Blu-ray Disc як новий формат
- Фізичні основи формату
- Структура формату файлової системи додатки
- Формат програми для R і RE
- Формат файлової системи
Розглянемо докладніше Blu-ray з точки зору технічних характеристик, що впливають на виробничу сумісність різних типів дисків R (записується одноразово), RE (перезаписуваний) і ROM (тільки для читання). Спільними для цих стандартів є такі ключові параметри, як довжина хвилі, числова апертура, діаметр і товщина диска, діаметр центрального отвору. Формат Blu-ray використовує модуляцію сигналу 17PP ((1,7) RLL (код з обмеженням довжини пробігу) зі збереженням парності), для ECC (код корекції помилок) - LDC (код з великим мінімальним відстанню) з BIS (субкод індикації розриву) . Внаслідок завдання однакових фізичних параметрів і однакових методів обробки сигналу можна застосувати загальні технології для оптичних головок і мікросхем, після чого набагато легше підтримувати функціональну сумісність R, RE і ROM.
Спільними для всіх типів дисків Blu-ray є:
- довжина хвилі 405нм,
- числова апертура лінзи 0.85,
- модуляція сигналу - 17PP,
- корекція помилок - LDC спільно з BIS.
Відмінність ROM від R і RE полягає в способі запису інформації - в ROM це робиться за допомогою тиснення, R і RE записують дані на вобулірованную заздалегідь підготовлену канавку.
Фізичні основи формату
В процесі розробки стало очевидним, що система Blu-ray Disc буде останньою оптичної дискової системою, що використовує видиме світло. В кінцевому підсумку при виборі довжини хвилі зупинилися на 400 нм, оскільки менші значення викликають проблеми довговічності пластмаси підкладки. Прозорість різних типів пластмаси різко знижується при зменшенні хвилі до значень нижче 400 нм. А крім того, спостерігається ефект «засмаги», тобто невідновлювальної прозорості.
Також потрібно враховувати коливання довжини хвилі під час виробничого процесу. Допуск встановлений таким чином, щоб її величина не опускалася нижче 400 нм. Найприйнятнішим щодо низької температурної залежності виявився GaN 400-нанометровий лазер (на основі нітриду галію).
Найбільші значення ЧА (див. Технологічні рішення при розробці формату Blu-ray ), Отримані при серійному виробництві CD і DVD, були 0.45 і 0.6 відповідно. Для Blu-ray Disc об'єктив з необхідною ЧА 0.85 спочатку був виконаний за допомогою складання двох лінз, які можна було зробити за технологією з ЧА класу 0.6, одна поверх іншої. Робоча відстань такої лінзи могло бути щонайбільше 0.14мм, і очевидно, що лінза буде часто битися в диск, на відміну від CD і DVD. Тільки на ранніх етапах розвитку CD використовувалися лінзи діаметром 4.5мм, і вони ніколи фізично не зачіпали диск в межах свого руху.
Унаслідок сучасного компактного дизайну лінза може іноді зачіпати як CD, так і DVD. Отже, не можна ігнорувати той факт, що чим менше робоча відстань лінзи, тим вище ймовірність торкання диска. Однак можна застосувати деякі апаратні датчики для оцінки небезпеки поразки і активування ланцюгів захисту або в деяких випадках амортизаторів. Крім того, JVC і інші виробники недавно взялися за розробку прототипу лінзи з робочою відстанню 5мм. При іншої практичності ця відстань не викликатиме ніяких проблем. 
Через меншого розміру плями легко можна побачити, що потужність, необхідна для запису Blu-ray з довжиною хвилі 400 нм і ЧА 0.85, становить ¼ частину потужності, необхідної для запису DVD з довжиною хвилі 650нм і апертурою 0.6. Вважаючи, що запис на диск проводиться з тією ж енергією, отримуємо, що чим менше діаметр (тобто вище щільність енергії), тим менша потужність лазера необхідна для запису. Ось одна з причин, чому Blu-ray для запису вимагає всього 5Мвт, тоді як CD і DVD - кілька десятків милливатт при тій же швидкості запису. Надалі це забезпечить хороший запас потужності для багатошарової або високошвидкісний записи.
Диски Blu-ray з самого початку розроблялися з можливістю застосування багатошарової записи.
Тут шар L1 слід за L0 з прошарком з проміжного шару завтовшки 25мкм, а товщина захисного шару для L1 становить 75мкм. Для всіх багатошарових дисків L0 знаходиться на глибині 100 мкм.
Оскільки Blu-ray Disc використовує нові конструктивні параметри, для сумісності з CD і DVD необхідно також створити і новий сумісний адаптер. Така ж проблема була і при створенні DVD-головки, яка вміє читати і CD.
формат канавки
Фізичною структурою Blu-ray диска є канавка (напрямна доріжка), як показано на малюнку. Вона має слабко виражені синусоїдальну форму. 
Щодо такого способу запису було багато дискусій, тому при створенні DVD були прийняті декілька форматів запису. На щастя ті компанії, що розробили три формату запису DVD дисків, об'єднали свої зусилля і напрацювання для створення єдиного формату запису Blu-ray. Крім того, дуже корисним було те, що з самого початку була представлена повноцінна жорсткий система запису, на відміну від CD і DVD, де спочатку був розроблений формат ROM, а потім до нього адаптувалися інші формати. Природно, основний проект Blu-ray Disc був зроблений однаково придатним і для побутових пристроїв, і для комп'ютерів. Тому була застосована структура даних з проміжком між блоками, як в DVD-RAM. Крім того, Канавочні система запису використовувалася замість системи поверхню / канавка, щоб включити в концепцію і диски типу ROM і R. Ця ідея була адаптована також до CD-R, RW, DVD-RW і + RW.
Щоб диски з різним кроком доріжки могли співіснувати в одному сімействі, доводиться накладати обмеження на конструкцію оптичного адаптера. По-перше, для кроку доріжки 0.32мкм мастеринг виявився неймовірно важким; сама канавка повинна бути сформована з точністю приблизно половини значення 0.32мкм. Крім того, необхідні додаткові розробки, щоб в майбутньому зробити диск ROM, піти якого формуються тисненням. В результаті для дисків класу 25Гб спочатку був впроваджений мастеринг за допомогою електронного променя (EB), а пізніше за допомогою глибокого ультрафіолету (UV). Потім ще була розроблена технологія з довжиною хвилі променя 400 нм, яка усуває всі перешкоди до використання Канавочні записи. Технологія штампування дисків такої щільності вже налагоджена.
Більш того, для дисків BD-RE і BD-R LTH, враховуючи високе значення NA (0.85), замість запису на дні (всередині) канавки (In-Groove) був обраний метод запису на виступі канавки (On-Groove). Хоча це нелегко пояснити на площині, запис на виступили була обрана на основі результатів моделювання і реальних експериментів, що показано на малюнку. 
Як видно з малюнка, при записі на дні канавки потужність променя записи втрачається в радіальному напрямку. Вузький крок доріжки робить дуже важким запис типу поверхню / канавка, яка вимагає записи і на дні, і на виступі канавки. По-перше, залишаються сумніви, чи зможуть диски R відповідати вимогам системи запису на виступі. Однак вже були розроблені диски R LTH типу, які відповідали такій структурі, і систему запису на виступі можна було застосувати для похідних форматів, таких як CD і DVD.
Пізніше диски R LTH типу були доопрацьовані як сімейство BD-R. Для цього типу медіа застосований органічний барвник як записуючого матеріалу. Пофарбований шар записи зроблений з використанням технології обертового покриття, з точки зору виробництва для нього підходить система запису на дні. Зустрічаються барвники для медіа, які випромінюють тепло або вибухають, викликаючи фізичні зміни в районі записуваної мітки (пита) під час запису. Мітка, зроблена таким типом записуючого механізму, має тенденцію до розширення, яке може бути зупинено стінками дна канавки. Тому для дисків R типу LTH був прийнятий спосіб запису на дні канавки (доріжки).
метод адресації
Для прийнятого методу Канавочні записи порожній простір адрес формується тільки методом вобуляціі. Така концепція близька до тієї, що прийнята для + RW. Хоча спочатку була досліджена адресація пита, остаточно була прийнята система адресації без пита, беручи до уваги те, що для створення місця заголовка з питом потрібне збільшення щільності запису, і те, що в разі багатошарової записи адреса пита надає существеннное вплив на запис в інших шарах .
Технологія модуляції з вобуляціей в радіальному напрямку заснована на MSK (Мінімальний частотний зсув) і форматується блоками по 64кб. Основна довжина хвилі вобуляціі становить приблизно 5 мкм, а 0 і 1 виражені позиціями, де синусоїдальна хвиля модулювати за правилом MSK. Хоча енергія модуляції MSK досить велика, внаслідок локальності інформації вона легко піддається впливу дефектів. Тому використовується сигнал STW (пилкоподібний вобуляціі), що додається до MSK множенням.
Сигнал STW додає вторинні гармоніки до всіх синусоїдальним коливанням вобуляціі, при цьому 0 і 1 адресних даних відповідають полярності доданих вторинних гармонік. Оскільки енергія сигналу STW розподілена в просторі, на відміну від MSK, він стійкий до впливу часткових дефектів. Визначення адреси в системі Blu-ray Disc надійно внаслідок застосування комбінації технологій MSK і STW.
Метод корекції помилок
Метод корекції помилок повинен розроблятися відповідно до розподілу помилок захисного шару завтовшки 100 мкм. Ця операція починається зі статистичної обробки розподілу помилок при тестуванні на пил реальної структури диска і з моделювання цього розподілу. В результаті отримані помилки коротких розривів і так звані пікет-коди зі структурою, відповідної помилок довгого розриву, які іноді мають місце. Це зроблено методом глибокого перемежения в коді з великим мінімальним відстанню - різновиди коду Ріда-Соломона розміром 64 Кб, і подальшого додавання індикатора розриву (BIS).
технологія модуляції
Метод модуляції основного каналу, що записується вздовж доріжки, називається 17PP ((1,7) код з обмеженням довжини пробігу, збереженням парності і забороною довжини пробігу повторюваного мінімального переходу). Це так званий код з d = 1. Як показують результати перевірки (в припущенні, що спочатку розглядаємо перезаписуваний диск), код d = 1 слід використовувати цього разу тому, що в порівнянні з кодом d = 2, що використовуються для CD і DVD, більш вигідним є широке вікно виявлення. Плюс можна використовувати більш низьку тактову частоту каналу для високошвидкісної записи.
Хоча мастеринг і штампування пита в BD-ROM представляються складними, хоча б тому, що мінімальний піт коротше, ніж такий же для коду d = 2, все ж в результаті ці процеси успішно освоєні і для ємності порядку 25Гб. Збереження парності означає, що DC-баланс можна оцінити і без перегляду послідовності 0-1, а це означає ефективне зниження навантаження на устаткування. Заборона на повторний мінімальний пробіг коду (RMTR) вводиться для того, щоб не пробігати сім і більше разів в 17PP, шляхом запобігання довгих пробігів мінімальної довжини (що представлено словом 101 після модуляції).
Носій інформації та стратегія записи
В якості носія інформації Blu-ray Disc використовує плівку із змінним фазовим станом. Така плівка поділяється на два типи: схожий приклад - те, що називається GST-типом (GeSbTe стехиометрический композит), використовуваним для DVD-RAM, і інший - евтектичних тип, який використовується для CD-RW, DVD-RW і + RW. У кожного типу є свої переваги в особливостях запис повторюваним і високошвидкісний записи. Щоб допустити застосування обох типів плівок із змінним фазовим станом для Blu-ray Disc був створений шаблон записи.
В BD-RE V1.0 найбільша потужність записи при 36Мбіт / с становить 5.2мВт (10.4мВт для двох шарів).
Структура формату файлової системи додатки
Стандарт BD-RE складається з трьох частин: Частина 1 (Фізичний формат), Частина 2 (Формат файлової системи), і Частина 3 (формат Додатки). Тут пояснені тези формату програми для R і RE
і формат файлової системи.
Формат програми для R і RE
Функція прямого запису цифрового мовлення
Ця функція дозволяє записувати не тільки зображення цифрового мовлення без
руйнування якості зображення, але в сукупності також і даних телеметрії і даних багатоканального звуку. З цією метою формат використовує MPEG-2TS (Транспортний потік), який використовується в цифровому мовленні, як тип потоку для запису.
Отримані дані MPEG-2TS записуються на диск як фрагмент AV файлу потоку (рис. 4). 
Функція довільного доступу і прискореного відтворення
Для забезпечення функції, яка дозволяє здійснити довільний доступ до бажаної сцені в MPEG-2TS і прискорене відтворення, кожен фрагмент AV файлу потоку забезпечений таблицею для отримання позиції записаних даних, відповідних часу відтворення, зажадавши користувачем. Таблиці зберігаються в файлі інформації про фрагмент (CLIPINF), показаному на рис.4.
Функція редагування і маркування
Файл PLAYLIST призначений для видалення непотрібних сцен без копіювання або перенесення записаних даних як у випадку з стрічкою, і редагування матеріалу, що записується на диск, без обробки вихідного зображення (рис.4). Файл PLAYLIST містить інформацію про порядок відтворення, необхідну для того, щоб визначити, яка частина якого фрагмента AV потоку відтворюється.
Файл PLAYLIST також містить інформацію про закладках для швидкого доступу до обраним сценам.
Функція пошуку вмісту
В кожному файлі, пов'язаному з піктограмою, яка представляє собою зменшене зображення, зберігаються ці піктограми зображень і закладки для сцен. Це дозволяє здійснювати пошук вмісту і закладок, переглядаючи зменшені ескізи.
Формат файлової системи
швидке реагування
Щоб скоротити, наскільки це можливо, відгук пристрої з часу установки диска в трей до готовності до запису / відтворення файли, які не є файлами потоку, зберігаються поблизу певній галузі на диску.
висока надійність
Навіть якщо збережені дані стають неможливим прочитати через подряпини або пилу, слід уникати випадків втрати записаних даних наскільки це можливо. Тому у формату файлової системи є механізм, який завжди копіює файли плейлистів, частина файлів піктограм, файли інформації про фрагмент і т.д. в іншу область записи для резервного копіювання.
Всі ці відмінні риси формату Blu-ray забезпечують високий рівень інтерактивності, значне скорочення часу старту диска, високу захищеність інформації, що зберігається.
https://01010101.ru/hd-blu-ray/blu-ray-disc-kak-novyj-format.html
Blu-ray Disc як новий формат Олексій Касьянов HD & Blu-ray Blu-Ray Розглянемо докладніше Blu-ray з точки зору технічних характеристик, що впливають на виробничу сумісність різних типів дисків R (записується одноразово), RE (перезаписуваний) і ROM (тільки для читання). Спільними для цих стандартів є такі ключові параметри, як довжина хвилі, числова апертура, діаметр і товщина диска, діаметр центрального отвору. Формат Blu-ray використовує модуляцію ... Олексій Касьянов Олексій Касьянов [email protected] Editor 