O BLU-RAY

Pedro Vicente 63165, Ricardo Santos 63130

Instituto Superior Técnico Av. Rovisco Pais, 1049-001 Lisboa, Portugal E-mail: {pedro.a.vicente, ricardo.dos.santos}@ist.utl.pt

RESUMO 2. HISTÓRIA DO BLU-RAY

O Blu-ray veio suceder ao DVD como a próxima geração de Com o início da era digital, foi necessária a criação de meios disco óptico para armazenamento de dados digitais. Esta de armazenamento de dados binários (0’s e 1’s). A primeira tecnologia surgiu com o desenvolvimento do díodo laser geração de discos ópticos surgiu, principalmente, com a azul-violeta. invenção do CD () em 1979, seguido pelo Grandes empresas, como a , estiveram ligadas à criação DVD (Digital Versatile Disc) em 1995, que armazenam os e sobrevivência do Blu-ray, assim como ao desenvolvimento dados binários, na forma de sulcos e áreas lisas, num disco de tecnologias de produção e durabilidade de discos, e com 120mm de diâmetro e 12mm de espessura. protecção de dados. O Blu-ray apresenta várias vantagens A densidade de informação no formato DVD está limitada face ao DVD e ao seu competidor directo, o HD-DVD. ao comprimento de onda dos lasers utilizados na sua Hoje, este é uma importante referência no mercado no que gravação, e actualmente esta não é suficiente para os toca à distribuição de conteúdos em Alta Definição e 3D. conteúdos reproduzíveis pelos aparelhos HDTV. No final da década de 90, o investigador japonês Shuji Palavras Chave - Blu-Ray, disco, Alta Definição, camadas, Nakamura apresentou um díodo de laser azul-violeta com DVD. comprimento de onda de 405nm, contrastando com o laser vermelho de 650nm usado na altura nos DVD’s. 1. INTRODUÇÃO A Sony iniciou assim dois projectos explorando o novo laser: o UDO (Ultra Density Optical) e o DVR Blue, que Com o aumento da exigência e valorização da experiência desenvolvido juntamente com a Pioneer viria a tornar-se o audiovisual no conforto de casa, com o surgimento das Blu-ray Disc regravável (BD-RE). televisões de alta definição (HDTV – High Definition Os primeiros protótipos do DVR Blue foram revelados na Television) capazes de reproduzir imagem com resoluções exibição CEATEC a Outubro de 2000 pela Sony, mas só a bastante superiores às suas antecessoras, com o aumento da 19 de Fevereiro de 2002 é que o projecto foi oficialmente qualidade e complexidade dos jogos, os deixaram de apresentado como Blu-ray Disc (a palavra blue não pôde ser ter capacidade para armazenar a quantidade de dados usada como marca registada por ser uma palavra comum e necessária para a distribuição dos respectivos conteúdos. usada no dia a dia, daí se optar pela palavra blu). Embora o conceito de alta definição seja conhecido em Inicialmente, o “grupo de fundadores do Blu-ray Disc”, grande parte devido aos aparelhos televisivos, só há alguns criado a 20 de Maio de 2002 pelo MIT, contou com a anos é que surgiram discos ópticos com capacidade participação de nove empresas: suficiente para a gravação e reprodução de conteúdos de elevada qualidade: os discos Blu-Ray (BD – Blu-Ray Discs) 1. Sony e os discos HD-DVD (High Density Digital Versatile Disc). 2. A significativa melhoria dos novos discos ópticos abriram 3. Pioneer portas para qualidades de imagem e som muito acima do 4. Philips comum, mas, apesar das suas vantagens, a penetração do 5. Thomson mercado não foi fácil. A qualidade é subjectiva e nem todos 6. LG Electronics estão dispostos a pagar o mesmo por esta evolução. 7. Hitachi Neste artigo apresenta-se a história e tecnologia do sucessor 8. Sharp do DVD, o Blu-Ray, assim como a comparação entre este e 9. Samsung o seu competidor directo, o HD-DVD.

1

O primeiro aparelho de gravação de Blu-ray da Sony foi disponibilizado no Japão a 10 de Abril de 2003, a um preço de aproximadamente 3500€. Só mais tarde, em Junho de 2006, foram lançados os primeiros leitores de BD-ROM (ex.: Sony BDP-S1) e os primeiros títulos em Blu-ray:

 50 First Dates  The Fifth Element  Hitch  House of Flying Daggers  Underworld: Evolution  xXx  The Terminator (da MGM) Figura 1. – Imagem representativa do modo de A entrada dos leitores de Blu-ray no mercado, 3 meses armazenamento de dados no disco Blu-ray. depois dos leitores de HD-DVD da Toshiba, não foi favorável e durante alguns meses o número de vendas de Entre os sulcos criados, existem espaços lisos (lands) que, HD-DVD superou as de Blu-ray. na leitura, representam áreas de maior reflexão do laser a Com o tempo, o Blu-ray tornou-se o formato favorito e o baixas potências. Na leitura dos dados, os espaços lisos HD-DVD foi descontinuado pela Toshiba. representam o valor binário 1 (on) e os sulcos representam o valor binário 0 (off) devido à ausência de reflexão [1]. 3. TECNOLOGIA BLU-RAY 3.2. Fabrico O disco Blu-ray é um formato de disco óptico criado para suceder ao DVD. Este surge em três variantes principais: As dimensões do disco Blu-ray não foram alteradas face às dos seus antecessores CD e DVD. Ainda assim, a sua 1. Leitura (BD-ROM) – para conteúdos pré-gravados; construção é bastante diferente. 2. Gravável (BD-R) – para dados de PC; O BD é construído utilizando um processo de moldagem por 3. Regravável (BD-RE ou BD-RW) – para material de injecção. É constituído por uma camada de policarbonato HDTV ou dados de PC, respectivamente. com 1,1 mm de espessura, sobre a qual são gravados os dados a armazenar (Figura 2). O Blu-ray pré-gravado é normalmente usado para a Embora o seu método de fabrico resolva problemas como a distribuição de filmes em alta definição, jogos ou softwares. birrefringência (refracção da luz do laser em dois lasers Cada disco contém no mínimo 25 GB de capacidade (com distintos) ou a inclinação do disco (que pode provocar camada única), sendo o disco mais comum o de 50 GB (com distorção do laser), os dados acabam por ficar vulneráveis a camada dupla). riscos. No início, em 2003, os discos Blu-ray eram encapsulados 3.1. Laser e Óptica em disquetes de protecção. Para resolver esta fraqueza, a O nome Blu-ray refere-se ao laser azul (blue ray) utilizado TDK (Tokyo Denkikagaku Kogyo - Tokyo Electronics and para a leitura do disco, que permite uma gravação de dados Chemicals) desenvolveu um polímero com o nome Durabis com maior densidade. (latim para “durarás”). O laser azul-violeta de comprimento de onda de 405nm, Para ir ao encontro das especificações do Blu-ray, a desenvolvido por Nakamura, veio permitir que pudessem ser cobertura do disco teria que ter uma espessura inferior a 0,1 gravados mais dados numa mesma área de disco. mm, ser transparente e dura. A Sony e a Panasonic acabaram Nas camadas de gravação do disco Blu-ray, e recorrendo a por replicar a tecnologia de protecção, tendo a primeira elevadas potências do laser, são criados sulcos (pits) com optado por uma solução de duas camadas: uma anti-riscos e 130nm de largura e um mínimo de 150nm de comprimento. outra anti-estática. A Verbatim, empresa de produção de Estes dados, gravados numa linha contínua em espiral a meios de armazenamento, criou a sua própria tecnologia de partir do centro do disco, organizam-se em circunferências protecção, a hard-coating. espaçadas entre si de 320nm. Uma outra especificação que surgiu para os BDs foi a aprovação num teste de abrasão mecânica que comprovasse a sua resistência.

2 Para vídeo, é obrigatório que todos os leitores de Blu-ray possam suportar pelo menos os três codecs seguintes:

1. H.262/MPEG-2 Parte 2: MPEG-2 Vídeo 2. H.264/MPEG-4 Parte 10: AVC 3. SMPTE 421M: VC-1

O codec MPEG-2 Vídeo é o padrão utilizado nos DVDs comuns, e a sua utilização nos leitores Blu-ray vem permitir que estes leiam também os DVDs. Devido à diferença de eficiência destes codecs de vídeo, a escolha dos formatos utilizados afecta directamente os custos com licenças ou royalties, assim como o tempo máximo de gravação do filme. Discos codificados com MPEG-2 Vídeo, aquando do lançamento do Blu-ray em 2006, ficam limitados a duas horas de conteúdos em alta definição numa única camada de um BD-ROM de 25 GB. Ao utilizarem-se os codecs VC-1 ou MPEG-4 AVC, com maior capacidade de compressão, conseguem-se gravar cerca de quatro horas de vídeo com a mesma qualidade. Tendo em conta as vantagens destes codecs cada vez mais eficientes, aliadas à capacidade de armazenamento dos discos Blu-ray, para além da gravação do vídeo e do áudio, sobra imenso espaço para gravação de conteúdos bónus em HD. A nível de áudio, os BD-ROMs têm, como especificações, que suportar Dolby Digital (AC-3), DTS e PCM linear. Os leitores de Blu-ray podem suportar, opcionalmente, Dolby Digital Plus e DTS-HD High Resolution Audio, assim como formatos sem perdas, Dolby TrueHD e DTS-HD Master Audio. A faixa de áudio de um título em BD-ROM deve utilizar um dos codecs obrigatórios, mas em caso da existência de uma faixa de áudio secundária, esta pode utilizar um dos obrigatórios ou um dos opcionais.

Codec Áudio Perdas Max. Bitrate Max. Channel

8 (48 kHz, 96 kHz), Linear PCM 27.648 Mbit/s Figura 2. – Imagem de Corte de um disco Blu-ray de camada 6 (192 kHz) única (esquerda) e de camada dupla (direita) [2]. Dolby Digital ˟ 640 kbit/s 5.1 (48 kHz)

Dolby Digital ˟ 4.736 Mbit/s 7.1 (48 kHz) 3.3. Codecs 8 (48 kHz, 96 kHz), Dolby TrueHD 18.64 Mbit/s 6 (192 kHz) Os BD-ROMs têm que obedecer a determinadas especificações de modo a permitirem a compatibilidade Dolby Digital ˟ 1.524 Mbit/s 5.1 (48 kHz) DTS-HD 8 (48 kHz, 96 kHz), entre os descodificadores dos dados (hardware) e os 24.5 Mbit/s Master Audio 6 (192 kHz) conteúdos (software). Um vídeo em HD pode ser armazenado em BD-ROM com DTS-HD HRA ˟ 1.5 Mbit/s 5.1 (48 kHz) DTS-HD resoluções até 1920x1080 pixéis por imagem, a 24 imagens ˟ 3.0 Mbit/s 7.1 (48 kHz,96 kHz) HRA Extension por segundo, com varrimento progressivo, ou a 59,94 imagens por segundo, com varrimento entrelaçado. Ainda Tabela 1. – Especificação dos Codecs de Áudio utilizados com varrimento progressivo, também podem ser gravados em Blu-ray [4]. vídeos com resoluções de 1280x720 pixéis com até 59,94 imagens por segundo [3].

3 3.4. Características Técnicas Na revisão 2.50, a 30 de Abril de 2003, foi adicionada uma partição de metadados (dados sobre os dados) que facilitam Como referido anteriormente, o disco Blu-ray pode ter uma na recuperação de falhas e a duplicação opcional de ou mais camadas de dados gravados. Na figura 2, podem-se informações sobre o sistema de arquivos. observar os casos de camada única e de camada dupla num Todos os ficheiros de aplicações de BD-ROM são dos lados do disco. Existe também a possibilidade de armazenados numa directoria BDMV que contém as existirem duas camadas (uma em cada lado do disco) ou seguintes directorias: quatro camadas (duas em cada lado).

Aliada a estas versões, existe também uma variante mais  PLAYLIST (Ficheiros extensão .mpls) pequena do disco Blu-ray, o disco Blu-ray Mini. Neste caso, o disco apresenta um diâmetro de 8 cm em contraste com o  CLIPINF (Ficheiros extensão .clpi) tamanho normal de 12 cm.  STREAM (Ficheiros extensão .m2ts e .ssif)  AUXDATA (Ficheiros extensão .bdmv e .otf) Capacidade Capacidade  BACKUP (Contém cópias dos ficheiros da Nº de Dimensões com uma com camada directoria principal e todos os ficheiros das Lados camada dupla directorias PLAYLIST e CLIPINF). 12 cm 1 25 GB 50 GB 12 cm 2 50 GB 100 GB A directoria principal contém os ficheiros índex.bdmv 8 cm 1 7.8 GB 15.6 GB (descrição do conteúdo da directoria BDMV) e 8 cm 2 15.06 GB 30.12 GB MovieObject.bdmv (informação para um ou mais Movie Objects).

Tabela 2. – Dimensões e capacidade dos discos Blu-ray 4. DVD VS. BLU-RAY normais e mini [4]. O DVD foi inventado e desenvolvido em 1995 pela Philips, No ano passado, a TDK revelou ter criado um disco Blu-ray Sony, Toshiba e Panasonic. Os DVDs ofereceram maior experimental com 200 GB de capacidade distribuídos por capacidade de armazenamento que os CDs, e permitiram a seis camadas de 33 GB cada, isto num único lado do disco. produção em massa de filmes em DVDs pré-gravados. A Com a capacidade de armazenamento acrescida do Blu-ray, cassete VHS tornou-se obsoleta e o disco óptico tornou-se o é também importante não esquecer a velocidade de padrão da distribuição de conteúdo audiovisual. transferência de dados para os discos. As maiores diferenças entre estas duas tecnologias passam A taxa de transferência de dados para um disco Blu-ray é de pela sua produção e pela sua gravação. O DVD foi 36 Mbit/s (54 Mbit/s para BD-ROM), mas esta pode ser ultrapassado pelo Blu-ray nalguns aspectos, mas não deixa multiplicada consoante o gravador utilizado. de ter as suas vantagens.

Taxa de Transferência de Tempo de gravação para Característica DVD Blu-ray Velocidade dados disco Blu-ray (minutos) do Resolução 480p 720p,1080i,1080p Uma Duas Gravador Mbit/s MB/s 4.7 GB 25 GB Camada Camadas Capacidade (camada única) (camada única) 1x 36 4,5 90 180 Disco 8.5 GB 50 GB 2x 72 9 45 90 (camada dupla) (camada dupla) 4x 144 18 23 45 SD: 23 horas 6x 216 27 15 30 HD: 5.6 a 8.5 horas Capacidade Vídeo SD: 3 horas 8x 288 36 12 23 consoante o método 12x 432 54 8 15 de codificação Compatibilidade Playstation 2, Tabela 3. – Velocidades de Gravação de discos graváveis e Consolas de Vídeo Playstation 3, Xbox, Playstation 3 Jogos Xbox 360 regraváveis de Blu-ray [4]. Preço dos Leitores < 99$ > 170$ Preço dos Filmes A partir de 6$ (retalho) 20$ a 28$ (retalho) Número de Títulos > 90.000 ~1000 3.5. Sistema de Ficheiros Disponíveis Códigos de Região Sim Sim A Blu-ray Disc especifica o uso da Universal Disk Format Número de Regiões 6 (7) 3 (UDF) 2.50 como um perfil de sistema de arquivos de disco Protecção de cópia AACS, ICT, BD+, Macrovision, CSS óptico agradável tanto para o PC como para a electrónica e direitos digitais BD-ROM Mark dos consumidores. Esta especificação é bastante utilizada nos formatos BD-ROM e nos formatos graváveis e Tabela 4. – Comparação entre a tecnologia DVD e a regraváveis. tecnologia Blu-ray [5].

4

Figura 3. – Comparação entre um DVD e um disco Blu-ray: constituição, laser, densidade de dados [6].

Os baixos preços do DVD e dos seus leitores, assim como o A densidade de dados utilizada na gravação do HD-DVD imenso número de títulos disponíveis são vantagens que era mais baixa devido aos tamanhos dos sulcos e à distância ainda abrandam o crescimento do Blu-ray no mercado. entre as pistas de gravação. Esta desvantagem não permitia que fossem gravados filmes com tanta resolução e duração 5. CONCORRÊNCIA como nos discos Blu-ray. Assim, ao fim de dois anos e apesar do sucesso inicial do Embora o disco Blu-ray se tenha tornado o sucessor oficial HD-DVD, o Blu-ray acabou por se sobrepor os todos os do DVD, este não foi o primeiro padrão de vídeo de alta apoiantes do pioneiro da alta definição migraram para os definição a ser desenvolvido. BDs e a Toshiba viu-se obrigada a descontinuar os DVDs de Fortemente apoiado pela Toshiba e Microsoft, e lançado nos alta definição. USA a 18 de Abril de 2006, o HD-DVD é muito parecido com o Blu-ray: o tamanho do disco óptico é o mesmo (120 mm de diâmetro) e o laser utilizado para gravação e leitura tem 405 nm de comprimento de onda.

Mesmo com estas semelhanças, o HD-DVD não atingia as capacidades de armazenamento oferecidas pelos BDs.

Capacidade Capacidade Nº de Dimensões com uma com camada Lados camada dupla

12 cm 1 15 GB 30 GB

12 cm 2 30 GB 60 GB 8 cm 1 4.7 GB 9.4 GB 8 cm 2 9.4 GB 18.8 GB

Tabela 5. – Dimensões e capacidade dos HD-DVD normais Figura 4. – Imagem representativa do modo de e mini [7]. armazenamento de dados no disco Blu-ray.

5 6. MERCADO

Os discos Blu-ray surgiram no mercado em 2006. A sua tecnologia apresentou uma penetração difícil no mercado, pois os conteúdos que apresentava não eram pioneiros (surgiu 3 meses depois do HD-DVD). Com o elevado preço dos discos e respectivos leitores e gravadores, o público não estava disposto a pagar tanto pelo aumento da qualidade de imagem e de som. Outro facto que prejudicou a entrada dos discos Blu-ray no mercado foi a necessidade de uma televisão de alta definição, HDTV, que conseguisse reproduzir os conteúdos neles gravados, o que incrementava o custo da alta definição no conforto de casa. Figura 6. – Taxa de crescimento do Blu-ray [8]. Graças ao grande sucesso das consolas da Sony Playstation e ao lançamento do novo modelo, Playstation 3, os BDs tiveram uma explosão de mercado, já que eram utilizados 7. FUTURO para a distribuição dos jogos e a consola podia ser utilizada também como leitor de filmes. Assim surgiram os leitores O futuro do Blu-ray é incerto e as previsões variam, mas a mais “baratos” de tecnologia de alta definição. Blu-ray Disc está confiante no seu sucesso: O crescimento da cota de mercado do Blu-ray está intimamente ligada aos títulos lançados e ao impacto que “History proved that a significant 5-10 x increase in storage estes têm para a sociedade no cinema, assim como o capacity and the ability to play previous generation formats desenvolvimento dos filmes em 3D que ainda são muito are key elements for a new format to succeed.”[9] recentes no mercado da cinematografia doméstica. Embora este apresente algum crescimento com o passar do A verdade é que os discos Blu-ray apresentam capacidades tempo, e que a cota de mercado ronde os 25%, é de notar de armazenamento muito acima do realmente necessário, e que entre Agosto e Novembro de 2012 o Blu-ray conseguiu como tal, o aumento das resoluções para 4K Ultra-High atingir um recorde de 40% devido ao lançamento do Star Definition (3840x2160 pixéis), por exemplo, e com o Wars e do Rei Leão. aumento da frequência de imagens, os BDs terão então maior impacto e usarão todo o seu potencial. Um factor preponderante para a vitória do Blu-ray face ao DVD será o lançamento da Playstation 4, que continuará a utilizar o BD, e o lançamento da Xbox 720 da Microsoft que pela primeira vez implementará a tecnologia [10]. Por outro lado, é de lembrar que a tecnologia continua a evoluir e já se encontram em desenvolvimento discos com capacidades que atingem os Terabytes.

1. O HVD (Holographic Versatile Disc), em desenvolvimento pela HSD Forum, promete atingir capacidades de 5 TB em discos de 10 cm de diâmetro [11]. 2. O DVD continua a dar luta com investigadores Figura 5. – Cota de mercado do Blu-ray vs. DVD [8]. japoneses da Universidade de Tóquio a garantirem que a aplicação de uma capa metálica no DVD Com a taxa de crescimento a estacionar, depende das pode fazer com que este atinja capacidades de 25 cinematográficas lançar títulos que tenham um impacto TB sem ter que trocar de leitores [12]. favorável no Blu-ray e que o possa direccionar para uma 3. As TVs continuam a evoluir e há quem diga que o cota de 50% e declarar a sua vitória sobre o seu antecessor Blu-ray desaparecerá dentro de 4 anos. As Smart DVD. TVs e a sua conexão à internet podem ser a No ano de 2011 foram vendidos cerca de 210 milhões de principal causa [13]. discos Blu-ray, e espera-se que em 2012 se atinjam os 400 milhões.

6 Todas estas tecnologias terão um grande impacto nas [10] Softpedia, (21-12-2012), Xbox 720 Has Blu-ray Drive necessidades do mercado, nomeadamente com a evolução and Kinect 2 Won’t Support Used Games, Disponível: dos filmes 3D que requerem maior capacidade de http://news.softpedia.com/news/Xbox-720-Has-Blu-ray- armazenamento e de tecnologias compatíveis com os seus Drive-and-Kinect-2-Won-t-Support-Used-Games- 248893.shtml codecs. [11] Wikipedia, (21-12-2012), Holographic Versatile Disc, Disponível:http://en.wikipedia.org/wiki/Holographic_Ve 8. CONCLUSÕES rsatile_Disc [12] Ciência Hoje, (21-12-2012), Japoneses criam DVD de Com este artigo compreende-se a urgente necessidade da 25TB, Disponível: evolução dos meios de armazenamento de dados digitais, já http://www.cienciahoje.pt/index.php?oid=43007&op=all que o volume de dados e de conteúdos é cada vez maior e as [13] Softpedia, (21-12-2012), Blu-ray Will Disappear in Four exigências crescem muito rapidamente. Years Says Set top Box Maker, Disponível: Os produtores de televisões apresentam aparelhos com http://news.softpedia.com/news/Blu-ray-Will-Disappear- in-Four-Years-Says-Set-top-Box-Maker-275473.shtml tamanhos cada vez maiores e resoluções de imagem cada vez mais extraordinárias. O disco BD apesar de ser a melhor solução no presente, e aparentemente num futuro próximo, continua a estar vulnerável ao desenvolvimento dos seus pares ou ao surgimento de uma tecnologia que acabe com o disco óptico assim como este acabou com as cassetes VHS. Ainda assim, e tendo em conta o custo decrescente da tecnologia Blu-ray e dos HDTVs, hoje poderá ser a altura certa para investir nesta tecnologia e desfrutar o que esta tem para oferecer.

9. AGRADECIMENTOS

Agradecemos ao Professor Fernando Pereira, da cadeira de Comunicação de Áudio e Vídeo, por nos dar a oportunidade de realizar este trabalho, assim como por nos ajudar a entender os conceitos e desenvolvimentos nesta área.

10. REFERÊNCIAS

[1] Wikipedia, (21-12-2012), , Disponível: http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_disc [2] Eiji Ohno (21-12-2012), The Significance of Developing the Single-side, Dual-layer Disc, Disponível: http://panasonic.net/blu-ray/technology/story02/ [3] Wikipedia, (21-12-2012), Disco Blu-ray, Disponível: http://pt.wikipedia.org/wiki/Disco_blu-ray [4] Wikipedia, (21-12-2012), Blu-ray Disc, Disponível: http://en.wikipedia.org/wiki/Blu-ray_Disc [5] CNET, (21-12-2012), Quick Guide to Blu-ray, Blu-ray vs. DVD, Disponível: http://reviews.cnet.com/4520- 13817_7-6462511-2.html [6] Panasonic, (21-12-2012), Blu-ray Disc Global, Disponível: http://panasonic.net/blu-ray/whats_blu-ray/ [7] Wikipedia, (21-12-2012), HD-DVD, Disponível: http://pt.wikipedia.org/wiki/HD_DVD [8] DVDGuy’s Blog, (21-12-2012), Blu-ray: The State of Play – May 2012, Disponível: http://www.digital- digest.com/blog/DVDGuy/2012/05/09/blu-ray-the-state- of-play-may-2012/ [9] Blu-ray Disc, (21-12-2012), History of Blu-ray Disc, Disponível: http://blu-raydisc.com/en/AboutBlu- ray/WhatisBlu-rayDisc/HistoryofBlu-rayDisc.aspx

7