DVD-привод состоит из платы электроники, шпиндельного двигателя, системы оптической считывающей головки и системы загрузки диска.
На плате электроники размещены все управляющие схемы привода, интерфейс с контроллером компьютера, разъемы интерфейса и выхода звукового сигнала. Большинство приводов использует одну плату электроники, однако в некоторых моделях отдельные схемы выносятся на вспомогательные небольшие платы.
Шпиндельный двигатель служит для приведения диска во вращение с постоянной или переменной линейной скоростью.
Обычно диск вращается с постоянной линейной скоростью, что означает, что скорость прохождения диска под головкой должна быть постоянной. Для этого шпиндель меняет частоту вращения в зависимости от радиуса дорожки, с которой в данный момент считывает информацию оптическая головка. При перемещении головки от внешнего радиуса диска к внутреннему диск должен быстро увеличить скорость вращения примерно вдвое, поэтому от шпиндельного двигателя требуется хорошая динамическая характеристика. Двигатель используется как для разгона, так и для торможения диска.
На оси шпиндельного двигателя закреплена подставка, к которой после загрузки прижимается диск. Поверхность подставки обычно покрыта резиной или мягким пластиком для устранения проскальзывания диска. Прижим диска к подставке осуществляется при помощи шайбы, расположенной с другой стороны диска; подставка и шайба содержат постоянные магниты, сила притяжения которых прижимает шайбу через диск к подставке. В некоторых конструкциях для этого используются спиральные или плоские пружины.
Система оптической головки состоит из самой головки и системы ее перемещения. В головке размещены лазерный излучатель на основе инфракрасного лазерного светодиода, система фокусировки, фотоприемник и предварительный усилитель. Система фокусировки представляет собой подвижную линзу, приводимую в движение электромагнитной системой voice coil (звуковая катушка), сделанной по аналогии с подвижной системой громкоговорителя. Изменение напряженности магнитного поля вызывает перемещение линзы и перефокусировку лазерного луча. Благодаря малой инерционности такая система эффективно отслеживает вертикальные биения диска даже при значительных скоростях вращения.
Система перемещения головки имеет собственный двигатель, приводящий в движение каретку с оптической головкой при помощи зубчатой либо червячной передачи.
Для исключения люфта используется соединение с начальным напряжением: при червячной передаче — подпружиненные шарики, при зубчатой — подпружиненные в разные стороны пары шестерней.
Система загрузки диска обычно выполняется в двух вариантах: с использованием специального футляра для диска (caddy), вставляемого в приемное отверстие привода, и с использованием выдвижного лотка (tray), на который кладется сам диск. В обоих случаях система содержит двигатель, приводящий в движение лоток или футляр, а также механизм перемещения рамы, на которой закреплена вся механическая система вместе со шпиндельным двигателем и приводом оптической головки, в рабочее положение, когда диск ложится на подставку шпиндельного двигателя.
При использовании обычного лотка привод невозможно установить в иное положение, кроме горизонтального. В приводах, допускающих монтаж в вертикальном положении (например, в ноутбуках), конструкция лотка предусматривает фиксаторы, удерживающие диск при выдвинутом лотке.
В настоящее время все большее распространение получают приводы с щелевой загрузкой. Такие системы содержат двигатель для втягивания и выброса дисков через узкую зарядную щель в передней панели.
На передней панели привода обычно расположены кнопка Eject для загрузки/выгрузки диска, индикатор обращения к приводу и гнездо для подключения наушников с электронным или механическим регулятором громкости. В ряде моделей добавлена кнопка Play/Next для запуска проигрывания звуковых дисков и перехода между звуковыми дорожками; кнопка Eject при этом обычно используется для остановки проигрывания без выбрасывания диска. На некоторых моделях с механическим регулятором громкости, выполненным в виде ручки, проигрывание и переход осуществляются при нажатии на торец регулятора.
Большинство приводов также имеет на передней панели небольшое отверстие, предназначенное для аварийного извлечения диска в тех случаях, когда обычным способом это сделать невозможно (например, при выходе из строя привода лотка или всего привода, при выключенном питании и т. п.). В отверстие нужно вставить шпильку или распрямленную скрепку и аккуратно нажать - при этом снимается блокировка лотка или дискового футляра, и его можно выдвинуть вручную.
Носители DVD
По характеру записанной информации DVD можно разделить на три типа — DVD-Video, DVD-Audio и DVD-ROM.
На DVD-Video записываются видеопрограммы. При компрессии MPEG-2 на каждом информационном слое умещается 133 минуты видео вещательного качества с мультиканальным «сэрраунд» звуком. При этом изображение в трех различных форматах записи (включая широкоэкранный) может сопровождаться одним из восьми звуковых каналов и одним из 32 дополнительных каналов (субтитры). Можно использовать до девяти различных углов просмотра одного и того же материала, а также закрывать доступ к просмотру фильма целиком или по частям с помощью пароля.
DVD-Audio служит источником высококачественных звуковых программ. Существует два варианта: помимо аудиоданных диск может содержать произвольный текст, меню и неподвижные изображения (картинки), либо носитель воспроизводит аудио с DVD-Video фрагментами. Наихудший из всех возможных вариантов кодирования звука обладает качественными параметрами, аналогичными CD-Audio (16 бит/44,1 кГц). Наилучшим был бы шестиканальный звук (5,1-канальный) с параметрами кодирования 24 бита/196 кГц на каждый канал, если бы скорость потока данных составляла 27,6 Мбит/с.
На DVD-ROM, как правило, записываются компьютерные программы, игры, текстовая, графическая и прочая информация, в том числе может быть записан звук или видео. В этом отношении DVD-ROM отличается от CD-ROM только большей информационной емкостью.
По отношению к возможности записи на диски новой информации их можно разделить на три типа.
Диски только для чтения
К ним относятся диски всех трех вышеупомянутых типов (DVD-Video, DVD-Audio и DVD-ROM), если они изготовлены путем тиражирования (штамповки) в заводских условиях. Имеют, пожалуй, самое высокое качество записи (минимум ошибок). Изменить записанную на них информацию невозможно. Оптический контраст записи (разница между интенсивностью отраженного от поверхности диска света, соответствующего нулям и единицам записанного сигнала) составляет 45—85% («0» — «1»). За 100 % взята интенсивность падающего пучка.
Диски однократной записи
DVD-R (Recordable — записываемые) был самым первым стандартом записываемых DVD. Накопители этого типа стали продаваться в конце 1997 года. Благодаря этому DVD-R диски сегодня совместимы с наибольшим количеством устройств записи и считывания DVD. Они являются носителями однократной записи. Информация, записанная на них один раз, изменена быть не может.
Запись осуществляется аналогично дискам CD-R. В слое органического красителя лазером «прожигаются» питы. В процессе записи лазер нагревает диск до температуры 200—300°С, из-за чего краситель становится непрозрачным на длине волны считывающего лазера. Если при считывании луч лазера попадает на одну из впадин, то он рассеивается. На необработанных участках красителя — лэндах — луч отражается назад и регистрируется.
Для обеспечения точности позиционирования в DVD-R используется метод волнообразных желобковых дорожек. Данные записываются только в желобки, которые специально гравируются на диске в заводских условиях. Частота отклонения желобков является синхронизирующей при считывании информации с диска. Желобки расположены более плотно, чем в DVD-RAM, однако данные записываются только в желобки, промежутки между ними (площадки) не используются.
DVD+R. Это самый младший из существующих форматов DVD. Основан на технологии DVD+RW и является ее вариантом с однократной записью. Начали продаваться в середине 2002 года. Информационным слоем является слой органического красителя, как и в DVD-R.
Перезаписываемые диски
DVD-RAM (Read Access Memory — память с произвольным доступом) появился в середине 1998 года. В основном разработан компанией Philips. Отличается от всех остальных наличием картриджа, внутри которого сам диск и находится. Однако в мае 2000 года появились безкартриджевые DVD-RAM диски, совместимые со стандартными накопителями. Производитель гарантирует по меньшей мере 100 000 циклов перезаписи.
Технология записи DVD-RAM использует методику записи на волнообразные выступы и желобки. В соответствии с этой методикой сигнал записывается и между желобками (выступы), и в сами желобки, которые формируются при создании диска. Частота колебания дорожек служит информацией для синхронизации. Кроме того, диск содержит специальные заголовки секторов, которые наносятся на него при создании.
Принцип записи на носитель DVD-RAM основан на технологии фазового перехода. После нагрева вещества, которое находится в записывающем слое диска, до определенной температуры и охлаждения оно образует кристаллическую (упорядоченную) фазу, а после нагрева до более высокой температуры и охлаждения оно образует аморфную (неупорядоченную) фазу. Отражающая способность вещества в кристаллической фазе выше, чем в аморфной. Благодаря этой разнице и считывается сигнал. Во время перезаписи лазер с более низкой энергией нагревает поверхность, в результате чего она вновь кристаллизуется. Оптический контраст между 0 и 1 составляет 12-25%.
Диски DVD-RAM обладают рядом преимуществ перед остальными стандартами. Они лучше справляются с дефектами, имеют более высокую скорость доступа к накопителю и лучше защищены от внешних воздействий (благодаря картриджу).
DVD-RW (ReWritable — перезаписываемый) представляет собой более современную технологию, основанную на DVD-R. Впервые этот формат был представлен на DVD Forum в марте 1998 года. В основном он разработан фирмой Pioneer. Диски DVD-RW предоставляют возможность перезаписи не менее 1000 раз.
Способ записи отличен от применяемого в DVD-R. Технология перезаписи основана на фазовом переходе, как и DVD-RAM.
DVD+RW. Формат DVD+RW изначально так и назывался, затем был переименован в +RW по требованию DVD-Forum. Однако через некоторое время оригинальное название этой технологии было возвращено. Формат DVD+RW разработан и поддерживается DVD+RW Alliance. Позволяют осуществлять перезапись не менее 1000 раз.
DVD+RW первого поколения так и не был выпущен в свет. Производители отказались от него в 1999 году. Второе поколение дисков этой технологии было запущено в производство в конце 2001 года. Запись на DVD+RW второго поколения производится с помощью все того же фазового перехода.
При использовании DVD+RW процесс записи может быть приостановлен и возобновлен без потери областей, связывающих сеансы записей (в отличие от DVD-RW). Технология «связывания без потерь» позволяет выполнить выборочную замену любого отдельного блока данных объемом 32 кб новым блоком с точностью позиционирования 1 микрон. Столь высокая точность достигается благодаря высокочастотным колебаниям предварительной канавки диска.
На сегодняшний день существуют четыре различных типа DVD-носителя. Диск может иметь от одного до четырех информационных слоев. Кроме диска диаметром 12 см выпускаются 8-сантиметровые DVD, так что всего получается восемь различных носителей, отличающихся информационной емкостью.
Однослойный односторонний 8-сантиметровый диск может содержать 1,46 Гб информации. Двухслойный двухсторонний 12-сантиметровый — 17 Гб. Рассмотрим каждый тип диска подробнее.
Однослойный односторонний, или SSSL (Single Sided Single Layer), диск. Представляет собой две склеенные между собой подложки. Одна из них изготовлена из прозрачного поликарбоната и содержит информационный слой. Другая изготовлена из непрозрачной пластмассы. Она нужна для обеспечения нужной толщины диска (1,2 мм). Сверху на нее наклеивается этикетка. Информационный слой металлизирован слоем алюминия толщиной 0,05 мкм. Емкость такого диска составляет 4,7 Гб для 12-сантиметрового и 1,46 Гб для 8-сантиметрового носителя. Маркируются они соответственно как DVD-1 и DVD-5. Цифра соответствует приблизительному значению емкости.
Двухсторонний однослойный, или DSSL (Double Sided Single Layer). Прямой потомок технологии SD-DVD. Аналогичен диску SSSL, только в нем обе подложки содержат информационный слой. Емкость, соответственно, в два раза больше. Неудобство использования заключается в том, что при воспроизведении его необходимо переворачивать (как грампластинку). Емкость 8,54 Гб (DVD-9) и 2,66 Гб (DVD-2).
Односторонний двухслойный, или SSDL (Single Sided Double Layer). Как и двухсторонний однослойный (DSSL), имеет информационный слой на каждой подложке, но считывается, в отличие от него, с одной и той же стороны. Это возможно за счет того, что один из информационных слоев металлизирован не алюминием, а полупрозрачным слоем золота и кремния. При считывании лазер накопителя может фокусироваться как на верхнем (полупрозрачном) слое, так и на нижнем (отражающем). Понятно, что уровень шумов при считывании с такого диска будет выше, нежели в случае SSSL и DSSL. Поэтому питы приходится делать гораздо крупнее, что в итоге уменьшает суммарную емкость носителя по сравнению с двухсторонним однослойным диском.
Особенностью этих дисков является то, что если данные на нем записаны в формате DVD-Video или DVD-Audio, то первый слой (полупрозрачный) считывается от центра к краю (как у всех оптических дисков), а второй — от края к центру (как грампластинки). Это сделано для того, чтобы при воспроизведении фильма или музыкального фрагмента не было паузы. Если же SSDL представляет собой DVD-ROM, то оба слоя считываются от центра к краю. Восьмисантиметровый диск SSDL может нести 2,92 Гб информации, а 12-сантиметровый — 9,4 Гб. Маркируются они как DVD-3 и DVD-10 соответственно.
Двухсторонний двухслойный, или DSDL (Double Sided Double Layer). Каждая из подложек содержит два информационных слоя: полупрозрачный (кремний с золотом) и отражающий (алюминий). Емкость его в два раза выше, чем у SSDL, и составляет 5,32 Гб для 8-сантиметрового (DVD-6) и 17,08 Гб для 12-сантиметрового (DVD-17).