IFA - Internationale Funkausstellung 1995 (część 2)

Perspektywy płyty CD - MMCD i SD

W trakcie tegorocznej wystawy IFA w Berlinie, pod koniec sierpnia, zaprezentowano dwa nowe, możliwe kierunku rozwoju przechowywania danych na płycie CD. Propozycje pochodzą od dwóch ugrupowań. Pierwsze jest oparte na porozumieniu Sony/Philips i nosi nazwę MMCD (MultiMedia CD). Drugie zaś pochodzi od ugrupowania Toshiba/Warner i nazywa się SD (Super Density CD). Dwa wymienione i proponowane standardy są przedmiotem konkurencji i w ciągu ostatnich kilku miesięcy spekulowano w mediach czy będzie to również powodem wojny o rynek.

Na łamach MHF wspominano już o perspektywach dalszego rozwoju płyty CD, dopiero jednak w Berlinie ujawniono szczegóły projektu. W prasie pojawiały się wcześniej inne nazwy przyszłej płyty CD o zwiększonej gęstości zapisu m.in. DVD i HDCD. Ostatecznie mamy MMCD i SD. Multi Media oznacza, że nowy krążek CD będzie przechowywał dane audio, video, gry i informacje komputerowe. W obecnej chwili na rynku występują standardy Laser Disc, taśmy VHS i kilka odmian płyty CD (audio, CD-i, CD-ROM itp.). Nie jest to sytuacja przejrzysta dla zwykłego klienta.

Nowe propozycje (MMCD i SD) zaprezentowano na konferencjach prasowych, poparto je także demonstracjami wizualnymi (odtworzenie filmu z płyty MMCD lub SD na ekranie 16:9). Niestety w tej chwili nie ma propozycji zapisu audio o wysokiej jakości (mam tu na myśli jakość audiofilską). Plany dotyczące zapisu audio na nowych, gęstych nośnikach (MMCD i SD) w oddzielnym artykule przedstawia GS.

Teraz chciałbym przedstawić specyfikacje obu systemów. Tekst poniższy z pewnością szybko się zdezaktualizuje. W trakcie przygotowywania tego artykułu dotarły do nas informacje o porozumieniu obu wyżej wymienionych ugrupowań. Zatem miało to miejsce dwa tygodnie po IFA, gdzie tak gorąco, w obecności kilkuset dziennikarzy, przekonywano o zaletach jednego systemu w stosunku do drugiego. Szczegóły porozumienia nie są jeszcze znane. Rzeczywistość zmienia się tak szybko, że nawet zachodnia prasa specjalistyczna audio (wydawana co miesiąc) nie jest w stanie reagować błyskawicznie i dostarczyć swym czytelnikom najświeższych informacji. W tym przypadku najszybszym medium będą dzienniki.

SD Alliance.

Pod taką nazwą skupiły się firmy, które poparły standard SD (pełna nazwa to: SD DVD - super density digital video disc). Oprócz wymienionych już głównych twórców - Toshiby i Warnera, w skład porozumienia weszli też tak znani producenci jak Denon, Hitachi, JVC, Matsushita, Pioneer, Thomson.

Dysk SD (oraz MMCD) wygląda tak samo jak płyta CD audio. Pierwsze aplikacje SD dotyczą wizji, zwiększona gęstość umożliwia zapis 142 minut filmu w formacie 16:9 z jakością lepszą niż S-VHS lub Laser Disc w połączeniu z dźwiękiem wielokanałowym (surround). Oprócz tego ścieżka dźwiękowa jest dostępna w ośmiu językach, napisy (subtitles) w ilości 32.

Dysk SD jest proponowany w kilku odmianach (różnice dotyczą pojemności):
SD-5: najniższa dostępna pojemność - 5 GB, ale jest to i tak 7.5 raza więcej niż może zmieścić dysk CD audio. SD-5 jest płytą z zapisem jednostronnym na jednej warstwie. Odpowiada to zapisowi video 142 minut formatu 16:9 z fonią wielokanałową 5.1.
SD-9: pojemność wynosi 9 GB, informacja zgromadzona na jednej stronie dysku, ale na dwóch warstwach.
SD-10: pojemność wynosi 10 GB, technologia zapisu jednowarstwowego, ale na obu stronach dysku, jest to właściwie "sklejenie" dwóch płyt SD-5
SD-18: największa dostępna pojemność - 18 GB. zapis na dwóch warstwach, na obu stronach płyty, jest to połączenie dwóch płyt SD-9. Aplikacje dotyczą obrazu video HDTV.
SD-R: zapisywalna jednokrotnie płyta dwustronna (jednowarstwowa), pojemność całkowita 8 GB (4 GB na stronie). Do zapisu/odczytu stosuje się laser ze światłem czerwonym.
SD-RAM: wielokrotnie zapisywalna płyta dwustronna (rewritable), pojemność 5.2 GB (2.6 GB na stronie). Pojemność ta odpowiada 2600 dyskietkom o pojemności 2MB lub 8 płytom CD-ROM. W SD-RAM wykorzystuje się technologię zmiany fazy (phase change). Odczyt i zapis danych jest dokonywany poprzez przeprowadzanie warstwy nośnika ze stanu amorficznego do krystalicznego i odwrotnie, wykorzystuje się energię wiązki lasera. Zapis nowych danych (overwriting) odbywa się przy zwiększonej energii wiązki lasera.

Wszystkie dyski SD mają grubość 1.2 mm. Uzyskuje się to poprzez sklejenie dwóch części o grubości 0.6 mm. Dyski z dwiema warstwami (SD-9 i SD-18) mają również ten sam wymiar, przy czym warstwa zewnętrzna jest półprzezroczysta. Światło lasera musi się przebić przez warstwę pierwszą, aby dotrzeć do warstwy drugiej, a następnie powrócić do układu czytającego

SD Alliance postanowiło, że dźwięk towarzyszący video będzie kodowany za pomocą systemu MPEG-2 na rynku europejskim, zaś w Japonii i Ameryce wykorzysta się Dolby AC-3. Płyta dwustronna wymaga zastosowania kosztownego układu czytającego obie strony. Jeżeli zastosuje się mechanizm czytający jedną stronę - tym samym tani, wymagane jest, aby użytkownik podszedł do urządzenia i tak jak w gramofonie analogowym przewrócił płytę na drugą stronę. Potrzeba przewracania płyty manualnie nie spotyka się z akceptacją w środowisku komputerowym. SD Alliance twierdzi, że pojemność jednej strony jest wystarczająca do większości aplikacji i nie jest konieczne stosowania mechanizmu czytającego obie strony dysku (z pewnością musiałyby być to dwie oddzielne głowice laserowe lub jedna poruszająca się po torze w kształcie poziomo ułożonego "U"). Z drugiej strony szybsze jest przewrócenie płyty SD na drugą stronę, niż wyjęcie i włożenie nowego dysku MMCD. Uwaga ta dotyczy tej niewielkiej ilości danych np. tytułów filmowych, które nie mieszczą się na jednej stronie SD. SD Alliance twierdzi, że łączenie dwóch płyt o grubości 0.6 mm w jedną 1.2 mm przynosi korzyści w postaci zwiększenia stabilności i zmniejszenia drgań w kierunku prostopadłym do powierzchni płyty (problem ten jest eliminowany np. w transportach CD audio VRDS firmy Teac).

CD audio i CD-ROM mogą być odczytywane na urządzeniach SD. Najciekawsze jest to, że dane audio i video będą zapisywane jako zunifikowane dane. W przypadku MMCD i SD dane na dysku są zapisywane w standardzie video MPEG-2, zatem pierwsze dekodowanie sygnału odczytanego z dysku ma miejsce w dekoderze MPEG, a następnie jest dekodowanie na sygnał audio i video.

W trakcie konferencji prasowej na IFA zarzucono SD zbyt małą pojemność zapisu. Pytano też czy rzeczywiście potrzebny jest dwustronny, dwuwarstwowy zapis. Okazuje się, że umożliwia to zapis na jednym dysku więcej niż jednego filmu. Zatem klient będzie mógł nabywać zestawy filmów tego samego reżysera, z tym samym aktorem itd. Aktualnie takie zestawy cieszą się sukcesem komercyjnym w UK wg. zapewnień przedstawicieli SD Alliance. Pytanie, które się rodzi po zapoznaniu się z propozycją SD: po co stosować odmienne sposoby kodowania dźwięku na rynek europejski i amerykański (MPEG lub AC-3). Czy ma to zapobiec migracji software?

MMCD

MultiMedia CD zostało opracowane przez zespół Philips/Sony przy współpracy z firmą 3M. Jest ona potentatem w dziedzinie produkcji nośników, posiada też potężne zaplecze badawcze. Współpraca Philips/Sony z 3M przynosi wiele konkretów dotyczących nowego dysku.

Badania 3M dotyczą ogólnie technologii zapisu wielowarstwowego na różnego rodzaju dyskach optycznych. W roku 1986 powstał krążek CD-ROM, pojemność 680 megabajtów na 12 cm krążku mogła pomieścić duże bazy danych. Aby sprostać aplikacjom takim jak filmy, animowana grafika, pojemność musi być zwiększona kilkukrotnie.

Dysk proponowany przez 3M zawiera zapis jednostronny, ale dwuwarstwowy. Pojemność całkowita wynosi 7.4 GB, jest to ponad 10 razy więcej niż standardowy CD. Wymiary MMCD są identyczne jak CD audio (i proponowany SD): średnica i grubość pozostają te same (12 cm i 1.2 mm). Różnica w stosunku do CD polega na dodaniu warstwy fotopolimeru i warstwy częściowo odbijającej światło lasera. Fotopolimer (nazwa przemysłowa stosowana przez 3M - 2P) tworzy drugą warstwę z zapisem. Warstwa pierwsza widziana przez laser jest tu nazywana "0", zaś ukryta głębiej - dodatkowa - "1".

Nowa generacja płyt optycznych dużej gęstości będzie wykorzystywać obiektywy o zmiennej ogniskowej. Wiązka lasera w takim wypadku jest ogniskowana na jednej z dwóch warstw, których odległość wynosi około 40 mikronów. Materiał rozdzielający warstwy zapisu "0" i "1" zgodnie z wymaganiami Philips/Sony powinien posiadać współczynnik odbicia w granicach 20-40 %. Głównym problemem przy opracowywaniu MMCD było właśnie wynalezienie materiału odbijającego i przepuszczającego światło lasera częściowo. Chodziło też o materiał, który mógłby być produkowany z wykorzystaniem technologii dostępnej przy produkcji standardowej płyty CD. Ostatecznie pomiędzy obiema warstwami zapisu ("0" i "1") znajdzie się aluminium o grubości 4-6 nanometrów (0.05 mikrometra) spełniające wymagania na 20-40 % współczynnik odbicia.

Przełączanie między warstwami w przypadku np. filmów dokonuje się automatycznie i nie powoduje widocznego opóźnienia odbioru programu. Czas przeogniskowania jest krótszy niż 5 milisekund. Tak mały czas osiągnięto poprzez zapis warstwy "0" od środka do zewnątrz (tak jak w CD audio), warstwa "1" jest czytana od brzegu zewnętrznego płyty do środka.

Wyprodukowanie płyty MMCD wymaga większej dokładności i precyzji niż przy CD. Gdy długość programu wymaga zapisu na dwóch warstwach, potrzebne są dwie płyty "masters" na etapie tłoczenia. Można je wykonywać korzystając z istniejących już laserów ze światłem niebieskim. Tylko niewielkie modyfikacje optyki są konieczne, aby uzyskiwać nowy wymiar śladu (chodzi tu o zagłębienia, na których rozprasza się lub odbija wiązka, jak i szerokość ścieżki). Proces dla płyty MMCD jednowarstwowej nie różni się w zasadzie od produkcji CD audio. Przebiega on przez etapy: tłoczenie warstwy zapisu z polikarbonatu, dodanie warstwy odbijającej z aluminium, warstwy ochronnej (jest to warstwa, na którą patrzymy od strony napisów na CD), wykonanie napisów, inspekcja. W przypadku dwóch warstw dochodzi proces położenia warstwy częściowo odbijającej i materiału 2P na warstwę polikarbonatu z "odciśniętym" zapisem (zagłębieniami) warstwy "0". Jako fotopolimer (2P) 3M wykorzystał materiał znany już od roku 1981 używany do produkcji laserowych płyt wizyjnych.

Interesująco wyglądają koszty produkcji płyty MMCD. Jeżeli koszt CD audio przyjmiemy za 100% to płyta MMCD jednowarstwowa będzie kosztować około 115% zaś dwuwarstwowa - 160%. 3M obecnie produkuje próbne serie jednowarstwowego MMCD. Linie produkcyjne dla dwuwarstwowego MMCD będą dostępne na początku roku 1996. Konstrukcja dysku dwuwarstwowego opracowanego przez 3M jest otwarta na przyszły rozwój technologii z wykorzystaniem laserów ze światłem niebieskim, zielonym o jeszcze mniejszej długości fali wynoszącej 400 nm.

Philips i Sony twierdzą, że dynamiczny rozwój gęstych dysków optycznych jest możliwy dzięki wyraźnemu obniżeniu kosztów wytwarzania układów półprzewodnikowych. Ułatwia to formatowanie danych na dysku optycznym, chodzi tu o stosowanie efektywniejszej korekcji błędów przy pomocy kodów zabezpieczających, skomplikowanych schematów kodowania kanałowego (przystosowanie danych do charakterystyki przenoszenia nośnika).

Standard proponowany jako MMCD lub SD musi spełniać wymagania nałożone przez wytwórnie filmowe, producentów sprzętu i oprogramowania komputerowego. W przypadku video dotyczą one zapisu pełnego filmu na jednej stronie dysku, lepszej jakości obrazu w stosunku do obecnych standardów, dźwięku w systemie wielokanałowym 5.1. Rynek PC wymaga kompatybilności odczytu z obecnym CD i zapisu/odczytu z przyszłymi dyskami, a przede wszystkim niskiej ceny - porównywalnej z dyskami i napędami CD-ROM.

Parametry MMCD.

Podstawowa różnica między propozycją Sony/Philips, a Toshiba/Warner to zapis jednostronny na dysku MMCD, podczas gdy SD może być jedno- jak i dwustronny. Pojemność MMCD wynosząca 7.4 GB wystarcza, aby zapisać obraz video o długości 270 minut (4 1/2 godziny) wraz z towarzyszącym dźwiękiem wielokanałowym i napisami. Dysk MMCD jednowarstwowy wystarcza do pomieszczenia obrazu video w formacie 16:9 wraz z dźwiękiem i napisami o czasie trwania 135 minut (2 1/4 godziny).

MMCD jest oparty w znacznej mierze na standardzie CD. W MMCD wykorzystuje się kodowanie kanałowe EFM Plus oraz korekcję błędów CIRC Plus. Niewielkich modyfikacji wymagają linie produkcyjne nowych odtwarzaczy i dysków MMCD oraz urządzenia do wytwarzania dysków "master" przy wytwarzaniu masowych replik.

W aplikacjach video zapis sygnału na dysku będzie się odbywał przy pomocy kodowania MPEG-2. Aktualnie kodowanie to jest szeroko stosowane w profesjonalnych studiach. W MPEG-2 szybkość przesyłania strumienia danych jest dwukrotnie wyższa niż w starszym systemie MPEG-1 i jednocześnie jest ona zmienna. Szybkość transmisji danych może 10-krotnie wzrastać w stosunku do wartości średniej. MPEG-2 umożliwia skompresowanie strumienia danych ze 176 Mb/s (pełny sygnał video) do średniej wartości 3 Mb/s. MPEG-2 nadaje się także do kodowania sygnału audio.

Okazuje się, że dysk MMCD o średnicy 8 cm ma pojemność 2.3 GB. Widać zatem, że jest to wystarczająca pojemność do zapisania stereofonicznego sygnału audio wysokiej jakości. Nawet, gdy dla sygnału audio przyjmiemy wyśrubowane parametry np.: próbkowanie 96 kHz, rozdzielczość słowa 24 bity, czas programu 60 minut - 8 cm krążek mieści te dane.

MMCD wykorzystuje światło lasera o długości 635 nm, CD audio 780 nm. Dysk MMCD cechuje się większą prędkością liniową, wynosi ona 4 m/s, jest to ponad trzykrotny wzrost w stosunku do CD (1.2 m/s). Przy wymienionej prędkości liniowej strumień danych może maksymalnie wynieść 26.6 Mb/s (w CD 4.32 Mb/s). szerokość ścieżki, którą śledzi wiązka lasera wynosi w MMCD 0.84 um.

Porozumienie

Wydaje się, że porozumienie między ugrupowaniami SD i MMCD było nieuniknione. W trakcie prezentacji działania odtwarzacza MMCD, przedstawiciel Philipsa powiedział, że działania obu grup producentów nie mogą iść obok rynku komputerowego. Zarówno MMCD jak i SD muszą spełniać wymagania nałożone przez takich potentatów jak Compaq, IBM, Microsoft. Dwie trzecie napędów CD-ROM pochodzi od Mitsumi, Alpsa, Teac'a. Niemożliwe jest chyba zignorowanie wymienionych producentów.

Wydaje się, że w odrobinę lepszej sytuacji jest dysk MMCD. W trakcie demo, które miało miejsce na IFA w Berlinie jako transport nowej płyty wykorzystano lekko zmodyfikowany CDR. Widać zatem, że bliżej finału jest MMCD. Płyta SD jest sklejeniem dwóch krążków 0.6 mm, podczas gdy CD i MMCD są "jednolite" mają grubość 1.2 mm. Odczyt CD na urządzeniu SD wymaga solidnego przeogniskowania układu lasera (większego niż 40 um). W trakcie trwania IFA Matsushita posiadała ponoć już nowy transport czytający CD i SD. Ostatecznie, aby odtwarzać CD wymagana jest licencja od Sony/Philips. Nie potrafię określić czy na tej płaszczyźnie byłby możliwy konflikt. W trakcie konferencji na IFA odpowiedzi ugrupowania SD nie były jednoznaczne na to pytanie. Jedna z dziennikarek poprosiła, aby jednym zdaniem skwitować wprowadzenie SD. Przedstawiciel ugrupowania odpowiedział: "chcemy wprowadzić nowy standard". Na to samo pytanie firma Philips (w trakcie demo urządzenia) odpowiedziała "nowy standard jest konieczny i możliwy przy zachowaniu niskich kosztów wprowadzenia".

Jak już wspomniałem nie wiadomo jeszcze nic o zapisie audio audiofilskim na nowych dyskach. Philips mówił tylko o możliwościach jakie tu daje szybkość transmisji. Prototypowy odtwarzacz MMCD ściankę górną miał przezroczystą, zatem w środku można było dostrzec duży scalak dekodera MPEG-2. Wiadomo, że musi on być w każdym urządzeniu czytającym audio czy też video. Philips nie potrafił (bądź nie chciał określić) ceny pierwszych urządzeń komercyjnych MMCD. W obecnej chwili koszt jest z pewnością związany ze wspomnianym dekoderem MPEG-2 i napędem CDR. Konwertery C/A nawet te klasy high-end nie są już drogie.

Wszyscy oczekujemy zapisywalnej płyty audio. Jak widać propozycja SD tutaj jest niezbyt ciekawa, mam tu na myśli dwukrotnie mniejszą pojemność zapisu w stosunku do płyt wytłoczonych fabrycznie. SD Alliance niejasno się wypowiedział, czy jest to problem natury technologicznej czy politycznej. Philips twierdzi, że płyta zapisywalna nieprędko wejdzie na rynek. Problem to oczywiście katastrofa jak by czekała rynek software. Według Philips'a płyta zapisywalna nie pokaże się na rynku wcześniej niż pod koniec roku 1997. Zapewne będzie ona zabezpieczona kodem uniemożliwiającym wielokrotne kopie cyfrowe (obecnie stosowany jest kod SCMS w DAT). Wprowadzenie płyty zapisywalnej będzie poprzedzone solidną dyskusją z wytwórniami płytowymi.

Opis obu propozycji MMCD i SD być może już wiele stracił ze swej aktualności. Sądzę, że nowy standard będzie czerpał z opracowań dokonanych przez oba ugrupowania. Wysoce prawdopodobne jest, że wojna w dawnym stylu video VHS kontra Beta niechętnie byłaby widziana przez ugrupowania. Zdobywanie rynku software zapewne zakończyłoby się tak jak to widać na przykładzie MD i DCC. Klienci cierpliwie by czekali na wyjście z zamieszania. Philips podkreślał, że dyskusja z SD Alliance nad unifikacją nowego medium trwa.

Należę do tych co wierzą w jeden format, który obejmie zapis audio, video i dane komputerowe. To co mnie zastanawia, to jak będzie wyglądała odporność odczytu gęstych płyt na rysy i zabrudzenia. Przechodząc obok pewnego sklepu muzycznego zobaczyłem transparent: "płyty Compact Disc". Ciekawe jakie napisy ujrzymy za rok, dwa. (MS)