DVD-видео и система домашнего кинотеатра
Одним из самых качественных на сегодняшний день источников видеопрограмм являются DVD-проигрыватели. Стандартом на DVD-video предусматривается запись на диск в цифровом виде сигналов цветного телевидения систем PAL и NTSC (10 бит/27 МГц) и сигналов звука (16, 20, 24 бит/48, 96, 192 кГц). Разрешающая способность цветного изображения, записанного на DVD-диске, составляет 720×572 точек. Для сравнения: в форматах видеозаписи VHS и Video CD разрешение по горизонтали составляет 240 линий. Для уменьшения объема записываемых данных сигнал изображения и звуковое сопровождение перед записью на диск «сжимается» по стандарту MPEG-2.
DVD-проигрыватель выступает в качестве источника высококачественного звука и изображения для построения систем домашнего кинотеатра. Данные в формате DVD записываются на диск, имеющий размеры и близкий по конструкции обычному аудио-компакт-диску (рис. 193, 194). Все разновидности дисков имеют размеры обычного CD-диска (диаметр 12 см, толщина 1,2 мм). В то же время диск DVD может содержать гораздо больший объем цифровой информации – минимум 4,7 Гбайт против 0,65 Гбайт на аудио-компакт-диске. Применение более эффективных схем модуляции цифровых данных и коррекции ошибок позволило почти на порядок повысить надежность считывания данных с DVD-диска по сравнению с CD. В считывающем устройстве используется «красный» лазер с длиной волны излучения 0,650 нм (в CD-проигрывателях – 780 нм). Уменьшение длины волны лазерного луча, а также увеличение апертуры (величины относительного отверстия) оптической системы позволило считывать более мелкие и более плотно расположенные, чем у обычных CD-дисков, питы информации. В отличие от обычных компакт-дисков, DVD-диски могут быть двухсторонними и иметь по два слоя информации на каждой стороне. Двухсторонний двухслойный диск имеет максимальную информационную емкость – 17 Гбайт.
Рис. 193. Сравнение плотности записи CD и DVD (увеличено электронным микроскопом)
В зависимости от вида и назначения различают следующие типы дисков:
– DVD-Video – для записи видеопрограмм в цифровом виде, подвергнутых процедуре сжатия цифрового потока;
– DVD-Audio – для записи высококачественного цифрового звука с параметрами дискретизации 16, 20, 24 бит /48, 96, 192 кГц, без сжатия данных;
– DVD-ROM – для записи компьютерных программ и другой цифровой информации;
– DVD-R – диски с возможностью однократной записи цифровой информации;
– DVD-RAM (DVD-RW) – диски с возможностью многократной перезаписи информации.
Рис. 194. Сравнение физической структуры CD и DVD
По конструкции различают четыре типа DVD-дисков (в скобках приведена максимальная емкость записи):
– DVD-5 (Single-sided, single-layer disc) – однослойные односторонние диски. Запись данных только на одной стороне диска в одном слое (4,7 Гбайт);
– DVD-9 (Single-sided, double-layer disc) – односторонние диски, запись на которых осуществляется в двух слоях (8,5 Гбайт). Внутренний слой данных образуется прессованием и напылением отражающего слоя, как в обычном аудио-компакт-диске, внешний полупрозрачный слой наносится поверх внутреннего. Считывание данных с внутреннего или внешнего слоя производится с помощью перефокусировки оптической системы (рис. 195);
– DVD-10 (Double-sided, single-layer disc) – двухсторонний диск с одним информационным слоем (9,4 Гбайт);
– DVD-18 (Double-sided, double-layer disc) – двухсторонний диск с двумя информационными слоями (17 Гбайт).
Рис. 195. Основные различия одно- и двухслойных DVD-дисков
Кроме высокой емкости и высокого качества воспроизводимых видеопрограмм, DVD-диски обладают большим количеством дополнительных сервисных функций. Приведем лишь две из них, демонстрирующие явные отличия от предыдущих форматов видеозаписи:
– запись звукового сопровождения фильма на восьми языках одновременно с возможностью выбора необходимого языка при воспроизведении при помощи меню на экране;
– запись субтитров на 32 языках с возможностью выбора языка субтитров или их отключения.
Звуковое сопровождение DVD-дисков может быть записано в одной из трех систем цифрового многоканального звука: Dolby Digital, DTS или MPEG-5.1 (MPEG Multichannel) с параметрами 24 бит/96 кГц (диапазон частот 4–48 000 Гц при динамическом диапазоне более 120 дБ). Видеопроигрыватели DVD позволяют также воспроизводить аудио-компакт-диски с параметрами дискретизации 16 бит/48 кГц (диапазон частот 4–24 000 Гц при динамическом диапазоне 96 дБ). Для записи высококачественных звуковых программ на дисках DVD-Audio предусмотрен режим 24 бит/192 кГц (диапазон частот 4–96 000 Гц при динамическом диапазоне более 120 дБ).
Для предотвращения несанкционированного распространения DVD-дисков и защиты авторских прав владельцев видеопрограмм стандартом на DVD-Video предусмотрено введение специального регионального кодирования как самих DVD-дисков, так и аппаратуры их воспроизведения. С этой целью весь мир условно поделен на 6 зон, каждой из которых присвоен соответствующий код:
1 – Канада, США;
2 – Европа, Ближний Восток (включая Египет), Южная Африка, Япония;
3 – Восточная и Юго-Восточная Азия (включая Гонконг);
4 – Австралия, Новая Зеландия, острова Океании, Мексика, Центральная и Южная Америка, Карибские острова;
5 – Страны бывшего СССР, Северная Корея, Монголия, Индия, Северная и Центральная Африка (кроме Египта);
6 – Китай.
Для каждой из этих зон выпускаются предназначенные для нее версии DVD-дисков и соответствующие им DVD-проигрыватели. При этом проигрыватели определенного регионального кода могут воспроизводить диски только «своего» региона. Номер зоны обязательно указывается на каждом DVD-диске и каждом DVD-проигрывателе (на задней панели). Эта маркировка имеет вид стилизованного изображения земного шара, внутри которого помещен номер регионального кода. Существует также мультизонный вариант DVD-дисков и проигрывателей. В этом случае на маркировке имеется надпись «ALL» или «1–6». Диски, имеющие такую маркировку, могут быть воспроизведены на проигрывателе любой зоны, а мультизонные проигрыватели могут воспроизвести любой диск.
Кроме регионального кодирования, формат DVD-дисков имеет еще одну особенность – наличие нескольких систем защиты от несанкционированного копирования. Основные из них – это CSS, Macrovision, CGMS/A и CGMS/D. Необходимость активизации той или иной системы защиты определяется при записи диска.
Система шифрования CSS (Content Scrambling System) используется для защиты при попытках перезаписи с помощью записывающих приводов DVD или, например, на жесткий диск компьютера. Содержание диска кодируется, и доступ к нему можно получить лишь с помощью трехкратно зашифрованного ключа. Для предотвращения копирования на компьютере используется взаимная аутентификация воспроизводящего и записывающего устройств. А для предотвращения перехвата и замещения данных после аутентификации привод использует шифрование данных с помощью зависящего от времени ключа.
Защита Macrovision определяет возможность перезаписи DVD-диска на аналоговые видеокассеты, например формата VHS. Видеомагнитофон и телевизор абсолютно разные устройства, хотя оба обрабатывают одни и те же видеосигналы. Преобразования видеосигнала для записи на магнитную ленту в видеомагнитофоне и для управления кинескопом, ЖК-экраном или плазменной панелью телевизора существенно различны. Эти различия и использует система защиты, разработанная специалистами фирмы Macrovision. Сигнал цветности DVD-программы изменяется определенным образом, в результате чего телевизор продолжает корректно отображать ее на своем экране, а видеомагнитофон сделает запись, которая при дальнейшем воспроизведении будет тусклой или содержать помехи.
CGMS/A (Copy Generation Management System / Analog). Если защита Macrovision используется для полного исключения копирования на аналоговый носитель, то CGMS/A применяется для ограничения количества копий. В выходной видеосигнал DVD-проигрывателя встраивается информация CGMS/A, определяющая возможное количество копий. Для работы с CGMS/A оборудование, осуществляющее копирование, должно уметь распознавать эту информацию. Эта система защиты имеет приоритет над защитой Macrovision.
CGMS/D (Copy Generation Management System / Digital) – система, выполняющая те же функции, что и предыдущая, но для случая копирования цифровым способом. Данные получают стандартный CGMS-код «копировать нельзя» или «копировать можно определенное количество раз». Устройства, осуществляющие соединение (DVD-проигрыватель и цифровой телевизор), обмениваются ключами и сертификатами для установления канала. DVD-проигрыватель с помощью ключа шифрует кодированный видеосигнал и посылает его на телевизор, который расшифровывает сигнал с помощью полученного ключа. Таким образом, цифровой телевизор сможет принять и показать все данные. Записывающие же устройства без ограничений смогут принять только те данные, на которых не стоит код «не копировать». В случае получения кода «можно копировать… раз», они обязаны уменьшить количество разрешенных копий на единицу. CGMS/D разработан для использования в следующем поколении цифровых телевизоров и цифровых записывающих устройств, оснащенных цифровыми входами и выходами.