Blu-ray Disc як новий формат

disc
Розглянемо докладніше Blu-ray з точки зору технічних характеристик, що впливають на виробничу сумісність різних типів дисків R (що одноразово записується), RE (перезаписується) і ROM (тільки для читання). Спільними для цих стандартів є такі ключові параметри, як довжина хвилі, числова апертура, діаметр та товщина диска, діаметр центрального отвору. Формат Blu-ray використовує модуляцію сигналу 17PP ((1,7) RLL (код з обмеженням довжини пробігу) зі збереженням парності), для ECC (код корекції помилок) – LDC (код з великою мінімальною відстанню) з BIS (субкод індикації розриву) . Внаслідок завдання однакових фізичних параметрів та однакових методів обробки сигналу можна застосувати загальні технології для оптичних головок та мікросхем, після чого набагато легше підтримувати функціональну сумісність R, RE та ROM.

Загальними всім типів дисків Blu-ray є: — довжина хвилі 405нм, — числова апертура лінзи 0.85, — модуляція сигналу – 17PP, — корекція помилок – LDC разом із BIS. Відмінність ROM від R і RE полягає в способі запису інформації - в ROM це робиться за допомогою тиснення, R і RE записують дані на заздалегідь підготовлену канавку.

Фізичні засади формату

У процесі розробки стало очевидним, що система Blu-ray Disc буде останньою оптичною дисковою системою, яка використовує видиме світло. Зрештою, при виборі довжини хвилі зупинилися на 400нм, оскільки менші значення викликають проблеми довговічності пластмаси підкладки. Прозорість різних типів пластмаси різко знижується за зменшення хвилі до значень нижче 400нм. З іншого боку, спостерігається ефект «загара», тобто. невосстанавливаемой прозорості.

Також потрібно враховувати коливання довжини хвилі під часвиробничого процесу. Допуск встановлений таким чином, щоб її величина не опускалася нижче за 400нм. Найприйнятнішим щодо низької температурної залежності виявився GaN 400-нанометровий лазер (на основі нітриду галію).

Найбільші значення ЧА (див. Технологічні рішення розробки формату Blu-ray), отримані при серійному виробництві CD і DVD, були 0.45 і 0.6 відповідно. Для Blu-ray Disc об'єктив із необхідною ЧА 0.85 спочатку був виконаний за допомогою складання двох лінз, які можна було зробити за технологією з ЧА класу 0.6, одна поверх іншої. Робоча відстань такої лінзи могла бути якнайбільше 0.14мм, і очевидно, що лінза буде часто вдарятися об диск, на відміну від CD і DVD. Тільки на ранніх етапах розвитку CD використовувалися лінзи діаметром 4.5мм, і вони ніколи фізично не зачіпали диск у межах свого руху.

Через сучасний компактний дизайн лінза може іноді зачіпати як CD, так і DVD. Отже, не можна ігнорувати той факт, що чим менша робоча відстань лінзи, тим вища ймовірність зачеплення диска. Однак деякі апаратні датчики можна застосувати для оцінки небезпеки ураження та активації ланцюгів захисту або в деяких випадках амортизаторів. Крім того, JVC та інші виробники недавно взялися за розробку прототипу лінзи з робочою відстанню 5мм. За іншої практичності ця відстань не викликатиме жодних проблем.

blu-ray
Внаслідок меншого розміру плями легко можна побачити, що потужність, необхідна для запису Blu-ray з довжиною хвилі 400нм і ЧА 0.85, становить ¼ частина потужності, необхідної для запису DVD з довжиною хвилі 650нм і апертурою 0.6. Вважаючи, що запис на диск проводиться з тією ж енергією, отримуємо, що менше діаметр (тобто вище щільність енергії), тим меншапотужність лазера потрібна для запису. Ось одна з причин, чому Blu-ray для запису вимагає всього 5мВт, тоді як CD і DVD - кілька десятків міліват при тій же швидкості запису. Надалі це забезпечить хороший запас потужності для багатошарового чи високошвидкісного запису.

Диски Blu-ray із самого початку розроблялися з можливістю застосування багатошарового запису.

Тут шар L1 слідує за L0 з прошарком із проміжного шару товщиною 25мкм, а товщина захисного шару для L1 становить 75мкм. Для багатошарових дисків L0 знаходиться на глибині 100мкм.

Формат канавки Фізичною структурою Blu-ray диска є канавка (напрямна доріжка), як показано на малюнку. Вона має слабовиражену синусоїдальну форму.

blu-ray
Щодо такого способу запису було багато дискусій, тому під час створення DVD було прийнято кілька форматів запису. На щастя, ті компанії, що розробили три формати запису DVD дисків, об'єднали свої зусилля і напрацювання для створення єдиного формату запису Blu-ray. Крім того, дуже корисним було те, що з самого початку була представлена ​​повноцінна система запису, що перезаписується, на відміну від CD і DVD, де спочатку був розроблений формат ROM, а потім до нього адаптувалися інші формати. Звичайно, основний проект Blu-ray Disc був зроблений однаково придатним і для побутових пристроїв, і комп'ютерів. Тому було застосовано структуру даних із проміжком між блоками, як і DVD-RAM. Крім того, канювальна система запису використовувалася замість системи поверхню/канавка, щоб включити в концепцію та диски типу ROM і R. Ця ідея була адаптована також до CD-R, RW, DVD-RW та +RW.

Щоб диски з різним кроком доріжки могли співіснувати в одному сімействі, доводиться накладати обмеженняконструкцію оптичного адаптера. По-перше, для кроку доріжки 0.32мкм майстерінг виявився надзвичайно важким; сама канавка має бути сформована з точністю приблизно половини значення 0.32мкм. Крім того, потрібні додаткові розробки, щоб у майбутньому зробити диск ROM, пити якого формуються тисненням. В результаті для дисків класу 25ГБ спочатку було впроваджено мастеринг за допомогою електронного променя (EB), а пізніше за допомогою глибокого ультрафіолету (UV). Потім була розроблена технологія з довжиною хвилі променя 400нм, яка усуває всі перешкоди до використання канавочного запису. Технологія штампування дисків такої густини вже налагоджена.

Більше того, для дисків BD-RE та BD-R LTH, враховуючи високе значення NA (0.85), замість запису на дні (всередині) канавки (In-Groove) було обрано метод запису на виступі канавки (On-Groove). Хоча це нелегко пояснити на площині, запис на виступі було обрано на основі результатів моделювання та реальних експериментів, що показано на малюнку.

disc

Як видно з малюнка, при записі на дні канавки потужність запису променя втрачається в радіальному напрямку. Вузький крок доріжки робить дуже важким запис типу поверхня/канавка, яка вимагає запису і на дні, і на виступі канавки. По-перше, залишаються сумніви, чи диски R зможуть відповідати вимогам системи запису на виступі. Однак вже були розроблені диски R LTH типу, які відповідали такій структурі, і систему запису на виступі можна було застосувати для похідних форматів, таких як CD та DVD.

Пізніше диски R LTH типу були доопрацьовані як сімейство BD-R. Для цього типу медіа застосований органічний барвник як записуючий матеріал. Пофарбований шар запису зроблений з використанням технології покриття, що обертається, з точки зорувиробництва для нього підходить система запису на дні. Зустрічаються барвники для медіа, які випромінюють тепло або вибухають, викликаючи фізичні зміни в районі мітки (пита) під час запису. Мітка, зроблена таким типом записуючого механізму, має тенденцію до розширення, яке може бути зупинене стінками дна канавки. Тому для дисків R типу LTH було прийнято спосіб запису на дні канавки (доріжки).

Технологія модуляції з вобуляцією в радіальному напрямку заснована на MSK (Мінімальний частотний зсув) та форматується блоками по 64кБ. Основна довжина хвилі вобуляції становить приблизно 5мкм, а 0 і 1 виражені позиціями, де синусоїдальна хвиля модульована за правилом MSK. Хоча енергія модуляції MSK досить велика, внаслідок локальності інформації вона легко схильна до впливу дефектів. Тому використовується сигнал STW (Пилоподібної вобуляції), що додається до MSK множенням.

Метод корекції помилок Метод корекції помилок повинен розроблятися відповідно до розподілу помилок захисного шару завтовшки 100мкм. Ця операція починається зі статистичної обробки розподілу помилок при тестуванні на пил реальної структури диска та з моделювання цього розподілу. В результаті отримані помилки коротких розривів та так звані пікет-коди зі структурою, що відповідає помилкам довгого розриву, які іноді мають місце. Це зроблено методом глибокого перемежування в коді з великою мінімальною відстанню - різновиду коду Ріда-Соломона розміром 64кБ, і подальшого додавання індикатора розриву (BIS).

Технологія модуляції Метод модуляції основного каналу, що записується вздовж доріжки, називається 17PP ((1,7) код з обмеженням довжини пробігу, збереженням парності та забороною довжини пробігу повторюваногомінімального переходу). Це так званий код із d=1. Як показують результати перевірки (у припущенні, що спочатку розглядаємо диск, що перезаписується), код d=1 слід використовувати цього разу тому, що в порівнянні з кодом d=2, використовуваним для CD і DVD, більш вигідним є широке вікно виявлення. Плюс можна використати нижчу тактову частоту каналу для високошвидкісного запису.

Носій інформації та стратегія запису В якості носія інформації Blu-ray Disc використовує плівку зі змінним фазовим станом. Така плівка поділяється на два типи: схожий приклад – те, що називається GST-типом (GeSbTe стехіометричний композит), що використовується для DVD-RAM, та інший – евтектичний тип, що використовується для CD-RW, DVD-RW та +RW. У кожного типу є свої переваги в особливостях запису, що повторюється, і високошвидкісного запису. Щоб допустити застосування обох типів плівок із змінним фазовим станом для Blu-ray Disc було створено шаблон запису.

У BD-RE V1.0 найбільша потужність запису при 36Мбіт/с становить 5.2мВт (10.4мВт для двох шарів).

Структура формату файлової системи програми

Стандарт BD-RE складається з трьох частин: Частина 1 (Фізичний формат), Частина 2 (Формат файлової системи) та Частина 3 (формат Програми). Тут пояснені тези формату програми для R і RE та формат файлової системи.

Формат програми для R та RE

Функція прямого запису цифрового мовлення Ця функція дозволяє записувати не тільки зображення цифрового мовлення без руйнування якості зображення, але в сукупності також даних телеметрії і даних багатоканального звуку. З цією метою формат використовує MPEG-2TS (Транспортний потік), що використовується в цифровому мовленні як тип потоку для запису.

Отримані MPEG-2TS записуються на диск як фрагмент AV файлу потоку (рис. 4).

disc

Функція довільного доступу та прискореного відтворення Для забезпечення функції, яка дозволяє здійснити довільний доступ до бажаної сцени в MPEG-2TS та прискорене відтворення, кожен фрагмент AV файлу потоку має таблицю для отримання позиції записаних даних, відповідних часу відтворення, затребуваному користувачем. Таблиці зберігаються у файлі інформації про фрагмент (CLIPINF), показаному на рис.4.

Функція редагування та маркування Файл PLAYLIST призначений для видалення непотрібних сцен без копіювання або перенесення записаних даних як у випадку зі стрічкою, та редагування матеріалу, що записується на диск, без обробки вихідного зображення (рис.4). Файл PLAYLIST містить інформацію про порядок відтворення, необхідну для того, щоб визначити, яка частина Фрагменту AV потоку відтворюється.

Файл PLAYLIST також містить інформацію про закладки для швидкого доступу до вибраних сцен.

Функція пошуку вмісту У кожному файлі, пов'язаному з піктограмою, яка являє собою зменшене зображення, зберігаються ці піктограми зображень та закладки для сцен. Це дозволяє шукати вміст і закладки, переглядаючи зменшені ескізи.

Формат файлової системи

Швидкий відгук Щоб скоротити, наскільки це можливо, відгук пристрою з часу встановлення диска в трей до готовності до запису/відтворення файли, що не є потоковими файлами, зберігаються поблизу певної області на диску.

Висока надійність Навіть якщо дані, що зберігаються, стають неможливим прочитати через подряпини або пил, слід уникативипадків втрати записаних даних, наскільки це можливо. Тому формат файлової системи має механізм, який завжди копіює файли плейлистів, частину файлів піктограм, файли інформації про фрагмент і т.д. в іншу область запису для резервного копіювання.

Всі ці відмінні риси формату Blu-ray забезпечують високий рівень інтерактивності, значне скорочення часу старту диска, високу захищеність інформації, що зберігається.

http://01010101.ru/hd-blu-ray/blu-ray-disc-kak-novyj-format.html Blu-ray Disc як новий формат 2014-03-26T19:06:59+00:00 Олексій Касьянов HD & Blu-ray Blu-ray Розглянемо докладніше Blu-ray з точки зору технічних характеристик, що впливають на виробничу сумісність різних типів дисків R (одноразово записується), RE (перезаписуваний) і ROM (тільки для читання). Спільними для цих стандартів є такі ключові параметри, як довжина хвилі, числова апертура, діаметр та товщина диска, діаметр центрального отвору. Blu-ray-формат використовує модуляцію. Олексій Касьянов Олексій Касьянов [email protected]