Таблица 10.2.

вфайлах, причем файловая система для всех дисков общая. Но DVD-Video и DVD-Audio содержат данные в особых директориях, которые не могут быть пустыми - VIDEO TS и AUDIO TS. У обычных DVD-ROM эти директории отсутствуют. Поэтому, говоря о DVD-ROM, часто подразумевают диск с компьютерными данными, а современные компьютеры сегодня нередко оснащаются DVD-ROM-приводами, хотя это дополнение пока не очень популярно (напомним, что для того чтобы проиграть DVD-фильм на компьютере, кроме привода необходим еще и декодер MPEG-2).

Все данные на дисках DVD-Video подразделяются на две взаимосвязанные категории: навигационные, или управляющие (Control Data), и воспроизводимые объекты (Object or Presentation Data). Навигационные данные служат указателями (адресами) на соответствующие объекты, подобным образом соотносятся таблица FAT (File Allocation Table) компьютерной операционной системы и файлы с данными. Объекты воспроизведения в свою очередь делятся на видео, аудио и графику. Таким образом, DVD-Video диск содержит данные четырех типов.

Компрессия видео. Несложно подсчитать, что при объеме данных 4,7 Гбайт длительность воспроизведения 133 мин определяет среднее значение потока данных, равным 4,7 Мбит/с. При этом максимальный поток данных (вкпючая видео, аудио + субтитры + меню) ограничивается 9,8 Мбит/с (а с учетом контрольной информации -10,08 Мбит/с). Очевидно, что на долю видео приходится основная часть данных в потоке, и она существенно зависит от числа звуковых каналов. Но в любом случае для передачи видео остается около 4 Мбит/с, поэтому для обеспечения его высокого качества требуется эффективный алгоритм сжатия. Для DVD-Video выбрана компрессия в формате MPEG-2 по схеме 420 MP@ML со структурой GOP 15/3. ML означает основной уровень (Main Level), т.е. стандартное телевизионное разрешение кадра 720x576. MP - это основной профиль (Main Profile), который предполагает временную компенсацию движения между смежными кадрами и наличие опорных i-изображений (Intra), Р-изображений с предсказанием вперед (Р - Predictive) и В-изобра-

жений с предсказанием как вперед, так и назад (Bi-directional). Вся временная последовательность изображений разбивается на группы GOP (Group Of Pictures). Каждая GOP обязательно начинается с 1-кадра и с определенной периодичностью содержит Р-кадры. Ее структуру описывают как M/N, где М - общее число кадров в группе (расстояние между 1-кадрами), а N - интервал между Р-кадрами. Так, типичная для Video-CD и DVD IPB группа 15/3 имеет следующий вид: IBBPBBPBBPBBPBB. Здесь каждый В-кадр восстанавливается по окружающим его Р-кадрам (в начале и конце группы - по I и Р), а в свою очередь каждый Р-кадр - по предыдущему Р-кадру (или I). В то же время 1-кадры самодостаточны и могут быть восстановлены независимо от других, но являются опорными для всех Р- и тем более В-кадров группы. Наконец, цифры 420 характеризуют цветовое разрешение и определяют, что цветоразностные U- и V-сигналы по сравнению с яркостью Y представлены в 2 раза реже как по вертикали, так и по горизонтали. MPEG-2 действительно обеспечивает весьма эффективное сжатие, так что при среднем потоке всего около 4 Мбит/с (в пике - до 10) результирующее качество видео оказывается сравнимым со студийным.

Компрессия звука. DVD-диски могут нести до восьми цифровых потоков аудио (вариантов звукового сопровождения на разных языках). Каждый из них в свою очередь может содержать от двух (стерео) до шести (или даже восьми) каналов. В последнем случае реализуется концепция объемного звучания 5.1 (или 7.1), при которой звук поступает к слушателю с пяти (или семи) сторон:

из центра спереди,

слева и справа спереди,

слева и справа по бокам (только для варианта 7.1),

слева и справа сзади.

В любом варианте присутствует низкочастотный канал, который называют сабвуфером (sub-woofer). В DVD-проигрывателях, не оснащенных декодером объемного звука, лишние каналы смешиваются до стандартного стерео.

DVD-стандарт допускает следующие кодировки цифрового звука: LPCM, Dolby Digital, MPEG-1 и MPEG-2, DTS. LPCM (Linear Pulse Code Modulation линейная импульсно-кодовая модуляция) - единственный некомпрессированный цифровой формат. Он подобен тому, что используется в аудио CD, но обеспечивает более качественный звук за счет увеличенных частоты дискретизации и глубины квантования. Если аудио CD - это стерео на 44,1 кГц при 16 бит, то LPCM - это от одного до восьми звуковых каналов с частотой дискретизации 48 или 96 кГц и глубиной оцифровки 16, 20 или 24 бит. При этом полоса частот для 48 кГц составляет 4...24 ООО Гц, а для 96 кГц - 4...48 ООО Гц, а динамический диапазон записи - 96дБ при 16 битах и более 120 дБ

при 20-битном звуке. Платой за такое высокое качество является слишком большой поток данных, требуемый для передачи звука. Максимальный цифровой поток данных при LPCM составляет 6,144 Мбит/с, а значит, на долю видео остается недопустимо мало. Позтому некомпрессированный звук используется только в стандарте DVD-Audio, а для DVD-Video, как правило, применяются различные схемы сжатия.

Система Dolby Digital, известная также как АС-3 (Audio Coding 3), обеспечивает звук по схеме 5.1: пять полноценных каналов в диапазоне 20...20 ООО Гц и еще один низкочастотный канал в диапазоне 20... 120 Гц Для компрессии звука используется разработанный в лаборатории Dolby специальный алгоритм (Multichannel Perceptual Coding), учитывающий особенности человеческого слуха (он пренебрегает неслышимыми или плохо различаемыми человеческим ухом звуками). При этом происходит определенная потеря данных, зато в ре-зупьтате на шесть каналов звука приходится меньшая доля в потоке данных, чем на два исходных некомпрессированных канала. Для поп-ного варианта 5.1 требуется 348 кбит/с.

MPEG-компрессия звука также связана с потерей данных и, как следствие, с определенным ухудшением качества по сравнению с исходным. Различают MPEG-1 и MPEG-2 форматы. Более простой MPEG-1, предназначенный топько дпя моно- ипи стереозвучания с постоянным потоком данных (СВР - Constant Bit Rate), характеризуется тремя возможными уровнями компрессии звука: Layer 1/2/3. Layer 1 обеспечивает минимальную компрессию (обычно - 192 кбит/с на канал). Более эффективный Layer 2, используемый в Video-CD, ограничивается потоком данных 128 кбит/с на канал. Layer 3, известный также как МРЗ формат, обеспечивает максимум качества звука при минимальном объеме - до 64 кбит/с на канал. Это определило его попупярность в Интернет-приложениях, однако для DVD основное значение имеет формат MPEG-2. Он может быть многоканальным, обеспечивая объемный звук по схеме 5.1 или 7.1, с переменным или постоянным суммарным потоком данных от 32 до 914 кбит/с. В MPEG-2 фиксированная частота оцифровки - 48 кГц. Важно отметить, что дпя стереозвука кодирование в MPEG-1 и MPEG-2 идентично. В первоначальной формулировке стандарта DVD система MPEG-2 5.1 была определена в качестве основной для записи звука на видеодиски PAL/SECAM (т.е. для Европы). Однако впоследствии из-за отсутствия серийно выпускаемых дешевых кодеров-декодеров многоканального звука MPEG-2 это требование было снято. И сегодня основным звуковым форматом для DVD-Video является Dolby Digital.

Разработанный в США метод DTS (Digital Theater System) явпяется альтернативой Dolby Digital. Он во многом схож с АС-3 (те же методы компрессии и те же алгоритмы кодирования, частота дискретизации

48 кГц, до 24 бит на отсчет), но поток данных может достигать 1536 кбит/с. В последнее время метод DTS, первоначально разработанный для записи звуковых дорожек к кинофипьмам для современных кинотеатров, стал довольно популярным. По мнению американских специапистов, он обеспечивает лучшее воспроизведение пространственных звуковых эффектов, но при этом требует в 4 раза больше данных. Отметим, что большинство современных DVD-проиг-рыватепей уже поддерживают как АС-3, так и DTS.

Субтитры, графика и навигация. В состав DVD-Video кроме динамически меняющегося основного видео могут входить фиксированные изображения (кадры) с разпичной информацией, требующей внимательного просмотра (чтения), например, страницы со сведениями об авторских правах, предупреждениями против несанкционированного копирования, слайд-шоу из включенных в содержание фотографий или сложные меню. С целью экономии дискового пространства они хранятся на диске не в виде последовательностей, а как отдельные 1-кадры.

В DVD-Video присутствуют и особые графические субизображения (произвольного размера - от нескольких пиксепей до полного кадра 720x576), состоящие всего из четырех цветов (три + прозрачный). Они используются для отображения поверх видео субтитров, кнопок меню, другой дополнительной графической или текстовой информации. Поскольку стандартом для любого фильма допускается до 32 вариантов субтитров на различных языках (и это в дополнение к восьми вариантам звукового сопровождения), то сохранение на диске субтитров в виде самодостаточных готовых графических файлов, а не специфических кодов букв различных алфавитов, представляется более гибким и надежным решением. Возможность выбора одного из трех цветов отображения позволяет добиваться читаемости текста/графики на любом фоне.

Фильм на DVD-диске превосходит его VHS-копию не только по качеству звука и видео. Не менее привлекательны возможность произ-вопьного доступа к любой части записанного фильма и интерактивное управление различными функциями его просмотра. Иерархическая структура построения DVD-Video является многоуровневой и много-спойной. Все содержимое диска делится на различные главы (Titles-наименования, фильмы, альбомы) - их может быть до 99. Главы в свою очередь состоят из разделов (Chapters - сцен, клипов, программ)- максимальное их число тоже 99. Переход на любую из частей диска может выполняться мгновенно. Каждая глава допускает несколько различных версий развития, связанных, например, с выбором угла наблюдения (камеры), варианта финала, установкой ограничений показа некоторых сцен (родительская защита). Функция ограничение просмотра детьми - как правипо, реапизована во всех проиг-

рывателях. Разные фильмы имеют разные ограничения по возрасту и соответствующую маркировку: G - фильм могут смотреть зрители любых возрастов; PG - желательно смотреть фильм в присутствии родителей; PG-13 - некоторые эпизоды не предназначены для просмотра детьми до 13 лет;

PG-R- просмотр ограничен возрастом до 17 лет, рекомендовано присутствие родителей при просмотре;

NC-17 - фильм содержит сцены, которые не должны смотреть зрители до 17 лет.

Зритель через экранное меню с помощью дистанционного пульта может выбирать язык для звукового сопровождения и субтитров, угол камеры или даже возможное развитие сюжета, вызывать дополнительную видео и графическую информацию (биографии актеров, подробности съемки и т.д.). Хотя все эти возможности и предусмотрены стандартом, то, насколько они реализуются, зависит от конкретного производителя, и очень часто на DVD- диске размещают только одну главу (например, один фильм).

Защита от копирования. Для защиты авторских прав и предотвращения несанкционированного распространения DVD-дисков стандартом предусмотрено специальное региональное кодирование как самих дисков, так и проигрывателей для них. Для этого весь мир условно поделен на 6 регионов, каждому из которых присваивается соответствующий код:

1 - США и Канада;

2 - Европа, Япония, ЮАР, Ближний Восток;

3 - Юго-Восточная и Восточная Азия, включая Тайвань и Гонконг;

4 - Центральная и Южная Америка, Карибские острова, Австралия

и Новая Зеландия;

5 - Территория бывшего Советского Союза, Африка, Индийский полу-

остров (Индия, Пакистан), Монголия и Северная Корея;

6 - Китай.

Для каждого из регионов выпускаются свои, предназначенные только для него, версии DVD-дисков и соответственно проигрывателей. Только при совпадении кодов проигрыватель будет воспроизводить установленный в него диск. В нашей стране сложилась весьма странная ситуация: Россия (вместе с Африкой, Индией и Пакистаном) попала в пятую зону, хотя в основном у нас продаются диски из Европы (вторая зона) или Америки (первая зона). Впрочем, и DVD-проигрыватели, предлагаемые у нас, предназначены, в основном, для второй зоны. Что касается российских DVD-дисков, то их ассортимент пока очень мал, но зато их выпускают в мультизонном варианте (их можно воспроизвести на любом DVD-плеере). Сейчас на рынке широко представлены и мультизонные проигрыватели.

Защита от копирования (только аудио и видео) сочетает как цифровые, так и аналоговые методы. Цифровая защита основана на кодировании исходных данных с заданными ключами, которые, в свою очередь, в зашифрованной форме записаны на сам диск. Декодер (плеер) расшифровывает ключи и по ним восстанавливает исходные данные. Для дисков разных типов применяются свои схемы кодирования. В DVD-Video используется метод CSS (Content Scrambling System), в DVD-Audio - СРРМ (Content Protection for Pre-Recorded Media), в записываемых дисках - CPRM (Content Protection for Recordable Media). CSS-защита требует лицензирования: каждому из лицензиатов выдается фиксированный ключ из мастер-набора, содержащего 400 различных ключей. Именно этот ключ записывается на каждый CSS-защищенный диск (по ключу можно определить правообладателя).

Аналоговая защита APS (Analogue Protection System) основана на технологии фирмы Macrovision, заключающейся в том, что волновой фронт аналогового сигнала на выходе проигрывателя подвергается особому роду искажений (в состав видеосигнала вводятся особые импульсы), которые не мешают смотреть программы на экранах телевизоров, но делают невозможной их запись - блокируется работа схемы АРУ видеомагнитофона. Таким образом, хотя исходная картинка остается идеальной , запись на VHS-ленту видеомагнитофона идет с помехами, так что последующее воспроизведение полученной копии теряет смысл. Правда, APS работает только по композитному выходу, а если получать сигнал через выходы RGB или YUV, он пойдет без искажений. Впрочем, в настоящее время ведется работа по защите от копирования и через профессиональные выходы.

Продолжая тему эффективности методов защиты от копирования, интересно отметить, что студентами Массачусетского технологического института была написана простая программа из семи строк кода, которая снимает цифровую scramble-защиту. Правда, сами разработчики подчеркивают, что она настолько загружает вычислительные мощности компьютера, что смотреть фильм уже практически нельзя, так как даже с процессором мощностью 1 ГГц он идет рывками.

Наконец, стоит упомянуть, что сейчас завершается разработка специальной системы водяных знаков - скрытых от просмотра идентификаторов, позволяющих по копии проверить и установить исходный источник и истинного владельца.

Отображение широкоформатного видео. Классическое соотношение сторон телевизионного экрана равно 4:3, и именно в таком формате раньше снималось большинство видеофильмов. Но в настоящее время более комфортным признано другое соотношение -16:9 (а в Америке - даже 25:16), так что современные телевизионные и видеопрограммы уже производятся под такой более широкий формат. Однако парк старых телевизоров столь велик, что задача пра-