ในโลกของสื่อบันทึกข้อมูลภาพ และเสียงในยุคดิจิตอลอย่างปัจจุบัน สื่อบันทึกข้อมูลที่ดีที่สุดในขณะนี้คงไม่มีใครไม่ยอมรับ ดีวีดี (DVD ย่อมาจาก Digital Versatile Disk หรือ Digital Video Disk)

มีคนจำนวนไม่น้อยเลย (รวมทั้งตัวผมเองเมื่อก่อน) ที่พากันสงสัยว่า เจ้าแผ่นดีวีดีที่มีขนาดไม่แตกต่างไปจากแผ่นซีดีเนี่ย มันมีดียังไง ถึงได้สามารถที่จะบันทึกข้อมูลภาพ และเสียง ได้ทั้งนานกว่า และมีคุณภาพกว่าสื่อบันทึกข้อมูลแบบซีดี ทั้งๆ ที่มันก็เป็นการบันทึกแบบดิจิตอลเหมือนๆ กัน

ดังนั้นผมก็เลยหาข้อมูลมาคลายข้อสงสัยว่าเจ้าดีวีดีเนี่ย มันทำงานกันยังไง และมีคุณสมบัติ (ฟีเจอร์) อะไรกันบ้าง?!?

แผ่นดีวีดีนั้น ดูๆ ไปมันก็ไม่ต่างไปจากแผ่นซีดีหรอกครับ เพียงแต่ว่ามันมีความจุที่มากกว่ามากๆ โดยมาตรฐานของแผ่นดีวีดีแล้ว มันจะมีความจุมากกว่าแผ่นซีดีถึงเจ็ดเท่าทีเดียว ซึ่งด้วยขนาดความจุที่มากมายขนาดนี้นี่เอง ที่ทำให้เจ้าแผ่นดีวีดีสามารถที่จะบันทึกข้อมูลภาพยนตร์ที่เข้ารหัสแบบ MPEG-2 ได้เต็มๆ ซึ่งลักษณะของภาพยนตร์ในรูปแบบดีวีดีนั้นมีดังนี้ครับ
• สามารถบันทึกข้อมูลวิดีโอที่ความละเอียดสูงได้ถึง 133 นาที
• การบีบอัดของวิดีโอในรูปแบบ MPEG-2 นั้นมีอัตราส่วนอยู่ที่ 40:1
• สามารถมีเสียงในฟิล์มได้มากถึง 8 ภาษา โดยมีระบบเสียง 5.1 Channel Dolby Digital Surround Sound
• มีคำบรรยาย (Subtitle) ได้มากสูงสุดถึง 32 ภาษา
• ภาพยนตร์ดีวีดีบางแผ่นนั้น สามารถเปลี่ยนมุมกล้องได้ด้วย
• นอกเหนือไปจากความสามารถที่เอ่ยถึงไป หากเราเอาแผ่นดีวีดีมาใช้บันทึกข้อมูล ภาพและเสียงด้วยระดับคุณภาพของซีดี ก็จะสามารถบันทึกได้นานถึงเกือบ 8 ชั่วโมง ทีเดียว!! (เพียงแต่ว่าไม่มีใครเขาทำกันเท่านั้นเองครับ)

ก็อย่างที่รู้ๆ กันนี่แหละครับว่าแผ่นดีวีดีนั้นไม่ต่างจากแผ่นซีดีเลย ไม่ว่าจะเป็นเรื่องของขนาด ความหนา หรือแม้แต่วัสดุที่นำมาใช้ทำ แม้แต่การบันทึกข้อมูลนั้นก็ใช้หลักการเดียวกัน ก็คือการเข้ารหัสข้อมูลให้อยู่ในรูปของ pit และ land บนแทร็คต่างๆ

แผ่นดีวีดีนั้นประกอบไปด้วยชั้นของพลาสติกหลายๆ ชั้น รวมกันเป็นความหนา 1.2 มิลลิเมตร โดยแต่ละชั้นนั้นมาจากการฉีดเอาโพลีคาร์บอเนตพลาสติกเหลว (Polycarbonate Plastic) เข้าไปเป็นชั้นบางๆ เคลือบตัวแผ่นดิสก์ ซึ่งขั้นตอนนี้ได้สร้างแผ่นดิสก์ที่มี bump เรียงตัวเป็นแถวเดียว และหมุนวนไปทั่วแผ่นดิสก์ แบบเกลียว… (ดูรูปประกอบ)

เมื่อเลเยอร์ของโพลีคาร์บอเนตพลาสติกถูกสร้างเสร็จเรียบร้อย ก็จะมีการเคลือบด้วยชั้นสะท้อนแสง (Reflective Layer) หุ้ม bump อีกที โดยชั้นในจะเป็นอลูมิเนียม ส่วนชั้นนอกจะเป็นทองครับ เพื่อให้แสงเลเซอร์นั้นผ่านจากเลเยอร์ชั้นนอก เข้ามาสู่ชั้นในได้
สุดท้าย เลเยอร์ทั้งหมดก็จะถูกเคลือบด้วยแลคเกอร์ (Lacquer) อีกชั้นหนึ่ง

แผ่นดีวีดีไม่ได้มีเพียงแบบเดียวนะครับ แต่ว่ามันมีด้วยกัน 4 แบบก็คือ
• Single-Sided Single Layer (DVD-5)
• Single-Sided Double Layer (DVD-9)
• Double-Sided Single Layer (DVD-10)
• Double-Sided Double Layer (DVD-18)
ซึ่งแต่ละแบบ จะมีความจุต่างกันไปครับ (ดูรูปประกอบ)

แน่นอนครับว่าแผ่นดีวีดีก็ต้องมีการสกรีนแผ่นด้วย ไม่งั้นก็ไม่รู้กันแหงๆ ว่าแผ่นนี้มีข้อมูลอะไรบันทึกเอาไว้… สำหรับแผ่นแบบ Single-Sided นั้นจะมีการสกรีน เอาไว้บนแผ่นด้านที่ไม่มีข้อมูลบันทึกครับ

ส่วนแผ่นแบบ Double-Sided ที่มีการบันทึกข้อมูลเอาไว้ทั้งสองด้านนั้น จะมีการสกรีนเอาไว้รอบๆ รูตรงกลางแผ่นครับ เอาแค่พออ่านได้ว่าแผ่นนี้มีข้อมูล อะไร การที่สามารถบันทึกข้อมูลเอา ไว้ได้ทั้งสองด้านของแผ่นดิสก์ แถมด้าน ละสองเลเยอร์นั้น ช่วยให้แผ่นดีวีดีนั้นสามารถบันทึกข้อมูลได้มาก แต่นอกเหนือ ไปจากนั้นก็คือ ระยะห่างของแต่ละแทร็คบนแผ่นดิสก์ และขนาดของ pit

เจ้าแผ่นดีวีดีนี่ มีระยะห่างของแทร็คข้อมูลเพียง 740 นาโนเมตร (1 นาโนเมตร เท่ากับ 1 ส่วนในพันล้านส่วนของเมตร ครับ) ส่วนขนาดของ pit นั้นก็แค่ กว้าง 320 นาโนเมตร ยาว 400 นาโนเมตร และสูง 120 นาโนเมตร เท่านั้นเอง (ดูรูปประกอบ)

เมื่อทั้งระยะระหว่างแทร็ค และขนาดของ pit มาผนวกกันเข้ากับการเรียงตัวแบบเกลียววน (Sprial) แล้ว หากคุณนำข้อมูลพวกนี้ออกมายืดออกเป็นเส้นตรงละก็ สำหรับแผ่นแบบ Single-Sided Single Layer คุณจะได้แทร็คข้อมูลที่มีความยาวถึงกว่า 13 กิโลเมตรทีเดียว!! และยิ่งหากเป็นแผ่นแบบ Double-Sided Double Layer แล้วละก็ คุณจะได้แทร็คข้อมูลที่มีความยาวร่วม 50 กว่ากิโลเมตรทีเดียว!!!!

ปัจจัยที่ทำให้แผ่นดีวีดีนั้นมีความจุสูงกว่าแผ่นซีดีมีอยู่สามหัวข้อหลักๆ ก็คือ

ความหนาแน่นของข้อมูลที่มากกว่า
การบันทึกข้อมูลลงบนแผ่นดีวีดีนั้นมีระยะห่างระหว่างแทร็คของข้อมูลที่น้อยมาก แถมยังมีขนาดของ pit ที่เล็กมากๆ ด้วย มาลองเปรียบเทียบกันกับแผ่นซีดีก็ได้ครับ

มาลองคำนวณกันง่ายๆ กันดีกว่าครับ ว่าความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้นมาขนาดนี้ ช่วยให้แผ่นดีวีดีมีความจุเพิ่มได้เท่าไหร่?!? เริ่มจากระยะระหว่างแทร็คที่เล็กกว่า 2.16 เท่า และความยาวของ pit ที่สั้นกว่าอีก 2.08 เท่า ซึ่งเมื่อนำมาคูณกันแล้ว จะได้ประมาณ 4.5 เท่า นั่นแสดงว่าแผ่นดีวีดีนั้นมีพื้นที่สำหรับการเก็บ pit มากกว่าแผ่นซีดีถึง 4.5 เท่าทีเดียว และนี่หมายถึงความจุที่มากกว่าแผ่นซีดี 4.5 เท่าเช่นกัน

Overhead ที่น้อยกว่า
ในรูปแบบของแผ่นซีดี จะมีข้อมูลพิเศษที่ถูกเข้ารหัสเอาไว้บนแผ่นดิสก์เพื่อใช้ในการ แก้ไขข้อมูลในกรณีที่ผิดพลาด (Error Correction) ซึ่งข้อมูลเหล่านี้จริงๆ แล้วก็คือข้อมูล ที่มีอยู่แล้วบนแผ่นดิสก์นั่นเอง… สำหรับวิธีการแก้ไขข้อผิดพลาดที่ใช้กันอยู่ในแผ่นซีดี นั้นค่อนข้างจะเก่า และมีประสิทธิภาพสู้วิธีที่ใช้กันในแผ่นดีวีดีไม่ได้เลย โดยเจ้าแผ่นดีวีดีนั้นไม่สิ้นเปลืองเนื้อที่มากนักในส่วนของการแก้ไขข้อผิดพลาด ซึ่งส่งผลให้มีเนื้อที่ในการบันทึกข้อมูลจริงๆ มากกว่า

การบันทึกข้อมูลลงในเลเยอร์หลายๆ เลเยอร์
ในแผ่นซีดีนั้น การบันทึกข้อมูลจะกระทำบนเลเยอร์เดียว แต่สำหรับแผ่นดีวีดี การบันทึกข้อมูลสามารถทำได้ถึง 2 เลเยอร์ และสองด้านของแผ่น ซึ่งรวมๆ แล้วก็นับเป็น 4 เลเยอร์ทีเดียว

อาจจะแปลกใจอยู่บ้าง ที่ความจุไม่ได้เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ทั้งๆ ที่เราได้บันทึกข้อมูลเพิ่มจากเดิมเลเยอร์เดียว เป็นสองเลเยอร์ ทั้งนี้ก็เพราะว่าเมื่อ ทำเลเยอร์เป็นสองชั้นแล้ว ความยาวของ pit นั้นต้องมากขึ้นครับ ทั้งนี้ก็เพื่อที่จะหลีกเลี่ยงไม่ให้เกิดการรบกวนกันระหว่างเลเยอร์ซึ่งจะทำให้เกิด ข้อผิดพลาดเวลาเล่นดิสก์ครับ

รูปแบบของวิดีโอบนแผ่นดีวีดี
ถึงแม้ว่าขนาดความจุของดีวีดีนั้นจะมีมากมายก็ตาม แต่หากว่าเราจะทำการบันทึกข้อมูล ภาพยนตร์ซักเรื่องลงไปโดยไม่มีการบีบอัดใดๆ เลย รับรองได้ว่าไม่มีทางพอครับ เมื่อเป็นเช่นนี้แล้ว เราก็ต้องทำการบีบอัดข้อมูลมันเสียก่อน แล้วค่อยบันทึก… สำหรับการบีบอัดข้อมูลของแผ่นดีวีดีนั้น ใช้การเข้ารหัสเป็นรูปแบบของ MPEG-2 แล้วจึงค่อยเก็บข้อมูลวิดีโอนั้นลงในแผ่นดิสก์ครับ ซึ่งเจ้ารูปแบบ MPEG-2 นั้นได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่าเป็นมาตรฐานสากล

โดยปกติแล้วภาพยนตร์ทั่วๆ ไปจะมีอัตราความเร็วของการฉายอยู่ที่ 24 เฟรมต่อวินาที ซึ่งหมายความว่าในหนึ่งวินาทีนั้นจะมีภาพทั้งหมด 24 ภาพถูกฉายออกมา… เจ้าตัวเข้ารหัส MPEG จะทำการตรวจสอบแต่ละเฟรม แล้วก็ตัดสินใจว่าจะเข้ารหัสอย่างไรดี โดยแต่ละเฟรมนั้นสามารถถูกเข้ารหัสเป็นแบบใดแบบหนึ่งได้ ในสามแบบต่อไปนี้ครับ
• แบบ Intraframe ซึ่งจะมีข้อมูลของภาพที่สมบูรณ์ของเฟรมนั้นๆ เลย วิธีนี้จะบีบอัดข้อมูล ได้น้อยที่สุด
• แบบ Predicted frame จะมีข้อมูลแค่เพียงพอที่จะบอกเครื่องเล่นดีวีดีว่า จะแสดงภาพออกมาอย่างไร โดยมีพื้นฐานจากเฟรมที่ถูกเข้ารหัสแบบ Intraframe หรือ Predicted frame ที่ผ่านมาล่าสุด พูดง่ายๆ ก็คือเฟรมปัจจุบันจะมีเพียง ข้อมูลอ้างอิงว่าเฟรมใน ปัจจุบันนี้มีอะไรบ้าง ที่เปลี่ยนแปลงไปจากเฟรมที่ผ่านมา
• แบบ Bidirectional frame จะใช้ข้อมูลของเฟรมที่เข้ารหัสแบบ Intraframe และ Predicted frame ที่อยู่รอบๆ มาใช้คำนวณหาจุดที่ตั้ง และสีของแต่ละพิกเซล ของรูปภาพแต่ละส่วนในเฟรม

ชนิดของฉาก (Scene) ที่จะถูกเข้ารหัสจะเป็นตัวช่วยในการตัดสินใจของเจ้าอุปกรณ์เข้ารหัส ว่าจะใช้รูปแบบของเฟรมแบบไหนดี อย่างเช่นถ้าเป็นการรายงานข่าว ก็อาจจะใช้รูปแบบ Predicted frame มากหน่อย เพราะว่าในฉากแบบนึ้ การเปลี่ยนรูปจากเฟรมหนึ่งไปเป็นอีกเฟรมจะไม่ค่อยมีการ เปลี่ยนแปลงมากเท่าไหร่ แต่หากเป็นฉากแอ็คชันแบบบู๊สุดๆ ละก็ การเปลี่ยนรูปจากเฟรมหนึ่งไป เป็นอีกเฟรมก็จะมีรายละเอียดที่เปลี่ยนแปลงมาก และนั่นทำให้อุปกรณ์เข้ารหัสเลือกที่จะใช้รูปแบบเฟรม อย่าง Intraframe ครับ

ดีวีดีกับไฟล์ออดิโอ
แผ่นดีวีดีไม่ได้มีเอาไว้ใช้บันทึกข้อมูลภาพยนตร์อย่างเดียวนะครับ มันยังเอาไว้ บันทึกข้อมูลเสียงเพลงในรูปแบบของไฟล์ออดิโอด้วย แต่ว่ารูปแบบของการบันทึก นั้นต่างกันครับ

ในปัจจุบันแผ่นออดิโอดีวีดีนั้นยังหายากอยู่ แต่อีกไม่นานคิดว่ามันคงจะเป็นอะไร ที่หาไม่ยากละครับ แล้วทีนี้คุณก็จะได้สัมผัสถึงความแตกต่างของคุณภาพ ของเสียงระหว่างซีดีออดิโอ กับ ดีวีดีออดิโอกัน แต่เพื่อที่จะได้ประโยชน์จากการ ฟังเพลงแบบดีวีดีออดิโอได้สูงสุด อันนี้คุณจำเป็นที่จะต้องมีแผ่นดีวีดีออดิโอ คุณภาพสูง และเครื่องเล่นดีวีดีที่มีตัวแปลงสัญญาณจากดิจิตอลเป็นอนาล็อก (Digital to Analog Converter หรือ DAC) ระดับ 192kHz/24-bit (เครื่องเล่นดีวีดีทั่วๆ ไปมี DAC แบบ 96kHz/24-bit เท่านั้น)… ด้วยความจุที่มากกว่าแผ่นซีดีมากๆ ของแผ่นดีวีดี ทำให้มันสามารถที่จะบันทึก ข้อมูลของเสียงได้ละเอียดกว่ามาก ในเวลาการเล่น (Playback time) ที่เท่าๆ กัน

ลองมาเปรียบเทียบกันระหว่างซีดีออดิโอ และดีวีดีออดิโอ ที่คุณภาพสูงสุด ซึ่งสามารถบันทึกข้อมูลออดิโอได้นาน 74 นาทีกันครับ

ไม่ว่าจะเป็นซีดีออดิโอ หรือ ดีวีดีออดิโอก็ตาม ข้อมูลแต่ละบิต จะเป็นการบอกตัว DAC ว่าระดับของความต่างศักย์เอาต์พุตจะต้องเป็นเท่าไหร่ ซึ่งผลที่ได้ก็จะเป็นรูปคลื่น (Waveform) ที่คล้ายกับสัญญาณต้นแบบ… ทีนี้เราลองมาดูรูปภาพเปรียบเทียบรูปคลื่นสัญญาณต้นแบบกับรูปคลื่นของซีดีออดิโอ กับดีวีดีออดิโอกันครับ

จะเห็นว่าดีวีดีออดิโอนั้นจะให้สัญญาณเอาต์พุตออกมาได้ใกล้เคียงกับ สัญญาณต้นแบบ มากกว่าซีดีออดิโอมากๆ ทีเดียว ทั้งนี้ก็เนื่องมาจากจำนวน Sample และ Sampling accuracy ที่มากกว่า ทำให้ระดับของเอาต์พุตนั้นมีมากกว่านั่นเอง… ถ้าเราใช้แผ่นดีวีดีบันทึกข้อมูลออดิโอที่คุณภาพระดับซีดีออดิโอละก็ เราจะสามารถที่จะบันทึกข้อมูลได้นานถึง กว่า 7 ชั่วโมงทีเดียว