DVD-Дисководы и защита содержимого носителей данных

Компакт-диск (CD) открыл новый мир для персонального компьютера. Этот несложный в массовом производстве пластиковый диск может содержать до 1 часа стереофонической музыки или более 650 Мбайт компьютерных программ и данных. Производители программного обеспечения быстро оценили большие возможности компакт-диска (CD-ROM) в качестве носителя для всех типов мультимедийных приложений, больших баз данных и интерактивных игр. Но в настоящее время обычный компакт-диск уже не удовлетворяет возросшим требованиям приложений, перерабатывающих большое количество данных. Ему на смену пришло новое поколение оптических носителей информации высокой плотности под названием DVD (Digital Versatile Disk) — универсальный цифровой диск (рис. 15.1). Универсальный потому, что он может содержать как программы и данные, так изображение и звук. Но дело не в названии, а в том, что DVD-технология обещает обеспечить настольный компьютер съемным накопителем емкостью до 17 Гбайт. В данной главе приводится информации о структуре и работе накопителей DVD, применяемых в персональных компьютерах. Описывается последовательность их установки на компьютер и проблемы диагностики неисправностей.

Рис. 15.1

DVD-Дисковод Creative Labs

Потенциал DVD-технологии_____________

Аргументы в пользу использования DVD-диска неоспоримы, поскольку он является сменным накопителем с емкостью в несколько гигабайтов, что открывает невиданные возможности для развития программного обеспечения и развлечений (игры, видеофильмы и музыка). В настоящее время в продаже имеются два типа DVD-дисков: DVD-Video и DVD-ROM. Диски DVD-Video предназначены для хранения видеофильмов (по аналогии с записью музыки на CD-ROM). Co временем, диск DVD-Video заменит видеокассету в домашнем кинотеатре. Название DVD-ROM обозначает диск, содержащий программы и данные, предназначенные для компьютерного использования. Если информация с обычного компакт-диска считывается через устанавливаемый в компьютере дисковод CD-ROM, то для чтения DVD-дисков используется соответствующий накопитель, далее именуемый дисководом DVD-ROM или просто дисковод DVD. Достоинства DVD-дисков используются в различных областях, имеющих дело с хранением и обработкой информации:

■     Голливуд был главным фактором в развитии индустрии дисков DVD-Video: на один видеодиск можно записать полнометражные кинофильмы, звуковые дорожки и даже многоязычные субтитры. Поскольку информация со всех DVD-дисков считывается лазерным лучом, то в процессе воспроизведения отсутствует физический контакт между диском и устройством воспроизведения. В результате не происходит изнашивание носителя, как это имеет место в случае видеопленки, используемой в видеомагнитофоне.

■     Деловые презентации, образование и профессиональный тренинг также получают пользу от использования DVD-технологии. Анимация, графики и схемы, а также интерактивные программы могут быть интегрированы с видео в реальном масштабе времени. Все это дает возможность проводить тренировку с имитацией реальной ситуации, о чем CD-ROM-технология только мечтает.

■     В области архивирования возможности DVD-технологии просто безграничны. Программные карты, телефонные справочники и энциклопедии — все программы, которые используют несколько компакт-дисков, теперь могут иметь дело только с одним DVD-диском, который к тому же обеспечивает беспрецедентную детализацию информации.

■     Любое программное обеспечение компьютера, обрабатывающее большой объем информации, (в особенности 3-х мерные и другие интерактивные игры) получают сильный импульс развития, обуславливаемый огромным объемом хранилища данных, предоставляемый использованием DVD-технологии.

Спецификации и стандарты___________

Следующим этапом знакомства с DVD-технологией является понимание различных надписей, указанных на корпусе дисководов и дисков, и спецификаций, осуществление которых делает возможной существование и реализацию DVD-технологии. Для этого нет необходимости вникатьв мелкие подробности, надолишь знать те основы, которые помогут понимать техническое описание устройств.

Время доступа

Время доступа—это промежуток времени, необходимый для нахождения на диске требуемой информации. Устройства чтения компакт-дисков и DVD-дисков работают довольно медленно. Они могут затрачивать на поиск информации до нескольких сотен миллисекунд. Старые дисководы DVD компании Toshiba, входившие в комплект Diamond Multimedias Maximum DVD Kit имели время доступа 200 мс (по сравнению с 100 мс для компакт-дисков). Однако со временем дисководы DVD стали намного быстрее и сегодня они сравнялись по этому показателю с дисководами CD-ROM. Например, последняя модель дисковода Creative Labs Encore 16X DVD имеет время доступа только 120 мс.

Скорость передачи данных

После того как данные на диске найдены, их необходимо передать от диска в систему. Чтение и передача данных осуществляются в два этапа, каждый из которых характеризуется своей скоростью. Скорость первого этапа (скорость потока данных) определяет быстроту считывания данных с диска во встроенный буфер. Скорость второго этапа (скорость интерфейса) характеризует быстроту передачи данных через интерфейс в контроллер накопителя. Обычно при сравнении устройств используют скорость потока данных. Устройство Creative Labs Encore 16X DVD обеспечивает скорость потока данных в 22,1 Мбайт/с,
при этом используемый интерфейс UDMA, режим 2, имеет пропускную способность 33,3 Мбайт/с. Таким образом, имеется значительный запас по пропускной способности интерфейса. Почти все современные дисководы DVD-дисков имеют интерфейс EIDE (UDMA). Но, естественно, существуют и дисководы с интерфейсом SCSI.

Как и их CD-собратья, скорость DVD-дисководов отсчитывается от опорного значения «однократной» скорости, которое равно 1,32 Мбит/с. Сравнение DVD- и CD-скоростей приведено в табл. 15.1.

Форматные соотношения

Форматное соотношение характеризует отношение ширины экранного изображения к его высоте. Традиционные телевизоры всегда имели это соотношение, равное 4:3 (грубо говоря, почти квадрат). Широкоэкранные дисплеи с соотношением 16:9 или 20:9 (подобные экрану кинотеатра) выглядят как прямоугольники. DVD-технология использует 4 формата вывода изображения на экран, чем достигается большая универсальность. Видеоизображение может записываться на DVD-диск в телевизионном стандарте 4:3 или в широкоэкранном формате 16:9. Устройства чтения DVD-дисков могут выводить видео информацию в 4-х различных форматах: я   Полный кадр видеоизображения 4:3 (для экрана формата 4:3).

■     Конвертный формат видеоизображения (Letterbox) 16:9 (для экрана формата 4:3).

■     Формат панорамирования видеоизображения (Pan and Scan) 16:9 (для экрана формата 4:3).

■     Широкоэкранный формат 16:9 (для экрана формата 16:9).

Полный кадр

Полнокадровое видеоизображения (Full Frame Video) — это обычное телевизионное изображение, преобразованное для хранения на DVD-диске. В таком формате на DVD-диски записываются шоу и кинофильмы, предназначенные для телевизионного просмотра.

Конвертный формат

При просмотре фильма в конвертном формате (Letterbox) устройство воспроизведения добавляет темные полосы вверху и внизу изображения. Затем изображение масштабируется таким образом, что фильм воспроизводится на оставшейся части экрана в том же виде, в каком зритель видит его в кинотеатре. Для фильмов в формате NTSC это дает 360 строк развертки. При этом получаемое разрешение на треть лучше, нежели у видеокассеты в формате VHS, где количество строк развертки равно 242.

Формат панорамирования

Панорамирование может быть автоматическим или ручным и осуществляется в горизонтальном направлении. При автоматическом панорамировании угол зрения камеры изменяется так, как это было предопределено изготовителем DVD-диска. Ручное панорамирование позволяет зрителю выбирать точки наблюдения между различными камерами по своему усмотрению. Также как и в случае других функций (например, выбор языка) издатель диска должен встроить эту функцию для того, чтобы она была доступна зрителю.

Масштабирование изображения (часто путают с панорамированием) заключается втом, что выбранная пользователем часть кадра подвергается увеличению. Масштабирование сопровождается сглаживанием изображения, чтобы его повышенная зернистость не была заметна. Масштабирование изображения не входит в стандарт DVD.

Широкоэкранный формат

Широкоэкранный формат похож на конвертный формат с точки зрения его наблюдения на экране монитора или телевизора, но это два разных формата. Телевизоры и компьютерные мониторы производятся с форматным соотношением, равным 4:3, и выводимое на экран изображение будет помешено в конверт (letterbox). При внимательном рассмотрении верхней и нижней частей широкоформатного изображения можно заметить несколько дополнительных черных линий. Черные линии добавляются в том случае, если фильм был сделан для DVD-технологии, поскольку он в точности не совпадает с форматом 16:9 широкого экрана. (Фильмы немного шире).

В отличие от конвертного формата в широкоэкранных фильмах не приносится в жертву вертикальное разрешение при заполнении области экрана. На мониторе компьютера с высоким разрешением легко заметить белее четкое изображение по сравнению с изображением в конвертном формате (letterbox). Если воспроизводящее устройство не помещает изображение в конверт (и изображение занимает весь экран), то символы в изображении будут казаться очень вытянутыми и тонкими. По мере того, как все доступнее становится широкоэкранное цифровое телевидение, широкоформатные фильмы можно будет воспроизводить в их полном формате (по ширине и высоте) без использования конвертного формата (letterbox).

Книги и стандарты

Как было сказано в гл. 14, технология компакт-дисков (CD) основывается на ряде стандартов, которые называются книгами. Каждый стандарт оформлен в виде книги с переплетом различного цвета. Например, стандарты, определяющие технологию звуковых компакт-дисков, называются Красной книгой. Аналогично, DVD-технология определяется набором книг (они обозначаются латинскими буквами от Адо Е), приведенных в табл. 15.2.

Размеры DVD-дисков

Технология DVD предоставляет значительно более емкие диски по сравнению с традиционными компакт-дисками. Емкость одного однослойного одностороннего диска составляет 4,7 Гбайт. Стандарт описывает диски, которые могут содержатьдо четырех слоев данных, по два слоя с каждой стороны диска. Это позволяет записать на одном диске до 17 Гбайт информации. Параметры различных типов DVD-дисков приведены в табл. 1 5.3.

DVD-5 (4,7 Гбайт) однослойный односторонний. Емкость такого диска составляет 4,7 Гбайт, что округленно дает 5, откуда и произошло обозначение этого типа. Это самый распространенный и дешевый тип дисков. Несмотря на то, что данные содержит только одна его сторона, его толщина составляет 1,2 мм, как и у двухслойный дисков. На свободную сторону диска можно нанести произвольную печатную информацию.

DVD-9 (8,5 Гбайт) односторонний двухслойный. Диск этого типа содержит два слоя данных на одной и той де стороне. Его емкость составляет 8,5 Гбайт, и его не нужно переворачивать в процессе работы. Так как для обеспечения надежного считывания обоих слоев питы каждой из дорожек примерно на 10% длиннее, чем в однослойном варианте, то емкость диска меньше емкости двух дисков DVD-5. На свободной стороне диска может быть напечатана произвольная информация.

DVD-10 (9,4 Гбайт) двухсторонний однослойный. Каждый слой такого диска содержит до 4,7 Гбайт данных, что в сумме и составляет его емкость 9,4 Гбайт. Для доступа ко всему объему информации диск приходится переворачивать (хотя некоторые DVD-приводы оснащены двумя лазерными головками, что позволяет считывать данные, не переворачивая диск). Одним из недостатков является отсутствие достаточного места для этикетки — единственная зона, в которому могут быть нанесены надписи, располагается непосредственно вокруг отверстия в диске.

DVD-18 (17,1 Гбайт) двухсторонний двухслойный. Наиболееемкий вариант диска, который может содержать многие часы видео, звука, а также громадный объем данных. Он является самым сложным и дорогим в производстве. В настоящее время широкого распространения этот тип дисков пока не получил.

Форматы данных

Все DVD-диски записываются в некотором формате данных, который определяет размещение данных на диске. Форматы данных являются важным моментом, поскольку они определяют такие структуры данных на диске как тома, файлы, блоки, сектора, коды CRC, пути, записи, таблицы размещения файлов, разделы, наборы символов, отметки времени, а также методы чтения и записи данных. Формат, используемый в большинстве книг стандартов, называется UDFBridge. Формат UDF Bridge является комбинацией UDF (Universal Data Format) — универсального формата данных, разработанного ассоциацией по технике и технологии оптических накопителей OSTA (Optical Storage Technology Association), и стандарта ISO-9660, используемого для записи компакт-дисков (CD). Иногда форматом UDF называют стандарт ISO/IEC 13346. Формат UDF является очень гибким, и он одобрен для использования в перезаписываемых компакт-дисках (CD-RW) и универсальных цифровых дисках (DVD). Формат предусматривает обратную совместимость со стандартом ISO-9660, который поддерживается многими операционными системами, в частности, Windows. Дальнейшая судьба формата во многом зависит от того, что будет использоваться в качестве стандарта в последующих версиях операционных систем компании Microsoft. Предполагается также, что автономные устройства воспроизведения фильмов с DVD-дисков будут использовать формат UDF. После появления операционной системы Windows произошел отказ от формата UDF Bridge в пользу полной поддержки формата UDF. В настоящее время все диски DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW используют файловую систему UDF.

Стандарты звука и видео

Несмотря на громадную емкость DVD-дисков, полнометражный звуковой фильм при записи в реальном времени никогда не поместиться на DVD-диск без использования сжатия информации. Необходимо сжимать как звук, так и движущееся изображение. Для этого используется сжатие по стандарту MPEG. Для сжатия видеоданных используется несколько стандартов. Стандарт MPEG-1 (ISO/IEC 11117-2) использует постоянную скорость передачи данных и обеспечивает скорость 30 кадров в секунду с разрешением 352x240. Стандарт М PEG-2 (ISO/I ЕС 13818-2) использует переменную скорость передачи данных и обеспечивает скорость 60 кадров в секунду с разрешением 720x480. Для сжатия звука также используется несколько стандартов. Стандарт MPEG-1 (ISO/IEC 11117-3) обеспечивает стереозвук (два канала). Стандарт MPEG-2 (ISO/IEC 13818-3) поддерживает объемный звук в форматах 5.1 и 7.1. Стандарт Dolby АС-3 поддерживает объемный звук в формате 5. 1.

Обработка звука в стандартах MPEG-2 и АС-3 производится с частотой 48 кГц, а в MPEG-1 — только с частотой 44,1 кГц. Для DVD-технологии предпочтительной считается схема сжатия звука пб стандарту MPEG-2.

Совместимость с компакт-дисками (CD)

Одним из наиболее важных аспектов любой технологии является вопрос обеспечение обратной совместимости — поддержка новыми устройствами уже существующих носителей информации. Этот аспект важен и для дисководов DVD. Поскольку DVD-технология развивалась на основе существующей технологии компьютерных компакт дисков, DVD-технология предназначалась для замены CD-ROM, а не для совместного их существования. В идеале из компьютера удаляется дисковод CD-ROM, а на его место устанавливается дисковод DVD. Это означает то, что устройства DVD должны быть по возможности совместимыми со всеми существующими стандартами CD. Ранние модели дисководов DVD поддерживали только ограниченное число форматов — CD-Audio, CD-ROM, CD-I, CD-ROM/XA и Video CD. Поддержка многосеансных (Photo CD) и записываемых компакт-дисков (CD-R) была более проблематична. Современные накопители, такие как Creative Labs Encore 12X поддерживают всю гамму дисковых форматов, включая CD-Audio, CD-ROM, CD-I, CD-ROM/XA, Photo CD, CD-R, CD-RW, Video CD, DVD-Video и даже DAE (Digital Audio extraction — извлечение цифрового звука).

Если какая-то ранняя модель дйиководаDVD не читает диски P-ioto CD и CD-R, то необходимо обновить микропрограмму дисковода (ипл эам«<»гь сам дисковод) с тем, чтобы он мог работать с новыми форматами.

Запись и перезапись

История развития DVD повторяет историю CD. Вначале появились устройства, способные только читать информацию. Потом появились приводы, способные к однократной записи диска. С дальнейшим развитием технологии стали выпускаться и дисководы,которые выполняют многократную перезапись дисков. Но при этом дело осложнилось тем, что (в отличие от традиционного компакт-диска) мир производителей раскололся на несколько частей, и возникло три конкурирующих между собой формата для записываемых и перезаписываемых DVD-дисков.

DVD-RAM был разработан консорциумом из десяти производителей в 1997 году. Диски DVD-RAM, отвечающие спецификации 1.0, имеют емкость 2,6 Гбайт для односторонних и 5,2 Гбайт для двусторонних дисков. Первые промышленные образцы устройств DVD-RAM появились весной 1998 года. Для хранения дисков используется специальный картридж, так как они очень чувствительны к механическим воздействиям. Для двухсторонних дисков картридж является неразборным, и вытащить диск из него нельзя, а из «одностороннего» картриджа диск можно извлечь и использовать в обычном DVD-устройстве. Данный стандарт принят и поддерживается организацией DVD Forum (www.dvdforum.org).

DVD-R и DVD-RW. Этот формат изначально разработан фирмой Pioneer и изначально предназначен для домашнего применения, в качестве средства записи потоковой аудио-и видеоинформации. Вследствие этого он содержит серьезные ограничения при использовании для хранения данных с произвольным доступом. Кроме того, первоначальный стандарт DVD-RW был несовместим с DVD-ROM, и даже последняя его редакция стандарта имеет существенные ограничения (например, время записи не более двух часов с фиксированным битрейтом, необходимость «закрытия» диска аналогично CD-R и т.п.). Данный стандарт также принят DVD Forum в качестве стандарта. При этом стандарт DVD-R существует в двух вариантах - G (General) и A (Authoring). В первой, предназначенной для домашнего применения, используется лазер с длиной волны 650 нм, а во второй - 635 нм. Это сделано для обеспечения совместимости спецификаций DVD-R (G) и DVD-RAM,

DVD+R и DVD+RW. В 1997 году из консорциума по разработке DVD-RAM вышли Sony, Hewlett Packard, Mitsubishi Chemical/Verbatim, Yamaha, Philips и Ricoh. Эти компании начали разработку конкурирующего формата, который в результате получил название DVD+RW. Использование знака «плюс» было удачным маркетинговым ходом, в результате которого стандарты конкурентов стали восприниматься как написанные с «минусом». По потребительским свойствам стандарты с «плюсом» и «минусом» близки друг к другу, хотя на практике DVD-R/RW показывает лучшую совместимость с бытовыми DVD-плеерами, a DVD+R/RW более подходит для хранения произвольных данных, обеспечивая чуть большую скорость записи и перезаписи. Стандарт поддерживается ассоциацией DVD+RW Alliance (www.dvdrw.com).

В настоящее время на рынке представлены мультиформатные устройства, которые поддерживают как «плюсовые», так и «минусовые» диски, и выбор стандарта определяется в основном задачами и требованием совместимости с другим оборудованием (с теми же бытовыми плеерами, например). В табл. 15.4 приведены сведения о взаимной совместимости различных стандартов записи и перезаписи (знак ± означает совместимость не со всеми устройствами).

Кроме того, уже существуют и двухслойные записываемые диски. В октябре 2003 года Phillips и Mitsubishi Kagaku Media (MKM/Verbatim) объявили о разработке технологии двухслойной записи дисков DVD+R. Первая практическая демонстрация новой технологии состоялась в том же месяце на выставке СЕАТЕС 2003 в Японии. Первые серийные устройства, поддерживающие двухслойные диски, Phillips выпустил в апреле 2004 года. На один двухслойный диск входит 8,5 Гбайт данных (против 4,7 Гбайт у обычных однослойных) или четыре часа DVD-видео (при этом оба слоя находятся на одной стороне, то есть носитель переворачивать не нужно). Диски совместимы с существующими DVD-проигрывателями и приводами DVD-ROM. Первой моделью стал дисковод DVDRW885K, поддерживающий восьмискоростную запись. В июне выпущен пишущий привод DVDR1640K, который, помимо поддержки двухслойное™, обеспечивает 16-кратную скорость чтения DVD-ROM и записи DVD+R (скорость перезаписи DVD+RW сохранилась на стандартной отметке 4х, как и скорости DVD-R/RW на 4х/8х). Стоимость новых устройств ненамного превышает их однослойные аналоги, так что можно ожидать, что через некоторое время двухслойные пишущие приводы полностью вытеснят однослойные.

Защита содержимого носителей данных

Одной из проблем электронных носителей информации является их защита от несанкционированного копирования и использования их содержимого. Закон о защите авторских прав запрещает несанкционированное использование электронных носителей информации, и компании постоянно борются с легкостью копирования данных, разрабатывая новые методы защиты своих прав на интеллектуальную собственность. Существует несколько методов защиты содержимого электронных носителей информации.

Региональный код контроля

Киностудии хотят контролировать продажу предназначенных для домашнего просмотра кинофильмов в разных странах, поскольку в разных странах один и тот же кинофильм появляется в разное время. Они потребовали, чтобы в DVD-стандарт были введены коды, которые препятствовали бы использованию определенных дисков в определенных географических районах. Каждое устройство воспроизведения имеет код, соответствующий месту его продажи. Такое устройство не будет воспроизводить диски, не разрешенные для данного региона. Это означает, что диски, купленные в одной стране, не будут воспроизводиться на проигрывателе, купленном в другой стране. В табл. 15.5 приведены региональные коды и соответствующие им регионы. Следует иметь в виду, что использование региональных кодов являются делом сугубо добровольным, и диски, не содержащие эти коды, будут воспроизводиться на проигрывателе из любой страны.

Большинство проигрывателей последнего времени продаются без при-свренйощШрёгйоналйого.кода/ Этот код присваивается в тот момент, когда в устроило, вотаёляейягйиск^ и он может быть изменен до 4-х или 5-ти раз, прежде Чем бурет. зафиксирован микропрограммой дисковода.

Региональные коды и операционная система Windows

В операционных системах Windows региональный код DVD присваивается во время установки операционной системы при выборе страны в диалоговом окне «Выбор страны пребывания» (Establishing Your Location). Когда первый раз в устройство чтения DVD-дисков вставляется диск с фильмом, операционная система Windows сравнивает региональный код диска с кодом, заданным во время установки операционной системы. Если эти коды не совпадают, то установленный по умолчанию региональный код операционная система изменяет на код, указанный в DVD-диске.

После того как код выбранного региона был зафиксирован в дисководе, его можно изменить еще 4 раза (общее количество замен равно 5). Если используемый DVD-диск имеет код, отличный от установленного в дисководе, то появляется диалоговое окно с сообщением о том, что диск не из данного региона. После этого появляется региональный код диска и региональный код дисковода DVD наряду со списком новых регионов проигрывателя, из которых можно сделать выбор. При выборе нового региона появляется предупреждающее сообщение о том, сколько осталось попыток изменения регионального кода, прежде чем он будет зафиксирован окончательно. Дисковод DVD принуждает пользователя изменить номер региона. После каждого изменения кода региона в ПЗУ дисковода записывается новый региональный код. При достижении максимального количества произведенных изменений регионального кода микропрограмма дисковода DVD блокирует дальнейшие попытки его изменения. В дальнейшем код может быть изменен только производителем дисковода, или же придется устанавливать другой дисковод DVD.

Система защиты от копирования Macrovision

Macrovision (например, Macrovision 7) — это патентованная схема зашиты от копирования, в которой используется специальный сигнал, не выводимый на экран вместе с видео сигналом. Система Macrovision изменяет сигнал управления автоматической регулировкой уровня записи (АРУ) и тем самым делает невозможным перезапись DVD-диска на видеокассету.

Система управления копированием CGSM

Диски DVD могут содержать информацию, которая используется для предотвращения копирования информации в том случае, если видеомагнитофон оборудован системой управления копированием CGMS (Copy Generation Management System). Несколько производителей видеомагнитофонов используют систему CGSM, которая работает на основе сигнала, внедренного в видеоизображение области экрана, которая не видна зрителю. Эта система работает только в том случае, когда и устройство воспроизведения и устройство записи поддерживают данную технологию.

Система шифрования содержимого CSS

Для предотвращения высококачественного цифрового копирования видеофильмов была разработана криптографическая система защиты данных, которую назвали системой шифрования содержимого — CSS (Content Scrambling System). Технология CSS включает в себя аутентификацию устройств, обмен ключами и декодирование содержимого DVD-диска. В некоторых дисководах DVD для персональных компьютеров используется аппаратное декодирование, осуществляемое специальной платой.

Обсудить статью на форуме

Если прочитаная статья из нашей обширной энциклопедия компьютера - "DVD-Дисководы и защита содержимого носителей данных", оказалась полезной или интересной, Вы можете поставить закладку в социальной сети или в своём блоге на данную страницу:

Так же Вы можете задать вопрос по статье через форму обратной связи, в сообщение обязательно указывайте название или ссылку на статью!