Blu-ray Disc - Opis Techniczny

Użytkownik zastanawiając się nad wyborem sprzętu, który zamierza nabyć, uwzględnia wiele cech produktu. Jednakże na szczycie piramidy decyzyjnej znajdują się głównie jakość, ilość i cena. W przypadku spełnienia zapowiedzi cenowych przez obóz promujący HD-DVD – dla amatorów obrazu w wysokiej rozdzielczości korzystniejsza ekonomicznie jest właśnie ich oferta.

Wytwarzanie nośników Blu-Ray Disc jest kosztowne, gdyż wymaga zastosowania całkowicie nowych linii produkcyjnych, a odsetek wadliwych krążków wynosi aktualnie 30%. Natomiast płyty HD-DVD są tak bardzo zbliżone konstrukcyjnie do obecnie produkowanych dysków DVD, że koszt budowy linii produkcyjnej wzrasta o 10% względem tej dla płyt 4,7GB, ponadto odpady z wyprodukowanych aktualnie nośników HD-DVD stanowią 10%.

Koszty to nie wszystko – przyjrzyjmy się pojemnościom oferowanych nośników. Pierwsze nagrywarki stacjonarne Blu-ray firmy Sony, sprzedawane w Japonii już w 2003 roku, potrafią wypalać płyty o pojemności 23,3 GB. Kolejny produkt z niebieskim laserem, oferowany od połowy ubiegłego roku przez koncern Panasonic, umożliwia już zapis 50GB danych na dwuwarstwowej płycie Blu-ray Disc, co pozwala na utrwalenie 4,5 godzin transmisji satelitarnego, cyfrowego przekazu HDTV.

Porównanie kosztów i ilości mamy za sobą – teraz może przytoczymy garść szczegółów technicznych różniących przeciwników. Najlepiej będzie można porównać obydwa standardy w postaci tabeli.



Istnieją wersje BD-ROM (Read Only Memory), BD-R (Recordable) i BD-RW (ReWritable, do nawet 1000 zapisów).

			Blu-ray Disc	HD DVD	DVD
Długość fali lasera			405 nm (niebiesko-fioletowy laser)		650 nm (czerwony laser)
Apertura numeryczna			0.85	0.65	0.6
Pojemność	Jedna warstwa		25 GB	15 GB	4.7 GB
	Dwie warstwy		50 GB	30 GB	8.5 GB
Przykładowa pojemność w przeliczeniu na długość wideo	MPEG-2 (5 Mbit/s) SD		22.2 h	13.3 h	3.8 h
	HD	AVC lub VC-1 (13 Mbit/s)	8.5 h	5.1 h	-
		MPEG-2 (20 Mbit/s)	5.6 h	3.3 h	-
Kodeki wideo			MPEG-4 AVC (H.264) / VC-1 / MPEG-2		MPEG-1 / MPEG-2
Kodeki audio	stratny	Dolby Digital	Obowiązkowy od 640 Kbit/s	Obowiązkowy od 504 Kbit/s	Obowiązkowy od 448 Kbit/s
		DTS	Obowiązkowy od 1.5 Mbit/s	Obowiązkowy od 1.5 Mbit/s	Opcjonalny   od 1.5 Mbit/s
		Dolby Digital Plus[d]	Opcjonalny od 1.7 Mbit/s	Obowiązkowy od 3.0 Mbit/s	-
		DTS-HD High Resolution	Opcjonalny od 6.0 Mbit/s	Opcjonalny od 3.0 Mbit/s	-
	bezstratny	Linear PCM	Obowiązkowy	Obowiązkowy	Obowiązkowy
		Dolby TrueHD	Opcjonalny	Obowiązkowy	-
		DTS-HD Master Audio	Opcjonalny od 24.0 Mbit/s	Opcjonalny od 18.0 Mbit/s	-
Maksymalny bitrate	Dane		53.95 Mbit/s	36.55 Mbit/s	11.08 Mbit/s
	Audio+Video		48.0 Mbit/s	30.24 Mbit/s	10.08 Mbit/s
	Video		40.0 Mbit/s	29.4 Mbit/s	9.8 Mbit/s
Drugi dekoder video			Opcjonalny	Obowiązkowy	-
Drugi dekoder audio			Opcjonalny	Obowiązkowy	-
Połączenie z internetem			Opcjonalny	Obowiązkowy	-
Rozdzielczość wideo (max.)			1920×1080 24p lub 50/60i HDTV		720×480 60i oraz 720×576 50i SDTV
DRM			AACS-128bit / BD+	AACS-128bit	CSS 40-bit
Podział na regiony			3 Regiony	Nie ma	6 Regionów
Warstwa ochronna			Obowiązkowa	Opcjonalna	Opcjonalna

W powyższej tabeli zamieszone zostały skróty i pojęcia, które pragniemy wyjaśnić.

Zarówno oznaczenia SL jak i DL dotyczą płyty jednostronnej, jednakże rozróżnić możemy: SL – płytę jednowarstwową (Single Layer) i DL – płytę dwuwarstwową (Double Layer). Podobnie jak miało to miejsce przy CD i DVD będą płyty: tłoczone –ROM, jednokrotnego zapisu –R oraz wielokrotnego zapisu –RE (innowacja ;-) w nazewnictwie). Dane na płycie zapisywane są w postaci spiralnej ścieżki, która jednakże nie jest idealnie gładka lecz pofalowana, co z punktu widzenia głowicy napędu generuje falę nośną. Dodatkowo w pewnych strefach (np. ADIP) występują charakterystyczne zmiany kształtu ścieżki. Pozwala to na szybsze odnajdywanie poszczególnych fragmentów płyty czy też określenie prędkości obrotowej.

Na płycie Blu-ray w części czołowej obszaru ADIP (Address-In-Pregroove), w celu synchronizacji i detekcji początku danych, stosowana jest modulacja MSK-cos. Natomiast obszar danych ADIP modulowany jest z wykorzystaniem HMW. MSK-cos to metoda dyskretnej modulacji częstotliwości z minimalnym kluczowaniem – ta wersja jest oparta na kosinusoidzie. Charakteryzuje się ona wysoką efektywnością wykorzystania pasma i niską stopą błędów. Natomiast HMW to metoda modulacji z wykorzystaniem częstotliwości harmonicznych sygnału. Na płycie obszar danych sekcji ADIP przybiera kształt zębów piły. Krążek HD-DVD tłoczony oraz jednokrotnego zapisu ma format zapisu przejęty z doskonale sprawdzającego się w praktyce DVD+R – tu także występuje modulacja fazy sygnału, a laser pali po korytkach (groove) jak i grzbietach (land), tworząc w nich wgłębienia (PITy) jednakowej długości.

Tymczasem płyta HD-DVD-RE różni się od swoich „sióstr”, gdyż ma zmienną długość PITów. Obszar płyty podzielony jest na 18 stref z proporcjonalnie rosnącymi długościami poszczególnych obszarów, co prowadzi do praktycznie stałej prędkości liniowej odczytu/zapisu danych przy stałej prędkości kątowej. NA – Apertura numeryczna (Numerical Aperture) – wielkość niemianowana w optyce - jest proporcjonalna do sinusa maksymalnego kąta padania promienia lasera. Wyższa jej wartość, przy połączeniu z krótszą falą promienia lasera, pozwala skupić wiązkę lasera na mniejszym obszarze, to daje możliwość zagęszczenia zapisu na płycie. Kod LDC (Long Distance Code) zawiera bajty parzystości dla kolumn z danymi, a kod BIS (Burst Indication Subcode) zawiera bloki z informacją o kontroli i adresowaniu. Obydwa wzajemnie się uzupełniają w celu korekcji danych przy długich i poważnych uszkodzeniach dysku. Korekcja dla HD-DVD zawiera podobnie jak w przypadku płyt DVD bloki z kontrolą parzystości kolumn i wierszy - PI (Parity Inner) oraz PO (Parity Outer) .

Jedyna różnica względem dysków palonych czerwonym laserem, to powiązanie kolejno dwóch sąsiadujących ze sobą bloków w jeden duży dla HD-DVD. Wykorzystywane w HD-DVD schemat modulacji ETM (Eight to Twelve Modulation – 8 do 12), był wykorzystywany już w zapisie na płytach CD i DVD. Polega on na przekształceniu bajta (8 bitów) danych na ciąg złożony z 12 bitów, spełniający warunki kodu RLL(1,10) – każda „jedynka” ciągu bitów musi być rozdzielona za pomocą co najmniej jednego i co najwyżej dziesięciu „zer”. Modulacja 17PP jest zupełną nowością – cechą charakterystyczną, odróżniającą ją od dotychczas stosowanych modulacji, w tym także ETM, jest traktowanie wprowadzanych danych jako strumienia bitów. Powoduje to, iż w poszczególnych porcjach modulowany jest ciąg bitów o zmieniającej się wciąż ilości wejściowych danych. Korzystając z okazji wprowadzenia szeregu innowacyjnych technologii w DVD nowej generacji, dodano także kolejne rozwiązania w dziedzinie ochrony przed powielaniem. Ponieważ znany z DVD pierwszej generacji system zabezpieczeń przed kopiowaniem CSS został „rozgryziony” przez 15-letniego Jona Johannesa, postawiono na nowe metody ochrony filmów – bardzo podobne do siebie AACS i BD-CPS. Zarówno urządzenia (na podstawie marki i modelu), jak i nośniki nowej generacji będą posiadać swoje klucze.

Na tłoczonych płytach wydzielone są specjalne obszary, zawierające dane przeciwdziałające powielaniu – nazwano je “ROM mark” w Blu-ray i “Volume identifier” w HD-DVD. Nowe systemy ochrony będą opierać się na wprowadzaniu urządzeń, które zostały „skompromitowane” przez crakcerów, na „czarną listę” – tzw. blacklistowanie. Na początku dekodowania płyty, odtwarzacz wyszukuje w swoim rozległym „drzewie” kluczy, odpowiedni dla danego nośnika kod. Jeżeli go nie odnajdzie, wówczas może po prostu „odmówić” odtworzenia zawartości włożonego nośnika. Jeśli crackerzy z powodzeniem „dobiorą” dla jakiegoś urządzenia klucz, a następnie zostanie on opublikowany w Internecie, to po tym incydencie na nowych, tłoczonych nośnikach ten klucz jest dodawany do bazy blacklistowanych. W wyniku tego na urządzeniach z „czarnej” listy, nie będzie możliwe odtworzenie płyt zawierających informację o „złamaniu” danego odtwarzacza. Jest to niekorzystne dla posiadaczy urządzeń, które nie oparły się crackerom, gdyż pewnego dnia może okazać się, że ich odtwarzacz odmawia wyświetlenia legalnie zakupionego filmu :(

Obok licznych różnic pomiędzy dwoma konkurentami, możemy dostrzec szereg podobieństw obydwu standardów wysokiej gęstości zapisu – High Density . Przede wszystkim wyróżnia się identyczna długość fali – 405nm – laser niebiesko-fioletowy.

Do niedawna wśród różnic można by wymienić konieczność stosowania dodatkowej kasetki, chroniącej płytę Blu-ray z uwagi na bardzo niewielką warstwę ochronną – sześciokrotnie mniejszą od stosowanej w HD-DVD. Jednakże ostatnio firma TDK zaprezentowała nową powłokę Durabilis, która pozwala chronić płytę przed przypadkowym porysowaniem.

Podobnie przedstawia się także sprzętowa obsługa uszkodzeń , zupełnie niezauważalna przez użytkownika, dokonywana przez napęd. Wykryty podczas odczytu, zapisu lub weryfikacji obszar, nie nadający się do wykorzystania, jest oznaczany jako wadliwy, a dane są umieszczane w najbliższej dobrej lokacji.

Obydwa standardy powstały z myślą o archiwizacji filmów zapisywanych w wysokiej rozdzielczości HD Video. Pliki wideo, zapisywane na HD-DVD i Blu-ray, mogą być kompresowane kodekami MPEG-2, MPEG-4 (AVC) i Microsoft Windows Media (VC-1), natomiast dźwięk – za pomocą Dolby Digital. Odtwarzacze nowych standardów cechują się większą interaktywnością, w porównaniu do urządzeń DVD z czerwonym laserem. Cechy nowych urządzeń, to bardziej dynamiczny interfejs, programowalne menu, możliwość miksowania wideo, dźwięku i obrazków oraz wbudowane urządzenia, umożliwiające podłączenie do Internetu w celu pobierania aktualizacji.

Blu-ray Disc jest w stu procentach zgodny ze specyfikacją HD, a co za tym idzie, umożliwia zapis i odtwarzanie obrazu na urządzeniach HDTV. Innymi słowy do dyspozycji dostajemy następujące rozdzielczości:

* 1080p - 1920x1080 ze skanowaniem progresywnym (progressive scan)
* 1080i - 1920x1080 z przeplotem (interlaced)
* 720p - 1280x720 ze skanowaniem progresywnym (progressive scan)

Porównanie różnych rozdzielczości (schemat pochodzi z Wikipedii)

* i - (interlaced) obraz z przeplotem – obraz jest dzielony na linie parzyste i nieparzyste. Następnie, podczas wyświetlania, na przemian odświeżane są linie parzyste i nieparzyste z określoną częstotliwością np. 100 Hz. Niestety to naprzemienne odświeżanie linii parzystych i nieparzystych wpływa na pogorszenie jakości obrazu. Przeplot jest wykorzystywany do zmniejszenia pasma przenoszenia sygnału lub zwiększenia pozornej rozdzielczości obrazu. Wadą obrazu wyświetlanego z przeplotem jest jego migotanie. Zwiększenie częstotliwości odświeżania pozwoliło zmniejszyć widoczność tego zjawiska, ale nie zlikwidowało go. Więcej informacji na temat przeplotu znajdziesz na stronie Wikipedii (http://pl.wikipedia.org/wiki/Przeplot). W przypadku mediów cyfrowych wyświetlanie obrazu z przeplotem jest zastępowane wyświetlaniem progresywnym.

* p - (progressive scan) – w przeciwieństwie do przeplotu obraz nie jest dzielony na parzyste i nieparzyste linie odświeżane naprzemiennie. Skanowanie progresywne działa w ten sposób, że za jednym razem odświeżane są wszystkie linie – cały obraz. Dzięki takiemu rozwiązaniu zyskujemy bardziej dokładny i precyzyjny obraz. Rozwiązanie to zapewnia zauważalnie lepszą jakość obrazu.

Do przygotowania materiału wideo przeznaczonego do zapisu na płycie BD wideo konieczne jest użycie jednego z trzech kodeków. W tej chwili każdy odtwarzacz obowiązkowo musi radzić sobie z następującymi formatami kompresji:


* MPEG 2 – doskonale wszystkim znany standard kompresji wykorzystywany również w płytach DVD-Video. Oferuje niski stopień kompresji, ale w zamian otrzymujemy bardzo dobrą jakość obrazu.
* H.264/AVC – bywa często nazywany MPEG-4. Oferuje jakość porównywalną do MPEG 2 przy dwukrotnie większym stopniu kompresji.
* SMPTE VC-1 – jest implementacją kodeka MPEG-4 zaproponowaną przez firmę Microsoft.

Kodowaniu poddawany jest również dźwięk, który obowiązkowo musi być zgodny z jednym z poniższych formatów.

* Dolby Digital AC-3
* DTS
* PCM (do 7.1)

Pierwsza ścieżka dźwiękowa zapisana na płycie nowej generacji musi wykorzystywać jeden z obowiązkowych formatów kompresji audio. Druga ścieżka audio może używać jednego z alternatywnych rozwiązań (np. Dolby TrueHD, DTS-HD Master Audio). Poniżej znajdują się najważniejsze parametry związane z dźwiękiem przetwarzanym w zgodzie z poszczególnymi standardami.

* Dolby TrueHD - ilość kanałów: do 13.1, częstotliwość: 96 kHz/ 24 bit/kanał, bitrate: 18 Mbps
* Dolby Digital Plus - ilość kanałów: do 13.1, częstotliwość: 96 kHz/ 24 bit/kanał, bitrate: 6.144 Mbps
* DTS-HD Master Audio - ilość kanałów: 7.1, częstotliwość: 96 kHz/ 24 bit/kanał, bitrate: 24.5 Mbps
* DTS-HD High Resolution Audio - ilość kanałów: 7.1, częstotliwość: 96 kHz/ 24 bit/kanał, bitrate: 6 Mbps

Wszystkie odtwarzacze Blu-ray dostępne w sprzedaży powinny być zgodne ze starszymi formatami kompresji audio oraz wideo. Dzięki temu, korzystając z odtwarzacza nowej generacji możemy oglądać filmy zapisane np. na krążkach DVD-Video.