Como Funciona o DVD - I (ART1407)

O mundo eletrônico está se tornando digital. Uma quantidade crescente de equipamentos, principalmente os relacionados com as telecomunicações está adotando esta tecnologia pelas evidentes que ela apresenta. No caso específico da gravação e reprodução de imagens, esta tecnologia está representada pelo DVD. Já subsituindo as velhas fitas de vídeo, os DVDs vão se tornar em pouco tempo a única mídia disponível para gravação e reprodução de imagem. Veja nesta série de artigos como funciona esta tecnologia e os equipamentos utilizados na reprodução e gravação de DVDs.

O processamento direto de sinais na forma analógica tem sérias limitações.

Podemos citar o caso dos sons onde distorções, degradação da qualidade e até mesmo sua perda pode ocorrer num tempo não muito longo quando usamos meios magnéticos de registro.

No entanto, se transformarmos a informação analógica em informação digital podemos ter inúmeras vantagens nisso.

No caso dos sons, por exemplo, podemos eliminar distorções e ruídos.

Além disso, podemos armazenar muito maior quantidade de informações (maior tempo de gravação) em menor espaço físico.

Para a gravação e reprodução dos sons na forma digital foram então criados os CDs (Compact Discs) que, graças ao processamento digital dos sinais podem fornecer uma qualidade de reprodução infinitamente melhor do que os discos e mesmo as fitas magnéticas.

Os sons gravados digitalmente num CD têm ainda a vantagem de não se degradarem com o tempo.

Discos de vinil se desgastam com o tempo devido ao atrito da agulha.

As fitas cassetes, por outro lado, perdem a magnetização com o tempo e os sons gravados tendem a perder a qualidade e apresentar distorções.

Podemos dizer que o tempo médio de duração de uma fita cassete comum está em torno de 5 anos.

A gravação digital na forma óptica num CD é eterna, mas na pratica, levando-se em conta o manuseio está limitada a uns 100 anos!

No caso da digitalização de imagens ob temos as mesmas vantagens.

Poderemos ter uma reprodução muito mais pura com fidelidade maior e sem “ruídos” que num videocassete, por exemplo, são traduzidos por riscos na imagem (chuviscos) e outros.

Além disso, as imagens vão precisar de um espaço menor para serem armazenadas através de um processo de “compressão” que será analisado oportunamente.

No entanto, para gravar imagens num CD a quantidade de informações é muito maior do que a que existe num canal de som.

Por este motivo, ao se pensar nessa possibilidade foi percebido que a capacidade dos CDs comuns então existentes usados em computadores e som não comportariam mais do que alguns minutos de um sinal de áudio e vídeo conjugados.

Uma primeira solução adotada foi a dada pelo Video Disco, que era um “CD” grande, conforme mostra onde era possível gravar algumas horas de programa.

Com o tempo esta tecnologia foi melhorada tecnologia com a redução do tamanho do disco ao tamanho de um CD comum dando origem ao DVD ou Digital Video Disc.

Como Nasceu o DVD

Alterando-se algumas das características do CD comum de dados e som, foi possível desenvolver uma nova mídia capaz de registrar imagens e também uma grande quantidade de dados.

Dos 650 Megabytes de informações que podem ser gravados num CD comum, foi possível gravar 17 Gigabytes no DVD o que corresponde a mais de duas horas de filme.

Observando visualmente um CD e um DVD não notamos diferenças.

No entanto, examinando com um microscópio os dois meios de armazenamento de informações já podemos ter uma surpresa, conforme mostra a figura 12.

 

Os “bits” de informação são gravados no DVD em pequenos ressaltos que são muito menores do que os usados para gravar os sinais num CD comum.

Mas, existem outras diferenças básicas que devem consideradas:

1. Capacidade de armazenamento - o CD comum armazena até 650 megabytes de informações e um DVD armazena até 17 Gigabytes (aproximadamente 26 vezes mais).

2. A leitura das informações gravadas é feita por meio de um LASER semicondutor. Como o registro de informações no DVD são muito menores do que no CD é preciso usar um LASER que opere com luz de menor comprimento de onda. No CD é usado o infravermelho de 780 um e no DVD vermelho visível de 635 ou 650 um.

3. A lente usada para focalizar o ponto que o LASER ilumina no DVD deve ter uma tecnologia mais precisa do que a usada no CD.

4. As informações são gravadas em ressaltos na superfície do disco. O tamanho destes "ressaltos", como são chamados é diferente no caso dos DVDs e dos CDs conforme mostra a figura 2.

Figura 2- Os pontos de gravação no DVD têm dimensões menores do que no CD, obtendo-se uma maior densidade de dados.

5. Como os dados que devem ser lidos num DVD estão numa faixa de freqüências muito mais ampla do que no caso dos CDs, o sistema de modulação usado nos dois casos é diferente.

6. Existe um sistema de detecção de erros no DVD muito mais sofisticado do que no caso do CD. O processamento das imagens é muito mais crítico. Um erro na leitura tem consequências muito graves para a imagem do que para o som.

7. A área útil usada para o armazenamento de dados é maior no DVD. Deve-se aproveitar ao máximo todo o espaço disponível, pois para as imagens é preciso ter uma grande quantidade de informações.

Na tabela dada a seguir temos as diferenças básicas entre as duas mídias:

É importante lembrar que uma tendência cada vez maior é a de se interligar equipamentos que tenham funções comuns.

Isso significa que um computador poderá sintonizar programas de TV, os televisores devem podem ser capazes de acessar a Internet e evidentemente os dois reproduzem imagens de um DVD.

Também significa que quando falamos de DVD estamos nos referindo tanto aos aparelhos que podem reproduzir este tipo de disco num computador como os que são usados para reproduzir as imagens em televisores comuns.

ESPECIFICAÇÕES TECNICAS DO DVD

Equipamentos eletrônicos modernos como o DVD não são lançados no mercado sem antes que seus fabricantes se reúnam no sentido de estabelecer algumas características técnicas comuns.

Trata-se de algo importante para se garantir o que é denominado "interconectividade", ou seja, a capacidade de diversos produtos, de diferentes fabricantes, poderem ser interligados sem problemas de funcionamento.

Para isso algumas especificações foram adotadas com a finalidade de serem adotadas em todos os DVDs independentemente do fabricante.

Aproveitou-se a possibilidade de se convencionar estas características para a a adoção de medidas de proteção.

Ao se lançar o equipamento, uma idéia proposta principalmente pelos estúdios produtores de filmes, foi a de que os DVDs que fossem vendidos para serem usados em uma certa região do mundo não pudessem ser usados em outras.

O que se pretendia neste caso era possibilitar que um produtor lançasse um filme numa determinada época num país ou continente, e somente depois em outro.

Se o outro país tivesse acesso ao DVD antes do tempo desejado isso poderia causar prejuízos ao estúdio, “furando” o lançamento.

Para isso os DVDs foram programados de modo a rodar apenas em aparelhos correspondentes a determinadas regiões conforme distribuição de zonas mostrada na seguinte tabela.

O registro de dados que permitem a leitura das regiões é feito segundo as normas ISO 9660.

Também foi acrescentada ao formato a especificação M-UDF (Micro Universal Disk Format Specification ou Especificação de Formatação de Disco Micro Universal) que é um subconjunto de normas UDF baseada na norma ISO 13346.

O vídeo do DVD

Existem dois tipos de reprodutores de DVD: o que é usado em conjunto com um televisor comum e que, portanto, fornece sinais de vídeo no padrão deste monitor e o que é usado com um computador reproduzindo um filme ou as informações na tela do monitor.

É comum chamar este tipo de DVD que é embutido no PC e que também reproduz CDs de jogos, música e programas de PC-DVD.

Devemos ainda considerar que existem 16 parâmetros que definem o modo como imagens (filme ou outro tipo de documento visual) é gravado num DVD.

Por eles, é possível selecionar, antes de se começar um filme, o idioma, tipo de legendas, eventual informações sobre a idade do espectador cortando-se determinadas cenas automaticamente, imagens paradas, etc.

Para que tudo isso seja possível, o DVD admite diversos tipos de formatos para a imagem e diversas freqüências para varredura.

Na verdade as frequências do DVD não são fixas mas flutuam dependendo do que está sendo reproduzido num determinado momento.

Assim, para as imagens temos 2 formatos: vídeo e cinema.

No formato vídeo de TV temos uma relação de dimensões de 3:4 que é a encontrada nos televisores analógicos comuns de hoje, conforme mostra a figura 3.

 

No formato cinema, a relação entre largura e altura é de 16:9, conforme mostra a mesma figura 3.

No entanto, dependendo do tipo de gravação estes formatos podem ainda ser um pouco diferentes.

Temos então o formato denominado D1, que é o mais usado, tem uma relação de pixéis (pontos de imagem) de 720:480 para a imagem analógica, mas deve ser considerado que no período de “overscan” (período em que o feixe de elétrons incide fora dos limites da tela) quando ocorre uma perda de até 20% dos pontos de imagem.

No formato 16:9, entretanto, este overscan não existe e todos os pixeis são aproveitados, conforme sugere as duas imagens de um mesmo programa nos dois formatos mostradas na figura 4.

 

Devemos ainda considerar que os próprios pixéis têm formatos diferentes quando as duas modalidades de reprodução são utilizadas.

Isso significa que no formato "video de TV" os pixéis são estreitos e altos enquanto que no formato "cinema" os pixéis são largos e baixos.

Outro fator técnico a ser considerado é que as freqüências de varredura vertical mudam conforme a origem do DVD e modo como é feita a sua gravação.

É claro que o usuário do aparelho não precisa se preocupar com isso pois o ajuste do aparelho para a reprodução correta é feito de forma automática.

Os seguintes valores comuns de campos ou quadros por segundo são adotados: 23,976 , 24,000 , 25,000 , 29,97 , 50,0 e 59,94 Hz.

Para a exploração da imagem também temos duas modalidades.

Ela pode ser progressiva ou entrelaçada como no caso dos monitores de vídeo e TV comuns.

Uma característica técnica relevante no princípio de funcionamento do DVD é que na reprodução podem haver alterações das frequências usadas.

Assim, o uso das frequências mais altas é necessário nos casos em temos movimentos ou transições rápidas numa cena e as frequências mais baixas são usadas na reprodução das cenas estacionárias, lentas ou que apresentem poucas modificações.

Veja que isso é bem diferente da televisão analógica comum em onde se emprega uma banda fixa de frequências para a transmissão da imagem.

As imagens de um DVD são comprimidas segundo uma técnica que permite reduzir o espaço necessário para sua gravação eliminando redundâncias, ou seja, a repetição de partes de uma cena que não se modifica de um quadro para outro.

Veja que mesmo sendo o sistema de gravação e reprodução digital, o elo final da reprodução que ocorre quando o sinal é aplicado num cinescópio de TV é analógico.

Nossos sensores (olhos e ouvidos) são analógicos.

Para que possamos ver imagens e ouvir sons é preciso que eles sejam reproduzidos na forma analógica.

Apenas o processamento dos sinais que ocorre nos aparelhos como CDs de música e DVDs é que é digital, a reprodução final ainda precisa estar na forma tradicional analógica!

Cinescópios, fones e alto-falantes são transdutores que trabalham com sinais analógicos!

Áudio

O áudio gravado no DVD depende do padrão de vídeo empregado nas regiões em que o equipamento vai ser usado.

De acordo com os padrões PAL, NTSC e SECAM temos três modalidades básicas de gravação para os sinais de áudio.

No NTSC temos um sistema de 6 canais Dolby Surround AC-3.

São utilizados 5 canais de cobertura completa denominados direito frontal, esquerdo frontal, central, direito posterior, e esquerdo posterior e o canal adicional que é um subwoorfer de 3 a 7 000 Hz.

Os demais canais cobrem de 3 a 20 000 Hz, conforme mostra a figura 5.

 

Para o PAL e SECAM o sistema de áudio usado é o MPEG-1 ou MPEG-2 com 8 canais na versão 7.1.

Para estes temos o extremo direito, direito, central, esquerdo, extremo esquerdo, direito posterior e esquerdo posterior.

Estes canais cobrem de 3 a 20 000 Hz existindo um oitavo canal que é um subwoofer de 3 a 120 Hz.

Lembramos que Subwoofers são canais de sons muito graves reproduzidos por alto-falantes pesados de alta potência.

Estes alto-falantes têm por finalidade dar a "vibração" do ambiente em sons fortes como o de desabamentos, terremotos, tiros de canhão, etc.

É bom salientar não é obrigatório que todos os sinais destes sistemas estejam presentes numa gravação.

Em todos os sistemas a frequência de amostragem é de 48 kHz e as palavras são de 20 bits.

Existem ainda algumas características obrigatórias e opcionais como:

Obrigatório:

NTSC

Devem existir saídas para 2 canais estéreo e 2 canais PCM lineares e para AC-3 de dois canais.

PAL e SECAM

A saída estéreo é de 2 canais PCM lineares e para MPEG compatível com MPEG-1

Opcional:

NTSC

Devem existir saídas para qualquer um dos seguintes padrões: AC-3 (1 a 5 canais); MPEG (1 a 7 canais); DTS (1 a 5 canais) ; SDDS (1 a 7 canais)

PAL e SECAM

Devem existir saídas para qualquer um dos seguintes padrões: AC-3 (1 a 5 canais) ; MPEG (1 a 7 canais), DTS (1 a 5 canais) e SDDS (1 a 7 canais).

Veja que a ideia da TV digital e o DVD está atrelada ao conceito de “Home Theater” ou “Cinema em Casa” em que são utilizados aparelhos capazes de reproduzir os filmes com a mesma perfeição com que os vemos no cinema.

Quem Faz DVD

As normas que regem todas as características e funcionamento dos equipamentos que gravam e reproduzem DVDs foram elaboradas pelas seguintes empresas:

Hitachi

JVC

Matsushita

Mitsubishi

Philips

Pioneer

Sony

Thomson

Time Warner

Toshiba

Além delas, outras que fabricam produtos de que de certa forma têm ligação com os DVDs também devem ser consideradas.

Da mesma forma que os CDs comuns que podem ser usados para diversas finalidades como por exemplo áudio, dados, etc, para o DVD também existem estas normas que são especificadas em "livros" que são designados pela seguinte tabela: