Fonctionnement d'un lecteur/graveur de DVD

Présentation (I)

Le DVD, acronyme de Digital Versatile Disc, est la nouvelle génération de disque optique remplaçant depuis 1995, à la fois le CD-ROM (compact disc) et la cassette VHS.

Par extension, il dénomme également le lecteur et le graveur (ou l'enregistreur) exploitant cette technologie.

Nous verrons dans cet article que les avantages du DVD sont multiples. Du fait de sa haute densité et sa meilleure qualité d'image comparé aux autres supports multimédia, le DVD est devenu le support idéal pour archiver des films, de la musique, des documents multimédia, des logiciels ou des données informatiques. Mieux que le CD, le DVD a révolutionné l'industrie multimédia.

En fait le DVD exploite une technologie déjà exploitée dans les vidéodisques (disque laser) il y a une génération mais dans une version plus moderne, plus compacte et plus souple.

Comme toute technologie, au premier abord vous risquez d'être dépassé par son jargon et les nombreux acronymes et autres normes qu'elle utilise. Mais je tiens le pari qu'après avoir lu cet article vous disposerez de suffisamment d'informations pour faire votre choix en toute connaissance de cause.

Avantages du DVD

Le DVD s'est rapidement imposé pour plusieurs raisons :

- La facilité et la souplesse d'utilisation : l'utilisateur recherche avant tout un support pratique à utiliser. Le DVD offre un format compact de 12 cm de diamètre; il autorise un accès direct à l'image sans rembobinage ou lecture séquentielle, contrairement aux cassettes; on peut accéder directement à n'importe quelle séquence du film, aux chapitres, etc; on peut sélectionner la langue de son choix, avec ou sans sous-titrage.

- La qualité de l'image et du son : la reproduction numérique des images et du son est largement supérieure à la qualité des cassettes et des disques de vinyle

- La stabilité du support : comme son homogue compact, le DVD ne craint pas l'usure mécanique car la tête de lecture n’est jamais en contact mécanique avec le disque. Le disque est lu par un faisceau laser qui peut repasser pratiquement un nombre illimité de fois la même scène, alors que la bande magnétique ou le disque de vynile se dégrade par la simple lecture du fait du contact mécanique avec le support. 

Comme le CD, la surface du DVD est protégée par une couche de plastique tranparent, dans ce cas ci du polycarbonate empêchant l'imprégnation des traces de doigts et le dépôt de poussières ou de saletés. De plus, la surface des micro-cuvette est recouverte d'un fin film d'aluminium pour faciliter la réflexion du rayon laser.

- La capacité de stockage : on peut stocker sur un DVD entre 7 et 25 fois plus de données que sur un CD, soit 17 GB sur un DVD double couche, et jusqu'à 17 GB par couche sur un DVD au format HD (51 GB au total). Et ce n'est qu'un début.

- Le processus de fabrication : la fabrication d'un lecteur ou d'un enregistreur DVD ainsi que des consommables (DVD vierges) est beaucoup plus simple que celle d'un magnétoscope ou des cassettes; ils sont également plus fiables et plus robustes que ces derniers.

- Le prix : tant le prix des lecteurs, des graveurs que des consommables sont relativement bon marchés compte tenu de leur fiabilité ou de leur longévité.

- Le gain d'espace : tant pour un usage professionnel qu'amateur (une bibliothèque publique, une salle d'archivage, un collectionneur, etc), le gain d'espace offert par le DVD est très appréciable. Un DVD de 17 GB par exemple contient l'équivalent de plus de 1700 livres de 400 pages au format Word illustrés de planches couleurs. Autrement dit, toute votre bibliothèque tiendrait sur un seul DVD ! Ce serait plus délicat pour vos reportages vidéos qui peuvent occuper chacun un DVD, mais il vous soulage des encombrantes bobines de film.

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Différence entre le DVD et le CD-ROM

Le disque DVD ressemble à s'y méprendre à un CD. Il affiche le même diamètre de 12 cm et une épaisseur (substrat) de 1.2 mm.

Tout comme le CD, il se manipule aussi facilement et grâce à sa taille réduite, il se range facilement et convient idéalement à un usage domestique.

A la différence des lecteurs CD dont le rayon laser travaille à la longueur d'onde de 780 nm et le disque offre un capacité maximale de 700 MB, le laser d'un DVD fonctionne à 650 nm pour une capacité nominale de stockage de 4.7 GB, celui d'un lecteur DVD au format Blu-ray (le plus récent) fonctionnant à 405 nm pour une capacité nominale de stockage 25 GB.

La tête optique laser se caractérise également par son ouverture numérique ou "pickup angle", NA en abrégé. Elle varie entre 0.45 à 780 nm et 0.85 à 405 nm. Plus l'ouverture numérique et la fréquence de travail du laser sont élevés, plus la gravure/lecture sera fine (mais plus le risque d'aberration augmente) et plus la quantité d'information stockable à surface égale est importante.

Dans le cas de la technologie Blu-ray, le système optique du laser dispose d'une deuxième lentille pour faciliter la focalisation. 

Les aberrations optiques du système laser (défocalisation, coma et sphéricité) et le phénomène de biréfringence viennent toutefois dégrader les performances du système. Les ingénieurs doivent donc trouver un juste compromis, ce qui va affecter le prix des appareils.

Mise à par la technologie laser, le DVD se différencie du CD par trois évolutions techniques :

1°. La densité des données

Analysé au microscope, on constate que la structure des pistes est beaucoup plus dense sur un DVD que sur un CD. Elle diffère également entre DVD-ROM, DVD-RAM et DVD-RW.

Le DVD atteint ses hautes performances en groupant plus de données par unité de surface qu’un CD. Il le fait de deux manières : en resserrant les pistes et en réduisant la taille des microcuvettes (les "creux") en fonction de la fréquence du rayon laser.

Ainsi que le montre l'image de gauche prise au microscope, un DVD présente des microcuvettes deux fois plus petits que ceux d’un CD (0.4 µm contre 0.83 µm) et ses pistes sont deux fois plus serrées (0.74 µm d'écart contre 1.6 µm).

De plus, dans un lecteur de CD, le faisceau laser doit passer à travers une couche de recouvrement optique en acrylique (plastique)  relativement épaisse avant d'atteindre les microcuvettes représentant les données. Pour aider le lecteur de DVD à se focaliser sur ces creux plus petits, un disque DVD utilise une couche optique deux fois plus mince que celle d'un CD, soit 0.6 mm.

Seul inconvénient, une galette aussi mince devient souple et ne résiste pas aux manipulations mécaniques. Dès lors, les fabricants ont décidé de coller une seconde couche optique d’une épaisseur de 0.6 mm (format HD) ou de 0.1 mm (format Blu-ray Disc), grâce à une technologie de collage mise au point par Panasonic. Selon le type de disque, une, deux voire trois couches peuvent contenir des données. Ainsi, un DVD est en quelque sorte un double ou un triple CD.

2°. Le taux de compression

Le second avantage du DVD est la nouvelle technologie de compression de données qui permet de stocker sur un seul disque un très grand nombre d'information en évitant de recopier les données redondantes ou inutiles, comme cela se fait avec les images au format JPEG ou les sons au format MP3 par exemple.

Ainsi, un bon logiciel de compression est capable de compresser un film de 9 GB jusqu'à 2 GB, en y intégrant toutes ses composantes (menus de navigation, pistes audio, sous-titrages, versions multiples, bonus, etc).

Les procédés de compression dont appel aux fameux "codecs", néologisme formé à partir des mots codeur et décodeur. Les codecs représentent des procédés permettant de compresser ou de décompresser un signal dans un format particulier : JPEG, MPEG, HD, etc. Ils sont adaptés aux images, aux vidéos et aux sons. A ne pas confondre avec les normes de compression ni avec les convertisseurs vidéos et audio D/A dont nous reparlerons.

Notons que si vous souhaitez que votre DVD "rippé" (c'est-à-dire copié correctement sans brouillage vidéo) tienne sur les 4.7 GB d'un disque DVD-5 simple couche (voir plus bas) mais que vous constatez que le taux de compression est trop élevé, vous devrez vous arranger pour retirer certaines informations du projet avant de procéder à la gravure ou à la sauvegarde (comme vous le feriez avec un CD).

Plusieurs logiciels de copie muni des procédés de compression sont proposés aux informaticiens et aux vidéastes, pour citer DVD Shrink, RatDVD ou WinDVD. Précisons que ces logiciels requièrent généralement des ordinateurs puissants, cadencés à plus de 2 GHz et disposant d'au moins 256 MB RAM. Rien ne sert donc de s'initier à la vidéo numérique sur un "vieux" Pentium III. Ca ne tournera pas !

3°. La superposition des couches

Ainsi que nous l'avons évoqué, un gros avantage du DVD est de combiner plusieurs couches ou pistes sur un seul disque. 

Les fabricants proposent ainsi des lecteurs/graveurs capables de lire ou d'enregistrer jusqu'à 4h30 de film sur un seul DVD monocouche double face (DVD-10). Le disque ne doit pas être retourné et il n'y a aucune perte de qualité. 

Les avantage de cette souplesse sont évidents, principalement dans toutes les applications multimédia interactives et éducatives.

Le DVD-5 est le plus répandu. Pour compenser la perte de lisibilité par rapport à celui-ci, sur un DVD-9 les microcuvettes et les surfaces sont 10 % plus grandes. Il existe un DVD+R 9 offrant la même capacité pour les particuliers désirant graver leurs propres vidéos. Les disques double face doivent être retournés durant la lecture.

Actuellement, les DVD du commerce (films, concerts, etc) sont généralement des DVD-9 car leur capacité permet un encodage à plus haut débit et offrent une meilleure qualité d'image et de son que le DVD-5.