DVD significa disco versátil digital, mas algumas fontes declaram que a sigla não significa mais nada nos dias de hoje.

Um DVD é muito parecido com um CD, porém têm uma capacidade de armazenamento de dados muito maior. Um DVD padrão arazena por volta de 7 vezes mais dados que um CD. Essa enorme capacidade de armazenamento proporciona ao DVD espaço suficiente para guardar todo um filme codificado no padrão MPEG-2, assim como muitas outras informações adicionais.

O conteúdo típico de um DVD:

Um DVD também pode ser usado para armazenar até 8 horas de música com qualidade de CD por lado. Esta forma de utilização ainda não é muito frequente.

Armazenando Informações em um DVD

DVD é do  mesmo diâmetro e espessura que o CD, e é feito usando alguns dos mesmos materiais e mesmos métodos de fabricação. Como um CD, a informação em um DVD é codificada na forma de pequenos altos e baixos( formados por degraus na trilha do disco ).

Um DVD é composto de diversas camadas de plástico, totalizando 1.2 milimetros de espessura. Cada camada é criada pela injeção de plástico de policarboneto em moldes. Este processo forma um disco que têm degraus microscópicos reunidos em uma única e longa trilha espiral de dados.

Após formadas as peças de policarbonato é aplicada um finíssima camada refletiva que cobrirá todo o disco. Alumínio é usada por  trás das camadas internas, mas uma camada semi-refletiva de ouro é usado nas camadas meis externas, deixando o laser focar, através da camada externa, nas camadas internas do disco. Após todas as camadas terem sido formadas é aplicada uma camada de esmalte que é curada através de luz infra-vermelha. Para discos de apenas um lado, uma máscara de silk-screen pode ser aplicada sobre o lado onde não é feita a leitura. Em disco de dois  lados só é impressa a área central do disco onde não é feita leitura alguma. 

Etapas resumidas do processo básico de fabricação de discos óticos:

Pré - masterização

Primeira etapa do processo onde a informação gravada em fita analógica ou digital é transferida para uma mídia especial (fita u-matic), utilizando um equipamento denominado editor/processador de sub-códigos. Neste momento são atribuídos aos dados já gravados informações complementares como: títulos, índices, tempo de cada faixa, etc

Masterização

Este é o processo na qual utilizamos o LBR (Laser Beam Record) ou seja, o gravador a feixe laser. Um feixe especial de maior potência é aplicado a superfície foto-resistiva recoberta eletricamente com prata, alumínio, entre outros elementos, a fim de marcar ou formar uma estampa metálica. E uma das partes mais longas e complexas de todo o processo. Vencida esta fase, o disco e levado a um banho químico para retirada das áreas expostas ao feixe. Será aplicado um revestimento metálico, geralmente com alumínio vaporizado sobre esta camada foto-resistiva final.

O processo eletrônico de gravação em CD (masterização) é bastante complexo. Para termos uma breve idéia, o sinal analógico que será convertido em informação digital sofrerá um processo denominado quantização. Esta etapa é dividida em dois blocos: 1. Amostragem; 2. Retenção. A amostragem nos CDs de áudio é realizada a 44,1 KHz, já no disco de CD-ROM a 48 KHz e, nos DVDs, passa a ser 96 KHz, segundo um teorema específico (Nyquist). Após este procedimento a informação será codificada por um processo denominado CRC, a fim de reduzir as margens de erros no processo de leitura, sendo então, espalhada em forma de FRAMES (quadros de informações) seguindo uma ordem preestabelecida. Ao final, todos os dados serão somados e modulados (EFM) para que, entre outros fatores, a informação gravada no disco tenha mais densidade, aumentando o clock e reduzindo as tensões contínuas nos foto-detetores. Para entendermos a base da correção de erros no disco, devemos sempre lembrar que no CD existe, grotescamente falando, um cálculo matemático pronto, uma soma, onde já temos o resultado final. Qualquer número perdido desta conta poderá ser recuperado (respeitando certos limites), bastando refazer a soma tendo como base o resultado final.

Recobrimento elétrico

Uma vez concluído o revestimento metálico, o disco será submetido a eletrólise, sendo emergido em uma solução eletrolítica de sulfato de níquel, onde gradualmente é aplicada uma pequena corrente elétrica (microàmpéres) que revestirá o disco com uma fina camada de óxido. Todo o processo pode levar horas.

Moldagem

É a técnica empregada para duplicação do disco original em milhares de cópias. O material escolhido para as cópias foi o policarbonato, devido a sua transparência, estabilidade dimensional, pureza e resistência a impactos. O policarbonato é aquecido a 350 graus celsius para ser moldado, com alta precisão para serem planos, centrados e livres de qualquer distorção ótica. Com um meticuloso processo de resfriamento, o CD torna-se uma espécie de disco plástico transparente com microscópicas cavidades no seu interior.

Impresão e revestimento

Ao final de todo este incrível processo tecnológico, é fundamental que o disco possa ser lido por um feixe laser, sendo assim, alguns metais podem servir para seu revestimento final, são eles: ouro, prata, cobre, alumínio e outras substâncias derivadas ou ligas, tendo como base os materiais já mencionados. Geralmente o alumínio é o mais empregado, devido ao seu excelente desempenho e, claro, baixo custo. A camada final tem espessura entre 50 e 100 nanomêtros. Uma camada de acrílico transparente é aplicada para a proteção final, sendo secada sob luz ultravioleta. Agora sim, finalmente está concluído o processo, basta receber rótulo e estampa.

 

Os cortes dos diversos tipos de DVD ( fora de escala ), podem ser vistos abaixo:
 


 

Apenas um lado, com apenas uma camada de dados  ( 4.7 GB)


Apenas um lados, com duas camadas de dados ( 8.5 GB)



Dois lados, com duas camadas em cada um ( 17 GB)

Figura 1: Diagrama dos diferentes formatos de DVD
 
 
 

Figura 2: Cada camada de dados de um DVD é organizada em uma espiral.
Em um DVD de apenas uma camada, a trilha sempre começa do centro e segue para fora.
Essa espiral começar do centro significa que um DVD de uma única camada pode
ter suas dimensões reduzidas para menos de 12 centímetros.


O que a figura 2 não pode mostrar é o quão incrívelmente pequena a trilha de dados é – apenas 740 nanômetros separam um arco da trilha da outra. E os degraus que formam as informações e a trilha são da largura de 320 nanometros, por um mínimo de 400 nanometros de comprimento e 120 nanometros de altura. A Figura 3 ilustra a visão dos degraus.

Figura 3: Diagrama dos degraus de dados do DVD.

As dimenões microscópicas desses degraus fazem com que a trilha espiral do DVD tenha dimensões muito grandes. Se esta espiral de um DVD, de uma única camada de dados, pudesse ser extendida em linha reta ela teria 12 Km de comprimentro. Isto significa que um DVD de dois lados com dupla camada de dados teria uma trilha totalizando 48 Km de informação. Para que seja lida essa trilha é necessário um mecanismo de leitura de extrema precisão.

Armazenamento de informações: DVD vs CD

O DVD pode armazenar mais informações que um CD devido as seguintes razões:

 

FIGURA COMPARATIVA DVD x CD !!!!

 

Maior Densidade de Armazenamento:
O DVD de lado único e de uma camada pode armazenar sete vezes mais informações que um CD. Uma grande parte dessa característica se deve aos degraus e trilhas serem menores no DVD.
 
 
Especificação
CD
DVD
Largura entre trilhas 1600 nanometros 740 nanometros
Comprimento mínimo do degrau (única camada) 830 nanometros 400 nanometros
Comprimento mínimo do degrau (camada dupla) 830 nanometros 440 nanometros

A largura entre trilhas em um DVD é 2.16 vezes menor, e o comprimento mínimo do degrau é 2.08 vezes menor que no CD. Multiplicando esses dois fatores obtemos que a área útil para os dados seria 4,5 vezes maior. Observamos que o tamanho é incompatível com o que foi citado anteriormente, logo iremos ver de onde obtém-se o restante da capacidade de dados dos discos.

Melhor aproveitamento do disco
Em um CD, há muita informação extra codificada no disco para permitir correção de erros – esta informação é usualmente apenas uma repetição da informação já existente no disco. O esquema de correção de erros usado no CD é bem antigo e ineficiente se comparado ao método usado no DVD. O formato de DVD não desperdiça muito espaço em correção de erro, proporcionando ao disco armazenar uma quantidade muito maior de informações relevantes.

Múltiplas Camadas de dados
Para aumentar a capacidade de armazenamento ainda mais, o DVD pode ter até quatro camadas, duas de cada lado do disco. O laser que lê o disco pode focar na camada inferior através da primeira camada ( mais externa ). Segue abaixo um sumário das capacidades de cada uma das diferentes formas de DVD:
 
 

Formato
Capacidade
Duração aproximada do vídeo
Lado Único/Camada Única 4.38 Gb 2 horas
Lado Único/Camada Dupla 7,95 Gb 4 horas
Lado Duplo/Camada Única 8,75 Gb 4,5 horas
Lado Duplo/Camada Dupla 15,9 Gb Mais de 8 horas

Um fato interessante é que a capacidade do CD não dobra quando adicionamos uma segunda camada. Isso acontece porque em um disco com duas camadas, os degraus devem ser mais longos do que em um disco com apenas uma camada. Isso ajuda a prevenir interferências entre as camadas, o que causaria erros de leitura quando o disco estivesse sendo tocado.

O processo, que é extremamente difícil de ser produzido e requer que uma camada (ou "layer") semi-reflexiva seja fundida à outra camada reflexiva. Desta forma, o laser do leitor ótico realiza primeiro a leitura da camada mais externa do disco e, então, atravessa o material fundido chegando até os dados impressos na camada mais interna. Como observado na figura 4, para que seja lida a informação da camada #1, é necessário interpretar o laser que percorreu o trajeto ("a", "d"), enquanto que a informação da camada #2 vem do feixe laser que atravessou a camada #1, ou seja, que percorreu ("a", "b", "c", "d"). Aparentemente, parece estranho que se possa recuperar as duas informações das duas camadas, que não são correlacionadas, ao mesmo tempo. Contudo, a geometria dos discos é constituída por um processo tal que permita a implementação de detetores em quadratura, graças à diferença de fase estrategicamente calculada introduzida pelo espaçamento entre as camadas.

Figura 4: Camadas do disco

 

O Formato de DVD Vídeo

Mesmo tendo uma enorme capacidade de armazenamento, as informações de um filme inteiro não codificado não seriam totalmente armazenados em apenas um disco. A fim de fazer um melhor aproveitamente dessa capacidade, utiliza-se no caso de DVD vídeo, uma compressão de dados. Um gupo denominado de “Moving Picture Experts Group” ( MPEG ) estabeleceu os padrões para compressão de imagens em movimento.

Quando os filmes são colocados em formato DVD, eles são codificados no formato MPEG-2 e então armazenados no disco. Este formato de compressão foi amplamente disseminado pelo mundo sendo aceito como padrão inrtenacional. O DVD player contém um decodificador MPEG-2, que pode descomprimir essa informação rapidamente proporcionando ao telespectador uma imagem sem distorção ou atraso.
 

O Formato MPEG-2  e a Redução do Tamanho dos Dados

Um filme é passado a uma razão de 24 quadros por segundo. Isso significa que a cada segundo há 24 imagens completas na tela. Nos EUA e no Japão usa-se o formato NTSC, que aporesenta um total de 30 quadors por segundo; mas o faz em uma sequência de 60 quadros, cada um deles contendo linhas alternadas da imagem. Outros paises usam o formato PAL que apresenta 50 quadros mas com maior resolução. Devido a essas diferenças em sequência de quadros e resolução, um filme MPEG necessita a formatação para ambos sistemas.

O codificador MPEG que gera o arquivo do filme comprimido analiza cada quadro e decide como codificá-lo. A compressão usa a mesma tecnologia que a compressão de imagem parada faz para eliminar informações redundantes ou irrelevantes. Também usa informação de outros quadros para reduzir o tamanho médio do arquivo. Cada quadro pode ser codificado em uma das três formas a seguir: 
 

Dependendo do tipo de cena que está sendo convertida, o codificador decide que tipo de quadro usar (intraframe, predicted frame ou bidirectional frame). Se um telejornal for convertido, um número muito maior de predicted frames poderá ser usado, já que há pouca alteração de um quadro para outro. Por outro lado, se uma cena de ação estiver sendo convertida, mais intraframes serão codificados, já que há uma mudança rápida das cenas dos quadros. Assim, um telejornal teria uma compressão muito maior que uma cena de ação.

Para se ter uma idéia do quão complicado é o processo de decodificação de um filme em MPEG-2, alguns computadores não têm a capacidade de processamento necessária para reproduzir um filme em DVD.

 

DVD AUDIO

O DVD (áudio) e DVD (vídeo) são formatos diferentes. Hoje em dia discos de áudio e aparelhos de DVD são muito raros, mas se tornarão mais comuns, e a diferença em qualidade de som será notável. Com a finalidade de obter a mais alta qualidade de discos de áudio DVD, será necessário um aparelho de DVD com um conversor de digital para analógico de 192kHz/24-bit. A maioria dos aparelhos de DVD tem um conversor de apenas 96kHz/24-bit.

Gravações de áudio (DVD) podem fornecer uma qualidade de som muito melhor que dos CDs. A tabela abaixo lista a taxa de amostragem e a precisão para gravações de CD e o mesmo para gravações em DVD. CDs podem conter 74 minutos de música. Discos de áudio (DVD) podem conter os mesmos 74 minutos de música em seu nível de mais alta qualidade, 192kHz/24-bit. Ao diminuir a taxa de amostragem ou a precisão, um disco de áudio (DVD) pode ter mais tempo de música. Se um disco de áudio (DVD) for usado com a qualidade de um CD normal, poderá conter aproximadamente 7 horas de música.

Especificação  Áudio de CD Áudio de DVD
Taxa de amostragem 44,1 kHz 192 kHz
Precisão da Amostra 16-bit 24-bit
Número de Níveis de Saída Possíveis  65.536 16.777.216

Em um disco de áudio (CD ou DVD), cada bit representa um comando digital dizendo ao DAC qual o nível de voltagem da saída. Enquanto uma gravação ideal seguiria a forma de onda exatamente, gravações digital amostram o som em freqüências diferentes, e portanto perdem alguns dados.


Figura 5: Comparação de um sinal de áudio para a saída de áudio do CD e DVD.

O gráfico acima compara a alta qualidade do áudio (DVD com o CD). È possível ver que o DVD segue o sinal mais estreitamente, mas ainda está longe de ser perfeito.

O aparelho de DVD

O aparelho de DVD é muito similar ao de CD. Ele tem um leitor ótico que lê as informações através do reflexo do laser nos degraus da superfície do disco . O aparelho de DVD decodifica um filme codificado em MPEG-2, transformando-o em um sinal de vídeo composto padronizado. Ele também decodifica a corrente de áudio e a envia para um decodificador Dolby, onde é amplificada e enviada para as caixas de som.


Lendo um DVD

O aparelho de DVD  tem a função de achar e ler as informações armazenadas em forma de degraus na superfície do disco. Considerando que estas irregularidade são muito pequenas, o aparelho tem que ser um equipamento excepcionalmente preciso. O drive consiste de três componentes fundamentais:
  

·        
Um motor para girar o disco. O motor é precisamente controlado para rodar entre 200 e 500 rpm, contando com que trilha está       sendo lida.

·         Um laser e um sistema de lentes para enfocar os degraus no disco e ler as informações nelas contidas. A luz deste laser tem um comprimento de onda menor (640 nanometers) que a luz do laser em um aparelho de CD (780 nanometers).

·         Um mecanismo seguidor capaz de mover o dispositivo de laser de modo que o raio laser possa seguir a trilha espiral. O sistema seguidor tem que ser capaz de mover o laser em resoluções de mícron.

Dentro do DVD player, existe uma tecnologia de computador capaz de transformar os dados em blocos de dados compreensíveis, e enviá-los ao DAC, no caso de áudio ou dados de vídeo, ou diretamente para outro componente em formato digital, no caso de informações ou vídeo digital.

O trabalho fundamental do DVD player é enfocar o laser na trilha de degraus do disco. O laser pode enfocar tanto no material semi-transparente reflexivo atrás da camada mais próxima, ou, no caso de um disco com camada dupla, através desta camada e sobre o material reflexivo atrás da camada mais interna. O raio laser passa através de uma camada de polycarbonato, depois por uma camada reflexiva atrás desta e então atinge um dispositivo opto-eletrônico, que detecta mudanças na luz. Os degraus do disco refletem luz diferentemente das áreas chatas do disco, e o sensor opto-eletrônico detecta esta diferença de reflexão. A eletrônica no drive interpreta as mudanças na reflexão e assim lê os bits que suprem os bytes de informação.


Figura 6: Funcionamento interno

A parte mais difícil de leitura num DVD é manter o raio laser centralizado na trilha de dados. Esta é a função do dispositivo seguidor. Enquanto o DVD é tocado, o dispositivo seguidor deve mover o laser continuamente no sentido de dentro para fora, partindo do centro do disco. Enquanto o laser vai passando pelas irregularidade do disco sua velocidade vai aumentando. Isto acontece porque a velocidade linear, ou tangencial, que corre nos degraus do disco é igual ao raio do disco vezes a velocidade em que o disco está girando. Assim, como o laser move no sentido de dentro para fora do disco, é preciso que o motor diminua a velocidade de rotação do DVD, de modo que o laser passe pelos degraus em uma velocidade constante, e os dados saiam do disco em uma taxa constante.


Figura 7: Leitura do disco

Uma coisa interessante para notar é que se um DVD tem uma segunda camada, o começo de trilha de dados pode estar no exterior do disco ao invés do interior dele. Isto permite que o DVD player faça uma transição rápida de uma camada para a próxima, sem uma demora em saída de dados, porque não tem que trazer o laser de volta para o centro do disco para ler a próxima camada.

Unidade Ótica

Trata-se de um dispositivo axial duplo que possui, em suas cavidades internas, uma junção semicondutora PN (cristal), um conjunto de lentes colimadoras e cilíndricas, um conjunto de bobinas para movimentação horizontal e vertical da lente colimadora (ou objetiva), um prisma não polarizado, grade de difração e fotodetectores.

Quando aplicamos corrente sobre a junção semicondutora PN, geralmente formada por compostos de arseniato de gálio aluminizado (GaAl-As) ou outras derivações que surgiram ao longo dos anos, tenderá a oscilar, emitindo fótons e produzindo uma radiação infravermelha (feixe laser). O próprio termo laser significa “amplificação da luz por emissão estimulada de radiação”, um processo bastante engenhoso onde a própria luz se realimenta, emitindo ainda mais radiação. A luz obtida por este dispositivo é monocromática e coerente, proporcionando uma luz altamente direcional como é necessário. Seu comprimento de onda está na ordem de 780 nm (nanômetros). Existem variações deste comprimento entre 690 nm a 780 nm.

As lentes colimadoras (objetiva), têm a função de tornar os feixes paralelos, e é construída para proporcionar uma precisão absoluta, pois é através dela que os feixes de leitura se concentram sobre o disco.

Com as lentes cilíndricas modificamos a forma com que o feixe de luz, que retorna do disco contendo informações, se apresenta. Ao passar por estas lentes, que ficam fixadas sobre os fotodetectores, o feixe de luz sofrerá difração horizontal e terá forma elíptica e, de acordo com este grau elíptico, teremos maior precisão no rastreamento da informação digital, haja visto que esta forma elíptica do feixe será aplicada sobre os fotodetectores.

As pequeninas bobinas fixadas à lente objetiva formam o conjunto eletromecânico axial duplo. Para podermos gravar um determinado dado ou ler alguma informação no disco óptico, torna-se necessário que o feixe de luz esteja constantemente focalizado sobre as pistas de covas que existem no disco, sem que delas saiam em nenhum momento. Como este conjunto é servo controlado, para cima e para baixo fará o movimento de foco e, para os lados, o de trilhagem, proporcionando a exatidão durante a leitura/escrita.

A grade de difração, situada à frente do cristal oscilador, tem a função de dividir o único feixe de luz gerado em outros dois pequenos, compondo a tríade, para que sirva de auxílio no processo de leitura e correção de erros.

O prisma não polarizado é constituído de um meio espelho que reflete parte da luz incidente sobre ele. Por este micro espelho apenas 1/4 da potência do feixe laser atingirá os fotodetectores, evitando seu desgaste prematuro ou queima.

Por último, temos os fotodetectores, dispositivos eletrônicos que têm a finalidade de converter níveis de radiação luminosa em pequenas variações de corrente elétrica pulsante. São eles que enviarão os dados digitais (reflexão de luz ou refração), lidos no disco e recebidos pelo conjunto óptico, ao circuito eletrônico do equipamento (placa), para sofrer demodulação e processamento lógico.

Figura 8: Funcionamento da unidade ótica


Princípios de Lasers

Laser Rubi

O primeiro Laser colocado em funcionamento data de 1960, desenvolvido pelo cientista Theodore Maiman. Nesta época, foi utilizado um cristal de rubi como oscilador e ficou conhecido como laser de bombeamento óptico.

Laser a Gás

Em um tubo aplicava-se uma mistura de gases nobres He-Ne (Hélio e Neônio) na proporção de 80% e 20%, respectivamente. Eram feitas descargas elétricas nestes elementos fazendo com que seus átomos se chocassem uns contra os outros. Desta colisão, obtinha-se diferentes níveis energéticos (liberação de fótons). No interior deste tubo existiam micro espelhos que aumentavam a concentração do feixe inicial, orientando-o.

Laser semicondutor

Consiste em um bloco semicondutor (junção PN-GaAlAS), que por intermédio de uma baixa corrente produzirá oscilações nesta junção. Estas oscilações gerarão colisões e recombinarão elétrons e lacunas, emitindo fótons ou elementos de luz. Por se mostrar o mais econômico, estável, com poucas dimensões e boa durabilidade, tornou-se o modelo mais popular para a aplicações técnicas em leitura de dados. Atualemente este é o tipo de laser mais usado nos aparelhos de leitura ótica.

Laser corante

Dispositivo que possui líquido circulante em suas estruturas que são excitados por lâmpadas ou outros tipos de lasers. Um dos materiais mais empregados é o RH 6G, elemento altamente fluorescente, largamente utilizado no início da era espacial. A grande vantagem deste tipo de laser é a de podermos variar sua freqüência bastando para isso girarmos um elemento chamado grade de difração que altera filtros internos deixando passar apenas a freqüência desejada. Estes lasers podem gerar pulsos extremamente curtos.

 

O que eles fazem:

Aparelhos de DVD podem mudar a maneira de assistir a filmes e escutar músicas. Estes aparelhos melhoram a qualidade de som e imagem a qual estamos acostumados, além de serem mais versáteis que os videocassetes e aparelhos de som. Abaixo seguem algumas das maravilhas que os DVDs podem proporcionar.

 

Características

Formatos Suportados

Outras características

Curiosidades: