#9/2006 • ПОЛЕЗНО ЗНАТЬ

www.kramer.ru, e-mail: academy@kramer.ru

СТРАСТИ ПО СИНЕМУ ЛУЧУ

«Что было, то и будет; и что делалось, то и будет делаться, и нет ничего нового под Солнцем».

ПРАВ БЫЛ ЕККЛЕСИАСТ, ОЙ КАК ПРАВ! ИБО СКОЛЬКО СУЩЕСТВУЕТ ТЕХНИКА, СТОЛЬКО СУЩЕСТВУЮТ ПРОБЛЕМЫ НЕСОВМЕСТИМОСТИ, НАЧИНАЯ C ШИРИНЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ КОЛЕИ И ЗАКАНЧИВАЯ РАЗЛИЧИЯМИ В КАЛИБРЕ АВТОМАТНЫХ ПАТРОНОВ: У НАС — 5,45 ММ, А У НАТО — 5,56. ЧТОБЫ ОКОНЧАТЕЛЬНО ЗАПУТАТЬ ДРУГ ДРУГА, ВЕРОЯТНЫЕ ПРОТИВНИКИ ЕЩЕ И ИЗМЕРЯЮТ ЭТОТ КАЛИБР ПО-РАЗНОМУ.

В области высоких технологий дела обстоят в точности так же. Три несовместимых между собой телевизионных стандарта, дивная история с борьбой видеоформатов VHS и Betamax и из последнего — «плюсовые» и «минусовые» войны форматов перезаписываемых дисков DVD. И вот, новое хайтек-сражение XXI века: Blu-ray Disk (BD-ROM) против HD-DVD. Как говорил персонаж известной детской книжки: «Кто кого сборет, слон или кит?» Давайте создадим хронику этих захватывающих сражений с точки зрения обычного «энд-юзера», то есть нас с вами.

Привычными и чрезвычайно распространенными компакт-дисками мы пользуемся чуть более 20 лет, а кажется, что они были всегда. Давно забыты дискеты, не выдержали конкуренции магнитооптические диски, а простые и дешевые «сидишки» надолго поселились на наших компьютерах.

История DVD восходит к 1994 году, когда впервые собрался специальный комитет кинопроизводителей, постановивший создать формат для записи фильмов на дисках. Через год появились два формата: Multimedia CD (MMCD) от Philips/Sony и Superdisc (SD) от Toshiba, Matsushita, Pioneer и Warner. Однако тогда удалось доказать разработчикам, что гораздо выгоднее создать единый стандарт, и в итоге в декабре 1995 года на свет появилась спецификация DVD.

В сентябре 1996 года вышли финальные спецификации DVD-Video для домашнего просмотра и DVD-ROM для персональных компьютеров, а через месяц была утверждена система защиты от копирования Content Scrambling System (CSS).

Первые DVD-плееры и диски появились в Японии в ноябре 1996-го, а на сей момент только в США продано больше 80 миллионов DVD-плееров.

Но на сегодняшний день возможности DVD практически исчерпаны: емкость дисков недостаточна для записи программ в формате HDTV. Фильмы на DVD в «обычном» формате записывают с горизонтальным разрешением 480p, то есть 480 строк на кадр, а для High Definition TV требуется разрешение 720p или 1080i, соответственно, для хранения информации нужно значительно больше места, чем может обеспечить DVD. Например, на двухслойный BD-ROM ёмкостью 50 Гб можно записать около двух с половиной часов видео в формате HDTV, а в «обычном» качестве — до 13 часов. Конечно, без хорошего жидкокристаллического или плазменного HD-телевизора вы вряд ли заметите разницу в качестве изображения.

Ещё одна причина перехода на новый стандарт состоит в том, что из-за ошибок программистов фирмы Xing, создававших защиту CSS, она была довольно быстро взломана. Группа, создавшая программу DeCSS, смогла обойти препоны, используя слабо защищенный ключ дешифрования Xing DVD. В результате DVD копировать стало так же легко, как музыкальные CD.

Технические причины перехода на новый стандарт записи видео очевидны, но есть и еще одна, финансовая, о которой голливудские студии предпочитают вслух не говорить. Перед ними открывается поистине захватывающая перспектива: оцифровать в новом формате и заново продать уже снятые фильмы и записанную музыку. И не надо думать, что из этого ничего не выйдет, еще как выйдет. Изъятие денег из карманов благодарных зрителей произойдет уже в третий раз, первый был при переходе на формат VHS, а второй — на DVD. Понятно, что, предвкушая огромные прибыли, производители не жалеют денег на финансирование работ, и результаты не замедлили появиться.

Первоначально единственным форматом, который превосходил DVD по объему и был пригоден для записи и воспроизведения видео в 1080i, были видеокассеты D-VHS. Однако всем было понятно, что это техническое решение — не более чем паллиатив, поскольку магнитной видеозаписи присущ целый ряд принципиальных, органических пороков, главными из которых являются последовательный, а не параллельный доступ к фрагментам записи, наличие сложной и дорогой механики приводов, а также заметное ухудшение со временем качества записи. Нужны были новые технические решения, лежащие в области оптической записи.

В феврале 2002 года Hitachi, LG Electronics, Matsushita Electric, Pioneer, Philips, Samsung, Sharp, Sony и Thomson Multimedia объявили о разработке спецификации на формат оптических дисков нового поколения, получивший название Blu-ray Disc. Название указывает на основную особенность нового формата — использование сине-фиолетового лазера. Ошибка в слове «Blue» («синий») была сделана не случайно, так как технологию Blue-ray запатентовать бы не удалось — слишком распространенные слова.

В сентябре того же года конкуренты в лице Toshiba и NEC нанесли ответный удар: был представлен формат Advanced Optical Disc (AOD).

Так сложилось противостояние двух форматов — Blu-ray Disc против AOD. Решение о том, какой из них будет признан стандартным, должен был принять консорциум компаний DVD Forum. Ожидалось, что решение будет принято в пользу Blu-ray Disc, поскольку у этой технологии было заметно больше сторонников, но... с незначительным перевесом голосов (8 против 6) решение было принято в пользу спецификации AOD, которая к тому времени была переименована в HD-DVD. Летом 2004 года наконец была утверждена спецификация HD-DVD 1.0.

Попробуем сравнить форматы Blu-ray Disc и HD-DVD.

Общего между ними очень мало — только стандартный размер диска и сине-фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм. Коротковолновые сине-фиолетовые лазеры научились делать сравнительно недавно, и они, в отличие от красных, используемых в DVD, с длиной волны 650 нм, позволяют записывать информацию на диск со значительно большей плотностью (до 27 Гб данных на слой).

С точки зрения производителей «железа», формат HD-DVD гораздо выгоднее, поскольку он обладает высокой обратной совместимостью с DVD, тогда как Blu-ray коренным образом отличается от DVD. Его диски имеют принципиально иную конструкцию, а приводы используют совершенно новые алгоритмы считывания и обработки информации.

Для перехода на выпуск приводов и дисков HD-DVD потребуется обычная модернизация существующих линий. Элементная база приводов остается практически прежней, поскольку формат наследует алгоритмы чтения и коррекции данных DVD, а вот оптическая головка нужна другая.

Диски HD-DVD имеют прежний размер и конструкцию. Благодаря применению более коротковолнового лазера расстояние между дорожками и размер питов удалось уменьшить почти в два раза по сравнению с DVD, а объем однослойного диска вырос с 4,7 до 15 Гб, но возможно создание двухслойных дисков емкостью 30 Гб и трёхслойных емкостью 45 Гб.

Как уже говорилось, формат Blu-ray принципиально отличается от DVD, и прежде всего — конструкцией диска и алгоритмами обработки информации.

Особенность конструкции дисков Blu-ray — очень маленькое расстояние между записывающим слоем и поверхностью — всего 0,1 мм по сравнению с 0,6 мм у DVD и HD-DVD, что позволило уменьшить искажения лазерного луча и время отклика. Однако за техническое совершенство обычно приходится платить сложностью в эксплуатации. Так получилось и здесь, диски формата Blu-ray оказались очень чувствительными к малейшим царапинам и загрязнениям, поэтому их пришлось помещать в специальные картриджи, как это было много лет назад с некоторыми дисками CD-ROM. Позже удалось разработать специальные покрытия для дисков, и от картриджей смогли отказаться, однако царапина, которую привод диска CD-ROM и DVD-ROM легко преодолевает, для BR-диска, скорее всего, окажется фатальной. Однослойный BR-диск по сравнению с диском HD-DVD более емкий, на нем можно разместить до 27 Гб данных, на двухслойном помещается до 50 Гб, а Toshiba выпустила четырёхслойный ёмкостью 100 Гб.

Основные характеристики оптических приводов сведены в таблицу.

Некоторые данные из таблицы требуют пояснения.

Апертурой (от латинского слова apertura — отверстие) называют действующее отверстие оптической системы, определяемое размером линз.

Угол a между крайними лучами светового пучка называется угловой апертурой, числовая апертура равна nsin a/2, где n — показатель преломления среды. Применительно к оптическим приводам более высокие значения числовой апертуры означают лучшую способность воспринимать мелкие детали объекта. Чем больше апертура, тем больше света собирает линза и тем более высокое разрешение возможно. Высокая апертура в паре с меньшей длиной волны означает, что для считывания данных требуется луч лазера меньшего сечения.

Поскольку формат Blu-ray обеспечивает меньшее расстояние между дорожками против HD-DVD и DVD, данные упаковываются на диске более плотно.

При воспроизведении на больших экранах изображения 1080i, закодированного в формате MPEG2, становятся видны артефакты телевизионной картинки, поэтому новые форматы оптических дисков помимо кодека MPEG2 поддерживают ещё несколько: MPEG4 AVC (также известный как H.264). Кроме того, применение более современного и мощного кодека MPEG4 AVC может снизить скорость потока в 3 — 4 раза без потери качества.

Формат Blu-ray будет поддерживать Java-приложения, что позволит повысить уровень интерактивности видеодисков. Например, при воспроизведении фильма плеер сможет автоматически подключиться к сайту производителя диска и скачать субтитры на нужном языке.

Важное место в разработке стандартов уделено вопросам защиты контента от копирования. Формат Blu-ray использует 128-битное шифрование Advanced Encryption Standard (AES), при котором ключ меняется через каждые 6 кб данных, что радикально повышает криптостойкость данных и делает взлом весьма проблематичным. HD-DVD использует улучшенную версию метода CSS — Advanced Access Content System (AACS) и в дополнение к нему еще один «рубеж обороны» — Self Protecting Digital Content (SPDC). AACS генерирует для каждого привода собственный 128-битный ключ Device Key (DK), а каждый диск имеет собственный ключ Media Key Block (MKB), который может работать только с определенным набором DK. Если какой-либо набор ключей DK будет заподозрен в противоправных действиях, MKB обновляется и соответствующий набор DK попадает в черный список — содержимое диска на таком приводе воспроизвести не удастся.

Главный вопрос для пользователя сейчас можно сформулировать так: кто победит — Blu-ray или HD-DVD? Голливудская киноиндустрия разделилась на два лагеря: Warner Brothers, New Line Cinema, Universal Studios и Paramount Pictures за HD-DVD, Walt Disney Co., Sony Pictures, 20th Century Fox и MGM — за Blu-ray. Как говорил персонаж фильма «Чапаев»: «Куда крестьянину податься?»

Будем справедливыми — война форматов проходит довольно мирно. Приверженцы противоборствующих лагерей иногда встречаются и ратуют за единый стандарт оптических носителей, но компромисс найти, как уже ясно, не удастся, так как никто не хочет отказываться от собственных наработок.

Впрочем, не все так печально. Появилась информация, что ряд крупных микроэлектронных фирм пытается создать гибридные оптические головки и микросхемы, поддерживающие оба формата. Понятно, что если такой гибридный привод и появится на свет, то будет сложным и дорогим, но, если производители так и не смогут договориться о едином формате, он будет иметь спрос, а массовое производство способно радикально снизить себестоимость продукции.

Ожидается, что сначала Blu-ray-приводы будут стоить значительно дороже HD-DVD, но со временем цены выровняются.

А может, выживут DVD? Например, представители фирмы Iomega уверены, что они еще не исчерпали своих ресурсов. По их мнению, применение нанотехнологии позволит увеличить предел вместимости DVD-дисков в 100 раз, т.е. для двухслойного диска до 850 Гб. Эта технология получила название AO-DVD (Articulated Optical — Digital Versatile Disc). Iomega уверена, что подобные накопители можно будет производить по той же цене, что и обычные DVD.

Кроме того, сотрудники Iomega активно работают над реализацией другого формата наноструктурного кодирования данных — NG-DVD (Nano-Grating DVD), основанного на применении дифракционных нанорешеток для кодирования многослойной информации посредством использования отражательной способности, поляризации, фазирования и рефлективно-ориентационного уплотнения.

Не исключено также, что форматы Blu-ray и HD-DVD в силу каких-то пока не ясных причин не приживутся и со всей остротой встанет вопрос о принципиально новых идеях и технологиях, ведь в новейшей истории радиоэлектроники такое уже было, вспомним хотя бы печальную судьбу магнитооптических приводов и дисков, которым прочили блестящее будущее.

Научно-технические журналы пестрят сообщениями о новых разработках в области хранения данных, а от приводимых цифр буквально кружится голова. Например, компания Colossal Storage Сorporation разрабатывает проект, связанный с созданием 3,5-дюймовых дисков Atomic Holografic Disk ёмкостью 10 Тб!

Ещё один проект предложен HVD Альянсом, в который вошли CMC Magnetics, Fuji Photo Film и ряд других компаний. Это разработка голографических дисков Holografic Versatile Disc (HVD). Емкость такого диска — от 100 до 1000 Гб. Главный секрет — использование не одного луча лазера, а сразу миллиона. Скорость чтения при этом может достигать 1 Гбит в секунду.

Корпорация New Medium Enterprises работает над созданием оптического четырёхслойного диска Versatile Multilayer Disc (VMD), способного вместить 20 Гб и использующего обычный красный лазер.

Наконец, компания D Data разрабатывает Digital Multilayer Disc (DMD) — диск для красного лазера, поддерживающий до шести слоев и имеющий ёмкость 15 Гб. Принцип его работы — активный слой под действием сфокусированного луча лазера начинает светиться (эффект флуоресценции), тогда как в обычном состоянии абсолютно прозрачен. Вот почему количество слоев можно довести до шести и даже больше, главное — точно сфокусировать лазер на нужном слое.

Что будет с этими проектами — сейчас сказать сложно. Может быть, они не выйдут за пределы лабораторий и останутся не более чем красивыми инженерными идеями, а может — начнут стремительно развиваться и вытеснят привычные нам типы устройств записи и воспроизведения данных. l

Структура Holographic Versatile Disc

1. Зеленый пишущий/считывающий лазер (532 нм)

2. Красный позиционирующий/адресный лазер (650 нм)

3. Голограмма (данные)

4. Поликарбонатный слой

5. Фотополимерный слой (содержащий данные)

6. Промежуточные слои

7. Дихроичный слой (отражающий зеленый свет)

8. Алюминиевое зеркало (отражающее красный свет)

9. Прозрачная основа

P. Питы