Optikai lemezek jellemzői, típusai

Átírás

1 Optikai lemezek jellemzői, típusai A hangalapú, illetve később számítógépes adatok tárolására a XX. században mágneses alapú rögzítési eljárásokat dolgoztak ki az emberek. (XIX. század végén Valdemark Poulsen szabadalmaztatta a világ első mágneses elven működő hangrögzítőjét.) Azonban kiderült, hogy az efféle módon rögzített jelek könnyen sérülhetnek, ha a hordozót mágneses tér éri. Ebből fakadóan merült fel egy újfajta tárolóeszköznek az igénye, kivitelezése. A CD A világ első optikai elven működő tárolóegységét a Sony és a Philips fejlesztette ki közösen a 80-as években, melyet az athen-i elektronikus kiállításon mutattak be először nyilvánosan. Ez az egység egy korong formájú lemez, amit a compact disk (CD) elnevezéssel illettek meg. A lemezre lézerfény (fókuszált, párhuzamosított energianyalábok, melyre jellemző a egyenes vonalú terjedés nagy távolságon belül is) segítségével viszik fel az adatokat. Jellemző rá a nagy adatsűrűség, megbízhatóság, nagyobb élettartam, veszteség nélküli sokszorosíthatóság szemben a mágneses tárolóegységekkel. A rajta lévő hordozó anyag polikarbonát, melyen a csigavonalban felvitt sima (land), illetve a roncsolt (pit) felületek meghatározott váltakozásaiból olvasható ki az információ megfelelő dekódoló egység segítségével. Erre kerül fel a visszaverő réteg, ami általában alumínium, de lehet ezüst, vagy arany is. Ezután a CD-t akril lakk réteggel vonják be, ami megvédi a külső behatásoktól. a CD rétegei sematikusan

2 CD szabványok A CD-ket eredetileg audio tartalmak, zenék (CD-DA) tárolásához használták. Utána többféle szabványt is kialakítottak a különböző tulajdonságú lemezekhez. A Red book volt az első, mely kikötötte, hogy a maximális lejátszási idő 79,8 perc lehet, a minimális hosszúsága egy zeneszámnak 4 másodperc legyen, összesen 99 darab zeneszám vihető fel (max. 99 index pont) és ezeket a számokat az ISRC (International Standard Recording Code) alapján kódolják, a hanganyagot 44.1KHz-es mintavételezéssel, 1411,2kbit/s-os bitrátával kell rögzíteni. A Yellow book volt a következő, mely más kódolási eljárásokkal bővítette ki a Red book-ot (ECMA 130, ISO/IEC 10149). A Yellow book kiegészítéseként a CD-XA típusú lemezek már tartalmazhattak grafikus animációt, mozgóképet is. A Green book-kal jelent meg az interaktív formátum (multimedia compact disk), CD-i jelzéssel. A White book tartalmazza a sokak által ismert ISO-9660, valamint a VCD, SVCD formátumokat. Az utolsó, Orange book a CD-RW, CD-R, CD-MO formátumokat határozta meg, és a multi-session eljárást. A CD gyártása 5 fő részből áll: 1. Adatok előkészítése (premastering) 2. Mester lemez készítése (mastering) 3. Nyomólemez készítése (elektrogalván elven) 4. Sokszorosítás fröccssöntéssel 5. Ellenőrzés, csomagolás Egy üveg hordozófelületre rávisznek fényérzékeny anyagot, melyre aztán lézerrel felírják az adatot. Elkülönülnek a lézerrel égetett részek (előhívás). Ezt a lemezt anya lemeznek hívják. Fém gőzöléssel leválasztanak belőle egy lemezt, ez az apa lemez. A leválasztott lemezt galvanoplasztikázzák, amiből egy anya lemez születik. Majd ebből fordított galvanoplasztikázással fiú lemezt készítenek. Ezt a korongot fogják használni nyomólapként (a kopás miatt van szükség az előbbi hosszú folyamatra). Sajtolással készítik a hordozót, amit fémeznek, majd bevonják akril lakk réteggel. Az ilyen egységek élettartama minimum 100 év.

3 Az információk átalakítása a rendszer sajátosságaihoz Hierarchikus rendszert kellett meghatározni. Ennek a legalsó szintje a fizikai szint, azaz a land-pit váltakozójú alacsony szintű kódolás. Az efölött levő szinten helyezkedik el a lemez sávkezelése. A harmadik szint az állománykezelő rendszer leírását tartalmazza. Audio CD esetén csak az alsó két szint van meg. Az Audio CD olvasási folyamatának optimalizálása érdekében szükséges, hogy a jelfolyam 2-es komplemens alapú 16bit-en legyen kódolva. Tartalmaznia kell a PCM kódot, hibavédelmet, csatorna adatokat, konverziókat, szinkron alkódot, hibajavító karaktereket. Cél a nagy információsűrűség, azaz a kódolás az optikai rendszer és a lézer legnagyobb felbontását használja ki. A szimbólumzavar minimalizálásához az egymás után következő 0 bitek számát minél nagyobb értéken kell tartani. A szinkronizáláshoz szükséges órajel visszaállítható legyen az adatokból (ez az önszinkronizálás). Az egyes és nullás bitek számának közel egyenlőnek kell lennie, hogy az adatjel alacsony frekvenciás összetevője minél alacsonyabb legyen. Az előzőekben leírt szempontokat kell összehangolni. Az adatjel struktúrája véletlenszerű, a meglévő jelfolyamot át kell alakítani az olvasáshoz. Az alábbi megkötések szükségesek ehhez: két 1-es bit között legalább két 0-s bit legyen a soros adatfelírást el kell vetni az egymás utáni bitek száma nem lehet 10-nél több Megoldás: csatornakódokra történő konverzió, a 8 bites adatbájt átalakítása 14 bites csatornaadatokká. 8 bit = 256 féle kombináció, 14 bit = féle kombináció, ből 267 megfelel: ez az eight-to-fourteen modulation. Hibalehetőség: az 1] [1 elkerülése végett 3 összekötő bitet szúrnak be, tehát 17 bites lesz a csatornaadat. Adatkezelési egység: a blokk (frame) 588 csatornabitből áll, 27 szinkronbit, 33 adatbájt. A mechanikai sérülés vagy gyártási hiba (buborék) olvashatatlanná teszi az adatot. Ennek elkerülése érdekében Reed, Solomon megalkották a keresztátszövéses algoritmust: CIRC (Cross Interleaved Solomon Coding), mely az egymás után következő adatokat szétszórja a lemezen.

4 A DVD A DVD ( Digital Versatile Disc (digitális sokoldalú lemez) vagy még korábban a Digital Video Disc rövidítése) nagy kapacitású optikai tároló, amely főként mozgókép és jó minőségű hang, valamint adat tárolására használatos ben alkotott konzorciumot a Matsushita, a Toshiba, a Philips, a Sony, a Time Warner, a Mitsubishi, a Pioneer, a Hitachi, a Thomson és a JVC, hogy létrehozzanak egy az eddigieknél nagyobb kapacitású adathordozót, melynek paramétereiben megegyeztek. Méreteit tekintve általában akkora, mint a CD, vagyis 120mm átmérőjű. Ritka ugyan, de létezik a Mini CD-hez hasonlóan Mini DVD, 80mm-es átmérővel. A CD-vel felülről kompatibilis. Egy DVD lemez külsőre nagyon hasonlít a CD-lemezhez, azonban a nagyobb adatsűrűségnek köszönhetően tárolási kapacitása az oldalak és tárolási rétegek számától függően 7-25-szöröse a CD-knél megszokott értékeknek, vagyis kb. a 4,5-18 GB tartományban van. A DVD lemez kapacitásának ilyen mértékű növelése a hagyományos CD több műszaki jellemzőjének megváltoztatásával érhető el. Az alapvető fizikai különbség a lemezek között, hogy a DVD-lemez mindig két, 0,6 mm vastagságú lemezből, összeragasztással készül, és akár mindkét oldalán tárolhat adatokat. A technológiai fejlődésnek köszönhetően a lemez egy-egy oldalán két felvételi réteg alakítható ki. Az oldalak és rétegek számának kombinálásából jött létre a DVD négy alaptípusa.

5 A DVD négy alaptípusa 1. A legegyszerűbb DVD-lemez, a DVD5 egyoldalas, egyrétegű lemez, a kapacitása 4,7 GB. 2. A kétrétegű egyoldalas lemez, a DVD9 kapacitása 8,54 GB. A két réteg távolsága µm, és tiszta gyanta választja el egymástól. A DVD9 lemez előállításakor a két réteget egy-egy 0,6 mm vastag lemez felületén alakítják ki, majd a lemezeket átlátszó ragasztóval összeragasztják. A második rétegben lyukak helyett kiemelkedéseket gyártanak, hogy ragasztás után lyukaknak látsszanak. Az alsó rétegre 0,05 µm vastag, féligáteresztő tükörréteg kerül, hogy a lézersugár a felső adathordozó rétegre is tudjon fókuszálni. A belső réteg olvasásakor egy kicsit látszik a külső réteg is. A féligáteresztő tükör általában alumíniumból készül, és egyenletes felvitele a kétrétegű lemezek gyártásának kritikus pontja. A kétrétegű lemezek érdekes tulajdonsága, hogy míg az első réteg beolvasása a forgástengelytől kezdődik, és az olvasófej kifelé halad, a második réteg mindkét irányban olvasható, azaz a második réteg kívülről befelé is tartalmazhat adatot. Ez olyan alkalmazásoknál előnyös, melyek a lemezre folyamatosan felvett anyagot (mozifilm) tartalmaznak, és külső réteg végén azonnal folytatni kell a belső réteg olvasását. Az átváltás leegyszerűsödik, mivel az olvasó fej helyzete és a lemez forgási sebessége nem változik, csak az olvasófej fókuszát kell a belső rétegre átállítani. 3. A kétoldalas, oldalanként egy rétegű DVD lemez, a DVD10 kapacitása 9,4 GB. A gyártása annyiban tér el a DVD5-lemezétől, hogy mindkét 0,6 mm vastagságú lemezben kialakítanak lyukakat összeragasztás előtt. A második oldal olvasásához a lemezt meg kell fordítani a lejátszóban. Mivel ez például videó lejátszása közben zavaró lehet, ma már inkább a DVD9 lemezeket használják a hasonló nagyságrendű tárolókapacitást igénylő alkalmazásokban. 4. A kétoldalas, oldalanként két rétegű DVD lemez, a DVD18 kapacitása 17,08 GB. A működés elve hasonló a DVD9 lemezekéhez, azonban itt a lemez mindkét oldalán kialakítják a két-két adathordozó réteget. A bonyolultabb gyártási eljárás miatt ez a típus viszonylag ritka, helyette szívesebben használnak két, DVD9 típusú lemezt, például az egyiken a teljes film, a másikon pedig a DVD extrák tárolására.

6 A Blu-ray-ről röviden A blu-ray disc (röviden: BD vagy BR) nagy tároló kapacitású digitális optikai tárolóeszközformátum. A DVD utódjának szánják. Sokáig formátumháborúban állt a HD-DVD-vel. Ezalatt mindkét formátumnak megközelítőleg ugyanannyi támogatót sikerült gyűjtenie. A háborút végül a Warner döntötte el, amikor 2008 elején a cég feladta HD-DVD-vel kapcsolatos terveit és állást foglalt a blu-ray lemez mellett. Ezután a NetFlix és a BestBuy kereskedelmi áruházlánc is közölte, hogy kivonja a kínálatából a HD-DVD lemezeket. A formátum győzelméhez valószínűleg a Sony új játékkonzoljának, a PlayStation 3-nak megjelenése és sikere is hozzájárult. Mint ismeretes, eme konzol beépítetten tartalmaz Blu-ray meghajtót, míg a konkurens Microsoft Xbox 360 konzolja "csak" DVD meghajtót, illetve opcionálisan hozzá vásárolható HD-DVD meghajtót február 19-én végül a Toshiba bejelentette, hogy fokozatosan leállítja a HD-DVD lejátszók, és felvevők fejlesztését, és gyártását. Így a formátumháború gyakorlatilag véget ért a blu-ray disc győzelmével. Azóta a nagyobb szórakoztató elektronikai gyártók is piacra dobták saját Blu-ray lejátszóikat és íróikat. Az új generációs termékek egyik illusztris példánya, az LG BD370 lejátszója, amely a felhasználóknak a blu-ray technológia minden előnyét kínálja, és internetre is csatlakoztatható. Ez lehetővé teszi a YouTube-ra feltöltött videók nézegetését és egyes lemezek esetében valós idejű plusz (BD Live) tartalmak letöltését. Sok filmnéző örömére a BD370 nagy felbontású MKV formátumú filmeket is lejátszik. Egy rétegű Blu-ray (25GB) és két rétegű Blu-ray (50GB) lemez létezik kereskedelmi forgalomban.

7 Tartalomjegyzék 1. Bevezetés, a CD 2. CD szabványok, CD gyártása 3. Adat rögzítésének módjai 4. A DVD 5. A DVD négy alaptípusa 6. A Blu-ray-ről röviden 7. Tartalomjegyzék