DVD следующего поколения: битва стандартов Blu-ray и HD-DVD – THG.RU

Введение

Обновлённая версия статьи

Рынок бытовой электроники, в отличие от компьютерной индустрии, традиционно медленно сбрасывает с себя устаревшую технику. Но выход DVD следующего поколения это правило, похоже, нарушит. Ещё до того, как DVD вышли на рынок в 1997 году, производители бытовой электроники уже работали над стандартом следующего поколения.

Информация о новых технологиях начала просачиваться в начале 2002 года, после чего в январе 2003 года на Consumer Electronics Show (CES) дебютировали демонстрационные накопители. Sony произвела немалую шумиху, анонсировав формат и объявив о немалой поддержке OEM-производителей. Toshiba и NEC выглядели “тёмными лошадками” со своей технологией Advanced Optical Disc (AOD). С учётом этого, многие люди были шокированы, когда DVD Forum в 2003 году, ассоциация, пестовавшая формат DVD, объявила AOD в качестве официального формата DVD следующего поколения. Создавалось ощущение, что формат Sony Blu-ray обладал преимуществами во всех отношениях, однако Forum выбрал AOD, который затем был переименован в HD-DVD.

Вокруг двух форматов появилось немало путаницы. Однако в этой статье мы постараемся пролить свет на события, происходящие в обоих лагерях. Конечно, всё объяснить не удастся, так как некоторые спецификации так ещё и не утверждены или не документированы. Мы планируем дополнять этот материал по мере появления спецификаций, выхода стандартов или прояснения ситуации.

Истоки DVD

Истоки DVD уходят ещё к 1994 году, когда впервые собрался специальный комитет кинопроизводителей, который пожелал создать формат для фильмов на дисках. Через год появились два формата: Philips/Sony анонсировали Multimedia CD (MMCD), а Toshiba, Matsushita, Pioneer и Warner – Superdisc (SD). Сегодня история вновь повторяется.

IBM вышла героем, поскольку эта компания работала за кулисами, заломив кое-кому руки и заставив индустрию объединить усилия. После битвы Betamax/VHS в начале 80-х годов IBM не составило особого труда убедить производителей бытовой электроники, что в их же интересах обеспечить единый путь развития индустрии. В итоге в декабре 1995 года появилась единая спецификация под названием DVD.

В сентябре 1996 года вышли финальные спецификации DVD-Video для домашнего просмотра и DVD-ROM – замена CD-ROM на персональных компьютерах. Через месяц была утверждена система защиты от копирования Content Scrambling System (CSS), которая через три года оказалась столь противоречивой. Для независимого контроля и совершенствования спецификации был создан DVD Consortium, позднее переименованный в DVD Forum.

Первые DVD-плееры и диски появились в Японии в ноябре 1996 года. В марте 1997-го технология была запущена в девяти городах США, а общенациональный (США) запуск состоялся на несколько месяцев позднее. На сегодняшний момент только в США продано больше 80 миллионов DVD-плееров.

Зачем нужны перемены?

Зачем же мешать такому успеху? Дело в том, что формат DVD уже подошёл к своим ограничениям, и теперь его уже совершенно точно можно назвать устаревшим. К примеру, расширенные версии всех трёх фильмов “Властелин колец” пришлось разбивать на два диска, так как они слишком длинные и используют вторую звуковую дорожку DTS. Звуковой формат DTS (Digital Theater Systems) отнимает сравнительно большой объём – намного больше, чем Dolby Digital. Кроме того, добавьте ещё два диска дополнительных материалов!

Если фильм DVD планируется выпустить на одном диске, то ограничения по ёмкости приводят к тому, что приходится урезать, скажем, дополнительные материалы. Например, дополнительные материалы и документальные съёмки часто добавляются в полноэкранном урезанном формате 4:3.

В то же время, если взять фильм на двух DVD, когда на второй диск вынесены все дополнительные материалы, то они обычно прилагаются в широкоэкранном формате 16:9. Компания New Line Home Entertainment проводит подобную политику по отношению ко всем хитовым фильмам. Скажем, “Блейд: Троица” поставляется со 105-минутным документальным фильмом о съёмке в великолепном широкоэкранном формате. То же самое можно сказать про фильмы “Фредди против Джёсона”, “Техасская резня бензопилой” и “Подержанные львы”.

Ещё одна причина перехода на новый стандарт: защита. CSS была взломана, благодаря некоторым умным программистам в Европе и не очень умным программистам в уже почившей компании Xing Technologies. Группа, создавшая программу DeCSS, догадалась, как можно обойти защиту, используя ключ дешифрования Xing DVD, который не был защищён должным образом. В результате DVD копировать стало так же легко, как музыкальные CD. Даже при рекордной продаже DVD (скажем, 39 миллионов экземпляров “В поисках Немо”) киностудии остаются недовольны. Им очень не нравится тот факт, что формат DVD сегодня уязвим, и с этим ничего нельзя поделать. Конечно же, они мечтают о новом формате с лучшей защитой.

И последняя причина для возникновения нового стандарта – качество видео. Фильмы на DVD используют горизонтальное разрешение 480p, то есть 480 строчек на кадр. Фильмы High Definition TV (HDTV) используют разрешение 720p или 1080i. Конечно, без HDTV-дисплея вы вряд ли заметите разницу, но если вы уже купили подходящую модель, то улучшение качества окажется ощутимым.

Несколько месяцев назад я купил себе новый DLP-телевизор Toshiba TheaterWideHD 52HM84. Спутникового телевидения у меня нет, однако есть кабельное с высоким разрешением. После просмотра передач и фильмов в высоком разрешении переход на DVD показался мне шагом назад.

DVD было легко продавать массам, поскольку преимущество этого формата сразу же становилось очевидным. Обычный ЭЛТ-телевизор способен выводить до 525 горизонтальных линий, поэтому чёткая картинка 480p будет заметна любому. Но для того, чтобы ощутить всю прелесть формата DVD следующего поколения, необходимо обзавестись HDTV-телевизором. А для проникновения HDTV-телевизоров на широкий рынок потребуется немало времени.

В принципе, рынок HDTV растёт по мере падения цен на DLP- и плазменные телевизоры. Consumer Electronics Association предполагает, что поставки HDTV-телевизоров составят 36,6 миллиона единиц к концу этого года, и 67,3 миллиона единиц – к концу 2006. В крупных американских и европейских магазинах телевизоры с высоким разрешением уже доминируют, а старые ЭЛТ-модели формата 4:3 отодвинуты на задние полки вместе с VHS-видеомагнитофонами.

По нашему мнению, HDTV позволит ускорить переход на DVD следующего поколения. По мере того, как люди начнут привыкать к HDTV, они будут воспринимать текущий формат DVD как шаг назад. Кроме того, DVD-видеомагнитофоны не могут записывать фильмы HDTV, однако DVD-устройства следующего поколения уже будут создаваться с учётом возможности записи HDTV. Так что, по мере роста формата DVD, будет увеличиваться и интерес к DVD следующего поколения.

Конечно же, никому не помешает увеличенная ёмкость DVD следующего поколения. Поток HDTV примерно в шесть раз более детализован, чем DVD, и даже с учётом значительных улучшений в сжатии MPEG4 по сравнению с MPEG2, требуется немало пространства для хранения. Не следует оценивать ёмкость 50 Гбайт диска Blu-ray масштабом DVD: на диск влезет всего около двух с половиной часов HD-видео. Впрочем, на Blu-ray можно записать 13 часов видео стандартного качества.

Blu-ray и HD-DVD имеют одну общую черту: технологию голубого лазера. Голубой лазер, по своей природе, использует более короткую длину волны, чем современные красные лазеры (около 405 нм для голубого по сравнению с 650 нм для красного). Комбинация более короткой длины волны и более широкой апертуры позволяет более точно фокусировать лазер, что, в свою очередь, позволяет плотнее упаковать данные на диске. Но вот конкретный способ реализации у двух технологий значительно разнится. Давайте посмотрим, как они работают.

Blu-ray

В начале 2002 года компании Sony и Phillips, которых связывают долгие партнёрские отношения в сфере технологий оптических дисков, анонсировали новую технологию на основе голубого лазера, названную Blu-ray. (Ошибка в написании слова “Blue” была сделана специально, чтобы зарегистрировать торговую марку.) Формат Blu-ray более революционен, чем HD-DVD. Вместо того чтобы добиваться обратной совместимости с технологией DVD, Sony и Phillips внесли достаточно большие изменения, которые, в конце концов, привели к более ёмкому диску.

Эволюция форматов оптических дисков.

Blu-ray предлагает три возможных ёмкости: 23,3 Гбайт, 25 Гбайт и 27 Гбайт – из-за трёх различных длин питов. Кроме того, длину пита можно ещё больше сократить, увеличив ёмкость одного слоя по мере совершенствования технологии. В отличие от Blu-ray, стандарт HD-DVD использует фиксированную длину пита, предлагая только одну ёмкость 15 Гбайт на слой.

Самые большие изменения Blu-ray коснулись толщины прозрачного пластикового слоя, который защищает подложку. У DVD и HD-DVD она составляет 0,6 мм, в то время как у Blu-ray – всего 0,1 мм. В результате подложка оказывается намного ближе к поверхности, и у лазера возникает меньше рассеивания. Кроме того, лазеру нужно проходить меньший слой материала, что даёт более высокую численную апертуру. То есть можно использовать меньший зазор между дорожками и меньшую длину пита. Если говорить простыми словами, подобная толщина прозрачного слоя обеспечивает более плотную упаковку данных на диске Blu-ray, чем на DVD или HD-DVD.

Однако при этом повышается вероятность ошибки. Согласитесь, даже 0,5 мм – это слишком тонкая защита от царапин. Данные Blu-ray лежат практически на поверхности, поэтому такой диск следует беречь, как зеницу ока, защищать от царапин и других дефектов. Что ещё хуже, считывающая головка оказывается ещё ближе к диску, поэтому плеер хуже реагирует на толчки и удары.

Blu-ray, продолжение

Производителям устройств Blu-ray следует быть максимально точными во время создания привода, не говоря уже об обязательном механизме защиты от ударов. Но технологии защиты, по крайней мере, уже разрабатываются. TDK объявила новую форму защиты дисков под названием Armor Plating, которая обещает обеспечить более чем в 100 раз надёжную защиту по сравнению с обычными дисками. Armor Plating доступна и для стандартных DVD, но стоит недёшево: чистые диски Armor Plated DVD-R продаются по $4,99 каждый.

Blu-ray также обладает более высокой числовой апертурой по сравнению с дисками DVD и HD-DVD. Числовая апертура отвечает за способность линз воспринимать мелкие детали объекта. Чем больше апертура, тем больше света собирает линза, и тем более высокое разрешение возможно. Высокая апертура в паре с меньшей длиной волны означает, что для считывания данных требуется луч лазера меньшего сечения.

Дорожка данных оптического диска закручена по спирали, от центра к периферии. Так как Blu-ray обладает меньшим расстоянием между дорожками (0,32 микрона) против HD-DVD (0,40 микрон) и DVD (0,74 микрон), данные упаковываются на диске более тесно.

Сравнение сечения лазерных лучей для разных форматов.

Ещё одно отличие Blu-ray кроется в системе защиты. Blu-ray использует 128-битное шифрование Advanced Encryption Standard (AES), причём ключ меняется через каждые 6 кбайт данных. Во время демонстрации на конференции Blu-ray в 2004 году Sony показала, как можно использовать один ключ для расшифровки DVD, но во время одной минуты воспроизведения Blu-ray один ключ менялся несколько сотен раз.

Подобная особенность очень важна, так как DeCSS и другие программы по копированию DVD способны снять шифрование CSS именно по причине того, что весь фильм используется один и тот же ключ. Если ключ от диска Blu-ray станет известным, можно будет считать всего 6 кбайт данных.

Ещё одна особенность Blu-ray, которая не слишком известна широкой публике, это участие Hewlett-Packard и Dell. Две компании являются партнёрами Blu-ray Disc Association. На встрече организации Blu-ray в июне 2004 году была вскользь упомянута защита дисков Blu-ray ROM на уровне шины под названием BD-ROM, которая должна предотвратить копирование дисков. Но детальная информация пока не разглашена.

BD-ROM будет поддерживать уровень Java, так что программное обеспечение BD-ROM сможет автоматически модернизироваться. Кроме того, Java обеспечит большие возможности по анимации меню продукции BD-ROM, динамику и интерактивность, которую мы ещё не встречали на DVD. Различные компании могут передавать на компьютер новую информацию, а пользователи BD-ROM смогут обновлять эту информацию.

К примеру, одним постоянным источником проблем является локализация. С BD-ROM проблема решается проще – выпускается один продукт, а затем пользователь может скачать локализованную информацию. Скажем, новую звуковую дорожку для фильма. Кроме того, в будущем планируется реализовать функцию Blu-Door, которая обеспечит контроль содержания. Её можно использовать, к примеру, для блокировки содержания до тех пор, пока пользователь не заплатит за него.

HD-DVD

Если стандарт Blu-ray разработан практически с “нуля”, то спецификация NEC/Toshiba Advanced Optical Disc (AOD), известная сегодня как HD-DVD, является модификацией существующего формата DVD. Данные располагаются на том же уровне, что и на DVD, но используется уже голубой лазер, обладающий меньшей длиной волны и позволяющий более плотно упаковать данные. В результате обеспечивается ёмкость 15 Гбайт на слой, в отличие от 4,7 Гбайт у существующих DVD.

Основное преимущество HD-DVD заключается в том, что у него много общего с DVD, и производителям будет легче перестроиться на HD-DVD. А Blu-ray требует от производителей оптических дисков установить полностью новое оборудование.

HD-DVD использует структуры данных (кадры, секторы, блоки ECC), алгоритмы коррекции ошибок и схемы модуляции от стандарта DVD. Единственное отличие от DVD заключается в том, что один ECC-блок HD-DVD соответствует двум объединённым ECC-блокам DVD, что позволяет выполнять больший объём пакетной коррекции ошибок.

В апреле 2005 было объявлено, что HD-DVD будет использовать систему шифрования Advanced Access Content System (AACS), улучшенную версию системы CSS, столь хорошо зарекомендовавшую себя на DVD. В консорциум License Administrator входят такие производители, как Intel, IBM, Matsushita Electric Industrial, Microsoft, Toshiba и (кто бы мог подумать) Sony. Кроме того, его членами являются Warner Brothers и покровитель Blu-ray Walt Disney Co.

Дэн Реймер (Dan Ramer) из DVD File взял интервью у группы Independent Security Evaluators (ISE), которое звучит весьма тревожно. ISE отвечает за AACS и вторую степень защиты для HD-DVD под названием Self Protecting Digital Content (SPDC), которую ISE рекомендует использовать над AACS.

AACS выдаёт устройствам воспроизведения набор 128-битных ключей Device Keys при их производстве. Набор ключей Device Keys может быть уникальным для каждого устройства, или быть одинаковым для множества устройств. Встречный набор ключей Media Key Block (MKB), созданных AACS License Association, позволяет каждому устройству разблокировать и воспроизвести содержимое диска. Если набор ключей Device Keys будет скомпрометирован, то создаётся новый MKB, отменяющий соответствующий набор Device Keys, поэтому содержимое уже не удастся воспроизвести.

Идея сразу же кажется подозрительной. Если ключ вашего плеера будет скомпрометирован, то он не сможет воспроизводить информацию без обновления прошивки. В стандарт AACS добавлена поддержка сети, обеспечивающая операции управления правами цифрового содержания (CRM, content rights management). Да, и подключение к Интернету тоже обязательно.

SPDC обеспечивает механизм отмены воспроизведения плеером всех DVD-фильмов, при этом возможна запись журнала, поскольку все плееры HD-DVD включают функции записи. Так что если фильм будет взломан с помощью плеера, который вы купили, то плеер перестанет работать. Кроме того, плееры обязаны получать информацию отмены при воспроизведении каждого нового диска. Поэтому каждый новый диск будет играть роль осведомителя и сообщать о старых дисках, которое были скомпрометированы. Информация сохраняется в энергонезависимой флэш-памяти и может легко модифицировать прошивку вашего плеера.

Поскольку конкурирующие форматы типа DivX всегда находятся рядом, сторонникам DVD особенности HD-DVD могут не понравиться. Мы до сих пор не слышали подобной критики насчёт AES-алгоритма Blu-ray, так что ключевое различие между двумя форматами может заключаться и в механизме защиты.

Общая основа – кодеки видео

У Blu-ray и HD-DVD есть единая общая основа – кодеки. Оба формата поддерживают MPEG-2 (для обратной совместимости с DVD), MPEG-4 AVC (также известный как H.264) и (возможно) Microsoft VC-1. MPEG-2 может использоваться для кодировки видео 1080, но при этом требуется пропускная способность от 20 до 25 Мбит/с. В принципе, и с этим проблем нет, так как HD-DVD поддерживает пропускную способность 36 Мбит/с, а Blu-ray – 54 Мбит/с.

Но формат MPEG-2 постепенно теряет свои преимущества. По мере того, как экран становится больше, становятся более заметны артефакты сжатия и ошибки, ведь и блоки оказываются больше. Кроме того, уменьшать поток данных больше не получается. К чему приводит чрезмерное сжатие, легко можно увидеть на DVD типа “2 в 1”, “3 в 1” и т.д.

MPEG-4 AVC может снизить поток в два-четыре раза по сравнению с MPEG-2. Поэтому поток AVC HD потребует скорости передачи около 8-9 Мбит/с вместо 18 Мбит/с (и больше) для MPEG-2.

Текущее положение вещей

Уже, примерно, два года компании, поддерживающие формат DVD, осуждают разделение формата DVD следующего поколения, требуя единый стандарт. В апреле, наконец-то, обе стороны прислушались. Между ними начались переговоры по поводу объединения формата. В апреле казалось, что единый формат может появиться, но в мае обе стороны вновь продолжили войну форматов.

Структура двухслойного диска Blu-Ray.

Ситуация никому не нравится, и каждая из сторон обвиняет другую. Toshiba недавно объявила трёхслойный диск HD-DVD на 45 Гбайт, который вплотную подошёл к двухслойному 50-Гбайт диску Blu-ray. В то же время, TDK, в свою очередь, объявила о создании в лабораториях четырёхслойного диска с ёмкостью 100 Гбайт.

Но не слишком радуйтесь многослойным дискам. Сегодня обычный DVD не слишком хорошо справляется со сменой слоя. Можете ли вы представить себе задержки для четырёхслойного диска?

Кроме того, добавление слоёв не даёт 100% увеличения ёмкости, что наглядно демонстрирует формат DualDisc, гибридный вариант CD/DVD, не предоставляющий полной ёмкости. В недавней статье в журнала Mediaware было указано, что CD-часть у диска DualDisc может вмещать всего 60 минут музыки вместо обычных 74.

Что касается Голливуда, то здесь силы разделились пополам. Warner Bros. и её подразделение New Line Cinema привержены HD-DVD. Universal Studios и Paramount Pictures относятся к сторонникам HD-DVD, но без эксклюзивных соглашений.

Walt Disney Co., Sony Pictures и MGM подписались эксклюзивно на формат Sony Blu-ray, а Disney – не эксклюзивно. Компания 20th Century Fox входит в состав Blu-Ray Association board, но пока публично не признала свою приверженность формату. Впрочем, вполне логично ожидать этого в будущем.

Теперь E3 закончилась, и Nintendo, Microsoft и Sony уже анонсировали свои новые приставки. Мы знаем, что только PlayStation будет поддерживать DVD следующего поколения. Xbox 360 и Nintendo Revolution будут работать со стандартными DVD. Что касается игровой индустрии, то здесь к лагерю Blu-ray относятся Electronic Arts и Vivendi, поскольку PlayStation 3 будет поддерживать этот формат. Интересные предстоят встречи комитета, ведь Vivendi и Universal находятся под одной крышей.

На данный момент HD-DVD может похвастаться более серьёзной поддержкой. На CES 2005 было анонсировано 89 наименований фильмов, которые выйдут к моменту запуска HD-DVD. Не кажется ли это число немного странным? Не лучше было бы выбрать круглое число 90? Всё дело в том, что фильмом номер 90 значился “Титаник”. Но за день до объявления Paramount его убрала.

Дело в том, что Paramount владеет правами на этот фильм только в Штатах, а международные права принадлежат 20th Century Fox, причём Fox поддерживает Blu-ray. Значит ли это, что на рынок фильм выйдет в обоих форматах? И такая ситуация сегодня наблюдается со многими фильмами. Скажем, картина “Хозяин морей: на краю земли” является совместным производством Fox, Universal и Miramax. Как они разберутся между собой?

Мы расстроены тем, что оба лагеря сегодня не могут договориться и создать единый формат. Потребителям война форматов не нужна, кроме того, в воздухе подвешена ситуация с фильмами, принадлежащими нескольким студиям. Она может привести к задержкам с выходом хитовых фильмов.

Вскоре должны появиться новости. Blu-ray Association готовится провести встречу в июне, а ассоциация Video Software Dealer Association – в конце июля, где можно будет очень подробно обсудить оба формата. Лето ожидается очень жарким.

Сравнительная таблица

Дополнительно

HVD

В декабре 2004 года шесть компаний: CMC Magnetics Corporation; Fuji Photo Film Co., Ltd.; Nippon Paint Co., Ltd.; Optware; Pulstec Industrial Co., Ltd. и Toagosei Co., Ltd. сформировали HVD Alliance для поддержки Holographic Versatile Disc (HVD). ECMA International рекомендует внедрение HVD в качестве стандарта.

Диски формата HVD должны вмещать от 100 до 1000 Гбайт (один терабайт) данных, причём скорость чтения будет сумасшедшей – 1 Гбит/с. Optware, ведущий разработчик формата, использует для считывания не один луч лазера. Луч разбивается на 1 миллион более узких лучей, которые одновременно могут считывать огромные объёмы данных.

Технология голографической записи Optware сохраняет данные на дисках в виде интерференционных полос лазера. То есть данные записываются в трёх измерениях, позволяя записывать один миллион бит информации в каждой “точке”.

Что ещё более впечатляет, формат HVD способен записывать и считывать в одно и то же время – такого для оптических дисков мы ещё не видели. Кроме того, HVD не нужно вращаться как DVD, поскольку здесь двигается и сканирует лазер – в отличие от неподвижного лазера и вращающегося диска в обычном случае. Именно поэтому скорость очень высока. Чтобы увеличить скорость чтения/записи, приводы CD/DVD сильнее раскручивают диск, но здесь есть свои ограничения. Именно поэтому сегодня максимальная скорость чтения CD-ROM составляет 52X. У формата HVD с этим проблем не возникает, так как движется лазер, а не диск.

Но здесь есть свои препятствия. Формат HVD выйдет в свет не раньше 2007 года, причём накопители будут стоить $3000. В принципе, формат может найти применение в компьютерах в качестве средства резервирования и хранения данных. Время покажет.

Ещё один формат DVD

В начале нынешнего столетия компания Constellation 3D объявила о работе над флуоресцентным диском, который потенциально способен вмещать один терабайт данных. Компания стала одной из многих жертв мыльного пузыря .COM.

На её останках возникла D Data, взявшаяся за создание Digital Multilayer Disc или DMD. Большая часть технологии DMD базируется на Fluorescent Multilayer Disc (FMD) от Constellation 3D.

D Data планирует выпустить диск для красного лазера, совместимый с современными считывающими устройствами, но поддерживающий до шести слоёв в отличие от обычных двух. Изначально планируется обеспечить ёмкость 15 Гбайт и скорость считывания 36 Мбит/с, однако компания уже в этом году обещает достичь ёмкости 30 Гбайт.

Диски DMD кажутся абсолютно прозрачными – прямо как пластиковые заглушки, закрывающие шпиндель дисков CD-R. Причина кроется в том, что хотя DMD использует питы, как и обычные DVD, они покрыты прозрачным флуоресцирующим материалом. Отдельные слои накладываются друг на друга, создавая единый оптический диск. Так как слои прозрачны, они не создают оптических помех, которые производители уже замучались обходить в случае двухслойных дисков.

Но, как и FMD до него, формат DMD не получает широкую поддержку индустрии. Никакие киностудии о нём не говорят, да и web-сайт D Data уже не обновляется несколько месяцев.

Обновлённая версия статьи