Verhalen - Techniek - DVD+ beter dan DVD-

Onderstaand artikel is een vertaling van een lang en zeer technisch Engelstalig stuk van Michael Spath op www.cdfreaks.com. Er worden hier en daar woorden gebruikt waarvoor geen goede Nederlandse vertaling te vinden is. Die heb ik in het Engels laten staan. Er worden ook afkortingen gebruikt die voor Engelstaligen misschien duidelijk zijn, maar voor ons abracadabra. Ook de gebruikte formules zeggen ons niets. Toch vond ik het artikel interessant genoeg om (te laten vertalen door mijn eega, en) te plaatsen. Temeer ook omdat de discussie hier in Nederland nog steeds niet schijnt uitgewoed, ondanks dat ook Nederlandse tijdschriften het erover eens zijn dat 'plus' beter is dan 'min'.

Waarom DVD+R(W) beter is dan DVD-R(W)

Sinds de 'oorlog' tussen DVD+R(W) en DVD-R(W) begon zijn er verschillende vergelijkingen tussen deze twee formats gepubliceerd. Maar niet één die ik gelezen heb bevat werkelijk accurate technische informatie. In plaats daarvan vertrouwen journalisten op de openbare persuitgaven en hetgeen de verkopers naar buiten brachten. Met als gevolg dat er uiteindelijk slechts oppervlakkige uitleg was en soms tegengestelde conclusies. Het grootste probleem is hier dat, om een DVD+R(W) of DVD-R(W) norm te krijgen geld kost, zodat je maar weinig gedetailleerde informatie op internet over deze formats kunt vinden. Dat is erg jammer omdat het voor zowel journalisten als technici van over de hele wereld moeilijk is om een onafhankelijke mening en vergelijking te geven en zelf te kiezen wat het beste format is. Na de twee formats te hebben bestudeerd kwam ik er achter dat er diverse fundamentele verschillen tussen de twee zijn, en kwam tot de conclusie dat + beter is dan -. Het doel van dit artikel is de technische details van de specificaties te geven die tot deze conclusie leidde, zodat iedereen met enige technische kennis zijn eigen mening kan vormen. Dit artikel is behoorlijk technisch, dus enig begrip van optische opslag technologie is wel vereist.

Pre-pits versus ADIP (zie fig. 1)



Om bij opname behulpzaam te zijn geeft een onbespeelde schijf meestal drie soorten informatie aan de drive: tracking (zodat de pits goed op een spoor worden geschreven), adressen (zodat de drive op de goede plaats kan schrijven) en snelheid (zodat de schijf op de juiste snelheid wordt gedraaid). Bij CD-R(W) wordt de trakcing- en de snelheidinformatie gevoerd door de 'wobble' terwijl adressen in de ATIP (Absolute Time In Pregroove, een frequentie modulatie van de wobble) gegevens liggen. Het DVD-R(W) format gebruikt een langzame wobble (140,6 KHz) voor tracking en snelheid, en de adressen (en extra's) informatie wordt uitgevoerd door de Land pre-pits (Pre-recorded pits tussen grooves). Op het groove signaal geven pre-pits amplitude punten. Het DVD+R(W) format gebruikt een veel snellere wobble (817,4 KHz). En de adressen (en extra's) informatie wordt gedragen door een fase modulatie van deze wobble, ADIP (Address In Pre-groove) genaamd. Zoals geleerd bij de signaaltheorie heeft de fase modulatiemethode een betere ruisimmuniteit dan de pre-pits methode en daarom zijn ADIP's beter bestand tegen alle externe verstoringen (elektrische ruis, het opwippen van de disc, fixeer problemen enz.). Afgezien van de gebruikelijke geluidsbronnen in een drive, is een extra vervelend voorbeeld van dit probleem, dat als je data op een DVD-R(W) aan het branden bent, de pre-pit informatie tegelijkertijd gelezen moet worden. Omdat het licht dat uitgezonden wordt door de brand-laser verstoord wordt door de lees-laser is een juiste pre-pist opsporing veel moeilijker te bereiken. Dit brengt de aansluitprecisie in gevaar.
Maar de pre-pit technologie is niet alleen zwak ten opzichte van ruis, maar het wordt ook een beperkingsprobleem als de snelheid van de schijf toeneemt. Want bij hoge snelheden zijn pre-pits moeilijker op te sporen dan bij fase omzetting. Bij het wobble signaal bestaat de pre-pit informtatie inderdaad slechts waar de pre-pit op tijd wordt gelokaliseerd. Terwijl de informatie van de faseomzetting verspreid is over de gehele omzettingsperiode van de wobble (of beter gezegd, zolang als de fase niet weer wordt omgezet). Volgens de specificaties is de minimum lengte van een DVD-R(W) pre-pit, 1T(1/26.16 E6 s), terwijl een DVD+R(W) wobble periode 32T duurt, wat het veel makkelijker op te sporen maakt. Een andere slechte bijwerking van de pre-pit methode is dat het besturen van de DVD-R(W) moeilijker is gemaakt dan van de DVD+R(W) omdat er een grotere precisie verlangt wordt om zowel de grooves en de pre-pits er tussen te snijden. Speciale dual-beam recorders zijn vereist voor het branden, ofschoon sommige producenten single-beam branders gebruiken. De pre-pits zijn niet alleen gevoeliger voor fouten dan fasemodulatie, maar de gegevens die er op staan zijn ook minder beschermd. In een ECC block pre-pit (zie fig. 3) staan 192 bits informtie (1 pre-pit block). Van deze 192 bits, worden er 48 niet beschermd door enige vorm van foutcorrectie. 24 bits worden beschermd door 24 bits van pariteit (A-pariteit) en de laatste 56 bits worden ook beschermd door 24 bits pariteit (B-pariteit). Al met al geeft deze structuur uiteindelijk een tamelijke bescherming aan de informatie bits, meegevoerd door pre-pits. Aan de andere kant is de overeenkomstige DVD+R(W) structuur 4 maal kleiner: een ADIP woord is 52 bits groot, en bestaat uit 1 sync-bit, 31databits en 20 pariteit bits (die alle data bits beschermen). Een ECC-block bevat 4 ADIP woorden, dus totaal 204 bits informatie. Dus elk ADIP woord bevat het volle ECC-block adres, terwijl er vier maal deze afmeting nodig is in de 'min' technologie om dit adres eruit te halen. Dit maakt het opzoeken belangrijk sneller dan bij de 'plus' methode.

Foutenbeheer en opnamekwaliteit

Nog een groot voordeel van DVD+R(W) format boven DVD-R(W) (ofschoon nog geen drive het ondersteund) is hardware foutenbeheer verzorgt door de DVD+MRW standaard. (Mt Rainier voor DVD+RW). Als er op een DVD+MRW schijf een fout verschijnt tijdens het lezen of schrijven van een ECC-block, wordt dit block aangemerkt als fout en de drive gebruikt het dan niet meer. In plaats daarvan wordt bij het beschrijven naar de schijf, de gegevens die in dit slechte block zouden zijn opgeslagen naar een andere plaats gezet. Als de drive wordt gevraagd deze gegevens opnieuw te lezen, dan worden ze van de nieuwe plaats weggehaald. Deze handelingen zijn volledig duidelijk voor elke sofware (welk bewerkingssysteem, drive of brandprogramma ook wordt gebruikt). Terwijl er opeenvolgende sectoren worden gevraagd, leest de drive eigenlijk gegevens van verschillende plaatsten. Deze nieuwe abstractielaag wordt 'Logical tot Physical' adresvertaling genoemd.
Er wordt algemeen geloofd dat foutenbeheer slechts bruikbaar is bij het branden van nieuwe schijven. Waar gegevens die geschreven worden ook teruggelezen kunnen worden, gecontroleerd en naar een andere plaats gezet worden als dat nodig is. Maar dat het nutteloos is, bij schijven die beschadigd zijn nadat ze zijn gebrand. Dit klopt niet, omdat als een ECC-block gedeeltelijk beschadigd is en je verschillende pogingen moet doen om het gelezen (of het geeft te veel PI/PO fouten bijvoorbeeld) kunnen deze gegevens snel verplaatst worden naar een schone locatie op de schijf voordat ze onleesbaar worden. Als een ECC-block zo erg beschadigd is dat het de correctie mogelijkheden te boven gaat, zijn de gegevens definitief verloren. Alleen heel erge beschadigingen kunnen dit veroorzaken, omdat PI/PO correctieonderbrekingen van meer dan 6mm kan overbruggen. Net als bij het formatteren geeft de DVD+R(W) standaard de mogelijkheid tot achtergrond verificatie. De schijf wordt bijvoorbeeld op fouten nagekeken als de drive niet goed werkt. Natuurlijk kan de gebruiker de schijf nog lezen of beschrijven of verwijderen uit de drive. De achtergrond verificatie gaat dan later verder vanwaar het wordt gestopt. Gecombineerd geven deze eigenschappen een heel krachtig systeem dat voortdurend de levensduur van schijven probeert te verbeteren. Terwijl de gebruiker zijn handelingen uitvoert kan de drive op de achtergrond het gehele oppervlak van de schijf controleren en kan hij gegevens van beschadigde plaatsen overzetten naar schone delen. Zulk geavanceerd gebruik van foutenbeheer wordt al beschreven in de DVD+MRW specificatie. Bijvoorbeeld met de Smart Self Monitoring Analyses and Reporting Technology (SMART, een technologie, gebaseerd op de Harde Schijven). Tenslotte is het belangrijk om te vermelden dat DVD+MRW een volledige 'read-only' aanpassing hebben voor spelers die geen MRW kunnen lezen. Ofschoon DVD-R(W) ook enig foutenbeheer ondersteund (Persistend-DM and DRT-DM), is het hoofdzakelijk op software gebaseerd en moet altijd geactiveerd worden door een speciaal programma. Omdat DVD-R(W) ook de benodigde structuur mist moet adresvertaling ook door software worden uitgevoerd. En er moeten 'vertaalregels' worden opgeslagen in de PC in het gebruikersgebied van de schijf volgens een hoger specificatieniveau (bijvoorbeeld in de reserveregels van UDF 2.0) dit maakt DVD-R(W) niet goed geschikt voor simpele fileopslag of het branden van beelden omdat het hele filesysteem gebruikt moet worden om baat te hebben van foutenbeheer. Merk ook op dat ondanks dat DVD-R(W) geen gebruik kan maken van de +R(W) technologie. Dat is de wijten aan de technische verschillen. DVD+R(W) kan heel goed gebruik maken van UDF 2.0. DVD+R(W) geeft ook betere schrijfkwaliteit (onafhankelijk van de mediakwaliteit) omdat het meer informatie aan de drive geeft dan een DVD-R(W). Net als bij CD-R(W) vindt je de beste voorwaarden bij het schrijven van een schijf bij het starten tijdens de 'Optimum Power Control' algoritme, wat data gebruiken die zich in de pre-pit bevinden. Voor wat betreft OPC geeft de DVD+R(W) niet alleen méér informatie (bijvoorbeeld, de afhankelijkheid van de krachtbron op de golflengte) maar ook nauwkeuriger exemplaren (bijvoorbeeld, de energiepiek bij het starten van de laser). Bovendien is al deze informatie beschikbaar voor vier verschillende snelheden (elementaire en hogere snelheden. Normaal en 4x ) terwijl het MIN-format maar één stel data geeft. Dit is heel belangrijk omdat optimale schrijfmogelijkheden heel gevoelig zijn voor brandsnelheden. Het OPC testgebied van DVD+ bevat totaal 32768 sectoren vergeleken met 7088 voor de DVD-.

Koppelen

Als om welke reden dan ook de schijf gestopt is en opnieuw gestart, moeten de nieuwe gegevens aan de oude gekoppeld worden. Koppelen is een heel belangrijke en moeilijke taak die verscheidene problemen, zowel fysiek als op logisch gebied, kunnen veroorzaken. Ten eerste is een kort overzicht nodig van de koppelmethoden die door de twee formats verlangd worden. Bij DVD-R(W) kunnen drie verschillende koppelmethoden gebruikt worden: 2K-koppeling, 32K-koppeling en 'loss less' (minder verlies) koppeling. In alle gevallen moeten de opnamen stoppen na de eerste sync van de eerste sector van het ECC-block en nieuwe data worden opgenomen tussen de 15e en de 17e byte van deze zelfde opname. De precisie van de koppeling is daardoor 2 bytes en de verspeelde ruimte is of 2 Kb, 32 Kb of niets (merk op dat de 'loss less' koppelmethode niet werkt bij de DVD-R voor 'authoring'). De koppeling bij DVD+R(W) wordt uitgevoerd in de laatste 8 kanaals bits (4 data bits van een ECC-block). De precisie van het koppelen is daardoor vier keer hoger en 'loss less' koppeling is de enige methode die geen ruimteverspilling veroorzaakt.
Zelfs als er 'loss less' koppelingen worden gebruikt zijn de pits niet perfect aanliggend op de schijf en daarom zullen een paar PI/PO fouten, er altijd zijn. Om dit effect tot een minimum te beperken is de locatie van het koppelgedeelte heel belangrijk. Bij -RW zit het koppelgedeelte bij de gebruikersgegevens en daarom zullen daar altijd bruikbare bytes worden verknoeid. Omdat ook de koppeling na de eerste sync gebeurt zal ook de tweede sync-frame (en mogelijk ook de derde) verloren gaan. Omdat de sync-woorden niet juist in het ECC-block geplaatst worden. Bij de +RW zit de koppelplaats in de laatste byte van de PI-correctie, die laat de gebruikersdata ongemoeid. De koppelpositie garandeert ook dat alle sync's in het volgende ECC-block geplaatst worden. Dat geeft tenminste een sync-beeld minder om door de speler te corrigeren, in vergelijking met -RW. Merk op dat bij +RW correcties die te maken hebben met de koppelplaats en correcties die te maken hebben met de sync-verwisseling, gesplitst worden tussen twee ECC-blocks terwijl ze bij -RW allemaal uitgevoerd moeten worden door een enkel ECC-block. Koppeling kan ook diverse moeilijkheden veroorzaken op het fysieke vlak. Als we direct naar het HF signaal kijken, gelezen door PUH ziet de koppelplaatsen er als volgt uit. (zie fig. 5)
De 'slicing level' is de digitale drempel die de nullen van de enen scheidt en moeten daarom altijd geconcentreerd zijn in het HF signaal om een goede leeskwaliteit te krijgen. Als het gedeelte te veel afwijkt van zijn perfecte positie dan worden de looplengtes (3T tot 14T) verkeerd herkend, wat ontcijferfouten veroorzaakt. Maar wat al eerder is uitgelegd, koppeling is niet perfect nauwkeurig en daarom zal er altijd een gat zijn tussen de twee opgenomen delen. En hoe langer het gat, hoe verder het snij-niveau kan afwijken. Bovendien kunnen de twee aan elkaar gekoppelde gebieden ook verschillen omdat de verschillende fysieke parameters veranderd zouden kunnen zijn tussen de twee opname sessies (laser power, media properties en recording speed). Als het gat te groot is, kunnen ook fouten ontstaan. Dus hoe kleiner het gat hoe beter de kwaliteit en de compatibiliteit. -RW staat een gat toe van 32T en geeft niet om deze 'slicing level jump', terwijl +RW een 8T groot gat toestaat en een maximale limiet voor deze 'jump' onder elke omstandigheid. Dit maakt +RW 'loss less' koppelingen ook krachtiger op fysiek niveau.

Veelvoudige opnamesessies en compatibiliteit

Als je een DVD-RW schijf gedeeltelijk wilt opnemen, maar later ook in staat wilt zijn meer data op te nemen, worden randzones gebruikt, die zijn bedoeld om deze gedeeltelijk opgenomen schijf compatibel te maken met standaard DVD-rom spelers. Dus elke -R(W) opname moet beginnen met een 'border in' gebied. (zie fig. 6) (behalve de eerste, die beginnen met de 'lead-in') en stoppen bij een 'border-out' gebied.
Echter, de afmetingen van deze randgebieden is nogal verbazingwekkend. 32 tot 96 Mb voor de eerste zone. Dan 6 tot 18 Mb voor de volgende zones. Dit betekend dat een schijf die drie opnamesessies bevat, tot 132 Mb kan opeisen. Dat is meer dan 2% van de totale opslagcapaciteit, alleen om deze gebieden te scheiden. Bovendien moeten de 'border-out' en 'border-in' gebieden gekoppeld worden met gebruikmaking van de drie methoden, (en de mogelijk daarbij gepaard gaande moeilijkheden) wat eerder is uitgelegd. Merk ook op dat om onbekende redenen er een 'border-out' nodig is voor de 'lead-out' terwijl de eerste 'border-in' wordt vervangen door de 'lead-in'. Aan de andere kant, als er veel opnamesessies gebruikt worden op een DVD+R(W) schijf, worden er begin en eind zones gebruikt (het tegenovergestelde van border-in en border-out) maar ze zijn altijd 2 Mb groot. Daarvoor wordt met het +format een drie sessieschijf altijd slechts 4 Mb gebruikt om de gebieden af te bakenen (de lead-out vervangt de laatste eindzone). Wat ook een mooi kenmerk van de multisessie uitvoering op DVD+R(W) is, is dat men een sessie kan gebruiken om plaats te reserveren, bijvoorbeeld sectoren die niet gebruikt zijn. Dit blanke gebied noemt men 'Reserved Fragment'. Dus kan extra data opgenomen worden in volgende sessies, terwijl de eerst alleen later beschreven wordt. Dit kan nuttig zijn als, bijvoorbeeld een exacte locatie op de schijf 'filesystem tables' moeten bevatten. Die kunnen alleen gevuld worden nadat alle files op de schrijf zijn geschreven. Compatibiliteit is een heel gevoelig onderwerp als je de twee technologieën vergelijkt. Maar onafhankelijk van de media, recorders of spelerskwaliteit kunnen enige logische incompatibiliteiten worden opgemerkt. Inderdaad gebruiken beide typen beschrijfbare DVD's waarden in de lead-in structuren die verboden of achtergehouden waren in de eerste DVD-rom specificaties. Bijvoorbeeld schijfstructuur, opnamedichtheid enz., die compatibiliteitsfouten kunnen veroorzaken, bij enige oude of bijzonder kieskeurige spelers. Een beroemd voorbeeld van zo'n logische incompatibiliteit is het 'Book Type' veld wat het type schijf aanduidt. Bij de eerste DVD-rom specificaties konden alleen een 0 voor 'read-only' geschreven worden. Maar later bepaalde elk opname format zijn eigen waarden om zich te identificeren. Jammer genoeg kwam het er op neer dat sommige spelers eenvoudigweg weigerde een schijf zonder 0 (non-zero) waarde te lezen. Om dit probleem aan te pakken bekrachtigen de laatste DVD+R standaard een 'zero Book Type' om compatibiliteit redenen. En tegenwoordig hebben veel drive fabrikanten dit stukje programma programmeerbaar gemaakt. Maar dit kan niet gedaan worden voor DVD-R(W) daar het 'Book-Type' (met verschillende andere informatie in de lead-in) ingeperst wordt. Bijvoorbeeld (vooraf opgenomen) op onbeschreven media. Merk echter op, ofschoon het de compatibiliteit minder maakt, dit voor-opgenomen 'Book-Type' ook de kopiebeveiliging verbetert daar het elke speler in staat stelt een DVD-schrijf te identificeren. Een extra compatibiliteit risico bestaat bij DVD-W(?) in het gebruikers data gebied en wordt geïntroduceerd door de 2K/32K koppelingsmethode. De koppelsectoren, gebruikt met deze methoden moeten een speciaal datatype gebruiken om het van de normale datasectoren te onderscheiden en deze waarden werd niet toegestaan in de originele DVD-rom specificatie. Er is geen bekende studie over de invloed van dit gebied op de compatibiliteit, maar sector headers zijn een vitaal deel van het ontcijferingproces. Daarvoor is het altijd veiliger om ze volledig overeenkomstig te houden met de strengste DVD-rom standaard.

Conclusie

Gedurende mijn studie van de RW formats leek het voor mij erg duidelijk dat de DVD-R(W) standaard niet zo goed ontworpen is als de DVD+R(W) (of zelfs de DVD-ram). En ofschoon bij de laatste herzieningen van het - format gepoogd is een paar van de oorspronkelijke problemen te repareren (wat het veel ingewikkelder heeft gemaakt), blijft het technisch toch minder dan het + format. Dat is te wijten aan een paar intrinsieke zwakheden, bijvoorbeeld 'pre-pits'. Dat is niet erg verrassend daar Sony en Philips veel langer ervaring hebben in het bepalen van normen dan Pioneer, en ze hadden ook het voordeel hun normen na hun concurrenten te publiceren. Ofschoon de argumenten die in dit artikel naar voren worden gebracht technische details lijken, is het het schijfformat de beperking van wat drives kunnen doen met een gegeven medium in de zin van prestaties en kenmerken. De technische voordelen van het DVD+R(W) format zullen daarom met de tijd sneller, krachtiger en betrouwbaarder drives opleveren voor de eindgebruikers. Dit is vandaag de dag al het geval en de kloof zal doorgaan groter te worden daar DVD+R(W) drives meer en meer de voordelen van het + format zullen uitbuiten. Zoals de geschiedenis echter heeft laten zien garanderen de beste ideeën niet dat zij de markt zullen veroveren. En alleen de tijd zal uitwijzen welk format de nieuwe standaard zal worden.

Dankbetuiging

Ik zou graag de technici van Pioneer in Japan en Philips in Nederland willen bedanken die vroege versies van dit artikel hebben gerecenseerd voor hun zeer bruikbare correcties en commentaren (ik wil opmerken dat dit alleen betekend dat deze mensen zo aardig waren om bij te dragen aan de technische juistheid van dit artikel en niet dat zij of hun bedrijf het eens zijn met de conclusies van dit artikel).

Disclaimer

Dit artikel is bedoeld om een lijst van technische redeneringen te geven die een paar van de voordelen van het + format te laten zien boven het - format. En het geeft slechts mijn persoonlijke mening weer en niet die van CDFreaks. Het is geen gedetailleerde vergelijking van de twee formats en het houdt geen rekening met de specificaties van drives, media en software van derden. Alleen de verschillen van de formats worden hier vergeleken zoals beschreven in de DVD-R 2.0, DVD-R(W) 1.1, DVD+R 1.1 en DVD+R(W) 1.1 standaards. Correcties zijn welkom via email, maar vragen en tegenstrijdige meningen moeten voorgelegd worden aan ons forum, zodat iedereen kan profiteren van een open discussie. Email: spath@cdfreaks.com
Forum: http://club.cdfreaks.com/forumdisplay.php?&forumid=52

Michael Spath
Juni 2003




TOP