CD и DVD

Първо да започнем с обяснение на понятията, които вярвам всички знаят. CD означава компакт диск (compact disc). DVD в миналото е означавало дигитален видео диск (digital video disc), но по-късно съкращението е променено на дигитален многостранен диск (digital versatile disc). CD-R/RW означава компакт диск - записваем/презаписваем (compact disc - recordable/rewritable). Същото се отнася и за DVD-R/RW, като в последния случай има значение дали се изписва DVD-RW или DVD+RW, тъй като стандартът за презаписваеми DVD дискове още не е единен и унифициран.

CD | DVD
Матрични | CD-R | CD-RW | Матрични | DVD-R | DVD RW
CD-DA CD-ROM VCD SVCD | CD-R DDCD |  | DVD-Audio DVD-Video DVD-ROM | DVD-R(A) DVD-R(G) | DVD-RW DVD+RW DVD-RAM

Компакт дискът е замислен първоначално като средство, за съхраняване на аудио информация, което да замени магнитните ленти и виниловите плочи. По-късно се развива и като средство за съхранение на всякаква друга информация. Създатели са Sony и Philips през 1982 г. По интересен начин е избран форматът на първите дискове. От Sony приели, че новият носител трябва отговаря на изискванията на класическата музика. Най-популярното класическо произведение по това време в Япония била Деветата симфония на Бетовен, която е с продължителност 74 минути. От Philips определили 16-битов звук и 44,1 kHz честота. При изчисляване на мегабайтовете се получил обем от 650 MB, който и сега е един от стандартите за дискове.

Матрични CD

Матричното CD представлява пластмасов диск с дебелина 1,2 mm и диаметър 12 cm. Основната част се състои от поликарбонатна пластмаса. По време на производството върху нея се нанасят микроскопични неравности, които са подредени така, че образуват единична, непрекъсната спирала, която започва от центъра и върви към периферията.

След това върху неравностите се поставя тънък алуминиев слой, който има екраниращи свойства. Върху него се нанася тънък акрилен слой, за да го предпазва. Най-отгоре се поставя етикета. Напречен разрез на едно матрично CD изглежда по следния начин...

Самата спирала е широка 500 nm (нанометър, една милиардна част от метъра) или както е представено на фигурата 0,5 μ m (микрометър, микрон, една милионна част от метъра). Всяка намотка се намира на разстояние от 1600 nm (1,6 микрона) от следващата. Всяка една неравност е с ширина 500 nm (0,5 микрона), дължина поне 830 nm (0,83 микрона) и височина 125 nm. Неравностите имат следния вид...

Спиралата на едно CD е с дължина около 5 km. Поредицата от издатини и липсата им кодира информацията на принципа на двоичния код - с 0 и 1. Наличието на неравност се интерпретира като 0, а липсата й - като 1. Неравностите на диска се разчитат от плейъра и се възпроизвеждат като данни. Самото устройството на плейъра е тема на отделна статия, но в най-общи линии той се състои от няколко основни части. Първо моторче, което върти диска с 200 до 500 оборота в минута в зависимост кое място от диска се чете в даден момент. По принцип колкото повече се отдалечава от центъра към периферията, оборотите намаляват. Това става много плавно, за да няма прекъсване (насичане) на възпроизвежданите данни. По този начин неравностите преминават покрай оптичната система с постоянна скорост. Тя от своя страна се състои от лазер и леща. Лазерът изпраща сноп светлина към диска, която преминава през поликарбонатния слой, отразява се в алуминиевия слой и се връща обратно, където се възприема от лещата. Светлината е с дължина на вълната 780 nm. Когато лъчът попадне на равна част, т.е. липса на неравност, светлината се отразява директно върху лещата и плейърът възприема това като 1. Когато лъчът попадне върху неравност светлината се разнася настрани от лещата и плейърът възприема това като 0. Тук стигаме и до едно много известно изискване, че дисковете не трябва да се пипат отдолу и да се пазят да не се надраскат. Причината е, че останалата от пипането мръсотия или браздите причинени от надраскването могат да разсеят снопа светлина и той да не може да се възприеме правилно от лещата. Последната важна част това е механизъм, който придвижва лазера и лещата така, че те да следват спиралата.

Има няколко различни формати, които се използват за съхранението на данни върху CD. Двата най-широко приложими са CD-DA (CD-Digital Audio) и CD-ROM (за компютърни данни). В допълнение има VCD и SVCD (Video-CD и Super Video-CD).

Самото производство на матрични дискове е доста сложен процес, който в общи линии протича по следния начин. Мощен лазер гравира съответния модел от неравности върху фотоустойчив материал. След това чрез различни отпечатъчни техники този модел се пресова върху поликарбонатната пластмаса, която представлява основната част на диска. По този начин се получават неравностите, за които споменах още в началото. Върху тях се поставя метален слой (най-често алуминий), който прави тези неравности “четими”, т.е. отразява светлината, която след това се възприема от оптичната система. Върху металния слой се нанася акрилен слой, който служи за предпазване. Така описаният процес e и доста скъп и не е подходящ за домашна употреба. Освен това направените по този начин CD са “read-only”, т.е. записаната информация не може да се променя. Което ни води и до следващата част - записваемите дискове.

CD-R

При CD-R се използва същия принцип на кодиране на информацията - с 1 и 0. Самите дискове обаче нямат неравности, а вместо това имат слой фоточувствителна боя. Върху него има равен метален отразителен слой. Когато дискът е празен боята е прозрачна, светлината преминава през нея и се отразява от цялата повърхност на металния слой. Когато обаче боята се нагрее с концентриран сноп светлина с определена честота и интензитет, тя става непрозрачна и потъмнява до такава степен, че вече не може да пропуска светлина. Това всъщност е и принципа на действие и начина за правене на записваемите дискове. На един празен диск има кодирана една безкрайна единица. Затъмняването на определени места на диска прави спирала подобна на тази при матричните дискове. Вместо неравности обаче, тук има непрозрачни участъци. Когато светлината от лазера премине през прозрачен участък тя се отразява, възприема от лещата и се интерпретира като 1. Когато светлината стигне до непрозрачен участък, това се интерпретира като 0.

Оттук идва и разликата в устройството на една записвачка. Общия принцип е същият като стандартния плейър. Записвачката обаче освен “четящ” лазер има и “записващ” лазер. Мощността на четящия лазер е такава, че неговата светлина само се отразява от металния слой на диска. Записващият лазер е по-мощен и променя повърхността, вместо само да се отразява от нея. По време на запис записвачката включва и изключва записващия лазер в синхрон с единиците и нулите, които трябва да бъдат записани. Лазерът потъмнява боята, за да кодира 0 и оставя прозрачни места, за да кодира 1.

Стандартите при CD-R дисковете са 650 MB (74 минути), 700 MB (80 минути) и 800 MB (90 минути). Фактът, че спиралата започва от центъра на диска означава, че диаметъра на CD-то може да бъде и по-малък от 12 сm. Съществуват мини записваеми и презаписваеми дискове, които са с диаметър 8 cm и размер 185 MB (21 минути). Съществуват и CD с двойна плътност (double-density CD - DDCD), които побират около 1,5 GB.

Тъй като отразеното количество светлина е различно при матричните и записваемите дискове, по-старите музикални уредби не могат да четат CD-R дискове. Новите модели се правят съвместими и с двата вида дискове. Основното неудобство на CD-R дисковете е, че те, подобно на матричните дискове не могат да се използват повторно. Веднъж “изпържен” цифровият модел от 1 и 0 не може да бъде променян. Това от своя страна води и до създаването и презаписваемите дискове

CD-RW

При презаписваемите дискове е възможно “изпържен” веднъж цифров модел да бъде изтрит и на негово място да бъде “изпържен” друг. CD-RW дисковете съдържат химично вещество, съставено от сребро, антимон, телур и индий. Когато това веществото се нагрее до температурата си на топене, която е около 600 Сº, то става течност. Когато се охлади то температурата си на кристализация, която е около 200 Сº, то отново става твърдо. Ако веществото се нагрее до точката си на топене и се остави да се охлади бързо, то придобива аморфно състояние, въпреки че се намира под температурата си на кристализация. За да придобие веществото кристална структура, то трябва да се нагрява до температурата си на кристализация и тя да се поддържа определено време, а не да се оставя да се охлади бързо. Аморфната форма на веществото, което се използва при направата на CD-RW дискове е непрозрачна, а кристалната форма е прозрачна. На един празен диск цялото вещество се намира в кристална форма, светлината преминава през него и се отразява от цялата повърхност на металния слой. По време на запис записващият лазер нагрява веществото на определени места до точката му на топене и след това то бързо се охлажда. В тези участъци веществото вече има аморфна структура и става непрозрачно за светлина, аналогично на неравностите в матричните CD-та и затъмнените участъци на CD-R-те. По този начин участъците с кристална форма кодират 1, а участъците с аморфна форма кодират 0.

При този вид записвачки се появява и един трети вид лазер - “изтриващ”. По мощност той се намира между четящия и записващия лазер. Изтриващият лазер не е достатъчно мощен да разтопи материала, както става при запис, но има необходимия интензитет да нагрее веществото до точката му на кристализация. По този начин цялото вещество възвръща кристалната си структура и се изтриват всички кодирани нули.

CD-RW дисковете отразяват много по-малко светлина от другите формати и по-старите плейъри и CD-ROM-ве не могат да ги четат. Ето защо има значение когато си купувате дисково устройство то изрично да е отбелязано, че може да чете не само CD-R, но и CD-RW дискове.

Матрични DVD

Принципът на действие на DVD дисковете е сходен с този на CD дисковете, но те имат около 7 пъти по-голям капацитет. DVD-та имат същия диаметър и плътност като CD-та и при тяхната направа се използват някои от същите материали и производствени методи. Както при CD, данните и при DVD са кодирани под формата на участъци с неравности и липсващи такива.

Разликата с нормалното CD е размера на тези неравности и разстоянието между намотките. Всяка намотка се намира на разстояние от 740 nm от следващата. Всяка една неравност е с ширина 320 nm, дължина поне 400 nm и височина 120 nm. Неравностите имат следния вид...

DVD дисковете са еднослойни и двуслойни, едностранни и двустранни. Разликата е в материала на отразяващия слой. За вътрешния слой се използва алуминий, а за външния слой се използва полу-пропусклива златна сплав. При четенето на дисковете се използва светлина с различен интензитет, в зависимост дали се чете външния или вътрешния слой на дадена страна. Първо се прочита външния слой със светлина с по-слаб интензитет, която се отразява от златния слой. След това се прочита вътрешния слой със светлина с по-силен интензитет, която преминава през златния слой и се отразява от алуминиевия слой. Външният слой се чете от центъра към периферията, а вътрешният слой се чете от периферията към центъра, като това се прави с цел да се избегне насичането на диска, ако трябва лещата да се върне отново в центъра за вътрешния слой. Дължината на вълната на светлината е 640 nm.

След като всички слоеве са направени всеки един се намазва с лак и се притискат един към друг, за да залепнат. При едностранните дискове етикетът се слага върху нечетящата страна. При двустранните дискове се принтира само върху нечетяемата част близо до дупката в средата. Напречен разрез на различни видове DVD дискове и капацитетът им са представени на фигурата и таблицата.

Формат | Капацитет | Приблизително време
Едностранен, еднослоен | 4.38 GB | 2 часа
Едностранен, двуслоен | 7.95 GB | 4 часа
Двустранен, еднослоен | 8.75 GB | 4.5 часа
Двустранен, двуслоен | 15.9 GB | над 8 часа

Тук има едно особеност. Когато се добавя втори слой на дадена страна неравностите трябва да бъдат малко по-дълги, отколкото са при еднослоен диск. Това се прави с цел да се избегнат смущения между слоевете, което може да доведе до грешки при прочитането на диска. По тази причина добавянето на втори слой не води до просто удвояване на капацитета на тази страна.

Размерите на неравностите правят спиралата изключително дълга. Разгъната спирала на едностранен, еднопластов диск достига до 12 km. Това означава, че спиралата на един двустранен, двуслоен диск достига 48 km.

Както при CD, и при матричните DVD има няколко различни формата. DVD-Audio e аналогичен на CD-DA, разликата е в по-доброто качество на звука. На таблицата е дадена сравнителна характеристика на качеството при двата формата.

Specification | CD-Audio | DVD-Audio
Sampling Rate | 44.1 kHz | 192 kHz
Samples Per Second | 44,100 | 192,000
Sampling Accuracy | 16-bit | 24-bit

DVD-Video e стандартът за видео. Представените по-горе фигура и таблица за слоеве и капацитет се отнасят в най-голяма степен за този формат. DVD-ROM е аналогичен на CD-ROM и се използва за съхранение на данни.

Технологията при записваемите и презаписваемите DVD дискове е аналогична както при съответните CD дискове, като разбира се има и разлики. Ето защо няма да се спирам по отделно на тях, а ще опиша отделните стандарти.

DVD-R

Този стандарт е аналог на CD-R и е естествено продължение на матричните DVD носители. Разработен е през 1997 г. от Pioneer. Първоначално е с размер 3,5 GB, който впоследствие е увеличен до стандартните 4,7 GB. Самият стандарт е разделен на два подстандарта. DVD-R(A) (professional Authoring) е първоначалният вариант, който е разработен за професионална употреба. По-късно е разработен и DVD-R(G) (General) за масова употреба. Двата подстандарта ползват различна дължина на вълната на лазера, като дискове от даден подстандарт не могат да бъдат записвани в устройство от другия. DVD-R(A) разполага с възможност за защита от копиране и поддържа регионални настройки.

DVD RW

При презаписваемите дискове разнообразието от стандарти е най-голямо, като за съжаление няма голямо съвместителство между тях.

DVD-RW (известен още и като DVD-R/W и DVD-ER) е продължение на DVD-R в посока многократно презаписване. Размерът му е 4,7 GB. Разработен е в края на 1999 г. отново от Pioneer. Както и стандартния CD-RW, за да се изтрие дадена информация трябва да се изтрие целият диск.

DVD+RW (известен още и като DVD+R) е разработен от Sony, Philips и HP през 2001 г. като алтернатива на Pioneer. Изграден е на основата на CD-RW технологията и има много голяма съвместимост с нея. Размерът му също е 4,7 GB. Предимството ме пред DVD-RW е възможността да се трият и записват малки по обем данни, т.е. за да се изтрие дадена информация не е необходимо да се трие целия диск. Съвсем наскоро вече се появиха и двустранни презаписваеми дискове от този стандарт.

DVD-RAM е стандарт, който позволява презаписване от около 100 000 пъти за разлика от горните два стандарта, при които презаписването е около 1000 пъти. Използва различна дължина на вълната. Несъвместим е с DVD-Video и DVD-ROM устройствата и изисква специфичен собствен хардуер. Огромното му предимство е, че позволява копирането и триенето на файлове в реално време, все едно това се прави върху харддисск. Също така позволява двуслоен и двустранен запис, при което се достига максималния физически капацитет на диска.

Автор: Mengeleev

Дата: 19.05.2004 г.

Използвани са данни от публикации в
www.howstuffworks.com,
PC World и Капитал Net.