Les DVD, comprenez tout sur ces disques

Les DVD, comprenez tout sur ces disques

Note du CNDP, Le DVD de Juin 1997 par Michel Lavacry STACE « Le DVD, acronyme à l'origine de Digital Video Disc puis, par la suite, de Digital Versatile Disc, est un nouveau support de stockage numérique haute densité appelé à remplacer progressivement le disque compact actuel ou CD.

Identique au disque compact de 12 cm de diamètre et de 1,2 mm d’épaisseur, le DVD offre une capacité de stockage pouvant aller jusqu’à 17 Gigaoctets soit 26 fois plus qu’un CD pour des débits variant entre 1 à 10 Mbits/sec.

Le DVD est issu d’un accord conclu en décembre 1995 entre deux « clans » qui s’affrontaient jusqu’alors pour imposer chacun leurs produits, incompatibles entre eux. En effet, d’un côté, Philips et Sony proposaient le MM-CD (MultiMedia Compact Disc), et de l’autre Toshiba, Matsushita, Time Warner, Pioneer et bien d’autres présentaient le SD (Super Density), La raison l’a en partie emporté. La bataille annoncée pour la définition d’un format unique n’a pas eu lieu grâce notamment à la pression qu’ont exercée certains acteurs majeurs de l’industrie informatique, très intéressés par les possibilités et la grande capacité qu’offre ce support. Malheureusement, l’objectif initial qui était de ne pas réitérer le combat VHS contre V2000 ou autre Betamax n’est pas atteint car, même si l’unification de la technologie tout numérique du DVD est acquise sur le plan mondial, des obstacles à la compatibilité sont imposés pour des raisons purement économiques.

Depuis longtemps annoncés, les premiers lecteurs ne sont apparus qu’à la fin de l’année 1996 aux États-Unis et au Japon pour n’arriver sur le marché français que depuis mars 1997. Mais le véritable lancement en Europe n’est prévu que pour la fin de cette année.

Cette note technique, réalisée à partir d’informations techniques recueillies dans la presse et auprès des industriels, est une première analyse de cette nouvelle technologie et a pour objectif de mettre en garde les acquéreurs potentiels contre les quelques difficultés, en particulier dans le domaine de la compatibilité, liées aux premières générations de machines et de supports. »

1. Caractéristiques du DVD

De dimensions identiques à celles d’un disque compact « traditionnel » de 12 cm de diamètre et de 1,2 mm d’épaisseur (CD-Rom, CD-Audio...), un disque DVD se caractérise tout d’abord par ses grandes capacités de stockage. Cette augmentation de densité est liée au fait que les micro-cuvettes sont plus petites et les pistes plus resserrées que sur les CD actuels. Cela a été rendu possible par l’utilisation, à l’écriture comme à la lecture, d’une diode laser émettant un rayon de longueur d’onde plus courte (635 nm au lieu de 780 nm) ce qui à pour effet de diminuer le diamètre du faisceau . Associé à cela, des recherches ont permis d’augmenter la valeur d’ouverture numérique des lentilles afin d’améliorer la convergence du rayon (0,6 au lieu de 0,45).

Taille du spot = 1,22 x longueur d’onde
ouverture numérique

Le débit, variable, est sensiblement accru puisque, comparé aux 1,5 Mbits/sec. constant du support CD simple vitesse, il peut être compris entre 1 et 10 Mbits/sec. en crête, ce qui est particulièrement intéressant en vidéo, média très gourmand.

Tableau comparatif des caractéristiques des deux supports

Caractéristique CD DVD
Diamètre du disque (mm) 120 120
Longueur d’onde (nm) 780 635
Ouverture numérique 0,45 0,6
Longueur mini. des micro-cuvettes (µm) 0,85 0,4
Largeur de piste (µm) 1,6 0,74
Débits (Mbits/sec.) 1,5 jusqu’à 9,8

Le DVD est, de plus, à configuration variable. Il peut en effet être simple face/simple couche, double face/simple couche, simple face/double couche et enfin double face/double couche, offrant ainsi des capacités de stockage variant entre 4,7 et 17 Gigaoctets soit 7 à 26 fois plus qu’un CD pour des débits allant de 1 à 10 Mbits/sec.

Capacité d’un DVD en fonction de sa configuration

Type Simple couche Double couche
Simple face 4,7 Go 8,5 Go
Double face 9,4 Go 17 Go

Pour un disque double couche, la lecture de la deuxième couche est effectuée par une refocalisation de la tête de lecture laser au travers de la première couche qui est dans ce cas semi-transmissive. Tous les lecteurs de DVD sont, par défaut, munis d’une seule tête laser et prévus pour lire les disques simple face/double couche. Certains fabricants se penchent sur la réalisation de lecteurs permettant de lire l’intégralité des données contenues dans les futurs DVD double face/double couche sans obligation, pour l’utilisateur, de procéder au retournement manuel du disque.

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D’abord destiné à la vidéo pour remplacer la cassette VHS enregistrée et le Video-CD, lequel ne satisfaisait pas les Majors de l’industrie cinématographique en terme de qualité et d’autonomie, le DVD-Video, appelé aussi DVD-Movie a été décliné en plusieurs versions à l’attention de différents domaines d’application et d’environnement pour remplacer les CD actuels du même nom : le DVD-Rom, le DVD-Audio, le DVD-WO (Write Once ou inscriptible une fois) aussi appelé DVD-R (Recordable ou enregistrable une fois) et le DVD-E (Erasable ou réinscriptible) aussi appelé DVD-RAM. C’est cette « versatilité » qui a été retenue pour désigner le Digital Versatile Disc.
Des spécifications ou « Books » ont été établies pour chacune de ces déclinaisons par l’ensemble des parties prenantes du produit, c’est-à-dire le « Consortium DVD » devenu depuis le « Forum DVD » pour les industriels de l’électronique et le TWG (Technical Working Group) pour ceux de l’informatique. Ils se décomposent comme suit :

— DVD-Rom : Book A

— DVD-Video : Book B

— DVD-Audio : Book C

— DVD-WO ou DVD-R : Book D

— DVD-E ou DVD-Ram : Book E
Seuls le DVD-Rom et le DVD-Video sont normalisés. Des spécifications ont été adoptées en avril de cette année pour le DVD-R et le DVD-Ram.

Le DVD Juin 1997 / 10 Pages Michel Lavacry STACE
2. Protections contre le piratage

La définition de systèmes de protection contre la copie des supports DVD a fait l’objet d’âpres discussions. Cela explique, pour partie, le décalage entre l’annonce de la sortie des produits (supports et lecteurs) et leur arrivée effective sur le marché.
En effet, les éditeurs de programmes, et en particulier ceux du domaine cinématographique, réclamaient de pouvoir contrôler le marché des ventes de leurs produits d’une part, et d’éviter le piratage en analogique comme en numérique d’autre part. Ce problème, confié à un groupe d’experts nommé CPTWG (Copyright Protection Technical Working Group), a trouvé son dénouement le 29 octobre 1996.
La première solution adoptée a été de diviser le monde en six parties :

— zone 1 : Amérique du Nord ;

— zone 2 : Europe, Afrique du Sud et Japon ;

— zone 3 : Taïwan, Asie du sud-est, Hong-Kong et Corée ;

— zone 4 : Amérique du Sud, Amérique Centrale, Australie et Nouvelle Zélande ;

— zone 5 : Afrique, Moyen-Orient, Inde et ex URSS ;

— zone 6 : Chine.
À chacune de ces aires géographiques correspond un système de codage informatique spécifique comportant 32 octets, qui n’est pas un encryptage, appelé « code régional », rendant les DVD incompatibles d’une région à l’autre. Ainsi, un disque distribué dans une région donnée et doté de sa clé ne peut être joué que sur un lecteur vendu dans cette même région. Cette protection a été voulue en particulier par les compagnies cinématographiques. En effet, la législation concernant les délais entre la sortie d’un film en salle et sa commercialisation à destination du grand public sont très différents d’un pays à l’autre. Avec ce procédé, un film sur DVD-Video destiné au marché américain, par exemple, ne pourra inonder le marché européen avant la date légale. Cela permet d’éviter de soulever des problèmes de droits mais constitue un sérieux handicap pour l’utilisateur amené à échanger des programmes d’une zone géographique à l’autre.
Un éditeur peut cependant prévoir l’inscription de plusieurs clés sur un même disque pour en augmenter la diffusion.
À ceci s’ajoute différentes propositions de protection contre la copie, qu’elle soit analogique ou numérique.
La protection contre la copie en analogique, ou APS (Analog Protection System), des images et du son, est assurée par le système Macrovision 7.0. Celui-ci consiste à insérer des salves de couleur haute fréquence dans les intervalles de suppression trame du signal vidéo composite de sortie du lecteur. Cela a pour effet de perturber les circuits de gain automatique et d’asservissement des magnétoscopes.
Concernant la copie numérique, que permettra en particulier le futur DVD-RAM, deux possibilités s’offrent au producteur de disque. La première consiste à inscrire sur le disque des informations permettant de gérer l’autorisation de copie. Ce système de gestion est appelé CGSM pour Copy Generation Management System..
La deuxième possibilité, réclamée là aussi par les studios hollywoodiens, est une protection antipiratage renforcée. C’est un système d’échantillonnage des données, développé par Matsushita en collaboration avec Toshiba, nommé CSS (Contents Scramble System). Il a pour effet d’interdire l’affichage du contenu du disque ainsi codé si le lecteur n’est pas pourvu des circuits de décodage.
Ces trois niveaux de protections sont optionnels pour les éditeurs de programmes sur DVD, la sécurisation maximale contre le piratage consistant à tous les mettre en œuvre. Par conséquent, lors de l’acquisition d’un lecteur, il convient de faire preuve de prudence et de s’assurer que l’ensemble des circuits ou des logiciels de décryptage sont présents dans la machine.

3. Compatibilité entre lecteurs de DVD et supports CD

Pour pouvoir lire les supports CD de type Rom (CD-Audio, Video-CD et CD-Rom), le lecteur de DVD doit être équipé d’un système optique à double focalisation. Cette nécessité est liée au fait que la longueur des micro-cuvettes et la largeur de piste sont différentes. De plus, la couche réfléchissante n’est pas située dans le même plan. Actuellement, la plupart des lecteurs sont équipés de ce dispositif afin de préserver le parc de titres CD existant mais, à terme, ce dispositif sera très probablement abandonné par les fabricants lorsque les CD seront devenus obsolètes.
3.1. Le cas particulier des CD-Worm (Write Once Read Many) et CD-R (Rewritable)

Pour qu’un lecteur de DVD puisse lire un CD enregistrable, comme par exemple un Photo-CD, il faut qu’il soit équipé de deux têtes laser distinctes : une dont la longueur d’onde correspond au DVD et l’autre au CD. Il existe deux raisons à cette contrainte. La première, c’est que la couche réfléchissante des CD enregistrables absorbe le faisceau laser utilisé pour le DVD, ce qui les rend donc invisibles. La seconde est due au fait que la puissance dissipée par ce même laser peut entraîner la destruction pure et simple des informations inscrites sur le disque.
3.2. Les formats logiques

Le format logique utilisé pour le DVD est l’UDF (Universal Disc Format ). Ce format a été, à l’origine, développé et adopté par l’OSTA (Optical Storage Technology Association) pour les disques optiques numériques (DON) inscriptibles ou réinscriptibles, utilisés pour l’archivage et la gestion électronique de documents. L’UDF est au DVD ce que l’ISO 9660 est au CD-Rom, c’est-à-dire qu’il permet une portabilité complète dans les environnements informatiques existants actuellement. Il a été préféré à l’ISO 9660 car, contrairement à ce dernier, l’UDF permet de gérer un plus grand volume de données (jusqu’à 128 Téraoctets). De plus, compte tenu de l’évolution de la technologie, un disque écrit sous ce format pourra être lu dans les environnements informatiques du futur. La pérennité des informations contenu sur un tel support est donc assurée. Cela sera particulièrement intéressant pour les prochains DVD-WO et DVD-RAM. Dans le cas du DVD-Video, le format utilisé est le MicroUDF, noté µUDF, qui est un sous-ensemble de l’UDF.

Il existe un autre type de format où sont mêlés UDF ou MicroUDF, selon le cas, et ISO 9660. L’objectif de cette passerelle, d’où l’appellation « Bridge » (UDF Bridge, µUDF Bridge), est de pouvoir utiliser un lecteur DVD et son disque, s’ils sont fondés sur ce format, dans des environnements informatiques où seul l’ISO 9660 est reconnu par le système d’exploitation et d’assurer une compatibilité ascendante avec les CD actuels (sauf CD-WORM et CD-R). Il est important de noter que cette coexistence va n’être très probablement que transitoire. En effet, seul l’UDF et son dérivé le MicroUDF sont exigés dans les spécifications du DVD. Aussi, à terme, la disparition du format « Bridge » est prévisible, entraînant du même coup dans son sillon l’impossibilité de jouer les CD. Il reste à espérer que ceux-ci auront eu le temps de devenir « trop vieux » et donc obsolètes !

CD DVD-Video DVD-Rom
Format logique ISO 9660 µUDF Bridge
ou µUDF
UDF Bridge
ou UDF

Tableau récapitulatif des formats logiques selon le type de support
4. Le DVD-Video

4.1. Le support
Le DVD-Video s’appuie sur la norme MPEG 2 MP@ML c’est-à-dire au format 4.2.0 sur 8 bits (720 x 576 en PAL ou 720 x 480 en NTSC). Comparé au débit fixe de 1,5 Mbits/sec. du Video-CD, le débit moyen est de 3,5 Mbits/sec., variable entre 1 et 9,8 Mbits/sec. en régime de pointe, celui-ci variant en fonction du contenu et de la complexité des images. Ces dernières peuvent être au format 4/3 ou 16/9. Il est possible de leur adjoindre jusqu’à 32 sous-titrages différents à un débit de 0,01 Mbits/sec. chacun.

Les pistes audio peuvent être au nombre de 8 (multi-lingues par exemple) pour un débit unitaire de 0,384 Mbits/sec. Chacune de ces pistes peut contenir quatre types de formats audio :

— Dolby Digital AC-3, appelé aussi Dolby Surround AC 3 , de 1 à 5 canaux plus 1 canal central basse fréquence (Subwoofer) noté 5.1

— MPEG 2 audio, qui est un sur-ensemble de MPEG 1, de 1 à 7.1 canaux

— LPCM (Linear Pulse Code Modulation) de 1 à 8 canaux

— PCM (Pulse Code Modulation) mono ou stéréo
Le Dolby Digital AC-3 est le format des DVD destinés aux pays utilisant le 525 lignes - 30 images/sec. Le MPEG 2 audio est quant à lui réservé aux pays exploitant le 625 lignes - 25 images/sec. Le Consortium DVD a cependant recommandé aux éditeurs de films de prévoir les deux types de compression sur les disques produits... mais ce n’est qu’une recommandation !
Il est vrai que les titres actuellement disponibles, dont les prix varient entre 220 et 249 francs, proviennent uniquement du Japon. Le numéro de code régional étant le même que celui destiné à l’Europe, ces films sont exploitables par les machines destinées au marché français. Actuellement rien n’est prévu pour le son MPEG 2, mais des DVD-Video fondés sur ce standard sont annoncés pour la fin de cette année. On peut cependant s’interroger sur l’avenir du MPEG 2 audio face à la pénétration du Dolby Digital AC-3 dans les équipements destinés au « cinéma de salon », appelé aussi « Home theater », et à la forte montée en puissance des Japonais et des Américains en matière d’offre de programmes sur DVD. L’AC-3 ne pourrait-il pas devenir, dans ces conditions, un standard de fait sur le plan mondial ?
Le LPCM, quant à lui, peut être utilisé dans les deux sphères. C’est un format non compressé. Le signal est numérisé à des fréquences d’échantillonnage et des profondeurs de quantification plus élevées (48 ou 96 Khz sur 16, 20 ou 24 bits) que le PCM (44,1 Khz sur 16 bits) exploité par le CD-Audio. La qualité est donc encore meilleure.

Standard vidéo PAL NTSC
Audio stéréo non compressée PCM, LPCM PCM, LPCM
Audio stéréo compressée MPEG 1
Dolby Digital stéréo (en option)
Dolby Digital stéréo
MPEG 1 (en option)
Audio multicanaux MPEG 2 audio
Dolby Digital AC-3 (en option)
Dolby Digital AC-3
MPEG 2 audio (en option)

Les différents formats audio selon les spécifications du Consortium DVD

En ce qui concerne la capacité d’un DVD-Video, un film de 133 min. de vidéo MPEG 2 (3,5 Mbits/sec.) associé à trois canaux audio (3 x 384 Kbits/sec.) et 4 sous-titrages différents (4 x 10 Kbits/sec.) peut être stocké sur un disque simple face/simple couche.
Diverses combinaisons peuvent être prévues lors de la réalisation d’un titre pour permettre de choisir entre différents scenarios d’un même film ou 9 angles de prise de vue de la même scène. Dans ce cas, la capacité du disque s’en trouve évidemment diminuée.

4.2. Le lecteur

Les lecteurs de DVD-Video sont destinés aux usages grand public et plus particulièrement pour le « cinéma de salon ». Ils sont compatibles avec les CD-Audio et les Video-CD, mais pas avec les Photo-CD . Ils peuvent, dans tous les cas, exploiter les DVD-Video double couches.

Il nous a été donné de voir trois modèles : Panasonic DVD-A100, Thomson DTH 1000 et Samsung DVD-905.
Le Panasonic DVD-A100 et le Thomson DTH 1000 n’offraient qu’une sortie audio analogique en stéréo et une sortie numérique uniquement au format Dolby Digital AC-3 destinée à être raccordée à un décodeur externe du même nom.
Ainsi, le son d’un DVD qui ne contiendrait que du MPEG-2 audio ne pourrait être, sur ces lecteurs, restitué qu’en stéréo, ceci grâce à la présence, heureuse, du décodeur MPEG 1 audio dédié au Video-CD. On ne saurait donc parler d’une quelconque compatibilité puisque l’utilisateur ne peut jouir des effets multicanaux, qui constituent la raison d’être du MPEG 2 audio.
Le prix de vente de ces deux modèles est d’environ 5 000 francs, auquel il faut ajouter environ 2 500 francs pour le décodeur audio numérique Dolby Digital AC-3 externe .
Le Samsung DVD-905 se différencie des deux lecteurs précédents par le fait qu’il intègre un décodeur Dolby Digital AC-3 et offre une sortie numérique qui délivre, au choix, un signal compatible Dolby Digital AC-3 ou MPEG 2 audio. Non encore commercialisé, son prix n’est pas encore connu.
D’une façon générale, les fonctions avancées du lecteur sont accessibles par la télécommande. En effet, outre les commandes classiques de type lecteur de CD-I (lecture normale, ralenti, avance rapide, image par image, arrêt sur image, l’accès aux différentes partie du film...), elle permet de choisir la langue des sous-titres et des pistes audio, le format d’image, l’angle de prise de vue — si le programme le prévoit — et l’autorisation parentale qui offre la possibilité d’interdire la lecture de tout ou partie d’un film à l’aide d’un code spécifique.

5. Le DVD-Rom

5.1. Le support
Le support DVD-Rom offre les mêmes capacités de stockage que le DVD-Video, soit entre 7 et 26 fois celle d’un CD-Rom classique de 650 Moctets. C’est la raison majeure pour laquelle les professionnels de l’édition informatique ont très vite pris part l’élaboration du cahier des charges de ce nouveau support et à sa normalisation. En effet, si le CD reste encore adapté pour la plupart des applications de type base de données, il l’est de moins en moins en ce qui concerne l’édition multimédia, très vorace en terme d’espace. Ce nouveau support devrait permettre aux concepteurs, au moins pour un temps, de s’affranchir des contraintes liées, en particulier, au recours de la vidéo et du son dans leurs programmes.
Ils disposent, d’autre part des mêmes possibilités de protections contre la copie que celles pouvant être mises en œuvre dans le DVD-Video.
Les premiers titres devraient voir le jour en France au cours du deuxième semestre 1997.

5.2. Le lecteur

Tout comme le lecteur de CD-Rom, le lecteur de DVD-Rom est un périphérique informatique connectable sur bus EIDE (ATAPI) ou SCSI. Il est, pour le moment au moins, compatible avec les CD-Rom, CD-Audio et Video-CD , mais pas avec les Photo-CD.
Les collections « Images de France » et « Imagerie scientifique », éditées par le CNDP, sont à la fois des CD-Porfolio et des CD-Rom. Des tests, menés sur le lecteur de DVD-Rom Pioneer DVD-A01, ont permis de montrer qu’ils étaient lisibles. Il reste à savoir s’ils le seront sur tous les modèles de n’importe quelle marque !
Les DVD-Video peuvent aussi être lus. Pour cela il faut que l’ordinateur soit équipé de cartes de décompression vidéo et audio (MPEG 2 et/ou Dolby Digital AC-3) et des systèmes de désembrouillage adéquats.
Le débit moyen est de 1,2 Moctets/sec., soit 8 fois celui d’un lecteur de CD-Rom simple vitesse.
La gestion des protections antipiratages et du code régional, éventuellement portées sur le disque, est assurée conjointement par le lecteur, les cartes de décompression et les pilotes. Par conséquent, comme dans le cas du DVD-Video, des titres ainsi protégés acquis aux États-Unis ne pourront être exploités sur un lecteur européen.
Le prix de vente des lecteurs de DVD-Rom se situe entre 1 000 et 3 000 francs.