Почему Blu-ray заменил стандартный DVD для фильмов в высоком разрешении

Год был 1997. Технология DVD наконец-то пришла в дома по всему миру, выведя цифровые звук и видео из лабораторий в гостиные. Это изменило то, как мы смотрим фильмы. Но эта революция была лишь разминкой.

В 2006 году индустрия готовилась к ещё одному сдвигу. На сцену вышел Blu-ray Disc (BD ). Он обещал легко справляться с видео и аудио в высоком разрешении. Фотографии. Данные. Огромные файлы. Стандартные DVD просто не могли угнаться.

HowStuffWorks разбирает механику, стоящую за Blu-ray. Мы также рассматриваем, как этот формат сравнивается с другими претендентами на рынке цифрового видео. Цель проста. Понять, почему увеличение ёмкости хранения имело значение.

Односторонний стандартный DVD вмещает 4,7 ГБ данных. Этого достаточно для двухчасового фильма в стандартном разрешении. Можно уместить несколько дополнительных материалов. Особые примечания. Удалённые сцены. Комментарии.

Высокое разрешение меняет математику. Изображение гораздо чётче. Оно требует примерно в пять раз больше пропускной способности. Это означает необходимость в пятикратном увеличении объёма хранения. По мере того как телевизоры становятся более чёткими, а студии стремятся к лучшему качеству, потребителям нужны плееры, способные хранить больше данных. Стандартные диски упирались в потолок.

Blu-ray — это не просто новый формат диска. Это система хранения данных, предназначенная для работы с огромными объёмами информации. Вы можете записывать, хранить и воспроизводить видео высокой чёткости (HD), цифровое аудио или файлы с компьютера. Главный козырь? Ёмкость.

Возьмите однослойный диск Blu-ray. Он имеет тот же физический размер, что и DVD. Но вместо 4,7 ГБ он вмещает до 27 ГБ данных. Это огромный скачок.

Что означает 27 ГБ в реальных условиях?
— Вы получаете более двух часов видео в высоком разрешении.
— Или около 13 часов видео стандартного разрешения.

Если вам нужно больше места, двухслойный диск повышает планку. Он хранит до 50 ГБ. Этого достаточно для 4,5 часов контента в HD-качестве. Или более 20 часов видео стандартного разрешения.

Разработчики уже рассматривают диски с ещё большей ёмкостью. Технология не стоит на месте.

Как Blu-ray хранит данные

Прежде чем углубляться в техническое устройство, полезно понять, почему ёмкость так значительно превышает возможности DVD. Ответ кроется в лазере и линзе.

DVD используют красный лазер с длиной волны 650 нанометров. Blu-ray использует сине-фиолетовый лазер. Длина волны короче — около 405 нанометров.

Более короткая длина волны позволяет лазеру фокусироваться на меньшей точке на диске. Меньшие точки означают меньшие ямки и площадки. Более мелкие элементы позволяют упаковать больше данных в то же физическое пространство.

Линза также имеет более высокую числовую апертуру. Это дополнительно сужает фокус. Физику здесь приходится выполнять основную работу.

Структура слоёв

Стандартный DVD имеет один отражающий слой. DVD-R или DVD+R имеет один слой записи. Диски Blu-ray могут иметь до двух слоёв, а в будущих версиях их количество может быть больше.

Первый слой является полупрозрачным. Лазер проходит сквозь него, чтобы достичь второго слоя. Именно поэтому двухслойный диск вмещает почти вдвое больше данных, чем однослойный.

Данные хранятся в спиральной дорожке. Шаг дорожки — расстояние между соседними дорожками — на диске Blu-ray более плотный. Он составляет 0,32 микрон. Шаг дорожки у DVD равен 0,74 микрон. Более плотные дорожки означают больше данных.

Почему это важно для пользователей

Вам не нужно знать математику нанометров, чтобы воспользоваться преимуществами этого. Вам просто нужно знать, что один диск может вместить полный сезон телешоу в HD-качестве. Или фильм с высоким битрейтом без артефактов сжатия.

Для распространения программного обеспечения это означает, что большие установки игр или профессиональные видеопроекты помещаются на одном носителе. Больше не нужно переключаться между несколькими дисками.

Сравнение с DVD

Разница между Blu-ray и DVD очевидна.

Характеристика	DVD	Blu-ray
Длина волны лазера	650 нм (красный)	405 нм (сине-фиолетовый)
Ёмкость однослойного диска	4,7 ГБ	25 ГБ (часто указывается как ~23 ГБ полезной ёмкости)
Ёмкость двухслойного диска	8,5 ГБ	50 ГБ
Шаг дорожки	0,74 мкм	0,32 мкм

Интеграция с Интернетом и управление пользователем

Blu-ray — это не просто хранение данных. Формат добавил новый уровень интерактивности, который не предлагали стандартные DVD. Вы не просто смотрите. Вы подключаетесь к Интернету и в реальном времени загружаете субтитры или дополнительные материалы.

Опыт пользователя смещается от пассивного просмотра к активному управлению. Вы можете записывать телепередачи в высоком разрешении (HDTV) без потери качества. Это не сжатый «каша». Вы также можете мгновенно переходить к любому месту на диске. Больше не нужно ждать, пока лазер найдёт нужное место.

Такие функции, как запись одной программы во время просмотра другой на диске, стали стандартом. Плейлисты легко создавать. Вы можете редактировать или изменять порядок программ, записанных непосредственно на диск. Привод помогает вам, автоматически ища свободное место, чтобы вы случайно не перезаписали любимый фильм.

Физика синего лазера

Как помещается так много данных? Диски хранят видео и аудио в пит-канавках — спиральных углублениях, идущих от центра к краю. Лазер считывает другую сторону — бугорки. Больше данных означает меньшие пит-канавки. Меньшие пит-канавки требуют более точного лазера.

Стандартные DVD используют красный лазер. Blu-ray использует синий лазер. Отсюда и название.

Синий свет имеет более короткую длину волны — 405 нанометров. Красные лазеры работают на длине волны 650 нанометров. Эта более короткая длина волны позволяет сфокусировать луч плотнее. Он считывает пит-канавки длиной всего 0,15 микрона (мкм). Это более чем в два раза меньше, чем размер пит-канавок на DVD.

Blu-ray также уменьшил шаг дорожки с 0,74 микрона до 0,32 микрона. Меньшие пит-канавки. Более плотные дорожки. Однослойный диск Blu-ray вмещает более 25 ГБ. Это в пять раз больше места, чем у DVD.

Инженерные решения для компенсации наклона диска

Диски выглядят похоже. Оба имеют толщину 1,2 миллиметра. Но внутренняя структура отличается.

DVD заключают данные между двумя слоями поликарбоната. Каждый слой имеет толщину 0,6 мм. Это вызывает проблему, называемую двойным лучепреломлением. Лазерный свет преломляется, разделяясь на два отдельных луча. Если расхождение слишком велико, диск становится нечитаемым.

Наклонная поверхность вызывает наклон диска. Лазерный луч искажается. Эти проблемы делают производство DVD сложным. Blu-ray пришлось решить их иначе, чтобы справиться с более высокой плотностью данных.

Мы увидим, как именно формат преодолевает эти физические препятствия, в следующем разделе.

Почему «Blu-ray», а не «Blue-ray»

Название происходит от синего лазера и оптического луча. Но почему убрали «e»?

Производители намеренно убрали «e» из слова «blue». Обычное слово, такое как «blue», нельзя зарегистрировать как товарный знак. Им нужно было уникальное название. «Blu-ray» прижилось.

Почему диски Blu-ray не страдают от проблем с двулучепреломлением, свойственных DVD

Ключевое инженерное различие между Blu-ray и DVD заключается не только в использовании лазеров. Речь идет о физике и о том, где именно размещаются данные. Традиционные DVD представляют собой «сэндвич», в котором слой записи заключен между двумя слоями поликарбоната толщиной 0,6 мм каждый. Если вы когда-либо пытались прочитать погнутый DVD, то знаете, в чем проблема. Такая толщина вызывает двулучепреломление — искажение света, из-за которого лазерный луч рассеивается. Данные становятся нечитаемыми.

Blu-ray меняет эту модель. Данные размещаются на верхней стороне единого слоя поликарбоната толщиной 1,1 мм. Это не случайное решение. Оно полностью предотвращает двулучепреломление. Но это также имеет и другой эффект: слой записи оказывается ближе к объективу механизма считывания.

«Размещение данных сверху предотвращает двулучепреломление и, следовательно, устраняет проблемы с читаемостью.»

Близость к объективу практически сводит на нет проблемы, связанные с перекосом диска. Лазеру не нужно проходить через большой объем материала, чтобы достичь данных. В результате сигнал становится чище. Больше никаких пропусков и ошибок чтения, вызванных незначительными физическими дефектами структуры диска.

Парадокс производственных затрат

Здесь становится интересно. Возможно, вы предположите, что более сложная конструкция означает более высокие производственные затраты. Однако односторонний подход Blu-ray на самом деле экономит деньги на этапе литья.

Производство DVD — это тонкий процесс. Вы литейным способом изготавливаете два отдельных диска толщиной 0,6 мм, а затем склеиваете их. Слой записи находится посередине. Этот процесс требует крайней точности. Любое малейшее смещение или напряжение в пластике может вызвать двулучепреломление. Это медленно. Это капризно. Это дорого.

Blu-ray упрощает цепочку производства. Вы изготавливаете только один диск толщиной 1,1 мм. Вот и всё. Один шаг вместо двух. Без склеивания и без создания «сэндвича». Процесс литья под давлением становится быстрее и стабильнее. Экономия средств благодаря такой оптимизированной технологии производства значительна.

Баланс между защитой и ценой

Конечно, здесь есть компромисс. Поскольку слой данных теперь находится ближе к поверхности, он нуждается в защите. На внешнюю сторону диска наносится твердое защитное покрытие. Оно защищает данные от царапин и отпечатков пальцев. Это необходимое дополнение. Без него диск стал бы непригодным для использования в течение нескольких дней.

Делает ли это дополнительное покрытие диски Blu-ray более дорогими в производстве по сравнению с DVD? Нет. Экономия, полученная благодаря упрощенному процессу литья под давлением, компенсирует затраты на защитный слой. Итоговый результат — диск, стоимость производства которого не превышает стоимость стандартного DVD.

Именно поэтому Blu-ray мог конкурировать по цене с самого начала. Речь шла не только о более высоком качестве видео. Речь шла о более продуманном производственном дизайне. Более толстая подложка — это не недостаток. Это основа как лучшей производительности, так и более низких производственных затрат. Технология работает, потому что учитывает ограничения, связанные со светом. Бизнес-модель работает, потому что учитывает ограничения бюджета.

Разница в скорости — это первое, что бросается в глаза. Скорость передачи данных Blu-ray составляет 36 Мбит/с. Сравните это с пределом в 10 Мбит/с у стандартных DVD. Это не просто незначительное улучшение. Это скачок на поколение вперед. На один диск можно записать 25 ГБ данных. Этого достаточно для полноформатного фильма в высоком разрешении, записанного всего за чуть более чем 90 минут.

На страже

Безопасность никогда не была второстепенной задачей для Blu-ray. Она встроена на аппаратном уровне. Современные DVD notoriously легко копируются. Диски Blu-ray оснащены системой защищенного шифрования. Это не просто пароль. Это уникальный идентификатор, встроенный в структуру диска. Цель проста. Защита от пиратства видео и нарушения авторских прав. Студиям нужен был способ остановить «цифровое» копирование, которое преследовало эпоху DVD. Blu-ray стал их ответом.

Форматы

Здесь становится запутанно или, возможно, гибко. В зависимости от того, кого вы спросите, архитектура формата такова.

DVD и CD изначально были носителями только для чтения. Записываемые и перезаписываемые варианты появились у них лишь спустя годы. Blu-ray пропустил этот этап. Он был разработан с нуля с учетом нескольких форматов. Именно поэтому при покупке чистых дисков вы видите столько аббревиатур.

• BD-ROM предназначен для содержимого только для чтения. Подумайте о предварительно записанных фильмах. Это цифровой аналог прессованного CD.
• BD-R означает записываемый. Это для хранения данных на ПК. После записи на него данные нельзя стереть.
• BD-RW — перезаписываемый. Также для хранения данных на ПК. Вы можете перезаписывать этот диск многократно.
• BD-RE — еще один перезаписываемый формат. Но он специально оптимизирован для записи телепередач в формате HDTV. Если вы используете Blu-ray-рекордер для записи прямого эфира, это тот диск, который вам нужен.

«В отличие от DVD и CD, которые начинались с форматов только для чтения и лишь позже добавили записываемые и перезаписываемые форматы, Blu-ray изначально разрабатывался в нескольких различных форматах».

Разнообразие форматов может сбивать с толку. Но оно позволяет специализироваться. Вы не используете BD-RE для хранения семейных фотографий. Вы используете BD-R. Вы не используете BD-ROM для записи игры. Вам нужна гибкость.

Конкуренты Blu-ray

Война форматов еще не закончена. В следующем разделе мы рассмотрим некоторых конкурентов Blu-ray.

Производители хотели, чтобы Blu-ray полностью поглотил рынок DVD. Они надеялись на чистую победу. Но реальность оказалась более запутанной. JVC увидел этот переход и построил мост. Они создали гибридный диск Blu-ray/DVD. Этот гибрид вмещал около 33,5 ГБ. Это позволяло студиям выпускать видео как в старом, так и в новом формате на одном физическом носителе. Это был компромисс для разделенной аудитории.

Но Blu-ray не был единственным игроком на рынке. Рынок был переполнен. Другие форматы боролись за свою долю пирога от DVD.

Конкурент HD-DVD

На сцену вышел HD-DVD. Также известный как AOD (Advanced Optical Disc). Toshiba и NEC разработали этот стандарт-конкурент. Он фактически разрабатывался еще до появления обычного DVD. Реальная разработка началась только в 2003 году.

Главным преимуществом была стоимость. HD-DVD использовал тот же базовый формат, что и традиционные DVD. Это означало, что производители могли использовать существующее оборудование. Это экономило деньги. Это позволяло производственным линиям работать без огромных капитальных затрат.

Емкость хранения была конкурентоспособной. Однослойный перезаписываемый HD-DVD вмещал 15 ГБ. Двухслойный достигал 30 ГБ. Трехслойные диски могли хранить 45 ГБ. Сравните это с пределами Blu-ray в 27 ГБ и 50 ГБ. Неперезаписываемые HD-DVD содержали немного меньше. Интерактивные возможности также соответствовали стандарту HDi Blu-ray. Если вы хотите углубиться в технологии, поищите статью «Как работает HD-DVD».

Другие игроки на ринге

Blu-ray и HD-DVD доминировали в заголовках новостей. Но поле было шире. Warner Bros. Pictures разработала HD-DVD-9. Эта система использовала более высокую компрессию. Она сжимала около двух часов видео высокой четкости на стандартный DVD. Это была хитрая уловка для переходного периода.

Тайвань внес свой вклад с Forward Versatile Disc (FVD). Это было улучшенное DVD. Оно предлагало больше места для хранения. Односторонние диски вмещали 5,4 ГБ. Двусторонние версии достигали 9,8 ГБ. Китай представил Enhanced Video Disc (EVD). Еще один претендент на видео высокой четкости. Еще один формат, который мог запутать потребителей.

Профессиональное применение

Технология синего лазера предназначалась не только для кино. Sony разработала профессиональные версии. Они создали XDCAM для вещателей и студий аудиовизуального контента. Они также выпустили ProData (Professional Disc for Data). Это было предназначено для коммерческого хранения данных. Например, для резервного копирования серверов. Это поддерживало рынок хранения данных высокой плотности активным за пределами домашнего кинотеатра.

Будущее было больше

25 ГБ или 50 ГБ казались большим объемом в то время. Но будущее обещало еще больше. Pioneer уже смотрел вперед. Они разрабатывали оптический диск с емкостью 500 ГБ. Это бы превзошло большинство жестких дисков ПК.

Как? Ультрафиолетовые лазеры. Длина волны даже короче, чем у синего. Более короткая длина волны означает меньшие ямки для данных. Меньшие ямки означают больше данных. Война за хранение данных только начиналась.

Часто задаваемые вопросы о Blu-ray

Что такое Blu-ray Disc?
Blu-ray Disc — это формат оптических дисков большой емкости. Он хранит видео высокой четкости, аудио и данные компьютеров. Диск может хранить до 256 ГБ данных.

Являются ли диски Blu-ray устаревшими?
Нет. Они далеко не устарели. Физические носители все еще имеют свое место.

В чем разница между DVD и Blu-ray?
Основная разница — в разрешении. Blu-ray предлагает более высокое разрешение, чем DVD.

Еще больше информации

Статьи HowStuffWorks по теме

• Как работают DVDs

• Как работает HD-DVD

• Как работают CD

• Как работает цифровое телевидение

• Как работает HDTV

• Как работают Flexplay DVDs

• Как работает домашний кинотеатр

• Как работает форматирование видео

• В чем разница между DVD-Audio и CD?

Дополнительные полезные ссылки

• Blu-ray.com

• Blu-ray Disc Association

• Blu-ray Disc FAQ

• BBC News: DVDs could hold ‘100 times more’ — 28 сентября 2004 г.

• CNET News: Blu-ray Burns for Interactive Content — 17 августа 2004 г.

Источники

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

• Arnold, Thomas K. «Techies Improve on DVDs,» USA Today, 19 апреля 2004 г., стр. B.06.

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

• «BDF Announce Next Steps in Establishing Blu-ray Disc as the Next Generation Optical Disc Format.» BDF Press Release. 8 января 2004 г.

• 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 марта 2004 г.

• Blu-ray FAQ, Blu-ray.com

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

• Labriola, Don. «Blue Lasers Boost DVD Capacity,» PC Magazine, август 2004 г., стр. 30.

• Large Capacity Optical Disc Video Recording Format «Blu-ray» Disc» Established, Blu-ray Disc Press Release, 19 февраля 2002 г.

• Parisi, Paula. «The Great DVD Debate,» Hollywood Reporter, 13 апреля 2004 г., стр. S13.

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

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

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

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

• What is Blu-ray?, Blu-ray.com