EL DVD - Universidad de Las Palmas de Gran Canaria

Dispositivos de
Almacenamiento Óptico
Jorge Rodríguez Cabrera y Laia Pérez Ríos
Facultad de Informática. Universidad de Las Palmas de Gran Canaria.
Diciembre de 2008.
ÍNDICE
1.Tecnología Óptica
2. CD
3. DVD
4. Blu-ray
5. HD-DVD
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ÍNDICE
1.Tecnología Óptica
2. CD
3. DVD
4. Blu-ray
5. HD-DVD
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TECNOLOGÍA ÓPTICA
 Fundamentalmente existen dos tipos de discos de almacenamiento
 Discos Magnéticos (Discos Floppy, Discos Duros)
 Discos Ópticos (CD,DVD)
 La diferencia principal radica en que los discos ópticos realizan las
operaciones de lectura y grabado de datos haciendo uso de un láser.
 Los discos de almacenamiento magnético pueden leer y escribir tantas
veces como se quiera, al contrario de muchos de los ópticos, que o bien
sólo son de lectura o sólo se puede escribir en ellos una vez.
Disk  magnético y Disc óptico
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TECNOLOGÍA ÓPTICA
 Los discos ópticos son usados, principalmente, para copias de seguridad y
almacenamiento de archivos.
 Los discos magnéticos, al ser mucho más rápidos y capaces de almacenar
más información en la misma cantidad de espacio, son más apropiados
para el almacenamiento directo en línea.
 Estándares de la tecnología óptica
 CD: CD-ROM, CD-R, y CD-RW
 DVD: DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-RW, DVD-R, DVD+RW y DVD+R.
Los discos magnéticos no serán reemplazados
tan fácilmente
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ÍNDICE
1.Tecnología Óptica
2.CD
3. DVD
4. Blu-ray
5. HD-DVD
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EL CD
 TECNOLOGÍA ÓPTICA BÁSICA
 El primer dispositivo óptico que se convirtió estándar de la industria
de los ordenadores fue el CD-ROM (Compac disc Read-Only Memory),
medio de almacenamiento de sólo lectura basado en el formato
original de los CD-DA (Digital Audio).
 El CD-R y el CD-RW, añaden nuevas
capacidades del CD original, permitiendo
la escritura sobre el mismo.
 Hoy en día permiten tener 80 minutos
de grabación o 700 MB de datos.
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EL CD
 BREVE HISTORIA DEL CD
 En 1979, Sony y Philips se unieron para coproducir el estándar de CDDA (Compact Disc-Digital Audio). Philips contribuyó en el diseño físico,
mientras que Sony se encargó de todo lo referente a la circuitería y a la
codificación.
 De esta manera, un año más tarde, salió al mercado el estándar CDDA.
 En 1983 desarrollaron el CD-ROM, que permitía almacenar datos de
sólo lectura para reproducirlos en un ordenador y no exclusivamente
en formato audio.
Rainbow Books contiene las especificaciones técnicas para los todos los CD.
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EL CD
 TECNOLOGÍA Y CONSTRUCCIÓN
 Un CD está hecho de un disco grueso de 1,2 milímetros de
policarbonato de plástico, al que se le añade una capa reflectante de
aluminio y que se encargará de reflejar la luz del láser en el rango
espectro infrarrojo.
 Posteriormente, se le añade una capa protectora de laca, que actúa
como protector del aluminio y, opcionalmente, una etiqueta en la
parte superior.
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EL CD
 FABRICACIÓN DE CD
1. Capa Fotosensible. Una pieza circular de 240mm de diámetro de
cristal pulido y de 6mm de grosor es centrifugado con una capa
fotosensible de unas 150 micras de grosor y posteriormente se
hornea a 80ºC durante 30 minutos para endurecer el material
fotosensible.
2.
Grabación. Un láser azul de estado sólido (BSSL) graba la
información quemando el elemento fotosensible previamente
endurecido.
3.
Masterización. Una disolución de hidróxido sódico es extendida
sobre el cristal, que disuelve las áreas expuestas al láser y de esta
manera graba las hendiduras sobre el material fotosensible.
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EL CD
 FABRICACIÓN DE CD
4. Electroforming. El Glass Master, es sumergido en una disolución
electrolítica de composición principal que recibe el nombre de
Sulfanato de Níquel.
5. Separación del master. Cuando el depósito de Níquel alcanza un
espesor determinado, se separa del cristal. Esta pieza de níquel se
trata mediante productos químicos, se lija en su parte posterior y se
corta con unos determinados parámetros, obteniéndose el
“Estampador”.
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EL CD
 FABRICACIÓN DE CD
6. Operación de estampado del disco. El estampador se coloca en un
molde de inyección y se le inyecta policarbonato a alta temperatura y
presión para que reproduzca exactamente la información contenida en el
estampador.
7. Metalización.
Una
capa
de
aluminio
se
deposita
sobre la información. El objetivo es conseguir una superficie
reflectante que haga posible la lectura del CD.
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EL CD
 FABRICACIÓN DE CD
8. Capa protectora. Para proteger la capa de aluminio y evitar que se
oxide, se deposita sobre su superficie una capa de laca, secándose
mediante luz ultravioleta.
9. Producto Final. Los discos inyectados son pintados por la cara sobre
la que se depositó la capa de aluminio. Para ello se usan dos métodos:
serigrafía y offset.
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EL CD
 LLANURAS Y SALIENTES
 Los datos binarios se almacenan en forma de llanuras y salientes de tal
forma que al incidir el haz del láser, el ángulo de reflexión es distinto
en función de si se trata de una saliente o de una llanura.
 Un saliente no corresponde a un valor binario y tampoco una llanura
representa el otro valor. Lo que ocurre es que los valores binarios son
detectados por las transiciones de saliente a llanura y viceversa.
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EL CD
 MECÁNICA DE UN LECTOR DE CD
Los pasos seguidos por una unidad lectora para reproducir los datos
almacenados en un CD-ROM son los siguientes:
1. El diodo láser emite un haz de luz hacia el espejo reflectante.
2. El servo motor posiciona el haz de luz en la pista correcta del CD-ROM
a base de mover dicho espejo.
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EL CD
 MECÁNICA DE UN LECTOR DE CD
3. Cuando el haz de luz incide sobre un punto de la superficie del CD, la luz
reflectada se recoge y se enfoca en la primera lente debajo del plato. A
continuación, rebota en el espejo y finalmente se envía hacia el separador
de haces de luz.
4. El separador del láser dirige el haz devuelto hacia otra lente.
5. La última lente dirige el haz de luz al fotoreceptor, que la convierte en
impulsos eléctricos.
6. Dichos impulsos son codificados por el microprocesador y los envía por
el controlador del sistema como datos.
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EL CD
 PISTAS Y SECCIONES
Un disco está divido en 6 áreas principales:
 Área central de agarre. Parte del disco donde el mecanismo central de
la unidad puede agarrar o sujetar el disco.
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EL CD
 PISTAS Y SECCIONES
Un disco está divido en 6 áreas principales:
 Área central de agarre. Parte del disco donde el mecanismo central de
la unidad puede agarrar o sujetar el disco.
 PCA. Usada por las grabadoras para determinar la potencia necesaria
del láser para que queme de forma óptima.
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EL CD
 PISTAS Y SECCIONES
Un disco está divido en 6 áreas principales:
 Área central de agarre. Parte del disco donde el mecanismo central de
la unidad puede agarrar o sujetar el disco.
 PCA. Usada por las grabadoras para determinar la potencia necesaria
del láser para que queme de forma óptima.
 Área de memoria Programable. En ella se almacena temporalmente la
tabla de contenidos (TOC) hasta que se cierra la sesión de grabado.
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EL CD
 PISTAS Y SECCIONES
Un disco está divido en 6 áreas principales:
 Área central de agarre. Parte del disco donde el mecanismo central de
la unidad puede agarrar o sujetar el disco.
 PCA. Usada por las grabadoras para determinar la potencia necesaria
del láser para que queme de forma óptima.
 Área de memoria Programable. En ella se almacena temporalmente la
tabla de contenidos (TOC) hasta que se cierra la sesión de grabado.
 Área de Lead in. Contiene la tabla de contenidos en el canal de
subcódigo Q.
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EL CD
 PISTAS Y SECCIONES
Un disco está divido en 6 áreas principales:
 Área central de agarre. Parte del disco donde el mecanismo central de
la unidad puede agarrar o sujetar el disco.
 PCA. Usada por las grabadoras para determinar la potencia necesaria
del láser para que queme de forma óptima.
 Área de memoria Programable. En ella se almacena temporalmente la
tabla de contenidos (TOC) hasta que se cierra la sesión de grabado.
 Área de Lead in. Contiene la tabla de contenidos en el canal de
subcódigo Q.
 Program (data) area. Área que se encuentra a un radio de 25mm
desde el centro del CD.
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EL CD
 PISTAS Y SECCIONES
Un disco está divido en 6 áreas principales:
 Área central de agarre. Parte del disco donde el mecanismo central de
la unidad puede agarrar o sujetar el disco.
 PCA. Usada por las grabadoras para determinar la potencia necesaria
del láser para que queme de forma óptima.
 Área de memoria Programable. En ella se almacena temporalmente la
tabla de contenidos (TOC) hasta que se cierra la sesión de grabado.
 Área de Lead in. Contiene la tabla de contenidos en el canal de
subcódigo Q.
 Program (data) area. Área que se encuentra a un radio de 25mm
desde el centro del CD.
 Lead Out. Almacena información sobre el final de la sesión de grabado
en un disco.
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EL CD
 PISTAS Y SECTORES
 La espiral sobre la cual se guarda la información es divida en sectores
que se almacenan a una velocidad de 75 sectores por segundo.
 En un disco de 74 minutos supone un total de 333,000 sectores.
 Cada sector es, a su vez, dividido en 98 tramas individuales de
información, cada uno de los cuales contiene 33 bytes: 24 bytes de
audio, 1 byte de subcódigo y 8 bytes usado para la códigos de paridad .
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EL CD
 MUESTREO
 El sonido digital necesita muestras con una frecuencia de 44,1KHz.
 Cada muestra tiene dos componentes o canales (stereo) digitalizadas
mediante 16 bits, que permiten una resolución de 65.536 posibles
valores.
 La velocidad de muestreo determina el rango de las frecuencias de
audio que pueden ser representadas en la grabación digital.
Cuanto mayor sea el número de muestras de onda por segundo, más próxima
estará al original.
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EL CD
 SUBCÓDIGOS O CANALES P Y Q
 Los bytes de subcódigo contienen información adicional sobre el disco.
 2 de los 98 bytes de subcódigos totales, se usan para marcar el
principio y el final de un bloque. Los 96 restantes son divididos en 8
bloques de 12 bytes.
 El subcódigo P identifica el comienzo de las pistas en el CD.
 El subcódigo Q indica si el sector es de audio o de datos, y el número
de trama desde el comienzo de una pista o canción, así como el ISRC,
código estándar internacional de grabación (único para cada pista del
disco).
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EL CD
 CORRECCIÓN DE ERRORES
 Los CDs introducen una codificación CIRC (código Reed-Solomon de
intercalación transversal) para corregir los errores que puedan surgir
durante la reproducción.
 Si se trata de errores leves, el sistema los corrige automáticamente sin
consecuencias para la percepción sonora.
 En caso contrario, el sistema realiza una interpolación, es decir,
obtiene la media matemática entre los valores adyacentes. Aunque el
valor interpolado no sea el correcto, al menos, no producirá un efecto
desagradable.
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EL CD
 CORRECCIÓN DE ERRORES
 Cuando la interpolación no es posible, lo que se hace es "retener" la
muestra anterior (hold).
 Si detecta varias retenciones, el sistema anula automáticamente la
salida (mute), ya que se ha sobrepasado la capacidad de corrección de
errores del equipo.
 Para ello se toman 304 bytes, de los 2,352 originales de datos, y se
usan para sincronización (sync), bit identificadores(ID), códigos de
corrección de error (ECC) y códigos de detección de error (EDC).
Se tienen finalmente 2,048 bytes para datos de usuario en cada sector.
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EL CD
 CODIFICACIÓN DE LA INFORMACIÓN
 Se utiliza una codificación conocida como modulación EFM (Eighth to
Fourteen Modulation).
 Cada bloque de 8 bits se traduce a su correspondiente palabra de
código de 14 bits, escogida de forma que los datos binarios están
separados con un mínimo de dos y un máximo de diez ceros binarios
(RLL, Run Length Limited).
 Debido a que algunos códigos EFM empiezan y terminan con uno o
más de cinco 0s, se añaden 3 bit más entre cada uno de los 14 bits
EFM escritos en el disco, denominados merge bits .
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EL CD
 CODIFICACIÓN DE LA INFORMACIÓN
 Se tiene un total de 588 bits almacenados en el disco por cada trama,
que suponen 7,203 bytes para representar cada sector.
Carácter
ASCII (decimal)
ASCII(hexadecimal)
ASCII(binario)
EFM
“N”
78
AE
01001110
00010001000100
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“O”
79
4F
0100111
00100001000100
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EL CD
 OTROS FORMATOS
CD-R (Compact Disc Recordable).
 Disco apto para su grabación particular, pero sólo se graba una vez.
 En ellos puede almacenarse cualquier tipo de información que esté en
formato digital: ficheros informáticos, fotografías o música digitalizada
e incluso vídeos.
 Se pueden grabar en varias sesiones
(discos multisesión).
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EL CD
 OTROS FORMATOS
CD-RW (Compact Disc ReWritable).
 Disco compacto que puede ser grabado, borrado y regrabado una
cantidad determinada de veces.
 Estos discos normalmente son leídos únicamente por computadoras o
aparatos que soporten la característica de lectura de discos CD-RW.
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ÍNDICE
1.Tecnología Óptica
2. CD
3.DVD
4. Blu-ray
5. HD-DVD
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EL DVD
 TECNOLOGÍA ÓPTICA BÁSICA
 Un DVD (Digital Versatile Disc) es, en términos simples, un CD de alta
capacidad.
De hecho, todos los lectores de DVD permiten leer también los CDs.
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EL DVD
 TECNOLOGÍA ÓPTICA BÁSICA
 La diferencia de capacidad del DVD se basa, principalmente, en una
mayor densidad de datos.
 Mientras que los CDs tienen una capacidad de hasta 700MB, los DVDs,
dependiendo del tipo, pueden albergar desde 4,7GB hasta 17,1GB.
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EL DVD
 HISTORIA DEL DVD
 En 1995, dos formatos competían por asentarse en el mercado como
sucesores del CD-ROM:
o Super Density Disc. Apoyado por compañías como Toshiba y Time Warner.
o Multimedia Disc. Ideado por Sony
 Sin embargo, la industria no permitió que una guerra de formatos
perjudicara tanto a ellos como a los consumidores.
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EL DVD
 TECNOLOGÍA DEL DVD
 Es bastante parecida a la del CD.
 Los discos son del mismo tamaño que el de los CDs. Sin embargo, en
los DVDs cabe la posibilidad de grabar hasta dos capas de información
por cara del disco.
 Cabe también la posibilidad de grabar datos en las dos caras del disco.
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EL DVD
 TECNOLOGÍA DEL DVD
 Factores claves en el DVD:
o Mayor densidad de datos.
o Láser de lectura con menor longitud de onda.
 Además, el láser está situado en una posición más cercana que en el
de una unidad lectora de CDs.
 Todo lo anterior se traduce en una mayor precisión que posibilita la
mayor capacidad del formato.
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EL DVD
 FABRICACIÓN DEL DVD
 Cada capa tiene estampada una única pista física que comienza en el
centro del disco y va dirigiéndose al exterior en forma de espiral.
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EL DVD
 FABRICACIÓN DEL DVD
 Dentro de una unidad lectora, el disco rota en el sentido contrario de
las agujas del reloj, y cada pista espiral contiene salientes y llanuras.
Sus transiciones se traducen en información binaria en el sistema.
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EL DVD
 FABRICACIÓN DEL DVD
 El haz del láser es reflectado en un ángulo distinto dependiendo de si
lo hace sobre un saliente o una llanura. Ese ángulo con el que es
reflectado es el que interpreta un receptor fotosensitivo en el lector.
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EL DVD
 FABRICACIÓN DEL DVD
 Las llanuras y salientes están situados mucho más cercanos entre ellos
en un DVD que en un CD.
 Esto provoca que haya una mayor densidad de datos y, por tanto,
mucha más capacidad de información en la misma superficie.
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EL DVD
 FABRICACIÓN DEL DVD
 El disco contiene varias capas en
su interior, de las cuales una o dos
(por cara) pueden ser de datos.
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EL DVD
 FABRICACIÓN DEL DVD
 El disco contiene varias capas en
su interior, de las cuales una o dos
(por cara) pueden ser de datos:
– Las capas de datos están separadas
por una capa semireflectante que
permite dejar pasar el haz de láser
cuando éste quiere acceder a la última
capa de datos.
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EL DVD
 ESTRUCTURA DEL DISCO
 Se divide en cuatro áreas principales:
• Área central de agarre. Parte del disco donde el mecanismo central de la unidad
puede sujetar el disco.
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EL DVD
 ESTRUCTURA DEL DISCO
 Se divide en cuatro áreas principales:
• Área central de agarre. Parte del disco donde el mecanismo central de la unidad
puede sujetar el disco.
• Área de Lead In. Esta área contiene zonas de buffer, códigos de referencia y
principalmente una zona de control de datos con información sobre el disco. La
estructura básica de todos los sectores en un DVD es la misma.
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EL DVD
 ESTRUCTURA DEL DISCO
 Se divide en cuatro áreas principales:
• Área central de agarre. Parte del disco donde el mecanismo central de la unidad
puede sujetar el disco.
• Área de Lead In. Esta área contiene zonas de buffer, códigos de referencia y
principalmente una zona de control de datos con información sobre el disco. La
estructura básica de todos los sectores en un DVD es la misma.
• Program (data) Area. Contiene la información en el disco. Empieza en el sector
30000h y tiene un número total de sectores de hasta 2.292.897 por capa.
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EL DVD
 ESTRUCTURA DEL DISCO
 Se divide en cuatro áreas principales:
• Área central de agarre. Parte del disco donde el mecanismo central de la unidad
puede sujetar el disco.
• Área de Lead In. Esta área contiene zonas de buffer, códigos de referencia y
principalmente una zona de control de datos con información sobre el disco. La
estructura básica de todos los sectores en un DVD es la misma.
• Program (data) Area. Contiene la información en el disco. Empieza en el sector
30000h y tiene un número total de sectores de hasta 2.292.897 por capa.
• Área de Lead Out. Señala el final del área de datos. Todos los sectores en esta área
contienen como datos 00h.
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EL DVD
 ESTRUCTURA DEL DISCO
 Se divide en cuatro áreas principales:
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EL DVD
 FORMATOS DE DVD
 Hay varios formatos de DVD distintos, de entre los que destacan:
 DVD-5 [ 4,7GB – Una cara, una capa ]
 DVD-9 [ 8,5GB – Una cara, doble capa ]
 DVD-10 [ 9,4GB – Una capa, doble cara ]
 DVD-18 [ 17,1GB – Doble capas, doble cara ]
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EL DVD
 FORMATOS DE DVD
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EL DVD
 FUNCIONAMIENTO DEL DVD
 En un lector con una velocidad 20x, al leer la parte exterior del disco,
la información se mueve a una velocidad de unos 251km/h al pasar
por el láser.
 Incluso con la información viajando a esa velocidad, el láser es capaz
de leer de manera bastante precisa la información (en forma de
transiciones llanuras/salientes) espaciados tan solamente 0,4 micras.
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EL DVD
 MANEJO DE ERRORES
 El DVD usa un código de detección de errores más potente que los
creados para el CD.
 Al contrario que en éste, el DVD trata toda la información de la misma
manera y aplica una corrección de error total para cada uno de los
sectores del disco.
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EL DVD
 MANEJO DE ERRORES
 Para detectar y corregir los errores, el DVD utiliza bits de paridad
impar de dos tipos distintos:
 Parity inner (PI)
 Parity outer (PO)
 Al añadir la información de corrección de error, se organizan los bits en
filas y columnas, de manera que los PI se colocan en columnas y los PO
en filas.
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EL DVD
 MANEJO DE ERRORES [ Ejemplo ]
 Empezaremos añadiendo un bit PI (parity inner) para cada fila,
recordando que se tratan de bits de paridad impar.
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EL DVD
 MANEJO DE ERRORES [ Ejemplo ]
 Por último, añadimos un bit PO (parity outer) para cada columna,
siendo también de paridad impar.
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EL DVD
 MANEJO DE ERRORES [ Ejemplo ]
 Con todo esto, conseguimos que si se lee algún bit de manera
incorrecta, la circuitería del lector pueda detectarlo y corregirlo de
manera fácil y rápida. Por ejemplo:
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ÍNDICE
1.Tecnología Óptica
2. CD
3. DVD
4.Blu-Ray
5. HD-DVD
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BLU-RAY
 Formato de disco óptico de nueva generación utilizado para vídeo de alta
definición y para el almacenamiento de datos de alta densidad.
 Es un disco de 12 cm de diámetro y su capacidad alcanza, actualmente,
unos 50 GB a doble capa y 25 GB si se trata de una única capa.
 El BD hace uso de un rayo láser de color azul, de ahí su nombre, con una
longitud de onda de 405 nanómetros.
Permite almacenar más información que un DVD de
las mismas dimensiones.
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BLU-RAY
 Posee una velocidad de transferencia de datos de 36 Mbit/s y ya están en
desarrollo prototipos al doble de velocidad.
 Existen actualmente en el mercado las versiones de BD-RE (formato
reescribible) ,BD-R (grabable) y el BD-ROM.
 La longitud de onda del láser azul-violeta es menor que el del DVD,
mientras que la apertura numérica se ve aumentada, pasando a ser de
0,85.
 De esta manera, con un sistema de lentes duales y a una cubierta
protectora más delgada, el rayo láser es capaz de enfocar en la superficie
del disco de una manera más precisa y eficiente.
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BLU-RAY
 En cuanto a las mejoras aportadas, podemos destacar que al tener una
capa de sólo 0,1 mm es muy poco probable que el láser se difracte y no
sea posible la lectura, ya que tiene menos recorrido hasta la capa de
datos.
 Incorporan un sustrato protector denominado Durabis, que compensa la
fragilidad del Blu-ray y además le proporciona la protección extra contra
las rayaduras.
 El Blu-ray es capaz de soportar los mismos sistemas de archivos que los
formatos anteriores, tales como el ISO 9660 y el UDF.
Cabe destacar la inclusión de la plataforma Java , Blu-ray Disc Java (BD-J), en
el estándar de las películas grabadas en Blu-ray.
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BLU-RAY
 La BDA recomienda que los reproductores de BD sean capaces de
reproducir DVD también, para que sean compatibles con la anterior
definición. Actualmente, es posible encontrar reproductores híbridos de
CD, DVD, HD-DVD y Blu-ray.
 JVC (Victor Company of Japan) está desarrollando un combo DVD/BD de
tres capas que permitiría tener en el mismo disco el estándar DVD y el BD.
 Es posible comprar una película que se puede ver en los reproductores de
DVD actuales y tener alta definición si se introduce en un reproductor BD.
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ÍNDICE
1.Tecnología Óptica
2. CD
3. DVD
4. Blu-ray
5.HD-DVD
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HD-DVD
 El HD-DVD responde a las siglas de High Digital DVD.
 Fue desarrollado por Toshiba, Microsoft y NEC.
 Apareció junto al Blu-Ray y juntos compitieron
por el mercado como futuros sucesores del DVD.
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HD-DVD
 Tenía una capacidad máxima de 30GB
 Guardaba muchas similitudes con el DVD
 Su principal baza era la XBOX 360, que traía de serie un reproductor
compatible con el disco.
 Sin embargo, Sony, con su PlayStation 3
y muchos acuerdos con productoras
de cine, acabó llevándose la victoria.
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HD-DVD
 En el 2008, muchas empresas se bajaron del carro y el formato cada vez
fue perdiendo más apoyos.
 Finalmente, el 19 de Febrero de 2008,
Toshiba publicaba un comunicado de
prensa oficial informando de la
discontinuación del desarrollo,
manufacturación y comercio del
formato HD-DVD.
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Dispositivos de almacenamiento
óptico
FIN
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