VIPmagazin
ИнформацияСправочникКонтакты
Информация
Наши телефоны: 354-3471, 353-5481
В помощь покупателю  
Каталог
 
Поиск по каталогу

Искать

 
   
  Теория домашнего кинотеатра

Шедевр цифровой кухни. Blu-Ray - новый цифровой видеоформат

Лариса Степаненко, Константин Быструшкин

"Салон AV" уже писал, что 19 февраля 2002 года произошло очень важное событие, которое будет иметь далеко идущие последствия для всех торговцев рынка бытовой электроники. В этот день ведущие мировые производители AV-аппаратуры - Hitachi, LG Electronucs Inc., Matsushita Electric Industrial Co. Ltd, Pioneer Corp., Royal Philips Electronics, Samsung Electronics Co., Ltd, Sharp Corp, Sony Corp. и Thomson Multimedia, - все они заявили о разработке нового формата оптических дисков высокой емкости на основе использования лазера с длиной волны 405 нм. В обиходе его называют "голубым", хотя более точное определение - "сине-фиолетовый" (blue-violet) лазер, так как его излучение находится на границе видимого и ультрафиолетового диапазонов света. Поэтому он еще известен как ultimate light source - предельный источник света.

Применение коротковолнового лазера позволяет скидывать на 12-сантиметровый оптический Blu-ray Disc (совпадающий по размерам с CD/DVD) до 27 Гб информации, а при использовании двух записываемых слоев - и все 50, то есть в 6 раз больше по сравнению с обычными DVD (здесь вступает в дело красный лазер с длиной волны 650 нм, поэтому у него соответствующий цвет излучения). На одном слое таких дисков умещается всего 4,7 Гб. Этого вполне достаточно, чтобы записать на новом диске 12-часовую программу с качеством обычного DVD или до 4 часов видео высокой четкости (HDTV). Что, в свою очередь, поднимет картинку домашнего театра на принципиально новую высоту. При этом (редчайший случай!), в отличие от записываемых DVD, существующих сегодня в четырех разновидностях (DVD-RAM, DVD-RW, DVD+RW и DVD-R), голубому DVD в самом начале пути счастливым образом удалось избежать конфликта с другими форматами. И это, естественно, будет способствовать популярности "миротворца".

ЗАЧЕМ?

Узнав о рождении нового формата, многие из наших читателей, наверное, с досадой воскликнули: "Доколе! Сколько же можно издеваться над потребителями! Едва мы успели привыкнуть к DVD, как тут новая напасть - голубой лазер. А что делать тем, кто уже успел приобрести DVD-проигрыватель? Выбрасывать его и покупать новый?" Опасения отнюдь не напрасны, так как вся эта эпопея с созданием Blu-ray disc как раз и затевалась с целью полной замены в перспективе сегодняшних устройств на основе технологии DVD. Точно так же, как в свое время появление DVD должно было отправить на свалку истории вмиг устаревшие форматы CD и VideoCD.

На самом деле есть несколько важных причин, по которым изготовители AV-железа вкладывают огромные средства в разработку новых носителей высокой плотности вместо того, чтобы спокойно почивать на лаврах и стричь купоны с производства DVD-аппаратуры. Во-первых, существует объективная потребность в дальнейшем увеличении емкости носителей - это необходимо для повышения качества изображения и звука. Заметьте, как разительно отличается картинка на VideoCD и DVD-Video! В первом случае емкость составляет всего лишь 650 Мб, что не дает записывать в этом формате более-менее продолжительные программы при скорости считывания цифрового потока свыше 1,5 Мб/с. Поэтому качество картинки и звука, сжатых по низкоскоростному алгоритму MPEG-1, оставляет желать лучшего. (Заметим попутно, что китайский SVCD только подтверждает это правило, так как за увеличение скорости считывания данных в нем при использовании MPEG-2 пришлось заплатить слишком высокую цену: время воспроизведения диска уменьшилось до 30-40 минут). Переход же к DVD с увеличенной в 6 раз емкостью и скоростью считывания данных до 10 Мбит/с позволил применить в DVD-Video более расточительные с точки зрения информационных ресурсов методы компрессии изображения (MPEG-2) и звука (Dolby Digital и DTS). Это обеспечило великолепное (по сравнению с VideoCD) качество картинки и трехмерного звука при длительности воспроизведения одного информационного слоя более 2 часов. Увеличение скорости считывания данных до 36 Мбит/с позволит записать на Blu-ray Disc видеопрограммы высокой четкости с разложением растра уже более чем на 1000 строк. Такие программы, кстати, уже передаются в США с 1998 года по каналам цифрового телевидения ATSC. Именно там, по всей видимости, и будет первое время наибольший спрос на DVD-рекордеры с голубым лазером. Тем более что с развитием приемной сети ATSC у американцев уже сформировался внушительный парк телевизоров высокой четкости (на конец прошлого года - более 1,5 млн. шт.).

Кстати, помимо повышения качества картинки, новый формат позволит принципиально улучшить и качество звучания. В Dolby Digital используется глубокая компрессия данных 1:10, что, очевидно, не лучшим образом сказывается на многоканальном звуке. И действительно, записи объемного звучания в системе DTS со сжатием всего в 3-4 раза, бесспорно, намного лучше и естественнее, чем в Dolby Digital. Ясно, что переход на запись многоканального звука вообще без использования компрессии, тем более в форматах 24 бит/96 кГц и 24 бит/192 кГц (или вообще с кодировкой DSD, применяемой в многоканальных SACD), позволит добиться неслыханного звукового реализма.

Впрочем, видеопрограммы HDTV - это все же дело еще достаточно отдаленного будущего, по крайней мере для европейцев. Этакий журавль в небе. А вот возможность многочасовой записи стандартного цифрового видео - вполне реальная синица в руке, которая может понадобиться многим уже сегодня, например, для записи телевизионных программ. Даже с аналогового телеэфира действительно качественного видео можно уместить на DVD+RW не более 3 часов. Ну а цифрового видео со спутникового ресивера или DV-камкордера на обычный записываемый DVD (однослойный) войдет и вовсе лишь часа два с хвостиком. Цифровые видеокамеры стремительно плодятся, желающих иметь возможность создать у себя дома видеоархив компактного размера становится все больше и больше. А с внедрением цифрового телевидения (в том числе и в России) их число еще больше вырастет. Кроме того, Blu-ray Disc, как и пишущие DVD, можно использовать для хранения компьютерных файлов и другой мультимедийной информации.

Если помечтать дальше, то появление столь емкого носителя может дать импульс развитию трехмерного телевидения, для сигналов которого требуется передавать (и хранить, разумеется) гораздо большие объемы информации, чем для обычной плоской картинки. А почему бы и нет? Ведь стереотелевидение уже существует. Причем, помимо традиционных систем с использованием очков с поляризованными светофильтрами, имеются и проекционные стереомониторы с размером экрана 40-50", у которых для разделения изображения левого и правого глаза применяется наклеенный на экран растровый светофильтр. В качестве примера назовем стереотелевизоры фирмы Sanyo, которые мы неоднократно видели на различных международных выставках.

Потребность в постоянном увеличении емкости перезаписываемых носителей сегодня обусловлена еще и тем, что бытовая электроника стремительно начинает объединяться в одну общую домовую информационно-развлекательную сеть на основе интерфейса IEEE-1394 (i.Link), которая будет оперировать растущими объемами информации.

Есть и еще одна причина, побудившая участников нового альянса к объединению. Мировой рынок перенасыщен техникой. Производителям нужны серьезные аргументы, чтобы убедить потребителей потратиться на новые комплекты видеоаппаратуры взамен той, что была куплена 3-5 лет назад. И возможности Blu-ray Disc могут стать таким аргументом. Чисто психологически публика уже подготовлена к быстрой смене техники компьютерной индустрией, которая уже почти заставила людей свыкнуться с мыслью, что вполне работоспособные компьютеры обесцениваются буквально за 2-3 года. Очевидно, скоро подобная участь постигнет и все остальные виды домашней электроники, которая все меньше начинает отличаться от компьютеров.

ЧТО У НЕГО ВНУТРИ?

Для записи информации в новом диске используется тот же принцип, что и в CD-RW/CD+RW: меняется под воздействием лазерного луча фазовое состояние вещества информационного слоя (кристаллическое/аморфное), и таким образом обеспечивается различие в отражающей способности информационных питов и остальной поверхности диска. Чтобы резко увеличить емкость Blu-ray Disc, необходимо было решить множество сложнейших инженерных задач, которые можно объединить в 4 базовые технологии, схематично показанные на рис. 1.

Первым делом для увеличения плотности упаковки данных на диск пришлось радикально уменьшить размер информационного пита, выжигаемого лучом лазера, и, соответственно, размер сфокусированного светового пятна на поверхности диска. Известно, что диаметр этого пятна обратно пропорционален длине волны лазера, поэтому были разрабатываны лазеры с длиной волны порядка 400 нм. А это оказалось делом более сложным, чем создание красных лазеров диапазона 780 нм и 650 нм, используемых для записи/воспроизведения CD и DVD-дисков соответственно. После долгих исследований инженеры решили вести разработки по двум направлениям: с использованием полупроводников на основе нитрида галлия (GaN) и так называемых SHG-лазеров (second harmonic generation). Во втором случае излучение красного лазера с длиной волны 780-860 нм пропускается через некоторые виды кристаллов или специально подобранную проводящую свет среду, в результате чего на выходе энергия луча красного лазера преобразуется в синее излучение с более короткой длиной волны от 420 до 530 нм. Отметим, что помимо чисто технологических сложностей в реализации голубой лазер имеет и другие серьезные недостатки, которые к настоящему времени преодолены лишь частично. Во-первых, с уменьшением длины волны при прочих равных условиях уменьшается мощность излучения, что существенно осложняет конструирование рекордеров, у которых мощность лазера должна быть не менее 30 мВт. Во-вторых, по сравнению с красными, голубые лазеры имеют значительно меньший срок службы (порядка 500-1000 часов, а первые образцы Blu-ray лазеров жили вообще буквально несколько часов). Наконец, пока еще они просто очень дороги.

Наибольших успехов в решении всех проблем добилась Nichia Chemical Industrial Ltd., специализирующаяся на производстве лазеров для медицины. Этой компании первой удалось изготовить коммерческий blue-violet лазер (модель NLHV3000M) мощностью 30 мВт, который может работать до 1000 часов. Этого уже достаточно для создания действующих моделей рекордеров Blu-ray Disc первого поколения. Успехи других фирм пока скромнее. Инженерам Sony, к примеру, удалось сделать образцы лазеров мощностью лишь 20 мВт, к тому же срок их жизни составляет всего 200 часов. Matsushita Electric Industrial разрабатывает как классические blue-violet полупроводниковые GaN-лазеры с длиной волны 405 нм (с мощностью 30 мВт), так и SHG мощностью в 25 мВт. Что касается Pioneer, то его создатели совместно с коллегами из компании Rohm Co. Ltd. трудятся над особо мощными GaN-лазерами. Им уже удалось сделать опытные образцы с излучением от 40 мВт до 50 мВт, правда, при такой мощности они могут работать всего несколько часов.

Вторая, не менее важная проблема - необходимость появления новой оптической головки (pick up). Она должна обеспечивать фокусировку лазерного луча в виде светового пятна как можно меньшего размера. Который пропорционален как длине волны луча (вот почему нужен голубой луч, а не красный), так и квадрату апертуры NA (numerical aperture - числовая апертура) объектива. В свою очередь, апертура является отношением радиуса линзы к фокусному расстоянию объектива. В "голубом" диске емкостью 30 Гбайт информационный слой будет находиться на расстоянии от поверхности всего 0,1 мм, тогда как в стандартных DVD он расположен на глубине 0,6 мм (напомним, что общая толщина дисков в обоих случаях составляет стандартные для компактов 1,2 мм). Это вызвано тем, что микрорельеф информационного слоя Blu-ray Disc значительно более мелкий, чем в традиционных DVD, поэтому он максимально удален от его нерабочей поверхности - чтобы не повредить при печати этикетки. Другой причиной уменьшения расстояния является стремление разработчиков максимально снизить аберрации и переотражения лазерного луча в теле диска, что должно существенно исключить ошибки считывания данных. Поэтому в рекордерах Blu-ray Disc этого типа (существуют и другие разновидности "голубого" DVD, о чем мы расскажем ниже) будет использоваться короткофокусная оптическая головка с апертурой 0,85, что в сочетании с малой длиной волны лазера позволяет добиться предельно малого размера светового пятна на информационном слое.

Само собой разумеется, возникла потребность в болванках нового поколения с повышенной разрешающей способностью, к тому же допускающих более чем 3-кратное увеличение скорости считывания (максимально - до 36 Мбит/с). Следовательно, требования к точности изготовления дисков высокой плотности намного строже, чем к обычным перезаписываемым DVD. К тому же чувствительность информационного слоя должна быть выше (так как трудно создать мощный голубой лазер) и, кроме того, иметь пик восприимчивости к воздействию луча лазера не в красной, а в синей части спектра. А значит, он более чувствителен к разрушительному ультрафиолетовому излучению (и обычного солнечного освещения) - пришлось разрабатывать специальные покрытия для рабочей поверхности диска и светонепроницаемые коробки-футляры. В настоящее время практически все проблемы с болванками решены, и уже имеются реальные прототипы перезаписываемых дисков. Идет отработка технологии их серийного производства.

ДОГОВОРИЛИСЬ?

Несмотря на то, что общая спецификация на Blu-ray Disc согласована (в частности, принята единая система кодирования видеоинформации в стандарте MPEG-2), имеются целых три варианта конструктивного исполнения дисков высокой плотности. Для каждого из них - своя модификация считывающих оптических систем.

Максимальная емкость одного слоя первого из них - до 30 Гбайт, при этом глубина залегания информационного слоя составляет всего 0,1 мм. В этом случае удается практически избежать рассеивания луча лазера в материале диска и добиться минимального размера светового пятна. Но для достижения подобного результата приходится использовать сложный (и дорогой) объектив с двумя асферическими линзами с большой числовой апертурой, равной 0,85. Работы над созданием таких объективов интенсивно ведутся. Преимущество этого варианта - возможность достижения максимальной емкости носителя, недостатки - сложность практической реализации pick up и повышенная уязвимость диска вследствие малой толщины защитного слоя. Подобные "голубые" DVD предполагается помещать в специальный защитный футляр (картридж), который открывает доступ к рабочей поверхности только во время записи или воспроизведения. Поэтому создание совместимых с обычными DVD-дисками проигрывателей и рекордеров Blu-ray Disc достаточно проблематично.

Напротив, решение N№2, предложенное Sony и Philips еще в 1999 году, свободно от этих недостатков. Оно предполагает использовать в "голубом" DVD внутреннюю структуру традиционных дисков, то есть с расположением информационного слоя на глубине 0,6 мм. Достоинство этого варианта, названного его разработчиками DVR-blue, - возможность создания транспортных механизмов для нового поколения рекордеров на базе узлов от обычных серийных аппаратов. Во-первых, это резко уменьшит их стоимость, а во-вторых, практически решает проблему совместимости рекордеров DVR-blue с форматом DVD. Достаточно оснастить его транспортный механизм двумя отдельными лазерными головками: одной - для CD/DVD дисков (лазер с длиной волны 650 нм) и отдельной - для DVR-blue (голубой лазер с длиной волны 405 нм). К тому же для второго pick up потребуется гораздо более простой и дешевый по сравнению с вариантом N№1 однолинзовый длиннофокусный объектив с апертурой 0,6. По существу, рекордер DVR-blue - тот же самый дивидишник, но - с более коротковолновым лазером. Недостаток этого варианта - снижение емкости до 15-18 Гбайт, так как на глубине 0,6 мм из-за рассеяния луча в материале диска невозможно добиться такого же малого размера светового пятна лазера, как у DVD с информационным слоем, лежащим на расстоянии 0,1 мм от поверхности.

Наконец, существует еще одна разновидность "голубого" диска - DVR-blue емкостью 17-18 Гбайт, которую продвигают компании Pioneer и JVC. Это решение является промежуточным для рассмотренных вариантов N№1 и N№2 и предполагает использование информационного слоя на глубине 0,3-0,4 мм от поверхности диска. Соответственно, для считывания и записи данных на него применяется упрощенный однолинзовый объектив с апертурой 0,65-0,7. При этом возможно широкое использование в механизме многих элементов стандартных DVD-транспортов, что существенно удешевит их производство. Но вот голубую оптическую головку и прецизионную систему ее сервопривода, естественно, придется разрабатывать заново. Впрочем, как и в варианте N№2.

Как видим, все три решения имеют свои плюсы и минусы. Вариант Sony/Philips очень привлекателен простотой его аппаратной реализации, к тому же он максимально упрощает и удешевляет построение универсальных DVD/DVR-blue проигрывателей и рекордеров. К тому же будет сравнительно нетрудно дооборудовать заводы по производству дисков для перехода на выпуск DVD-ROM формата DVR-blue с готовыми видеопрограммами. Важно и то, что имеются немалые технологические резервы для дальнейшего увеличения емкости дисков DVR-blue до 20 Гбайт путем использования в них улучшенных читающих головок с апертурой 0,7 и за счет совершенствования системы сервопривода.

Вариант N№1 диска на 30 Гбайт будет наиболее востребован для хранения больших массивов информации, прежде всего - компьютерных программ. В этом случае, так же как и в дисководах DVD-RAM, использование защитного картриджа является скорее его достоинством, чем недостатком.

Наконец, рекордеры 3-го типа обладают многими достоинствами варианта Philips/Sony, но позволяют добиться несколько большей информационной емкости. Помимо упомянутых выше японских компаний, интенсивную разработку такого типа рекордеров ведут сейчас Samsung и LG.

Кто из них победит, покажет время. Но, скорее всего, все эти три формата будут существовать параллельно, так как они оказываются оптимальными для различных применений. К тому же создание универсальных проигрывателей для CD/DVD и "голубых" дисков 2 и 3 типов не вызывает никаких принципиальных трудностей. Поэтому логично ожидать появления мультистандартных аппаратов, способных работать со всеми этим типами носителей одновременно.

КОГДА?

Работы над DVD-рекордерами с повышенной плотностью записи информации начались еще в середине 90-х годов прошлого века, почти одновременно с созданием обычных пишущих DVD-проигрывателей. Однако технологические трудности и, прежде всего, отсутствие работоспособного голубого лазера не позволяли всерьез думать о выпуске серийных образцов. Но опытные экземпляры в железе были изготовлены уже к осени 1997 года. В октябре сразу две японские фирмы - Sony и Pioneer - продемонстрировали свои первые модели DVD-проигрывателей нового поколения. Pioneer использовал в своем аппарате голубой SHG-лазер, работавший на длине волны 425 нм, при этом мог воспроизводить сигналы с диска повышенной плотности, на котором было записано 15 Гбайт информации. Sony показала рекордер на основе сине-зеленого лазера с длиной волны 515 нм, который мог записывать и воспроизводить информацию с "голубого" DVD. В дальнейшем сообщения о работах над голубым лазером стали регулярно появляться на страницах зарубежных технических журналах, в частности, японского "JEI", а сами эти аппараты - демонстрироваться на различных международных выставках. Так, на последнем японском смотре достижений электронной индустрии - "CEATEC" в 2001-м и "CES'2002" в Лас-Вегасе практически все ведущие брэнды отметились показом образцов своих Blu-ray Disc. Теперь, после принятия единого формата, работы над созданием серийных образцов аппаратуры, без сомнения, ускорятся. При этом следует заметить, что методы компрессии данных и процедура их подготовки для записи на диск у разных фирм-изготовителей пока еще не унифицированы. Это является одной из причин, которые могут ограничить совместимость записей, выполненных на рекордерах различных марок. Японская Toshiba недавно выступила с предложением дополнить стандарт Blu-ray Disc развернутыми требованиями, которыми должны руководствоваться разработчики синелучевой DVD-аппаратуры для того, чтобы обеспечить унификацию и максимально снизить стоимость техники. Предполагается, что после одобрения альянсом они могут стать приложением в спецификации Blu-ray Disc.

На решение оставшихся технологических проблем потребуется, по всей видимости, года два, и после этого можно ожидать появления на рынке первых серийных моделей "голубых" DVD-рекордеров. Впрочем, делать прогнозы в нашем стремительно меняющемся веке - дело неблагодарное.

Журнал "Салон АВ" 2002 #6 (01.06.2002)

назад | на главную | наверх


 
Информация о производителях
Вопросы и Ответы
Обратная связь


 

Copyright © 2004 VIP-magazin — магазин качественной цифровой техники:
плазменные панели, телевизоры и многое другое...


Rambler's Top100