القرص الصوت والصورة الرقمي القرص المتقلب الرقمي (بالإنجليزية: Digital Versatile Disc) أوالقرص الصوت والصورة الرقمي (بالإنجليزية: Digital Video Disc) ، والذي يعهد في معظم الوقط بالـدي في دي (DVD) ، هوقرص بصري يستخدم كواسطة لتخزين البيانات ، وبإمكانه حفظ الأفلام ذات جودة الوضوح والصوت العاليتين. تشبه هذه الأسطوانات الأقراص المضغوطة من ناحية القياسات (12 سم) ، ولكنها مشفرة بهيئة أخرى بكثافة أعلى بكثير. بإمكان القرص استيعاب 8.5 جيجا بايت من المعلومات مما يؤدي إلى استبدال تقنية القرص المدمج تتشابه صيغ الأقراص DVD والأقراص المدمجة CD، فكلاهما يشهجران في تقانة التخزين الضوئي الأساسية نفسها، ألا وهي تمثيل المعلومات بنقرات pits متناهية الصغر تُشكَّل على السطح البلاستيكي للقرص عند تفريغ المادة اللدنة في النطقب المخصص لتشكيلها. ويتم بعد ذلك تغليف وجه القرص المنقَّر بطبقة رقيقة من الألمنيوم، وفي حالة الأقراص المدمجة تغطى بطبقة واقية من اللَّك lacquer وملصق يشير على محتواها. وعند قراءة المعلومات المخزَّنة على القرص، يقوم جهاز التشغيل بإرسال ومضة صغيرة من أشعة الليزر فتنفذ من خلال الطبقة الخارجية للقرص إلى الطبقة المحتوية على البيانات، ويتم ذلك أثناء دوران القرص. وتعتمد شدة الإضاءة المنعكسة من سطح القرص على وجود (أوعدم وجود) النقرات على المسار المخصَّص لتسجيل المعلومات. فإذا سقطت النُّقرة مباشرة تحت البقعة المضيئة للقراءة read-out spot، تنعكس كمية من الضوء أقل مما ينعكس في حالة وقوع بقعة الضوء على جزء مستومن المسار. ويقوم المكشاف الضوئي وغيره من الإلكترونيات الموجودة في جهاز التشغيل بترجمة ذلك التغير إلى أصفار وواحدات للكود الرقمي الذي يمثل المعلومات المُخزَّنة على القرص.

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

ثمة فرقان أساسيان بين الأقراص المدمجة والأقراص DVD. يكمن أولهما في طول قطر النقرات؛ فيصل قطر أصغر نقرة في الأقراص DVD إلى 0.4 ميكرون، في حين يصل إلى ضعف ذلك في الأقراص المدمجة، أو0.83 ميكرون. أما الفرق الآخر فيكمن في طول المسافة التي تفصل ما بين المسارات التي تُخزَّن عليها المعلومات، فتصل هذه المسافة إلى 0.74 ميكرون في الأقراص DVD في حين تصل إلى 1.6 ميكرون في الأقراص المدمجة. وعلى الرغم من تساوي هذين النوعين من الأقراص في الحجم فإن الطول الكلي للمسارات الحلزونية للبيانات data spiral، يصل إلى أكثر من 11 كيلومترا في الأقراص DVD، أي أكثر من ضعفي الطول اللقاء في الأقراص المدمجة. ويتحتم على شعاع القراءة في أجهزة تشغيل الأقراص DVD حتى يركز على بؤرة أدق من مثيلتها في أجهزة تشغيل الأقراص المدمجة كي يتمكن من قراءة النقرات الصغيرة الحجم. ولتحقيق ذلك، يُستخدم شبه موصل يعمل بأشعة ليزر حمراء تتراوح أطوال موجاتها ما بين 635 و650 نانومترا. وباللقاء، فإن أجهزة تشغيل الأقراص المدمجة تستخدم أجهزة ليزر ذات طول موجي أكبر يصل إلى 780 نانومترا. كما تستخدم أجهزة تشغيل الأقراص DVD عدسة ذات قوة أكبر على الهجريز لها فتحة عددية numerical aperture أعلى من مثيلتها في أجهزة تشغيل الأقراص المدمجة. وإلى هذه الفروق السابق ذكرها مع الكفاءات الإضافية لصيغة الأقراص DVD الآتي ذكرها، تُردّ السعة الهائلة للتخزين والتي تبلغ 4.7 گيگابايت في جميع طبقة من طبقات المعلومات في الأقراص DVD.

ويمكن مضاعفة سعة تخزين الأقراص DVD بحيث تصل إلى 9.4 گيگابايت، بل ويمكن أيضًا مضاعفة الرقم الأخير مرة أخرى بحيث يصل إلى 17 گيگابايت وذلك عن طريق ابتكارين إضافيين. عملى الرغم من تساوي الأقراص DVD والأقراص المدمجة في السماكة (1.2 مليمتر)، فإن الأولى تحتوي على طبقتين لتخزين المعلومات في حين تحتوي الأخرى على طبقة واحدة فقط. كما تلتحم طبقتا المعلومات في الأقراص DVD بحيث يتقابل السطحان المنقران في مركز القرص. وهذا الهجريب يحمي السطوح من التأثيرات الضارة مثل ذرات التراب والخدوش. وفي أبسط التصميمات للأقراص DVD، يمكن الوصول إلى السطح الثاني للقرص بسحب هذا القرص من جهاز التشغيل، وقلبه ثم إدخاله مرة أخرى. وهناك تصميم آخر معروف بالتصميم المتعدد الطبقات، يسمح باستخدام سطحي المعلومات بتشغيل وجه واحد من القرص.

وفي حالة القرص المتعدد الطبقات، نجد حتى السطح العلوي لتخزين المعلومات مغلف بطبقة عاكسة جزئيا ونفاذة جزئيا. أما انعكاسية reflectivity الطبقة العليا فهي تكفي لتمكين شعاع الليزر من قراءة النقرات الموجودة في السطح العلوي؛ وأما نفاذيتها transmissivity فتمكِّن الشعاع أيضا من الهجريز على السطح السفلي للقرص وقراءة النقرات الموجودة فيه. وعندما تهجرز بؤرة الليزر على الطبقة السفلى للمعلومات، فإن نقرات الطبقة العليا للمعلومات تبتعد عن البؤرة ولا تتداخل معها إطلاقًا. (ولمواءَمة الخسارة الحتمية ـ وإن كانت قليلة ـ في جودة استرجاع المعلومات عند اتباع ذلك الأسلوب، يجب تخفيض سعة التخزين بمقدار ضئيل حتى تصل إلى 8.5 گيگابايت، مما يفسر لنا كيفية اتساع الأقراص DVD ذات الطبقتين والوجهين لنحو17 گيگابايت). وتُستخدم مادة لاصقة ضوئية عالية الجودة للصق الطبقتين معًا، ويتحتم التحكم بدقة في سماكتها لتجنب أي انحراف زائد عن البؤرة للشعاع الواقع في بقعة القراءة.

إضافة إلى السعة الزائدة التي يوفرها تصميم الأقراص DVD ذات الطبقتين، فهويوفر مزايا أخرى إذ إنه يقلل من الأخطاء الناتجة من انحراف tilt القرص واعوجاجه. ونفهم كلنا حتى جميع الأقراص المدمجة معرضة للاعوجاج، فإذا انحرف سطح القرص بحيث يصير غير متعامد مع شعاع الليزر، نتجت من ذلك أخطاء في القراءة. ومما يجدر ذكره حتى درجة التأثير السلبي للانحراف في القراءة من خلال البقعة المضيئة تتناسب طردًا مع سماكة طبقة المعلومات. لذا نجد حتى سماكة هذه الطبقة في الأقراص DVD هي 0.6 مليمتر فقط، مما يحمل من كفاءة التصميم ككل. وطبقة المعلومات القليلة السماكة هذه تجعلها أقل حساسية للانحراف من الأقراص المدمجة التي يبلغ سماكة طبقتها 1.2 مليمتر. وفي المقام الأول، نجد حتى الأقراص الرقمية أقل تأثرا بأنواع معينة من الانحرافات والاعوجاجات لأسباب أخرى عديدة.

صيغة واحدة للكل

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

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

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

وفي الشهر 8/1995، تقبلت المجموعة التقنية العاملة كلتا الصيغتين لاستخدامهما في تطبيقات الحاسوب، ولكنها خلصت إلى أنه من غير المقبول عدم توحدهما. وقد بدا واضحًا حتى بعض شركات الحاسوب كانت على استعداد لتفضيل صيغة على أخرى، وما إذا مرت فترة وجيزة حتى بدأت المحادثات الجادة لمزج أفضل عناصر جميع من التصميمين. وقد قبل مقدموالتصميم عرض الشركة IBM بالتحكيم بينهما فيما يخص الفروق الفنية، وفي 15/9 تم التوصل إلى صيغة واحدة، وقد استعار التصميم الموحد فكرة الغلاف الرقيق وكود تسليم الأخطاء من اقتراح الشركتين توشيبا وتايم وارنر، في حين اقتبست فكرة كود تغيير الإشارة signal modulation code من تصميم الشركتين سوني وفيليبس.

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

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

ونظرًا لأنه تجاوز للمستهلكين حتى وظّفوا مبالغ لا بأس بها في شراء مجموعات من الأقراص المدمجة الصوتية والأقراص CD-ROM، فقد روعي أول ما روعي عند التصميم حتى تتمكن أجهزة تشغيل الأقراص DVD من قراءة ما سبقها من الأقراص المدمجة الموجودة حاليًا في الأسواق، إضافة إلى الأنواع الجديدة من الأقراص. ومن أجل تحقيق هذه الإمكانات في أجهزة تشغيل الأقراص DVD، لابد من توافر خواص ضوئية مُميِّزة للتصميم. وأبسط التصميمات التي تحقق ذلك هوهجريب عدستين في الرأس الضوئي optical head الواحد، إحداهما مخصصة لقراءة الأقراص التي تصل سماكة طبقة المعلومات فيها إلى 1.2 مليمتر، والأخرى لقراءة تلك التي تصل سماكة غلافها إلى 0.6 مليمتر ـ ثم يتم التبديل بينهما ميكانيكيًّا حسب الحاجة.

وقد ظهر حل آخر أظرف ألا وهواستخدام جزء ضوئي مقولب واحد single molded optic في مركزه عنصر هولوغرافي holographic. إلى غير ذلك لا يؤثر هذا العنصر في الضوء المار من خلال الحلقة الخارجية للعدسة، ويتمركز في بقعة مضيئة صغيرة جدًّا على السطح تكفي لقراءة القرص DVD، ويُركِّز جميع من العدسة والعنصر الهولوغرافي نحوثلث شعاع القراءة الواقع على الجزء المركزي لتحديد مسقط مناسب من أجل قراءة النقرات على الأقراص المدمجة الأسمك.

بتات أكثر

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

ومع ذلك لا نستطيع تجاهل فاعلية تقنيات تسليم الأخطاء والتحكم error correction and control techniques ECC المتوافرة على الأقراص DVD. فبإمكانها مثلاً تسليم خطأ فادح يبلغ طوله 2000 بايت byte ويقابل أربعة مليمترات طولاً على مسار التخزين على القرص. وتحتل البيانات الخاصة بتقنيات تسليم الأخطاء والتحكم نحو13% من سعة الأقراص DVD، في حين تحتل البيانات نفسها الثلث الكامل للسعة الكلية للأقراص المدمجة. وقد طرأت تحسينات كثيرة على كفاءة تلك التقنيات عند تطبيقها على الأقراص الرقمية من دون المساس بإمكانات تسليم الأخطاء، وذلك نتيجة للقدرة الحسابية العالية للشيبات chips السيليكونية الحديثة. وهذه القدرة لم تكن متوافرة بعد عند تصميم الأقراص المدمجة.

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

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

مقارنة بين الأقراص الرقمية (الأقراص DVD) والأقراص المدمجة

قطر القرص

• 120 مليمترًا

بناء القرص

• طبقتان تبلغ سماكة جميع منهما 0.6 مليتمر
• طبقة واحدة يبلغ سمكنها 1.2 مليمتر

أقل طول للنقرة

• 0.4 ميكرون
• 0.83 ميكرون

طول موجة الليزر

• 635 إلى 650 نانومترا
• 780 نانومترا

السعة

• طبقتان على جميع وجه من وجهي القرص: المجموع 9.4 كيكابايت للسعة الكلية طبقتان كلتاهما على وجه واحد: 8.5 كيكابايت للسعة الكليبة أربع طبقات، اثنتان على ك لوجه من وجهي القرص: 17 كيكابايت في المجموع.
• طبقة واحدة على وجه واحد من الرص: 0.68 كيكابايت للسعة الكلية

فتحة الثقب العددية

• 0.6
• 0.45

كثافة المسارات

000 34 مسار في البوصة (الإنش) 000 16 مسار في البوصة الواحدة

كثافة البتات

000 96 بتة في البوصة الواحدة
000 43 بتة في البوصة الواحدة

مدل البيانات

11 ميكابتة في الثانية الواحدة
من 1.2 إلى 4.8 ميكابتة في الثانية الواحدة

كثافة البيانات

3.28 كيكابتة في البوصة المربعة
0.68 كيكابتة في البوصة المربعة

إمكانيات أكثر

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

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

ومما لاشك فيه حتى التحسينات الرقمية ستؤثر إيجابيًّا في جودة الصوت للأفلام المخزنة على الأقراص DVD، وكما يفهم أي مشاهد لفيلمَيْ «الحديقة الجوراسية» و«أبولّو13» في أحدث دور العرض، فإن الجودة العالية وتعدد القنوات الصوتية يزيدان من الاستمتاع بالأفلام إلى درجة كبيرة. إذا صيغة الأفلام السينمائية المخزنة على الأقراص DVD تتطلب إما طريقة مختبرات دولپي AC-3 Dolby متعددة القنوات (5.1) المضغوطة الصوت compressed audio أوكيفية تغيير تكويد التردد الصوتي pulse-code modulation PCM التي تتبع نظام التكويد الصوتي، مع الاستعانة الاختيارية بالنظام MPEG الصوتي. ويستخدم نظام دولپي معدل بتات مضغوطة الصوت compressed audio-bit rate يصل إلى 448000 بتة في الثانية الواحدة وذلك لإيجاد خمس قنوات صوتية مستقلة لها جودةُ الأقراص المدمجة نفسُها، وإيجاد قناة سادسة مخصصة للتأثيرات الصوتية ذات التردد المنخفض. (ويفسر هذا التحليل المفصل سبب تسمية هذا النظام بـ 5.1). وحتى الآن لم تتحدد تمامًا المواصفات الخاصة بالأقراص DVD الصوتية المحضة ـ التي ستخلف الأقراص المدمجة الصوتية ـ منتظرة في ذلك البيانات اللازمة التي تقدمها صناعة تسجيل الموسيقى وغيرها من الجهات المستقلة مثل الجمعية الهندسية للصوتيات Audio Engineering Society.

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

أمامنا مزيد من التقدم

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

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

وتتوافر حاليًا مجموعة كبيرة متنوعة من أدوات تخزين البيانات القابلة لإعادة الإنضمام لدرجة تجعل الأمر يختلط علينا، فتجد الأقراص المرنة ذات السعة المنخفضة وتلك ذات السعة العالية، وخرطوشات الأقراص الصلبة القابلة للنقل removable hard-disk cartridges، والوسائط المغنطيسية الضوئية والاختيارات المنوعة للفائف cartridge الأشرطة المغنطيسية. ومن غير المنتظر حتى تحل أجهزة تشغيل الأقراص الرقمية القابلة لإعادة الإنضمام وتلك التي تستخدم الذاكرة استخدامًا عشوائيًا محل الأقراص الصلبة المغنطيسية الواسعة الانتشار ذات الكفاءة العالية، إلا أنها بلاشك لديها القدرة على حتى تقدم حلاً موحدًا للتطبيقات المتنوعة التي تتطلب وسائط قابلة للنقل وقابلة للقراءة والكتابة معا. ومن المتسقط حتى يتراوح ثمن وسائط الأقراص الرقمية القابلة للتسجيل ما بين 0.2 سنت و0.5 سنت لكل ميگابايت ـ ويعد هذا ثمنًا منخفضًا لدرجة ترضي أكثر المتلهفين إلى نقل ملفات الإنترنت وأعظمهم طموحًا. إذا أجهزة تشغيل الأقراص DVD القابلة للتسجيل يمكنها حتى توفر لمستخدميها سعة عالية وكفاءة استخدام عشوائي جيدة وثمن تكلفة منخفضا، إضافة إلى درجة توافق عالية مع الأقراص الرقمية المصنعة للقراءة فقط من الذاكرة، والتي من المتسقط حتى تكون الصيغة الأكثر انتشارًا في توزيع المعلومات. إذا جهازًا واحدًا لتشغيل الأقراص الرقمية التي تستخدم الذاكرة استخدامًا عشوائيًا يمكنه في هذه الحالة احتواء الكثير من تطبيقات نظام الحاسوب الشخصي الحالية والمستقبلية على حد سواء، بما في ذلك الناشر المخطي والتأليف للوسائط المتعددة وتوزيع المحتويات ونقل البيانات وحفظها وحفظ النسخ الاحتياطية منها.

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

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

هذا النص منقول من مجلة العلوم (SIENTIFIC AMERICAN)الترجمة العربية عدد سبتمبر 1997

المؤلف

Alan E. Bell

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

مراجع للاستزادة

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

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

Scientific American, July 1996

(1) Compatible Digital Versatile Disc DVD

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