Introdução ao DVD Gravável (DVD-R)

O que é o DVD Gravável (DVD-R)?

A Tecnologia DVD-R

Expectativa de Vida da Mídia DVD-R

Compatibilidade

O Processo de Gravação

Tempo de Gravação

Aplicativos DVD-R

Desenvolvimentos Futuros

Conclusão

O que é o DVD Gravável (DVD-R)?

A tecnologia "DVD Recordable" (DVD-R) ou DVD Gravável, permite que qualquer um crie discos DVD em seu desktop. Com um conceito semelhante ao "Compact Disc Recordable" (CD-R) ou CD Gravável, o DVD-R é uma mídia tipo WORM (write-once, read-many), ou seja, de gravação única, que pode conter qualquer tipo de informação normalmente armazenada em discos DVD produzidos em massa, como vídeo, audio, imagens, arquivos de dados, programas multimídia e assim por diante. Dependendo do tipo de informação gravada, os discos DVD-R são utilizáveis em qualquer aparelho de reprodução de DVD, incluindo drives DVD-ROM e DVD Vídeo.

Em sua versão inicial, um disco DVD-R será capaz de armazenar até 3.95 gigabytes (3.95 bilhões de bytes) de informações de cada lado - seis vezes a capacidade de um disco CD-R comum. Já que o formato DVD suporta mídias de dupla face, um total de 7.9 GB pode ser armazenado nos dois lados de um disco DVD-R. O primeiro modelo de DVD gravável do mercado é o Pioneer DVR-S101 (figura ao lado) que tem preço de lista na faixa de US$ 17.000,00, o que limita grandemente o número de usuários dessa tecnologia.

Atualmente, os dados podem ser gravados ou lidos do disco a uma taxa de transferência de 11.08 Mbps, que é proximadamente equivalente a oito vezes a taxa de transferência da velocidade "1X" do CD-ROM, que combinada com a capacidade do DVD-R, o torna extremamente viável como mídia de armazenamento de custo eficiente.

A Tecnologia DVD-R

DVD-R é um formato write-once (gravação única), o que significa que os dados podem ser gravados em disco e armazenados sem preocupação de que sejam apagados acidentalmente. A tecnologia fundamental empregada é semelhante à utilizada pelo CD-R, exceto que os dados são gravadas a uma taxa e densidades muito maiores no disco DVD-R.

O DVD-R, assim como o CD-R, utiliza uma técnica de rotação de velocidade linear constante para maximizar a densidade de armazenamento na superfície do disco. Isso resulta em um número de revoluções por minuto (RPM) variável, de acordo com o avanço da gravação/leitura do disco de uma ponta a outra. A gravação se inicia no raio interno e finaliza no externo. A rotação do disco entretanto, varia de 1.648 a 648 RPM, dependendo do posição do cabeçote de gravação/reprodução sobre a superfície do disco. A altura da trilha, ou a distância do centro de uma parte da trilha espiral de informação a uma parte adjacente da trilha é de 0,8 mícrons, metade da usada no CD-R.

Dimensões Gerais do Disco DVD-R

Para ajudar a atingir um aumento de seis vezes na densidade de armazenamento do CD-R, dois componentes principais do hardware de gravação precisam ser alterados: o comprimento de onda da gravação a laser e a abertura numérica (a.n.) das lentes que a enfocam. No caso do CD-R, um laser infra-vermelho com um comprimento de onda de 780 nanômetros (nm) é empregado, enquanto o DVD-R utiliza um laser vermelho com um comprimento de onda de 635 nm. Ao mesmo tempo, a abertura numérica de uma lente objetiva de um drive de CD-R típico é de 0.5, enquanto um drive DVD-R utiliza lentes com abertura numérica de 0.6. Esses fatores permitem que discos DVD-R gravem marcas tão pequenas quanto 0.44µm quando comparadas ao tamanho mínimo de 0.834µm usado no CD-R.

A tabela abaixo destaca as diferenças entre alguns parâmetros básicos dos formatos da mídia:

A gravação em discos DVD-R é produzida através do uso de uma camada de gravação de tintura de polímero, permanentemente transformada por um sinal laser vermelho, altamente enfocado durante o processo de gravação. Essa substância de tintura de polímero é aplicada a uma base de policarbonato transparente que forma um lado do "corpo" do disco. A base de policarbonato é moldada por njeção, com um sulco espiral microscópico pré-moldado gravado na superfície. Essa trilha espiral é usada pela unidade DVD-R para guiar o sinal laser durante o processo de gravação, além de conter as informações gravadas para leitura, uma vez conlcluída a gravação. Uma finíssima camada de metal é então borrifada sobre a camada de gravação de tintura de polímero para que a camada de leitura possa ser refletida pelo disco durante a reprodução. Uma camada de proteção é então aplicada à superfície de metal, preparando o lado para o processo de colagem ou acabamento.

Essas etapas são realizadas para cada lado do disco que precisar ser gravado. Se for requisitada gravação somente num dos lados, então o lado oposto pode conter um rótulo ou alguma outra informação visível como uma imagem. Se houver necessidade de gravar os dois lados, então os dois lados graváveis são colados juntos, conforme mostrado no diagrama abaixo. Nesse caso, cada lado pode ser lido diretamente (virando o disco), pois a tecnologia de dupla camada ainda não está disponível atualmente.

A ação de gravar ocorre por exposição momentânea da camada de gravação a um sinal laser de alta potência (de aproximadamente 10 miliwatts) altamente focalizado sobre a superfície. Quando a camada de tintura de polímero é aquecida, ela é permanentemente alterada, deixando marcas microscópicas formadas no pré-sulco. Essas marcas gravadas diferem em comprimento, dependendo de quanto tempo o canhão laser de gravação for ligado e desligado, que é a forma como a informação é armazenada no disco. A sensibilidade à luz da camada de gravação é sintonizada a uma onda de luz de comprimento apropriado, para que a exposição à luz ambiente ou a lasers de reprodução não danifiquem a gravação. A reprodução ocorre focalizando um laser de potência mais baixa, de onda aproximadamente igual (635 a 650 nm) sobre a superfície do disco. As áreas "vazias" entre as marcas são reflexivas, significando que a maior parte da luz retorna para o cabeçote no bloco ótico da unidade de reprodução.

Por outro lado, marcas gravadas não são reflexivas, significando que muito pouco da luz é retornada. Esse padrão "liga-desliga" é portanto interpretado como um sinal modulado, que é então decodificado para os dados originais do usuário pelo aparelho de reprodução.

Expectativa de Vida da Mídia DVD-R

Tendo em vista que o processo de gravação e leitura de e para um disco DVD-R é bastante semelhante ao utilizado pelo formato CD-R, a vida arquivada das duas mídias deve ser equivalente. Esse é um fator principal ao considerar o uso do DVD-R para aplicações como imagens de documentos, tornando-o altamente adequado para aplicações missão-críticas.

Compatibilidade

Conforme mencionado anteriormente, os discos DVD-R podem ser reproduzidos em qualquer aparelho de DVD que possa fazer uso dos dados gravados. O diagrama abaixo ilustra isso:

Vídeo-discos DVD Gravados podem ser tocados em qualquer aparelho de vídeo DVD ou computador equipado com unidade de DVD-ROM, placa (ou software) MPEG DVD e software aplicativo para emular as funções de um vídeo DVD. Um disco DVD-ROM gravado pode ser lido por um computador equipado com uma unidade de DVD-ROM, ou equipado para reproduzir vídeo conforme descrito acima. Os componentes de Vídeo DVD não serão necessários se não for acessado material de Vídeo DVD ou não não houver vídeo presente no disco.

Discos DVD-R gravados suportam um novo sistema de arquivos chamado "UDF Bridge". Essa é uma abordagem híbrida que fornece tanto o sistema UDF (Universal Disc Format) mais recente, quanto o antigo sistema ISSO-9660, usado pelo formato CD-ROM. Ele permite que discos DVD sejam usados com sistemas operacionais de computadores que não tenham nenhuma provisão para suporte UDF.

O Processo de Gravação

O processo básico de gravação de discos DVD-R deve ser familiar a qualquer usuário da tecnologia CD-R. Assim como nos discos CD-R, os discos DVD-R virgens são gravados em um drive especial que é controlado por um computador. O processo de gravação é orquestrado pelo software aplicativo que permite ao usuário especificar quais arquivos serão transferidos para o disco, controlando também a gravação real.

Todos os discos DVD, graváveis ou não, devem ter três áreas básicas gravadas neles: "lead-in", dados do usuário e "lead-out". As áreas "lead-in" e "lead-out" (entrada e saída) são os indicadores de fronteiras, informam respectivamente ao aparelho de reprodução, onde estão os limites internos e externos da gravação. Elas não contêm informação accessível ao usuário, mas são críticas para o funcionamento apropriado do disco.

Existem dois métodos para gravar um disco DVD-R: "Disc-At-Once" e Gravação Incremental. "Dist-At-Once" como o seu nome sugere, é o processo de gravar a totalidade de dados de um disco inteiro, ou até 3.95 GB de uma só vez. Os dados devem ser consistentemente fornecidos por um computador "Host" a 11,08 megabits por segundo durante qualquer gravação para evitar erros de buffer vazio (buffer underrun). A ocorrência de buffer sem dados pode ser minimizada pelo uso de uma grande área de buffer de gravação na unidade DVD-R. O Drive de primeira geração da Pioneer, fornecerá um buffer de 4 (quatro) megabytes, que pode absorver interrupções do fluxo de bits de aproximadamente dois segundos de duração.

A gravação do DVD tipo "Disc-At-Once" é realizada tal que a trilha de entrada (lead-in), área de dados e a trilha de saída (lead-out), são gravadas sequencialmente. Isso difere da gravação tipo "Disc-At-Once" do CD-R, onde a área de dados é gravada primeiro, seguida pelas trilhas de entrada e saída.

A gravação tipo "Disc-At-Once" deve ser usada ao criar programas de vídeo, devido ao grande volume de dados usados em filmes. Também pode ser usada para multimídia ou outros títulos de publicação, por serem esses trabalhos normalmente montados em discos rígidos antes de serem testados nos discos óticos DVD.

A Gravação Incremental também será suportada pelo formato DVD-R. Isso é muito semelhante em conceito à tecnologia de gravação de pacotes (packet writing), recentemente introduzida pelo CD-R. A gravação incremental permitirá que o usuário adicione arquivos diretamente a um disco DVD-R, gravando uma sessão de cada vez ao invés de requisitar que todos os arquivos sejam acumulados num disco rígico antes da gravação, como no método "Disc-At-Once". O tamanho mínimo de gravação deve ser de pelo menos de 32 KB (mesmo que o arquivo a ser gravado seja menor), pois este é o tamanho mínimo do bloco do código de correção de erro (ECC, Error Correction Code) para o DVD.

Obviamente, um disco que estiver sendo gravado de forma incremental não pode ser considerado um volume completo até que o final da informação tenha sido armazenada ou a capacidade do disco atingida. As áreas de fronteira de entrada e saída entretanto, não podem ser gravadas até que um desses dois eventos ocorra. Um disco assim "não finalizado" (sem lead-in, lead-out e dados completos do sistema de arquivos) só podem ser lidos por uma unidade DVD-R até que esse processo possa ser completado. Após a finalização, o disco pode então ser lido por um aparelho de reprodução de destino, mas não pode ter mais dados adicionados a ele.

A Pioneer tem feito gravações em discos DVD-R com sucesso, ussando um sistema de computador host com a seguinte configuração:

• PC Pentium 100, 64 Mb RAM
• Sistema Operacional Windows NT 4.0
• Software Aplicativo de Pré-masterização
• Adaptador host SCSI Adaptec 2940 PCI
• Disco rígido de 9 GB
• Drive Pioneer externo SCSI-2 DVD-R

Essa configuração representa um sistema de computador de capacidade média, que não contém componentes exóticos e relativamente fácil de montar por um usuário típico.

Tempo de Gravação

Um lado completo com 3.95 GB é gravado em aproximadamente 50 minutos numa gravação tipo "Disc-At-Once", independentemente dos dados nele contidos. Mesmo os dados de vídeo MPEG da taxa de bits variável são gravados à taxa total de 11,08 megabits por segundo, conforme ilustrado abaixo:

Na reprodução, um DVD vídeo atinge a variação de taxa de bits necessária com uma técnica de buffer conforme ilustrado abaixo:

Como mostram as ilustrações, todas as informações de dados, vídeo ou de ouro tipo, são gravadas a uma taxa de transferência de dados total de 11,08 Mbps, com o equipamento de reprodução fornecendo qualquer ajuste de base de tempo necessário.

Aplicativos DVD-R

O custo relativamente baixo por megabyte do DVD, combinado à sua eficiência de armazenamento físico e à portabilidade de equipamento de gravação, torna a mídia aplicável a uma grande variedade de usos, em virtualmente todas as indústrias.

Existem três aplicações fundamentais antecipadas para o DVD-R:

• Testes e Desenvolvimento
• Distribuição de informações
• Armazenamento de arquivos

Teste e Desenvolvimento

Muitas aplicativos em DVD utilizam discos de leitura produzidos em massa e distribuídos a um grande número de usuários. A preparação do conteúdo que será publicado pode ser um processo complexo e de grande consumo de tempo, que deve ser executado com precisão para evitar erros ou defeitos funcionais. Comparado ao custo de masterização e esforços de ajuste requeridos para replicar somente poucas unidades de discos, o DVD-R é um método de custo muito mais baixo para testar o conteúdo antes da produção em massa. Um único disco de baixo custo pode ser rapidamente gravado e testado em um aparelho de destino representativo: DVD vídeo ou drive DVD-ROM.

De fato, muitos discos de teste podem ser necessários durante o processo de desenvolvimento, uma vez que os títulos publicados são geralmente o esforço colaborativo de muitas pessoas. Como resultado, o DVD-R pode fornecer uma contribuição significativa para a redução de custos e esforços de publicação.

Distribuição de Informações

A distribuição do conteúdo de DVDs em pequena escala pode ser ajudada pela mídia DVD-R de baixo custo e a relativa portabilidade do equipamento de gravação. Como nos exemplos de testes acima, despesas de masterização e replicação podem ser proibitivas quando somente um único disco ou uma quantidade muito pequena é requisitada. DVD-Rs permitem que discos sejam gravados a nível da desktop, podendo resultar em retorno muito rápido a um custo significativamente mais baixo. Também é possível serviços de gravação possam ser oferecidos por provedores a usuários finais que requerem andamento de pequenas produções.

Alguns usuários podem não se sentir confortáveis com o envio de arquivos de dados sensíveis ou outros trabalhos em andamento para uma instalação externa para replicação, portanto a capacidade de manter um controle contínuo dessa informação possa ser crucial. Isso é particularmente verdade para o caso de dados classificados, mantidos por agências do Governo. Completa confidencialidade é permitida pelo DVD-R já que ele pode ser facilmente mantido como um processo interno.

Armazenamento de Arquivos

Espera-se que o DVD-R forneça arquivos para a vida inteira, comparáveis ao CD-R. Por esta razão, o formato é adequado para arquivos de longa duração de qualquer tipo de informação que possa ser armazenada digitalmente. Isso inclui dados de imagens, filmes e arquivos de vídeo, ou qualquer outra mídia suscetível de deterioração ao longo do tempo.

Uma vez que os discos DVD são dimensionalmente idênticos à família de discos padrão CD, eles tem a vantagem de serem compatíveis com jukeboxes existentes e mecanismos trocadores. Isso irá permitir recuperação automatizada de volumes DVD-R gravados em ambientes de rede, com um aumento de seis vezes na densidade de armazenamento, quando comparado à tecnologia CD-R.

Como exemplo, uma jukebox de 100 discos conteria um total de 390 gigabytes ou 0.39 terabytes. Se os arquivos de imagem de 50 KB forem gravados em cada disco, um total de 7,5 milhões de imagens podem ser armazenadas e recuperadas num dispositivo desktop compacto.

Desenvolvimentos Futuros

O formato DVD fornece capacidade máxima de 4.7 GB em discos replicados. Um objetivo principal para o futuro será atingir a mesma capacidade em discos DVD-R. Essa não é uma tarefa trivial, pois gravações de alta densidade só poderão ser atingidas diminuindo o intervalo da trilha de 0,8 para 0,74 microns e diminuindo o tamanho mínimo da marca de gravação de 0,44 para 0,40 mícrons. Existem muitos desafios que precisam ser resolvidos, incluindo tremor excessivo de dados gravados exacerbado por inclinação do disco (desnível) quando esses parâmetros são atingidos usando os materiais existentes.

Apesar dessas dificuldades, a Pioneer espera atingir uma densidade de armazenamento confiável total de 4.7 GB nos discos DVD-R no futuro.

Conclusão

Em essência, a tecnologia DVD-R pode ser vista como um enorme "barril de bits". Qualquer tipo de dado digital pode ser armazenado em discos DVD-R. Como bases de dados em vídeo de alta qualidade, imagens de documentos, gravação de áudio, títulos multimídia e assim por diante. A alta capacidade do formato e a taxa de transferência de dados tem o potencial de expandir as aplicações em CD-R existentes em duas direções: fluxo mais rápido de informações/mais qualidade. Bem como significativamente maior quantidade em cada volume.

O DVD Regravável irá fornecer aos usuários uma nova ferramenta poderosa, com aplicações em quase todas as indústrias. A Pioneer acredita que o DVD-R se ornará uma mídia indispensável com a qual se pode contar, para armazenar e enviar informações digitais de forma confiável e acessível. Esperamos sinceramente que o DVD-R possa proporcionar novos mercados e aplicações para a tecnologia DVD.

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