Par Jean Herben et Tom Adam
Historique
La technologie DVD
Les différentes applications
L'architecture du DVD
Le fonctionnement du DVD
La conception du DVD
Le futur du
DVD
Lorsque les CD (disques compacts) firent leur apparition sur le marché en 1982, ils changèrent grandement le marché traditionnel des disques analogiques, surtout à cause de l'exceptionnelle qualité sonore apportée par la numérisation et la facilité de manipulation découlant de leur diamètre réduit. La vague de numérisation s'est rapidement étendue à divers domaines tels que les ordinateurs, les systèmes de navigation pour automobiles, la publication électronique et le disque compact photo, ce qui déclencha l'expansion de la société d'information électronique. Beaucoup d'industries mettent tous leurs espoirs sur le DVD (disque numérique universel). Les exigences de Hollywood et de l'industrie des ordinateurs jouèrent un rôle important dans le développement du DVD (voir tableau 1). À la fin de 1994, Philips, un fabricant hollandais d'appareils électroniques, et Sony proposèrent conjointement une nouvelle génération de CD, soit le disque compact multimédia (MMCD).
Par contre, Matsushita, Toshiba et Pioneer proposèrent conjointement le DVD-ROM (Super Density Disc = SD). Ce furent cependant les exigences de Hollywood et de l'industrie des ordinateurs qui permirent de fusionner les propositions des deux groupes car ni les studios, ni les sociétés informatiques ne voulaient deux formats incompatibles car ils craignaient la répétition désastreuse de la bataille qui opposa les normes V.H.S. de JVC et Bétamax de Sony pour les vidéocassettes : l'introduction des deux formats avait été très lente jusqu'à ce que le format V.H.S. domine lésant les consommateurs de Bétamax.
Le 8 décembre 1995, les deux groupes proposèrent un DVD standard unifié et établirent les caractéristiques qui intégraient à fois celles du DVD vidéo standard et celles du DVD-ROM standard, ce qui marqua la première étape de normalisation.
16 décembre 1994 Données techniques du disque compact multimédia (MMCD de 3,7 giga-octets) proposé par Philips et Sony.
19 avril 1995 Le groupe MMCD annonce la mise au point de la lecture double couche monoface.
28 avril 1995 Le groupe SD (pour super densité ou super density) annonce sa gamme de produits.
18 mai 1995 Le groupe SD annonce la mise au point du DVD-RAM.
15 septembre 1995 Les groupes MMCD et SD s'entendent sur les normes d'unification.
8 décembre 1995 Le DVD (Digital Versatile Disc) standard unifié est annoncé aux médias.
Les spécifications
Les spécifications de ce format ont été divisées en 5 “books” :
Book A : DVD-Rom,
Chapitre 2 : La technologie DVD
1. DVD
L'appellation « DVD » est un terme général servant à désigner la génération suivante de disques optiques numériques adaptés aux applications multimédia. Un DVD (disque numérique universel) présente le même diamètre (12 cm) et la même épaisseur (1,2 mm) qu'un disque compact, mais il est construit différemment afin d'obtenir une densité beaucoup plus élevée que celle des CD (disques compacts) ou des disques CD-ROM.
2. Signification du terme DVD
Au début de son évolution, le terme « DVD » était considéré comme une abréviation de Digital Video Disc (disque vidéo numérique). Cependant, comme on s'attend à ce que le DVD s'étende à de nombreux domaines, et non pas seulement au monde: de la vidéo, il a été décidé (par les principaux fabricants mondiaux d'appareils électroniques, y compris Matsushita, Toshiba, Pioneer, Thomson, Sony, Philips, Mitsubishi, JVC, Hitachi et Time-Warner) que le terme «DVD » serait l'abréviation de Digital Versatile Disc (disque numérique universel).
3. Les Zones Géographiques
3-1) Qu'appelle t’on “code régional”, “code pays” ou “zone de blocage” ?
Les studios de cinéma veulent pouvoir contrôler les sorties en vidéo de leurs films dans les différents pays car les dates de sortie en salle ne sont pas identiques entre les pays (souvent un film sort en salle en France alors qu'il est mis en vidéo aux États-Unis). De plus, les studios vendent souvent les droits de distribution à des distributeurs locaux et ils veulent leur garantir un marché exclusif. C'est pourquoi, ils ont exigé que le standard DVD inclue des codes qui puissent empêcher la lecture du disque dans certaines zones géographiques. Cela signifie qu'un disque acheté à l'étranger ne pourra pas être lisible sur des lecteurs achetés dans un autre pays. La mise en place de ces codes sur un disque est optionnelle. Un disque sans code pourra être lu sur tous les lecteurs dans tous les pays. Des maisons de production ont annoncé que seules leurs nouveautés auront des codes. Il y a 6 régions. Les lecteurs et les disques sont identifiés par le numéro de région.
3-2) Les différentes zones
<1> États Unis et Canada
<2> Japon, Europe, Afrique du Sud, Moyen Orient (avec l’Égypte)
<3> Asie de l'Est et du Sud Est (avec Hong Kong)
<4> Australie, Nouvelle Zélande, îles du pacifique, Amérique centrale, Amérique du Sud, Caraïbe
<5> Bloc de l'Est, Inde, Afrique (+ Corée du Nord, Mongolie)
<6> Chine
Certains modèles peuvent être modifiés pour lire des disques indépendamment de leur code région. Cela annulera probablement la garantie.
4. La protection des DVD
La copie sur K7 (Analogique) est empêchée grâce à un circuit MACROVISION 7.0 ou identique dans chaque lecteur. Le terme général est APS (Analog Protection System). Macrovision ajoute un signal à la sortie Vidéo Composite et S-Vidéo. Ce signal perturbe la synchronisation et le niveau d'enregistrement automatique de 95% des magnétoscopes. Cependant ce signal peut dégrader l'image, surtout avec de vieux équipements ou des équipements non standards. Le disque demande au lecteur d'activer ou non la protection contre la copie. En fonction du niveau de protection demandé par le disque au lecteur, le producteur devra payer des royalties plus ou moins importantes à Macrovision.
Chaque disque contient des informations spécifiant si le disque peut ou non être dupliqué. Cette information est incluse dans le signal vidéo sortant du lecteur.
Les fichiers vidéo présents sur le disque sont cryptés afin de décourager la lecture directe sur le disque. Les lecteurs ont un circuit qui décode l'information avant de l’afficher.
5. Types de DVD
Comme indiqué à la Figure 2, les DVD sont classés en deux catégories: les disques non inscriptibles et les disques inscriptibles. De ces disques; seuls les DVD vidéo et les DVD- ROM ont été normalisés jusqu'à présent. La Figure 3 montre la position du DVD dans la classification conventionnelle des disques optiques.
6. Structure du DVD
Comme illustré à la Figure 4 contrairement au CD (disque compact) qui est fait d'une plaquette simple d'une épaisseur de 1,2 mm, le DVD est fabriqué en collant ensemble deux minces plaquettes de 0,6 mm d'épaisseur afin d'obtenir une densité plus élevée. La plaquette est en polycarbonate, tout comme un disque compact CD.
7. Structure du contenu du disque
Normalement, les disques vidéo DVD sont divisés en titres, ceux-ci étant eux mêmes divisés en pistes (ou plages)
8. Capacité du DVD
Comme on peut le voir à la Figure 6, les DVD sont classés en 4 types, selon la structure du disque, et la capacité dépend du type de DVD: 4,7 gigaoctets (Go) pour le type monoface monocouche, 9,4 gigaoctets (Go) pour le type double face monocouche qui est fabriqué en collant ensemble deux couches d'enregistrement du type mentionné ci-dessus, 8,5 gigaoctets (Go) pour le type monoface double couche qui est également fabriqué en collant deux couches d'enregistrement, mais dont les pellicules d'enregistrement sont conçus pour être lues de la même direction, et 17 gigaoctets (Go) pour le type double face double couche qui est fabriqué en collant ensemble deux disques monoface double couche. En comparaison, la capacité d'un disque CD est de 650 mégaoctets (Mo) à 700 mégaoctets.
9. Caractéristiques de base d'un DVD vidéo
Les DVD vidéo offrent quatre caractéristiques principales (voir figure 7) :
Image de haute qualité
On utilise la méthode de régénération numérique de l'image dynamique, qui est conforme à la norme internationale MPEG-2 pour la compression d'images. La résolution horizontale est supérieure à 500 pixels, ce qui produit des images régénérées d'une qualité équivalente à celles des stations de télédiffusion.
Sonorité de haute qualité
On utilise le système de son stéréophonique Dolby Digital AC-3 (Audio Coding 3) dont la qualité sonore a fait ses preuves dans les cinémas et les théâtres. Le système Dolby Digital AC-3 est une méthode de compression audio mise au point par Dolby Laboratories. Ce système utilise 6 canaux pour les enceintes placées à 5 positions (avant gauche/avant droit/arrière gauche/arrière droit/centre) ainsi qu'un caisson d'extrêmes graves (5,1 canaux) pour créer un environnement sonore ressemblant à celui d'un cinéma. En outre, l'enregistrement audio par MIC (modulation par impulsions codées) linéaire (linear PCM), ce qui est encore mieux que sur un CD, est inclus dans la caractéristique.
Grande capacité
Étant donné qu'il a le même diamètre qu'un CD de 12 cm, un DVD monoface monocouche peut enregistrer des images durant 2 heures. Comparativement au disque laser de 30 cm de diamètre qui peut enregistrer des images durant seulement 2 heures en utilisant les deux faces, un DVD offre une capacité énorme et ce, en dépit de sa taille compacte.
Fonctions multiples
Le DVD offre une grande variété de fonctions interactives uniques aux systèmes numériques. Parmi celles-ci, on trouve par exemple la fonction des «angles multiples» qui permet de sélectionner instantanément l'angle désiré ainsi que les fonctions « langues multiples » et « sous-titres multiples» pour changer instantanément la langue en choisissant parmi l'une des 8 langues offertes et pour changer les sous-titres en choisissant parmi les 32 langues offertes. De plus, grâce à la fonction «scénarios multiples», vous avez la possibilité de changer l'intrigue d'une histoire. Tous ces changements font que le DVD offre une gamme de fonctions interactives qui sont impossibles à avoir avec des disques laser et des vidéocassettes VHS conventionnelles.
10. Comment différencier DVD et CD
a) Section mécanisme
Système général
Le mécanisme des lecteurs DVD est presque identique à celui des lecteurs CD. La Figure 8 illustre la conception de la section lecture d’un DVD. En un seul coup d’œil, vous comprenez qu'elle ressemble à la section lecture d'un lecteur CD. Par exemple, (1) le plateau tournant structuré sur l'arbre d'entraînement du moteur qui fait tourner le disque, (2) le système de déplacement transversal qui utilise l'arbre de détour (guide shaft) pour déplacer le capteur optique dans la direction radiale du disque, etc.
La Figure 9 illustre le mécanisme complet. Tout comme pour les lecteurs CD, le disque est placé sur le plateau afin d'être chargé (système de chargement à plateau).
Différence par rapport au mécanisme d'un lecteur CD
Les lecteurs CD modernes utilisent le mécanisme peu coûteux mais très fiable et rationnel qui est le fruit de 15 années d'utilisation, Par contre, étant donné que le disque DVD offre une capacité d'environ 7 fois supérieure à celle d'un CD, il est nécessaire de lire de façon plus précise le signal enregistré à la surface du disque sous forme d'irrégularités minuscules appelées micro cavités (creux). Par conséquent, afin de réaliser régénération d'une plus grande capacité à l'aide du mécanisme peu coûteux et rationnel des lecteurs CD, plusieurs améliorations sont ajoutées au système, y compris une plus grande précision.
Résistance aux vibrations du lecteur DVD
Afin de réaliser une régénération de signal d'une plus grande capacité que celle des lecteurs CD, il est nécessaire de focaliser de façon précise le faisceau lumineux émis par le capteur optique sur les micro cavités enregistrées sur le disque. Pour ce faire, il est essentiel que les vibrations externes soient complètement éliminées des lecteurs DVD. Dans le cas des lecteurs CD, un amortisseur est monté sous .la section de lecteur afin de soutenir cette dernière. Ce mécanisme est très efficace pour les vibrations verticales, mais comparativement peu efficace pour les vibrations horizontales. Pour corriger ce problème, dans le cas du DVD, des amortisseurs sont placées au centre de gravité de la section de lecture, dans les deux sens : vertical et horizontal (voir figure 8).
Ce Système s 'appelle « amortissement latéral » et il est très efficace non seulement pour les vibrations verticales mais aussi pour les vibrations horizontales.
b) Section de lecture
Plus grande différence par rapport au mécanisme d’un lecteur CD
Afin de faire jouer les disques DVD qui offrent une capacité d'environ 7 fois supérieure à celle des CD (CD: 700 MB - DVD : 4,7 GB), il est nécessaire de minimiser l'inclinaison relative entre le capteur optique et le disque. L'inclinaison diminue la précision de convergence du faisceau lumineux, ce qui rend plus difficile la lecture des micro cavités.
Dans le cas des lecteurs CD, le mécanisme est fabriqué en combinant les pièces, y compris le capteur optique, après avoir augmenté la précision de chacune des pièces.
Par conséquent, il est inévitable qu'il se produise un certain degré d'inclinaison. Pour corriger ce problème, comme le montre la Figure 10 (vue de dessous), le DVD est muni de deux vis de réglage d'inclinaison. En faisant tourner le disque pour régénérer le signal à l'aide du capteur optique, l'inclinaison du moteur d'entraînement de ,disque est réglée à l'aide des deux vis de réglage d'inclinaison afin que le signal puisse être régénéré dans un état optimal. Ainsi, l'inclinaison relative est éliminée.
En général, le moteur d'entraînement de disque d'un lecteur CD tourne à une vitesse variant entre 200 et 500 tours/minute. Par conséquent, on utilise un moteur à balais. Par contre, dans le cas d'un lecteur CD-ROM, afin d'accroître la quantité d'informations par unité de temps (appelée «vitesse de transfert») on augmente la vitesse de rotation à une valeur variant entre 800 et 2000 tours/minute, soit une vitesse quatre fois plus élevée et, par conséquent, on fait appel à un moteur sans balais. Pour la lecture de DVD, le moteur fait tourner les disques à une vitesse variant entre 600 et 1400 tours/minute. Par conséquent, une haute précision est requise, y compris pour la rotation du moteur d'entraînement de disque. Pour ce faire, on utilise le moteur d'entraînement de haute précision pour disque DVD qui a été amélioré (ex.: palier) à partir du moteur sans balais pour CD-ROM.
En général, le système de déplacement transversal des lecteurs CD comprend un arbre de commande (fileté pour faire avancer le capteur optique) et un arbre guide.
Par contre, dans le cas du DVD, comme le montre les figures 8 et 10, le capteur optique est guidé par deux arbres guides et la vis de commande réservée à l'entraînement est montée séparément. Cette amélioration a pour but d'empêcher qu'une inclinaison relative se produise entre le capteur optique et le disque, à n'importe quel point entre la position la plus centrale et la position la plus externe sur le disque, en déplaçant le bloc optique de manière sûre entre les deux arbres guides positionnés de façon précise.
En outre, afin d'exécuter la recherche haute vitesse qui augmente l'efficacité des fonctions angles multiples et étages multiples du DVD et, en même temps, pour effectuer la recherche silencieuse, on a accru la précision du pas de l'arbre de commande. Ainsi, le DVD exécute la recherche haute vitesse tout à fait silencieusement en dépit du fait que le moteur de déplacement transversal tourne à des vitesses élevées.
c) Section vidéo
Nécessité de la compression d’image
En général, le système vidéo numérique divise le signal vidéo d'un (1) écran (1 trame sur le téléviseur) en petites unités appelées pixels et l'information de chaque pixel est enregistrée sur un disque ou un ruban sous forme de données numériques. Au mode de lecture, les données du pixel sont converties en signal analogique à transmettre au téléviseur, etc. Ainsi, plus le nombre de pixels est élevé, plus l'image reproduite sur le téléviseur est précise, etc. Dans le cas d'un DVD, le nombre de pixels d'un (1) écran atteint 720 dans le sens horizontal et 480 dans le sens vertical, ce qui donne 350 000 pixels (signal de luminance) pour l’écran.
En supposant que 30 trames (images) par seconde sont affichées à l'écran et que chaque pixel contient 8 bits d'information, la quantité d'information emmagasinée dans 720x480 pixels pendant 1 seconde est de 720 x 480 x 30 x 8 x 2 = 166 M bits par seconde, y compris le signal couleur. Lorsque ces données sont enregistrées sur un DVD sans avoir recours à la compression, seules des images d'une durée de 4 minutes ou moins (4,7 x 8/0,166 = 226 secondes) peuvent alors être enregistrées et ce, en dépit du fait que la capacité d'un DVD est de 4,7 G octets, ce qui est 7 fois plus important que la capacité, d'un CD. Ainsi, les données d'un seul film ne peuvent être enregistrées sur un DVD sans avoir recours à la compression.
Par conséquent, en utilisant la technologie MPEG, la quantité d'informations emmagasinée par les pixels est comprimée à environ un quarantième de la taille initiale, soit 4 M bits par seconde. Ainsi, le temps d'enregistrement d'un DVD peut être prolongé d'environ 40 fois, ce qui permet d'obtenir la durée requise pour l'enregistrement d'un seul film(135 minutes). La compression des données d'image est la technologie qui a pavé la voie au DVD.
Le CD vidéo est un disque de 12 cm qui enregistre de l'information dynamique (images et son) durant une période pouvant aller jusqu’à 80 minutes en utilisant la méthode de compression/expansion numérique de séquences vidéo MPEG-1. En termes de qualité d'image, il se compare à la vidéocassette VHS, c'est-à-dire que la résolution horizontale est d'environ 240 pixels. Le DVD enregistre aussi numériquement des images et du son, mais il utilise la méthode de compression/expansion MPEG-2 qui produit une qualité d'image supérieure à celle des CD vidéo. Il produit également une qualité sonore de beaucoup supérieure à celle des CD vidéo.
Différences par rapport au disque laser
Il existe une différence fondamentale entre les deux : en effet, contrairement au disque laser qui enregistre les données sous forme de signaux analogiques, le DVD les enregistre sous forme de signaux numériques. En termes plus détaillés, cela signifie que dans le cas d'un disque laser, des signaux ana1ogiques FM sont enregistrés directement sur le disque. Par conséquent, si la surface du disque est défectueuse, cela apparaîtra comme une trace blanche sur l'image régénérée. Par contre, dans le cas du DVD qui enregistre des données sous forme de signaux numériques, une correction d'erreurs est effectuée de sorte que même si une partie de l'information enregistrée est détruite, le problème sera corrigé en fonction du rapport existant entre l’information située à l’avant d la partie défectueuse et celle située juste après.
d) Section disque
Comparaisons avec le CD
1) Généralités
Les formats DVD et CD partagent la même technique de stockage optique : l'information est représentée par des cavités microscopiques, formées à la surface d'un disque en matière plastique lorsque le matériau est injecté dans un moule. La face «gravée» du disque est ensuite recouverte d'une mince couche d'aluminium, puis, dans le cas d'un CD, d'une couche de laque protectrice et d'une étiquette.
Pour lire les données, le lecteur émet un faisceau laser très fin à travers le disque vers la surface contenant les données. Pendant que le disque tourne, l'intensité de la lumière réfléchie varie selon la présence ou l'absence de cavités sur la piste.
Lorsqu'une cavité se trouve directement sous le faisceau de lecture, moins de lumière est réfléchie que lorsque le faisceau frappe une partie plane de la piste. Un système à photodiodes convertit cette variation d'intensité lumineuse en chiffres binaires 0 et 1, qui codent numériquement l'information stockée.
2) Les deux différences essentielles entre les CD et les DVD
Tout d'abord, les cavités d'un DVD sont plus petites : elles ne mesurent que 0,4 micromètres de diamètre, contre 0,83 micromètres pour celles d'un CD. Ensuite les pistes de données des DVD ne sont distantes que de 0,74 micromètres tandis que 1,6 micromètres sépare les pistes d'un CD.
Bien qu'un DVD ait presque la même taille qu'un CD, la piste où sont stockées les données est longue de plus de 11 kilomètres soit plus double de celle d'un CD.
Naturellement, pour lire les plus petites cavités du DVD, le faisceau de lecture doit être mieux focalisé que celui d'un lecteur de CD. Il est émis par une diode laser rouge de longueur d'onde égale à 635 ou 650 nanomètres tandis que les lecteurs de CD utilisent des lasers infrarouges de longueur d'onde supérieure de l'ordre de 780 nanomètres ou 790 nanomètres.
En outre, les lecteurs de DVD utilisent une lentille possédant une ouverture numérique supérieure à celle des lecteurs de CD. Comme la focalisation maximale d'un système optique est proportionnelle au quotient de la longueur d'onde de la source lumineuse par l'ouverture de la lentille, la focalisation supérieure permet de faire converger la lumière dans les petites cavités de 0,4 micromètres du DVD. Ces différences, alliées à l'efficacité supplémentaire du format DVD expliquent la capacité de 4,7 gigaoctets de chacune des couches d'informations d'un DVD. Cette capacité peut être doublée pour atteindre 9,4 gigaoctets et presque doublée encore jusqu'à 17 gigaoctets grâce à deux autres innovations.
Bien que les DVD et les CD aient tous les deux une épaisseur de 1,2 millimètres, les DVD possèdent deux couches superposées pouvant stocker les informations, alors que les CD n'en ont qu'une. Les couches d'un DVD sont disposées de sorte que les surfaces gravées sont face à face.
Cette disposition protège les surfaces des poussières ou des rayures. Dans la conception d'un DVD double face - simple couche, on lit la seconde face en retournant manuellement le disque dans le lecteur (un système à deux têtes de lecture serait complexe et cher à produire et d'un coût élevé à l'achat). Avec les disques multicouches, on peut lire les deux surfaces qui stockent l'information sans retourner le disque.
Un disque monocouche est de couleur “argent” alors qu’un disque double couche est de couleur “or”
3) Structure et Matériaux
Le format DVD admet quatre configurations différentes : (monocouche / monoface), (monocouche / multifaces), (multicouches / monoface) et (multicouches / multifaces).
Le format (simple couche - simple face) a été commercialisé en premier puisque sa production bénéficie de l'expérience de celle des CD. Mais la structure finale des DVD multicouches - multifaces est déjà conçue et prête pour une production massive de ce format.
4) Les avantages
Le DVD à double couche a d'autres avantages que sa capacité supérieure : il réduit les erreurs dues à l'inclinaison et au voilage des disques. Tous les disques compacts finissent par se voiler et, lorsque la surface n'est plus perpendiculaire au faisceau laser, des erreurs de lectures surviennent.
La dégradation du faisceau de lecture due à l'inclinaison est proportionnelle à l'épaisseur des couches. Les couches d'un DVD, épaisses de 0,6 millimètres seulement, rendent le disque moins sensible aux problèmes d'inclinaison que les CD, dont l'unique couche à une épaisseur double.
Il existe toutefois d'autres raisons pour lesquelles le DVD est moins sensible à certaines formes de voilages. Par exemple, les changements brusques de température ou d'humidité peuvent dilater ou contracter le matériau du DVD. Cependant comme celui-ci est symétrique, les changements dans une couche compensent ceux de l'autre, ce qui minimise le défaut total d'inclinaison.
Le DVD apparaît comme le CD idéal. En effet il offre une capacité plus importante de stockage d'informations avec une perte ou une détérioration des données très infime. Rien n'a été laissé au dépourvu, toutes les caractéristiques du DVD sont en faveur de la meilleure qualité possible de l'image et du son, l'information, du multimédia en quelque sorte.
12. Une Technologie mise au service du multimédia
12-1) L’aspect Technique
12-1-1) Le Codage
Si les DVD contiennent plus de cavités que les CD, ils ont en outre plus d'informations par nombre de cavités, grâce à de nouvelles méthodes de codage.
Quelle que soit la forme originelle des informations à enregistrer (donnée, texte, son, image ou succession d'images), les chiffres binaires 0 et 1 qui représentent directement l'information, nommés bits utiles, doivent être protégés des erreurs introduites au cours de la lecture en raison de poussières, de rayures ou de la corrosion. Des programmes de contrôle et de correction minimisent ces erreurs au moyen d'algorithmes qui utilisent des bits de données supplémentaires, stockés en plus des données utiles. Ces bits additionnels, bien qu'essentiels, diminuent la capacité totale disponible pour les données utiles.
Néanmoins, les codes correcteurs d'erreurs des formats DVD sont extrêmement puissants: ils peuvent ainsi corriger une erreur s'étendant sur 2000 octets soit environ quatre millimètres de pistes. Dans le format DVD, les données servant à corriger les erreurs occupent 13 pour cent de la capacité du disque, contre 30 pour cent sur les CD. L'efficacité accrue des codes correcteurs d'erreurs du média DVD résulte pour une large part de l'augmentation de la puissance de calcul des puces électroniques actuelles.
Lors de l'enregistrement, les données utiles combinées aux données de correction d'erreurs sont converties en “bits de modulation”, qui sont les bits réellement représentés par les cavités à la surface du disque. Cette étape crée des cavités de tailles différentes, ce qui assure un suivi fiable lors de la lecture. Par exemple, on ne code pas une suite ininterrompue de 0 par une absence de cavités le long de la piste ; des cavités spéciales permettent au faisceau de ne pas perdre la piste. La méthode de codage du format CD transforme huit bits, un octet, utiles en 17 bits de modulation : c'est le code CIRS.
Le DVD utilise une méthode améliorée, qui transforme huit bits utiles en seulement 16 bits de modulation, tout en gardant la qualité originelle des CD : il s'agit du code RS-PC. Comme moins de bits sont nécessaires pour représenter les bits utiles, le DVD contient plus d'informations utiles. Cette particularité permet d'améliorer l'efficacité de stockage d'environ six pour cent par rapport au format CD.
12-1-2) Compatibilité entre CD et DVD
Comme les consommateurs ont déjà acheté beaucoup de CD Audio et de CDROM, les fabricants ont voulu que les lecteurs de DVD lisent aussi bien les CD que les nouveaux disques. Cette polyvalence des lecteurs de DVD nécessitait des caractéristiques optiques spécifiques.
Certains modèles utilisent un capteur optique à double focalisation pour assurer la compatibilité de lecture entre DVD et CD, Comme nous l'avons déjà expliqué, étant donné que le DVD et le CD diffèrent l'un de l’autre en ce qui a trait à la densité d’enregistrement et à l'épaisseur du matériau de base du disque, il est généralement impossible de faire jouer à la fois un CD et un DVD en utilisant un capteur optique simple. Pour résoudre ce problème, un capteur optique à double focalisation a été mis au point. Ce capteur fait appel à un système optique simple utilisant un hologramme (Fig. 8) pour générer des faisceaux lumineux optimums destinés au CD et au DVD. Lorsqu'on fait jouer un DVD, le faisceau lumineux optimum pour DVD est utilisé tandis que le faisceau lumineux optimum pour CD est utilisé lorsqu'on fait jouer un CD. Ainsi, on peut faire jouer à la fois un CD et un DVD avec un faisceau optique unique.
La Figure 12 illustre le principe de la compatibilité de lecture entre DVD et CD obtenue grâce à l'utilisation d'un capteur optique à double focalisation. Le faisceau laser émis par le laser à semiconducteur est réfléchi par le miroir dichroïque avant d'entrer dans la lentille de focalisation. La lentille de focalisation du capteur optique à double focalisation comporte un hologramme à l’intérieur.
La lumière traversant l'anneau extérieur de la lentille n'est pas perturbée par l'hologramme et se focalise dans le plan pour lire les informations d'un DVD, tandis qu'un tiers du faisceau frappe la partie centrale et est focalisé à la fois par la lentille et par l'hologramme en un faisceau qui lit les cavités plus larges du CD. Après avoir déterminé le type de disque, le microprocesseur règle la position de la lentille de focalisation afin que le faisceau lumineux pour DVD soit concentré sur la surface d'enregistrement du disque lorsqu'un DVD est utilisé et ainsi, le signal DVD est régénéré. De la même manière, lorsqu'un CD ou un CD vidéo est utilisé, le faisceau lumineux pour CD régénère le signal CD. Ainsi, il y a compatibilité de lecture entre CD et DVD par un simple système optique dans lequel un hologramme est formé à l'intérieur de la lentille de focalisation.
Autres méthodes pour assurer la compatibilité de lecture entre CD et DVD
En plus du système à double focalisation mentionné ci-dessus, les systèmes suivants peuvent être utilisés pour assurer la compatibilité de lecture entre les CD et les DVD.
(1) Système à double lentille
Deux lentilles (une pour les CD et une autre pour les DVD) sont montées sur un support de lentilles. En utilisant un actionneur de lentilles rotatif et coulissant qui tourne autour de l'axe du support en plus de glisser dans la direction de l'axe du support, une impulsion d'amorce (kick pulse) est transmise à la bobine d'excitation dans le sens du guidage (dans le sens de la rotation) pour assurer la commutation des lentilles.
(2) Système limiteur d'ouverture
Lorsque le signal CD est régénéré, le diamètre du flux lumineux entrant dans la lentille de focalisation pour DVD est limité par l'insertion d'un cristal liquide ou d'un diaphragme mécanique (commande d'ouverture) permettant de régler le diamètre du faisceau lumineux afin que le signal CD puisse être régénéré par le système optique pour DVD.
(3) Système à double capteur
Un capteur optique dédié aux DVD et un capteur optique dédié aux CD sont intégrés en un seul composant. Ce système requiert l'utilisation de deux circuits dédiés.
(4) Système à double laser
Deux faisceaux laser ayant différentes longueurs d'onde (un avec une longueur d'onde de 650 nanomètres pour les DVD et un autre avec une longueur d'onde de 780 nanomètres pour les CD) sont utilisés, et l'un des deux est sélectionné par l'entremise d'un filtre de longueur d'onde pour faire jouer le CD ou le DVD. Étant donné que la lentille de focalisation pour DVD sert également à faire jouer des CD, la caractéristique de convergence est corrigée au moyen de la commande d'ouverture, de l'hologramme, du système optique de diffusion, etc.
12-2) Les Nouvelles Applications
Le format DVD permettra pour la première fois de visionner des films entiers munis d'une bande-son aussi bonne que les bandes numériques utilisées dans les cinémas. Cette caractéristique soulève d'importants problèmes de protection des droits d'auteur mais le visionnement des films est l'utilisation principale pour laquelle les capacités et les performances du DVD ont été choisies. Malgré la capacité accrue des DVD, les films ne peuvent être enregistrés que s'ils sont numérisés et compressés; sans compression, un DVD de 7 gigaoctets de capacité ne contient que quatre minutes de film. On utilise à cette fin un mode de compression à débit variable, nommé MPEG2 : le degré de compression est ajusté en fonction de la complexité de la scène ; le débit des données comprimées varie ainsi au cours de la lecture.
Le mode de compression MPEG-2 permet également à l'utilisateur de choisir le format de l'image du film : soit le format ordinaire de la télévision, format 4/3, soit le format de type cinéma, format 16/9. L'augmentation de la capacité des disques permettra aussi d'améliorer la qualité du son, une bande-son de haute qualité accroît le plaisir du spectateur. Le format de film sur DVD offrira deux méthodes de codage du son : soit le système AC-3 multi-voies (5.1) des laboratoires Dolby, soit la méthode de modulation par impulsions codées (méthode PCM), la compression à débit variable des signaux audio, le codage MPEG-Audio étant en option. Le système Dolby code le son avec un signal au débit de 448000 bits par seconde, pour créer cinq pistes audio indépendantes de qualité équivalente à celle d'un CD, ainsi qu'une sixième voie, consacrée aux effets sonores basse fréquence, ainsi s'explique la désignation 5.1 du système. La capacité accrue des DVD permettra le perfectionnement ou la création de jeux vidéo et de produits de divertissement ou éducatifs, à un coût de production voisin de celui du CD. Au lieu d'être réduites à 600 Megaoctets les œuvres multimédia pourront remplir 17 gigaoctets sur les DVD multicouches - multifaces.
Chapitre 3 : Les différentes applications
1. Le DVD-Vidéo
Le DVD-Vidéo, plus généralement appelé DVD, est destiné aux lecteurs de DVD de salon. Ceux-ci se connectent à un téléviseur pour bénéficier de toutes les fonctionnalités sur un décodeur/amplificateur Dolby Digital AC-3. Le DVD-Vidéo peut être relu sur un ordinateur équipé d'un lecteur de DVD-Rom et d'une carte de décodage audio et vidéo adaptée, ou sur un PC équipé d'un Pentium II 333 MMX au minimum avec un logiciel de décompression MPEG2 (CineMaster de Quadrant par exemple).
Les spécifications finalisées du DVD-Video sont enregistrées sous le titre de Book B du Consortium DVD.
1-1)Les avantages du DVD-Vidéo
Certaines de ces fonctions dépendent des choix faits par l'éditeur du DVD.
Certains lecteurs offrent des possibilités supplémentaires :
1-2) Les limites du DVD-Vidéo
Cependant certaines limites du DVD-Vidéo risquent de ralentir sa pénétration dans le grand public :
1-3) Les lecteurs de DVD
Les premiers lecteurs de DVD sont apparus fin 1996 au Japon Le choix d'un lecteur de DVD demande une certaine attention : tous les lecteurs n'ont pas toutes les fonctionnalités possibles, particulièrement en ce qui concerne le décodage audio Dolby Digital AC-3 et la compatibilité avec des formats de CD autres que le CDAudio.
Les fonctionnalités standard de ces lecteurs sont :
1-4) Le lecteur de DVD face au magnétoscope
Pioneer vient de sortir le DVDR-1000, un lecteur de DVD Vidéo qui permet d'enregistrer un signal vidéo (TV ou autre). Celui ci permet d'enregistrer de 2 à 6 heures de vidéo sur un DVD de 4.7 GO, suivant la qualité vidéo voulue, de plus celui ci pourra être ré-enregistré 1000 fois.
2. Le DVD-Rom
2-1) Présentation
Le DVD-Rom est destiné à contenir des données proprement informatiques et se relit sur un lecteur de DVD-Rom connecté à un ordinateur. Les spécifications du DVDRom sont enregistrées sous le titre de Book A du Consortium DVD.
Un DVD-Rom peut contenir 7 fois plus de données qu'un CD-Rom. La plupart des lecteurs de DVD-Rom ont une bande passante égale à celle des lecteurs de DVD (10,8 Mbits/s).
Très rapidement, le lecteur de DVD-Rom, à peine plus cher qu'un lecteur de CD-Rom, est appelé à remplacer les lecteurs de CD-Rom sur les nouveaux microordinateurs.
Un DVD-Rom peut s'utiliser de la même manière qu'un CD-Rom pour des données gourmandes en place, telles que de grosses bases de données ou les applications multimédia. Déjà certains éditeurs de jeux qui diffusaient des jeux sur 6 ou 7 disques préparent le portage sur DVD-Rom.
2-2) La compatibilité
Les lecteurs de DVD-Rom relisent les CD-Audio et pour la plupart les CD-ROM. Les éditeurs de CD-ROM pourraient donner une nouvelle jeunesse à des titres existant sur DVD-Rom en y ajoutant simplement des vidéo plein écran ou des vidéo en quart d'écran en grand nombre (ce qui est particulièrement intéressant pour les encyclopédies).
3. Le DVD-Audio
Le DVD-Audio dont les spécifications sont en train d'être finalisées (Book C) est destiné à remplacer le CD-Audio. Il autorise une durée d'enregistrement incomparablement plus importante que le CD-Audio (8 heures en PCM) et une qualité supérieure.
Pour le standard audio compressé du DVD-Vidéo, Dolby et Philips se sont affrontés. Finalement, c’est Dolby qui a gagné sa place au soleil sur le DVD. Dolby AC-3 (5.1 canaux audio numériques), est le standard pour le DVD, mais aussi pour la HDTV (télévision haute définition) et pour les laserdiscs.
En ce qui concerne le DVD-Audio, Dolby semble perdre du terrain face au système DTS (Digital Theater Sound) et même face au SDDS (Sony Dynamic Digital Sound)
Le système DTS offre 5.1 canaux discrets codés à 48 KHz sur 24 bits alors que le Dolby Digital AC-3 code l'original PCM à 48 kHz sur 16 bits. La compression DTS est moins importante (64 à 4 096 kbits/s) ce qui diminue les pertes comparativement au Dolby Digital AC-3 (64-384 kbits/s).
4. Les DVD Inscriptibles et Effaçables
4-1) Présentation
Les DVD enregistrables ou les DVD réinscriptibles, DVD-Ram, n'utiliseront pas la technique magnéto-optique d'enregistrement qui consiste à graver le CD avec un laser plus énergétique, mais adopteront le système dit de changement de phase pour éviter tout problème de compatibilité comme entre CD-ROM et CD-RW. La structure des DVD-R sera équivalente à celles des DVD avec quelques spécificités : une couche d'isolant électrique servant de barrière et de couche d'anti-réflexion de chaque côté de la couche d'informations et une couche dite de changement de phase qui n'est autre qu'un film mince et polycristallin aux propriétés particulières.
Pour enregistrer chaque bit, une impulsion laser, intense mais brève, fond une région sub-micromètrique du film. Comme cette quantité de matière refroidit très vite, la région fondue ne recristallise pas et se fige dans un état amorphe, désordonné, qui réfléchit moins bien la lumière que la phase cristalline. Cette différence de réflexion assure ensuite le décodage des données par un faisceau laser " lecteur " de faible intensité qui ne refond pas le matériau.
Les ingénieurs ont trouvé plusieurs matériaux suffisamment sensibles pour enregistrer des données assez stables pour conserver celles-ci et assez durables pour supporter des centaines de milliers de cycles d'enregistrement et d'effacement.
L'enregistrement à changement de phase à plusieurs avantages. Comme le codage correspond simplement à des variations d'intensité de la lumière réfléchie par le disque, on peut lire les DVD-RAM à l'aide des mêmes têtes optiques que celles des lecteurs de DVD-Rom. De plus il sera possible de " graver " toutes les couches d'informations, aussi bien les supérieures que les inférieures, grâce à cette technologie de changement de phase, le matériau étant uniquement fondu.
Contrairement à cette technique d'enregistrement, l'enregistrement magnétooptique requiert des composants particuliers qui détectent de faibles changements de polarisation du faisceau laser, la lecture en est affectée par une incompatibilité entre CD-R et CD-RW. Il n'y a donc pas d'impossibilité technique à ce que les DVD-Ram soient lus par les lecteurs de DVD-Rom.
4-2) Les futurs évolutions
La variété des supports amovibles de stockage de données est aujourd'hui déroutante : disquettes de petite ou de grande capacité, disques durs, disques magnéto-optiques amovibles, plusieurs sortes de bandes magnétiques...
Personne ne prévoit que les lecteurs enregistreurs de DVD-Ram remplaceront les disques durs magnétiques, dont les performances sont extraordinaires, mais ces systèmes seront de bons supports amovibles de lecture et d'écriture des données.
Comme le coût de stockage des DVD-R pourrait revenir à un centime par Mega-octet, les nouveaux lecteurs-enregistreurs pourront s'imposer comme le format universel de distribution de l'information (mais pour combien de temps ?)
Un unique lecteur enregistreur de DVD-Ram pourra accueillir de nombreuses applications actuelles et futures des ordinateurs personnels, les programmes de traitement de texte, le transfert de données, l'archivage ou la sauvegarde de données.
Chapitre 4 : L’architecture du DVD-Vidéo
1. L'organisation des données
Tous les DVD, quelle que soit leur destination, du DVD-Rom au DVD-Vidéo ou au DVD-Audio, doivent utiliser un même système d'organisation des données défini par l'OSTA : l'UDF/ISO-9660 Bridge Format.
L'UDF (Universal Disc Format) est une évolution du format ISO-9660 utilisé par la majorité des CD-ROM. C'est un véritable standard universel qui offre une compatibilité multi-plateforme informatique et lecteur de salon.
2. Structure de volume
Le niveau le plus élevé d'organisation d'un DVD est le volume. Le volume est constitué conformément au standard UDF Bridge d'une zone vidéo Video Zone qui contient tous les éléments destinés aux lecteurs de salon et une zone DVD Other Zones qui peut être utilisée pour des données ou des applications informatiques destinées aux micro-ordinateurs équipés de lecteur de DVD-Rom.
On peut ainsi concevoir un DVD comportant un film de formation et une série d'applications informatiques. Le PC équipé d'un lecteur de DVD-Rom pourra lire non seulement la partie proprement vidéo, mais aussi la partie comportant des données comme on peut en trouver sur un CD-ROM.
La zone DVD-Vidéo débute par un gestionnaire vidéo où sont répertoriées toutes les données du disque, et comporte à la suite de 1 à 99 titres de vidéo.
Le gestionnaire vidéo commence par un clip vidéo/audio de présentation, suivi d'un menu offrant au spectateur la possibilité de choisir entre les différents titres.
Lorsque l'utilisateur appuie sur le bouton Titre de la télécommande du DVD, le film s'arrête et l'écran affiche à nouveau le menu principal.
3. Les titres et les objets vidéo
La zone du gestionnaire vidéo (Video Manager) est suivie d'ensembles de titres vidéo (Vidéo Title Sets) qui constituent la partie la plus importante du DVD. Un DVD peut comporter jusqu'à 99 ensembles de titres différents. Cependant, la plupart des DVD commercialisés pour l'instant proposent un seul long métrage cinéma : dans ces DVD la zone VTS se réduit à un seul ensemble de titres comportant un seul titre.
Chaque VTS comporte un ou plusieurs titres vidéo. Au début de chaque VTS, un menu apparaît, permettant de choisir l'accès à un titre ou à un autre. A son tour, chaque titre peut être divisé en chapitres, ici appelés Part of title (PTT). Les données à l'intérieur de chaque titre vidéo (Video Title) sont organisées en ensembles d'objets vidéo (Video Object Sets) VOBS, eux-mêmes composés d'objets vidéo (Video Objects) VOB.
L'objet vidéo est la plus petite unité de programme du DVD : il est composé de vidéo, d'audio, d'images d'incrustation et sous-titres et de données de navigation.
Enfin, chaque objet vidéo peut lui-même être divisé en cellules. La cellule est la plus petite unité qui peut être adressée lors d'un choix interactif. Une cellule peut avoir la taille d'un film entier si le film ne comporte aucune interactivité. Une cellule peut être de la taille d'un groupe d'images MPEG.
L'intérêt de cette arborescence en ensemble de titres, titres, ensemble d'objets vidéo n'apparaît que lors du développement d'un DVD comportant une très grande interactivité.
Dans le cas d'un film de long métrage cinéma, l'interactivité est généralement limitée et les possibilités de navigation sont réduites. Le film est souvent divisé en chapitres. On peut choisir de regarder le film d'une traite ou accéder directement à un chapitre. Dans ce cas, chaque chapitre correspond à une cellule. Mais il n'y a qu'un ensemble de titres (VTS) composé d'un seul titre (VT) lui-même constitué d'un seul ensemble d'objets vidéo (VOBS) contenant un seul objet vidéo (VOB) : l'objet vidéo est enfin divisé en autant de cellules qu'il y a de chapitres.
4. L'interactivité
Les possibilités d'interactivité du DVD sont relativement étendues pour un programme vidéo et ressemblent beaucoup aux possibilités du Video-CD. Sa rapidité de réponse permet d'envisager son application à des jeux interactifs.
5. Présentation et relecture
5-1) L’enchaînement des séquences
La façon dont le DVD doit afficher les vidéos est déterminée par l'enchaînement des séquences (PGC) qui indique dans quel ordre les différents objets vidéo doivent être joués et les conditions à remplir pour qu'ils soient joués.
Par exemple, dans le cas d'un film comportant des scènes de violence que le code parental a prévu de censurer, seules les séquences (suites d'objets vidéo pour le DVD) autorisées seront relues si le code n'a pas été entré. L'enchaînement de séquences est ainsi le plan de route du DVD, il comporte ses instructions. Chaque enchaînement de séquences est composé d'une pré-commande, d'une liste d'objets vidéo et de cellules et enfin, d'une post-commande.
La pré-commande comporte :
La post-commande contient :
6. Les instructions de navigation
Les 128 instructions possibles pour un enchaînement de séquences peuvent être regroupées en 5 catégories : Aller à et Lier à, Calculer, Comparer, Apprécier les paramètres et Jouer le programme.
La combinaison de ces commandes permet de gérer des instructions assez complexes telles que conserver le résultat d'un jeu, jouer des séquences de façon aléatoire, s'assurer que dans le cas d'un film interactif certaines séquences-clés sont bien jouées.
Pour obtenir des instructions complexes, on utilise de faux programmes de chaînes (ils ne contiennent aucun objet vidéo) dont seules les pré- et post-commandes sont utilisées.
7. Les menus
La plupart des DVD commercialisés comportent des menus qui permettent à l'utilisateur d'effectuer ses choix. Les menus sont constitués de trois éléments :
Dans le cas où le DVD serait conçu pour un format 16:9, trois jeux de boutons et de zones sensibles doivent être créés pour chacun des quatre modes de relecture : 16:9, letterbox et pan/scan.
Les menus peuvent avoir divers aspects. Au lieu de placer des boutons offrant un choix de couleurs pauvre (seulement 4 couleurs), on peut avantageusement remplacer les boutons par des zones de l'image de fond riches en couleur puisque codée en 24 bits. Dans ce cas, on installe simplement des zones sensibles transparentes sur les parties de l'image que l'on veut rendre actives. Lorsque le pointeur de la télécommande passe sur la partie de l'image de fond active, la zone sensible se met en surbrillance indiquant à l'utilisateur qu'il peut déclencher une action.
Les spécifications du DVD déterminent un certain nombre de menus que l'utilisateur doit pouvoir activer à partir de sa télécommande. Ces menus systèmes sont au nombre de cinq.
Lorsque l'utilisateur active l'un des menus système, le lecteur de DVD mémorise à quelle position du flux vidéo il se trouve et peut le reprendre lorsque l'utilisateur a fini sa consultation. Ceci, si celui-ci n'a pas effectué de sélection vidéo différente ou s’il a simplement choisi un changement de langue ou l'affichage d'un sous-titre d'une image incrustée.
8. Les paramètres systèmes et les paramètres généraux
Les lecteurs de DVD peuvent accéder à deux catégories de paramètres mémorisés : les paramètres systèmes et les paramètres généraux.
Les paramètres systèmes permettent au lecteur de DVD de retrouver les réglages par défaut tels que la langue, le ratio d'aspect et le niveau d'autorisation parental. Ces paramètres peuvent être entrés par l'utilisateur ou par le disque lui-même.
Les paramètres généraux sont, quant à eux, définis uniquement par le DVD lu: les spécifications du DVD ont prévu que les lecteurs de DVD doivent avoir réservé dans leur mémoire 16 bits adressables, utilisables pour les opérations de base et pour le stockage des valeurs. Ainsi, dans le cas d'un scénario interactif ou d'un jeu, le lecteur mémorise les étapes déjà effectuées, ce qui permet à l'utilisateur de reprendre le jeu ou le scénario à l'endroit où il s'est précédemment arrêté.
Exemple
La plupart des films sur DVD commercialisés actuellement utilisent une interactivité simple dont voici le schéma.
Un menu “Titre” donne accès à trois choix :
Chapitre 5 : Le fonctionnement du DVD-Vidéo
Dès la première version de ses spécifications (DVD 1.0), le Consortium DVD a formalisé les spécifications audio et vidéo ainsi que celles de l'interactivité à installer sur un DVD. Un programme installé sur DVD offre ainsi une garantie multi-plateforme.
1. La vidéo compressée au format MPEG
La norme vidéo retenue pour le DVD est la norme MPEG. Cette norme connaît deux versions (MPEG1 et MPEG2), toutes deux retenues par les spécifications du DVD. Cependant pour des programmes de très haute qualité, le MPEG2 est préférable.
Le MPEG 1, utilisé pour le Vidéo CD, repose notamment sur une compression vidéo très élevée. En particulier, chaque image est codée au quart de l'image source, puis agrandie à la restitution. Cette compression élevée permet de bons résultats (qualité proche du S-VHS) et a l'avantage d'autoriser 8 heures de film sur une seule couche d'une seule face. Cependant, pour obtenir une qualité proche des normes de diffusion télé, le MPEG2 s'impose.
Les formats vidéo possibles sont soit NTSC (525 lignes/60 trames par seconde), soit le PAL (625 lignes/50 trames/seconde). Il est possible d'installer un programme à la fois en PAL et en NTSC, mais ce n'est pas une obligation retenue par les spécifications DVD1.0.
2. Les ratios d'aspects acceptés par le DVD
Le rapport entre largeur et hauteur de l'image ou ratio d'aspect le plus communément répandu pendant longtemps a été de 4:3. Cela correspond au format 35 mm cinéma et a été adopté par la télévision à ses débuts. Cependant la généralisation des films en cinémascope a rapidement posé un problème pour la diffusion télé. Pour diffuser de tels films deux méthodes (non satisfaisantes) ont été retenues :
La mise au point du format de télévision 16:9, utilisé pour la télévision haute définition, permet de se rapprocher du ratio d'aspect du cinémascope sans l'atteindre.
La progression des équipements professionnels et dans le grand public des téléviseurs 16:9 et du "cinéma maison" a incité les concepteurs du DVD à prévoir dans leurs spécifications le format 4:3 avec possibilité d'affichage Pan-Scan ou Letterbox mais aussi le format 16:9.
Ainsi, si le film a été tourné en 16:9 et anamorphosé à la diffusion (comprimé en largeur sans perte d'image), le lecteur de DVD pourra le rejouer plein écran sans perte d'image sur un écran de télévision 16:9. Le même film visionné sur un écran 4:3 classique pourra être vu soit anamorphosé (image complète plein écran, mais contenu de l'image comprimé en largeur et étiré en hauteur), soit réduit au format letterbox avec bandes noires en haut et en bas de l'écran, soit image plein écran mais amputée en largeur suivant le procédé Pan-Scan.
3. Le multi-angle
Les spécifications du DVD permettent de prévoir plusieurs flux vidéo pour un même film. Si une séquence a été tournée sous plusieurs angles de prise de vue, le spectateur peut choisir l'angle sous lequel il désire regarder la scène et en changer à volonté. Un maximum de neuf angles différents est possible.
4. L'audio
C'est sans doute les possibilités sonores qui surprennent le plus dans le DVD.
Huit flux audio indépendants sont prévus, ce qui permet l'installation de programmes multilingues avec passage instantané d'une langue à l'autre. Chaque canal audio peut être codé sous un des cinq formats suivants : PCM (Pulse Code Modulated, Dolby Digital, MPEG, DTS (Digital Theater System) et SDDS (Sony Dynamic Digital Sound).
5. Les images fixes
Pour naviguer entre les différents éléments d'un DVD, des images fixes et des menus sont nécessaires. Les images peuvent être utilisées soit comme fond pour les menus de choix, soit sous forme de diaporama avec passage d'une image à l'autre, soit automatique, soit par commande du spectateur. Le diaporama automatique permet l'association d'une bande son.
6. L’incrustation d'images
Les spécifications du DVD autorisent jusqu'à 32 langues de sous-titrage. Ce sous-titrage appartient à une catégorie d'images incrustées qui peuvent apparaître soit sur de la vidéo, soit sur des images fixes. Ces images d'incrustation ne sont pas limitées à du texte mais peuvent être n'importe quelle image bitmap d'un format allant jusqu'à 720 x 576 pixels pour un programme en PAL et de 720 x 480 pixels pour un programme en NTSC.
Les images d'incrustation peuvent être utilisées par exemple pour réaliser des sous-titres des boutons d'interactivité, des instructions. Elles peuvent changer à chaque changement d'image du programme et être accompagnées d'effets tels que fondus, volets, transparence, défilement. .. La seule limitation étant dans le nombre de couleurs: seules peuvent être utilisées des images choisies dans une palette des 16 couleurs propres à chaque programme.
7. La limitation d'accès
Le DVD est le premier standard vidéo qui permet de modifier l'accès aux images d'un film en fonction du niveau attribué au programme. Lorsque le DVD est introduit dans le lecteur, le niveau d'accès du film est comparé au niveau d'accès programmé sur le lecteur. Soit le lecteur ne donne l'accès qu'aux séquences autorisées, soit il n'autorise pas du tout le visionnage du programme.
8. La protection contre la copie
La protection contre la copie est une des exigences fondamentales de l'industrie du film et du divertissement. Le développement du piratage des cassettes VHS et des CD sur grande échelle est à l'origine de pertes importantes, et les grosses compagnies ne veulent pas voir sur le marché des DVD de qualité proche des masters pouvant être copiés sans perte de qualité en raison de leur format numérique.
9. Le visionnement sur PC
Sur PC, les lecteurs de DVD-Rom doivent être associés à des cartes ou à des logiciels de décompression de la vidéo et de l'audio du DVD. La décompression matérielle est préférable : la décompression de la vidéo en MPEG2 et du son compressé en Dolby Digital demande en effet de grandes capacités de traitement que des cartes dédiées à cette opération assurent très bien.
Si l'on veut s'en tenir à une décompression logicielle, il est nécessaire de disposer d'un processeur très rapide et conçu pour le multimédia tel le Pentium II.
Chapitre 6 : La Conception d'un DVD Vidéo
1) Le prémastering
Les ressources d'un DVD sont riches et l'exigence de qualité du format est élevée ; c'est pourquoi, la réalisation d'un DVD-Vidéo nécessite des équipements complexes, un savoir-faire maîtrisé et une organisation minutieuse du projet.
Le processus allant de la planification du projet à la réalisation d'une image-disque du DVD est appelé prémastering.
1-1) Les six étapes essentielles qui marquent ce processus sont :
1-2) La planification du projet
Les possibilités de privilégier un aspect particulier du DVD sont nombreuses.
On peut par exemple décider d'accorder plus d'importance à la durée d'un film qu'au nombre de langues. Cependant, ces choix ne sont pas équivalents en termes d'espace disque utilisé (nombre de bits consacrés à chaque élément). Les choix décisifs doivent donc être faits au début du processus au sujet de : l’interactivité, le nombre de langues, le design du DVD, la gestion des ressources vidéo, audio, images et textes, la répartition du budget bits et l’impact du multi-angle,
1-3) Le format des images incrustées, des sous-titres et des images fixes
Les images fixes en couleur 24 bits utilisées comme images de fond sont généralement traitées sous un logiciel de retouche d'image comme Adobe Photoshop puis compressées en images I (image-clé) MPEG-2 par traitement logiciel.
Les images d'incrustation sont préparées directement sous forme d'images bitmap de 4 couleurs maximum.
Enfin, les sous-titres constitués par de simples fichiers texte sont transformés en images bitmap lors du processus de collecte des données.
1-4) Le traitement de l'audio
Les prouesses de la compression MPEG2 et la qualité des images n'est pas le plus impressionnant dans l'apport du DVD. Les possibilités de restitution du son sont encore plus frappantes pour l'utilisateur. Le DVD est le premier format grand public à pouvoir offrir un son non compressé (PCM) échantillonné à 48 kHz et 4 voies codées en 24 bits ou 8 voies codées sur 16 bits ou encore un son PCM stéréo échantillonné à 96 kHz avec un codage des deux voies en 24 bits ou, toujours, échantillonné à 96 kHz 4 voies 16 bits. Pour comparaison, se rappeler que le CD-Audio repose sur un son PCM stéréo échantillonné à 44 kHz avec 2 canaux codés sur 16 bits.
Le DVD, ce sont des sensations sonores nouvelles avec le Dolby Digital Surround, qui, avec 5 voies plus 1 restitue une écoute des films propre au cinéma.
La qualité et la variété des solutions offertes rendent l'étape de numérisation audio particulièrement longue et délicate, impliquant l'utilisation d'équipements audio capables de numériser les sons aux formats PCM, Dolby Digital et MPEG.
1-4-1) La préparation des pistes audio
Le multi-lingue suppose des niveaux d'enregistrement et un mixage identiques dans les différentes langues : dans le cas contraire, le passage d'une piste audio à l'autre lors du changement de langue produit un effet de perte de qualité.
1-4-2) Le format MPEG2 audio
Le MPEG2 audio permet de compresser un son en stéréo ou même sur 7.1 canaux (7+1), pour les effets de surround. Cependant, ce format n'est pratiquement pas utilisé dans les DVD actuels.
1-4-3) Le Dolby Digital
Pour les DVD en NTSC, le format audio imposé par les spécifications DVD est le PCM ou le Dolby Digital. Le format Dolby Digital en stéréo et en 5.1 surround est la règle car il associe compression et qualité.
Dernière innovation en matière de restitution sonore, le système multicanal "Dolby Digital Surround" encore appelé AC-3 (Audio Coding 3) a été retenu par les spécifications DVD pour restituer le son numérique avec des caractéristiques
élaborées pour les salles de cinéma. Le Dolby Digital repose sur un codage sélectif des signaux audio répartis sur 6 canaux : gauche, droit, central, arrière gauche et arrière droit, plus 1 canal grave. Ce procédé de codage, souvent appelé 5.1, permet de reconstituer un son de type surround avec des canaux parfaitement séparés.
Le débit numérique de l'ensemble est variable suivant les paramètres choisis par l'opérateur. Il peut ne pas dépasser 0,384 kbits/s grâce à un codage qui prend en compte la façon dont l'oreille perçoit un son (psychoacoustique) : l'algorithme mis au point par Dolby enlève au son les fréquences peu énergiques ainsi que l'information audio située dans des fréquences peu ou pas accessibles à l'oreille humaine. En même temps, les informations des différents canaux sont comparées et les informations redondantes éliminées. La compression obtenue autorise l'installation de plusieurs flux audio en Dolby Digital 5.1 sur un DVD.
1-4-4) L’encodage audio
L'encodage peut être réalisé en même temps que celui de la vidéo ou effectué avec un équipement dédié à l'audio. Dans tous les cas, les flux audio et vidéo doivent être séparés. Certains encodeurs permettent de retravailler le flux audio, d'autres non.
L'utilisateur doit pouvoir bénéficier d'un son en Dolby Digital stéréo ou en MPEG stéréo, même s'il ne dispose pas de l'équipement pour écouter un son en Dolby Digital surround ou en MPEG 7.1. L'opérateur de prémastering DVD doit donc installer à la fois le mixage stéréo (par down mix) et le mixage 5.1 ou 7.1.
Lorsque la capture audio a été réalisée sur un encodeur dédié, les fichiers son obtenus doivent être réécoutés avec la vidéo compressée afin de vérifier la qualité de la synchronisation. Ce qui suppose un équipement disposant à la fois d'un décodeur audio au format requis et d'un décodeur vidéo MPEG.
2) L'encodage MPEG
2-1) Présentation
La compression de la vidéo en MPEG est au cœur des spécifications DVD. Le MPEG dans ses deux standards MPEG 1 et MPEG2 est la seule norme retenue pour la vidéo sur DVD.
Le MPEG 1 est le résultat de plusieurs années de recherche du Moving Picture Expert Group, une équipe d'experts de la vidéo et de l'informatique réunis dès 1988 par l'International Standardization Organisation (ISO) et l'International Electrotechnical Commission (IEC). Enregistrée sous la référence ISO 11172, cette norme définit les spécifications de codage de la vidéo, de l'audio et de leur combinaison (multiplexage). Contrairement à tous les autres formats de compression numérique des flux vidéo, le MPEG ne dépend d'aucun constructeur matériel ou éditeur d'applications : il est ouvert à tous. Peu importe les moyens proposés pour le produire, ce qui compte c'est, à l'arrivée, le respect des spécifications définies par l'ISO 11 172.
Cependant le MPEG 1 a été conçu pour des applications exigeant des flux à bas débit (couramment de 150 ko/s à 300 ko/s) et une image très compressée qui, dans de bonnes conditions de numérisation, offre une qualité intermédiaire entre VHS et S-VHS.
Le MPEG2 a au contraire été mis au point pour répondre dans un premier temps à des applications à haut débit, de qualité broadcast (notamment la diffusion de chaîne de télévision par satellite ou la télévision haute définition).
2-2) fonctionnement
Pour permettre à 133mn de film de rentrer sur une face, l'augmentation des cuvettes n'est pas suffisante. Arrive alors la compression numérique. Sans elle, un film ne pourrait pas tenir sur un disque. Lors de la numérisation du film(les images sont transformées en données numériques)un programme assisté d'un opérateur, élimine toute donnée qui se trouve répétée.
Un exemple :
imaginez un plan fixe d'un homme accoudé contre un mur attendant le bus.
Si l'homme fait quelques gestes, le reste de l'image est immobile. Donc sur chaque image du film, le décors se répète sans être modifié et seule la partie de l'image ou se trouve l'homme est mobile. Le programme se charge de trouver de tels éléments et de supprimer les répétitions lors de la compression. A la décompression, ces éléments supprimés sont numériquement reproduit et la vision du film n'en est pas affectée.
Bien entendu, lorsque cette compression est mal faite, des défauts apparaissent.
Il est vrai qu'en regardant de près un DVD, même bien compressé, certains défauts subsistent.
Mais ceci dans le cas d'un examen minutieux de l'image plutôt que dans le cadre du visionnage d'un film, ou là, l'image semble vraiment parfaite.
3) Le développement auteur (authoring) du DVD
En raison des possibilités d'interactivité associées au DVD, l'étape de développement logiciel constitue le moment fort de la création d'un DVD.
C'est au cours de cette opération que les différents éléments (vidéo, audio avec langues multiples, images fixes, menus, sous-titres, images d'incrustation), sont organisés les uns par rapport aux autres. C'est aussi au cours de cette opération que les instructions sont formulées de façon à proposer à l'utilisateur du DVD des choix et indiquer au DVD les réponses à apporter (points d'entrée des chapitres, multi-angle, scénario multiple, mais aussi indicateur pour code parental, code de pays, protection contre la copie, etc.).
Cette étape est appelée authoring ou développement auteur. Elle commence après l'encodage et la préparation des divers éléments au format désiré et se termine avec la réalisation d'un DVD virtuel (image-disque).
Actuellement, il existe plusieurs solutions d'authoring DVD, la plus connu est sans doute DVD Author de Sonic Solution. Celle ci est bien entendu destinée aux professionnels Toutefois, il existe actuellement une solution entièrement logicielle
nommée DVD ToolBox qui permet d'encoder une vidéo au format MPEG2 et ensuite de l'intégrer dans une application, grâce à un logiciel d'authoring.
4) Le Mastering
Le pressage est un processus industriel qui fait appel à des investissements lourds et se déroule dans des conditions de production extrêmement rigoureuses de façon à notamment éviter les poussières. Il aboutit à la duplication en grande quantité d'un DVD après réalisation d'une matrice en verre (glass master).
Le processus de base pour le mastering et le pressage d'un DVD est, similaire à celui qui est éprouvé pour la production des CD-Rom. Cependant en raison de la plus petite taille des microcuvettes et des replats ainsi qu'en raison du resserrement des pistes qui les contiennent, les équipements utilisés ont une tolérance d'erreur moins élevée. Le rayon laser utilisé est d'une plus haute résolution, le mécanisme de contrôle de la position du laser et la vitesse de rotation doivent être plus précis.
4-1) La création du glass-master et le pressage
Lorsque les données sont correctement encodées, elles sont envoyées directement au système d'enregistrement laser. Le rayon laser est modulé suivant le codage des données. Il impressionne un disque de verre recouvert d'une couche photosensible. A la fin de l'exposition au rayonnement, le disque subit un développement. Des microcuvettes plus ou moins longues apparaissent selon l'intensité et la durée de chaque modulation. L'image physique du disque avec ses pits et ses lands est donc créée.
Le disque de verre est alors revêtu d'une couche d'argent, puis contrôlé sur un
lecteur spécial. Si le disque est correct, on procède par électroformage à la réalisation
d'un master en nickel. Ce master en métal qu'on appelle "père" va servir à presser les
disques en plastique.
Lors de l'opération de pressage, le master en nickel est monté sur un moule à injection. La face du master en métal comportant les pits et les lands en négatif va constituer l'une des faces internes du moule. Du polycarbonate est alors injecté à chaud puis refroidi. Le plastique une fois solidifié, le disque est recouvert d'une couche d'aluminium destine a réfléchir la lumière, puis d’un vernis de protection. Pour le moulage des DVD, de nouveaux moules aptes à produire un substrat de 0,6 mm d'épaisseur sont utilisés. La seule étape véritablement nouvelle lors du processus de fabrication d un DVD par rapport au CD-Rom est le collage (bonding) des couches et des disques.
Le DVD, né d'un accord entre les grandes multinationales de l'informatique et de l'audiovisuel, est un compromis entre le CD et ses inconvénients, et les dernières
innovations techniques. Ces dernières concernent : l'amélioration du codage, le développement d'un système optique permettant la compatibilité entre la plupart des disques optiques et la création de nouveaux matériaux réduisant les perturbations extérieures. Tout ceci a conduit à l'obtention d'un "CD" à la capacité immense de17 Go grâce au système multi-couches/multi-faces.
Les concepteurs du format DVD ont prévu les progrès futurs. Par exemple, des lasers de plus courtes longueurs d'onde permettront peut-être de doubler encore la densité des données. Ainsi des solutions dérivées de la technique de base du DVD, pourront stocker 50 Giga-octets sur un plateau de 1,2 millimètres d'épaisseur.
De nombreux spécialistes parachèvent les spécifications de la famille unifiée des formats DVD. Ils s'efforcent de faire les choix techniques qui offriront la base la plus fonctionnelle aux applications futures dont beaucoup ne sont même pas conçues.
De la même façon que la télévision a rapidement évolué pour devenir bien plus qu'une
radio avec des images, les applications issues du nouveau format devraient évoluer de façon surprenante et imprévisible dans les années à venir.
Voici maintenant, les technologies que nous verrons arriver durant les prochaines années:
1) Le DVD HD (Haute définition)
Le projet DVD HD, a été conçu dans l'optique de compléter le projet de la télévision HD. En effet, grâce à un nouveau procédé utilisant un laser bleu-violet avec une longueur d'onde différente, le futur DVD HD pourra stocker jusqu'à 27,4 GO de données sur 1 disque double couche. Cette capacité permettra un stockage de 4 heures de vidéo en haute définition (norme 1080i).
2) Le nouveau format DVD-RW (Réinscriptible)
2-1) Les caractéristiques
Le DVD-RW a les même capacités (4.7Go) et les mêmes dimensions (12 cm) que le DVD-Vidéo. Les DVD-RW permettent 2 heures pleines d'enregistrement dans le mode standard (SP) et un maximum de 6 heures d'enregistrement dans le mode manuel (MN) sur un disque.
Le DVD-RW utilise le même format d'écriture que le DVD-R, mais contrairement à celui ci, il peut être ré-écrit environ 1000 fois. Comme le DVD-RW utilise aussi la méthode de lecture seule, il peut parfaitement être lu par un lecteur de DVD-Vidéo classique.
Le DVD-RW utilise le protocole mis au point par le Forum DVD. Ce format utilise une méthode d'enregistrement en temps réel d'un signal vidéo, en haute qualité.
2-2) La protection contre la copie
Les futurs enregistreurs DVD, ne pourront contourner les protections Macrovison et CSS, qui permettent un brouillage du signal de sortie.
2-3) L’enregistrement rapide et facile
L'utilisateur, pourra enregistrer très facilement et très rapidement. De plus, lors de chaque début d'enregistrement, l'enregistreur placera un signet qui permettra une navigation par chapitre.
2-4) Les formats supportés
Les futurs enregistreurs DVD, supporteront les modes suivant :
Formats vidéo : MPEG 1 & 2
Formats audio : Stéréo & Mono
3) Conclusion
Le marché de la vidéo, va très vite s'orienter vers le tout numérique, et progressivement, l'enregistrement sur bande disparaîtra. D'ici peu, les magnétoscopes disparaîtront au profit des futurs lecteurs/enregistreurs de DVD. D'ailleurs tout ceci est déjà en marche, puisque Pioneer vient de commercialiser le premier de ces appareils au Japon.