Le HD-CD ou Compact Disc Haute densité
The HD-CD or High Density Compact Disc

par Francis Pelletier © Copyright 1995 MOSARCA
Cet article a été publié dans le magazine MOS 131 - février 1995

Depuis quelques mois, la presse spécialisée comme la presse généraliste se sont fait l'écho des annonces des industriels qui préparent la seconde génération du Compact Disc connue sous le nom de HD-CD ou Compact Disc Haute Densité.

Il est vite apparu que deux écoles s'affrontaient pour imposer leur "standard"; et le faisaient avec vigueur, car le standard qui sera retenu sera valable aussi bien pour l'industrie électronique grand-public que pour l'industrie informatique. Pour éclairer ce débat technique où il est bien difficile de se faire une opinion sur la réalité des choses, nous avons voulu rencontrer des responsables de firmes et des industriels impliqués dans la filière CD. De ces contacts est née une opinion dont nous vous faisons part en tentant de faire le point sur l'état actuel de ces projets et en pesant le pour et le contre des deux techniques proposées.

Comme nous avons pu en déduire des contacts et des rencontres avec certains des industriels concernés, rien n'est vraiment arrêté à ce jour et certaines informations publiées récemment sont fortement sujettes à modification. Les deux écoles en présence, c'est-à-dire Philips/Sony d'un côté et Matsushita/ Toshiba et consoeurs d'un autre, n'ont en effet pas dévoilé les spécifications finales de leurs produits. Philips et Sony prévoient de les communiquer à leurs licenciés tandis que le groupe entraîné par Matsushita et Toshiba a fait savoir que les versions finales de leur produit seraient prêtes à la mi-95. Rien n'est donc arrêté, sinon le fait qu'un Compact Disc de haute densité, que ce soit le HD-CD ou le DVD (Digital Video Disc), verra le jour car il s'inscrit dans l'évolution logique des média optiques. Avant d'analyser les avantages et les inconvénients de chacun des deux CD haute-densité en lice, il semble utile de refaire un bref historique des annonces et des spécifications de chacun. Philips et Sony ont été les premiers à présenter leur futur "standard" de HD-CD, le 16 décembre 1994. Celui-ci a été présenté comme la continuation du format actuel du Compact Disc dont on a augmenté la capacité d'un facteur 5,5X pour la porter à 3,7 giga-octets (ou milliards de caractères) sur un disque mono-face et mono-couche de douze centimètres de diamètre. Une version bi-couche issue de la technologie 3M (voir MOS N°.129 et ci-après) est également prévue et offrira une capacité totale de 7,4 giga-octets (2L). La proposition de Philips et Sony offre la possibilité de stocker sur un HD-CD mono-couche 135 minutes de vidéo numérique compressée à la norme MPEG-2, des sous-titres et du son sur trois pistes stéréophoniques de qualité CD, pistes multiplexées permettant le multilinguisme. Le taux de transfert que préconisent Philips et Sony se situe entre trois et quatre mégabits par seconde pour une application de type DVD ou Vidéo Disque Numérique. Ils prévoient toutefois de le laisser évoluer dans une fourchette nettement plus large, entre un et dix mégabits par seconde, en jouant sur la vitesse de rotation du disque. A basse vitesse, c'est-à-dire au débit de 1,5 mégabits par seconde, les lecteurs de HD-CD pourront lire les Compact Disc audio actuels ou les Video-CD utilisant la norme MPEG-1 pour la vidéo numérique. A vitesse élevée, ils seront capables - d'après les responsables de Philips que nous avons rencontrés - de lire de la vidéo numérique de haute définition à un taux de transfert de l'ordre de sept mégabits par seconde. Philips et Sony ont également dans leurs cartons un HD-CD de huit centimètres de diamètre d'une capacité de 1,3 giga-octets en mono-couche et de 2,6 giga-octets avec deux couches superposées.

Ce HD-CD n'a pas pour seule vocation de porter de la vidéo numérique. Philips et Sony ont prévu une version CD-ROM du HD-CD et, pour plancher sur les extensions de la norme ISO-9660 qui seront nécessaires pour assurer la portabilité et l'interchangeabilité de ce média, ils ont reçu le renfort de plusieurs grands noms de l'industrie de l'informatique parmi lesquels on trouve IBM, Apple Computer, Compaq et Microsoft. Leurs travaux seront proposés aux comités de normalisation ECMA-TC15 puis à l'ISO.


Photographie au microscope électronique d'un Compact Disc normal (© Photo ODME)

Photographie au microscope électronique d'un HDCD (© Photo ODME)


Pour l'instant, la faisabilité du HD-CD et du HD-CD-ROM n'a été démontrée qu'en laboratoire mais plusieurs prototypes fonctionnent. Selon M. Hoss Bozorgzad, VPmarketing chez Philips (San José, CA) chargé "d'évangéliser" les professionnels américains, il faut s'attendre à voir les premiers lecteurs de HD-CD apparaître en 1996. Ils auront comme première application la diffusion de programmes télévisuels et de films compressés selon la norme MPEG-2. En même temps, sortiront les premiers lecteurs de HD-CD-ROM qui serviront à relire des programmes ludiques et de vastes encyclopédies.

Dans un second temps, Philips et Sony prévoient d'utiliser les formats physiques et logiques du HD-CD pour une nouvelle génération de disques effaçables. Leur objectif est de commercialiser en 1998 un enregistreur/lecteur de HD-CD effaçable pour des applications informatiques puis grand-public. Cet appareil utilisera un disque de douze centimètres de diamètre d'une capacité brute de 3,7 giga-octets qui pourra être enregistré, lu, effacé et réenregistré à volonté. Tout semble confirmer que la technique d'enregistrement/effacement utilisée sera le changement de phase auquel nous avons consacré plusieurs articles importants depuis un an. L'un des écueils sur lesquels achoppaient les ingénieurs était la faible réflectivité de la structure à changement de phase, de laquelle n'émane en retour qu'un faible signal que les détecteurs ne peuvent décoder de façon fiable. Depuis, les ingénieurs de Philips (Eindhoven) ont mis au point une technique qui accroît la réflectivité (70%) et le contraste entre les zones vierges et les zones enregistrées. A l'horizon 2000, Philips et Sony songent même à un HD-CD effaçable à deux couches superposées qui auraient une capacité de 7,4 giga-octets; mais sa faisabilité n'a pas été démontrée en laboratoire.

Compatibilité assurée pour le clan Philips/Sony

L'un des maîtres mots du clan Philips/Sony concernant le HD-CD est la compatibilité des lecteurs avec les média actuels: Compact Disc audio, Video-CD, CD-I et aussi la version CD-ROM pour la partie informatique. Comme l'a rappelé M. John Hawkins (président de Philips-IMS) lors d'InterMedia, Philips et Sony ne conçoivent pas que quelqu'un qui possède des programmes ne puisse rejouer ses disques sur les futurs lecteurs de HD-CD. Cette compatibilité ascendante est possible grâce à une technique de modulation du signal, EFM-Plus (ou 8 to 14 Modulation), dérivée de celle mise en oeuvre actuellement (bien que la rumeur prétende qu'il s'agit d'un 8/14+1). Le code de correction d'erreur CIRC-Plus est lui aussi dérivé de celui du Compact Disc actuel. Philips et Sony vont faire développer des circuits électroniques spécifiques qui pourront traiter indifféremment le CD de base et le HD-CD.

Le Super Density Disc de Matsushita, Toshiba et compagnie

Matsushita, Toshiba et la dizaine de sociétés (MOS 130, pages 39/40) qui se sont jointes à elles ont fait sensation et provoqué beaucoup de remous dans l'industrie en annonçant leur propre Compact Disc de haute densité, le SD pour Super Density disk. L'annonce a eu un retentissement important, atteignant même le grand public, mais les explications qui en ont été données et les interprétations qui en ont été faites étaient parfois fantaisistes. Encore une fois, il faut rester prudent sur un sujet aussi mouvant. Comme celles du disque du clan Philips/Sony, les spécifications finales du SD ne seront connues que dans quelques mois; à la mi-95, selon des informations d'origine japonaise. Ce HD-CD dissident est, comme nous l'avons déjà indiqué dans ces colonnes, une réponse en force d'industriels voulant s'affranchir du clan Philips/Sony auquel ils ont versé des royalties pendant dix ans pour pouvoir exploiter la technologie du Compact Disc audio puis du CD-ROM.

Physiquement, le SD de Matsushita/ Toshiba reprend le diamètre du Compact Disc actuel, 120 mm, mais offre une capacité de cinq giga-octets par face. Par contre, nous ne savons rien sur la technique de modulation des signaux ni sur la nature exacte des pistes et des indentations (pits) représentant les données. Le SD utilise un nouveau code de correction d'erreur appelé RS-PC pour Reed Solomon Product Code qui est, semble-t-il, spécifique à ce nouveau format logique de disque. S'il y a compatibilité de lecture avec les Compact Disc actuels, cela implique que l'on utilise deux techniques de correction d'erreur dans le même lecteur. Car là est bien le problème soulevé par cette annonce. Les promoteurs du SD prévoient d'assurer une compatibilité de lecture des média actuels (Compact Disc audio et Video-CD) dans leurs futurs lecteurs mais sans préciser comment ils la maintiendront. En effet, outre la modulation du signal et le code de correction d'erreur, la structure physique du SD diffère également de celle des média actuels. Selon les informations publiées par le groupe d'industriels du clan Matsushita, la structure de ce disque est composée de deux substrats de 0,6 mm d'épaisseur collés dos à dos afin d'offrir deux faces exploitables par retournement du disque. Cette structure, déjà connue et tout à fait exploitable, nécessite toutefois en phase de lecture une focalisation du faisceau laser différente de celle que demande un Compact Disc audio normal, tout simplement parce que l'épaisseur du substrat est plus mince (0,6 mm contre 1,1 mm). Aucune information n'a été fournie, à ce jour, sur la tête optique capable de se plier aux exigences de ces deux types de média.

Le SD aura pour première application, selon le groupe d'industriels qui le soutient, la diffusion de programmes audiovisuels (films, documentaires, etc.) compressés à la norme MPEG-2. Il remplacera des produits tels que le LaserDisc ou le Video-CD. Il portera plusieurs pistes sonores stéréophoniques indépendantes ainsi que des canaux réservés à des sous-titres et à des données auxiliaires. D'après les déclarations faites lors de la conférence de presse en janvier, mais qui nous paraissent bien optimistes, les premiers lecteurs de DVD ou Digital Video Disc répondant aux spécifications du SD pourraient être disponibles à la mi-96 au prix de 500 dollars pièce! Par contre, aucune information n'évoque la possibilité d'utiliser le SD dans une version informatique, en remplacement du CD-ROM. A moyen terme, certains industriels du groupe "SD" envisagent également de concevoir et de commercialiser un enregistreur/lecteur de "SD-E", pour Super Density Disc - Effaçable, basé sur la technologie du changement de phase. Les utilisateurs pourront y enregistrer de la vidéo numérique ou tout autre forme d'informations numériques, la télévision numérique par exemple. Ces produits sont bien avancés chez Matsushita, Hitachi et Toshiba mais ne devraient pas être lancés avant les années 1998, 1999.

Dans la liste des cosignataires en faveur du SD apparaît le nom de Thomson Consumer Electronics qui est d'ailleurs le seul industriel européen à avoir fait ce choix. Celui-ci aurait été dicté, selon des informations non confirmées, par la présence dans ce clan de grands noms de l'industrie cinématographique et audiovisuelle (MCA, Time Warner auxquels s'ajoutent Pioneer LDC et Toshiba-EMI) capables de créer rapidement des catalogues en puisant directement dans leurs fonds!

Le HD-CD idéal!

Il est peu vraisemblable que deux produits concurrents découlant du Compact Disc actuel puissent être lancés en même temps sur le marché. D'autant que lecteurs et disques ne seront pas interchangeables et que les techniques de matriçage et de duplication seront différentes, obligeant les presseurs à s'équiper de deux lignes distinctes. Lorsque l'on interroge les responsables de Philips à ce sujet, ils se disent à l'écoute de toute proposition et ouverts au dialogue afin d'entrevoir la mise au point d'un produit compatible et universel. Le HD-CD idéal serait un mix des deux techniques qui s'affrontent. Côté technique, les points forts du clan Matsushita/Toshiba (et autres) sont la capacité de stockage et les noms qui le soutiennent. Cette capacité de stockage d'une face de disque est de 5 giga-octets contre 3,7 giga-octets pour Philips/Sony; soit un gain de 35%. Il permet dans l'absolu d'offrir une meilleure qualité vidéo - avec un débit en mégabits par seconde plus important - tout en assurant une pleine capacité par face de disque. L'autre point fort du groupe Matsushita/Toshiba est d'avoir rallié à lui un nombre important de grands noms de l'industrie électronique grand-public ainsi que des "majors" compagnies de l'audiovisuel possédant des fonds qui seront immédiatement transférables sur DVD. Les points faibles sont l'utilisation d'une modulation du signal et d'un code de correction d'erreur différents du CIRC ainsi qu'une structure du disque à deux substrats de 0,6 mm. Ce nouveau code de correction d'erreur obligera, pour maintenir une compatibilité de lecture avec les Compact Disc actuels, à ajouter des circuits électroniques supplémentaires ou à concevoir un composant mixte, d'où un surcoût. Mais le point le plus controversé est sans doute la structure du disque. Les deux substrats - sans doute en polycarbonate - de 0,6 mm, collés dos-à-dos forment une structure similaire à celle du LaserDisc et non du Compact Disc. Les presseurs devront introduire des machines spéciales dans la chaîne de pressage et effectuer une opération qui augmentera le coût de fabrication des disques. L'autre inconvénient de cette structure à deux faces est que l'utilisateur doit retourner le disque à la main pour poursuivre la lecture du programme. Sinon, il faut prévoir d'ajouter au lecteur un dispositif coûteux de déplacement de la tête optique afin qu'elle puisse se positionner sur l'une ou l'autre des faces (principe déjà utilisé pour le LaserDisc).

Bien que cela ne soit pas encore démontré, le "SD" de Matsushita et Co peut se révéler plus fragile que son concurrent à l'usage, tout du moins plus sensible aux dégradations superficielles du substrat, aux rayures, aux poussières et aux empreintes digitales. En effet, la distance entre la surface du disque et le point de focalisation du spot laser se trouvera réduite de par l'épaisseur même du substrat. Celui-ci sera, de ce fait, plus sensible aux rayures et poussières qui perturberont le faisceau laser d'émission et de retour. Apparemment les concepteurs du SD en sont conscients car ils envisagent de commercialiser les disques dans une cartouche qui servira à son stockage puis à son insertion dans le lecteur. Cette cartouche préfigure aussi celle qui sera obligatoirement utilisée pour les futurs SD-E enregistrables et effaçables. Les licenciés de ce groupe viennent de recevoir la version 0.9 des spécifications techniques globales du "SD" ou Super High Density Disc et nous devrions en savoir plus dans les mois à venir.

Le HD-CD idéal consisterait à utiliser le meilleur de chacune des techniques proposées. La densité d'informations (5 Go) proposée par Matsushita/Toshiba est mieux adaptée aux futures applications de vidéo numérique compressée de haute résolution. Par contre, la structure à double couche de Philips/Sony/3M semble mieux répondre aux exigences des utilisateurs ainsi qu'à une automatisation de la fabrication des disques, à condition que soient correctement maîtrisées certaines techniques de dépôt (voir page 11/12). La lecture des couches à la suite l'une de l'autre se fait sans qu'il faille retourner le disque, tout simplement en déplaçant la tête optique et son objectif afin que le spot laser soit focalisé sur la couche primaire ou sur la couche secondaire (voir article 3M, dans ce même numéro pages 11/12).

Si le SD s'avère d'une mise en oeuvre aisée aux niveaux du matriçage des disques, de la galvano-chimie puis du pressage, on retiendra sa capacité car elle offre des perspectives d'évolution. En matière de structure, la technique des deux couches superposées est préférable à celle du double-face. Quant à la technique de modulation du signal, sur le papier, l'EFM-Plus assure une pleine compatibilité avec les Compact Disc actuels. Il en est de même pour le code de correcteur d'erreur CIRC-Plus, à condition qu'il soit moins exigeant qu'aujourd'hui concernant la redondance.

Les premiers marchés du HD-CD et du SD

Les premiers marchés de ces nouveaux média dérivés du Compact Disc seront des marchés d'équipement. Les usines de prématriçage, matriçage et pressage devront en effet installer de nouveaux ateliers et lignes de fabrication. Les premières usines qui seront équipées pour fabriquer ces deux média seront celles qui appartiennent en propre ou par filialisation aux entreprises de l'électronique des deux clans qui s'affrontent aujourd'hui. Elles bénéficient d'ores et déjà des informations techniques les plus pointues; certaines, comme Warner aux USA, ont réalisé des tests afin de valider les technologies. Les autres, c'est-à-dire les indépendants qui représentent la majeure partie des fabricants, devront reconsidérer une partie de leur équipement. Le matriçage de HD-CD va entraîner des modifications au niveau de la machine de création de la matrice de verre appelée LBR (Laser Beam Recorder). Si celle-ci est récente, les principaux changements porteront sur l'optique, sans doute au niveau du laser d'écriture dont la longueur d'onde devra passer de 459 à 371 nanomètres, et, dans certains cas, sur le système d'avancement du disque afin de coller au nouveau pas fixé. Certains fournisseurs comme ODME (Hollande) ont d'ores et déjà prévu un kit de mise à niveau, mais sans en préciser le coût. D'autres, comme ODC (USA) ou Digipress en France (avec son Century Master) préparent les futures versions de leurs produits.

Il est vraisemblable que les LBR enregistreront les matrices à une vitesse multipliée par 8 (8X); il faudra donc environ 45 minutes pour enregistrer 3,7 giga-octets ou 135 minutes de vidéo MPEG-2; la source sollicitée à un tel débit pourrait être constituée de disques durs magnétiques en grappe sur lesquels auront été transférées les données à partir d'une bande magnétique en cartouche de type Exabyte (5 Go). Les opérations de galvano-chimie par lesquelles on crée les stampers devront être suivies d'un contrôle approfondi en raison de la finesse de la gravure; cela ne semble a priori pas poser trop de problèmes si les conditions d'environnement de travail sont bonnes.

Par contre, pour presser les SD de Matsushita/Toshiba, il faudra faire subir quelques modifications aux chaînes de pressage. Celles-ci devront réaliser, tout en épousant parfaitement les formes, un disque de 0,6 mm d'épaisseur. De toute manière, dans un cas comme dans l'autre, il est vraisemblable que le cycle de pressage sera augmenté. Il est actuellement de cinq secondes environ par disque sur une machine mono-presse; il passera sans doute à dix, voire douze secondes. Suivront les opérations de dépôt de la couche réfléchissante puis du vernis de protection (2,5 secondes en moyenne aujourd'hui). S'il s'agit d'un SD, la suite des opérations consiste à coller deux substrats dos à dos. S'il s'agit d'un HD-CD mono-couche de type Philips/Sony, le disque est immédiatement imprimable après le dépôt du vernis de protection. Le clan Philips/Sony met ainsi en avant la simplicité de fabrication de son disque mono-couche d'une capacité de 3,7 giga-octets ou 135 minutes de vidéo MPEG-2. Il espère voir se rallier à lui les fabricants indépendants de disques, déjà attirés par le fait que l'investissement en nouveau matériel de pressage est plus faible. Il est impossible aujourd'hui de prévoir quel sera le camp gagnant de la future génération de HD-CD. Comme nous avons tenté de l'expliquer, les deux clans disposent d'atouts à la fois techniques et stratégiques. Reste à souhaiter qu'ils aient la sagesse de parvenir à un accord pour exploiter au mieux les possibilités de la technique tout en préservant - à moindre coût - la compatibilité avec les Compact Disc actuels et qu'ils fassent que les HD-CD ou les SD puissent être déclinés sans problème sur l'ensemble de la gamme des applications.

Francis Pelletier ©1995 MOSARCA - Tous droits réservés
Cet article a été publié dans le magazine MOS 131 -février 1995

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