DVD, DVD audio et DVD-ROM (DVD-R, DVD-RW, DVD+W, DVD+RW)

Juin 2015

Présentation du DVD


Le DVD (Digital Versatile Disc, plus rarement Digital Video Disc) est une «alternative» au disque compact (CD) dont la capacité est six fois plus importante (pour le support DVD de moindre capacité, simple face, simple couche). Le format DVD a été prévu afin de fournir un support de stockage universel alors que le CD était originalement prévu en tant que support audio uniquement.


Le format DVD est prévu afin de rendre les données adressables et accessibles aléatoirement (de manière non séquentielle). Il possède une structure complexe, permettant une plus grande interactivité, mais nécessitant l'utilisation de microprocesseurs évolués.


Le format DVD était porté originalement (dès le 15 septembre 1995) par un consortium de dix sociétés du monde multimédia (Hitachi, JVC, Matsushita, Mitsubishi, Philips, Pioneer, Sony, Thomson, Time Warner et Toshiba). A partir de 1997, un nouveau consortium, baptisé «DVD Forum» a succédé au consortium initial.


Un DVD peut facilement être confondu avec un CD dans la mesure où les deux supports sont des disques en plastique de 12 cm de diamètre et de 1.2 mm d'épaisseur et que leur lecture repose sur l'utilisation d'un rayon laser. Toutefois, les CD utilisent un laser infrarouge possédant une longueur d'onde de 780 nanomètres (nm) tandis que les graveurs de DVD utilisent un laser rouge avec une longueur d'onde de 635 nm ou 650 nm. De plus, les lecteurs de CD utilisent généralement une lentille dont la focale vaut 0,5, alors que les lecteurs de DVD sont basés sur une lentille ayant une focale de 0,6. Ainsi, les DVD possèdent des alvéoles dont la taille minimum est de 0,40µ avec un espacement de 0,74µ, contre 0,834µ et 1,6µ pour le CD.

Surface d




L'intérêt du DVD est essentiellement sa capacité de stockage, ce qui en fait le support par excellence pour la vidéo. Un DVD de 4,7 Go permet ainsi de stocker plus de deux heures de vidéo compressée en MPEG-2 (Motion Picture Experts Group), un format qui permet de compresser les images tout en gardant une grande qualité d'image.

Structure physique


Les DVD existent en version «simple couche» et «double couche» (en anglais «Dual Layer», noté DL). Ces derniers sont constitués d'une couche translucide semi réfléchissante à base d'or et d'une couche réflexive opaque à base d'argent, séparées par une couche de liaison (bonding layer). Pour lire ces deux couches le lecteur dispose d'un laser pouvant changer d'intensité en modifiant sa fréquence et sa focale :
  • avec une intensité faible le rayon est réfléchi sur la surface dorée supérieure,
  • avec une intensité plus élevée le rayon traverse la première couche et est réfléchi sur la surface argentée inférieure.




La couche inférieure possède toutefois une densité moindre. De plus l'information y est stockée «à l'envers» sur une spirale inversée, afin de limiter le temps de latence lors du passage d'une couche à une autre.

Fonctionnement d




Par ailleurs, les DVD existent en version simple face ou double face, à la manière des disques vinyles. Dans le second cas, l'information est stockée de part et d'autre du support.


On distingue généralement 4 grandes familles de supports DVD, possédant différentes capacités selon leurs caractéristiques physiques :



Type de support Caractéristiques Capacité Temps musical équivalent Nombre de CD équivalent
CD 650Mo 1h14 min 1
DVD-5 simple face, simple couche 4.7 Go 9h30 7
DVD-9 simple face double couche 8.5 Go 17h30 13
DVD-10 double face, simple couche 9.4 Go 19h 14
DVD-18 double face, double couche 17 Go 35h 26

Formats standard de DVD


Les spécifications officielles des DVD se déclinent en cinq livres :
  • le livre A (Book A) pour le DVD-ROM ;
  • le livre B (Book B) pour le DVD Vidéo ;
  • le livre C (Book C) pour le DVD Audio ;
  • le livre D (Book D) pour le DVD inscriptible (DVD-R) et le DVD réinscriptible (DVD-RW). Le format DVD-R est un format inscriptible une seule fois (Write-Once), tandis que le format DVD-RW est un format réinscriptible, permettant l'effacement et la modification de données grâce à une phase capable de changer d'état ;
  • le livre E (Book E) pour le DVD réinscriptible (également DVD-RAM, pour DVD Random Access Memory). Le DVD-RAM est un support réinscriptible utilisant une technologie du changement de phase pour l'enregistrement. Les DVD-RAM sont en réalité des cartouches composées d'un boîtier et d'un DVD. Certaines cartouches sont amovibles, afin de permettre la lecture d'un DVD-RAM dans un lecteur DVD de salon.

Formats standard de DVD enregistrables


Il existe actuellement trois formats de DVD enregistrables :
  • DVD-RAM de Toshiba © et Matsushita ©. Il s'agit d'un format essentiellement utilisé au Japon.
  • DVD-R / DVD-RW, porté par le DVD Forum. Les DVD au format DVD-R sont enregistrables une seule fois tandis que les DVD au format DVD-RW sont réinscriptibles à raison d'environ 1 000 enregistrements. Le format DVD-R, ainsi que le format DVD-RW, permet d'obtenir une capacité totale de 4.7 Go.
  • DVD+R / DVD+RW, porté par Sony et Philips au sein de la DVD+RW Alliance, regroupant, en plus des deux précédentes, les sociétés Dell, Hewlett-Packard, Mitsubishi/Verbatim, Ricoh, Thomson et Yamaha.




Ces trois formats sont incompatibles entre eux, malgré des performances équivalentes. Le format DVD-RAM ne fera pas l'objet de détails, dans la mesure où il est principalement utilisé au Japon. Les formats DVD-R(W) et DVD+R(W) sont par contre largement utilisés en Europe.

DVD-R/RW


Le format DVD-R/DVD-RW est basé sur une technique dite du «pré-pits». À la manière des CD inscriptibles (CD-R), les DVD inscriptibles et réinscriptibles utilisent une «pre-groove» (spirale préalablement gravée sur le support), ondulant selon une sinusoïdale appelée
wobble. La pre-groove permet de définir le positionnement de la tête d'enregistrement sur le support (appelé tracking) tandis que la fréquence d'oscillation permet au graveur d'ajuster sa vitesse. Les informations d'adressage (position des données) sont par contre définies grâce à des cuvettes pré-gravées sur le support, dans les creux (appelés land) entre les sillons du disque (appelés groove), baptisées «land pré pits» (abrégé en LPP).

Pré-pits, groove et land




Les pré-pits constituent ainsi un second signal servant au positionnement des données. Lorsque le laser rencontre un pré-pit, un pic d'amplitude apparaît dans l'oscillation, indiquant au graveur où la donnée doit être gravée. Les spécifications du DVD-R précise qu'un pré-pit doit posséder une longueur d'au moins une période (1T).


Le format DVD-R/DVD-RW propose des fonctionnalités de gestion des erreurs, essentiellement logicielles (appelées Persistent-DM et DRT-DM).

DVD+R/RW


Le format DVD+R/DVD+RW utilise une spirale dont l'oscillation (wobble) possède une fréquence beaucoup plus élevée que les DVD-R (817,4 kHz pour les DVD+R contre 140,6 pour les DVD-R) et gère l'adressage grâce à une modulation de la phase de l'oscillation, c'est-à-dire un codage par inversion de phase appelé ADIP (ADdress In Pre-groove). L'inversion de phase a lieu toutes les 32 périodes (32T).

ADIP - ADdress In Pre-groove



Le format DVD+RW offre une fonctionnalité de correction d'erreurs appelée DVD+MRW (Mount Rainier for DVD+RW abrégé en Mt Rainier for DVD+RW) permettant de marquer les blocs défectueux. De plus, si des données lisibles existent sur ce bloc, un mécanisme permet de les déplacer sur un bloc sain et met à jour la table d'allocation des fichiers (on parle alors de Logical to Physical Address Translation).


En outre, une vérification en arrière-plan est prévue dans les spécifications, permettant de vérifier les erreurs présentes sur le disque, lorsque le lecteur est inactif. L'utilisateur peut néanmoins lire le support ou l'éjecter à tout moment, auquel cas les vérifications continueront où elles s'étaient arrêtées dès que le lecteur sera à nouveau en veille.

Différences entre DVD+ et DVD-


D'une manière générale la méthode d'adressage utilisée par les DVD+R (modulation de phase) possède une meilleure résistance aux perturbations électromagnétiques que la méthode des pré-pits. En effet, lors de la gravure, le graveur doit également lire les pré-pits afin de positionner correctement les données sur le support. Or, la lumière émise par le laser peut provoquer des perturbations.


D'autre part, étant donné la période correspondant à la longueur d'un pré-pit (1T), les pré-pits sont d'autant plus difficiles à détecter que la vitesse de lecture est élevée. Il n'est donc pas étonnant que le premier graveur 16x commercialisé ait été au format DVD+RW.


Ainsi, le format DVD+R(W), bénéficiant de spécifications plus récentes, propose de meilleures performances ainsi que des fonctionnalités supplémentaires. En contrepartie, le format DVD-R(W) est ratifié par le DVD Forum et correspond au format initial, si bien qu'une majorité de lecteurs (notamment de salon) sont compatibles.


Les graveurs de DVD supportent généralement les deux formats de disques. En conclusion, compte tenu de sa meilleure compatibilité avec les platines de salon, le format DVD-R(W) est à privilégier pour la création de DVD Vidéo, tandis que le format DVD+R(W) comporte des avantages pour la création de DVD de données.

DVD DL


Le terme «DVD DL» (DVD Dual Layer) désigne les DVD enregistrables double couche. Ces supports, proposant une plus grande capacité de stockage que les DVD simple couche, utilisent une technologie proche des DVD-9 (DVD pressés double couche).

Structure logique


Un DVD est essentiellement constitué de trois zones représentant la «zone d'information» (information area) :
  • La zone Lead-in Area (parfois notée LIA) contenant uniquement des informations décrivant le contenu du support (ces informations sont stockées dans la TOC, Table of Contents, traduisez table des contenus). La zone Lead-in sert au lecteur à suivre les creux en spirale afin de se synchroniser avec les données présentes dans la zone programme.
  • La zone Programme (Program Area) est la zone contenant les données.
  • La zone Lead-Out (parfois notée LOA), contenant des données nulles (du silence pour un DVD audio), marque la fin du CD.



Zones lead-in et lead-out du DVD




Un DVD enregistrable contient, en plus des trois zones décrites ci-dessus, une zone appelée PCA (Power Calibration Area) et une zone RMA
(Recording Management Area) situées avant la zone Lead-In.


La PCA peut être vue comme une zone de test pour le laser afin de lui permettre d'adapter sa puissance au type de support. C'est grâce à cette zone qu'est possible la commercialisation de supports vierges utilisant des couches réfléchissantes et des colorants organiques différents. A chaque calibration, le graveur note qu'il a effectué un essai. Un maximum de 99 essais par media est autorisé.

Système de fichiers et répertoires


Les DVD utilisent le système de fichiers UDF (Universal Disk Format). Afin de maintenir une certaine compatibilité avec d'anciens systèmes d'exploitation, un système de fichiers hybride, appelé «UDF Bridge», supportant l'UDF et le système de fichiers ISO 9660 utilisé par les CD-ROM, a été mis au point. Il est toutefois important de noter que les lecteurs de DVD Vidéo et de DVD Audio ne supportent que le système UDF.

Structure d'un DVD Vidéo


Un DVD vidéo peut contenir des données destinées à des platines de salon ainsi que des données additionnelles pouvant être lues sur un ordinateur.


Un DVD-Video possède une organisation hiérarchique de ses répertoires permettant de contenir les données vidéo et audio. Il repose habituellement sur la structure suivante :

Structure d


Le répertoire principal, nommé VIDEO_TS (pour Video Title Sets), a pour vocation de contenir les fichiers du DVD Vidéo. Le répertoire AUDIO_TS concerne les DVD-Audio mais sa présence est parfois demandée par certains lecteurs DVD de salon.
JACKET_P contient les images des jaquettes du DVD. Il est enfin possible d'y adjoindre d'autres répertoires, pouvant être lus sur un ordinateur.

Un DVD vidéo est composé d'un certain nombre d'éléments, présents dans le répertoire VIDEO_TS :
  • un gestionnaire vidéo (VMG, pour Video Manager). Le VMG contient généralement la ou les vidéos d'introduction, ainsi que le menu donnant accès aux autres titres vidéo (y compris les sous-menus).
  • un ou plusieurs ensembles de titres vidéo (VTS, pour video titles sets), contenant les titres vidéo.


Les «titres vidéo» correspondent à des films, des vidéos ou des albums. Un titre est composé d'un «ensemble d'objets vidéo» (VOBS, Video Object Block Sets), chacun composé :
  • d'un «fichier de contrôle» (appelé VTSI, pour Video Title Set Information), et contenant les données de navigation.
  • d'un ou plusieurs objets vidéo (VOB, Video Object Block). L'objet vidéo (VOB) est l'élément de base du DVD. Il contient des données vidéo, audio et des images multiplexées, au format MPEG2. Ainsi, un fichier .VOB peut être lu par un lecteur vidéo logiciel en changeant son extension en «.MPG». Les spécifications du DVD imposent que chaque fichier VOB ne dépasse pas un giga-octet. Chaque VOB est lui-même composé de «cellules» (Cells), représentant les différents clips vidéo ou audio composant le VOB : par exemple des chapitres vidéo ou les chansons d'un album.
  • d'une copie du VTSI (VTSI Backup).


Un DVD peut contenir jusqu'à 99 titres (VTS), chacun subdivisé jusqu'à 10 chapitres.


Ainsi, le répertoire VIDEO_TS contient habituellement trois types de fichiers possédant les extensions suivantes :
  • IFO contenant les informations de navigation (il correspond au Video Manager).
  • VOB (Video Object Block) contenant les flux vidéo, les différents canaux audio ainsi que les sous-titres d'un titre vidéo.
  • BUP (BUP signifiant Backup), contenant une sauvegarde des fichiers IFO, au cas où ils seraient illisibles.

VOBS, VOB, VMG et VTS


Le fichier particulier nommé VIDEO_TS.IFO (IFO signifiant information) contient les informations nécessaires au lecteur pour l'affichage du menu principal. Il est accompagné du fichier VIDEO_TS.VOB, contenant le clip d'animation d'introduction, ainsi que d'un fichier de sauvegarde (nommé VIDEO_TS.BUP).

Zones


Les DVD Vidéo sont conçus pour ne pouvoir être consultés que dans certaines régions du monde : il s'agit du découpage en zone (prévu initialement pour limiter la diffusion des copies illicites). Il est ainsi théoriquement impossible de lire un DVD d'une zone en étant situé dans une autre. Néanmoins, la quasi-totalité des lecteurs de DVD pour ordinateurs et une grande partie des lecteurs de salon peuvent être «dézonés» grâce à des utilitaires.

Les zones de DVD vidéo
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