4. Технология твёрдого покрытия -5

Содержание

1.Введение -3

2.Вариации и размеры -3-4

3.Лазер и оптика -4-5

4. Технология твёрдого покрытия -5

5. Совместимость -6

6. Технологии Blu-Ray -6-8

7. Носители Blu-ray -8

8. Защита от копирования -8-9

9. Типы Blu-ray дисков -9-13

10. Приводы Blu-ray -13-14

11. Скорость считывания/записи информации на Blu-ray -14

12. Заключение -14-16

Введение

Blu-ray Disc, BD (англ. blue ray — синий луч и discВ — диск; написание blu вместо blue — намеренное) — формат оптического носителя, используемый для записи с повышенной плотностью и хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости. Стандарт Blu-ray был совместно разработан консорциумом BDA. Первый прототип нового носителя был представлен в октябре 2000 года. Современный вариант представлен на международной выставке потребительской электроники Consumer Electronics Show (CES), которая прошла в январе 2006 года. Коммерческий запуск формата Blu-ray прошёл весной 2006 года.

Blu-ray (букв.«синий луч») получил своё название от использования для записи и чтения коротковолнового (405 нм) «синего» (технически сине-фиолетового) лазера. Буква «e» была намеренно исключена из слова «blue», чтобы получить возможность зарегистрировать товарный знак, так как выражение «blue ray» является часто используемым и не может быть зарегистрировано как товарный знак.

С момента появления формата в 2006 году и до начала 2008 года у Blu-ray существовал серьёзный конкурент — альтернативный формат HD DVD. В течение двух лет многие крупнейшие киностудии, которые изначально поддерживали HD DVD, постепенно перешли на Blu-ray. Warner Brothers, последняя компания, выпускавшая свою продукцию в обоих форматах, отказалась от использования HD DVD в январе 2008 года. 19 февраля того же года Toshiba, создатель формата, прекратила разработки в области HD DVD. Это событие положило конец так называемой второй «войне форматов».

Вариации и размеры

Однослойный диск Blu-ray (BD) может хранить 23,3 ГиБ (25 ГБ), двухслойный диск может вместить 46,6 ГиБ (50 ГБ), трёхслойный диск может вместить 100 ГБ, четырёхслойный диск может вместить 128 ГБ. Ещё в конце 2008 года японская компания Pioneer демонстрировала 16- и 20-слойные диски на 400 и 500 ГБ, способные работать с тем же самым 405-нм лазером, что и обычные BD-плееры. Компания Pioneer Electronics уже представила привод BDR-206MBK поддерживающий трёхслойный диск 100 ГБ и четырёхслойный диск 128 ГБ. Диски имеют следующую индексацию BD-R XL.

5 октября 2009 года японская корпорация TDK сообщила о создании записываемого Blu-ray диска ёмкостью 320 гигабайт. Новый десятислойный носитель полностью совместим с существующими приводами, сообщает сайт TechOn.

На данный момент доступны диски BD-R (одноразовая запись), BD-RE (многоразовая запись), BD-RE DL (многоразовая запись) вместимостью до 46,6 ГиБ (50 ГБ), в разработке находится формат BD-ROM. BD-R диски также могут быть LTH типа. В дополнение к стандартным дискам размером 120 мм, выпущены варианты дисков размером 80 мм для использования в цифровых фото- и видеокамерах вместимостью 14,5 ГиБ (15,6 ГБ).

Лазер и оптика

В технологии Blu-ray для чтения и записи используется сине-фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм. Обычные DVD и CD используют красный и инфракрасный лазеры с длиной волны 650 нм и 780 нм соответственно (635 нм для DVD-R for Authoring).

Такое уменьшение позволило сузить дорожку вдвое по сравнению с обычным DVD-диском (до 0,32 мкм) и увеличить плотность записи данных.

Более короткая длина волны сине-фиолетового лазера позволяет хранить больше информации на 12-сантиметровых дисках того же размера, что и у CD/DVD. Эффективный «размер пятна», на котором лазер может сфокусироваться, ограничен дифракцией и зависит от длины волны света и числовой апертуры линзы, используемой для его фокусировки. Уменьшение длины волны, использование числовой апертуры (0,85, в сравнении с 0,6 для DVD), высококачественной двухлинзовой системы, а также уменьшение толщины защитного слоя в шесть раз (0,1 мм вместо 0,6 мм) предоставило возможность проведения более качественного и корректного течения операций чтения/записи. Это позволило записывать информацию в меньшие точки на диске, а значит, хранить больше информации в физической области диска, а также увеличить скорость считывания до 432 Мбит/с.

Технология твёрдого покрытия

Из-за того, что на дисках Blu-Ray данные расположены слишком близко к поверхности, первые версии дисков были крайне чувствительны к царапинам и прочим внешним механическим воздействиям, из-за чего они были заключены в пластиковые картриджи. Этот недостаток вызывал большие сомнения относительно того, сможет ли формат Blu-ray противостоять HD DVD — стандарту, который в то время рассматривался как основной конкурент Blu-ray. HD DVD, помимо своей более низкой стоимости, мог нормально работать без картриджей, так же как и форматы CD и DVD, что делало его более удобным для покупателей, а также более интересным для производителей и дистрибьюторов, которым было невыгодно нести дополнительные траты на изготовление картриджей.

Решение этой проблемы появилось в январе 2004 года с появлением нового полимерного покрытия, которое дало дискам более качественную защиту от царапин и пыли. Это покрытие, разработанное корпорацией TDK, получило название «Durabis». Оно позволяет очищать BD при помощи бумажных салфеток, которые могут нанести повреждения CD и DVD. Формат HD DVD имеет те же недостатки, так как эти диски производятся на основе старых оптических носителей.

Совместимость

Хотя Ассоциация Blu-ray дисков и не обязывает производителей проигрывателей, она настоятельно рекомендует им давать возможность Blu-ray-устройствам проигрывать диски формата DVD для обеспечения обратной совместимости. Более того, компания JVC разработала трёхслойную технологию, которая позволяет наносить на один диск как физическую область для DVD, так и для BD, получая, таким образом, комбинированный BD/DVD диск. Прототипы дисков были показаны на международной выставке потребительской электроники CES, прошедшей в январе 2006 года. На данный момент у покупателей появилась возможность купить диск, который можно будет проигрывать как в DVD-проигрывателях, так и в BD-проигрывателях, получая картинку разного качества.

В формате Blu-ray применён экспериментальный элемент защиты под названием BD+, который позволяет динамически изменять схему шифрования. Стоит схеме шифрования быть взломанной, как производители могут обновить её, и все последующие копии будут защищены уже новой схемой. Таким образом, единичный взлом шифра не позволит скомпрометировать всю спецификацию на весь период её жизни. Также будет использована технология Mandatory Managed Copy, которая позволяет пользователям делать легальные копии видеоинформации в защищённом формате, эту технологию разработала компания Hewlett-Packard и потребовала её включения в формат. Именно отсутствие возможности динамически менять схему шифрования позволило создать программу DeCSS.

Защита Blu-ray была взломана 20 января 2007 года[5]. В ответ на это Ассоциация BDA ускорила время выпуска BD-Plus (Blu-Disc +), который был взломан в сентябре 2008 года.

Технологии Blu-Ray

В наше время спрос на емкие носители информации очень велик. Не так давно мы пережили огромный скачок от 3,5 дискеты (1.44 Мб) до CD-диска емкостью 700 Mb. Первоначально, большая по тем временам емкость CD удовлетворяла запросы потребителей, однако, вскоре настал момент, когда емкости стало заметно не хватать. В связи с появлением ресурсоемкого программного обеспечения, игр, высококачественного видео, нарастала потребность в создании более емкого носитель информации. Им стал DVD- диск.

DVD-RОМ удерживал свои позиции емкостного гиганта до 19 февраля 2002, когда в Токио представители девяти лидирующих высокотехнологических компаний Sony, Matsushita (Panasonic), Philips, Thomson, Hitachi, Sharp и Pioneer на совместной пресс-конференции объявили о создании и продвижении нового формата оптических дисков большой емкости под названием –Blu-Ray Disc. Все корпорации объединились в Blu-Ray Disc Association (BDA). Сейчас число участников ассоциации достигло 170.

Blu-Ray был создан, чтобы удовлетворить растущие запросы потребителей в первую очередь для записи, хранения и воспроизведения видео информации высокого разрешения, с качеством, намного превосходящим DVD.

Назвать Blu-Ray принципиально новым форматом нельзя - это скорее эволюция формата DVD. Вlu-Ray для записи и воспроизведения диска вместо красного лазера, который используется в DVD и СD, применен синий лазер (blue-violet laser). У синего лазера длина волны составляет 405 нанометров, что значительно меньше длины волны красного лазера (650 нм для DVD). Меньшая длина волны- соответственно меньшая интерференция отраженного луча, значит можно сделать ширину дорожки данных тоньше, что приводит к значительному увеличению плотности и емкости носителя. Максимальная емкость одного слоя не превышает 27GЬ. Но Вlu-rау легко усовершенствуется и включает поддержку мультислойных дисков, что позволяет увеличить емкость носителя до 100-200 гигабайт. Основными форматами хранения видео, как и в DVD, является МРЕG2, форматы звука, соответственно - АСЗ, МРЕG1, МРЕG Layer2. Для цифровых видеоплееров формата Bly-ray декодирование будет осуществляться аппаратно, для компьютерных приводов - программно. На Bly-Ray может вместиться двухчасовое видео с качеством HDTV (телевидение высокого разрешения - лучшее на сегодняшний день) со скоростью передачи 24 мегабайта/секунду, или 12 часов с качеством VHS (обычные видео кассеты) или SDTV со скоростью передачи данных 4 мегабайта/секунду.

Носители Blu-ray

В данный момент доступны Blu-ray Disc-ROM (BD-ROM - только для чтения), BD-R (записываемые) и BD-RE (перезаписываемые) носители для компьютера. Весьма вероятно, что технология будет принята как оптический дисковый формат следующего поколения. Согласно спецификации диска Blu-ray, 1х скорость определена как 36 Mbps. Однако, в качестве источника видео для кино от BD- ROM потребуется 54 Mbps скорость пересылки данных, поэтому скорость считывания установлена – 2х (72 Mbps). Bly- Ray имеет потенциал для значительно более высоких скоростей, за счет большей цифровой апертуры принятой лучом диска. Теоретически максимальная дисковая скорость вращения -10,000 ОБ/МИН, тогда при скорости 12х возможно считывать - 400 Mbps. Сегодня уже поддерживает скорость 8х (288 Mbps). Как следствие, луч формата Blu-ray получил широкую поддержку у основных киностудий как преемник сегодняшнего формата DVD. Семь из восьми основных киностудий уже заявили о поддержке стандарта. Это: Warner Brothers, Fox, Disney, Sony, MGM и Lionsgate.

Защита от копирования

Blu- Ray включена защита от нелегального копирования. Это будет некий индивидуальный номер, который будет проставляться на всех записанных видеодисках. По всей видимости, для того устройства, на котором был записан диск, число воспроизведений будет не ограничено, а для других - какое-то число раз, то же самое будет с легально приобретенными фирменными дисками, на которых наверняка будет стоять защита перезаписи.

Типы Blu-ray дисков

1.BD-ROM/ BD-диск с записанными данными (ROM — Read-Only-Memory — данные, доступные только для воспроизведения). На BD-дисках данного типа издаются фильмы, игры, программное обеспечение и т.д.

2.BD-R/ BD-диск для однократной записи (R— Recordable — приспособленный для записи). На таких BD-дисках вы можете самостоятельно записать любую информацию. Но только один раз. BD-R диски очень удобно использовать для хранения больших объемов архивных данных или в качестве носителя для распространения информации.

3.BD-RE/ BD-диск многократной записи (перезаписываемый диск) (RE —Rewritable — приспособленный для многократной записи). BD-диски данного типа можно использовать для временного хранения больших объемов данных. Они выдерживают 1000 циклов перезаписи. Все это делает их похожими на диски DVD-RW.

Каждый из приведенных типов BD-дисков классифицируется по емкости:

1) односторонний, однослойный (25 Гбайт) диск;

2) односторонний двухслойный диск (50 Гбайт).

Что означают такие характеристики BD-диска как «односторонний» и «двухслойный»?

Под термином «односторонний» подразумевается, что рабочая поверхность (на которой хранятся данные) находится лишь на одной стороне диска и покрыта специальным защитным слоем толщиной 0,1 мм.

Используемый при работе с BD-диском лазерный луч, гораздо «острее» луча, применяемого вместе с DVD или CD (используется лазер с меньшей длинной волны и объективная линза с большим показателем ЧА). Для того, чтобы возможные деформации диска не приводили к искажениям данных, толщина защитного слоя (при разработке формата Blu-ray) была уменьшена до 0,1 мм. Внутри данного защитного слоя может находиться одна или две рабочие поверхности, предназначенные для хранения данных. От этого зависит емкость диска. Соответственно обозначение «односторонний, двухслойный/ 50 Гбайт» означает, что у диска есть два несущих слоя емкостью 25 Гбайт каждый. И все это — внутри защитной прослойки толщиной 0,1. Представляете, какие объемы данных могут храниться в микромире! Во время утверждения Blu-ray как стандарта было решено, что BD-диск будет односторонним — данные будут размещаться на нем исключительно с одной стороны. DVD стандарт допускает двухсторонние диски. Однако двухсторонние диски обладают некоторыми нежелательными особенностями: их необходимо переворачивать (для считывания данных с другой стороны). Кроме того, создание двухсторонних BD-дисков малоэффективно с экономической точки зрения — довольно дорого наносить защитно-информационный слой толщиной 0,1 мм с двух сторон диска. Поэтому, технология совмещения нескольких слоев записи сыграла ключевую роль для успешного решения задачи по увеличению вместимости BD-диска. А сейчас расскажем о достижениях Panasonic в разработке технологий производства односторонних, двухслойных BD-RE дисков. У одностороннего, однослойного диска есть только один слой, находящийся между подложкой и защитным напылением. Соответственно, у одностороннего двухслойного диска — два рабочих слоя (слоя записи): L0 и L1. Между ними находится так называемый разделяющий (промежуточный) слой. При этом совокупная толщина двух рабочих слоев, промежуточного слоя, прозрачного защитного слоя и твердого защитного напыления составляет все те же 0,1 мм. Главная технологическая сложность в изготовлении одностороннего, двухслойного диска состоит в том, чтобы сделать качественный промежуточный слой, используя недорогие материалы. Предназначение промежуточного слоя — в разделении слоев записи (рабочих слоев) L0 и L1, с целью предотвращения взаимной интерференции между сигналами. Промежуточный слой должен позволять лазерному лучу беспрепятственно достигать слоя L0 (который находится за промежуточным слоем) и, отразившись от него, передавать точные данные считывающей оптической головке. Поэтому промежуточный (разделяющий) слой должен быть нанесен с исключительной точностью. Его толщина должна составлять 25 мкм (микрометров) с возможным допуском менее ±2 мкм. При этом, нанесение данного слоя должно быть недорогим в плане используемых материалов и реализуемых процессов.

Одна из идей состояла в том, чтобы использовать в качестве промежуточного слоя уже готовую 25 мкм пленку. Однако, стоимость оборудования для производства соответствующих заготовок и их транспортировка существенно бы увеличила цену конечного BD-диска. В результате решили использовать для создания разделяющего слоя УФ-смолу и приступили к изготовлению тестовых образцов. Основная трудность состояла в том, чтобы толщина промежуточного слоя строго равнялась 25 мкм в рамках допустимой погрешности ±2 мкм. Но УФ-смола является жидкостью — толщина слоя может изменяться в гораздо больших пределах. У производителей родилась идея, которую назвали «нанесение покрытия методом центрифугирования» (spincoatingmethod). Основанное на данной идее технологическое решение позволяет нанести УФ-смолу идеально ровным слоем толщины 25 ± 2 мкм на всю поверхность 12-см диска.

Специалисты компании разработали метод центрифугирования для нанесения разделяющего и прозрачного слоев. Таким образом стало возможным изготовить большое количество высококачественных дисков за короткий промежуток времени. Еще одной принципиальной задачей стал поиск подходящего материала для создания рабочего слоя. Для записи и последующего воспроизведения информации с поверхности BD-диска используется так называемый «метод записи с изменением фазы». Это технология записи на оптический диск с изменением фазового состояния вещества — отдельные участки рабочего слоя переходят из неструктурированного аморфного состояния в структурированное кристаллическое состояние. На момент разработки BD-формата компания Panasonic уже обладала богатым опытом в данной сфере, который был получен при создании стандарта DVD. Суть «ноу-хау» состоит в том, что лазерный луч вызывает локальные изменение в рабочем слое на атомарном уровне. Более того, с помощью лазерного луча, можно вернуть «возбужденные» участки рабочего слоя в исходное состояние. В BD-RE диске метод записи с изменением фазы позволяет, при необходимости, вернуть рабочий информационный слой диска в исходное, «чистое» состояние, для того, чтобы затем осуществить запись новых данных. Это означает, что диски типа BD-RE должны быть более устойчивы к многократному лазерному облучению. Собственно, именно поэтому создание BD-RE диска представляло наибольшую сложность (нежели разработка дисков BD-ROM, BD-R). Ключ к созданию двухслойного диска — разработка «правильного» слоя L1. Дело в том, что он должен обладать двоякими, противоречивыми свойствами. С одной стороны, при обращении к слою L0, лазерный луч должен беспрепятственно проходить сквозь слой L1 «туда и обратно», донеся до считывающей оптической головки идеально точный сигнал. С другой стороны, при обращении к слою L1 он должен в полной мере отработать свою роль в качестве надежного информационного носителя, не допуская искажений сигнала. Соответственно, слой L1 должен быть достаточно тонким и при этом обладать определенными свойствами. Задача, опять же, состояла в том, чтобы разработать собственное решение и подобрать подходящий материал для изготовления слоя L1.

В итоге, были созданы первый в мире односторонний двухслойный BD-RE диск. Его окончательная структура представлена на рис.8. Рабочие слои L0 и L1 на самом деле состоят из нескольких (различных) пленок. Конечно, все процессы происходят в них на атомарном уровне. Поэтому данные слои фактически не видимы. Компания Panasonic первой начала выпускать оптические диски с возможностью записи в 1970 году, еще до того, как появился формат CD. Специалисты компании построили фундамент, на котором впоследствии удалось создать стандарт DVD, разработать формат BD-диска и запустить BD-диск в массовое производство. В Bly- Ray включена защита от нелегального копирования. Это будет некий индивидуальный номер, который будет проставляться на всех записанных видеодисках. По всей видимости, для того устройства, на котором был записан диск, число воспроизведений будет не ограничено, а для других - какое-то число раз, то же самое будет с легально приобретенными фирменными дисками, на которых наверняка будет стоять защита перезаписи.

Приводы Blu-ray

Используя технологические решения и «ноу-хау», накопленные за время работы над BD-приводом для настольного ПК и тонким BD-приводом, в конце 2006 года создали и представили рынку Blu-ray проигрыватель.

В настоящее время на рынке имеется достаточно большой выбор Blu-ray DVD-приводов. Большинство из них умеют записывать обычные DVD, а многие могут ещё и писать, по крайней мере, однослойные, Blu-ray-диски (особенно это касается более дорогих приводов). Фактически, все эти приводы достаточно дорогие, кроме тех, что и того дороже! Обращаем ваше внимание на то, что некоторые из этих приводов поддерживают только интерфейс ATAPI/IDE, и мы не будем упоминать об этом при описании каждого привода в отдельности, мы отметим лишь те, которые поддерживают SATA.

SATA (англ. Serial ATA) — последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации. SATA является развитием параллельного интерфейса ATA (IDE), который после появления SATA был переименован в PATA (Parallel ATA).

SATA Revision 1.0 (до 1,5 Гбит/с)

SATA Revision 2.0 (до 3 Гбит/с)

SATA Revision 3.0 (до 6 Гбит/с)

Скорость считывания/записи информации на Blu-ray

Учитывая спецификацию Blu-ray, скорость 1x имеет пропускную способность в 36Mbps. Так как фильмы на BD-ROM требуют пропускную способность не ниже 54Mbps, минимальной скоростью будет считаться 2x (72Mbps). Так как Blu-ray имеет огромный потенциал к высоким скоростям, соответственно к большей числовой апертуре (рассеивания), адаптированной к Blu-ray. Следовательно, большая числовая апертура ведёт к тому, что Blu-ray диск требует меньше мощи при записи и меньшей раскрутки диска в дисководе, чем требуют этого DVD и HD-DVD для достижения одинаковой скорости передачи данных. Если раньше запись медиа-файлов ограничивалась скоростью записи, то сейчас наоборот – ограничивающий фактор для Blu-ray – это производительность вашего компьютера. Именно поэтому BDA уже имеет планы увеличить скорость до 8x (288Mbps) и более в будущем.

Заключение

В моей работе я рассмотрел и сравнил ключевые характеристики Blu-ray и DVD дисков, рассмотрел существующие Blu-ray приводы.

Подводя итог вышесказанному, сделаю вывод о достоинствах и недостатках Blu-ray дисков.

Основное преимущество Blu-ray дисков – возросшее разрешение изображения, которое составляет 1920 на 1080 (1080p - HighDefinition) пикселей. Это означает, что на экране вашего телевизора воспроизводится в несколько раз больше деталей, которые DVD просто не позволяет получить (его разрешение 720 на 480 или 480p).Кроме разрешения, Blu-ray формат подразумевает более совершенные алгоритмы сжатия видео, которые дают более богатые цвета и контрастность.

Звук Blu-ray также во много раз превосходит по качеству звук DVD благодаря новым форматам объёмного звучания DolbyTrueHD и DTS-HD MasterAudio

Если ваш Blu-ray проигрыватель может декодировать форматы DolbyTrueHD или DTS-HD MasterAudio, это означает, что проигрыватель самостоятельно переводит формат в Linear PCM и может передать сигнал по HDMI кабелю на подключённый AV-ресивер или по аналоговым аудио-выходам на соответствующее устройство без потерь качества.

Самый большой минус Blu-ray формата – это высокая цена приводов и дисков. В то время, как только первые Blu-ray проигрыватели стали появляться, время загрузки (с момента как вы вставили диск в лоток и до появления меню) могло достигать 3 минут. На сегодняшний день, ведущие производители добились неплохих результатов, и фильм с простым меню может загрузиться за 20 секунд, со сложным – до 1,5 минут. Ещё одним минусом Blu-ray является невозможность его воспроизведения на DVD проигрывателях. Тонкий слой диска легко повредить, следовательно, Вlu-ray диск требует защиты. Первым способом защиты Вlu-ray дисков был картридж. Но спустя некоторое время рядом компаний были разработаны специальные защитные покрытия, противостоящие царапинам и накоплению грязи, что позволило избавиться от картриджей, а механическая прочность Вlu-Ray диска в 100 раз больше, чем DVD. Еще один в том, что энергетика синего лазера выше, чем у красного, что приводит к значительному разогреву поверхности диска, что требует мощного охлаждения.

Внедрение Blu-ray на мировой рынок - дело не из самых легких. Сейчас DVD до сих пор держит лидирующие позиции в сегменте верхнего диапазона пользовательских цен. Этот рынок еще только начинает развиваться. Поэтому очевиден тот факт, что Blu-ray серьезно о себе заявит после превращения DVD в дешевую технологию.

На массовость старта очень сильно будет влиять цена устройств, дисков и жесткость лицензионной политики правящей девятки. Так что судьба формата целиком в руках его создателей. У каждой из девяти компаний есть огромный опыт за плечами, успехи и провалы, так что давать советы им бессмысленно, а вот способны ли они учиться на собственных и чужих ошибках - покажет будущее, будущее формата Blu-ray...

Дата добавления: 2015-11-04