Строение компакт-дисков и DVD

Обычная «болванка», предназначенная для записи и стоящая, по сегодняшним меркам, копейки, кажется на первый взгляд простой, но это не так. Компакт-диск имеет сложное строение и многослойную структуру, и его низкая стоимость обусловлена современными технологиями, которые наработаны годами и массовостью производства таких дисков.

Компакт-диски изготавливаются из поликарбоната толщиной приблизительно 1,2 мм, покрытого тончайшим слоем алюминия. Сначала для покрытия использовалось золото, поэтому и цены на диски были соответствующими. Современные производители держат материал покрытия, который используется в их дисках, в секрете. Устойчивость к внешним воздействиям и качество самого материала определяют многое – от успеха записи до срока хранения информации на диске, так как окисление может привести к ошибкам при чтении записанных на диск данных.

Сверху заготовка покрыта защитным слоем лака, на котором обычно печатается этикетка. Кстати, опытные пользователи никогда не кладут диск «вверх ногами», то есть на этикетку. Снизу компакт-диск защищен гораздо лучше, чем со стороны этикетки. Для надписи на компакт-диске подойдет не всякий маркер или фломастер, хотя в последнее время можно встретить диски со специальным покрытием для нанесения этикетки непосредственно на поверхность. Это InkJet Printable Surface – поверхность, впитывающая чернила, которые наносятся при печати специальными струйными принтерами, и Thermal Transfer Surface – поверхность для термической печати. Альтернативными технологиями нанесения рисунка на обратную поверхность компакт-диска являются Labelflash фирмы NEC и LightScribe компании HP. По этим технологиям рисунок наносится на специальное покрытие с помощью лазера привода, а диск при нанесении рисунка просто переворачивается. Технология DiskT@2 (Disc Tattoo), предложенная корпорацией Yamaha и совместимая с Labelflash, позволяет наносить изображение прямо на рабочую поверхность, правда, ценой потери части объема.

Информация на компакт-диске представлена в виде питов (pit – яма, углубление). На рис. 1.1 показано, как поверхность диска с записью выглядит на снимке, который можно просмотреть, например, в лаборатории атомно-силовой микроскопии Института физики полупроводников Национальной академии наук Украины (http://microscopy.org.ua/).

Рис. 1.1. Поверхность диска с записью под микроскопом

Участок, не занятый питами, называется лендом (land – «поверхность», «площадка»). Пит имеет примерно 125 нм в глубину и 500 нм в ширину, длина пита изменяется от 850 нм до 3,5 мкм. Расстояние между соседними дорожками спирали – около 1,5 мкм. Это значит, что, если бы компакт-диск был величиной со стадион, пит был бы песчинкой. Данные читаются с компакт-диска с помощью лазерного луча, длина волны которого – 780 нм. Луч беспрепятственно проходит через прозрачный поликарбонатный слой, отражается от алюминиевого слоя, после чего сигнал считывается фотодиодом. Если же свет попадает на возвышение, то он гасится и в фотодиод не попадает.

Питы и ленды часто связывают с логическим 0 или 1. Это неправильно. Перед записью на компакт-диск информация подвергается сложным преобразованиям, среди которых – помехоустойчивое кодирование, позволяющее даже при наличии некоторого количества ошибок правильно считывать данные. Непосредственно перед записью производится так называемое канальное кодирование с использованием специальной таблицы. В результате на диске это все выглядит как непрерывная последовательность бит, причем между двумя единицами никогда не может быть меньше двух или более 10 нулей. Именно эта последовательность и представлена в виде питов и лендов.

Компакт-диски, изготовляемые на заводах, штампуются с помощью стеклянной матрицы, на которую нанесен рисунок дорожек. С CD-R дело обстоит несколько иначе. Особый секрет любой фирмы – направляющая канавка, которая заполняется органическим красителем. Здесь как раз тот случай, когда все имеет значение: ширина, глубина и даже угол наклона боковых стенок. Благодаря канавкам луч лазера несколько ослабляется, и в фотоприемники попадает меньше света, чем от остальных участков диска. Эта особенность также используется, так как помогает работе следящей системы устройства записи. Органический краситель и есть тот активный слой, участвующий в процессе записи. В CD-R можно встретить один из следующих видов записывающего слоя.

• Cyanine – цианиновый краситель с сине-зеленым оттенком рабочей поверхности. Этот материал использовался еще в первых заготовках, описан в «Оранжевой книге» и лицензирован компанией Taiyo Yuden. Такой краситель химически нестоек и может выцвести за несколько лет, особенно материал чувствителен к ультрафиолетовому излучению. Диски с таким покрытием имеют относительно небольшой срок гарантированного хранения записанной информации. Сейчас на рынке доступны улучшенные варианты цианина с более стабильными добавками (например, выпускаемые TDK), однако диски с таким покрытием не рекомендуется использовать для записи информации, предназначенной для длительного хранения.

• Metallized Azo – металлизированный краситель с темно-синим цветом поверхности и с химически стойким красителем, основанным на цианине, позволяющем хранить информацию несколько десятков лет. Разработан в Mitsubishi Chemical и применяется в дисках серии Verbatim, хотя встречаются разработки сторонних производителей, утверждающих, что именно их Metal Azo настоящий.

• PhthaloCyanine – фталоцианин – почти бесцветен, иногда с бледным оттенком золотистого или салатового цвета (поэтому такие диски часто называют GOLD – золотые). Разработан в Mitsui Toatsu Chemicals, является еще одним вариантом доработанного цианинового покрытия. Такие диски менее чувствительны к солнечному свету и ультрафиолетовому излучению и обладают большей долговечностью (по официальным данным – сотни лет). В последнее время появились бесцветные разработки той же фирмы – Advanced PhthaloCyanine.

• Formazan – гибридная разработка компании Kodak, основанная на Cyanine и PhthaloCyanine. Такие диски имеют ярко-зеленый цвет и считаются одними из лучших.

Внимание!

К сожалению, приведенные сроки «жизни» дисков весьма далеки от реальных. Они рассчитываются на основе искусственных тестов, поэтому воспринимать их следует скептически. Некоторые производители используют красители, чтобы выпускаемые ими цианиновые «болванки» были похожи по цвету на фталоцианиновые. Ценовая политика привела к тому, что качество носителей приносится в жертву себестоимости и может зависеть также от марки, то есть завода, на котором изготовлен диск. Не следует забывать и о механических повреждениях. Принято считать, что при частом использовании и бережном отношении записанный диск будет нормально читаться от одного до двух лет, фирменный – до пяти, поэтому дублируйте важную информацию и осторожно обращайтесь с дисками.

Часто можно услышать мнение, что цианиновые диски лучше считываются, чем, например, Azo. Вероятно, такой вывод не был сделан на пустом месте – он основан либо на личных наблюдениях, либо на ненаучных исследованиях, потому как с технической точки зрения бесцветность фталоцианина как раз и обеспечивает совместимость дисков на его основе с более широким спектром считывающих устройств. С другой стороны, лазер (как и фотодиод) не различает цвета, он в некотором смысле «дальтоник». Задача одного – послать сигнал с определенной длиной волны, а другого – его принять или зафиксировать отсутствие, и не более того, то есть цвет диска роли в этой схеме не играет или несущественен. Именно поэтому сегодня на прилавках магазинов можно встретить компакт-диски всевозможных цветов: желтых, красных, зеленых и даже черных, радующих глаз и отлично работающих.

Процесс записи дисков

Процесс записи происходит следующим образом. При считывании мощность лазера невелика, но во время записи она возрастает (приблизительно с 0,7 мВт до порядка 8 мВт). Активный слой поглощает энергию лазера и преобразует ее в тепло (вероятно, отсюда и приосходит термин «прожечь диск»). Под действием тепла в этих местах краситель обугливается, в нем появляются микроскопические газовые пузырьки. Его объем увеличивается, что приводит к деформированию с одной стороны отражающего слоя, а с другой – и поликарбонатной основы. С точки зрения лазера такой участок диска является непрозрачным и соответствует питу. Процесс, конечно, гораздо сложнее, каждый тип активного покрытия имеет свои особенности, но данной информации вам будет достаточно для понимания принципа записи CD-R.

У перезаписываемых дисков (CD-RW) принцип записи несколько иной. Здесь используется так называемый «phase change» метод, то есть перевод информации в кристаллическую (частично пропускающую свет) либо в аморфную (рассеивающую) форму. Сплав обычно изготавливается из серебра, индия, сурьмы и теллура. При записи или стирании луч лазера нагревает участок дорожки и переводит его в одно из двух устойчивых состояний, характеризующихся различной степенью прозрачности. При считывании луч лазера проходит по чередующимся участкам с различной прозрачностью, и на приемнике получается картинка, подобная наличию питов. Теоретически заготовки CD-RW позволяют перезаписывать информацию порядка 1000 раз, хотя это во многом зависит от производителя и качества диска. Для пользователя работа с ними напоминает использование CD-R, только есть два момента. Перед первой записью необходимо сначала «разметить» перезаписываемый диск, произведя полное форматирование. После заполнения всего диска информацию с него можно удалить полным или частичным форматированием. В первом случае информация действительно удаляется полностью. Во втором – стирается только заголовок диска, в котором указано месторасположение записанных файлов, и привод распознает такой диск как пустой, хотя физически файлы остаются на диске, и при необходимости их можно восстановить. Процесс восстановления таких дисков будет рассмотрен подробнее в главе 7. Кстати, позднее в дополнение к CD-RW появился еще один формат записи – UDF (Universal Disk Format – универсальный дисковый формат, или Packet Writing – пакетная запись). С помощью специальной программы можно использовать CD/ DVD-R/RW как обычную дискету или жесткий диск, производя чтение, запись, удаление и изменение файлов «на лету». Единственное, что теряется в таком случае, это объем: вместо стандартных 700 Мбайт остается 530 Мбайт, остальное уходит на служебную информацию.

Записанный CD-RW не полностью удовлетворяет требованиям «Красной» и «Оранжевой» книг, так как такой диск имеет более слабый отраженный сигнал. Именно поэтому проблем с такими дисками больше, чем с CD-R: они могут не читаться в старых приводах или в приводе другой фирмы. Не распознают перезаписываемые диски и некоторые бытовые CD/DVD-проигрыватели.

Принцип записи DVD-R DVD-RW (DVD-ReWritable – перезаписываемый DVD), Blu-ray, HD DVD аналогичен описанному выше. В данном случае используется меньшая длина волны лазера, что увеличивает плотность записи и, соответственно, объем информации, который можно на них поместить. Так, для DVD длина волны лазера составляет 650 нм (красный диапазон), а в HD DVD и Blu-ray используется лазер сине-фиолетового диапазона – 405 нм (поэтому последний и получил такое название).

Примечание

По правилам английского языка правильно было бы писать Blue-ray, но буква «е» была сознательно исключена из слова blue, так как выражение blue ray является часто используемым и не может быть зарегистрировано в качестве торговой марки.

С повышением плотности записи и уменьшением длины волны считывающего лазера изменились и требования к толщине защитного пластмассового слоя – для DVD он составляет всего 0,6 мм, в отличие от 1,2 мм для CD. Однако в целях совместимости были сохранены привычные размеры, и, чтобы толщина DVD соответствовала стандартной, они упаковываются в поликарбонат теперь уже с двух сторон, что было также использовано по прямому назначению – появилась техническая возможность записи заготовки с обеих сторон.

Типы заготовок

Сегодняшний рынок предлагает широкий ассортимент заготовок различной емкости, формата, размера и цвета. Неподготовленный покупатель теряется от такого многообразия, поэтому вначале следует определиться, что именно нужно найти. Диски HD DVD и Blu-ray пока еще не так распространены, поэтому не будем на них останавливаться, ознакомимся с особенностями остальных.

Итак, диски различаются в первую очередь по стандарту. С CD-R и CD-RW обычно проблем не возникает, хотя здесь тоже есть свои особенности. Так, стандартным объемом таких дисков являются 650 Мбайт, или 74 минуты аудио, но сегодня такие диски найти трудно. Более популярны диски емкостью 702 Мбайт данных, или 79 минут 59 секунд аудио (эту цифру обычно округляют до 80 минут). Такие диски поддерживаются всеми современными приводами. Встречаются и более емкие «нарушения» стандарта – на рынке можно найти диски объемом 790 Мбайт/ 90 минут (обычно пишут 800 Мбайт) и даже 870 Мбайт/99 минут. Однако такие диски признают уже совсем не все приводы записи, а только поддерживающие технологию overburn (перепрожиг), да и то в конкретном случае привод может отказаться записывать больше стандарта, а с диском другой фирмы работать корректно. Проблемы могут возникнуть также при считывании, поэтому лучше сначала возьмите один такой диск для пробы.

Кроме дисков стандартного размера (120 мм), существует несколько других вариантов. Например, мини-диск объемом 185 или 210 Мбайт. Они меньшего диаметра, поэтому помещаются в карман рубашки и удобны в переноске. В приводах компьютера для них есть специальное углубление, но в бытовых приводах, а также в автомагнитолах такие диски распознаются не всегда.

Еще меньший размер у CD-визиток: как правило, их объем не превышает 35–50 Мбайт, но назначение их не в этом. Самые популярные Rectangle-CD представляют собой диск прямоугольной формы, у которого две функции: визитка с некоторой информацией о продукте или владельце и презентационный диск.

Они могут изготавливаться на заводе штамповкой, есть варианты, предназначеные для записи в приводе компакт-дисков. Найти такие диски в обычных магазинах сложно, их необходимо специально заказывать. Такой же диск, но с закругленными краями, называется Round-CD. Его разновидностью является так называемый Shape-CD, представляющий собой компакт-диск произвольной формы. Такой диск должен быть хорошо сбалансирован, иначе он может просто разлететься в приводе, поэтому изготавливается только на заводе методом штамповки. Еще одна разновидность CD-визиток – Ticket-CD, который является пропуском на некоторое мероприятие (ticket – «билет»). Такой диск снабжен отрывным корешком. Отрывная часть остается у покупателя, и информацию, помещенную на ней, можно затем просмотреть или прослушать (например, после концерта). При презентации парфюмерии или для ассоциации диска с определенным запахом используют Aroma-CD, который представляет собой обычный компакт-диск, на поверхность которого наносится специальный ароматический слой. При необходимости возможно также нанесение водяных знаков или голограмм на нерабочую поверхность дисков (VisionPr-CD и Hologramm-CD) или люминесцентного покрытия, светящегося в темноте (Light-CD). Есть еще Color-CD – диски разных цветов. Как видите, диски могут быть действительно на любой вкус, цвет и запах.

DVD также могут быть различного размера, цвета и запаха, хотя последнее менее популярно. В продаже обычно можно встретить только MiniDVD. Они имеют меньший диаметр (80 мм) и, соответственно, меньший объем (1,4 Гбайт). Такие диски кроме компьютера используются в цифровых видеокамерах, где на них можно записать 30 минут видео с DVD-качеством или 60 минут – с VHS. Встречаются такие диски и в двухстороннем и двуслойном вариантах.

Примечание

Как было сказано выше, стандартный DVD вдвое тоньше обычного компакт-диска. Эту особенность используют при создании двустороннего диска (Dual Sided), когда обе стороны диска являются рабочей поверхностью, что увеличивает его объем вдвое. В обычном приводе такой диск при считывании и записи просто переворачивают. Существует также вариант диска, на котором над обычным слоем размещен второй полупрозрачный. Такие диски называются двухслойными (на самой заготовке обозначено DL – Dual Layer), объем увеличивается также в два раза (на практике чуть меньше), но такие диски требуют специальных приводов.

Стандартный объем DVD (формат DVD-5 – Single-sided, single-layer – односторонний однослойный диск) – 4,7 Гбайт (бывают диски 3,95 Гбайт, но найти их сложно, да и стоит ли), таким образом:

• DVD-9 (Single-sided, double-layer – односторонние двухслойные) вмещают 8,5 Гбайт;

• DVD-10 (Double-sided, double-layer – двухслойные с одним информационным слоем на каждой стороне) вмещают 9,4 Гбайт;

• DVD-18 (Double-sided, double-layer – двухслойные с двумя информационными слоями на каждой стороне) вмещают 17 Гбайт информации.

Для MiniDVD стандартный объем составляет 1,4 Гбайт:

• двухслойные односторонние диски вмещают 2,66 Гбайт информации;

• однослойные двусторонние вмещают 2,8 Гбайт информации;

• двухслойные двусторонние вмещают 5,2 Гбайт информации.

Вместимость можно определить визуально – нужно посмотреть, сколько рабочих (отражающих) сторон у диска, и обратить внимание на их цвет: двухслойные стороны обычно имеют золотистый цвет, а однослойные – темно-синий или серебряный.

Рассмотрим стандарты DVD. В настоящее время существует несколько несовместимых между собой стандартов записи: DVD-R/RW, DVD+R/RW (или «+» и «-») и DVD-RAM. Несовместимость касается в основном процедуры записи – практически все современные устройства поддерживают считывание дисков, записанных в этих стандартах.

Примечание

Также существует DVD-ROM (DVD-Read Only Memory– DVD только для чтения), DVD-video (DVD для записи только видео) и DVD-audio (DVD только для записи аудио), но большого распространения они не получили.

Стандарт записи DVD-R/RW был разработан организацией DVD Forum (http://www.dvdforum.com/), в которую вошли более 200 различных компаний из Азии, Европы и Америки. Данной организацией разработаны спецификации на DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R и DVD-RW. Большая цена лицензии на эту технологию привела к тому, что часть производителей записывающих приводов и носителей для записи объединились в организацию «DVD plus RW Alliance» (http://www.dvdrw.com/) и разработали альтернативный вариант DVD+R(W), стоимость лицензии на который была ниже. Сначала цена на чистые носители у версии «плюс» была выше, чем у «минусов», но сейчас она сравнялась. Однако то, что спецификация «плюс» появилась несколько позже версии конкурентов, позволило разработчикам учесть ошибки и создать технически более совершенные носители. Так, диски DVD-R(W) изготавливать сложнее, так как при их производстве требуется большее количество циклов. С точки зрения устойчивости к внешним воздействиям DVD+R(W) более надежны, а при записи сам диск передает приводу большее количество информации, что позволяет провести запись более качественно и на оптимальной скорости. Однако «минус» популярнее при использовании в цифровых видеокамерах.