Unidade de CD / DVD / RW

Compact Disc ou Disco Compacto (CD)

O compact disc ou disco compacto, como foi batizado no final da década de 70, são formadas por uma quantidade gigantesca de micro cavidades dispostas em sua superfície na forma de espiral. Esta espiral é dividida em setores, cada setor possui rigorosamente o mesmo tamanho e, portanto, o mesmo volume de dados. No início e no fim de cada setor existem bits de sinalização para identificarem as mudanças de setores durante a leitura. Só como exemplo, um quadro de áudio digital (frame) gravado no disco possui 588 bits, divididos entre dados (408 bits), sincronismo (27 bits), canais (17 bits) e codificações de erros (136 bits). As dimensões destas micro cavidade ficam mais claras quando damos exemplos como: na largura de um fio de cabelo humano cabem 30 trilhas de disco óptico, sem falar que um feixe laser é 50 vezes mais fino que um fio capilar. Estas comparações nos permitem entender as dimensões envolvidas nesta tecnologia. Um CD convencional de áudio possui 34 milhões de frames, cada 3 mm de trilha do disco tem 30 mil bits de correção de erros.

O fato interessante é que na combinação entre largura e comprimento destas micro cavidades, obteremos a informação digital. Sim, é exatamente isso, de acordo com o tamanho da cavidade e dos conjuntos delas, teremos mais ou menos luz refletidas, assim como, menor variação desta luz refletida para a unidade ótica, compondo a base da informação gravada (código binário).

Diferença entre Discos Óticos, CD e Magnéticos de Motor Linear (Floppy e HD-Voice-Coil)

Os discos magnéticos de motor linear possuem sete subconjuntos:

A. Sistema de Posicionamento Horizontal (HD)
B. Cabeça de escrita / leitura magnética (HD)
C. Mídia (HD)
D. Eletrônica do Servo (HD / CD)
E. Eletrônica de escrita e leitura (HD / CD)
F. Eletrônica de interface e controle (HD / CD)
G. Controlador / Formatador (HD / CD)
Os discos óticos diferenciam-se dos magnéticos, basicamente nos itens A, B, C.
O sistema de posicionamento dos discos óticos (DO) permite deslocar a cabeça tanto no horizontal, como no vertical.
Os posicionamentos são feitos em Loop fechado com o auxílio de informações pré-gravadas na mídia.
O deslocamento horizontal é feito em duas etapas, uma com o ajuste grosso, e outra com ajuste fino, permitindo assim a localização exata da cabeça em cima da trilha.
O deslocamento vertical é necessário para que o foco do laser esteja no plano exato da mídia.
O conjunto da cabeça D.Onão precisa magnetizar as áreas da camada de gravação, mas a emissão de um diodo laser (com comprimento de onda de 830 mm) forma pequenas depressões (1,0 mícron) na superfície da mídia, que serão detectadas durante a leitura.
Um sistema ótico, formado por várias lentes, permite detectar o grau de refletividade de emissão eletromagnética do diodo laser, causado pelas depressões.
A figura 6.1 mostra as peças básicas de uma cabeça de D.O. A mídia magnética tem um substrato de alumínio recoberto por uma camada de gravação sensível à magnetização (óxido de ferro), sendo que a cabeça está flutuando em cima desta superfície, com uma distância de 0,5 mícron.
A mídia ótica tem um substrato policarbonato e uma camada metálica muito fina, de gravação sensível à temperatura (telúrio, alumínio), sendo que a cabeça fica a alguns milímetros de distância.

O diodo laser é utilizado como fonte de energia para produzir as depressões, durante a gravação (PITS) e é também utilizado como fonte de luz, que uma vez refletida pelas depressões, é detectada pelos fotos sensores e convertidas em informações digitais.

Existem três tipos de mídia a:

A. Somente leitura (CD-ROM)
B. De escrita única e Várias leituras (CD-R)
C. De escrita, Alteração e Leitura (CD-R/W / DVD-R/W)

Princípio de Funcionamento de Unidade Ótica

MECANISMO DE GRAVAÇÃO E LEITURA

Tipos e Aplicações

De acordo com os três tipos de mídias disponíveis, é possível ter três tipos de unidades.
CD-ROM: Unidades para leitura de mídia SL.
CD-R: Unidades para escrita única e leitura de mídia EU.
CD-R/W: Unidades para escrita, alteração e leitura da mídia EAL.
As unidades CD-ROM (Compact Disk Rom) são utilizadas, similarmente, aos “Áudios Compact Disk”, isto é, o uso deles pressupõe a disponibilidade de disco tipo SL já gravados.
As informações contidas nestas mídias (SL) são do tipo popular, ou seja, são capazes de interessar a um público vastíssimo. Um exemplo disso são enciclopédias, páginas amarelas, livros, software, etc... e em geral são chamadas publicações eletrônicas.
A duplicação destas mídias é feita a partir de um padrão em vidro, passando pelos processos de fabricação da matriz, injeção de substrato, deposição de camada metálica de leitura, instalação da cobertura e embalagem.
As unidades CD-R (Compact Disco Read) utilizam as mídias pré-formatadas, mas não gravadas. O usuário grava a sua informação uma só vez e se comete erro, ou quer atualizar a mesma, grava uma segunda vez, ocupando mais uma área de disco.
A aplicação típica é a formatação de arquivos históricos que não requerem atualizações, sendo que os dois tipos de arquivos mais utilizados são os de dados e os de imagens. Ultimamente, junto com a imagem arquiva-se também o áudio. Exemplos disso são arquivos legais, registros do mercado de capitais, registros sísmicos, registros de transações bancárias, etc.
Quando o volume de dados é tremendamente grande, costuma-se um banco de mídias, uma unidade de escrita-leitura e um mecanismo de localização e transporte rápido da mídia selecionada (livrarias automáticas).
As unidades CD-RW (Compact Disc Read Write) têm a mesma utilização dos discos magnéticos.

Capacidades e Tamanhos

As capacidades das unidades CD vão de 650 MB a alguns Gigabytes e os tamanhos variam entre 2‟, 3.5‟ e 4.72‟ polegadas.

Peças Básicas do Conjunto do Disco Ótico

Fisicamente falando, o conjunto disco ótico compreende:
A. Unidade mecânica e suas placas.
B. Uma ou duas placas para formatação, controle e geração / verificação de erro.
C. Software

Unidade Mecânica e Suas Placas

A unidade mecânica providência:
1. O deslocamento da cabeça ótica até a trilha desejada. Para tal, usa-se um motor de passo ou motor linear (Voice Coil), servo controlado com ajuste grosso e fino.
2. Um posicionador vertical para que um conjunto de lentes focalize o raio laser no plano mídia.
3. Um diodo emissor de luz, cuja potência é suficiente para formar depressões na camada metálica da mídia, o mesmo diodo com potência reduzida, emitem luz, que refletida pela mídia, atua sobre um fotodetector, gerando assim o sinal de leitura.
4. Um motor rotativo com circuito de comutação e controle para movimentar a mídia.
5. Alojamento para carga e descarga da mídia.
6. Canal de modulação do laser.
7. Canal de leitura de dados.
8. Lógica de interface.

Princípio de Funcionamento da Unidade Ótica

Cabeça Ótica

Ela é composta de um diodo laser, que emite luz, com comprimento de onda de 820 nanometer, utilizando uma potência de escrita de 20 a 30 milliwatts.
A luz emitida passa por uma lente colimadora para evitar que se disperse (abra). O feixe assim colimado atravessa o separador em linha reta e é focalizado no exato plano de mídia, com o auxílio de uma lente objetiva móvel no sentido vertical. Na fase escrita, a potência do laser é modulada pelo sinal de dados. Durante a leitura do sinal de servo, embutido entre sensores, o raio laser é refletido, atravessa as objetivas, entra no separador de feixes onde é desviado de 90º. Em seguida, o feixe é desviado novamente até ser detectado por um foto ampliador. O sinal do servo, assim detectado, fecha o Loop de posicionamento horizontal da cabeça. O sinal de leitura de dados faz o mesmo caminho.
Este mesmo feixe é detectado também por um segundo foto ampliador, fechando assim o Loop de controle vertical da cabeça.

Placa para Controle e Correção de Erros

Esta placa executa as seguintes funções:
A. Transferência de dados em DMA ou I/0
B. Mapeamento de erro dinâmico durante a operação.
C. Correção de erros de leitura.
D. Buffer duplo.
E. Controle de interface.
Essa placa assemelha-se as placas controladoras de Winchester e adiciona a função de correção de erros. Essa correção é necessária, visto que a taxa de erros de leitura é muito grande, em conseqüência da altíssima densidade de gravação.

Controlador para Unidade Disco Ótico

Lógica de formatação, controlador e geração / verificador de erros

Princípio de Funcionamento de CD-R e CD-RW

Seu surgimento deu-se no mercado no final de 1995. Os CDs (compact disc), até alguns anos atrás, só podiam ser produzidos por processos e máquinas especiais. Hoje, com a nova tecnologia CD – Recordable (CD – gravável) qualquer pessoa tem a capacidade de criar o seu próprio compact disc de forma extremamente simples. E uma vez que o sistema apresenta qualquer forma de contato com a mídia (assim como toda tecnologia compact disc), ele oferece gravação e reprodução perfeitas. Sendo um sistema de gravação digital de alta qualidade e baixo custo, vários segmentos profissionais e domésticos irão se beneficiar deste conceito inovador, utilizando-o até mesmo na gravação de músicas, vídeos e dados dentro do ambiente multimídia.
Os novos discos CD – Recordable são similares aos discos pré-gravados exceto por uma camada de gravação adicional (tinta orgânica), na qual um padrão de informação digital (pit) é permanentemente escrito por um feixe laser de alta densidade . O disco gravado é extremamente estável, garantindo mais de um milhão de reproduções e pelo menos 10 anos de vida em condições normais de uso-exatamente o mesmo que um compact disc normal. Duas inovações de hardware tornam o CD – Recordable possível: a inclusão de um laser de alta densidade / precisão e de um circuito encoder digital no gravador. Com isto, as gravações podem ser realizadas nos mais diversos padrões (CD – Áudio, CD-ROM, etc), partindo de fontes analógicas ou digitais .

VANTAGENS DO CD-RECORDABLE

Gravações de alta qualidade em CD – idênticas àquelas produzidas pelos processos industriais;
Gravação de alta confiabilidade e não – volátil;
Padrão mundial CD de acordo com as especificações CD Red Book e CD-R Orange Book – compatibilidade com todos os padrões, discos e players disponíveis;
Alta qualidade com baixo custo;

A tecnologia e o princípio de funcionamento do mecanismo usada para os CD-RW e DVD-RW é a mesma, suas diferenças estão na intensidade do feixe laser e a variação de sua espessura. Nos CD COMBO (CD, DVD e CD-RW ou CD, DVD,CD-RW e DVD-RW), sua unidade ótica tem a flexibilidade de variar seu feixe de acordo com a função usado. A figura mostra o diagrama de funcionamento da unidade, onde ao receber os sinais digitais e analógicos em sua entrada, que em seguida são direcionados para o conversor A/D (sinal digital) e para o servo (sinal analógico), o codificador detectar o tipo de função (leitura ou escrita, CD, DVD ou RW), para que o mesmo possa programar a unidade ótica para sua função, mesmo que o servo receba solicitação o controle externo, ele só ativará o motor (gira o disco), quando a unidade ótica estiver na condição de pronta.

Sinal de áudio passa pelo decodificador, convertendo o sinal do CD em digital modulando o mesmo no conversor A/D, que o transfere para a saída de alta (áudio).

Mecanismo de Injeção da Bandeja e Detecção

O sensor de abertura da bandeja e o solenóide de destravamento da bandeja, este são os únicos sensores de um CD, DVD ou CD-RW, em alguns casos o solenóide fica na parte debaixo da bandeja junto com o módulo do bloco ótico.

Pinagem dos Conectores do Disco Ótico – Conector 50 pinos

Pino 1,2 – (CDAUDL – EXP) Saída de áudio.
Pino 3 – (A-GND) Terra.
Pino 5 – (IDRSTZ-E5N) Entrada de Reset.
Pinos 7 ao 21 – (ZDD07-ESP) Barramento de dados
Pino 22 – (ZDREQ-E5P) Sinal de Requisição do Barramento de Dados.
Pino 23 – (GND) Terra.
Pino 24 – (ZNDIOR-E5N) Sinal de Saída de Leitura de I/O.
Pino 25 – (ZDIOW-E5N) Sinal de Entrada de Escrita de I/O.
Pino 26 – (GND) Terra.
Pino 27 – (ZIORDY-E5P) Sinal de Unidade Pronta.
Pino 28 – (ZDDACK-E5N) Sinal de Requisição do Barramento DMA.
Pino 29 – (ZDIRQ-E5P) Sinal de Interrupção da Unidade.
Pinos 31,33,34 – (ZDA1-E5P) Sinal de Barramento do Endereço
Pino 32 – (PDIAG-E5P) Pulso de Diagnóstico da Unidade.
Pinos 35,36 – (ZDCS1-E5N) Seleção de Unidade 0 ou 1.
Pino 37 – (CDZLED-E5N) Led Indicador de Acesso.
Pinos 38,39,40,41,42- (CDVCC) Tensão de Alimentação de 5v a 12v.
Pinos 43,44,45,48 – (GND) Terra.
Pinos 4, 30, 46, 47, 49,50 – (N. C) Não tem.

O tempo em que se especulava sobre o sucesso do DVD já passou. Tendo provado seu valor como uma mídia de alta qualidade para a distribuição de vídeo e multimídia, o DVD agora avança sobre o mercado de alta capacidade de armazenamento, com técnicas inovadoras na gravação bem como na tecnologia de regravação.

No início, o foco de interesse da indústria estava voltado às aplicações de vídeo. O sucesso do lançamento de vídeos em discos com 4.7 GB de capacidade foi prematuramente antecipado, sendo a qualidade do mesmo comparada com os discos laser e com a transmissão de televisão. Entretanto, de forma análoga ao que ocorrem com toda nova tecnologia, vários foram os obstáculos pelos quais o DVD teve de passar até madurecer e ganhar o espaço de mercado que hoje tem. Os primeiros DVD-5 produzidos foram testados em vários modelos de equipamentos, de diferentes fabricantes, e apresentaram alguns problemas relacionados com a qualidade de vídeo bem como com os leitores das mídias. Isto foi decisivo para que o processo de fabricação dos discos fosse melhorando de forma que se obtivesse uma maior qualidade a um menor custo. Ao mesmo tempo, os fabricantes de equipamentos delineavam os padrões de compatibilidade para os equipamentos. À medida que as melhorias eram implementadas, a expectativa de utilizarem-se CDs para armazenamento de informação de vídeo foi perdendo a força e o DVD começou a tornar-se um outro padrão de armazenamento, cujas versões estão mostradas. Com o crescente aumento de demanda, não demorou muito tempo para que os 4.7 GB não fossem suficientes para atender às aplicações multimídia. Mas o DVD Fórum, segmento da indústria responsável pela normalização, já havia previsto uma padronização para a família de produtos DVD: DVD-9 e DVD-10. Com 9.4 GB de capacidade de armazenamento, o DVD-10, que na prática corresponde a nada mais que dois DVD-5 fundidos, tornou-se a solução mais simples. Com a produção do DVD-5 já refinada, o processo de fusão usado para colocar dois discos unidos face a face não necessitou de considerações especiais. Entretanto, sob o ponto de vista da distribuição em massa, o DVD-10 é problemático. O disco não oferece qualquer face para que sejam colocadas identificações ou mesmo estampas decorativas. Além disto, a maioria dos leitores de DVDs dos consumidores contém somente uma cabeça de leitura ótica, o que os obriga a tirarem o disco do leitor e virarem a face de leitura. Esta deficiência compromete seriamente o produto, pois nenhuns usuários de títulos em DVD, consumidores vorazes de tecnologia, desejam ter preocupação com este tipo de detalhe. Por outro lado, o DVD-9 oferece 8.5 GB em uma única face de disco. Isto é possível ao fundirem-se dois discos cujas faces se encontram voltadas para o mesmo lado. 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 externa. Como observado, 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 detectores em quadratura, graças à diferença de fase estrategicamente calculada introduzida pelo espaçamento entre as camadas. As vantagens do DVD-9 possuem um preço. Somente alguns replicadores de disco podem produzir discos em tempo adequado e a um custo razoável. O custo de produção de um DVD-9 é cerca de US$ 1 à US$ 1,50, maior que o custo de um DVD-5. Além disto, soma-se o valor do elevado custo de edição das duas camadas, que é o fato preponderante para o sincronismo na leitura dos dados.

Do DVD-5 ao DVD-18

Quando um DVD foi apresentado ao mercado, uma grande família de discos foi definida, abrangendo desde o DVD-5 até o DVD-18, cada um oferecendo um acréscimo significativo na capacidade de armazenamento e no número de camadas no disco. Para uma comparação entre os diversos formatos . A Warner Advanced Media Operations (WAMO) já está testando o processo de produção de DVD-14/18. De fato, a WAMO é o primeiro fabricante a anunciar a produção de DVD-18, o DVD de dupla face e dupla camada, que culminará nos 17 GB de capacidade de armazenamento, prometidos para o final de ano. Ela também pretende oferecer o DVD-14, um híbrido entre o DVD-9 e o DVD-5.

O DVD permite que o áudio digital seja gravado a uma taxa de amostragem de até 96 kHz, com resolução de 24 bits, valores estes exageradamente superiores aos 44,1 kHz e aos 16 bits do CD. Essa qualidade antes era somente atingida nos modernos estúdios de gravação digital. Além disso, o áudio pode ser gravado no padrão AC-3 que, em vez de dois canais (direito e esquerdo), reserva seis canais: esquerdo frontal, direito frontal, esquerdo traseiro, direito traseiro, central e um canal exclusivo para “subwoofers” (sons extremamente graves). Este padrão foi desenvolvido para atender a filmes e a transmissões de áudio da HDTV (televisão de alta resolução).

Para vídeo, o DVD apresenta diversas opções muito interessantes: oito opções de dublagem, 32 opções de legenda e 5 opções de formato de tela; tudo isto com um detalhe: utilizando áudio AC-3. A resolução do DVD é de 500 linhas, o dobro da resolução do vídeo-cassete tradicional.
É importante lembrar que o DVD é um sistema digital de acesso aleatório, ao contrário do vídeo-cassete, que é um sistema analógico de acesso seqüencial. Na prática, não é só o fato de a qualidade de áudio e vídeo serem muito superiores, já que a procura por um determinado trecho de filme é quase instantânea, não existindo a necessidade de “rebobinar o filme”. Além disso, o DVD não gasta com o tempo e a qualidade da reprodução não é afetada com o uso. O DVD-5 foi originalmente desenvolvido para armazenar filmes de 135 minutos. Utilizando a compreensão MPEG-2, uma imagem em movimento requer 3500 Kbps. Já o áudio, gravado no padrão AC-3, requer mais 384 Kbps. Conforme a WAMO, o valor superdimensionado para as faixas adicionais de legenda e para a dublagem me diferentes idiomas é de aproximadamente 807 Kbps. Consolidando estes valores, constatamos que são necessários 4,75 GB.
Mas, como é possível que um disco com as mesmas dimensões das de um CD tenha 7 vezes a capacidade de um CD? Basicamente, tornando os elementos de dados menores. O espaçamento entre as trilhas (em espiral) reduziu de 1,6 mícrons para 0,74 mícrons. Já o menor tamanho do dado que pode ser impresso na superfície do disco reduziu de 0,83 para 0,40 mícrons. O comprimento de onda (780 nanômetros) do laser de leitores de CD ainda era grande para ler estas trilhas. Assim, os leitores de DVD utilizam um laser que produz um feixe luminoso com comprimento de onda de 640 nanômetros.
Esta configuração de comprimento de onda exige que a camada plástica protetora do disco seja mais fina, de tal forma que o laser não precise atravessar um meio tão espesso para chegar ao layer de dados. Por esse motivo, o disco de DVD teria apenas metade dos 1,2 mm de espessura do CD. No caso do DVD-5, um outro disco de 0,6 mm é colocado ao DVD para manter a mesma espessura original do CD. Entretanto, apesar dos 4.7 GB fornecerem uma enorme capacidade de armazenamento, por que não aumentar ainda mais este valor? Por exemplo, ao invés de colar um disco vazio ao DVD, pode-se colar um outro disco de dados ao DVD, mantendo a mesma espessura do CD e dobrando a capacidade de armazenamento do DVD-5. Alguns filmes em DVD já se aproveitam desta vantagem, colocando uma versão de um filme formatado para uma TV normal ou mesmo um monitor de computador, em um lado, e, no outro, uma versão formatada para as telas mais largas como no padrão dos cinemas.

Regiões Geográficas

A indústria cinematográfica dividiu o mundo em um conjunto de seis regiões geográficas. A razão para esta divisão é permitir o controle do lançamento de filmes e home-vídeos em diferentes partes do mundo em diferentes épocas. Um filme, por exemplo, pode ser lançado na Europa e depois nos Estados Unidos, coincidindo com o lançamento do home-vídeos nos Estados Unidos. Nessa situação, teme-se que cópias de discos DVD atinjam o mercado europeu prejudicando a arrecadação das bilheterias.
Desta forma, é dado ao leitor de DVD um código de região na qual ele foi vendido. O aparelho não disponibilizará o conteúdo dos discos em regiões nas quais ele não é autorizado. Os discos comprados em certa região, como por exemplo, o Japão, podem funcionar em leitores comprados, por exemplo, no Brasil. Uma outra subdivisão de áreas também ocorre devido aos diferentes padrões de vídeo adotados por cada país. Por exemplo, o Japão está situado na região 2, mas usa o padrão NTSC que é compatível com os Estados Unidos (região 1).
A Europa, por sua vez, também está situada na região 2, mas utiliza o padrão PAL, que não é compatível com o NTSC. A opção por incluir ou não um código de região a um disco DVD pertence ao estúdio ou ao distribuidor dos títulos. Entretanto, se seu disco não possuir código, então ele poderá ser reproduzido em qualquer parte do mundo. Alguns discos têm sido lançados sem código, mas, até o momento, nenhuns destes lançamentos pertencem aos grandes estúdios. Muitos destes grandes estúdios pretendem lançar cópias sem código, contando que não haja conflito entre este lançamento e a arrecadação das bilheterias. As seis regiões citadas são compostas por:

1. Canadá e Estados Unidos;
2. Japão, Europa, África do Sul, Oriente Médio (incluindo Egito);
3. Sudeste e Leste da Ásia (incluindo Hong Kong);
4. Austrália, Nova Zelândia, Ilhas do Pacífico, América Central, América do Sul, Caribe;
5. Antiga União Soviética, índia, África, Coréia do Norte e Mongólia;
6. China;

Alguns leitores são fabricados para que possam ser facilmente modificados pelos consumidores para reproduzirem vídeos com quaisquer códigos. Existe também um mercado negro bastante ativo que fornece leitores com modificações nos circuitos eletrônicos que despistam os códigos de regiões. Os sistemas de DVD-ROM aplicam o código de região somente aos discos de vídeo em DVD e não para os discos contendo software. Muitos dos leitores de DVD-ROM de computadores permitem mudar através de software o código da região, até que, após sucessivas trocas, este se torne permanente. Também neste caso, já existe um mercado negro de softwares que manipulam estes códigos.

Para encerrar, existem as denominações DVD-R, DVD-RAM, DVD+RW e DIVX, explicadas na figura à seguir.