей информации пользователем (DVD-R). Принцип развития этого типа носителя должен идти параллельно с технологией CD-R (однократной записи) и CD-Rew (многократной записи). Форматы записи: CD-DA, CD-ROM, CD-ROM XA, Photo CD, CD-Extra, CD, DVD- Video, DVD-ROM, DVD+R/+RW, DVD-R/-RW, Multi-Session Структура DVD-дисков и принцип записи Основой записи и хранения данных на дисках DVD–RAM и DVD-RW является технология изменения фазового состояния вещества. При записи и считывании информации используется различие отражательной способности поверхности в зависимости от того, находится ли она в кристаллическом или аморфном состоянии. При считывании информации с диска измеряется различие между темными аморфными и яркими прозрачными зонами. Эту технологию вполне можно назвать оптической - для чтения и записи достаточен всего лишь лазер. Послойная структура одной половины диска показана на рисунке. 
Форматы DVD Сегодняшний стандарт DVD позволяет реализовать несколько различных конструкций диска. Это односторонние или двусторонние диски, с одним или двумя несущими информацию слоями на каждой стороне. Один слой толщиной 0,6 мм может уместить до 4,7 Гб информации, а весь диск – до 17 Гб. Возможны четыре разновидности DVD дисков: DVD-5, DVD-9, DVD-10 и DVD-18. DVD-5 DVD-5 - это первая рыночная версия DVD диска: односторонний диск с однослойной записью и емкостью 4,7 Гб. DVD состоит из 0,6 мм пленки, покрытой алюминием и наклеенной на чистую подложку. Технология напыления та же, что используется при изготовлении обычного CD. Алюминиевая пленка имеет толщину 55 нанометров, как и для аудио -CD и CD-ROM. Структура DVD-5 показана на рисунке. 
DVD-9 DVD-9 - это двухуровневый односторонний диск с емкостью 8,5 Гбайт. Для производства такого диска необходимо создать полупрозрачный слой, который отражает 18-30% лазерного излучения. Этого достаточно, чтобы можно было считывать информацию с верхнего слоя. И в то же время полупрозрачный слой будет пропускать достаточно излучения, чтобы сигнал от нижнего уровня с высокой отражательно способностью тоже читался. Информационные уровни разделяет высокооднородный клей (толщина клеевой прослойки составляет 40-70 микрон), используемый для соединения двух половин диска. Это расстояние необходимо, чтобы различить сигнал, отраженный от одного и другого уровней. Структура DVD-9 показана на рисунке. Использование полупрозрачного слоя диктует более жесткие требования к материалу и используемой технологии: · Высокий коэффициент пропускаемости · UV прозрачность · Однородность уровня не ниже 1,5% · Высокая прочность · Низкие издержки производства С одной стороны, оптимальным материалом для полупрозрачного слоя является золото. С другой стороны, применение вместо золота другого материала поможет сократить издержки производства на 70%. Сегодня в качестве альтернативы золоту используются кремниевый и серебряный сплавы. 
DVD-10 DVD-10 – однослойный двухсторонний диск с емкостью 9,4 Гб.
В принципе это двойной DVD-5 без чистой подложки. Два диска, покрытых металлическими пленками, соединены вместе. Чтобы считывать информацию с двух сторон диска, используется один лазер. Следующий рисунок показывает структуру DVD-10. 
DVD-18 Структура DVD-18 в принципе та же самая, как у DVD-9, но DVD-18 может читаться с обеих сторон. Результат – двойная емкость по сравнению с DVD-9.
Принципиальная структура диска на рисунке. 
Blu-ray 
| Привод Blu-ray |
| Диск Blu-ray |
Этот формат коренным образом отличается от DVD. В нём используются совершенно новые алгоритмы считывания и обработки информации, что позволяет добиться большей гибкости физической структуры накопителей. Например, длина пита может быть 0,138, 0,149 или 0,160 мкм. Записывающий слой на диске располагается всего лишь на расстоянии 0,1 мм от поверхности. В результате уменьшаются искажения лазерного луча и время отклика. Всё это позволяет значительно снизить размеры питов и расстояния между дорожками по сравнению с обычным DVD. Итог: на BD-диск помещается 23,3, 25 или 27 Гбайт данных. Утверждена спецификация двухслойных BD-дисков ёмкостью 46,6 и 50 Гбайт. Компания Toshiba выпустила четырёхслойный диск ёмкостью 100 Гбайт. Одно из слабых мест Blu-ray – очень маленькое расстояние между записывающим слоем и поверхностью – 0,1 мм по сравнению с 0,6 в DVD и HD-DVD. Первоначально единственным способом защиты от повреждений в BD-дисках был картридж. Но затем рядом компаний (например, TDK) были разработаны специальные защитные покрытия, противостоящие царапинам и накоплению грязи, что позволило избавиться от картриджей. Наилучшей демонстрацией разницы между тремя поколениями оптических носителей является данная фотография. 
| Размеры питов на CD, DVD и BD |
Оптическая запись За последние годы оптическая запись, использующая изменение фазового состояния вещества, значительно продвинулась. Теперь это полноценная технология для создания перезаписываемых носителей информации. Помимо общих преимуществ, обусловленных бесконтактным считыванием информации, технология оптической записи совместима с широко распространенным стандартом CD. Принцип работы Луч лазера вызывает кристаллографические изменения в активном слое оптического диска (а именно, в результате облучения вещество меняет свое состояние с кристаллического на аморфное и наоборот). 
Запись информации
|
Запись аморфных областей показана на этом графике. Короткий лазерный импульс высокой мощности расплавляет записывающий материал (температура нагрева превышает температуру плавления материала, T > T плавл). Затем следует охлаждение ниже температуры кристаллизации (T крист). Результат охлаждения - предотвращение образования центров кристаллизации. таким образом, роста кристаллической фазы не происходит, и вещество остается в аморфном состоянии. 
Стирание данных
|
Следующий график объясняет механизм стирания данных. Для стирания надо вернуть вещество в кристаллическое состояние. Опять же с помощью лазера аморфное вещество нагревают до температуры Т, которая меньше температуры плавления, но больше температуры кристаллизации (T крист < Т < Т плавл). Нагрев (а точнее, отжиг) продолжается в течение времени (t отж), достаточного для восстановления кристаллического состояния вещества. Это время должно быть больше, чем так называемое время кристаллизации (t крист, t крист < t отж). Если необходима очень быстрая запись, например для DVD-RW, то жизненно необходима быстрая кристаллизация. Поэтому время t крист должно быть ниже 100 наносек, а это строго ограничивает выбор используемого материала. Оптимально использование различных сплавов Ge, Sb и Te - они не только удовлетворяют требованию к времени кристаллизации, но и обладают большим оптическим контрастом между аморфной и кристаллической фазой. Кроме того, они имеют приемлемые температуры кристаллизации и плавления (Tкрист = 150-200°C, Tплавл = 600°C). Механизм записи Существенной частью каждого метода, основанного на изменении длительности импульса, является использование многоимпульсной стратегии записи.
Каждая записываемая метка формируется посредством мощных лазерных импульсов (P записи = 12 мВт, длительность импульса 15 нс). Между импульсами интенсивность лазерного излучения уменьшается. Таким образом, после каждого импульса расплавляемый материал охлаждается до температуры ниже температуры кристаллизации, формируя область с аморфной фазой. Стирание (то есть кристаллизация) достигается посредством длительного импульса лазера (P стирания < P записи). Чтение информации осуществляется уже при гораздо меньшей мощности лазера (P чтения = 0,5-0,6 мВт). 
Методика прямой перезаписи информации
|
Метка записывается посредством серии мощных импульсов. Стирание достигается длительным лазерным воздействием с мощностью P стир < P записи. О преимуществах DVD-дисков по сравнению с морально “устаревшими” CD написано так много статей, что новые публикации на эту тему уже перестали привлекать внимание. И это не удивительно, ведь технология записи, хранения и распространения информации на DVD, родилась еще в прошлом веке! А сейчас некоторые из нас уже могут похвастаться DVD-Video плеером и даже домашней библиотекой DVD-фильмов. Правда, еще совсем недавно стоимость таких дисков была столь велика, выбор русскоязычных фильмов столь узок, а возможности записи на DVD собственных видеоматериалов столь ограничены, что большинство все-таки воспринимало DVD как “буржуинский” каприз — бесспорно перспективно, но не актуально, впечатляет, но тратить деньги на эту дорогую “игрушку” пока не стоит. Ситуация кардинально изменилась этим летом, когда в России появились DVD рекодеры по цене менее $900 (первые модели Pioneer DVR-S101 стоили $18 000, а последовавшие за ними Pioneer DVR-S201 — $5000) и чистые DVD-диски к ним емкостью 4,7 Гбайт по цене около $10. И это только первые ласточки: уже этой зимой ассортимент подобных устройств будет существенно расширен, а их стоимость — снижена. Достаточно качественный кодер MPEG-2 для оцифровки и эффективной компрессии видео сейчас можно приобрести за $500, подешевели и программы для создания (авторинга) образов DVD-Video дисков. И хотя мы говорим об упрощенных продуктах, даже их ограниченного набора функций вполне достаточно, чтобы удовлетворить требования не только домашних, но и большинства корпоративных пользователей. Наконец-то, и в России создание DVD-Video дисков перестало быть уделом только профессионалов, работающих в элитных студиях, а стало доступно для всех.
| 
