Các rãnh ghi và sector trên đĩa DVD

Các rãnh ghi và sector trên đĩa DVD

Các pit được rập vào một rãnh xoắn ốc đơn (cho mỗi lớp) có khoảng cách giữa các vòng là 0.74 micron, tương ứng với một mật động rãnh ghi 1.351 vòng cho mỗi millimet hoặc 34.324 cho mỗi inch. Điều này tương đương với tổng số 49.324 vòng và tổng chiều dài của rãnh ghi là 11.8km hoặc 7.35 dặm. Rãnh ghi gồm có các sector, với mỗi sector chứa 2.048 byte dữ liệu. Đĩa được chai thành bốn phần chính:

+ Vùng kẹp trung tâm (Hub clamping area) – Vùng kẹp trung tâm là một phần của đĩa nơi cơ cấu máy móc trung tâm trong ổ đĩa giữ chặt đĩa. Không có dữ liệu hay thông tin nào được lưu trữ trong vùng này.

+ Vùng dẫn nhập (Lead-in zone) – Vùng dẫn nhập chứa các vùng đệm, mã tham chiếu, chủ yếu là vùng dữ liệu với các thông tin về đĩa. Vùng dữ liệu điều khiển gồm 16 sector thông tin được lặp lại 192 lần cho tổng cộng 3.072 sector. Được chứa trong 16 sector (được lặp lại) là những thông tin về đĩa, bao gồm phạm trù chứa trong 16 sector (được lặp lại) là những thông tin về đĩa, kiến trúc đĩa, mật độ ghi, vị trí vùng dữ liệu. Toàn bộ vùng dẫn nhập chiếm tới 196.607 (2FFFh) sector trên đĩa. Không giống với CD, kiến trúc cơ bản của tất cả các sector trên một DVD là như nhau. Các sector vùng đệm trong vùng dẫn nhập có tất cả là 00h (zero hex) được ghi cho dữ liệu.

+ Vùng dữ liệu (Data Zone) – Vùng dữ liệu chứa video, âm thanh hoặc những dữ liệu khác trên đĩa và bắt đầu tại sector số 196.608 (30000h). Tổng số sector trong vùng dữ liệu có thể lên tới 2.292.897 cho mỗi lớp đối với loại đĩa một lớp.

+ Vùng dẫn xuất hay vùng giữa ( Lead-out hay middle zone) – Vùng dẫn xuất đánh dấu sự kết thúc của vùng dữ liệu. Các sector trong vùng dẫn xuất đều chứa zero (00h) cho dữ liệu. Vùng này được gọi là vùng giữa nếu đĩa là lớp kép và được ghi trong chế độ đường rãnh ngược (OPT: opposite track path), tại đây lớp thứ hai bắt đầu từ phía ngoài của đĩa và được đọc theo hướng ngược lại với lớp đầu.

Lỗ trung tâm trên DVD có đường kính là 15mm, vì vậy nó có bán kính là 7.5mm từ trung tâm của đĩa. Từ mép của lỗ trung tâm đến một điểm có bán kính 16.5mm là vùng kẹp trung tâm. Vùng dẫn nhập bắt đầu tại bán kính 22mm tính từ trung tâm của đĩa. Vùng dữ liệu bắt đầu tại bán kính 24mm tính từ trung tâm và tiếp theo là vùng dẫn xuất (hay vùng giữa) tại bán kính là 58mm. Rãnh đĩa chính thức kết thúc ở 58.5mm, tiếp theo là vùng trống 1.5mm tới mép đĩa. Hình 11.10 chỉ ra những vùng này theo quy mô tương đối thực tế khi chúng trên đĩa DVD.

Chính xác, rãnh xoắn ốc của một DVD tiêu chuẩn bắt đầu bằng vùng dẫn nhập và kết thúc bằng vùng dẫn xuất. Rãnh xoắn ốc đơn dài khoảng 11.84 kilometer hoặc 7.35 dặm. Một thực tế thú vị là trong một ổ đĩa CAV 20x, khi đọc các phần phía ngoài của rãnh, dữ liệu chuyển động với tốc độ thực tế là 156 dặm trên một giờ (215Km/h) qua thiết bị phát tia laser. Điều khá thú vị là thậm chí khi dữ liệu chuyển động tại tốc độ đó, thiết bị thu laser có thể đọc chính xác các bit ( các chuyển dịch pit/land) có khoảng cách rất nhỏ chỉ 0.4 micron hoặc 15.75 hàng triệu của một inch!

DVD gồm có phiên bản lớp đơn và lớp đôi cũng như là phiên bản mặt đơn và mặt kép. Đĩa mặt kép cơ bản cũng giống như hai đĩa mặt đơn dính hai mặt sau với nhau, nhưng vẫn có khác biệt nhỏ tồn tại giữa đĩa một lớp và đĩa hai lớp. Bảng 11.8 chỉ ra một số thông tin cơ bản về công nghệ DVD, gồm DVD một lớp và hai lớp. Phiên bản hai lớp (lớp kép) được ghi với các pit dài hơn một chút, do đó ít thông tin hơn một chut được lưu trữ trong mỗi lớp.

Như thông tin bạn có thể thấy trong Bảng 11.8, rãnh xoắn ốc được chia làm thành các sector được lưu trữ với tốc độ là 676 sector cho mỗi ngày. Mỗi sector chứa 2.048 byte dữ liệu.

Khi được ghi, các sector trước hết được định dạng các cấu trúc dữ liệu 2.064 byte: 2.048 byte là dữ liệu, 4 byte chứa thông tin ID, 2 byte thông tin mã dò lỗi ID (IED: ID Error detection), 6 byte thông tin bản quyền và 4 byte thông tin EDC có cấu trúc.

Các cấu trúc dữ liệu được thêm vào thông tin ECC để chuyển đổi chúng thành cấu trúc ECC. Mỗi cấu trúc ECC chứa 2.064 byte cấu trúc dữ liệu cộng với 182 byte khoảng ngoài chẵn lẻ (PO: parity outer) và 120 byte khoảng trong chẵn lẻ (PI: parity inner), cho tổng số 2.366 byte cho mỗi cấu trúc ECC.

Cuối cùng, các cấu trúc ECC được chuyển đổi thành các sector vật lý trên đĩa. Điều này được làm bằng cách lấy 91 byte tại thời điểm từ cấu trúc ECC và biến đổi chúng thành các bit được ghi qua 8 đến 16 sự điều biến. Đây là nơi mỗi byte (8 bit) được biến đổi chúng thành các bít được ghi qua 8 đến 16 sự điều biến. Đây là nơi mỗi byte (8 bit) được biến đổi thành giá trị 16 bit đặc biệt được chọn lọc từ một bảng. Những giá trị này được thiết kế sử dụng theo cơ chế RLL 2.10, cơ chế mà thông tin được mã hóa không bao giờ hoạt động thấp hơn 2 hay nhiều hơn 10 bit 0 trong một hàng. Sau khi mỗi nhóm 91 byte được biến đổi qua sự điều biến, 31 bit ( 4 bytes) thông tin đồng bộ được đưa vào. Sau khi toàn bộ cấu trúc ECC được biến đổi thành một sector vật lý 4.836 byte được lưu trữ. Bảng 11.9 chỉ ra các tính toán sector, cấu trúc và dữ liệu âm thanh.

Không giống đĩa CD, đĩa DVD không sử dụng các mã phụ và thay vào đó là sử dụng các byte ID trong mỗi cấu trúc dữ liệu để lưu trữ số sector và thông tin về các sector.

Sửa lỗi

Đĩa DVD sử dụng nhiều mã sửa lỗi có hiệu quả hơn những mã đã được sử dụng ban đầu cho đĩa CD. Không giống CD có các mức độ sửa lỗi sai khác nhau phụ thuộc vào audio/video hay dữ liệu được lưu trữ, DVD xử lý tất cả các thông tin như nhau, áp dụng cách sửa đổi đầy đủ cho tất cả sector.

Sửa lỗi chính tỏng DVD xảy ra tại cấu trúc ECC. Các bit phía ngoài chẵn lẻ (cột) và phía trong chẵn lẻ (hàng) được thêm vào để dò và sửa các lỗi. Lịch tình rất đơn giản song lại rất hiệu quả. Các thông tin từ các cấu trúc dữ liệu trước tiên bị bẻ thành 192 hàng mỗi hàng 172 byte. Sau đó, một phương trình đa thức được sử dụng để tính và công thêm 10 byte PI (Parity inner) cho mỗi hàng, làm các hàng thành 182 byte cho mỗi hàng. Cuối cùng phương trình đa thức khác được sử dụng để tính 16 byte PO (Parity Outer) cho mỗi cột, kết quả là 16 byte (các hàng) được thêm vào mỗi cột. Khi bắt đầu thì 192 hàng của 172 byte trở thành 208 hàng của 182 byte với các thông tin PO và PI được cộng lại.

Chức năng của byte PI và PO có thể được giải thích bằng một ví dụ đơn giản sử dụng số chẵn lẻ đơn giản. Trong ví dụ này, có 2 byte được lưu trữ (01001110 = N, 01001111 = 0). Để thêm vào tất cả các thoongtin sửa lỗi, chúng được tổ chức lại thành các hàng, như thể hiện dưới đây:

Sau đó, 1 bit PI được cộng vào mỗi hàng, sử dụng bậc lẻ. Điều này có nghĩa là bạn đã tính các bit 1: Trong hàng đầu tiên có 4, vì vậy bit chẵn lẻ được tạo ra là 1, tính tổng các số lẻ. Trong hàng thứ 2, bit chẵn lẻ là 0 bởi vì tổng của các sổ 1 vẫn là một số lẻ. Kết quả chỉ ra như sau:

Tiếp theo, các bit chẵn lẻ có mỗi một cột được cộng lại và được tính tương tự như trên. Mặt khác, bit chẵn lẻ cũng sẽ như vậy, tổng của các số 1 trong mỗi cột là một số lẻ. Kết quả như sau:

Bây giờ mã hoàn thành và các bit phụ được lưu trữ cùng với dữ liệu. Vì vậy, thay vì chỉ có 2 byte được lưu trữ, còn có thêm 11 bit được lưu trữ để sửa lỗi. Khi dữ liệu được đọc lại, các tính toán bit sửa lỗi được lặp lại và chúng được kiểm tra để xem liệu có giống với các tính trước đó hay không. Để biết nó làm việc như thế nào, chúng hãy thay đổi một trong các bit dữ liệu (do lỗi đọc) và tính lại bit sửa lỗi như sau:

Bây giờ, khi so sánh các pit PI và PO được tính sau khi đọc dữ liệu được lưu trữ từ đầu, bạn thấy có sự thay đổi trong pit PI cho byte (hàng) 1 và trong bit PO cho bit (cột) 6. Điều này chỉ ra hàng và cột chính xác có lỗi đó là tại byte 1 (hàng 1), bit 6 (cột 6). Bit này được đọc như số 0 và bây giờ bạn biết nó sai, vì nó phải là một số 1. Bảng mạch sửa lỗi chỉ thay đổi nó lại thành 1 trước khi chuyển nó trở lại hệ thống. như bạn thấy với một số thông tin thêm được đưa vào cho mỗi cột và hàng, mã sửa lỗi thực sự có thể dò và sửa các lỗi.

Ngoài các cấu trúc ECC, DVD cũng trộn dữ liệu trong các cấu trúc sử dụng công nghệ bit – shift và cũng xen kẽ các phần của cấu trúc ECC khi chúng được mã hóa trên đĩa. Những cơ chế này dùng để lưu trữ dữ liệu bên ngoài chuỗi, ngăn ngừa sự trầy xước làm hư hại các mẩu dữ liệu liên tiếp.

Theo “Nâng cấp và sửa chữa máy tính” Scott Mueller