DVD : MORIRA' IL CD?

Sono passati poco più di 14 anni da quando nel 1982 Sony e Philips  lanciarono il compact disc. La sua diffusìone è stata quanto mai ampia: solo negli Stati Uniti d'America sono stati commercializzati ben 120 milioni di lettori CD e 3 miliardi di supporti, mentre si stima che la vendita mondiale di CD player abbia superato i 400 milioni di unità.  Nato inizialmente per il mercato audio, in seguito il CD ha esteso il suo campo di impiego alle applicazioni informatiche (CD-ROM), alle applicazioni di digital ímagìng (Photo-CD), video (Vídeo-CD) ed alle applicazioni per l’íntrattenimento ìnterattívo (CD-l).La nuova frontiera dei supporti di memorizzazione ottica è oggi rappresentata dal DVD, la sigla che identifica il Dígital Versatile Dísc, soprannominato scherzosamente anche "Dígital Vapor Disc" a causa dei lungo periodo di gestazione che ha preceduto la definizione di tutti i suoi aspetti, ma anche se la situazione è ora più chiara rimangono alcune perplessità sulle sue caratteristiche.

La storia :

In principio erano due diversi standard,patrocinati da due diversi gruppi concorrenti di produttori dell'elettronica di consumo, a partire dalla metà del 1995, nel timore di ripetere gli stessi errori avvenuti all'epoca della definizione dei due standard concorrenti per la registrazione video (Betamax e VHS), i due consorzi che si occupavano della ricerca e dello sviluppo per la definizione dei due diversi formati, denominati SD e MMCD, giunsero ad un accordo che prevedeva la combinazione delle migliori caratteristiche, elaborate indipendentemente da ciascuno, per la definizione di un nuovo standard.

Il gruppo SD (Super Density) capeggiato da Toshiba, Matsushita e Time Warner, aveva elaborato un formato radicalmente nuovo capace di immagazzinare dati per 5 Gigabyte su ciascun lato di un disco a due facciate. Le  applicazioni dove il supporto era in grado di fornire le migliori prestazioni erano quelle riguardanti il mercato della registrazione digitale di film con audio ad alta qualità.  Il MultiMedia Compact Disc (MMCD), elaborato da Sony e Philips, era un prudente aggiornamento della tecnologia alla base dei tradizionali CD capace di immagazzinare 3,7 Gigabyte su dischi ad una sola facciata. Per dirimere la contesa tra i due gruppi, Philips e Sony costituirono un gruppo di esperti della registrazione dati, il Technical Working Group (TWG), che, dopo aver esteso la sua attività prendendo in considerazione anche il consorzio SD, nell'agosto del 1995, giunse alla conclusione che, per le loro caratteristiche, entrambi i formati presentavano grandi vantaggi per la memorizzazione di grandi quantità di dati in numerosi settori, specialmente quelli legati all'informatica.

 Poiché uno dei coordinatori dei TWG proveniva dall'IBM, quest'ultima si offrì di mediare le divergenze tecniche dei due gruppi di ricerca per la costituzione di un terzo standard che raccogliesse le migliori caratteristiche dei due originari.  Finalmente, dopo un accordo stipulato nel settembre dei 1995, che prevedeva la creazione di un solo formato, l'8 dicembre 1995 vennero definiti i particolari dei formato unificato e la denominazione ufficiale: DVD, acronimo di Digital Versatile Disc.

Il consorzio DVD venne creato con la partecipazione, oltre che delle società fin qui nominate (Sony, Philips, Toshiba, Matsushita, Time Warner), anche con la partecipazione di Pioneer, JVC, Hitachi e Mitsubishi Electric, alle quali si aggiunsero in seguito Thompson e Samsung. Con questo accordo nasceva ufficialmente il DVD, il nuovo supporto capace di offrire caratteristiche che lo rendono adatto ad un'ampia gamma di applicazioni, la prima delle quali in ordine di tempo, pur se per le sue caratteristiche il DVD è considerato il supporto più indicato per le applicazioni video di alta qualità (al punto che la denominazione originale viene spesso confusa con Digital Video Disc), è stata il DVD-ROM (Read Only Memory) adatto alle applicazioni informatiche. Altri formati di DVD in via di definizione, che potrebbero vedere la luce entro la fine di questo anno, sono il DVD-AUdio, il DVD-Recordable ed i DVD-Riscrivibili secondo varie modalità: i DVDRAM, tra i quali, per le varie soluzioni tecnologiche disponibili, sembra emergere il DVD-Rewritable basato sulla tecnologia Phase Change.

La tecnologia

Il DVD si presenta come un comune compact disc da 12 cm di diametro, ma le sue caratteristiche sono sostanzialmente differenti.Analogamente a quanto avvenne con il compact disc, anche per il DVD sono stati creati “book” nei quali sono definite le specifiche tecniche riguardanti il formato fisico e l'organizzazione dei dati: il Book A definisce le caratteristiche dei DVD a sola lettura (DVDROM); il Book B definisce le specifiche dei DVD-Video; il Book C riguarda le specifiche audio-, i Book D ed E definiscono le specifiche dei DVDRecordable e dei DVD-Rewritable.

La caratteristica comune a tutti i tipi di DVD è costituita dal formato con il quale si procede alla memorizzazione dei dati.

Denominato "UDF Bridge", è la combinazione di due diversi standard: il già conosciuto ISO 9660 ed il “Micro UDF” ( Micro Universal Disk Format) creato dall’ Optical  Storage Technology Association ( OSTA )come implementazione di uno standard già esistente, l’ISO/IEC 13346. Lo sviluppo del sistema di organizzazione dei dati dei DVD ha risentito in grande misura delle specifiche dettate da Microsoft e da altri grandi nomi dell'informatica in fatto di Sistemi Operativi e formati di memorizzazione dei dati.  Per questa ragione è stato scelto proprio l'UDF Bridge che con le sue caratteristiche assicura la compatibilità con l'ISO 9660 pur offrendo caratteristiche di flessibilità tali da consentire l'impiego multipiattaforma, multiapplicazione, multilinguaggio e multiutenza.  In esso sono definiti la struttura dei dati e la loro organizzazione (volumi, file, blocchi, settori, path, record, partizioni); l'organizzazione della tavola di allocazione dei file e le caratteristiche dei CRC i metodi di lettura e scrittura dei dati e dello svolgimento di altre operazioni. Una delle caratteristiche di maggior interesse dei DVD è la sua enorme capacità di memorizzazione. Ill DVD nella sua versione più semplice è in grado di immagazzinare 4,7 Gigabyte di dati.

Anche se le dimensioni fisiche dei DVD sono identiche a quelle di un tradizionale CD (12 cm di diametro ed uno spessore di 1,2 mm) la differenza principale è costituita dal fatto che il DVD è in realtà realizzato assemblando insieme due dischi dello spessore di 0,6 mm in modo che le superfici con le buche (pit) siano rivolte l'una verso l'altra.  Questa particolarità conduce alla possibilità di poter avere a disposizione supporti che, analogamente agli ormai "preistorici" dischi musicali in vinile (33 e 45 giri), offrono contenuti diversi semplicemente cambiando la faccia di lettura.  In questa configurazione, il DVD Può offrire ben 9,4 Gigabyte, pur se la completa lettura del supporto comporta l'estrazione del disco, il successivo capovolgimento della facciata e la reintroduzione nell' unità di lettura.

Già così è evidente l'enorme capacità di memorizzazione offerta dal DVD, ma essa aumenta considerevolmente se si introduce un'ulteriore caratteristica di progetto costituita dall'impiego dei layer.

Grazie ai livelli (layer) multipli dei supporto implementabili fino ad un massimo di due per ogni lato) è possibile raggiungere una capacità di 8,5 Gigabyte per un supporto singie side/double layer ed il limite massimo di 17 Gigabyte per un supporto DVD double side/double layer.  Nel caso dei DVD multilayer la realizzazione del supporto si avvale di uno strato di materiale parzialmente trasmissivo (dello spessore di circa 40 micron) posto tra i due layer di ogni singola facciata con un ulteriore strato riflettente di tipo tradizionale generalmente posto dopo il layer più "profondo".  La caratteristica di parziale riflessione del layer superiore permette al raggio laser di leggere con facilità i suoi dati, mentre la parziale trasmissività del materiale che protegge il layer inferiore consente al contempo di leggere anche i "pit" appartenenti a questo livello semplicemente regolando la messa a fuoco del raggio laser mediante un sofisticato sistema di lenti.

Maggiore densità dei dati

La velocità lineare costante del sistema DVD è circa tre volte superiore a quella dei tradizionale CD: 3-5/4 metri al secondo (i valori sono leggermente superiori per i DVD multilayer); il valore di transfer rate è di 10.8 megabit al secondo, otto volte maggiore del valore fornito da un lettore CD a singola velocità.. L'incremento generale delle prestazioni in arte giustificato dal fatto che i "pit" buche, fosse del DVD, mediante i quali il raggio laser legge i dati digitali, hanno un diarnetro di 0,4 micron (0,83 micron per un CD tradizionale).  Grazie alla riduzione delle piste di dati, disposte a spirale in senso orario, distano l'una con l'altra solo 0,74 micron contro il valore di 1.6 micron del CD tradizionale.  Ciò significa che nonostante le dimensioni fisiche uguali per i due supporti, in realtà, nel DVD la pista dati di ogni livello è lunga circa il doppio di quella di un tradizionale compact disc. Per leggere i dati dei DVD, contenuti in tracce di dimensioni significativamente ridotte, è necessario impiegare un laser a luce rossa visibile di lunghezza d'onda pari a 650-635 nanometri invece dei laser infrarossi impiegati nelle unità CD tradizionali che hanno una lunghezza d'onda di 780 nanometri.  Questa particolarità del sistema ha prodotto una serie di indesiderati "effetti collaterali" consistenti nella difficoltà di lettura dei CD tradizionali su un'unità DVD e sull'impossibilità di lettura dei supporti CDR nelle medesime unità.

Per entrambi i problemi sembra siano state trovate soluzioni adeguate.  Per ciò che riguarda la difficoltà di lettura dei CD tradizionali, ad essa ha posto rimedio una sofisticata gestione dei sistema di messa a fuoco della lettura laser basato su tre diverse metodologie: una lente sinqoia in grado di variare la  posizione in funzione delle caratteristiche del supporto; un set di lenti di messa a fuoco diverse per altrettanti diversi laser di lettura; una ulteriore soluzione messa a punto dal gruppo Matsushita (Panasonic, Technics), consistente i una lente al centro della quale è inserito un ologramma.  La luce che passa nella regione anulare esterna produce lo “Spot" per la lettura DvD mentre la luce passante dall'ologramma nella zona centrale della lente è in grado di leggere i pit dei tradizionali CD.

La variazione di lunghezza d'onda dei laser di lettura che impedisce la lettura dei CD-R esistenti ha indotto i costruttori di supporti vergini ad introdurre sul mercato i cosiddetti CD-R di tipo 2, la caratteristica più importante dei quali è l'adozione di una pelliccia fotosensibile in grado di essere letta, una volta incisa con i dati, indifferentemente da unità DVD e CD-R.

In fatto di Protezione dei dati, sicurezza ed affidabilità, una delle più importanti caratteristiche dei tradizionali CD è quella di offrire un sistema di controllo dei dati capace di compensare eventuali letture errate derivanti da inconvenienti come la presenza di graffi o polvere depositata sulla superficie del supporto. Le tecniche di correzione d'errore (ECC - Error Correction Code), in termini molto semplici, sfruttano algoritmi software in grado di registrare una seri di informazioni aggiuntive, a complemento dei dati veri e propri, in modo che la logica di controllo dell' hardware sia in grado di "ricostruire" eventuali da mancanti a causa di un errore in fase di lettura.  Pur se limitata allo stretto necessario, la serie di informazioni aggiuntive ruba spazio ai dati veri e propri nella misura dei 25% della capacità totale di  un CD tradizionale.Nel DVD i dati ECC (la codifica impiegata è la "Reed Solomon Product Code") occupano circa il 13% della capacità totale grazie a un miglioramento generale dell'efficienza degli algoritmi, capaci di assicurare la correzione di errori pari alla dimensione di ogni singolo settore, cioè 2048 byte.

In fase di registrazione l'insieme dei dati, correzione d'errore e dati utente, viene elaborato in maniera che, nella successiva fase di lettura, essi siano interpretati correttamente. Il processo di elaborazione sortisce come risultato quello che viene denominato codice di modulazione, che rappresenta il reale flusso di dati inciso sul supporto. Il codice di modulazione di un CD tradizionale è il risultato di un processo di codifica che trasforma 8 bit di dati utente in ben 17 bit (dati utente + ECC); nel caso dei DVD, il processo di codifica sortisce un codice di modulazione di 16 bit per 8 bit di dati utente.

Allo stato attuale esistono due principali esempi di applicazione dei DVD: il DVD-Video ed il DVD-ROM.

Il DVD-Video, le specifiche dei quale sono contenute nel Book B, è stato sviluppato per assicurare la più ampia compatibilità con i sistemi televisivi più diffusi: PAL e NTSC con formato schermo 16:9 e 4:3.  Nella versione a singolo layer e singola faccia un DVD può memorizzare 133 minuti di video ad una risoluzione di 500 linee e con una riproduzione cromatica di elevata qualità.Il DVD-Video offre prestazioni paragonabili per qualità a quelle ottenibili seguendo le specifiche dello standard CCIR-601 (D1), sviluppato per le applicazioni professionali di produzione video, ma tale standard presuppone un data rate di 167 megabit al secondo, un valore di transfer rate che in un DVD da 4.7 Gigabyte non consentirebbe la memorizzazione di più di 4 minuti di video.  Il problema è stato risolto con l'adozione delle sofisticate tecniche di compressione offerte dalla codifica MPEG2, la seconda versione dello standard di compressione sviluppato dal Moving Picture Experts Group.  Analogamente alla precedente versione, il codec MPEG2 analizza i dati corrispondenti alle immagini video selezionando le ripetizioni o ridondanze nell'immagine, che rappresentano oltre il 95% dei dati digitali relativi ad un segnale video, e dopo averle compresse provvede a memorizzare le variazioni significative per la corretta restituzione del filmato.

Il sistema di codifica MPEG2 opera, al contrario dei precedente MPEG1, svolgendo il processo in più fasi due delle quali sono quelle più importanti: nella prima viene analizzata la complessità dei video da comprimere; nella seconda il codec procede alla compressione adattandola alla complessità delle informazioni.  Con l'impiego di questa tecnica la banda passante e la quantità di informazioni generata viene ridotta in media dei 30% rispetto ad un sistema di compressione ad indice fisso.Ulteriori processi di codifica permettono la generazione dei flussi audio, delle sincronizzazioni, dei flussi di dati riguardanti la navigazione (è possibile interdire l'uso delle funzioni che influenzano la normale sequenza di riproduzione, come ricerca, skip e riproduzione programmata).Conforme alle norme dello standard ISO/IEC 13818 la codifica MPEG2 richiede l'impiego di chip dedicati anche se l'introduzione sul mercato della nuova generazione di chip lntel MMX lascia prevedere la possibile utilizzazione delle nuove caratteristiche di questi processori per il trattamento via software della codifica MPEG2 al quale già alcune software house stanno lavorando.  Mediamatics, ad esempio, ha sviluppato uno standard denominato Motion Video Collaborative Compression Architecture (MVCCA) che dovrebbe consentire la decodifica MPEG sui sistemi equipaggiati con il processare Pentium MMX 200 MHz esclusivamente impiegando un adattattore grafico ad alte prestazioni ed un opportuno software; il controller video in grado di svolgere questa funzionalità avrebbe già un nome: DVD MPEG-2 accelerated video controller e sarebbero già molti i nomi di produttori (ATI Technologies, Cirrus Logic, Diamond Multimedia, Matrox, Number 9, OAK Technology, S3, Trident Microsystems) che sono in procinto di sviluppare adattatori video di tale tipo.

L'altro tipo di applicazione attualmente esistente per il DVD, ovvero il DVDROM, è in pratica la descrizione delle caratteristiche fisiche del DVD e del formato di memorizzazione dei dati.  Le specifiche Micro UDF/ISO 9660 Bridge (delle quali si è precedentemente scritto in queste note) consentono la memorizzazione di file di lunghezza massima pari ad 1 Gigabyte, ma soprattutto consentono il trasferimento dei dati dal DVD ad una velocità otto volte maggiore di quella nominale dei più "vecchio" CD-ROM.

Le limitazioni

Gli unici limiti imposti dal sistema sono quelli definiti in fase di progettazione, su specifica richiesta dell'industria dei cinema, per salvaguardare i dati dalla copia e preservare l'impiego di un DVD creato in una determinata zona geografica dall'uso in un'altra differente mediante un codice di controllo. E' questo uno degli aspetti che più hanno fatto discutere non appena le specifiche dei DVD sono state rese pubbliche.

La circuitazione per evitare di leggere i dati direttamente dall'unità di lettura e facilitare così la produzione di copie illegali, introdotta nei lettori DVD per il mercato consumer, non ha ragione di essere allorché saranno resi disponibili i sistemi software di decrittazione destinati alle applicazioni in ambito informatico alle quali alcune industrie stanno già lavorando: CompCore Multimedia, per fare un esempio, ha sviluppato un software DVD player in grado di interpretare i dati della protezione.

L'altro elemento di discussione è costituito dal codice di controllo di area geografica.    Tenendo conto della caratteristica dei DVD di permettere la memorizzazione di tracce audio distinte per otto lingue diverse e di offrire fino a trentadue diverse sottotitolazioni in altrettante lingue, il codice di controllo di area geografica (Regional Code, Country Code o Zone Lock) espieta la funzione di interdire, in base alla regione geografica di utilizzazione dei supporto.La spiegazione di ciò è legata alla possibilità di visione dei DVD-Video in concomitanza con l'uscita dei film nelle sale cinematografiche: in pratica, se oggi compro un DVD-Video contenente l'ultimo film campione di incassi negli Stati Uniti non lo posso utilizzare in Europa 

Il futuro

Il DVD rappresenta probabilmente l'unica vera novità nel settore delle tecnologie avanzate applicate all'informatica ed all'industria dell'elettronica di consumo da almeno una decina di anni.

E' logico che una rivoluzione di tale genere abbia "solleticato" l'interesse dei maggiori produttori mondiali di hardware e software che per il prossimo futuro prevedono di trarre enormi vantaggi dall'impiego delle caratteristiche dei DVD nella realizzazione dei propri prodotti. lntel e Microsoft sono state tra le prime società dei mondo informatica ad annunciare lo sviluppo di tool software ed estensioni dei propri chip capaci di sopportare il DVD.

Lo scorso 6 gennaio la Microsoft ha annunciato il supporto dei DVD nelle future versioni di Windows e Windows NT mediante una serie di driver e API ActiveMovie e DirectDraw.  Tra le caratteristiche dei nuovi driver saranno contemplati il supporto dei file system UDF e l'interfaccia ActiveMovie 2.0 per la decodifica dei dati MPEG2 presenti sul DVD.

Microsoft ha anche annunciato la collaborazione con Mediamatics a sua volta impegnata nella realizzazione di un player DVD software. Sul fronte dell'hardware le sezioni Developer Relations Group (DRF), Piatform Architecture Labs (PAL) e Desktop Products Group (DPG) di lntel, con l'introduzione delle estensioni MMX ed il supporto di software house indipendenti (CompCore Multimedia), hanno definito quali saranno le strategie future di sviluppo dei multimedia sui sistemi OEM a base lntel.  Tra i marchi più prestigiosi che adotteranno per primi la tecnologia MMX figura Compaq che ha già annunciato di considerare l'implementazione dei DVD sui propri sistemi come il successivo passo strategico.

Il futuro dei DVD è comunque legato anche allo sviluppo di altre tecnologie correlate. Ad esempio, l'aumento della capacità di memorizzazione deriva anche dalla possibilità di poter utilizzare un laser a lunghezza d'onda inferiore rispetto al passato capace per questo di incidere "pit" di dimensioni ulteriormente ridotte; ciò significa che, se in futuro saranno resi disponibili laser a luce visibile con lunghezza d'onda ancora inferiore a quella attuale (già si parla di laser a luce verde e blu con lunghezze d'onda comprese tra 520 e 460 nanometri), si potrebbe giungere a realizzare supporti derivati dal DVD con una capacità teorica di memorizzazione di oltre 50 Gigabyte!!!