Rakstošo DVD iebrukums tirgū

Kurš gan pirms diviem trim gadiem spētu noticēt, ka rakstošie DVD atskaņotāji parādīsies pārdošanā jau 2000. gadā? Turklāt ar iespēju ierakstīt ne tikai no ciparu, bet arī no analogās ieejas, kas nešaubīgi paredz iebūvētu MPEG-2 koderu. Nav taču noslēpums, ka kodera shēma un video un skaņas signālu kompresijas algoritmi ir daudz komplicētāki nekā dekoderam.

Jau mikroreljefa (reljefa elementi – 0,4 mm, solis starp celiņiem – 0,74 mm) veidošana ierakstāmā DVD diska informācijas slānī reālā laikā ir ievērības vērta! Turklāt nedrīkst aizmirst informācijas kopēšanu ātrumos ar kārtu 10 Mbit/s! Starp citu, nepieciešams ne tikai pats rakstītājs, bet arī tukšas matricas – vienreizējie DVD-R vai daudzkārt izmantojamie DVD-RW, kuriem jāiztur gandrīz par kārtu (desmit reizes) lielāks ieraksta blīvums (līdz 4,7 GB diskā) nekā parastiem datoru un audio CD-R un CD-RW. Šīs tehniskās grūtības ir sekmīgi pārvarētas, un pirmās paaudzes DVD rakstītāji jau tiek pārdoti ASV un Japānā. Pagājušajā gadā preses konferencē Hāgā Philips demonstrēja modeli DVDR-1000, taču tā komerciālā izplatīšana sāksies tikai šogad Berlīnes izstādē IFA-2001 no 25. augusta līdz 2. septembrim.

Rakstošo DVD iebrukums tirgū šogad nav nejaušs. Pirmkārt, pasaulē jau izgājuši vairāk nekā 10 miljoni DVD atskaņotāju, arī katra mūsdienīga datora komplektācijā ir DVD iekārta. Otrkārt, elektronikas tehnoloģiju attīstība (konkrētāk, MPEG-2 koderi/dekoderi uz superlielajām integrālajām shēmām) un DVD iekārtu parādīšanās ļāva uz to pamata izstrādāt un sākt masveidā ražot pieejamus (cenā zem 1000 USD) mājas DVD rakstītājus. Treškārt, straujais miniDV formāta videokameru skaita pieaugums ir noformējis sociālo pasūtījumu pēc relatīvi lētiem lielas ietilpības digitālās informācijas nesējiem video un audiomateriālu arhivēšanai CD kvalitātē.
2000. gada janvārī Japānā tirdzniecībā parādījās Maxell jaunas paaudzes vienreiz rakstāmie 4,7 GB diski, 25. februārī – pārrakstāmie divpusējie 5,2 un 9,4 GB DVD-RW, bet nedaudz vēlāk Eiropā – Philips 4,7 un 3,95 GB DVD-R. Tik ietilpīgu nesēju ražošanu stimulēja datoru multimediju risinājumi, kam nepieciešami milzīgi resursi, lai uzkrātu videoklipus un augstas izšķirtspējas telpisko [3D] grafiku.

Zaļā gaisma DVD rakstītāju izstrādāšanai parādījās 1998. gadā, kad DVD Forum apstiprināja DVD-R disku divu izmēru standartus: normālo (12 cm) un samazināto (8 cm). Pēdējais bija paredzēts izmantošanai digitālajās DVD videokamerās, piemēram, Hitachi DZ-MV1 (kas šādā nesējā var ierakstīt līdz divas stundas garu videoprogrammu vai līdz 2000 krāsainu fotogrāfiju), vai citā portatīvā audiovideoaparatūrā. Vēlāk šo standartu paplašināja DVD-RW specifikācija, tad uz to bāzes tika formulētas prasības DVD-R un DVD-RW diskiem. Tās paredz iespēju digitāli ierakstīt gan kustīgu attēlu ar daudzkanālu skaņu, gan lielas izšķirtspējas krāsu fotogrāfijas. Videoieraksts notiek pēc DVD-Video tehnoloģijas un paredz attēla un skaņas digitālo datu MPEG-2 kompresiju. Fotokadru ieraksts tiek veikts ar MPEG-1 metodi.
DVD-R standarts ir sadalīts trijos tā saucamos slāņos jeb līmeņos. Pirmais – fiziskais (Physical layer) norāda prasības informāciju nesošo padziļinājumu (pitu) izmēriem un to izvietojumam uz diska, pret paša diska un tā pamatzonu izmēriem, lāzera viļņu garumam un jaudai ieraksta un atskaņošanas režīmos u. c. Otrais, failu sistēmas (File system layer), apraksta datu organizāciju failos. Un beidzot trešais, lietotāja (Application layer), norāda digitālās datu plūsmas formātu un parametrus, to skaitā MPEG-2 kodera un dekodera režīmu pārslēgšanas komandas, datus par failu izvietojumu un piekļuvi tiem utt. Pirmie divi līmeņi izmanto DVD-R/DVD-RW ieraksta/atskaņošanas tehnoloģiju datoriem, bet trešais – DVD-Video.

DVD rakstītājs spēj diskā ierakstīt ne tikai attēlu un skaņu, bet arī dažādus tā saucamos prezentācijas datus, piemēram, videoprogrammas ieraksta laiku, subtitrus, kā arī citu teksta un grafisku informāciju. Šos videodatus kodē, izmantojot MPEG-1, ja tiek ierakstīts statisks attēls (piemēram, fotogrāfija), vai izmantojot MPEG-2, ja grafiskā informācija tiek uzklāta kustīgam attēlam.
Visu šo digitālo signālu ierakstīšana DVD-R un DVD-RW optiskajos diskos pamatojas uz informatīvā slāņa materiāla fāzes stāvokļa izmaiņu, apstarojot to ar aptuveni 15 mW jaudīgu IS lāzera staru. Stara iedarbībā parādās secīgi apgabali ar mazāku (amorfā fāze) vai lielāku (kristāliskā fāze) atstarošanas pakāpi. Ieraksta atskaņošana ir tāda pati kā rūpnīcā pagatavotajam DVD, tikai no rūpnīcas DVD virsmas atstarojas 45-85 procenti gaismas enerģijas, bet paštaisītajiem DVD-RW – tikai 18-30 procenti. Tāpēc ne visi agrāk ražotie DVD atskaņotāji spēs tos stabili nolasīt. Vienreizrakstāmiem diskiem DVD-R principā ir tāda pati uzbūve kā DVD-RW, tikai tajos izmanto citu pārklājuma materiālu, kas neatgriezeniski maina optiskās īpašības.

Bet kādā veidā ieraksta laikā tiek veikts trekings, t. i., stara pozicionēšana uz diska, un kā tiek regulēts diska ātrums? Atgādināsim: atskaņojot DVD, taktimpulsi lāzera un diska servomotoru sinhronizācijai tiek iegūti no paša diska. Turklāt trekings, tāpat kā CD-Audio, tiek veikts, nosakot stara pozīciju attiecībā pret celiņu, bet nolasīšanas lineāro ātrumu (ko nosaka diska griešanās ātrums) regulē, salīdzinot frekvences iepriekšminētajiem impulsiem un bāzes kvarca ģeneratoram atskaņotājā. Visu šo problēmu atrisināšanai DVD-R un DVD-RW (tāpat kā datoru un audio CD-R un CD-RW) ieraksta režīmā tiek lietota tukšas matricas sākotnējā iezīmēšana (formatēšana).

Rakstītājs sastāv no transportmehānisma, skaņas un attēla signālu kodera/dekodera bloka, A/V ieejas un izejas interfeisiem, kā arī vadības bloka.
Ieejas interfeiss nodrošina saņemšanu, komutāciju un pārveidošanu digitālā formā signāliem no dažādiem avotiem. Kā redzams shēmā, rakstītāja ieejai pienāk tikai analogie audio- un videosignāli. Tas tāpēc, ka DVD ražotāji uztraucas par ierakstu pirātiskās tiražēšanas iespējamību. Lai nu kā, mūsdienu skaņas un attēla ACP ir tik korekti, ka kvalitātes atšķirības programmām no analogās un ciparu ieejas ir niecīgas. Taču atgriezīsimies pie shēmas. Tātad analogie signāli nonāk AV komutatorā, no kura izejas videosignāls tiek nosūtīts uz multistandarta dekoderu un pēc tam uz video ACP, bet skaņas signāls – uz audio ACP. Kodera un dekodera bloks (codec unit) ieraksta režīmā kodē skaņas un attēla digitālos signālus, kas nāk no ieejas interfeisa, un apvieno tos vienotā digitālā plūsmā. Ieraksta režīmā kodeks ieraksta kontrolei veic diskā rakstāmo signālu plūsmas inverso pārveidošanu (dekodēšanu), bet atskaņojot pārveido analogā formā no diska nolasītos video un audiosignālus. Atkarībā no DVD rakstītāja darba režīma kodeka bloks veic skaņas un attēla kompresiju, izmantojot vairākus algoritmus. Piemēram, video – vai nu MPEG-2 (kustīgam attēlam) vai MPEG-1 (statiskam). Ar skaņu ir vēl sarežģītāk, jo iespējami trīs kodēšanas varianti: lineārā PCM (bez datu kompresijas) un divi kompresijas veidi – MPEG un Dolby Digital. Turklāt skaņa var būt gan mono, gan stereo, gan daudzkanālu. Kad tiks atrisināts jautājums par aizliegumu kopēt pret kopēšanu aizsargātas videoprogrammas un daudzos nākamās paaudzes rakstītājos parādīsies digitālā ieeja, tad skaņas un attēla signāli (piemēram, no miniDV videokameras) tiks ievadīti tieši multipleksora ieejā. Multipleksors pievieno digitālajai plūsmai dažādu dienesta informāciju un papilddatus ierakstam diskā (subtitrus, ekrāna izvēlnes utt.). Ierakstāmā signāla kontrolei un atskaņošanas režīmā izejošais signāls no starpbufera nonāk A/V izejas interfeisā, kur tiek pārveidots analogā formā. Ieraksta režīmā no bufera iznākošais signāls tiek sūtīts uz DVD rakstītāja ceturtā bloka – transportmehānisma – ieeju. Šajā blokā ietilpst ne tikai servomotors un optiskā galviņa, bet arī kļūdu korekcijas shēma un lāzera stara intensitātes modulators/demodulators. Kļūdu korekcijas shēmas ieejā no kodeka nonāk multipleksēta datu plūsma, kas saskaņā ar DVD-Video standartu tiek kodēta kļūdu droši (informācija tiek pārkārtota un pievienoti kontrolbiti). Tad šo digitālo plūsmu modulē (izmantojot 8/16 metodi) blokā modulācijas un demodulācijas blokā, un DVD-Video formātā iegūto signālu izmanto lāzera starojuma jaudas izmaiņai. Tiešu lāzera vadību veic speciāla shēma, kura ieraksta režīmā strādā kā enerģētiskais slēgs (principā – divrežīmu ACP), bet atskaņošanas un dzēšanas režīmos stabilizē nolasošā lāzera stara starojumu (šajā brīdī parasti starojuma jauda ir par kārtu mazāka nekā rakstot). Ieraksts diskā tiek veikts ar universālo optisko galviņu, kuru servodzinēja shēma vada pa spirālveida darba celiņu, kas iepresēts DVD-R vai DVD-RW matricā. Lai lāzera rakstošais stars atrastos precīzi uz šī celiņa, servodzinēja shēma nepārtraukti kontrolē no diska atstarotā lāzera stara signālu. Šādam mērķim optiskās galviņas fotodiodu signālu starpība (kas proporcionāla trekinga kļūdai) tiek ievadīta galviņas servomehānisma shēmas ieejā, un tā operatīvi izlabo stara novirzi.
Atskaņošanas režīmā no diska atstarotais lāzera stara signāls pēc pastiprināšanas un formas korekcijas ekvalaizerā vispirms tiek pārveidots par divlīmeņu signālu, pēc tam – par nuļļu un vieninieku secību. Šo digitālo signālu demodulē pēc metodes 16/8, tajā atrod un labo kļūdas. Šādi iegūta digitālā plūsma tiek nosūtīta uz kodeka shēmu. Šeit digitālos video un audiosignālus atdala, tad AV dekoderā konvertē par sākotnējiem digitāliem attēla un daudzkanālu skaņas signāliem. Tos analogā formā pārveido AV izejas interfeiss, kura darbību aplūkojām iepriekš. Multipleksora shēma atdala ekrāna grafikas OSD datus (izvēlnes uz ekrāna) un citu teksta (subtitri utt.) un lietišķo informāciju (norādījumus par MPEG dekoderu darba režīmiem u. c.).
Rakstītāja piektā sastāvdaļa ir vadības shēma CPU (Central Processor unit), kas ne tikai komandē visus rakstītāja dzelžus, bet arī norāda celiņu izvietojumu diskā (TOC) un izstrādā atbilstošus dienesta datus, kas diskā tiek ierakstīti kopā ar informācijas plūsmu. CPU veido lietotāja interfeisu kā ekrāna izvēlnes, ar kuru palīdzību tiek vadīti rakstītāja darbības režīmi un nepieciešamā ieraksta izvēle diskā.

Par uzskates līdzekli izmantosim jau minēto Philips DVDR-1000, jo tas ir viens no pirmajiem Eiropā sastopamajiem DVD rakstītājiem. Aparāts paredzēts 12 cm disku Audio-CD (arī CD-R un CD-RW), Video-CD/S-VCD, DVD-Video, DVD-R un DVD-RW atskaņošanai. Atskaņotājs var ierakstīt dažādu video un audioinformāciju 4,7 GB diskos vairākās kvalitātes pakāpēs. Superrežīmā HQ tiek nodrošināta maksimālā bitu plūsma 9,72 Mbit/s videoprogrammām līdz vienas stundas garumā, bet pārējos, SP, LP un EP – divas, trīs un četras stundas, secīgi samazinoties izšķirtspējai. Tiešām, kāpēc, piemēram, analogās TV programmas rakstīt High Quality režīmā, jo ētera signāla kvalitāte bieži tikko salīdzināma ar Video-CD? Toties veidojot arhīvu no vērtīgiem un unikāliem kadriem, kas nofilmēti ar videokameru, ekonomija uz kvalitātes rēķina, acīmredzot, nav pieļaujama.
Kā redzams jau šajā vienā piemērā, Philips DVDR-1000 ir digitālais disku videomagnetofons ar ļoti plašām funkcionālām iespējām. Vēl jāpatur prātā, ka patlaban ar DVDR-1000 ierakstītus DVD-RW spēs lasīt tikai šis pats vai cits šī paša modeļa atskaņotājs. Citi DVD aparāti tos pagaidām pieņemt diemžēl nespēs. Tas tāpēc, ka pašreizējo vienoto pasaules standartu uz DVD+RW nav akceptējuši visi ražotāji. Pašlaik ir tikai vispārīgas rekomendācijas un DVD Forum ieteikums izmantot DVD-Video akceptētās tehnoloģijas. Tāpēc katrai firmai ir tiesības izstrādāt savu diska faila struktūras organizāciju. Piemēram, Pioneer daudzkanālu skaņas ierakstam izmanto firmas Dolby Laboratories izstrādātu metodi DDCE (Dolby Digital Consumer Encoder), kas pēc speciāla algoritma saspiež daudzkanālu skaņu digitālā plūsmā, kas ekvivalenta parastai, divkanālu stereoskaņai. Šis jaunākais algoritms, pēc Pioneer speciālistu domām, ir ļoti efektīvs diska vietas taupīšanai, vienlaikus nodrošinot ļoti augstu daudzkanālu skaņas kvalitāti. Tikai viens bet: atskaņot šādi kodētu daudzkanālu iespējams tikai atskaņotājā ar DDCE dekoderu, kuru mūsdienās izgatavo tikai Philips. Un tā tālāk. Tiesa, tie visi ir tikai aparātu bērnības slimības un neapšaubāmi izzudīs, jo DVD rakstītāju pilnveidošana turpinās. Cerams, jau tuvākajā laikā ierakstītos DVD-RW varēs atskaņot jebkurš DVD atskaņotājs.

Kaspars KOKUMS
Izmantoti interneta un žurnāla Audio Video materiāli