Uživatel:Koshkek1

Z HPM wiki
Přejít na: navigace, hledání

Návrh tématu semestrální práce: Blu-ray


Obsah

Blu-ray disky

Blu-ray disk (BD) – je optický nosič pro uchování informace. Jedná se o třetí generaci optických disků pro ukládání digitálních dat. BD má kapacitu minimálně 25 GB a 1x rychlost 36 Mbit/s.

Název disku «Blu-ray» vzniknul ze dvou slov: «blue (modrý)» a «ray (paprsek)». Písmeno «e» bylo z názvu vynecháno, aby jej bylo možně zaregistrovat jako ochrannou známku. Název souvisí s principem funkce čtení a zápisu.

Paměťová media se postupem času vyvíjela a zlepšovala, zejména z hlediska kapacit a přenosových rychlostí. V dřívějších dobách se využívali děrné štítky a děrná páska. Jako další paměťové médium, jež se ve své době těšilo velké oblibě, byla magnetická páska. Od magnetických pásek se přesunulo k magnetickým diskům, a to zejména k disketám. Dále nastala doba optických medií, která začala v roce 1983 kompaktním diskem (CD – Compact Disk). Vylepšenou verzí CD bylo médium DVD (Digital Versatile Disc). S technologií Blu-ray disků přišla na trh japonská společnost Sony. Konkurencí pro disky Blu-ray byl formát HD DVD, který byl vyvinut společnosti Toshiba, ale ten se moc neprosadil.

Blu-ray se v dnešní době používá především jako médium pro distribuci filmu a je tedy nástupcem DVD a VHS kazet v tomto oboru. Blu-ray technologie umožnuje ukládat filmy na disk ve vysokém rozlišení (Full HD 1920 x 1080 bodů) až s osmi zvukovými kanály. Pro obrazová data se používá zejména kompresní formát MPEG-4 AVC a díky tomu zabírají data na médiu menší prostor. Pro zvuk se používají zejména kompresní formáty Dolby Digital Plus a DTS-HD High Resolution Audio, případně bezeztrátové formáty Dolby TrueHD a DTS-HD Master Audio.

Média Blu-ray zavedla nový způsob ochrany dat proti nelegálnímu kopírování. Tento způsob se jmenuje AACS (Advanced Access Content System). Využívá algoritmu AES (Advanced Encryption Standard) - standardizovaný algoritmus používaný k šifrování dat v informatice. Jedná se o symetrickou blokovou šifru šifrující i dešifrující stejným klíčem data rozdělená do bloků pevně dané délky. Algoritmus má pevně danou velikost bloků na 128 bitů.

Disky Blu-ray existují v několika variantách:

• BD-ROM (Blu-ray Read Only Memory, disk pouze pro čtení)

• BD-R (Blu-ray Recordable, disk pro jednorázový zápis)

• BD-RE (Blu-ray Rewritable, přepisovatelný disk)


Struktura disku

Struktura Blu-ray disku.png


Rozdíl struktury Blu-ray disků s různou kapacitou.png


Cartridge pro Blu-ray disk
Datová stopa
Ilustrační nárysný pohled na stopu

Rozměr Blu-ray disků je stejný jako u jiných optických disků (průměr: 120mm, tloušťka: 1,2mm).

Blu-ray disk se skládá z polykarbonátového nosiče (1,1 mm) a dalších, dále popsaných vrstev o celkové tloušťce (0,1 mm). Z vrchní strany se na polykarbonátový nosič obvykle nanáší potisk. Za nosičem dále následují: jedna, nebo více datových vrstev, reflexní odrazová fólie (ze zlata, stříbra nebo hliníku), ochranná vrstva (cover layer 98 μm) a další speciální ochranná vrstva (hard coat layer 2 μm).

V případě, že se jedná o vícevrstvý disk, jsou další datové vrstvy umísťovány hlouběji do ochranné vrstvy a mezi ně se vkládají dělící vrstvy (spacer layer). V případě dvouvrstvého disku je mezi dvěma datovými vrstvami pouze jedna dělící vrstva a má tloušťku 25 μm. V tomto případě je ochranná pro druhou datovou vrstvu zúžena na 75 μm.

Speciální ochranná vrstva (hard coat layer) nebyla vždy součástí Blu-ray disku, ale přišla s ní společnost Panasonic. Před jejím uvedením, byly disky uloženy v ochranných cartridgích. Hard coat chrání disk hlavně před poškrábáním a prachem.

Ochranné a dělicí vrstvy jsou vytvářeny rotačním nanášením UV pryskyřice (pryskyřice vytvrzovaná UV zářením).

Nositelem informace jsou datové vrstvy, do kterých se data ukládají jako posloupnost tzv. pitů («díra») a landů («plocha») ve stopě/stopách tvaru spirály. Datová vrstva může být tvořena buď organickým barvivem, nebo anorganickou slitinou křemíku a mědi.

Pro data se používá modulace nazývaná 17PP. Do jisté míry podobná modulaci používané u CD (EFM – Eigth To Fourteen Modulation), ale více komplexnější. Modulace spočívá v adaptivním přidávání redundantních dat a to s cílem snižování zátěže pro hardware při čtení.


Technologie

Na rozdíl od CD a DVD se pro čtení a zapis informací z Blu-ray disku používá modré laserové světlo, které má vlnovou délku 405 nm. Malá vlnová délka dovoluje lepe zaostřit světelný paprsek, jeho stopa na disku má průměr 580 nm. Tím pádem je možné vytvářet užší stopu (příčný odstup stopy ve spirále na pracovním povrchu je 0,32 μm), což umožnuje mít vyšší hustotu dat na stejně velké ploše.


Porovnání optických disků.png


Pro zaostření paprsku se používá čočka objektivu s velkým indexem numerické apertury (NA = 0,85), což je parametr charakterizující rozsah úhlů, přes které může systém přijímat nebo emitovat světlo.

Velikost kapacity BD závisí na počtu datových vrstev.

1.png

Tabulka porovnání optických diskových záznamů:

2.png


Princip čtení a zápisu

Blu-ray mechanika
Optická mechanika pro čtení kompaktního disku

Pro čtení a zápis optických disků se využívají optické mechaniky. Systémy optických mechanik jsou podobné pro všechny typy optických disků (CD, DVD, HD DVD, BD).

Nejdůležitější částí optické mechaniky je optická hlava. Skládá se z polovodičového laseru, čočky pro řízení laserového paprsku a fotodiody pro detekování světla odraženého od povrchu disku.

Mechanika má dva servomechanismy. První servomechanismus je určený pro zachování určité vzdálenosti mezi čočkou a diskem, a má zajistit aby byl laserový paprsek zaostřený správně. Druhý servomechanismus posunuje optickou hlavu podél poloměru disku tak, aby byl paprsek uchován na datové stopě.

Jak již bylo řečeno v úvodu, existuje několik variant disků. Disky BD-ROM slouží pouze ke čtení a data ve formě pitů a landů jsou na ně vložena při výrobním procesu. Princip čtení spočívá v analýze signálu z fotodiody, na kterou dopadá paprsek odražený od datové vrstvy. Na základě hloubkových změn ve stopě se dají vyhodnotit přechody mezi pity a landy jako změna fáze odraženého paprsku. Odpovídající data jsou potom získána zpětnou modulací 17PP.

Dále existují varianty disků BD-R a BD-RE, které se od BD-ROM liší tím, že je možné zapisovat data mimo výrobní linku pomocí kompatibilní optické mechaniky vypalováním. Vypalování je proces, při kterém se dá změnou výkonu laseru měnit lokální struktura materiálu datové vrstvy a přecházet mezi amorfním a krystalickým stavem. Při čtení se paprsek čtecího laseru od místa s amorfní strukturou odráží méně než od místa s krystalickou strukturou. Vyhodnocuje se tedy intenzita zpětného odraženého paprsku.

Mechaniky mají vlastnosti rychlosti zápisu a čtení udávanou jako násobící koeficienty základních rychlostí danného média. Rychlosti čtení a zápisu souvisí zejména s rychlostí otáčení média a hustotou dat ve stopě (na daném typu optického disku: pro Blu-ray 36 Mb/s (1x)).

Optické mechaniky jsou nejčastěji součástí multimediálních přehrávačů nebo samostatně jako mechanika pro PC. U interních PC mechanik se nejčastěji používá rozhraní SATA a u externích USB.


Závěr

Nosič Blu-ray je dnes standardem zejména jako médium pro distribuci filmů ve vysokém rozlišení Full HD. S příchodem 4K rozlišení a nového kodeku HEVC H.265 se také předpokládá využití Blu-ray disku jako hlavního nosiče pro distribuci filmů. V daném případě se má jednat o 3 nebo 4 vrstvou variantu s kapacitou nad 100 GB.

Výrobci disků se stále snaží o další a další vylepšování technologie Blu-ray. Mnozí výrobci slibují vytvořit disky s kapacitami až nad 500 GB. Otázka je, jak to bude s kompatibilitou se staršími mechanikami, ale budoucnost na poli optických datových medií je těžko předpokládatelná.


Reference

[1] http://www.svethardware.cz/historie-a-soucasnost-datovych-ulozist/23935

[2] http://et-pocitacovesystemy.wz.cz/ict/mechaniky.html

[3] http://fyzika.jreichl.com/main.article/view/409-princip-zaznamu-a-reprodukce-zvuku

[4] http://01010101.ru/hd-blu-ray/blu-ray-disc-kak-novyj-format.html

[5] http://www.pf.jcu.cz/stru/katedry/fyzika/prof/Tesar/diplomky/pruvodce_hw/komponenty/multimedia/cd/princip.htm

[6] http://cs.wikipedia.org/wiki/Optick%C3%A1_mechanika

[7] http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_disc_drive

[8] http://www.fi.muni.cz/usr/jkucera/pv109/2003/xkutner-esej.htm

[9] http://www.svethardware.cz/historie-a-soucasnost-datovych-ulozist/23935

[10] http://www.php-web.info/articles/video-info/HD-DVDvsBluRay.html

[11] http://blu-raydisc.com/Assets/Downloadablefile/White_Paper_General_3rd_Dec%202012_20121210.pdf

Osobní nástroje
Jmenné prostory
Varianty
Akce
Navigace
Nástroje