Чому Blu-ray замінив стандартний DVD для фільмів з високою роздільною здатністю

Рік був 1997. Технологія DVD нарешті прийшла в будинки по всьому світу, вивівши цифрові звук та відео з лабораторій у вітальні. Це змінило те, як ми дивимось фільми. Але ця революція була лише розминкою.

У 2006 році індустрія готувалася до ще одного зрушення. На сцену вийшов Blu-ray Disc (BD). Він обіцяв легко справлятися з відео та аудіо у високій роздільній здатності. Фотографії. Дані. Великі файли. Стандартні DVD просто не могли наздогнати.

HowStuffWorks розбирає механіку, що стоїть за Blu-ray. Ми також розглядаємо як цей формат порівнюється з іншими претендентами на ринку цифрового відео. Ціль проста. Зрозуміти, чому збільшення ємності зберігання мало значення.

Односторонній стандартний DVD вміщує 4,7 ГБ даних. Цього достатньо для двогодинного фільму у стандартній роздільній здатності. Можна вмістити кілька додаткових матеріалів. Особливі зауваження. Віддалені сцени. Коментарі.

Висока роздільна здатність змінює математику. Зображення набагато чіткіше. Воно вимагає приблизно у п’ять разів більше пропускної спроможності. Це означає необхідність у п’ятикратному збільшенні обсягу зберігання. У міру того як телевізори стають більш чіткими, а студії прагнуть кращої якості, споживачам потрібні плеєри, здатні зберігати більше даних. Стандартні диски упиралися в стелю.

Blu-ray – це не просто новий формат диска. Це система зберігання даних, призначена для роботи з величезними обсягами інформації. Ви можете записувати, зберігати та відтворювати відео високої чіткості (HD), цифрове аудіо або файли з комп’ютера. Головний козир? Ємність.

Візьміть одношаровий диск Blu-ray. Він має той самий фізичний розмір, що і DVD. Але замість 4,7 ГБ він містить до 27 ГБ даних. Це величезний стрибок.

Що означає 27 ГБ у реальних умовах?
– Ви отримуєте більше двох годин відео у високій якості.
– Або близько 13 годин відео стандартного дозволу.

Якщо вам потрібно більше місця, то двошаровий диск підвищує планку. Він зберігає до 50 ГБ. Цього достатньо для 4,5 годин контенту HD-якості. Або більше 20 годин відео стандартного дозволу.

Розробники вже розглядають диски з більшою ємністю. Технологія не стоїть дома.

Як Blu-ray зберігає дані

Перш ніж заглиблюватися в технічний пристрій, корисно зрозуміти, чому ємність значно перевищує можливості DVD. Відповідь криється в лазері та лінзі.

DVD використовують червоний лазер із довжиною хвилі 650 нанометрів. Blu-ray використовує синьо-фіолетовий лазер. Довжина хвилі коротша – близько 405 нанометрів.

Коротша довжина хвилі дозволяє лазеру фокусуватися на меншій точці на диску. Найменші точки означають менші ямки та майданчики. Більш дрібні елементи дозволяють запакувати більше даних у той же фізичний простір.

Лінза також має вищу числову апертуру. Це додатково звужує фокус. Фізику тут доводиться виконувати основну роботу.

Структура шарів

Стандартний DVD має один шар, що відбиває. DVD-R чи DVD+R має один шар запису. Диски Blu-ray можуть мати до двох шарів, а в майбутніх версіях їх кількість може бути більшою.

Перший шар є напівпрозорим. Лазер проходить крізь нього, щоб досягти другого шару. Саме тому двошаровий диск вміщує майже вдвічі більше даних ніж одношаровий.

Дані зберігаються у спіральній доріжці. Крок доріжки – відстань між сусідніми доріжками – на диску Blu-ray щільніший. Він становить 0,32 мкм. Крок доріжки у DVD дорівнює 0,74 мікрона. Більше щільні доріжки означають більше даних.

Чому це важливо для користувачів

Вам не потрібно знати математику нанометрів, щоб скористатися перевагами цього. Вам просто потрібно знати, що один диск може вмістити повний сезон телешоу в якості HD. Або фільм із високим бітрейтом без артефактів стиснення.

Для поширення програмного забезпечення це означає, що великі установки ігор або професійні відеопроекти розміщуються на одному носії. Більше не потрібно перемикатися між кількома дисками.

Порівняння з DVD

Різниця між Blu-ray та DVD очевидна.

| Характеристика DVD | Blu-Ray |
| :— | :— | :— |
| Довжина хвилі лазера | 650 нм (червоний) | 405 нм (синьо-фіолетовий) |
| Ємність одношарового диска | 4,7 ГБ | 25 ГБ (часто вказується як ~23 ГБ корисної ємності) |
| Ємність двошарового диска | 8,5 ГБ | 50 ГБ |
| Крок доріжки | 0,74 мкм | 0,32 мкм |

Інтеграція з Інтернетом та керування користувачем

Blu-ray – це не просто зберігання даних. Формат додав новий рівень інтерактивності, який не пропонували стандартні DVD. Ви не просто дивіться. Ви підключаєтеся до Інтернету та в реальному часі завантажуєте субтитри або додаткові матеріали.

Досвід користувача зміщується від пасивного перегляду до активного керування. Ви можете записувати телепередачі високої якості (HDTV) без втрати якості. Це не стислий «каша». Ви також можете миттєво переходити до будь-якого місця на диску. Більше не потрібно чекати, доки лазер знайде потрібне місце.

Такі функції, як запис однієї програми під час перегляду іншої на диску, стали стандартом. Плейлисти легко “створювати”. Ви можете редагувати або змінювати порядок програм, записаних безпосередньо на диск. Привід допомагає вам автоматично шукати вільне місце, щоб ви випадково не перезаписали улюблений фільм.

Фізика синього лазера

Як міститься так багато даних? Диски зберігають відео та аудіо в піт-канавках – спіральних заглибленнях, що йдуть від центру до краю. Лазер зчитує інший бік — горбки. Більше даних означає менші піт-канавки. Найменші піт-канавки вимагають більш точного лазера.

Стандартні DVD використовують червоний лазер. Blu-ray використовує синій лазер. Звідси й назва.

Синє світло має коротшу довжину хвилі — 405 нанометрів. Червоні лазери працюють на довжині хвилі 650 нанометрів. Ця коротша довжина хвилі дозволяє сфокусувати промінь щільніше. Він зчитує піт-канавки довжиною всього 0,15 мікрона (мкм). Це більш ніж удвічі менше, ніж розмір піт-канавок на DVD.

Blu-ray також зменшив крок доріжки з 0,74 мікрона до 0,32 мікрона. Найменші піт-канавки. Більше щільні доріжки. Одношаровий диск Blu-ray містить більше 25 ГБ. Це у п’ять разів більше місця, ніж у DVD.

Інженерні рішення для компенсації нахилу диска

Диски виглядають схоже. Обидва мають товщину 1,2 міліметра. Але внутрішня структура відрізняється.

DVD містять дані між двома шарами полікарбонату. Кожен шар має товщину 0,6 мм. Це викликає проблему, звану подвійним променезаломленням. Лазерне світло переломлюється, поділяючись на два окремі промені. Якщо розбіжність занадто велика, диск стає нечитаним.

Похила поверхня викликає нахил диска. Лазерний промінь спотворюється. Ці проблеми роблять виробництво DVD складним. Blu-ray довелося вирішити їх інакше, щоб упоратися з більш високою густиною даних.

Ми побачимо, як саме формат долає ці фізичні перешкоди у наступному розділі.

Чому “Blu-ray”, а не “Blue-ray”

Назва походить від синього лазера та оптичного променя. Але чому прибрали “e”?

Виробники навмисно прибрали “e” зі слова “blue”. Звичайне слово, таке як «blue», не можна зареєструвати як товарний знак. Їм потрібна була унікальна назва. “Blu-ray” прижилося.

Чому диски Blu-ray не страждають від проблем з двопроменеломленням, властивих DVD

Ключова інженерна відмінність між Blu-ray та DVD полягає не лише у використанні лазерів. Йдеться про фізику та про те, де саме розміщуються дані. Традиційні DVD є «сендвіч», в якому шар запису укладений між двома шарами полікарбонату товщиною 0,6 мм кожен. Якщо ви намагалися прочитати погнутий DVD, то знаєте, в чому проблема. Така товщина викликає двопроменезаломлення – спотворення світла, через яке лазерний промінь розсіюється. Дані стають нечитаними.

Blu-ray змінює цю модель. Дані розміщуються на верхній стороні єдиного шару полікарбонату завтовшки 1,1 мм. Це не випадкове рішення. Воно повністю запобігає двопроменеломленню. Але це також має й інший ефект: шар запису виявляється ближчим до об’єктиву механізму зчитування.

«Розміщення даних зверху запобігає двопроменеломленню і, отже, усуває проблеми з читальністю.»

Близькість до об’єктиву практично зводить нанівець проблеми, пов’язані з перекосом диска. Лазеру не потрібно проходити через великий обсяг матеріалу, щоб досягти даних. В результаті сигнал стає чистішим. Більше жодних перепусток та помилок читання, викликаних незначними фізичними дефектами структури диска.

Парадокс виробничих витрат

Тут цікаво. Можливо, ви припустите, що більш складна конструкція означає вищі виробничі витрати. Однак, односторонній підхід Blu-ray насправді економить гроші на етапі лиття.

Виробництво DVD – це тонкий процес. Ви ливарним способом виготовляєте два окремі диски товщиною 0,6 мм, а потім склеюєте їх. Шар запису знаходиться посередині. Цей процес потребує крайньої точності. Будь-яке найменше усунення або напруга в пластиці може викликати двопроменезаломлення. Це повільно. Це примхливе. Це дорого.

Blu-ray спрощує ланцюжок виробництва. Ви виготовляєте лише один диск завтовшки 1,1 мм. Ось і все. Один крок замість двох. Без склеювання та без створення «сендвіча». Процес лиття під тиском стає швидшим і стабільнішим. Економія коштів завдяки такій оптимізованій технології виробництва є значною.

Баланс між захистом та ціною

Звісно, ​​тут є компроміс. Оскільки шар даних тепер знаходиться ближче до поверхні, він потребує захисту. На зовнішній бік диска наноситься тверде захисне покриття. Воно захищає дані від подряпин та відбитків пальців. Це потрібне доповнення. Без нього диск став би непридатним для використання протягом кількох днів.

Чи робить це додаткове покриття диски Blu-ray дорожчими у виробництві порівняно з DVD? Ні. Економія, одержана завдяки спрощеному процесу лиття під тиском, компенсує витрати на захисний шар. Підсумковий результат — диск, вартість якого не перевищує вартість стандартного DVD.

Саме тому Blu-ray міг конкурувати за ціною від початку. Йшлося не тільки про вищу якість відео. Йшлося про більш продуманий виробничий дизайн. Товстіша підкладка — це не недолік. Це основа як кращої продуктивності, і нижчих виробничих витрат. Технологія працює, тому що враховує обмеження, пов’язані зі світлом. Бізнес-модель працює, тому що враховує обмеження бюджету.

Різниця у швидкості — це перше, що впадає у вічі. Швидкість передачі Blu-ray становить 36 Мбіт/с. Порівняйте це з межею 10 Мбіт/с у стандартних DVD. Це не просто незначне вдосконалення. Це стрибок на генерацію вперед. На диск можна записати 25 ГБ даних. Цього достатньо для повноформатного фільму у високій роздільній здатності, записаного всього за трохи більше 90 хвилин.

На варті

Безпека ніколи не була другорядним завданням для Blu-ray. Вона вбудована на апаратному рівні. Сучасні DVD notoriusly легко копіюються. Диски Blu-ray оснащені системою захищеного шифрування. Це не просто пароль. Це унікальний ідентифікатор, вбудований у структуру диска. Ціль проста. Захист від піратства відео та порушення авторських прав. Студіям потрібен був спосіб зупинити «цифрове» копіювання, яке переслідувало епоху DVD. Blu-ray став їхньою відповіддю.

Формати

Тут стає заплутано чи, можливо, гнучко. Залежно від того, кого ви запитаєте, така архітектура формату.

DVD та CD спочатку були носіями лише для читання. Варіанти, що записуються і перезаписуються, з’явилися у них лише через роки. Blu-ray пропустив цей етап. Він був розроблений із нуля з урахуванням кількох форматів. Саме тому, купуючи чисті диски, ви бачите стільки абревіатур.

• BD-ROM призначений для вмісту лише для читання. Подумайте про попередньо записані фільми. Це цифровий аналог пресованого CD.
• BD-R означає записуваний. Це зберігання даних на ПК. Після запису дані не можна стерти.
• BD-RW – перезаписується. Також для зберігання даних на ПК. Цей диск можна перезаписувати багаторазово.
• BD-RE — ще один формат, що перезаписується. Але його спеціально оптимізовано для запису телепередач у форматі HDTV. Якщо ви використовуєте Blu-ray-рекордер для запису прямого ефіру, це той диск, який вам потрібний.

«На відміну від DVD і CD, які починалися з форматів тільки для читання і лише пізніше додали формати, що записуються і перезаписуються, Blu-ray спочатку розроблявся в декількох різних форматах».

Різноманітність форматів може збивати з пантелику. Але воно дає змогу спеціалізуватися. Ви не використовуєте BD-RE для збереження сімейних фотографій. Ви використовуєте BD-R. Ви не використовуєте BD-ROM для запису гри. Вам потрібна гнучкість.

Конкуренти Blu-ray

Війну форматів ще не закінчено. У цьому розділі ми розглянемо деяких конкурентів Blu-ray.

Виробники хотіли, щоб Blu-ray повністю поглинув ринок DVD. Вони сподівалися на перемогу. Але реальність виявилася заплутанішою. JVC побачив цей перехід і збудував міст. Вони створили гібридний диск Blu-ray/DVD. Цей гібрид містив близько 33,5 ГБ. Це дозволяло студіям випускати відео як у старому, так і новому форматі на одному фізичному носії. То справді був компроміс для розділеної аудиторії.

Але Blu-ray не був єдиним гравцем на ринку. Ринок був переповнений. Інші формати виборювали свою частку пирога від DVD.

Конкурент HD-DVD

На сцену вийшов HD-DVD. Також відомий як AOD (Advanced Optical Disc). Toshiba та NEC розробили цей стандарт-конкурент. Він фактично розроблявся ще до появи традиційного DVD. Реальна розробка розпочалася лише у 2003 році.

Головною перевагою була ціна. HD-DVD використовував той самий базовий формат, як і традиційні DVD. Це означало, що виробники могли використовувати наявне устаткування. Це заощаджувало гроші. Це дозволяло виробничим лініям працювати без великих капітальних витрат.

Місткість зберігання була конкурентоспроможною. Одношаровий HD-DVD, що перезаписується, вміщував 15 ГБ. Двошаровий досягав 30 ГБ. Тришарові диски могли зберігати 45 ГБ. Порівняйте це з межами Blu-ray 27 ГБ і 50 ГБ. Неперезаписувані HD-DVD утримували трохи менше. Інтерактивні можливості відповідали стандарту HDi Blu-ray. Якщо ви хочете заглибитись у технології, пошукайте статтю «Як працює HD-DVD».

Інші гравці на рингу

Blu-ray та HD-DVD домінували у заголовках новин. Але поле було ширшим. Warner Bros. Pictures розробила HD-DVD-9. Ця система використовувала більш високу компресію. Вона стискала близько двох годин відео високої чіткості на стандартний DVD. Це був хитрий прийом для перехідного періоду.

Тайвань зробив свій внесок з Forward Versatile Disc (FVD). Це було покращене DVD. Воно пропонувало більше місця для зберігання. Односторонні диски містили 5,4 ГБ. Двосторонні версії сягали 9,8 ГБ. Китай представив Enhanced Video Disc (EVD). Ще один претендент на відео найвищої чіткості. Ще один формат, який міг заплутати споживачів.

Професійне застосування

Технологія синього лазера призначалася як для кіно. Sony розробила професійні версії. Вони створили XDCAM для мовників та студій аудіовізуального контенту. Вони також випустили ProData (Professional Disc for Data). Це було призначено для комерційного зберігання даних. Наприклад, для резервного копіювання серверів. Це підтримувало ринок зберігання даних високої щільності активним поза домашнього кінотеатру.

Майбутнє було більше

25 ГБ або 50 ГБ здавалися великим обсягом на той час. Але майбутнє обіцяло ще більше. Pioneer вже дивився вперед. Вони розробляли оптичний диск із ємністю 500 ГБ. Це перевершило б більшість жорстких дисків ПК.

Як? Ультрафіолетові лазери. Довжина хвилі навіть коротша, ніж у синього. Коротша довжина хвилі означає менші ямки для даних. Найменші ямки означають більше даних. Війна за зберігання даних лише розпочиналася.

Часті питання про Blu-ray

Що таке Blu-ray Disc?
Blu-ray Disc – це формат оптичних дисків великої ємності. Він зберігає відео високої чіткості, аудіо та дані комп’ютерів. Диск може зберігати до 256 ГБ даних.

Чи є диски Blu-ray застарілими?
Ні. Вони далеко не застаріли. Фізичні носії досі мають своє місце.

У чому різниця між DVD та Blu-ray?
Основна різниця – у вирішенні. Blu-ray пропонує вищу роздільну здатність, ніж DVD.

Ще більше інформації

Статті HowStuffWorks по темі

• Як працюють DVDs

• Як працює HD-DVD

• Як працюють CD

• Як працює цифрове телебачення

• Як працює HDTV

• Як працюють Flexplay DVDs

• Як працює домашній кінотеатр

• Як працює форматування відео

• У чому різниця між DVD-Audio та CD?

Додаткові корисні посилання

• Blu-ray.com

• Blu-ray Disc Association

• Blu-ray Disc FAQ

• BBC News: DVDs could hold ‘100 times more’ – 28 вересня 2004 р.

• CNET News: Blu-ray Burns for Interactive Content – 17 серпня 2004

Джерела

• Sony to deliver Blu-ray titles June 20, CNET News, 13 червня 2006 р.

• Arnold, Thomas K. “Techies Improve on DVDs” USA Today, 19 квітня 2004 р., стор. B.06.

• Background of Blu-ray Disc Technology, Blu-ray Disc.

• “BDF Announce Next Steps у встановленні Blu-ray Disc як Next Generation Optical Disc Format.” BDF Press Release. 8 січня 2004 р.

• Blue Laser HD DVD Formats & Technology, Disctronics.com.

• “Blu-ray Disc to Deliver Five Times Disc Capacity of DVD Discs with Comparable Costs Per Disc.” BDF Press Release. Blu-ray Disc, 29 березня 2004 р.

• Blu-ray FAQ, Blu-ray.com

• Frauenheim, Ed. Standards Battle Could Shoot Both Sides in Foot, CNET news.com, 17 серпня 2004 р.

• Labriola, Don. “Blue Lasers Boost DVD Capacity,” PC Magazine, серпень 2004, сс. 30.

• Large Capacity Optical Disc 19 лютого 2002 р.

• Parisi, Paula. “The Great DVD Debate,” Hollywood Reporter, 13 квітня 2004 р., стор. S13.

• Shaw, Jake. Matsushita Unveils Blu-ray DVD Recorder, NewsFactor Innovation, 30 червня 2004

• Shim, Richard. Blu-ray Burns for Interactive Content, CNET News.com, 17 серпня 2004 р.

• Shim, Richard. Sony Shines Light on Blu-ray DVD Plans, CNET News.com, березень 2003

• Smith, Tony. DVD Forum Punts Blue Laser HD-DVD, The Register, 15 квітня 2004 р.

• What is Blu-ray?, Blu-ray.com