Оптические носители данных

       CD-DA (Compact Disc - Digital Audio), были разработаны Sony и Philips в 1982 году. Длина волны лазера в воздухе - 780 нм. Диаметр 120 мм (информационная зона приблизительно с 50 мм до 116 мм) или 80 мм. Толщина 1.2 мм. Вес - от 14 г до 33 г (DVD - от 13 до 20 г). Цепочка углублений (pits) расположена по спирали как в грампластинке, но в направлении от центра (фактически CD является устройством последовательного доступа с ускоренной перемоткой). Интервал между витками - 1.6 мкм, ширина пита - 0.5 мкм, глубина - 0.125 мкм (1/4 длины волны луча лазера в поликарбонате), минимальная длина - 0.83 мкм. Объем - 74 минуты звука (44.1 kHz, 16 бит, PCM, big-endian) или 650 MB данных (333000 сектора по 2048 байт), для 80 мм - 21 минута (185 МБ). Частота дискретизации была подобрана так, чтобы затруднить копирование на DAT (48 kHz). Существуют модификации в 80 минут (700 МБ), 90 минут (791 МБ) и 99 минут (870 MB). Обеспечивается постоянная линейная скорость перемещения носителя относительно головки (1.25 м/сек), соответственно, частота вращения изменяется при чтении различных участков диска (от 500 об/мин до 200 об/мин), что увеличивает время доступа (требуется ускорять и тормозить вращение диска). Номинальная (1x) скорость передачи данных - 150 КБ/сек (176400 байт/сек аудио или "сырых" данных, 4.3 Мбит/сек "физических" данных).

Стандарты

— CD-DA (Digital Audio, Audio CD). IEC 908. Red Book. 1982 год.
— CD-ROM. Yellow Book (1983). ISO/IEC 10149 (1989). ECMA-130 (1988, 1996). Описывается физический формат CD для хранения данных
— CD-I (Interactive) - мультимедийные диски для бытовых устройств (в т.ч. видео в MPEG). Green Book.
— CD-ROM XA. 1989 г. Позволяет чередовать данные различного типа (данные, графика, видео, звук, текст) на одной дорожке. Многосеансовый.
— PhotoCD (над CD-ROM XA и Orange Book). 1990. Попытка фирмы Kodak отгородиться от конкурентов за счет собственного формата CD-ROM. Многосеансовый.
— VideoCD (MPEG-1 над CD-ROM XA, 352x280x25, не путать с аналоговым CD-Video). White Book.
— CD-Bridge, CD-I Bridge. Совмещение и унификация CD-DA, CD-ROM XA, CD-I, PhotoCD, VideoCD.
— SVCD (Super Video CD, MPEG-2, 2.6 Mbit/sec).
— CD-MO, CD-WO (CD-R), CD-E (CD-RW). Orange Book. 1990. Определяет как записывать CD, описанные в красной, зеленой, желтой и белой книгах. Гибридный диск - первая сессия штампованная, остальные CD-R
— CD Text (предложен Philips).
— CD-Graphics (CD-G, CD+G). Используется в "караоке".
— CD Extra (CD Plus). Первая сессия диска предназначена для аудиоплейеров, остальные для чтения CD-ROM (CD-ROM XA). Blue Book. Штампованный многосеансный.
— CD-MRW (Mount Rainer). Управление плохими блоками для CD-RW и некоторые другие улучшения, позволяющие использовать его как устройство прямого доступа.
— DVD-ROM. DVD Forum. 1995 год. ECMA-267 (120 mm), ISO/IEC 16448. ECMA-268 (80 mm), ISO/IEC 16449.
— DVD-Video. Видео на базе DVD-ROM. MPEG-2 MP@ML (720x576x25i, Dolby Digital Sound или MP2, 133 минуты).
— DVD-Audio. Звук на базе DVD-ROM (до 24 бит, до 192 kHz). DVD-AudioV (с дополнительной информацией).
— DVD-R(A), DVD-R(G). 1997. ECMA-279 (устаревшая версия 1.0). ECMA-359, ISO/IEC DIS 23912 (версия 2, 2004). " DVD-RAM. Одобрен DVD-форумом в 1997. ECMA-272, ECMA-273 (устаревшая версия 1.0), ISO/IEC 16824, ISO/IEC 16825. ECMA-330, ECMA-331, ISO/IEC 17592, ISO/IEC 17594 (версия 2).
— DVD-VR. Видео на базе DVD-RAM. Несовместим по формату с DVD-Video.
— DVD-RW (DVD-R/W, DVD-ER). 2000. ECMA-338, ISO/IEC 17342 (версия 2, 2002)
— DVD+RW. 2001. ECMA-274 (устаревшая версия 1.0), ISO/IEC 16969. ECMA-337, ISO/IEC 17341 (версия 2, 2003). Скорость записи до 4x.
— DVD+R. Скорость записи до 8x. ECMA-349, ISO/IEC 17344 (версия 2, 2004).
— DVD+R9. Двухслойные. Скорость записи до 2.4x
— DVD Forum обещает DVD-R DL.

Носитель

       Штампованный CD-ROM - поликарбонат, покрытый с одной стороны отражающим слоем (алюминий или - для ответственных применений - золото) и защитным лаком c напечатанной этикеткой. Именно эту сторону надо беречь от механических повреждений, т.к. лак очень уязвим. Небольшие повреждения на другой стороне менее существенны (при сохранении прозрачности), т.к. оптика фокусируется не на поверхности диска. Смена отражающей способности осуществляется за счет штамповки углублений в металическом слое. Время хранения оценивается в 10 лет.
       CD-R (CD-WORM) - вместо алюминиевого отражающего слоя используется золотой или серебристый сплав, перед которым нанесен слой термочувствительной краски. Во время записи область (пит) облучается лазером и, нагревшись, краска вспучивается и начинает рассеивать свет аналогично углублению в алюминиевом отражающем слое. Нельзя долго хранить незаписанные болванки (не более 5 лет) и держать на солнце. Голубые и зеленые цианиновые (cyanine) болванки имеют предполагаемое (еще никто не проверял на практике ;) время хранения 75 лет, фталоцианиновые (phtalocyanine) - 200 лет. Фталоцианин устойчивее к нагреванию и свету, но требует тщательной настройки мощности лазера. На верхнем слое поликарбоната нанесена спиральная дорожка разметки (pregroove), содержащая коды ATIP - требуемая мощность лазера, возможная скорость записи и временные коды каждого кадра, а также информация о носителе (информация определяется изготовителем матрицы, изготовитель диска может использовать матрицу не по назначению: залить другую краску и т.п.):
— изготовитель матрицы (не диска!)
— тип заготовки (CD-R, CD-RW)
— тип краски (die type), точнее говоря, что предполагал изготовитель матрицы
— количество блоков, доступных для записи (определяется матрицей)
— допустимая скорость записи (min, max)
— рекомендуемая мощность лазера
— audio - болванка более высокого качества (и цены, в которую входит специальный налог), на которую можно писать CD-DA; бытовые записывающие устройства записывают только на такие заготовки
       CD-RW (CD-E). Модификации: 1x-4x (Multi Speed), 4x-12x (High Speed, на коробке написано 10x, самоидентифицируются как 8x, но пишутся на 12x!), 12x-24x (Ultra High Speed), у высокоскоростных дисков PCA расположена со смещением, так что старые (4x) устройства не распознают новый диск (4x-10x). Используется механизм преобразования кристаллического (высокая отражательная способность) состояния записывающего слоя в аморфное (низкая отражательная способность) и обратно под воздействием точечного нагревания лазером. Мощность стирания меньше мощности записи. Нельзя сильно изгибать (аморфное состояние - это полужидкое). Срок хранения - 10 лет. Циклов записи - 1000 (некоторые производители клянутся, что 100000). Замечу, что PCA рассчитана на 100 записей. Циклов чтения - 100000. Уровень отражения ниже, чем у штампованного, поэтому читаются только современными устройствами CD-ROM с автоматической регулировкой усиления (маркер MultiRead; почти все, начиная с 8x), обычно медленнее, чем CD-ROM или CD-R. Также имеет предварительно выдавленную дорожку разметки с ATIP.
       DDCD (Sony) - уменьшенное растояние между витками и уменьшенный размер пита. 1.3 ГБ.
       ML-ROM, ML-R, ML-RW (TDK) - 3 бита на пит. Емкость и скорость увеличивается втрое. Диски 120 мм - 2 ГБ, 80 мм - 650 МБ, 60 мм - 200 МБ.
       DVD-ROM. Носитель аналогичен CD-ROM (120 мм и 80 мм), но длина волны лазера снижена с 780 нм до 635/650 нм, что позволило уменьшить расстояние между витками до 0.74 мкм, а размер пита до 0.14 мкм. Интересно, что смена длины волны привела к тому, что DVD устройства лучше читают CD-RW, чем CD-R - ищите надпись "dual laser". Более узкая фокусировка луча позволила уменьшить толщину диска до 0.6 мм и склеивать их по два, делая таким образом двухсторонние диски, увеличивая емкость с 4.7 GB (Type A, DVD-5, SS/SL, 120 мм) до 9.4 GB (Type B, DVD-10, DS/SL). Здесь и далее при рассказе о DVD 1 ГБ равен миллиарду байт, а не 2^30. Данные на каждой стороне могут храниться в одном или двух слоях (используется фокусировка луча на различную глубину), таким образом увеличивая емкость до 8.5 GB (Type C, DVD-9, SS/DL) или 17 GB (Type D, DVD-18, DS/DL). Другая система канального кодирования и коды коррекции, но то же безобразие со спиральной дорожкой, постоянной линейной скоростью и черезстрочным видео (базовая скорость чтения - 1350 KB данных в секунду; 3.49 m/s для однослойных и 3.84 m/s для двухслойных дисков; 26.16 канальных Mb/s). Спирали двухслойного диска могут закручиваться в одну сторону (PTP) или в противоположные стороны (OTP).
       DVD-R. Односторонние (4.7 ГБ, 1S; первая версия - 3.95 ГБ) и двухсторонние (9.4 ГБ, 2S). Термокраска как в CD-R, но другого типа. Читаются на любых DVD-ROM. DVD-R(A) - могут записываться только на профессиональном оборудовании. DVD-R(G) - могут записываться только на бытовом оборудовании, защищены от копирования на них. Для записи на диски A и G используются лазеры с различной длиной волны (635 и 650 нм). Максимальная скорость записи до 16x (написана на коробке, но устройство может имет собственное мнение).
       DVD-RAM. Одно- и двухсторонние (только кассеты type 1). Первая версия - 2.6 ГБ на сторону, вторая - 4.7 ГБ. Используется изменение фазы как в CD-RW в комбинации с MO, Отражающая способность ниже, чем у DVD-ROM. Версия для записи видео называется DVD-VR. Вместо CLV используется Zone CLV. Печатается не только pregroove, но и заголовки секторов. Обеспечивается обработка плохих блоков. Помещаются в открываемые (type 2) или цельные кассеты (type 1) или без них (только для чтения). Предусматривается специальная кассета (type 3) для помещения в нее дисков. При извлечении диска из кассеты типа 2 необходимо пробить отверстие, которое позволяет устройству однозначно определить, что диск вынимался или заменялся. Некоторые устройства отказываются записывать на такие диски. До 100 тысяч циклов перезаписи. Продолжительность хранения - 30 лет. Прямой доступ как при чтении, так и при записи. Перед использованием требуется форматирование. Обычно не читаются на DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW, DVD+RW. При записи данных требуется второй проход для верификации, что снижает скорость записи до 700 kB/sec. Изготавливаются с 1998 года.
       DVD-RW. 4.7 ГБ. Разработан на базе DVD-R, но используется изменение фазы как в CD-RW. Отражающая способность ниже, чем у DVD-ROM (некоторые устройства путают его с двухслойным DVD-ROM), кассета не нужна, читаются почти на любых DVD-ROM. Версии 1.0 (впечатанный lead-in), 1.1 и 1.1B (каждая болванка имеет уникальный ключ для шифрования) одинаковой емкости. Максимальная скорость, определённая в стандарте - 4x (бывают устройства 8x).
       DVD+RW. Первая версия - 3 ГБ, вторая - 4.7 ГБ. Используется изменение фазы как в CD-RW. Односторонние (тип S) и двухсторонние (тип D). Позволяет перезаписывать часть данных, не затрагивая окружающие (например, перезапись плохо записанного сектора). Не требуется кассета. Для видео используется CLV, для данных - CLV или CAV (не читаются на DVD-ROM). Отражающая способность ниже, чем у DVD-ROM. Не поддерживается DVD-форумом. До 1000 циклов перезаписи. Максимальная скорость, определённая в стандарте - 4x (бывают устройства 8x).
       DVD+R. Придуман DVD альянсом для полноты картины. Формат от DVD+RW, химия от CD-R. Односторонние (тип S) и двухсторонние (тип D). Максимальная скорость, определённая в стандарте - 8x (бывают устройства 16x).
       DVD+R9. Двухслойный DVD+R. 8.5 GB. Безумно дорогие. Максимальная скорость, определённая в стандарте - 2.4x (бывают устройства 4x).
       Divx (не путайте с Divx;-)). Технология взимания арендной платы за просмотр DVD-Video: встроенный в DVD-player модем дозванивается до владельца лицензии и получает ключ на использование диска в течении 48 часов. Такая гадость не могла жить долго.
       CD может иметь bar code (вертикальные штрихи), прожженный лазером в BCA (burst cutting area, внутреннее кольцо перед lead-in), используемый для серийного номера, но мне не встречались устройства, которые умеют его читать. DVD может иметь BCA только на односторонних дисках. Для повышения надежности используются коды EDC и ECC.
       SID (Source Identification Code) для DVD Audio. Состоит из двух частей: Mastering Code (строка "IFPI" и 4-символьный код, выжигается лазером на штампе) и Mould Code (строка "IFPI" и 4-символьный код, гравируется на форме), которые отпечатываются на противоположных сторонах подложки на внутреннем кольце (до BCA). Должны читаться невооруженным глазом. В этом же кольце могжет быть напечатана и другая информация, требуемая местными законами.
       Не рекомендуется наклеивать что-либо на поверхность диска (нарушите балансировку, а скорость вращения 5000 об/мин; к тому же некоторые виды клея растворяют защитный лак; а эти гадкие воздушные пузыри?) или надписывать его (промнете защитный слой или чернила его растворят, графитовая пыль тоже не подарок). Единственным безопасным методом маркировки является печать на специальном принтере. Кстати, простейший способ уничтожить информацию на CD - это содрать присохшую наклейку. Мыть можно теплой водой с мылом (никаких органических растворителей, спирта и прочей химии).
       Торговая марка, под которой продаются заготовки, не всегда (точнее, почти всегда не) соответствуют их реальному изготовителю. Даже по ATIP вы можете узнать лишь изготовителя матрицы, но не конкретный завод, использующий эту матрицу. Примеры ATIP дисков различных типов, размеров и скоростей записи. Большой обзор CD-R заготовок, продающихся на московском рынке, можно найти на IXBT.

Формат данных CD

       Поверхность диска разделена на области:
— PCA (Power Calibration Area). Используется для настройки мощности лазера записывающим устройством. 100 элементов.
— PMA (Program Memory Area). Сюда временно записываются координаты начала и конца каждого трека при извлечении диска из записывающего устройства без закрытия сессии. 100 элементов.
— Вводная область (Lead-in Area) - кольцо шириной 4 мм (диаметр 46-50 мм) ближе к центру диска (до 4500 секторов, 1 минута, 9 MB). Состоит из 1 дорожки (Lead-in Track). Содержит TOC (абсолютные временные адреса дорожек и начала выводной области, точность - 1 секунда).
— Область данных (programm area, user data area).
— Выводная область (Lead-out) - кольцо 116-117 мм (6750 секторов, 1.5 минуты, 13.5 MB). Состоит из 1 дорожки (Lead-out Track).
       Двоичный нуль представляется в виде отсутствия изменений в отражающей способности поверхности диска (длина участка определяет число нулевых бит), единица - в виде изменения отражающей способности на рассматриваемом участке.
       Каждый байт данных (8 бит) кодируется 14-битным символом на носителе (кодировка EFM). Символы отделяются 3-битными промежутками, выбираемыми так, чтобы на носителе не было более 10 нулей подряд.
       Из 24 байтов данных (192 бита) формируется кадр (F1-frame), 588 битов носителя, не считая промежутков:
— синхронизация (24 бита носителя)
— символ субкода (биты субканалов P, Q, R, S, T, U, V, W)
— 12 символов данных
— 4 символа контрольного кода
— 12 символов данных
— 4 символа контрольного кода
       При декодировании могут использоваться различные стратегии обнаружения и исправления групповых ошибок (вероятность обнаружения против надежности коррекции).
       Последовательность из 98 кадров образует сектор (2352 информационных байта). Кадры в секторе перемешаны, чтобы уменьшить влияние дефектов носителя. Адресация сектора произошла от аудиодисков и записывается в формате A-Time - mm:ss:ff (минуты:секунды:доли, доля в секунде от 0 до 74). Отсчет начинается с начала программной области, т.е. адреса секторов вводной области отрицательные. Биты субканалов собираются в 98-битные слова для каждого субканала (из них 2 бита - синхронизация). Используются субканалы:
— P - маркировка окончания дорожки (min 150 секторов) и начала следующей (min 150 секторов).
— Q - дополнительная информация о содержимом дорожки:
— число каналов
— данные или звук
— можно ли копировать
— признак частотных предискажений (pre-emphasis): искусственный подъем высоких частот на 20 дБ
— режим использования подканала
— q-Mode 1: во вводной области здесь хранится TOC, в программной области - номера дорожки, адреса, индексы и паузы
— q-Mode 2: каталоговый номер диска (тот же, что на штрих-коде) - 13 цифр в формате BCD (MCN, ENA/UPC EAN)
— q-Mode 3: ISRC (International Standard Recording Code) - код страны, владельца, год и серийный номер записи
— CRC-16
       На самом деле все еще "интереснее", т.к. в дополнение к секторам определяются секции того же полезного размера, но с несовпадающими границами, причем часть адресов является адресами секторов, а другая - адресами секций. Но об этом лучше сразу забыть ;)
       Последовательность секторов одного формата объединяется в дорожку (трек) от 300 секторов (4 секунды. см. субканал P) до всего диска. На диске может быть до 99 дорожек (номера от 1 до 99). Трек может содержать служебные области:
— пауза - только информация субканалов, нет пользовательских данных
— pre-gap - начало трека, не содержит пользовательских данных и состоит из двух интервалов: первый длиной не менее 1 секунды (75 секторов) позволяет "отстроиться" от предыдущего трека, второй длиной не менее 2 секунд задает формат секторов трека
— post-gap - конец трека, не содержит пользовательских данных, длиной не менее 2 секунд
       Вводная цифровая область должна завершаться постзазором. Первый цифровой трек должен начинаться со второй части предзазора. Последний цифровой трек должен завершаться постзазором. Выводная цифровая область не содержит предзазора.
—CD-DA. Каждый сектор содержит 588 выборок сигнала (PCM, 2 канала, 16 бит). Выборки размазываются по сектору, чтобы уменьшить влияние выпадения данных.
—CD-ROM Mode 0: нет данных.
—CD-ROM Mode 1: синхронизация, адрес блока, 2048 байт пользовательских данных, EDC (CRC-32), ECC (276 байт, две суммы: P и Q - не путать с субканалами!), 8 байт нулей.
—CD-ROM Mode 2: синхронизация, адрес блока, 2336 байт пользовательских данных без дополнительной защиты.
—CD-ROM XA Mode 1 совпадает с CD-ROM Mode 1.
—CD-ROM XA Mode 2 Form 1: синхронизация, адрес блока, подзаголовок CD-I (8 байт, определяет тип и формат пользовательских данных - звук, видео, данные), 2048 байт пользовательских данных, EDC (CRC-32), ECC (276 байт, две суммы: P и Q - не путать с субканалами!).
—CD-ROM XA Mode 2 Form 2: синхронизация, адрес блока, подзаголовок CD-I (8 байт), 2324 байта пользовательских данных, EDC (CRC-32).
—CD Text (текст - автор, название - записывается в субканалах R-W).
—CD-Graphics. Субканалы R-W используются для записи графики.
—CD-R и CD-RW. При закрытии диска (finalizing, fixating) сразу за программной областью записывается выводная область, после чего записывается вводная область, содержащая TOC. Если диск записывался не в один прием, то TOC формируется из PMA. Лазер не может включаться и выключаться мгновенно, поэтому данные "прожженные" во время переходного процесса могут не читаться (именно из-за этого возникает проблема опустошения буфера). В местах стыковки оставляют неиспользуемые промежутки. Методы записи:
— disk-at-once (DAO). Можно использовать как мастер-диск.
— session at once (SAO).
— track-at-once (TAO).
— Пакетная запись. Перед пакетом должен идти один связующий (link) сектор и 4 вводных (run-in). После пакета должны быть записаны 2 выводных сектора (run-out). Полезное пространство диска уменьшается на 7 секторов на каждый пакет. Длина пакета может быть фиксированной в пределах трека или переменной. Предварительным форматированием пакетами фиксированной длины можно организовать CD-RW диск как устройство прямого доступа (занимает много времени и места на вспомогательные сектора - 120MB). При спользовании пакетов переменной длины при удалении файла место не освобождается.
       Многосеансовая (многосессионная) запись. За выводной областью первой сессии записывается вводная область второй сессии, затем область данных и т.д. Размер выводной зоны для второй и последующих сессий уменьшен до 2250 секторов (0.5 минуты, 4 МБ). Сессия называется закрытой, если ее область данных обрамлена вводной и выводной областью. Незакрытые сессии могут читаться только устройствами записи (необходим доступ к PAM). Указатель в TOC сессии на выводную область может содержать либо действительно адрес выводной области данной сессии (закрытый диск), либо адрес вводной области следующей сессии. Запись ограничивается местом на диске, местом в PMA и числом треков (треки имеют сквозную нумерации по всему диску от 01 до 99). Сессия может быть независимой (TOC указывает только на треки внутри сессии) или связанной (TOC содержит адреса треков из предыдущих сессий). Сессии могут быть связаны также на уровне файловой системы. Механизм сессий позволяет "изменять" CD-R, дописывая новую сессию.
       Стирание CD-RW: полное и быстрое (только TOC). Если диск настолько испорчен, что невозможно выполнить и стирание, то можно попробовать стереть ультрафиолетом (или солнечным светом).
       Ходят слухи, что некоторые устройства записывают на каждый диск Recorder Unique Identifier (RID): идентификатор изготовителя устройства, номер модели и серийный номер (помнится в СССР регистрировали пишущие машинки ;).

Запись более 650 МБ данных на диск (overburn)

       Есть два метода: покупка заготовки, размеченной (pregroove) на объем более стандартного за счет более тесных витков спирали или использование под данные области lead-out и некоторого пространства за ней. Можно использовать оба метода сразу. Заготовки CD-R бывают на 80 минут (700 MB), 90 минут (791 МБ) и 99 минут (870 МБ), заготовки CD-RW встречались (пока?) только на 700 МБ. Оба метода являются нарушением стандарта. Либо устройство записи, либо устройство чтения может оказаться не способным работать с более тесной спиралью (см. таблицу совместимости устройств записи и поддерживаемых скоростей записи). Например, моему Plextor PX-W1610TA приходится устанавливать скорость записи для 700 МБ заготовок CD-RW равной 8x (и тто не всегда помогает). Отсутствие места под lead-out может привести к аварийному завершению записи (в этом случае не запишется TOC и диск будет нечитаемым - записывайте его в режиме DAO и TOC будет всегда, ключ -dao в cdrecord), отказу программы начинать запись (используйте ключ -ignsize в cdrecord) или невозможности прочесть получившийся диск (особенно в старых устройствах и здесь уже ничего не поможет). Еще одна проблема вызвана способом адресации блоков на диске (адрес записывается в формате MM:SS:FF относительно начала области данных): во-первых, под число минут отводятся 2 десятичные цифры, что сразу ограничивает объем 99 минутами, во-вторых, блоки в lead-in адресуются отрицательными числами под которые зарезервированы адреса, начиная с 80:00:00. Именно поэтому в ATIP даже 99-минутных заготовок впечатывается длина 79:59:74. И что будет делать устройство записи, программа или устройство чтения встретив два блока с одинаковым адресом неизвестно. В общем, если вам дороги ваши данные - не жадничайте, запишите эти 700 МБ на 2 заготовки.

Формат данных DVD-ROM

       Информационная область диска делится на вводную зону (lead-in zone), зону данных (data zone) и выводную зону (lead-out zone). На двуслойном диске с противоположными спиралями (OTP) каждая сторона содержит только одну информационную зону на оба слоя. Для перехода луча от слоя к слою используется промежуточная зона (middle zone). Сектора адресуются последовательно по всей информационной зоне (LBA). Никаких дорожек, пауз, зазоров, субканалов и A-time адресации. Единый формат данных: прощайте режимы и формы.
       Структура вводной зоны:
— Зона инициализации. Число секторов стандартом не определяется, но последний сектор должен иметь номер 0x02EFFF.
— Reference Code. 32 сектора, начиная с адреса 0x02F000, содержащих стандартный шаблон.
— Буферная зона 1. 480 секторов, начиная с адреса 0x02F020.
— Зона данных управления. 3072 сектора, начиная с адреса 0x02F200. Содержит 192 копии следующей информации:
— описание физического формата (2048 байт):
— номер версии стандарта (4 бита)
— категория диска: только чтение, перезаписываемый (4 бита)
— максимальная скорость доступа: 2.52 Mb/s, 5.04 Mb/s, 10.08 Mb/s (4 бита)
— физический размер диска: 80 мм, 120 мм (4 бита)
— тип слоя: только чтение, перезаписываемый (4 бита)
— PTP или OTP
— одно- или двухсторонний диск
— ширина дорожки: 0.74 мкм (4 бита)
— длина пита: 0.133 или 0.147 мкм (4 бита)
— распределение зоны данных: адрес первого сектора данных (0x030000 для DVD-ROM, 0x031000 для DVD-RAM), адрес последнего сектора данных (для DVD-RAM он фиксирован), адрес последнего сектора данных на слое 0 для режима OTP.
— для DVD-RAM: можно ли записывать на диск без кассеты
— для DVD-RAM: мощности чтения и записи, скорости и временные интервалы
— наличие NBCA (Narrow Burst Cutting Area)
— информация производителя диска: не стандартизовано (2048 байт).
— информация производителя содержания: не стандартизовано (14*2048 байт).
— Буферная зона 2. 512 секторов, начиная с адреса 0x02FE00.
       Двоичный нуль представляется в виде отсутствия изменений в отражающей способности поверхности диска (длина участка определяет число нулевых бит), единица - в виде изменения отражающей способности на рассматриваемом участке.
       Физический сектор содержит 4836 байт. Из них 104 байта синхронизации и 4732 байта канальных данных.
       Для DVD в отличие от CD используется кодировка 8-битных байт фрейма записи 16-битными канальными символами без промежутков RLL(2,10) (сама кодировка обеспечивает не более 10 нулей подряд, однако для декодирования байта иногда требуется знание последующего символа).
       Байты 16 фреймов перемешиваются аналогично CD, чтобы уменьшить воздействие локальных дефектов носителя. В каждом таком "большом" блоке (ECC block) содержится 4832 байта ECC и 33024 (2064*16) байт фрейма данных.
       Фрейм данных DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW (Data Frame) состоит из:
— идентификации данных (ID)
— номер сектора (24 бита). Те же грабли, что и со стандартом ATA - что делать, когда размер очередной версии DVD превызит 34 GB?
— номер слоя (1 бит)
— только чтение или возможна запись (также признак сектора связывания)
— тип зоны: data, lead-in, lead-ut, middle (2 бита)
— отражающая способность носителя (больше или меньше 40%)
— метод отслеживания дорожки: по питам или отпечатанной дорожке - groove (1 бит)
— формат сектора: CLV или зонированный (1 бит)
— контрольной суммы идентификации данных (IED)
— информации для управления копирайтом (6 байт); не используется для DVD-RAM
— 2048 байт пользовательских данных (Main Data)
— контрольная сумма данных
       Таким образом, на хранение 2048 байт пользовательских данных расходуется 4836 байт физического сектора (перемешанных и размазанных). Это значительно лучше, чем приблизительно 8415 байт в случае CD-ROM.
       NBCA представляет собой узкое кольцо до вводной зоны на которой нанесён код вертикальными штрихами (а что там записывается?).

Формат данных DVD-RAM

       DVD-RAM содержит как отпечатанные (embossed), так и перезаписываемые данные. Отпечатываются первые 5 зон вводной зоны: зона инициализации, reference code, первая буферная зона, управляющие данные и второй буфер. В остальных зонах спираль образуется вытравленной канавкой (groove), причем запись производится как в канавках (groove track, groove sector), так и между ними (land track, land sector). Спираль делится на виртуальные дорожки (оборот 360 °). Во вводной зоне в дополнение к 5 зонам, определенным стандартом DVD-ROM, имеются зона соединения (промежуток между отпечатанной и перезаписываемой областями, пустое место без секторов), защитная зона 1, зона для тестирования диска, зона для тестирования дисковода, защитная зона 2, резервная зона, DMA 1 (область управления дефектными блоками), DMA 2. Адрес 0x030000 имеет не первый сектор зоны данных, а первый сектор первой защитной зоны. Выводная зона состоит из зоны DMA 3, DMA 4, защитной зоны 1, зоны для тестирования диска, зоны для тестирования дисковода, защитной зоны 2, резервной зоны. Первый сектор зоны данных имеет адрес 0x031000. Каждая дорожка вводной зоны состоит из 18 секторов. Перезаписываемая область поделена на 24 подзоны, разделяемые защитными зонами. Подзона обрамлена защитными зонами и имеет область запасных блоков. Вводится адресация LSN (Logical Sector Number), так что все сектора с пользовательскими данными имеют последовательные номера, начиная с 0. Внутри каждой подзоны дорожки состоят из одинакового числа секторов (от 17 до 40), но эти сектора содержат по 2697 байт (данные формата физического сектора DVD-ROM обрамляются всякой дополнительной информацией, причем заголовок отпечатывается при изготовлении). Сама спираль имеет синусообразную форму, причем нулевая фаза находится на границе между заголовком сектора и остальной его частью (теперь я понимаю почему DVD-RAM заготовки стоят так дорого ;). Содержимое всех зон DMA идентично и содержит информацию о форматированности диска, первичный список дефектов (обнаруженных при форматировании) и вторичный список дефектов (обнаруженных в процессе работы).

Формат данных DVD-R

       DVD-R перед вводной зоной (Lead-In) содержит зону R-Information, которая делится на знакомую по CD-R область PCA (Power Calibration Area, 7088 секторов, из них 256 для изготовителя диска) и RMA (Recording Management Area).
       Выводная зона (Lead-Out) следует за зоной данных, но не может начинаться ранее некоторой границы. Режим записи - CLV. В режиме дополняющей (incremental) записи могут использоваться 3 метода связывания старого и нового кусков (кто выбирает?):
— потеря 2K
— потеря 32K
— без потерь
       Размер зоны инициализации (в Lead-In) определяется жестко и она делится на собственно зону инициализации (45664 сектора нулей), буферную зону 0 (512 секторов нулей) и зону информации о физическом формате, которая состоит из 3072 секторов, содержащих 192 повторения 16 секторов (фактически та же информация, что и в зоне данных управления, но не заполнена изготовителем болванки):
— нестандартизованная информация изготовителя
— номер версии стандарта (4 бита)
— категория диска: только чтение, перезаписываемый (4 бита)
— максимальная скорость доступа: 2.52 Mb/s, 5.04 Mb/s, 10.08 Mb/s (4 бита)
— физический размер диска: 80 мм, 120 мм (4 бита)
— тип слоя: только чтение, перезаписываемый (4 бита)
— PTP или OTP
— одно- или двухслойный диск
— ширина дорожки: 0.74 мкм (4 бита)
— длина пита: 0.133 или 0.147 мкм (4 бита)
— распределение зоны данных: адрес первого сектора данных (0x030000 для DVD-R), адрес последнего сектора данных
— наличие NBCA
— адрес первого сектора текущей выходной граничной зоны и следующей входной граничной зоны
       Граничные зоны предназначены для предотвращения считывания обычными DVD-ROM устройствами данных с ещё незаписанных участков. Каждая занимает от 12 МБ до 92 МБ в зависимости от расположения.
       Зона данных управления выдавлена или предзаписана, поэтому оформлена связыванием с предыдущей и последующей информацией. Буферная зона 2 переименована в зону дополнительной границы (содержит ещё один вариант информации о физическом формате).
       На DVD-R выдавлена управляющая спиральная дорожка, которая также содержит данные (блоки нумеруются в сторону уменьшения) - Unrecorded Zone (почти undead ;):
— ограничения на используемое при записи оборудование (special drives, restricted use)
— физические характеристики диска: диаметр, скорость, размер пятна, длина волны и др.
— максимальный записываемый адрес
— предлагаемые значения для OPC (Optimum Power Calibrate)
— стратегия записи (продолжительность лазерных импульсов и пауз между ними для различных обстоятельств) и параметры её адаптивной подстройки (нам надо расплавить краску, но не испарить)
       Зона данных может делиться на подзоны (RZone, 2102), которые могут быть открытыми (не более 2) и закрытими (завершёнными). Неиспользованная и незарезервированная пока часть называется невидимой RZone.
       Формат RMA
— идентификатор изготовителя записывающего устройства
— модель
— серийный номер (вот оно счастье!)
— информация о каждом сеансе записи (RMD)
— состояние диска: пуст, запись в режиме DAO, дополняющая запись, закрыт
— информация OPC для 4 устройств: изготовитель, серийный номер, модель, стратегия записи, мощность, время, сектор PCA, результат OPC
— адреса первых секторов выходных граничных зон
— количество RZone
— номер первой открытой RZone
— номер второй открытой RZone
— адреса первых секторов каждой RZone и последний записанный адрес в ней

Формат данных DVD-RW

       Структура данных очень похожа на структуру DVD-R. Режим записи - CLV.
       Зона данных управления и буферная зона 1 выдавлены или предзаписаны. Зона данных управления состоит не из 192 одинаковых копий, а всего лишь из 176, за которыми следуют 16 блоков управления сервоприводом (в стандарте не определены).
       Выдавленная управляющая дорожка (Unrecorded Zone) дополнительно содержит предлагаемые значения OPC и стратегии для стирания. В PCA для изготовителя диска отведено 16 секторов вмесот 256.
       Формат информации о каждом сеансе записи (RMD) различен при различных режимах записи (DAO, дополняющей (incremental) записи, ограниченная перезапись) и содержит данные о состоянии диска (пуст, дополняющая запись, DAO, закрыт после дополняющей записи, минимально очищен, происходит страние, происходит форматирование, пуст и защищён от записи, DAO и защищён от записи, дополняющая запись и защищён от записи, закрыт после дополняющей записи и защищён от записи, минимально очищен и защищён от записи, различные режимы ограниченной перезаписи), копию информации из выдавленной дорожки, информацию OPC для 4 устройств (аналогично DVD-R, но дополненную информацией о стирании), количество изменений, количество стираний, битовая карта дефективности наборов RMD, тип происходящего сейчас стирания и текущая позиция, тип происходящего сейчас форматирования и текущая позиция, адреса и статус входных и выходных границ (до 16 штук), число и границы RZone (до 16 штук), битовые карты дефективности блоков.
       Типы стирания
— минимальная очистка (стирается вводная зона и зона R-Information, кроме PCA, вводной зоны RMA и 6 первых RMD)
— весь диск (стирается вся информационная зона и зона R-Information, кроме PCA, вводной зоны RMA и 6 первых RMD)
— хвост RZone (от начала до последнего записанного блока RZone)
— границы незакрытой зоны (последняя входная и последняя выходная границы)
— последняя ограниченная область
       Типы форматирования (всё заполняется нулями, кроме входной зоны, выходной зоны, входной границы, выходной границы)
— полное
— сдвиг границы (от начала последней выходной границы, размер задаётся)
— добавление границы (от начала вновь созданной входной границы, размер задаётся)
— быстрый сдвиг (область оказывается в промежуточном состоянии)
— быстрое добавление (область оказывается в промежуточном состоянии)
— закрытие границы (перевести область из промежуточного состояния в закрытое)
       Состояния ограниченной области:
— промежуточное - данные записаны, а границы неоформлены
— незавершённое - данные и входная граница оформлены, а выходная - нет
— закрытое - данные и границы записаны
       Каждая заготовка DVD-RW 1.1B имеет уникальный (64 бит) идентификатор (механизм защиты CPRM). Содержимое диска может шифроваться (C2) по ключу, генерируемому из этого идентификатора, поэтому простое копирование даст нечитаемые данные (фильмы).

Формат данных DVD+RW

       Режим записи - CLD (Constant Linear Density), устройство может реализовать CAV. Скорость записи - до 4x. Формат фрейма данных и его кодирование совпадает с DVD-ROM. Выбранный метод записи позволяет произвольно записывать и перезаписывать ECC блоки (32 КБ).
       Информационная зона делится на вводную зону, зону (пользовательских) данных (2295104 сектора) и выводную зону. Все их можно перезаписывать, чистая болванка не содержит ничего. Первый сектор зоны данных имеет адрес (PSN) 0x30000. Логический адрес (LSN) этого сектора равен 0.
       Запись идёт по выдавленной канавке. Канавка имеет форму спирали, на которой с помощью небольших отклонений записана информация об адресах блоков, которые должны быть размещены в данном месте (ADIP - Address-in-Pregroove). На 1 ECC блок приходится 51 бит информации, записанной в ADIP (из них 22 бита - физический адрес). Дополнительно во вводной зоне ADIP содержит информацию о физическом формате (256 байт, копируется в управляющую зону при инициализации):
— тип диска (+RW) и номер версии
— физический размер и максимальная скорость чтения
— плотность дорожек и длина пятна
— адреса первого и последнего блока зоны данных
— ограничения на запись
— изготовитель диска (8 байт)
— тип носителя данного изготовителя (3 байта)
— ревизия типа носителя (1 байт)
— скорость, мощность, параметры стратегии записи, рекомендации для OPC (могут быть варианты для различных скоростей)
       Вводная зона состоит из
— начальной зоны (нули)
— внутренней зоны тестирования диска (используется изготовителем диска)
— внутренней зоны тестирования устройства (для OPC)
— защитной зоны 1 (разделяет тестовые зоны и полезные данные)
— резервной зоны 1 (управление плохими блоками)
— резервной зоны 2 (управление плохими блоками)
— внутренней зоны идентификации диска (набор Disk Control Block - DCB)
— резервной зоны 3 (управление плохими блоками)
— зоны опорных кодов (специальный битовый шаблон)
— буферной зоны 1 (нули)
— зоны данных управления (формат аналогичен DVD-ROM, копируется из ADIP)
— буферной зоны 2 (нули)
       Выводная зона состоит из
— буферной зоны 3 (нули)
— внешней зоны идентификации диска (копия внутренней зоны)
— защитной зоны 2 (разделяет тестовые зоны и полезные данные)
— резервной зоны 4 (нули)
— внешней зоны тестирования устройства (для OPC)
— внешней зоны тестирования диска (используется изготовителем диска)
— защитной зоны 3 (нули)
       Полное форматирование означает заполнение всей информационной зоны (информацией или нулями). Диск считается частично форматированным, если заполнена вводная зона, кроме начальной зоны. При этом внутрення зона идентификации диска должна содержать Formatting DCB (FDCB). Форматирование может происходить до записи на диск (необязательная проверка зоны данных), в фоновом режиме одновременно с записью, последовательная запись без форматирования (в конце записанной области создаётся временная выводная зона; может быть перезаписана при следующем сеансе записи; минимальный размер записи довольно велик).
       DCB используются для обмена информацией между устройствами типа +RW. Для чтения полностью отформатированных или записанных дисков в DVD-ROM они не нужны. Обеспечиавют возможность защиты от форматирования, перезаписи и чтения управляющей информации. Каждый DCB должен содержать уникальный идентификатор последнего записавшего его устройства (изготовитель, модель, серийный номер). Пока определены 2 типа DCB
— FDCB (Formatting DCB)
— количество изменений содержимого FDCB
— состояние: не форматирован, частично форматирован, форматирован изготовителем, форматирован пользователем, форматрование активно
— состояние проверки форматирования: аналогично
— записана ли вводная зона полностью
— выводная зона: отсутствует, временная, частично записана, полностью
— адрес последнего сектора непрерывно записанных данных
— адрес последнего сектора непрерывно проверенных данных
— битовая карта записанных секторов вне непрерывной области (с точностью до ECC блока)
— случайное число (предположительно уникальный идентификатор диска)
— WDCB (Write inhibit DCB)
— количество изменений содержимого WDCB
— можно ли снять защиту не зная пароля
— тип защиты: нельзя записывать вообще; нельзя записывать, кроме как в блоки управления плохими блоками; нельзя записывать в зону данных; можно записывать куда угодно
— пароль (32 символа; можно содержать строку, которой не соответствует никакой пароль, т.е. диск нельзя будет перезаписать никак)
       Особый цинизм стандарта заключается в явном предложении обратиться за разъяснениями по поводу форматирования и системы управления плохими блоками в отдел лицензий фирмы Филипс.

Формат данных DVD+R

       Режим записи - CLD (Constant Linear Density), устройство может реализовать CAV. Скорость записи - до 8x. Формат фрейма данных и его кодирование совпадает с DVD-ROM. Выбранный метод записи позволяет произвольно записывать ECC блоки (32 КБ).
       Информационная зона может содержать одну или более сессий (до 191). Односессионная информационная зона делится на внутреннюю зону, вводную зону, зону (пользовательских) данных (максимум 2295104 сектора), выводную зону, внешнюю зону. Все их можно записывать, чистая болванка не содержит ничего. Первый сектор зоны данных имеет адрес (PSN) 0x30000. Логический адрес (LSN) этого сектора равен 0.
       Запись идёт по выдавленной канавке. Канавка имеет форму спирали, на которой с помощью небольших отклонений записана информация об адресах блоков, которые должны быть размещены в данном месте (ADIP - Address-in-Pregroove). На 1 ECC блок приходится 51 бит информации, записанной в ADIP (из них 22 бита - физический адрес). Дополнительно во вводной зоне ADIP содержит информацию о физическом формате (256 байт, копируется в управляющую зону при инициализации), формат аналогичен DVD+RW.
       Внутренняя зона состоит из
— начальной зоны (должна оставаться незаписанной)
— внутренней зоны тестирования диска (для OPC, запись в строну уменьшения адресов)
— вводная зона внутренней зоны счётчиков диска (не заполняется)
— внутренняя зона счётчиков диска (позволяет узнать какая часть внутренней зоны тестирования уже использована)
— внутренняя зона администрирования диска (идентификатор устройства и только его изготовителю понятная информация)
— оглавление (TOC)
— расположение закрытых сессий; для каждой сессии - идентификатор устройства, является ли она последней, номер сессии, адреса первого и последнего секторов, номер последнего фрагмента сессии
— индикатор записанной области: в какой из 256 частей диска есть записи, а в какой - нет
       Вводная зона (заполняется при закрытии первой сессии) состоит из
— защитной зоны 1 (для совместимости другими DVD стандартами)
— резервной зоны 1 (нули)
— резервной зоны 2 (нули)
— внутренней зоны идентификации диска (набор Disk Control Block - DCB)
— резервной зоны 3 (нули)
— зоны опорных кодов (специальный битовый шаблон)
— буферной зоны 1 (нули)
— зоны данных управления (формат аналогичен DVD-ROM, копируется из ADIP с добавлением адресов начала и конца первой сессии)
— буферной зоны 2 (нули)
       Выводная зона состоит из
— буферной зоны 3 (нули)
— внешней зоны идентификации диска (копия внутренней зоны идентификации диска или последней внутренней зоны идентификации сессии)
— защитной зоны 2 (разделяет тестовые зоны и полезные данные; если диск заполнен не полностью, то размер этой зоны может быт увеличен)
       Внешняя зона состоит из
— внешняя зона администрирования диска (идентификатор устройства и только его изготовителю понятная информация)
— внешняя зона счётчиков диска (позволяет узнать какая часть внешней зоны тестирования уже использована)
— резервной зоны 4 (нули)
— внешней зоны тестирования диска (для OPC, запись в строну уменьшения адресов)
— защитной зоны 3 (не заполняется)
       Каждая сессия состоит из вводной зоны сессии (Intro), зоны (пользовательских) данных (целое число ECC блоков) и выводной зоны сессии (Closure). Для первой сессии в качестве вводной зоны сессии выступает вводная зона диска. Для последней сессии в качестве выводной зоны сессии выступает выводная зона диска. Последняя сессия может быть открытой (не иметь выводной зоны сессии). Данные могут записываться только в открытую сессию, так что если последняя сессия диска закрыта, то необходимо создать новую открытую сессию.
       Вводная зона сессии состоит из буферной зоны A (нули), внутренней зоны идентификации сессии (набор Disk Control Block - DCB), зоны данных управления сессии (формат аналогичен DVD-ROM) и буферной зоны B (нули). Выводная зона сессии состоит из буферной зоны С (нули) и внешней зоны идентификации сессии (должна совпадать с внутренней зоной идентификации сессии).
       Запись сессии может производиться несколькими (до 16) последовательными фрагментами (между ними теряется пространство в 1 ECC блок). Описание каждого фрагмента заносится в Session DCB. Открытие и закрытие сессии также считаются фрагментами. Чтобы данные сессии можно было прочесть на DVD-ROM, она должна быть закрыта (все незаписанные места во всех фрагментах заполняются и заносится информация в водные и выодные зоны). Фрагменты имеют непрерывную нумерацию во всех сессиях (от 1).
       DCB используются для обмена информацией между устройствами типа +R. Для чтения полностью отформатированных или записанных дисков в DVD-ROM они не нужны. Если имеется несколько DCB одного типа, то правильным считается последний. Обеспечиавют возможность защиты от создания заменяющего DCB, записи в зону данных и чтения управляющей информации. Каждый DCB должен содержать уникальный идентификатор записавшего его устройства (изготовитель, модель, серийный номер). Пока определен 1 тип DCB
— SDCB (Format of the Session DCB)
— номер сессии (с 1)
— случайное число (предположительно уникальный идентификатор диска), только во вводной зоне диска
— информация приложения (для защиты от копирования)
— последовательность записей двух типов
— описание фрагмента: номер фрагмента, адреса первого и последнего секторов
— описание предыдущей сессии: номер предыдущей сессии, адреса первого и последнего секторов зоны данных предыдущей сессии

Устройства

       Характеристики устройства:
— Возможность чтения CD-DD, CD-R, CD-RW, DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW, DVD-RAM, DVD+R, DVD+RW, DVD+R9, DVD-R DL.
— Возможность записи CD-DD, CD-R, CD-RW, DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW, DVD-RAM, DVD+R, DVD+RW, DVD+R9, DVD-R DL.
— Скорость чтения и записи дисков различного типа (кратность относительно 150 KB данных в секунду).
— Метод управления вращением (при чтении и записи дисков различного типа):
— CLV - постоянная линейная скорость. Угловая скорость (частота вращения) постепенно уменьшается от центра к краю диска. При увеличении скорости чтения более 16x (2400 KB/s) в начале диска вибрация становится столь велика, что плохо отцентрированные диски ("пиратские") могут разрушаться.
— Zone CLV (на внутренней зоне - 16x).
— CAV, PCAV (Zone CAV) - постоянная, частично-постоянная угловая скорость. Частота вращения скачками изменяет при переходе от одной области диска к другой. Паспортная скорость чтения (записи) данных достигается только в конце диска.
— TrueX - одновременное чтение с нескольких дорожек.
— Интерфейс и его модификация (SCSI, ATAPI (IDE), USB, USB 2.0, FireWire (IEEE 1394), нестандартные и устаревшие (Sony, Panasonic, Mitsumi)). Определяет скорость передачи из буфера устройства в компьютер и загрузку процессора. Особое внимание надо уделить наличию DMA.
— Качество считывания, алгоритм коррекции ошибок (понижение скорости и возвращение ее обратно).
— Среднее время доступа.
— Установка диска в устройство:
— выдвигающийся поддон (tray)
— контейнер (caddy)
— щель
— магазин на несколько дисков
— Защита от опустошения буфера при записи:
— BURN-Proof (aka BurnProof, aka BufferUnderRuN-Proof, Sanyo)
— SafeBurn (Oak, Yamaha)
—o JustLink (Ricoh)
— Seamless Link (ACER)
— ExacLink (Oak, Mitsumi)
— SMART-BURN (Lite-On)
— Объем буфера.
— Умение извлекать "сырые" данные с сектора (Read Long, Read Raw, DAE). Используется для чтения CD-DA в цифровом формате и обхода систем защиты от копирования.
       Большой обзор CD/DVD устройств можно найти на cdrinfo, продающихся на московском рынке - на IXBT.