أحد صفحات التقدم العلمي للنشر
غير مصنف

مستقبل تقانة الأقراص المدمجة ـ الجزء الأول

مستقبل تقانة الأقراص المدمجة ـ الجزء الأول

الجيل القادم من الأقراص المدمجة

 أسفرت اتفاقية جديدة بين شركات

الإلكترونيات المتنافسة عن خطة مبتكرة لإنتاج أقراص

متوافقة رقمية متعددة الاستعمالات(1)، سيسوَّق

أول إنتاج منها في خريف 1997.

<E .A. بِلّ>

 

تعتبر الأقراص المدمجة وأجهزة تشغيلها من أكثر المنتجات الإلكترونية رواجًا، فقد تم بيع أكثر من 400 مليون جهاز تشغيل و 6 بلايين قرص منذ عام 1982 حين ظهرت الأقراص المدمجة السمعية لأول مرة. وتمثل الأقراص المدمجة المصنعة للقراءة فقط من الذاكرة، أو الأقراص CD-ROM (سي دي روم)، امتدادًا لتصميم الأقراص المدمجة الصوتية، وقد أثبتت نجاحًا مماثلاً في مجال تطبيقات الحاسوب الشخصي. وقد قدّر المتخصصون أنه تم في عام 1996 فقط بيع أكثر من 35 مليون سواقة للأقراص CD-ROM. وقريبًا ستظهر منتجات الجيل الثاني لهذه التقانة ممثلة في الأقراص الرقمية المتعددة الاستعمالات، الأقراص DVD (دي ڤي دي). وتستعد عشر شركات متخصصة في مجال الإلكترونيات للكشف عن سلسلة منتجات متنوعة من الإنتاج الجديد، ومنها على سبيل المثال الأقراصDVD الخاصة بتشغيل الأشرطة السينمائية، وأجهزة تشغيل الأقراص DVDالمصنعة للقراءة فقط من الذاكرة DVD-ROM.

 

وقد جاءت الصيغة المبتكرة للأقراص DVD نتاج اتفاقية غير مسبوقة من نوعها بين الشركات العالمية المتنافسة في هذا المجال في أواخر عام 19955. فقد دمجت تلك الشركات أفضل مقومات أفكارها التي توصلت إليها كل منها على حدة. إن هذا النوع الجديد القارئ للأقراص الضوئية optical disc reader – والذي  تم توصيفه بدقة في الاتفاقية السابق ذكرها – سيؤدي دور الأقراص المدمجة ودور الأقراص DVD الحالية معا، وتفوق سعة تخزين الأقراص الجديدة 144 مرة سعة الأقراص CD الحالية، ويرجع ذلك إلى الطرق المتعددة المبتكرة التي انتهجها مصمموها. إضافة إلى ذلك فإن معدل استرجاع المعلومات عن طريق الجيل الأول من أجهزة تشغيل الأقراص DVD يصل إلى 11 مليون بتة bit في الثانية الواحدة، وهو يضاهي في سرعته جهازا سريعا لتشغيل الأقراص 9XCD-ROM ، مسجلا بذلك رقمًا قياسيًّا جديدًا لأداء هذا النوع من الأجهزة.

 

وكما هو متوقع، فإن مثل تلك السعة الكبيرة والأداء العالي يتلاءمان مع عدد كبير جدًّا من التطبيقات. فيمكن للأقراص DVD تخزين الموسيقى والأفلام والألعاب وغيرها من الحزم المتعددة الوسائط multimedia packages، مثلما تؤدي ذلك الأقراص المدمجة CD. لكن سعة الأقراص الرقمية DVD  أكبر وكفاءة استرجاعها للبيانات أعلى. إضافة إلى ذلك فهي توحي بمنتجات جديدة تمامًا. فعلى سبيل المثال، إن شريط الڤيديو المصنع للعرض على جهاز تشغيل الأقراصDVD لا يمكنه فقط تخزين فيلم بأكمله بل يمكنه أيضًا تقديم عدة اختيارات للمشاهدين بين زوايا الكاميرات والحبكات الروائية ولغات المدارج الصوتية. ومن المتوقع أن تلقى مثل تلك البرامج رواجًا كبيرا. كما يتوقع أن تطرح في الأسواق الأقراص DVD العشوائية الاستخدام للذاكرة DVD-RAM، والأقراص DVD القابلة للتسجيل DVD-R وكذلك أجهزة تشغيل كلا النوعين. ومن المتوقع حدوث ذلك في غضون السنوات القليلة القادمة. وبإلقاء نظرة مستقبلية أبعد مدى، فإني لا أستبعد أن تتوافر كاميرات التسجيل الرقمية المعتمدة على الأقراص DVDالعشوائية الاستخدام للذاكرة والقابلة للتسجيل.

 

نقرات أكثر

تتشابه صيغ الأقراص DVD والأقراص المدمجة CD، فكلاهما يشتركان في تقانة التخزين الضوئي الأساسية نفسها، ألا وهي تمثيل المعلومات بنقرات pitsمتناهية الصغر تُشكَّل على السطح البلاستيكي للقرص عند تفريغ المادة اللدنة في القالب المخصص لتشكيلها. ويتم بعد ذلك تغليف وجه القرص المنقَّر بطبقة رقيقة من الألمنيوم، وفي حالة الأقراص المدمجة تغطى بطبقة واقية من اللَّكlacquer وملصق يدل على محتواها. وعند قراءة المعلومات المخزَّنة على القرص،  يقوم جهاز التشغيل بإرسال ومضة صغيرة من أشعة الليزر فتنفذ من خلال الطبقة الخارجية للقرص إلى الطبقة المحتوية على البيانات، ويتم ذلك أثناء دوران القرص. وتعتمد شدة الإضاءة المنعكسة من سطح القرص على وجود (أو عدم وجود) النقرات على المسار المخصَّص لتسجيل المعلومات. فإذا وقعت النُّقرة مباشرة تحت البقعة المضيئة للقراءة read-out spot، تنعكس كمية من الضوء أقل مما ينعكس في حالة وقوع بقعة الضوء على جزء مستو من المسار. ويقوم المكشاف الضوئي وغيره من الإلكترونيات الموجودة في جهاز التشغيل بترجمة ذلك التغير إلى أصفار وواحدات للكود الرقمي الذي يمثل المعلومات المُخزَّنة على القرص.

 

http://oloommagazine.com/images/Articles/13/SCI97b13N8-9_H01_007167.jpg

أقراص تخزين ضوئية جديدة تحتوي على طبقتين من النقرات pits لتخزين المعلومات وذلك ما لا تجده في الأقراص المدمجة (انظر الصورة المكبرة في المربع في أعلى يسار الشكل). وأثناء دوران القرص تمر هذه الفجوات الدقيقة تحت ذراع تصدر أشعة ليزر حمراء، فتنعكس كميات مختلفة من الضوء على سطح القرص. ثم يقوم مكشاف ضوئي وغيره من الإلكترونيات بترجمة هذا التغير في الضوء إلى بتات ثنائية تمثل البيانات الرقمية. وبضبط موضع العدسة يقوم جهاز التشغيل بقراءة المعلومات من السطح العلوي أو السطح السفلي للقرص الرقمي المتعدد الاستعمالات (القرص DVD)، أما الضوء المار من خلال العنصر الهولوغرافي الكائن في مركز العدسة فيتركز في بقعة أخرى تصلح لقراءة الأقراص المدمجة الموجودة حاليًا في الأسواق.

 

 ثمة فرقان أساسيان بين الأقراص المدمجة والأقراص DVD. يكمن أولهما في طول قطر النقرات؛ فيصل قطر أصغر نقرة في الأقراص DVD إلى 0.44 ميكرون، في حين يصل إلى ضعف ذلك في الأقراص المدمجة، أو 0.83 ميكرون. أما الفرق الآخر فيكمن في طول المسافة التي تفصل ما بين المسارات التي تُخزَّن عليها المعلومات، فتصل هذه المسافة إلى 0.74 ميكرون في الأقراص DVD في حين تصل إلى 1.6 ميكرون في الأقراص المدمجة. وعلى الرغم من تساوي هذين النوعين من الأقراص في الحجم فإن الطول الكلي للمسارات الحلزونية للبيانات data spiral، يصل إلى أكثر من 11 كيلومترا في الأقراص DVD، أي أكثر من ضعفي الطول المقابل في الأقراص المدمجة. ويتحتم على شعاع القراءة في أجهزة تشغيل الأقراص DVD أن يركز على بؤرة أدق من مثيلتها في أجهزة تشغيل الأقراص المدمجة كي يتمكن من قراءة النقرات الصغيرة الحجم. ولتحقيق ذلك، يُستخدم شبه موصل يعمل بأشعة ليزر حمراء تتراوح أطوال موجاتها ما بين 635 و 650 نانومترا. وبالمقابل، فإن أجهزة تشغيل الأقراص المدمجة تستخدم أجهزة ليزر ذات طول موجي أكبر يصل إلى 780 نانومترا. كما تستخدم أجهزة تشغيل الأقراص DVD عدسة ذات قوة أكبر على التركيز لها فتحة عددية numericalaperture أعلى من مثيلتها في أجهزة تشغيل الأقراص المدمجة. وإلى هذه الفروق السابق ذكرها مع الكفاءات الإضافية لصيغة الأقراص DVD  الآتي ذكرها، تُردّ السعة الهائلة للتخزين والتي تبلغ 4.7 گيگابايت في كل طبقة من طبقات المعلومات في الأقراص DVD.

 

ويمكن مضاعفة سعة تخزين الأقراص DVD بحيث تصل إلى 9.4 گيگابايت، بل ويمكن أيضًا مضاعفة الرقم الأخير مرة أخرى بحيث يصل إلى 17 گيگابايت وذلك عن طريق ابتكارين إضافيين. فعلى الرغم من تساوي الأقراص DVD  والأقراص المدمجة في السماكة (1.22 مليمتر)، فإن الأولى تحتوي على طبقتين لتخزين المعلومات في حين تحتوي الأخرى على طبقة واحدة فقط. كما تلتحم طبقتا المعلومات في الأقراص DVD بحيث يتواجه السطحان المنقران في مركز القرص. وهذا التركيب يحمي السطوح من التأثيرات الضارة مثل ذرات التراب والخدوش. وفي أبسط التصميمات للأقراص DVD، يمكن الوصول إلى السطح الثاني للقرص بسحب هذا القرص من جهاز التشغيل، وقلبه ثم إدخاله مرة أخرى. وهناك تصميم آخر معروف بالتصميم المتعدد الطبقات، يسمح باستخدام سطحي المعلومات بتشغيل وجه واحد من القرص.

 

وفي حالة القرص المتعدد الطبقات، نجد أن السطح العلوي لتخزين المعلومات مغلف بطبقة عاكسة جزئيا ونفاذة جزئيا. أما انعكاسية reflectivity الطبقة العليا فهي تكفي لتمكين شعاع الليزر من قراءة النقرات الموجودة في السطح العلوي؛ وأما نفاذيتها transmissivity فتمكِّن الشعاع أيضا من التركيز على السطح السفلي للقرص وقراءة النقرات الموجودة فيه. وعندما تتركز بؤرة الليزر على الطبقة السفلى للمعلومات، فإن نقرات الطبقة العليا للمعلومات تبتعد عن البؤرة ولا تتداخل معها إطلاقًا. (ولمواءَمة الخسارة الحتمية ـ وإن كانت قليلة ـ في جودة استرجاع المعلومات عند اتباع ذلك الأسلوب، يجب تخفيض سعة التخزين بمقدار ضئيل حتى تصل إلى 8.5 گيگابايت، مما يفسر لنا كيفية اتساع الأقراصDVD ذات الطبقتين والوجهين لنحو 177 گيگابايت). وتُستخدم مادة لاصقة ضوئية عالية الجودة للصق الطبقتين معًا، ويتحتم التحكم بدقة في سماكتها لتجنب أي انحراف زائد عن البؤرة للشعاع الواقع في بقعة القراءة.

 

إضافة إلى السعة الزائدة التي يوفرها تصميم الأقراص DVD ذات الطبقتين، فهو يوفر مزايا أخرى إذ إنه يقلل من الأخطاء الناتجة من انحراف tilt القرص واعوجاجه. ونعلم كلنا أن جميع الأقراص المدمجة معرضة للاعوجاج، فإذا انحرف سطح القرص بحيث يصير غير متعامد مع شعاع الليزر، نتجت من ذلك أخطاء في القراءة. ومما يجدر ذكره أن درجة التأثير السلبي للانحراف في القراءة من خلال البقعة المضيئة تتناسب طردًا مع سماكة طبقة المعلومات. لذا نجد أن سماكة هذه الطبقة في الأقراص DVD هي 0.66 مليمتر فقط، مما يرفع من كفاءة التصميم ككل. وطبقة المعلومات القليلة السماكة هذه تجعلها أقل حساسية للانحراف من الأقراص المدمجة التي يبلغ سماكة طبقتها 1.2 مليمتر. وفي المقام الأول، نجد أن الأقراص الرقمية أقل تأثرا بأنواع معينة من الانحرافات والاعوجاجات لأسباب أخرى عديدة.

 

صيغة واحدة للكل

في بداية عام 1995 كان من المستبعد ظهور طريقة واحدة للجيل الثاني للأقراص المدمجة في المستقبل القريب. وقد قام فريقان من شركة المنتجات الإلكترونية لاستخدام المستهلك، كل على حدة، بوضع تصميم لتلك الطريقة. يتبع الفريق الأول الشركتين سوني وفيليبس إلكترونيكس معًا (المشتركتين في اختراع الأقراص المدمجة الأصلية)، أما الفريق الثاني فيتبع الشركات توشيبا وماتسوشيتا الكهربائية الصناعية وتايم وارنر مجتمعة. وقد اقترح الفريق الأول فكرة الأقراص المدمجة المتعددة الوسائط (MMCD) التي يمكنها أن تختزن 7.3 گيگابايت على قرص أحادي الوجه، وهي تشبه الأقراص المدمجة الموجودة حاليا في الأسواق. أما الفريق الثاني فقد كانت له خطط مبتكرة وجذرية لصيغة جديدة تماما، أطلق عليها الأقراص ذات الكثافة الفائقة superdensity SD، والتي يمكنها تخزين 5 گيگابايت على كل وجه من هذه الأقراص ذات الوجهين.

وقد نجحت الشركة توشيبا في الفوز بمساندة العديد من العاملين في صناعة السينما الذين استشعروا أن الأقراص ذات الكثافة الفائقة SD هي الصيغة الوحيدة التي من شأنها حمل أفلام سينمائية رقمية كاملة وبنفس جودة المدارج الصوتية التي تتمتع بها الأقراص المدمجة. ومن ناحية أخرى، فقد لقي الفريق الأول أيضا قبولاً لدى الكثير من أصحاب المصانع إذ اعتبروا أن الأقراص المدمجة المتعددة الوسائط امتداد متحفظ ومضمون للأقراص المدمجة الموجودة حاليًا والتي جربوها بأنفسهم واطمأنوا فعليًّا إلى نتائجها. ولكن أصحاب استديوهات الأفلام وشركات الحاسوب لم يحبذوا وجود نوعين غير متوافقين في الأسواق، لاسيما بعد التجربة الفاشلة التي مروا بها عند ظهور أشرطة VHSوBetamax  في مجال تسجيل الڤيديو، فهذا يبطئ انتشار كلتا الصيغتين إلى أن تسود إحداهما. وعندئذ يعاني المستهلك الذي أنفق أمواله على الصيغة غير السائدة إذا تحول المنتجون إلى الصيغة الأخرى.

دعت الشركتان سوني وفيليبس إلى تشكيل مجموعة من الخبراء المتخصصين في تخزين البيانات على الحاسوب بغرض مراجعة الصيغة المختارة، كما توسعت مهمتها لتشمل اقتراح الشركة توشيبا أيضا. وبصفتي رئيسا لهذه المجموعة فقد عايشت تلك الدراسات التي تجلت لنا نتائجها خلال الثمانية عشر شهرًا الماضية. وقد أوضحت هذه المجموعة، التي أطلقت على نفسها اسم المجموعة التقنية العاملة Technical Working Group TWG أهم توصياتها وأهدافها منذ البداية: ألا وهي التوصل إلى صيغة واحدة تكون بمثابة الأساس لعائلة كاملة متوافقة من الأقراص المصنعة للقراءة فقط والقابلة للتسجيل.

وفي الشهر 8/1995، تقبلت المجموعة التقنية العاملة كلتا الصيغتين لاستخدامهما في تطبيقات الحاسوب، ولكنها خلصت إلى أنه من غير المقبول عدم توحدهما. وقد بدا واضحًا أن بعض شركات الحاسوب كانت على استعداد لتفضيل صيغة على أخرى، وما إن مرت فترة وجيزة حتى بدأت المحادثات الجادة لمزج أفضل عناصر كل من التصميمين. وقد قبل مقدمو التصميم عرض الشركة IBM بالتحكيم بينهما فيما يخص الفروق الفنية، وفي 15/99 تم التوصل إلى صيغة واحدة، وقد استعار التصميم الموحد فكرة الغلاف الرقيق وكود تصحيح الأخطاء من اقتراح الشركتين توشيبا وتايم وارنر، في حين اقتبست فكرة كود تغيير الإشارة signal modulation code من تصميم الشركتين سوني وفيليبس.

وفي 8/12 تم الاتفاق على سائر التفاصيل الخاصة بالصيغة الموحدة، وتم إعلان ميلاد هذه الصيغة الجديدة للأقراص المصنعة للقراءة فقط، وأطلق عليها اسم الأقراص الرقمية المتعددة الاستعمالات DVD. ومنذ ذلك الحين واصلت المجموعة التقنية العاملة أعمالها مع الشركات المتآلفة للأقراص Alliance companiesDVD  مركزة جهودها على المقومات التقنية للأقراص DVD القابلة للمحو والتسجيل، والتي تستخدم الذاكرة استخدامًا عشوائيًّا DVD-RAM، وتلك التي يسجل عليها مرة واحدة فقطDVD-R. وتقوم حاليًا المجموعة التقنية العاملة بتشجيع الشركات المتخصصة في الأقراصDVD على التوصل إلى أعلى مستوى توافق  بين وسائط الأقراص الرقمية المتعددة الاستعمالات المصنعة للقراءة فقط من الذاكرة وتلك التي تستخدم الذاكرة استخدامًا عشوائيًّا وتلك القابلة للتسجيل، وبين منتجاتها، وحتى عبر تطبيقات مختلفة البيئة، بما في ذلك الحواسيب الشخصية ومنظومات الترفيه.

 

فعلى سبيل المثال، إن التغيرات المفاجئة في درجات الحرارة والرطوبة من شأنها أن تسبب انكماشًا أو انتفاخًا في الطبقة البلاستيكية للمعلومات في الأقراص DVD، إلاّ أن التغيرات التي تحدث في طبقة معينة من هذه الأقراص تنحو إلى إبطال مفعول تلك التي أثرت في الطبقة الأخرى، مما يقلل التأثير العام للعوامل البيئية ويخفض من الانحراف الناتج إلى الحد الأدنى، ويرجع ذلك إلى البناء المتناظر symmetrical المتبع في تصميم الأقراص DVD.

 

ونظرًا لأنه سبق للمستهلكين أن وظّفوا مبالغ لا بأس بها في شراء مجموعات من الأقراص المدمجة الصوتية والأقراص CD-ROM، فقد روعي أول ما روعي عند التصميم أن تتمكن أجهزة تشغيل الأقراص DVD من قراءة ما سبقها من الأقراص المدمجة الموجودة حاليًا في الأسواق، إضافة إلى الأنواع الجديدة من الأقراص. ومن أجل تحقيق هذه الإمكانات في أجهزة تشغيل الأقراص DVD، لابد من توافر خواص ضوئية مُميِّزة للتصميم. وأبسط التصميمات التي تحقق ذلك هو تركيب عدستين في الرأس الضوئي optical head الواحد، إحداهما مخصصة لقراءة الأقراص التي تصل سماكة طبقة المعلومات فيها إلى 1.22 مليمتر، والأخرى لقراءة تلك التي تصل سماكة غلافها إلى 0.6 مليمتر ـ ثم يتم التبديل بينهما ميكانيكيًّا حسب الحاجة.

 

وقد ظهر حل آخر أظرف ألا وهو استخدام جزء ضوئي مقولب واحد singlemolded optic في مركزه عنصر هولوغرافي holographic. وهكذا لا يؤثر هذا العنصر في الضوء المار من خلال الحلقة الخارجية للعدسة، ويتمركز في بقعة مضيئة صغيرة جدًّا على السطح تكفي لقراءة القرص DVD، ويُركِّز كل من العدسة والعنصر الهولوغرافي نحو ثلث شعاع القراءة الواقع على الجزء المركزي لتحديد موقع مناسب من أجل قراءة النقرات على الأقراص المدمجة الأسمك.

 

بتات أكثر

إضافة إلى أن الأقراص DVD تحتوي على نقرات أكثر من تلك الموجودة في الأقراص المدمجة، فإنها أيضًا تختزن كمية أكبر من المعلومات، ويرجع الفضل في هذا إلى التحسينات التي طرأت على سمتين من سمات صيغة كفاءة التكويدformat coding efficiency. وبغض النظر عن طبيعة شكل المعلومات المراد تخزينها (بيانات، نصوص، صور، سمعيات أو مرئيات)، فلابد من حماية الأصفار والواحدات الرقمية التي تمثل مباشرةً المحتوى، وتسمى بتات المستخدم userbits، من الأخطاء التي تظهر أثناء عملية التشغيل. وتتسبب عدة عوامل في ظهور مثل هذه الأخطاء، منها على سبيل المثال الأتربة والخدوش والتآكل. وثمة تقنيات لتصحيح الأخطاء وللتحكم (ECC) من شأنها أن تقلل من مثل تلك المشكلات وذلك عن طريق خوارزميات خاصة تقوم بحساب بتات البيانات الإضافية وتخزينها مع البيانات الأصلية. وهذه البتات الإضافية الضرورية تقلل من النسبة الكلية لسعة التخزين الفعلي على القرص.

 

ومع ذلك لا نستطيع تجاهل فاعلية تقنيات تصحيح الأخطاء والتحكم errorcorrection and control techniques  ECC المتوافرة على الأقراص DVD. فبإمكانها مثلاً تصحيح خطأ فادح يبلغ طوله 2000 بايت byte ويقابل 44 مليمترات طولاً على مسار التخزين على القرص. وتحتل البيانات الخاصة بتقنيات تصحيح الأخطاء والتحكم نحو 13% من سعة الأقراص DVD، في حين تحتل البيانات نفسها الثلث الكامل للسعة الكلية للأقراص المدمجة. وقد طرأت تحسينات كثيرة على كفاءة تلك التقنيات عند تطبيقها على الأقراص الرقمية من دون المساس بإمكانات تصحيح الأخطاء، وذلك نتيجة للقدرة الحسابية العالية للشيبات chipsالسيليكونية الحديثة. وهذه القدرة لم تكن متوافرة بعد عند تصميم الأقراص المدمجة.

 

http://oloommagazine.com/images/Articles/13/SCI97b13N8-9_H01_007168.jpg

ارتفعت مبيعات أجهزة تشغيل الأقراص المدمجة ارتفاعا منتظما منذ عام 1982 عندما طرحت في الأسواق لأول مرة. ويبين هذا الرسم البياني مبيعات أجهزة تشغيل الأقراص المدمجة في جميع أنحاء العالم خلال الأربعة عشر عامًا الماضية.

 

وأثناء التسجيل، يتم تحويل المجموعة المؤتلفة من بيانات المستخدم user’sdata وبيانات تقنيات تصحيح الأخطاء والتحكم إلى ما يسمى ببتات التغيير الصوتي للكود modulation code bits، وهي بمثابة التيارات الفعلية للبتات الثنائية الممثلة في النقرات الموجودة على سطح القرص. وتعتبر هذه الخطوة ضرورية من أجل التحكم في مدى حجم النقرات المطلوبة لتمثيل البيانات، وهو ـ أي التحكم ـ مظهر مهم لضمان فاعلية الكشف على البيانات وتعقبها في المسارات أثناء التشغيل. وتحوِّل طريقة التكويد الخاصة بالأقراص المدمجة 8 من بتات المستخدم إلى 17 بتة من بتات التغيير الصوتي للكود. أما الأقراص DVD، فإنها تستخدم طريقة محسنة تحول 8 من بتات المستخدم إلى 16 بتة للتغيير الصوتي فقط، وفي الوقت نفسه فهي تحتفظ بالمميزات الكامنة في الطريقة الأصلية التي تستخدمها الأقراص المدمجة. وبما أن الأقراص DVD تستخدم عددا أقل من بتات التغيير الصوتي للكود من أجل تمثيل بتات البيانات للمستخدم، فيمكنها بالتالي أن تحتفظ بكمية أكبر منها في المرة الواحدة. وتؤدي تلك الخاصية إلى رفع كفاءتها إلى 6% أكثر من كفاءة صيغة الأقراص المدمجة.

 

مقارنة بين الأقراص الرقمية (الأقراص DVD) والأقراص المدمجة

السمة التصميم الجديد التصميم القديم
قطر القرص 120 مليمترًا 120 مليمترًا
بناء القرص طبقتان تبلغ سماكة كل منهما 0.6 مليتمر طبقة واحدة يبلغ سمكنها 1.2 مليمتر
أقل طول للنقرة 0.4 ميكرون 0.83 ميكرون
طول موجة الليزر 635 إلى 650 نانومترا 780 نانومترا
السعة طبقتان على كل وجه من وجهي القرص: المجموع 9.4 كيكابايت للسعة الكلية طبقتان كلتاهما على وجه واحد: 8.5 كيكابايت للسعة الكليبة أربع طبقات، اثنتان على ك لوجه من وجهي القرص: 17 كيكابايت في المجموع. طبقة واحدة على وجه واحد من الرص: 0.68 كيكابايت للسعة الكلية
فتحة الثقب العددية 0.6 0.45
كثافة المسارات 000 34 مسار في البوصة (الإنش) 000 16 مسار في البوصة الواحدة
كثافة البتات 000 96 بتة في البوصة الواحدة 000 43 بتة في البوصة الواحدة
مدل البيانات 11 ميكابتة في الثانية الواحدة من 1.2 إلى 4.8 ميكابتة في الثانية الواحدة
كثافة البيانات 3.28 كيكابتة في البوصة المربعة 0.68 كيكابتة في البوصة المربعة

 

إمكانيات أكثر

إن التصميم الجديد للأقراص DVD يسمح للمستهلك ولأول مرة بأن يشتري أفلامًا سينمائية بأكملها وأن يشاهدها كاملة وأن يسمعها من خلال مدارج صوتية تماثل تلك الخاصة بصالات العرض، وهي من الجودة بحيث يصعب تمييزها عن الأشرطة الرقمية الأصلية التي نُقِلَت منها. ومما لا شك فيه أن هذه الإمكانات الهائلة ستثير قضايا عديدة خاصة بحماية حقوق النسخ في المجال الرقمي ـ وهذا موضوع تجري مناقشته حاليا. وفي الواقع فإن مصممي الأقراصDVD وضعوا في اعتبارهم أن يكون عرض الأفلام السينمائية من استخداماتها الأساسية، فجعلوها على هذه الدرجة من السعة والكفاءة التي هي عليها الآن.

 

وعلى الرغم من السعة الهائلة لكل من سطحي الأقراص DVD (وهي تصل إلى 4.7 گيگابايت لكل طبقة)، فإنه يتحتم على مستخدمها أن يخزن الأفلام السينمائية الرقمية بطريقة مضغوطة حتى يستوعبها القرص تمامًا. وتُستخدم في ذلك طريقة المعدل المتغير لانضغاط البيانات MPEG2 المعيارية. وبهذه الطريقة يمكن توفير معدلات متغيرة لضغط البيانات تتلاءم بشكل أمثل مع درجة تعقيد الصورة اللحظية للمشهد ككل: فالصور التي تبدو للمشاهدين أبطأ أو أسرع من المعتاد تكون أصعب في ضغطها ـ وبالتالي فهي تحتاج إلى عدد أكبر من البتات * من غيرها من الأجزاء الأقل تعقيدا على الفيلم. ونتيجة لذلك، فإن معدل بيانات الحزمة stream  المضغوطة يتغير أثناء التشغيل. ويؤدي هذا التغير في المعدل المضغوط للبيانات إلى الحصول على أحسن صورة ممكنة حتى ولو تحددت السعة الكلية. وثمة سمة أخرى مثيرة للاهتمام هي إتاحة الاختيار لمستخدم القرص DVD بين تشغيل الفيلم المسجل عليه بالنسبة الباعية(2) المعيارية للتلفزيون (4 إلى 3) وهي تمثل نسبة عرض الصورة إلى طولها أو بالنسبة الباعية لشاشات دور السينما (وهي 16 إلى 9).

 

ومما لاشك فيه أن التحسينات الرقمية ستؤثر إيجابيًّا في جودة الصوت للأفلام المخزنة على الأقراص DVD، وكما يعلم أي مشاهد لفيلمَيْ «الحديقة الجوراسية» و «أبولّو 13» في أحدث دور العرض، فإن الجودة العالية وتعدد القنوات الصوتية يزيدان من الاستمتاع بالأفلام إلى درجة كبيرة. إن صيغة الأفلام السينمائية المخزنة على الأقراص DVD تتطلب إما طريقة مختبرات دولپيAC-3 Dolby متعددة القنوات (5.1) المضغوطة الصوت compressed audio أو طريقة تغيير تكويد التردد الصوتي pulse-code modulation  PCM التي تتبع نظام التكويد الصوتي، مع الاستعانة الاختيارية بالنظام MPEG الصوتي. ويستخدم نظام دولپي معدل بتات مضغوطة الصوت compressed audio-bit rate يصل إلى  448000 بتة في الثانية الواحدة وذلك لإيجاد خمس قنوات صوتية مستقلة لها جودةُ الأقراص المدمجة نفسُها، وإيجاد قناة سادسة مخصصة للتأثيرات الصوتية ذات التردد المنخفض. (ويفسر هذا التحليل المفصل سبب تسمية هذا النظام بـ 5.1). وحتى الآن لم تتحدد تمامًا المواصفات الخاصة بالأقراص DVD الصوتية المحضة ـ التي ستخلف الأقراص المدمجة الصوتية ـ منتظرة في ذلك البيانات اللازمة التي تقدمها صناعة تسجيل الموسيقى وغيرها من الجهات المستقلة مثل الجمعية الهندسية للصوتيات Audio Engineering Society.

 

إن السعة الكبيرة للأقراص DVD يمكنها أن تجعل الألعاب الڤيديوية والمنتجات الترفيهية والمراجع التعليمية أكثر تشويقا من دون أن تكون أسعارها أعلى من أسعار الأقراص المدمجة الحالية، وتتوقع شركات المنتجات المتعددة الوسائط أن تزداد السعة الحالية للأقراص المدمجة زيادة كبيرة. فبدلا من قضاء الوقت وبذل الجهد لتقليل محتوى منتجاتها إلى 680 ميگابايت، ستتمكن هذه الشركات من إنتاج الأقراص الثنائية الطبقات التي تصل سعتها إلى 5.8 گيگابايت، وكذلك الأقراص DVD الرباعية الطبقات التي تصل سعتها إلى  17  گيگابايت.

 

أمامنا مزيد من التقدم

من المنتظر أن تظهر في عام 1998 نسخة من الأقراص DVD يمكنها القراءة والكتابة معًا، وتبشر الأقراص DVD التي يُكتب عليها مرة واحدة DVD-R وتلك القابلة للمحو erasable DVD-RAM بأنها ستكون أقدر وأكثر فائدة من الأقراص المدمجة بالصيغتين CD-R و CD-E (القابلة للمحو). وقد اعتمدت نظم التسجيل الضوئي حتى الآن على التقانة المغنطيسية الضوئية magneto-optic technologyبصورة كبيرة، إلاّ أن الأقراص DVD-RAM التي تستخدم الذاكرة استخدامًا عشوائيًّا تستعمل المواد المتغيرة الطور phase-change كوسيط للتسجيل. وفي تلك الطريقة يترسب غشاء رقيق من الحبيبات البولي-بلورية (المتعددة البلورية)poly-crystalline المتناهية الدقة على الطبقة المخصصة لاستخدام الذاكرة استخدامًا عشوائيًّا. وعند تخزين كل بتة، ينصهر جزء صغير جدًّا من الغشاء يعادل جزءًا من الميكرون بفعل نبضة من أشعة الليزر تتميز بالقوة الشديدة والسرعة الفائقة. ولا يحتمل أن يتبلور هذا الجزء المنصهر مرة أخرى، إذ إن هذه البقعة المتناهية الصغر تبرد بسرعة فائقة، ولكنها تظل متجمدة وتتخذ شكلاً غير منتظم فتنعكس كمية من الضوء أقل مما تعكسه مرحلة البلورات. وهذا الفرق في انعكاس الضوء يعني أن شعاع قراءة ذا شدة منخفضة ـ واحد لا يعيد إذابة أي مادة ـ يمكنه فك كود decode البيانات المخزنة.

 

وقد توصلت دراسات مكثفة إلى تحديد مواد ذات حساسية كافية لتسجيل البيانات، وطورت إلى أفضل ما يكون، وهي مستقرة إلى درجة تكفي لحفظ البيانات، ويمكنها في الوقت نفسه تَحمُّل مئات الآلاف من دورات التسجيل وإعادة التسجيل. كما يكشف التسجيل المتغير الطور phase-changing recordingالنقاب عن العديد من النقاط المثيرة للاهتمام. وبما أن استرجاع المعلومات يعتمد فقط وببساطة على شدة الضوء المنعكس عن سطح القرص، يمكن استخدام الرؤوس الضوئية نفسها المستخدمة في أجهزة تشغيل الأقراص DVD المتعددة الاستعمالات والمصنَّعة للقراءة فقط من الذاكرة. وبالمقابل، فإن استرجاع البيانات بالطريقة المغنطيسية الضوئية يتطلب عناصر فريدة من نوعها بإمكانها استشعار أي تغير طفيف في استقطاب polarization شعاع القراءة المنعكس. وبالتالي فقد لا نجد اختلافًا يذكر بين سعر تكلفة أجهزة تشغيل الأقراص الرقمية المصنَّعة لاستخدام الذاكرة استخدامًا عشوائيًا والمبنية على أساس الوسائط المتغيرة المراحل وبين ما يناظرها من أجهزة تشغيل الأقراص الرقمية المصنعة للقراءة فقط. والأكثر من هذا، يمكن استخدام أجهزة تشغيل الأقراص الرقمية المصنعة للقراءة فقط من الذاكرة لقراءة الأقراص الرقمية التي تستخدم الذاكرة استخدامًا عشوائيًا ـ شريطة أن يؤخذ في الاعتبار جميع التفاصيل الأخرى الخاصة بصيغة الأقراص عند التصميم بحيث يتحقق التوافق بين النوعين.

 

وتتوافر حاليًا مجموعة كبيرة متنوعة من أدوات تخزين البيانات القابلة لإعادة التسجيل لدرجة تجعل الأمر يختلط علينا، فتجد الأقراص المرنة ذات السعة المنخفضة وتلك ذات السعة العالية، وخرطوشات الأقراص الصلبة القابلة للنقل removable hard-disk cartridges، والوسائط المغنطيسية الضوئية والاختيارات المنوعة للفائف cartridge الأشرطة المغنطيسية. ومن غير المنتظر أن تحل أجهزة تشغيل الأقراص الرقمية القابلة لإعادة التسجيل وتلك التي تستخدم الذاكرة استخدامًا عشوائيًا محل الأقراص الصلبة المغنطيسية الواسعة الانتشار ذات الكفاءة العالية، إلا أنها بلاشك لديها القدرة على أن تقدم حلاً موحدًا للتطبيقات المتنوعة التي تتطلب وسائط قابلة للنقل وقابلة للقراءة والكتابة معا. ومن المتوقع أن يتراوح سعر وسائط الأقراص الرقمية القابلة للتسجيل ما بين 0.2 سنت و 0.5 سنت لكل ميگابايت ـ ويعد هذا سعرًا منخفضًا لدرجة ترضي أكثر المتلهفين إلى نقل ملفات الإنترنت وأعظمهم طموحًا. إن أجهزة تشغيل الأقراصDVD  القابلة للتسجيل يمكنها أن توفر لمستخدميها سعة عالية وكفاءة استخدام عشوائي جيدة وسعر تكلفة منخفضا، إضافة إلى درجة توافق عالية مع الأقراص الرقمية المصنعة للقراءة فقط من الذاكرة، والتي من المتوقع أن تكون الصيغة الأكثر انتشارًا في توزيع المعلومات. إن جهازًا واحدًا لتشغيل الأقراص الرقمية التي تستخدم الذاكرة استخدامًا عشوائيًا يمكنه في هذه الحالة احتواء العديد من تطبيقات نظام الحاسوب الشخصي الحالية والمستقبلية على حد سواء، بما في ذلك الناشر المكتبي والتأليف للوسائط المتعددة وتوزيع المحتويات ونقل البيانات وحفظها وحفظ النسخ الاحتياطية منها.

 

في الواقع، إن مَنْ توصل إلى صيغة الأقراص DVD قد فعل ذلك وفي ذهنه إمكانية التوسع. فعلى سبيل المثال، إن التوصل إلى أشعة ليزر مأمونة طول موجتها أقصر تبعث ضوءًا أزرق أو أخضر اللون قد يكون من شأنه مضاعفة كثافة البيانات مرة أخرى [انظر: «تقانة الأقراص المدمجة الليزرية الزرقاء»، في هذا العدد]. ويمكننا أن نتصور تطبيقات مشتقة من التقانة الأساسية للأقراصDVD يمكنها أن تسجل 50 گيگابايت على الأقل على قرص لا تتعدى سماكته  1.2 مليمتر ـ ويكافئ ذلك تسجيل مكتبة صغيرة على قرص واحد فقط.

 

ويقوم عدد من الخبراء حاليًا باستكمال المواصفات الكلية لعائلة موحدة لصيغة الأقراص DVD، ويتحتم عليهم أن يحددوا اختيارات فنية توفر للتطبيقات المستقبلية معظم الأساسيات الوظيفية التي تحتاج إليها، بما في ذلك العديد من التصورات التي لم تتبلور بعد في الأذهان. ومن المنتظر في السنوات القادمة أن تتطور التطبيقات المبنية على أساس التصميم الجديد للأقراص المدمجة وتنمو بصورة مذهلة لا يمكن التنبؤ بها، وذلك مثلما تطور التلفزيون بسرعة مذهلة في السنوات الماضية، وصار يمثل لنا أكثر بكثير من مجرد كونه مذياعًا يعرض صورًا.

 

 المؤلف

Alan E. Bell

بدأ حياته العملية في عام 1974 لدى الشركة RCA حيث اخترع عدة تصميمات حيوية تستخدم حاليا في منتجات التسجيل الضوئية. ثم التحق بالشركة IBM عام 1982 وتقلد فيها العديد من المناصب . وفي عام 1995 تولى رئاسة المجموعة التقنية العاملة، وهي فريق من ممثلي شركات حاسوب ساعدت على توحيد الصيغ المتنافسة في صيغة واحدة للأقراص DVD التي تم تبنيها للجيل القادم لمنتجات الأقراص المدمجة. وقد حصل بِل على الدكتوراه في الفيزياء من إمبريال كولج بجامعة لندن.

 

مراجع للاستزادة 

THE COMPACT DISC HANDBOOK. Ken C. Pohlmann. The Computer Music and Digital Audio Series, Vol. 5. A-R Editions, Madison, Wisc., 1992.

A list of frequently asked questions about digital versatile discs is available athttp://www.ima.org/forums/imf/dvd/faq.html

Scientific American, July 1996

 

(1) Compatible Digital Versatile Disc  DVD

(2) aspect ratio: أي النسبة بين بعد وآخر، كالنسبة بين عرض الصورة التلفزيونية وطولها.

تسوق لمجلتك المفضلة بأمان

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

For security, use of Google's reCAPTCHA service is required which is subject to the Google Privacy Policy and Terms of Use.

I agree to these terms.

شاهد أيضاً
إغلاق
زر الذهاب إلى الأعلى