Видеодиски высокой четкости

Основная проблема при показе видео на больших экранах связана с проявлением строчной структуры видеосигнала, которую специалисты пытаются преодолеть с помощью такого приема, как прогрессивная развертка. Да и количество элементов в строке уже выявляет его дискретную структуру. Понятие «телевидение высокой четкости» охватывает как аналоговое, так и цифровое телевидение формата 16:9 с разрешением в пять раз выше разрешения стандартного телевидения (удвоение по вертикали, удвоение по горизонтали и увеличение за счет широкого экрана). Для США, где по оценке экспертов в 2003 году уже 10% семей будут иметь HD-телевизоры, предлагается изображение с разрешением 1920х1035 пикселей, а для Европы — 1920х1152 пикселя. Разница связана с использованием частоты сети (60 Гц в США и 50 Гц в Европе) в качестве синхронизирующей по кадрам. Заметим однако, что, по оценке тех же экспертов, большинство HDTV-телевизоров в США будут оборудованы простым, а не HDTV-телетюнером. Так что основным источником для них останутся пока DVD-проигрыватели, и поэтому становится понятным требование к наличию прогрессивной развертки для компонентного видеовыхода в стандарте NTSC. К переходу на новые стандарты телевещания с высокой четкостью (HDTV) многие страны готовятся давно, уже согласованы стандарты и несколько лет ведется опытное вещание. Но текущий, 2003, год должен стать началом массового эфирного наземного и спутникового HDTV-вещания во многих регионах мира. Современный телезритель привык не только смотреть, но еще и записывать передачи в свое отсутствие. Для записи сигнала HDTV без потери исходного качества существующие аналоговые видеомагнитофоны и DVD-рекордеры не подходят. Производители уже предлагают выход — цифровой видеомагнитофон формата Digital VHS или накопители на жестких дисках. Но первое не очень удобно в эксплуатации (затруднен быстрый доступ), а второй — слишком дорог. Несмотря на значительное увеличение емкости винчестеров при одновременном падении цены, запись с исходным качеством возможна только в течение нескольких часов.

Основные технические характеристики оптических дисков высокой плотности (опубликованные)

«Синее смещение» лазера позволило значительно повысить плотность оптической записи

Поэтому ведущие производители вплотную заняты разработкой и внедрением оптических дисков со значительно более высокой плотностью записи, которые должны решить все проблемы. В том числе и выпуска видеофильмов. При переходе на HDTV существенно, почти в три раза, увеличивается поток информации. Для стандартного DVD он составляет около 10 Мб/с, а для HDTV требуется более 23 Мб/с. Если при воспроизведении DVD посмотреть на индикатор скорости передачи данных (битрейта), которые имеют некоторые DVD-проигрыватели, то значение 10 Мб/с, будет появляться очень редко. Стандартная величина колеблется около 7–8 Мб/с, а иногда значение и вовсе падает до 3–4 Мб/с, что лишь незначительно превышает показатель для SVCD. Таким образом, если попытаться записать без дополнительных обработок сигнал HDTV на любой DVD, то длительность записи ограничится десятками минут.
   В настоящее время обсуждаются три несовместимых формата DVD высокой четкости, которые по аналогии с телевидением уже окрестили HD-DVD, но окончательное решение в пользу какого-либо из них пока еще не принято. Интересно, что на этом этапе требования к новому HD-формату предъявляются даже более жесткие, чем при создании обычных DVD. Очевидно, разработчики хотят избежать трудностей, возникших при согласовании стандарта на DVD. Итак, от нового формата требуется:
   — значительно лучшие, чем в существующих DVD, звук и изображение, в том числе и на экранах 60 дюймов и более;
   — единый формат для записываемых и только воспроизводимых дисков;
   — дешевое производство (прессование) дисков, позволяющее сделать приемлемыми цены на фильмы на HD-DVD;
   — HD-DVD-проигрыватели должны воспроизводить существующие DVD и DVD-R.

Два предложения, которые обсуждает DVD Forum, основаны на использовании новых синих или, точнее, сине-фиолетовых лазеров. За одним стоят NEC и Toshiba. Последняя — нынешний председатель в DVD Forum’е, чей проект SDCD (компакт-диск с суперплотной записью) и был в конце концов утвержден в 1996 году в качестве спецификации на DVD. Предложенный формат не имеет официального названия, но часто используются Blue Laser DVD или «DVD нового поколения». У этого диска емкость составляет 15 ГБ на одну сторону (при диаметре 12 см), и легко реализовать двухсторонний диск традиционным для существующих DVD путем склеивания двух тонких (0,6 мм) дисков. Основное преимущество формата — возможность использования существующего оборудования для производства, что, по мнению разработчиков, должно снизить затраты на освоение. Заметим тут кстати, что по некоторым признакам перезаписываемый вариант нового диска, предлагаемый Toshiba, больше похож на DVD-RAM, чем на DVD-RW или DVD+RW.
   Второй формат Blu-Ray, в котором также используется синий лазер, поддерживает созданная год назад под таким же названием группа из девяти фирм. В нее входят японские Hitachi, Matsushita, Pioneer, Sharp и Sony, корейские LG Electronics и Samsung и европейские Philips и Thomson Multimedia. Основные параметры предлагаемых «синих» форматов и стандартного «красного» DVD-video приведены в таблице. Некоторые значения отсутствуют, поскольку разработчики еще не готовы их обнародовать. Диски с использованием синих лазеров — это принципиально новый формат, и они не имеют обратной совместимости, то есть не будут воспроизводиться на существующих DVD-проигрывателях.
   И наконец третий вариант — это использование нового более эффективного метода сжатия с записью на стандартный существующий DVD: формат называется HD-DVD-9 и продвигается кинокомпанией Warner. Этот формат благодаря использованию DVD с красным лазером теоретически совместим с той частью существующего парка проигрывателей, которая допускает программный апгрейд: проигрыватель должен научиться понимать новый алгоритм, пока предположительно MPEG-4. Однако поскольку такой диск может максимально содержать 135 минут, а звуковое сопровождение в этом формате останется на прежнем уровне (DTS или Dolby Digital), то говорить о долговременной перспективе этого формата трудно.
   Оценим некоторые характеристики форматов с использованием синих лазеров. Для дисков Blu-ray предлагается три варианта, различающихся емкостью от 23,3 до 27 ГБ. Уменьшение длины волны используемого лазера с 650 нм до 405 нм позволило уменьшить шаг дорожки записи более чем вдвое (с 0,74 мкм до 0,32 мкм) и почти втрое минимальный размер пита (с 0,4 мкм до 0,138 мкм). Прямое следствие этого — повышение поверхностной плотности записи до 19, 5 ГБ/кв. дюйм против 3,4 ГБ/кв. дюйм для обычных DVD. При этом значение для DVD чисто теоретическое и практически никогда в реальности не достигается. Использование коротковолнового лазера потребовало линз с большей апертурой — 0,85. Апертура — это отношение радиуса линзы к ее фокусному расстоянию. При увеличении апертуры диаметр луча уменьшается, а разрешение повышается, что необходимо для считывания записи с высокой плотностью. С этим связана еще одна принципиальная особенность нового формата Blu-ray — уменьшение толщины оптически прозрачного защитного слоя до 0,1 мм (против 0,6 у DVD). Даже незначительное покачивание диска при вращении для защитного слоя 0,6 мм приводит к аберрационным искажениям: луч лазера просто не фокусируется на слое записи дисков. С уменьшением толщины защиты этот недостаток устраняется, но в качестве платы за это появляется необходимость защитного картриджа.
   Предполагается, что DVD-рекордеры, которые могут поддерживать Blu-ray, будут напрямую записывать и воспроизводить сигнал цифрового телевидения (т.е. MPEG-2) без дальнейшего сжатия или изменения. То есть эти устройства при записи передаваемых цифровых потоков будут записывать все передаваемые видеоданные и связанные с ними данные управления. Более того, формат Blu-ray имеет структуру сигнала, которая позволяет воспроизводить все записанное в альтернативных режимах, например, с удвоенной или утроенной скоростью. Когда современный DVD еще только разрабатывался, то на первом этапе все внимание уделялось только воспроизводимому диску, а диски для записи появились позднее. В случае HD-DVD с Blu-ray предполагается, что записываемые диски будут первыми. Первые сообщения о разработке синих лазеров появились еще в начале 90-х годов, но серьезный разговор о видеодисках с высокой плотностью стал возможен только после появления коммерческого предложения лазеров с сине-фиолетовым свечением мощностью около 30 мвт и сроком службы более 15000 часов. В 2002 году об этом сообщили сразу несколько фирм.
   Несмотря на то, что девять соучредителей группы Blu-ray являются членами DVD Forum’а, они оставляют за собой право развивать свой формат и в том случае, если формат не будет им одобрен. Уже анонсированы варианты Blu-ray для компьютеров и переносной аппаратуры. Весной прошлого года фирма Philips показала уменьшенную версию Blu-ray-диска диаметром всего 3 см, что свидетельствует о работах по созданию малогабаритных видеокамер с цифровой записью на такой диск. На фотографии в начале статьи показана действующая модель малогабаритного Blu-ray-привода, а на втором плане на экране осциллографа — форма сигнала после усилителя головки воспроизведения.
   Новые HD-DVD-проигрыватели должны будут воспроизводить существующие DVD даже с лучшим качеством за счет прогрессивной развертки и дополнительной цифровой обработки. Появление первых видеофильмов на HD-DVD ожидается уже в конце 2003 года, хотя более осторожные эксперты называют 2006 год. В качестве меры обратной совместимости, то есть возможности воспроизведения новых фильмов на старых DVD-проигрывателях, предлагается выпуск двухсторонних гибридных HD-DVD, аналогичных гибридным SACD: с одной стороны видео на обычном DVD, а с другой — в формате HD-DVD. Ближайшее будущее покажет, какой формат DVD высокой плотности будет стандартизован, но о том, насколько серьезны намерения производителей, говорит такой факт: на прошедшей в начале года выставке CES в Лас-Вегасе (США) несколькими фирмами (JVC, Sony, Samsung, Pioneer) были показаны опытные модели или прототипы DVD-рекордеров формата Blu-ray.